1、第 1 页 共 7 页第三单元 化学与材料的发展课题 1 无机非金属材料 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
2、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
3、应中的氧化剂和还原剂的质量之比是 。7 1985 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：C 60 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 第 2 页 共 7 页。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
4、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Na2CO3SiO 2 Na2SiO3CO 2CaCO3SiO 2 CaSiO3CO 2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
5、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、Ca 3SiOy、Ca 3Al2Oz，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，只有正确填写前面高 温 高 温 第 3 页 共 7 页的空格，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
6、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 ，z 6 ，代入化学式中可得 Ca2SiO4、Ca 3SiO5、Ca 3Al2O6，改写成氧化物的形式分别为：2CaOSiO2，3CaOSiO 2，3CaOAl2O3。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 ；2CaOSiO 2 ；3CaOSiO 2；3CaO Al2O3例题 2氮化硅(Si 3N4)是一种非氧化物高温陶瓷结构材料。粉末状
7、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；Si 3N4 和 H
8、2O 反应时，Si N 键要向 SiO 键转化，生成稳定的 SiO2 和 N2；Si 3N4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 3SiCl44NH 3Si 3N412HClSi 3N46H 2O3SiO 24NH 3 Si3N43O 23SiO 22N 2Si 3N4 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
9、列说法中，正确的是（ ） 。第 4 页 共 7 页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
10、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（ ） 。AC 60 是一种新型的化合物 BC 60 和石墨都是碳的同素异形体C C60 中含有离子键 DC 60 的摩尔质量是 720g/mol8 C60 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（ ） 。ASiO 2 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 DC 60 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
11、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第 5 页 共 7 页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(B 4C)、氮化硅(Si 3N4)等为非氧化物陶瓷，
12、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(Cu 2O) B氧化铅(PbO) C氧化钴(C
13、o 2O3) D硼砂(Na 2B4O710H2O)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
14、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 。拓展提高第 6 页 共 7 页G单质 A单质 B化合物 C 化合物 M：A(NH 2)4 KEF HGI F 过量 NH3 隔绝空气高温水硝酸银溶液 稀硝酸 NaOH 溶液 过量 CO218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
15、 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
16、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：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
17、的体积；求原混合物中 SiO2 的质量。第 7 页 共 7 页基础训练参考答案1 C 2A 3B 4C 5CD 6AB 7BD 8B 9AD10 D 11CD 12C 13BC 14C15 D B A C16 Na2OCaO6SiO2 K2O3Al2O36SiO22H2O 817 ACD Si 3N412HF3SiF 44NH 3 3SiCl 42N 2 6H2 Si3N412HCl18 耐高温、高强度、超耐磨、抗腐蚀、热稳定性好 y8x19 C SiO2 玻璃Na2CO3 SiO2 Na2SiO3CO 2 CaCO3SiO 2 CaSiO3CO 220 Cl 2 H2SiO3(或 H4SiO4)Cl Ag AgCl SiO22OH SiO 32 H 2O3Si(NH 2)4 Si3N48NH 321 CaCO3 SiO2 CaSiO3CO 2 CaCO3 CaOCO 2 生成 V(CO2)4.48L m(SiO2)6g高 温 高 温 高 温 高 温 高 温
