高中化学《无机非金属材料》学案5 新人教版选修2

第三单元 化学与材料的发展课题1 无机非金属材料学习目标 了解传统的硅酸盐工业的生产特点，知道其生产原理和产品的主要成分。 能举例说明无机非金属材料的特点。 讨论社会发展和科技进步对材料的要求，认识化学对材料科学发展的促进作用。知识梳理1生产陶瓷的主要原料是 ，其主要生产过程为：混合成型干燥烧结冷却。陶瓷的主要性质有 、 、 、 、 。2制造普通玻璃的原料有 、 、 ，发生的主要反应的化学方程式是 、 。3制造普通硅酸盐水泥的原料有 、 、 。普通硅酸盐水泥的主要成分是 、 、 、 。水泥在空气中能吸水硬化，在水中也能硬化，即具有 性，因此是水下工程不可缺少的材料。水泥、沙子和碎石等的混合物叫 ，它的膨胀系数与钢筋相当，因此它常用钢筋作结构，增大强度。4氮化硅是一种新型的无机非金属材料，它的制造方法有多种，一种方法是将高纯硅与纯氮气混合，在1300条件下反应制得，化学方程式为 ；也可以用四氯化硅和氮气在氢气保护下反应制得，化学方程式为 。5工业上用二氧化硅和碳在电炉中反应可以制得硅，反应的方程式为 ，但这样制得的硅纯度不高，要制得高纯硅，可以将上述粗硅与氯化氢气体在250300条件下反应，制得三氯硅烷，提纯后的三氯硅烷被高纯度的氢气还原，即可以得到高纯硅。写出以上反应的化学方程式 、 。6写出二氧化硅和碳在电炉中加热至高温生成碳化硅（金刚砂）的化学方程式 ，反应中的氧化剂和还原剂的质量之比是 。71985年，科学家发现了C60分子是由60个碳原子构成的，它的形状像足球，因此又叫足球烯。1991年科学家又发现了一种碳的单质碳纳米管，它是由六边环形的碳原子构成的管状分子。用你学到的化学知识回答下列问题：C60所以称为足球烯，是因为分子中有 键，所以C60可以与氢气发生 反应。金刚石、石墨、足球烯、碳纳米管物理性质是否相同？ ，原因是 。常温下足球烯和碳纳米管的化学性质是否活泼？ ，简要说明原因 。请你设计一个方案，证明足球烯和纳米碳管是由碳元素组成的（以足球烯为例，用文字简要叙述）： 。方法导引1硅酸盐工业陶瓷玻璃水泥原料粘土（高岭土）纯碱、石英、石灰石石灰石、粘土等生产条件高温高温高温原理复杂的物理化学变化Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2CaCO3SiO2 CaSiO3CO2复杂的物理化学变化主要成分复杂的硅酸盐硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸钙主要性质抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温等无固定熔点具有水硬性2新型无机非金属材料无机非金属包括两大类：一类是传统无机非金属材料；二类是新型无机非金属材料。传统无机非金属材料：主要指硅酸盐材料，如水泥、玻璃、陶瓷等，其优点是有抗腐蚀性、耐高温等，但也有质脆、经不起热冲击等弱点。新型无机非金属材料：主要指新型陶瓷、光导纤维等。新型无机非金属材料除继承传统无机非金属材料的许多优点、克服某些弱点外，还具有如下特性：耐高温、强度高。具有电学特性，可用作集成电路的半导体。具有光学特性，如光导纤维，用于光缆通讯、医疗、信息处理等。具有生物功能。例题1水泥的成分主要有Ca2SiOx、Ca3SiOy、Ca3Al2Oz，则x ，y ，z 。分别用氧化物形式表示其组成为 、 、 。解析这是一个连带型的推断填空题。前后空格之间有着一定的联系，只有正确填写前面的空格，才可能得出最后的正确结果。此题可分二步考虑，第一步要正确写出水泥的各种成分中氧原子的个数，第二步在已确定的化学式的基础上，将其变换成氧化物的形式，根据化合物分子中多元素化合价代数和等于零的原则，可得x4，y5，z6，代入化学式中可得Ca2SiO4、Ca3SiO5、Ca3Al2O6，改写成氧化物的形式分别为：2CaOSiO2，3CaOSiO2，3CaOAl2O3。 必须指出，在氧化物的表示形式中，两种氧化物的化学式中间用的小黑点，已将这两种氧化物分隔成独立的部分。因此CaO前面的系数并不能包括后面的SiO2。答案4 ；5 ；6 ；2CaOSiO2 ；3CaOSiO2；3CaOAl2O3例题2氮化硅(Si3N4)是一种非氧化物高温陶瓷结构材料。粉末状的Si3N4可以由SiCl4蒸气和NH3气体混合物制取。粉末状的Si3N4对空气和水都不稳定。但是，将粉末状的Si3N4和适量的MgO在2301.01105Pa和185的密闭容器中热处理，可以得到结构十分紧密，对空气和水相当稳定的固体材料。写出由SiCl4和NH3制备Si3N4的化学方程式 ；分别写出粉末状的Si3N4和H2O及O2反应的方程式 、 ；为什么结构紧密的固体Si3N4不再受水和O2的侵蚀？ 。解析SiCl4和NH3反应，生成Si3N4，其中Si、N的化合价均未变，所以另一产物应为HCl；Si3N4和H2O反应时，SiN键要向SiO键转化，生成稳定的SiO2和N2；Si3N4与MgO在密闭容器中热处理后，使Si3N4表面形成一层SiO2保护层，阻止了Si3N4继续受空气中的O2和H2O的侵蚀。答案3SiCl44NH3Si3N412HClSi3N46H2O3SiO24NH3 Si3N43O23SiO22N2Si3N4和MgO在密闭容器中热处理后使Si3N4表面生成了一层SiO2保护层，阻止了Si3N4继续受H2O和O2的侵蚀。基础训练1下列不属于陶瓷制品的是（ ）。A秦兵马俑 B坩埚 C研钵 D蒸发皿2下列说法中，正确的是（ ）。A传统的无机非金属材料具有抗腐蚀性、耐高温等许多优点，但也有质脆、经不起热冲击的缺点B新型无机非金属材料继承了传统非金属材料的优点，但不能耐高温C有些新型无机非金属材料可以做绝缘体，但都不能做半导体D新型无机非金属材料都能透过可见光3过量的泥砂、纯碱和生石灰熔化后生成（ ）。水泥 玻璃 瓷器 混凝土 一种硅酸盐产品A和 B和 C D4石墨炸弹爆炸时能在方圆几百米范围内撒下下大量石墨纤维，造成输电线、电厂设备损坏。这是由于石墨（ ）。A有放射性 B易燃、易爆 C能导电 D有剧毒5下列属于新型无机非金属材料的是（ ）。A高强度水泥 B钢化玻璃 C氧化铝陶瓷 D光导纤维6下列物质没有固定熔点或沸点的是（ ）。A玻璃 B空气 C金刚石 D氯化钠7当今化学界关注的热点之一的C60，关于它的说法正确的是（ ）。AC60是一种新型的化合物 BC60和石墨都是碳的同素异形体CC60中含有离子键 DC60的摩尔质量是720g/mol8C60与现代足球有很相似的结构，它与石墨互为（ ）。A同位素 B同素异形体 C同分异构体 D同系物9下列叙述正确的是（ ）。ASiO2属于无机非金属材料 B金属不能作为结构材料C玻璃是一种新型的非金属材料 DC60也是一种材料10磷酸钙系陶瓷是一种新型无机非金属材料，它用于制造人类骨骼，这是利用该材料的（ ）。A耐高温特性 B电学特性 C光学特性 D生物特性11世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3000年以前，就已经使用玻璃了”。下列关于玻璃的叙述中，正确的是（ ）。A玻璃是人类最早使用的硅酸盐材料B玻璃在加热熔化时有固定的熔点C制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英D普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅12熔融烧碱应选用的器皿是（ ）。A石英坩埚 B普通玻璃坩埚 C生铁坩埚 D陶瓷坩埚13新型无机非金属材料碳化钛(TiC)、碳化硼(B4C)、氮化硅(Si3N4)等为非氧化物陶瓷，合成这些物质需要在高温条件下进行，在合成工艺中必须注意（ ）。A通入充足的氧气 B避免与氧气接触C可在氮的气氛中合成 D通入少量氧气14我国科学家前不久成功合成3nm长的管状碳纳米管，长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度（抵抗变形的能力）高、密度小（只有钢的1/4）、熔点高，化学稳定性好的特点，固此被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法中不正确的是（ ）。A它是制造飞机的理想材料 B它的主要组成元素是碳元素C它的结构与石墨相似 D碳纤维复合材料不易导电15在制玻璃的原料中，再加入下列物质后，可制得各种不同用途的玻璃：A氧化亚铜(Cu2O) B氧化铅(PbO) C氧化钴(Co2O3) D硼砂(Na2B4O710H2O)制造化学仪器的玻璃加入的物质是 。 制造光学仪器的玻璃加入的物质是 。制造红色玻璃加入的物质是 。 制造蓝色玻璃加入的物质是 。16普通玻璃的成分为Na2CaSi6O14，以氧化物形式可表示为 ；钾云母的化学式是K2H4Al6Si6O24，以氧化物形式可表示为 ；正长石的化学式是KAlSi3Ox，x 。17氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300反应获得。根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是 （填序号）。A制汽轮机叶片 B制有色玻璃 C制永久性模具 D制造柴油机氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不跟其他无机酸反应。试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式 ；现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为 。拓展提高18在氮化硅中添加氧化铝，用氧原子替代一部分氮，有铝原子替代一部分硅，通过常压烧结即成新一代无机非金属材料，叫氧氮硅铝，即赛伦，化学通式为Si6-xAlxOxNy (x为24)。赛伦有 、 、 特性（至少写三种）。化学通式里的y值为 （用含x的式子表达）。19有A、B、C三种不溶于水的固体。A是某元素的一种单质，它在氧气中完全燃烧得到一种无色气体，此气体能使澄清的石灰水变浑浊，另外测得这种气体密度为同温、同压下的氧气密度的1.375倍。B固体能溶于热苛性钠溶液，再往所得的溶液中加入过量盐酸时，析出白色胶状沉淀。此沉淀干燥后，成为不溶于水的白色粉末，这是一种比碳酸酸性还弱的酸。将B与石灰石、纯碱按比例混合加热后能得到C，C在高温时软化，无固定熔点。根据以上事实，判断A为 元素的单质，B的化学式为 ，C物质为 。写出生成C的有关反应的化学方程式。 。20材料科学是近年来与化学有关的科学研究的热点。某新型无机非金属材料K由两种非金属元素组成，它是一种超硬物质，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击、抗氧化的特性，它是以中学化学中的常见物质为原料来生产的，下图所示为其生产过程，其中虚线框内转化是为探究C的组成而设，G、F、H均为难溶于水且为白色粉末；图中除M、K（均含A元素）外均为中学化学常见物质：G单质A单质B化合物C化合物M：A(NH2)4KEFHGIF过量NH3隔绝空气高温水硝酸银溶液稀硝酸NaOH溶液过量CO2写出化学式：单质B ，化合物F 。写出下列反应的离子反应方程式：反应 、反应 。写出反应的化学方程式 。21由SiO2 和CaCO3组成的混合物26.0g，经灼烧至质量恒定时，其质量减少8.8g，试解答：写出可能发生反应的化学方程式；求产生气体在标准状况下的体积；求原混合物中SiO2的质量。基础训练参考答案1C 2A 3B 4C 5CD 6AB 7BD 8B 9AD10D 11CD 12C 13BC 14C15D B A C16Na2OCaO6SiO2 K2O3Al2O36SiO22H2O 817ACD Si