課題無機(jī)非金屬材料

1、課題1無機(jī)非金屬材料1了解水泥、玻璃、陶瓷生產(chǎn)的原理，對無機(jī)非金屬材料有大致印象。2認(rèn)識化學(xué)在現(xiàn)代社會、現(xiàn)代科技中的重要作用。3了解幾種新型無機(jī)非金屬材料。一、傳統(tǒng)硅酸鹽材料1傳統(tǒng)硅酸鹽工業(yè)(1)概念：以 為原料，經(jīng)加熱制成 產(chǎn)品的工業(yè)叫做硅酸鹽工業(yè)。如制造 、 、等產(chǎn)品的工業(yè)。(2)特點(diǎn)： 強(qiáng)， 高，熔點(diǎn)高， 溶于水，絕緣，耐腐蝕等。硅酸鹽或硅的氧化物硅酸鹽水泥玻璃陶瓷穩(wěn)定性硬度難2陶瓷(1)制造陶瓷的主要原料： 。(2)制造陶瓷的一般過程： 、 、 、 、 、成品陶瓷器。(3)種類(根據(jù)原料、燒制溫度劃分)： 、 、 。黏土混合成型干燥燒結(jié)土器炻器冷卻冷卻3玻璃(1)主要生產(chǎn)原料： 、 、

2、 。(2)反應(yīng)原理(用化學(xué)反應(yīng)方程式表示)： ； 。(3)主要工序： 、 、 和 。(4)普通玻璃的成分： 、 和SiO2熔合在一起而形成的玻璃態(tài)物質(zhì)。石英砂石灰石純堿熱熔澄清成型緩冷Na2SiO3CaSiO34水泥(普通硅酸鹽水泥)(1)主要生產(chǎn)原料： 和 。(2)普通水泥的成分： 、 、 和 等。(4)特性：水硬性。即可以在 硬化。石灰石黏土硅酸三鈣硅酸二鈣鋁酸三鈣鐵鋁酸鈣空氣和水中二、新型無機(jī)非金屬材料1新型陶瓷新型陶瓷的組成已突破了以 兩種元素為主的傳統(tǒng)組成體系，進(jìn)一步提高了陶瓷的性能。(1)碳化硅陶瓷特性：硬度 ，化學(xué)性質(zhì) ，耐 ，可作航天器的涂層材料。工業(yè)上制取碳化硅的反應(yīng)方程式：

3、SiO23CSiC2CO。Si和O高穩(wěn)定2_000_的高溫(2)氮化硅陶瓷特性與用途：熔點(diǎn) ，硬度 ，化學(xué)性質(zhì) ，在高溫時(shí)仍可保持室溫時(shí)的強(qiáng)度系數(shù)和硬度，可用于制造 、 和 等。制取氮化硅(Si3N4)的反應(yīng)式a ；b 。高大穩(wěn)定軸承汽輪機(jī)葉片發(fā)動機(jī)受熱面2現(xiàn)代信息基礎(chǔ)材料單晶硅(1)硅是目前半導(dǎo)體工業(yè)最重要的基礎(chǔ)材料，制取純度為95%99%的硅(粗硅)的反應(yīng)方程式為 。(2)用純度為95%99%的硅再生產(chǎn)高純度硅的反應(yīng)方程式是 ； 。 3石墨、金剛石和C60金剛石、石墨、C60是碳的重要同素異形體。(1)在金剛石、石墨、C60中熔點(diǎn)由高到低的順序是： 。(2)金剛石和石墨二者可以相互轉(zhuǎn)化，二

4、者的轉(zhuǎn)化屬于化學(xué)變化。(3)氣相沉積法制造金剛石薄膜的原理為： 。石墨金剛石C60 一、硅酸鹽及傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料硅酸鹽組成復(fù)雜表達(dá)形式通常有哪幾種？師生互動【提示】硅酸鹽的兩種書寫方式由于硅酸鹽的種類多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，表示它們的組成較復(fù)雜，除簡單的硅酸鹽如Na2SiO3等用鹽的形式表示外，絕大多數(shù)常用二氧化硅和金屬氧化物的形式來表示。把硅酸鹽由鹽的書寫形式改寫為氧化物的形式的方法是：xMOnSiO2mH2O如果有(OH)n時(shí)，其中MO表示金屬氧化物，x、n、m均由組成中有關(guān)原子的個(gè)數(shù)決定。復(fù)雜硅酸鹽改寫成氧化物的順序?yàn)閴A性氧化物、兩性氧化物、酸性氧化物、水，一定要記住改寫的順序。 傳統(tǒng)硅酸鹽材料

5、的主要原料是什么？常見的傳統(tǒng)硅酸鹽材料有哪幾種？師生互動【提示】(1)傳統(tǒng)硅酸鹽材料的原料：沙石、黏土、石英、石棉、高嶺石等許多礦物是硅酸鹽或硅的氧化物，傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品以黏土、石英、鉀長石和鈉長石為原料。原料中一般都含有SiO44，硅氧結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：穩(wěn)定性高、硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、絕緣、耐腐蝕等。如何得到鋼化玻璃？鋼化玻璃有何優(yōu)點(diǎn)？師生互動【提示】把普通玻璃放入電爐里加熱，使它軟化，然后急速冷卻，即得鋼化玻璃。鋼化玻璃的機(jī)械強(qiáng)度比普通玻璃大46倍，不易破碎，破碎時(shí)沒有尖銳的棱角，不易傷人。玻璃易被堿腐蝕，為什么還可用玻璃試劑瓶盛放堿液？師生互動【提示】進(jìn)行磨砂處理的玻璃，在常溫下極易被強(qiáng)堿或

6、強(qiáng)堿性物質(zhì)腐蝕。未進(jìn)行磨砂處理的玻璃在常溫下極耐堿，在高溫下不耐堿。因此盛裝NaOH等強(qiáng)堿可用玻璃瓶，但此瓶不能用磨砂玻璃塞；加熱熔化NaOH等強(qiáng)堿時(shí)，不能用玻璃試管或瓷坩堝，通常用鐵坩堝。過量的泥沙、純堿、生石灰熔化后生成()水泥玻璃瓷器混凝土一種硅酸鹽產(chǎn)品A和B和C D【答案】B【點(diǎn)評】本題主要考查生產(chǎn)玻璃的原料及有關(guān)化學(xué)反應(yīng)。1.某硅酸鹽化學(xué)式為Mg2Si3O8nH2O，試用氧化物形式表示其組成，并寫出其與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式?！窘馕觥堪碝g、Si原子個(gè)數(shù)寫出其氧化物，配平時(shí)，遵循原子守恒原則。按照金屬氫化物與鹽酸反應(yīng)生成金屬氯化物的格式書寫產(chǎn)物，硅酸鹽中的Si用硅酸表示產(chǎn)物。由H原子數(shù)

7、判斷生成H2O的化學(xué)計(jì)量數(shù)為(2n46)/2n1?！敬鸢浮垦趸锉硎臼剑?MgO3SiO2nH2O，與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：Mg2Si3O8nH2O4HCl=2MgCl23H2SiO3(n1)H2O二、新型無機(jī)非金屬材料常見新型無機(jī)非金屬材料有幾類？學(xué)生交流【提示】新型無機(jī)非金屬材料有何特點(diǎn)？師生互動【提示】 特點(diǎn)舉例耐高溫、強(qiáng)度高氮化硅(Si3N4)在1 200 下仍具高強(qiáng)度，可做軸承、永久性模具電學(xué)特性如半導(dǎo)體、導(dǎo)體、超導(dǎo)體及作為集成電路基板的絕緣材料光學(xué)特性某些新型材料能夠穿過紅外線、雷達(dá)射線，甚至可見光都可透過生物功能如氧化鋯(ZrO2)陶瓷可制作人造骨、假牙，股關(guān)節(jié)等；用熔融法制得的

8、以CaONa2OSiO2P2O5為主要成分的生物陶瓷可以制作人造骨新型陶瓷材料是否是陶瓷？學(xué)生交流【提示】新型陶瓷材料從化學(xué)組成上來看已經(jīng)不屬于傳統(tǒng)硅酸鹽陶瓷材料了，只是它們多數(shù)也具有一般硅酸鹽材料的耐高溫、強(qiáng)度高、耐腐蝕的特性，并且從外觀上與傳統(tǒng)的硅酸鹽陶瓷一樣不具有金屬光澤，都屬于脆性材料，容易碎裂等。廣義上陶瓷是用陶瓷生產(chǎn)方法制造的無機(jī)非金屬固體材料和制品的通稱，所以新型陶瓷材料按照陶瓷的廣義定義來看仍然屬于陶瓷材料。 【歸納小結(jié)】碳、硅結(jié)構(gòu)的特殊性碳和硅分別處在元素周期表A族的第二周期、第三周期。碳原子的核外有2個(gè)電子層，最外層上有4個(gè)電子；硅原子的核外有3個(gè)電子層，最外層上有4個(gè)電子

9、。原子結(jié)構(gòu)的相似，決定了元素性質(zhì)的相似。碳和硅都是非金屬元素，主要化合價(jià)為十4價(jià)，形成的化學(xué)鍵通常是共價(jià)鍵，化學(xué)性質(zhì)通常比較穩(wěn)定。原子結(jié)構(gòu)的相似，決定了元素單質(zhì)的結(jié)構(gòu)的相似。金剛石晶體(碳的單質(zhì)之一)和晶體硅(硅的單質(zhì)之一)的結(jié)構(gòu)很相似(上圖是金剛石晶體結(jié)構(gòu)示意圖)。由碳和硅化合而成的碳化硅(SiC)也跟金剛石、晶體硅的結(jié)構(gòu)相似相鄰的原子以共價(jià)鍵結(jié)合成為正四面體，一個(gè)個(gè)的正四面體以共價(jià)鍵互聯(lián)并向四面八方擴(kuò)展形成了立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。內(nèi)部微粒(原子、離子或分子)在空間按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列構(gòu)成的固體叫做晶體。晶體的類型包括原子晶體、離子晶體、金屬晶體和分子晶體。金剛石晶體和單質(zhì)硅晶體都是原子晶體。

10、原子之間以共價(jià)鍵相互結(jié)合而成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體叫做原子晶體。由于共價(jià)鍵強(qiáng)度大，空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)，所以原子晶體硬度很大、熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都很高，化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定。下列對材料的特性及用途的敘述不正確的是()A氧化鋁陶瓷具有兩性，因此可用來制造人造牙齒B氮化硅陶瓷耐高溫且不易傳熱，可用于制造柴油機(jī)部件C光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)光的能力很強(qiáng)，是非常好的通訊材料D人造剛玉硬度高，可用于制造剛玉球磨機(jī)【解析】本題以新型無機(jī)非金屬材料為題材著重考查了性質(zhì)決定用途這一原則，并與生產(chǎn)和生活相聯(lián)系。要求學(xué)生能夠認(rèn)識生產(chǎn)、生活中化學(xué)的重要作用。氧化鋁陶瓷用來制造人造牙齒的原因是它具有很高的硬度及具有良好的生物相容性而不是由于其

11、兩性；氮化硅陶瓷耐高溫且不易傳熱，所以用于制造柴油機(jī)部件時(shí)不需要冷卻，損失的能量??；光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)光的能力很強(qiáng)，在通訊時(shí)用于傳導(dǎo)光信號；人造剛玉(氧化鋁)硬度高，所以可用作球磨機(jī)材料。【答案】A【點(diǎn)評】新型無機(jī)非金屬材料是人們根據(jù)生活的需要，利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，由無機(jī)物研制出的一些具有特殊結(jié)構(gòu)、特殊功能的新材料。理解這一概念須注意以下幾點(diǎn)：(1)新型無機(jī)非金屬材料屬于無機(jī)物；(2)新型無機(jī)非金屬材料是高科技產(chǎn)品；(3)新型無機(jī)非金屬材料具有特殊結(jié)構(gòu)、特殊功能。2.碳納米管是由一種納米尺度的、具有完整分子結(jié)構(gòu)的新型碳納米材料制成，它是由一層碳原子卷曲而成的無縫、中空的管體，具有質(zhì)輕、可彎曲、強(qiáng)度好

12、、彈性強(qiáng)的特點(diǎn)。下列關(guān)于碳納米管的可能用途敘述不正確的是()A用它可做成攀登月球的“太空天梯”B能解決室溫下，低氣壓、高容量儲存氫氣的難題C作為優(yōu)秀的絕緣材料D制造電腦芯片可大大提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的計(jì)算能力 【解析】由于碳納米管具有質(zhì)輕、可彎曲、強(qiáng)度好、彈性強(qiáng)的特點(diǎn)，所以它可以制成強(qiáng)度很大、質(zhì)量較小的繩索，做成攀登月球的“太空天梯”；又由于碳納米管是由一層碳原子卷曲而成的無縫、中空的管體，所以在管體內(nèi)可以安全地儲存氫氣；它是由一層碳原子卷曲而成的管體，因而可以聯(lián)想到碳納米管相當(dāng)于是由石墨的一層碳原子卷曲而成的管體，所以它應(yīng)像石墨一樣能夠?qū)щ姡梢杂糜谥圃祀娖鞑考??！敬鸢浮緾2008年7月2426日

13、，中國力學(xué)學(xué)會、中國復(fù)合材料學(xué)會、中國航空學(xué)會、中國宇航學(xué)會在哈爾濱市聯(lián)合召開了第十五屆全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會議(NCCM15)。本屆會議主題是“新機(jī)遇，新發(fā)展，國產(chǎn)化與國際化”。我國著名材料科學(xué)家、兩院院士師昌緒就提高性能，讓復(fù)合材料“上天”“入地”“下?！?，降低成本之關(guān)鍵在于推廣應(yīng)用，特別關(guān)注復(fù)合材料全壽命成本、節(jié)能等重要問題做了意義深遠(yuǎn)的講話。會議特邀嘉賓從先進(jìn)復(fù)合材料領(lǐng)域的不同方向做了內(nèi)容精彩的7個(gè)專題報(bào)告。 其中岳清瑞研究員題為高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與現(xiàn)代土木工程中的應(yīng)用的報(bào)告，介紹了該技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的步伐以及“512汶川大地震”災(zāi)后重建的迫切需求，復(fù)合材料及

14、其在建筑工程領(lǐng)域應(yīng)用技術(shù)將會不斷取得更大的成果，造福于民。思考：如何理解復(fù)合材料？提示：復(fù)合材料是由金屬材料、陶瓷材料或高分子材料等兩種或兩種以上的材料經(jīng)過復(fù)合工藝而制備的多相材料。復(fù)合材料由連續(xù)相的基體和被基體包容的相增強(qiáng)體組成，如玻璃鋼就是由玻璃纖維做增強(qiáng)體，合成樹脂做基體的復(fù)合材料。1(2009年廣東高考)下列關(guān)于硅單質(zhì)及其化合物的說法正確的是()硅是構(gòu)成一些巖石和礦物的基本元素水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)纖維陶瓷是人類應(yīng)用很早的硅酸鹽材料ABC D【解析】水晶飾物的主要成分是SiO2；利用制作光導(dǎo)纖維的材料是SiO2?！敬鸢浮緾2(2009年重慶理綜

15、)材料與化學(xué)密切相關(guān)，表中對應(yīng)關(guān)系錯(cuò)誤的是()【解析】A中金剛石的主要成分是碳，C中普通水泥由Na2SiO3、CaSiO3和SiO2組成?！敬鸢浮緼材料主要化學(xué)成分A剛玉、金剛石三氧化二鋁B大理石、石灰石碳酸鈣C普通水泥、普通玻璃硅酸鹽D沙子、石英二氧化硅3(2010年江蘇化學(xué))下圖是一種航天器能量儲存系統(tǒng)原理示意圖。下列說法正確的是()A該系統(tǒng)中只存在3種形式的能量轉(zhuǎn)化B裝置Y中負(fù)極的電極反應(yīng)式為：O22H2O4e= 4OHC裝置X能實(shí)現(xiàn)燃料電池的燃料和氧化劑再生D裝置X、Y形成的子系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的零排放，并能實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能間的完全轉(zhuǎn)化【解析】該系統(tǒng)中存在太陽能、電能、機(jī)械能、化學(xué)能4種形

16、式的能量轉(zhuǎn)化，故A錯(cuò)；裝置Y中負(fù)極的電極反應(yīng)式為：H22e=2H，通過X裝置產(chǎn)生O2和H2，故C正確；X，Y子系統(tǒng)理論上可以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的零排放，但不能實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能間的完全轉(zhuǎn)化，D錯(cuò)?！敬鸢浮緾4精細(xì)陶瓷(又稱為特種陶瓷)在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用前景很廣。用SiO2加少量PdCl2研磨成極細(xì)的顆粒，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制成多孔燒結(jié)體，具有半導(dǎo)體的性質(zhì)。它具有相當(dāng)大的表面積，將它和電子組件及儀表組成“電子鼻”，被稱為“人工神鼻”。冰箱泄漏的氟利昂濃度即使只有十萬分之一，它也能“嗅”出。關(guān)于“電子鼻”的下列敘述中不正確的是()A“電子鼻”大大突破了人的嗅覺B“電子鼻”吸附氣體的能力極強(qiáng)C“電子鼻”可廣泛應(yīng)用于易燃

17、、易爆、有毒氣體的自動檢測和報(bào)警D“電子鼻”易溶于水【解析】“電子鼻”能夠“嗅”到人嗅不到的物質(zhì)，所以它大大突破了人的嗅覺極限；它的原理是其表面積極大，容易吸附氣體，這樣才能檢測氣體；由于它能夠吸附氣體，所以它能夠檢測到易燃、易爆、有毒氣體。從“電子鼻”所用的原料來看，燒結(jié)后的陶瓷應(yīng)屬于硅酸鹽材料，所以應(yīng)難溶于水。【答案】D5已知某一硅酸鹽可表示為Mga(Si4O10)(OH)b(其中a、b為正整數(shù))，試回答：(1)a與b應(yīng)滿足的關(guān)系是(寫表達(dá)式)_ _。(2)a能否等于2？_(填“能”“不能”或“無法確定”)(3)a3的硅酸鹽的表達(dá)式(以氧化物的形式表示)_。【解析】(1)根據(jù)化合價(jià)規(guī)則，可

18、列式為：2a44210b，化簡為2ab4。(2)令a2，則b0，故不能。(3)當(dāng)a3時(shí)，b2，Mga(Si4O10)(OH)b為Mg3(Si4O10)(OH)2，改寫為氧化物的形式為3MgO4SiO2H2O?！敬鸢浮?1)2ab4(2)不能(3)3MgO4SiO2H2O6硅單質(zhì)及其化合物應(yīng)用范圍很廣。請回答下列問題：(1)制備硅半導(dǎo)體材料必須先得到高純硅，三氯甲硅烷(SiHCl3)還原法是當(dāng)前制備高純硅的主要方法，生產(chǎn)過程示意圖如下：寫出由純SiHCl3制備高純硅的化學(xué)反應(yīng)方程式_。整個(gè)制備過程必須嚴(yán)格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫出配平的化學(xué)反應(yīng)方程式_；H2還原SiHCl3過程中若混入O2，可能引起的后果是_。 (