2022年高中化學(xué) 第三單元 化學(xué)與材料的發(fā)展 課題1 無(wú)機(jī)非金屬材料學(xué)案 新人教版選修2

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1、2022年高中化學(xué) 第三單元 化學(xué)與材料的發(fā)展 課題1 無(wú)機(jī)非金屬材料學(xué)案 新人教版選修2 了解傳統(tǒng)的硅酸鹽工業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)，知道其生產(chǎn)原理和產(chǎn)品的主要成分。 能舉例說(shuō)明無(wú)機(jī)非金屬材料的特點(diǎn)。 討論社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步對(duì)材料的要求，認(rèn)識(shí)化學(xué)對(duì)材料科學(xué)發(fā)展的促進(jìn)作用。知識(shí)梳理1生產(chǎn)陶瓷的主要原料是 ，其主要生產(chǎn)過(guò)程為：混合成型干燥燒結(jié)冷卻。陶瓷的主要性質(zhì)有 、 、 、 、 。2制造普通玻璃的原料有 、 、 ，發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式是 、 。3制造普通硅酸鹽水泥的原料有 、 、 。普通硅酸鹽水泥的主要成分是 、 、 、 。水泥在空氣中能吸水硬化，在水中也能硬化，即具有 性，因此是水下工程不可缺少的

2、材料。水泥、沙子和碎石等的混合物叫 ，它的膨脹系數(shù)與鋼筋相當(dāng)，因此它常用鋼筋作結(jié)構(gòu)，增大強(qiáng)度。4氮化硅是一種新型的無(wú)機(jī)非金屬材料，它的制造方法有多種，一種方法是將高純硅與純氮?dú)饣旌希?300條件下反應(yīng)制得，化學(xué)方程式為 ；也可以用四氯化硅和氮?dú)庠跉錃獗Ｗo(hù)下反應(yīng)制得，化學(xué)方程式為 。5工業(yè)上用二氧化硅和碳在電爐中反應(yīng)可以制得硅，反應(yīng)的方程式為 ，但這樣制得的硅純度不高，要制得高純硅，可以將上述粗硅與氯化氫氣體在250300條件下反應(yīng)，制得三氯硅烷，提純后的三氯硅烷被高純度的氫氣還原，即可以得到高純硅。寫出以上反應(yīng)的化學(xué)方程式 、 。6寫出二氧化硅和碳在電爐中加熱至高溫生成碳化硅（金剛砂）的化學(xué)

3、方程式 ，反應(yīng)中的氧化劑和還原劑的質(zhì)量之比是 。71985年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了C60分子是由60個(gè)碳原子構(gòu)成的，它的形狀像足球，因此又叫足球烯。1991年科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了一種碳的單質(zhì)碳納米管，它是由六邊環(huán)形的碳原子構(gòu)成的管狀分子。用你學(xué)到的化學(xué)知識(shí)回答下列問(wèn)題：C60所以稱為足球烯，是因?yàn)榉肿又杏?鍵，所以C60可以與氫氣發(fā)生 反應(yīng)。金剛石、石墨、足球烯、碳納米管物理性質(zhì)是否相同？ ，原因是 。常溫下足球烯和碳納米管的化學(xué)性質(zhì)是否活潑？ ，簡(jiǎn)要說(shuō)明原因 。請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)方案，證明足球烯和納米碳管是由碳元素組成的（以足球烯為例，用文字簡(jiǎn)要敘述）： 。方法導(dǎo)引1硅酸鹽工業(yè)陶瓷玻璃水泥原料粘土（高嶺土）純堿

4、、石英、石灰石石灰石、粘土等生產(chǎn)條件高溫高溫高溫原理復(fù)雜的物理化學(xué)變化Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2CaCO3SiO2 CaSiO3CO2復(fù)雜的物理化學(xué)變化主要成分復(fù)雜的硅酸鹽硅酸鈉、硅酸鈣、二氧化硅硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸鈣主要性質(zhì)抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫等無(wú)固定熔點(diǎn)具有水硬性2新型無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬包括兩大類：一類是傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料；二類是新型無(wú)機(jī)非金屬材料。傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料：主要指硅酸鹽材料，如水泥、玻璃、陶瓷等，其優(yōu)點(diǎn)是有抗腐蝕性、耐高溫等，但也有質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖擊等弱點(diǎn)。新型無(wú)機(jī)非金屬材料：主要指新型陶瓷、光導(dǎo)纖維等。新型無(wú)機(jī)非金屬材料除繼承傳統(tǒng)無(wú)

5、機(jī)非金屬材料的許多優(yōu)點(diǎn)、克服某些弱點(diǎn)外，還具有如下特性：耐高溫、強(qiáng)度高。具有電學(xué)特性，可用作集成電路的半導(dǎo)體。具有光學(xué)特性，如光導(dǎo)纖維，用于光纜通訊、醫(yī)療、信息處理等。具有生物功能。例題1水泥的成分主要有Ca2SiOx、Ca3SiOy、Ca3Al2Oz，則x ，y ，z 。分別用氧化物形式表示其組成為 、 、 。解析這是一個(gè)連帶型的推斷填空題。前后空格之間有著一定的聯(lián)系，只有正確填寫前面的空格，才可能得出最后的正確結(jié)果。此題可分二步考慮，第一步要正確寫出水泥的各種成分中氧原子的個(gè)數(shù)，第二步在已確定的化學(xué)式的基礎(chǔ)上，將其變換成氧化物的形式，根據(jù)化合物分子中多元素化合價(jià)代數(shù)和等于零的原則，可得x4

6、，y5，z6，代入化學(xué)式中可得Ca2SiO4、Ca3SiO5、Ca3Al2O6，改寫成氧化物的形式分別為：2CaOSiO2，3CaOSiO2，3CaOAl2O3。 必須指出，在氧化物的表示形式中，兩種氧化物的化學(xué)式中間用的小黑點(diǎn)，已將這兩種氧化物分隔成獨(dú)立的部分。因此CaO前面的系數(shù)并不能包括后面的SiO2。答案4 ；5 ；6 ；2CaOSiO2 ；3CaOSiO2；3CaOAl2O3例題2氮化硅(Si3N4)是一種非氧化物高溫陶瓷結(jié)構(gòu)材料。粉末狀的Si3N4可以由SiCl4蒸氣和NH3氣體混合物制取。粉末狀的Si3N4對(duì)空氣和水都不穩(wěn)定。但是，將粉末狀的Si3N4和適量的MgO在2301.0

7、1105Pa和185的密閉容器中熱處理，可以得到結(jié)構(gòu)十分緊密，對(duì)空氣和水相當(dāng)穩(wěn)定的固體材料。寫出由SiCl4和NH3制備Si3N4的化學(xué)方程式 ；分別寫出粉末狀的Si3N4和H2O及O2反應(yīng)的方程式 、 ；為什么結(jié)構(gòu)緊密的固體Si3N4不再受水和O2的侵蝕？ 。解析SiCl4和NH3反應(yīng)，生成Si3N4，其中Si、N的化合價(jià)均未變，所以另一產(chǎn)物應(yīng)為HCl；Si3N4和H2O反應(yīng)時(shí)，SiN鍵要向SiO鍵轉(zhuǎn)化，生成穩(wěn)定的SiO2和N2；Si3N4與MgO在密閉容器中熱處理后，使Si3N4表面形成一層SiO2保護(hù)層，阻止了Si3N4繼續(xù)受空氣中的O2和H2O的侵蝕。答案3SiCl44NH3Si3N4

8、12HClSi3N46H2O3SiO24NH3 Si3N43O23SiO22N2Si3N4和MgO在密閉容器中熱處理后使Si3N4表面生成了一層SiO2保護(hù)層，阻止了Si3N4繼續(xù)受H2O和O2的侵蝕?；A(chǔ)訓(xùn)練1下列不屬于陶瓷制品的是（ ）。A秦兵馬俑 B坩堝 C研缽 D蒸發(fā)皿2下列說(shuō)法中，正確的是（ ）。A傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料具有抗腐蝕性、耐高溫等許多優(yōu)點(diǎn)，但也有質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖擊的缺點(diǎn)B新型無(wú)機(jī)非金屬材料繼承了傳統(tǒng)非金屬材料的優(yōu)點(diǎn)，但不能耐高溫C有些新型無(wú)機(jī)非金屬材料可以做絕緣體，但都不能做半導(dǎo)體D新型無(wú)機(jī)非金屬材料都能透過(guò)可見(jiàn)光3過(guò)量的泥砂、純堿和生石灰熔化后生成（ ）。水泥 玻璃 瓷器

9、 混凝土 一種硅酸鹽產(chǎn)品A和 B和 C D4石墨炸彈爆炸時(shí)能在方圓幾百米范圍內(nèi)撒下下大量石墨纖維，造成輸電線、電廠設(shè)備損壞。這是由于石墨（ ）。A有放射性 B易燃、易爆 C能導(dǎo)電 D有劇毒5下列屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料的是（ ）。A高強(qiáng)度水泥 B鋼化玻璃 C氧化鋁陶瓷 D光導(dǎo)纖維6下列物質(zhì)沒(méi)有固定熔點(diǎn)或沸點(diǎn)的是（ ）。A玻璃 B空氣 C金剛石 D氯化鈉7當(dāng)今化學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)之一的C60，關(guān)于它的說(shuō)法正確的是（ ）。AC60是一種新型的化合物 BC60和石墨都是碳的同素異形體CC60中含有離子鍵 DC60的摩爾質(zhì)量是720g/mol8C60與現(xiàn)代足球有很相似的結(jié)構(gòu)，它與石墨互為（ ）。A同位素 B

10、同素異形體 C同分異構(gòu)體 D同系物9下列敘述正確的是（ ）。ASiO2屬于無(wú)機(jī)非金屬材料 B金屬不能作為結(jié)構(gòu)材料C玻璃是一種新型的非金屬材料 DC60也是一種材料10磷酸鈣系陶瓷是一種新型無(wú)機(jī)非金屬材料，它用于制造人類骨骼，這是利用該材料的（ ）。A耐高溫特性 B電學(xué)特性 C光學(xué)特性 D生物特性11世界著名的科技史專家、英國(guó)劍橋大學(xué)的李約瑟博士考證說(shuō)：“中國(guó)至少在距今3000年以前，就已經(jīng)使用玻璃了”。下列關(guān)于玻璃的敘述中，正確的是（ ）。A玻璃是人類最早使用的硅酸鹽材料B玻璃在加熱熔化時(shí)有固定的熔點(diǎn)C制普通玻璃的原料主要是純堿、石灰石和石英D普通玻璃的成分主要是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅12熔

11、融燒堿應(yīng)選用的器皿是（ ）。A石英坩堝 B普通玻璃坩堝 C生鐵坩堝 D陶瓷坩堝13新型無(wú)機(jī)非金屬材料碳化鈦(TiC)、碳化硼(B4C)、氮化硅(Si3N4)等為非氧化物陶瓷，合成這些物質(zhì)需要在高溫條件下進(jìn)行，在合成工藝中必須注意（ ）。A通入充足的氧氣 B避免與氧氣接觸C可在氮的氣氛中合成 D通入少量氧氣14我國(guó)科學(xué)家前不久成功合成3nm長(zhǎng)的管狀碳納米管，長(zhǎng)度居世界之首。這種碳纖維具有強(qiáng)度高、剛度（抵抗變形的能力）高、密度?。ㄖ挥袖摰?/4）、熔點(diǎn)高，化學(xué)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，固此被稱為“超級(jí)纖維”。下列對(duì)碳纖維的說(shuō)法中不正確的是（ ）。A它是制造飛機(jī)的理想材料 B它的主要組成元素是碳元素C它的結(jié)構(gòu)

12、與石墨相似 D碳纖維復(fù)合材料不易導(dǎo)電15在制玻璃的原料中，再加入下列物質(zhì)后，可制得各種不同用途的玻璃：A氧化亞銅(Cu2O) B氧化鉛(PbO) C氧化鈷(Co2O3) D硼砂(Na2B4O710H2O)制造化學(xué)儀器的玻璃加入的物質(zhì)是 。 制造光學(xué)儀器的玻璃加入的物質(zhì)是 。制造紅色玻璃加入的物質(zhì)是 。 制造藍(lán)色玻璃加入的物質(zhì)是 。16普通玻璃的成分為Na2CaSi6O14，以氧化物形式可表示為 ；鉀云母的化學(xué)式是K2H4Al6Si6O24，以氧化物形式可表示為 ；正長(zhǎng)石的化學(xué)式是KAlSi3Ox，x 。17氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上曾普遍采用高純硅與純氮

13、在1300反應(yīng)獲得。根據(jù)性質(zhì)，推測(cè)氮化硅陶瓷的用途是 （填序號(hào)）。A制汽輪機(jī)葉片 B制有色玻璃 C制永久性模具 D制造柴油機(jī)氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強(qiáng)，除氫氟酸外，它不跟其他無(wú)機(jī)酸反應(yīng)。試推測(cè)該陶瓷被氫氟酸腐蝕的化學(xué)方程式 ；現(xiàn)用四氯化硅和氮?dú)庠跉錃鈿夥毡Ｗo(hù)下，加強(qiáng)熱發(fā)生反應(yīng)，可得較高純度的氮化硅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。拓展提高18在氮化硅中添加氧化鋁，用氧原子替代一部分氮，有鋁原子替代一部分硅，通過(guò)常壓燒結(jié)即成新一代無(wú)機(jī)非金屬材料，叫氧氮硅鋁，即賽倫，化學(xué)通式為Si6-xAlxOxNy (x為24)。賽倫有 、 、 特性（至少寫三種）?；瘜W(xué)通式里的y值為 （用含x的式子表達(dá)）。19有A、B、C三

14、種不溶于水的固體。A是某元素的一種單質(zhì)，它在氧氣中完全燃燒得到一種無(wú)色氣體，此氣體能使澄清的石灰水變渾濁，另外測(cè)得這種氣體密度為同溫、同壓下的氧氣密度的1.375倍。B固體能溶于熱苛性鈉溶液，再往所得的溶液中加入過(guò)量鹽酸時(shí)，析出白色膠狀沉淀。此沉淀干燥后，成為不溶于水的白色粉末，這是一種比碳酸酸性還弱的酸。將B與石灰石、純堿按比例混合加熱后能得到C，C在高溫時(shí)軟化，無(wú)固定熔點(diǎn)。根據(jù)以上事實(shí)，判斷A為 元素的單質(zhì)，B的化學(xué)式為 ，C物質(zhì)為 。寫出生成C的有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。 。20材料科學(xué)是近年來(lái)與化學(xué)有關(guān)的科學(xué)研究的熱點(diǎn)。某新型無(wú)機(jī)非金屬材料K由兩種非金屬元素組成，它是一種超硬物質(zhì)，具有耐磨

15、、耐腐蝕、抗冷熱沖擊、抗氧化的特性，它是以化學(xué)中的常見(jiàn)物質(zhì)為原料來(lái)生產(chǎn)的，下圖所示為其生產(chǎn)過(guò)程，其中虛線框內(nèi)轉(zhuǎn)化是為探究C的組成而設(shè)，G、F、H均為難溶于水且為白色粉末；圖中除M、K（均含A元素）外均為化學(xué)常見(jiàn)物質(zhì)：G單質(zhì)A單質(zhì)B化合物C化合物M：A(NH2)4KEFHGIF過(guò)量NH3隔絕空氣高溫水硝酸銀溶液稀硝酸NaOH溶液過(guò)量CO2寫出化學(xué)式：?jiǎn)钨|(zhì)B ，化合物F 。寫出下列反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式：反應(yīng) 、反應(yīng) 。寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式 。21由SiO2 和CaCO3組成的混合物26.0g，經(jīng)灼燒至質(zhì)量恒定時(shí)，其質(zhì)量減少8.8g，試解答：寫出可能發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式；求產(chǎn)生氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積

16、；求原混合物中SiO2的質(zhì)量。基礎(chǔ)訓(xùn)練參考答案1C 2A 3B 4C 5CD 6AB 7BD 8B 9AD10D 11CD 12C 13BC 14C15D B A C16Na2OCaO6SiO2 K2O3Al2O36SiO22H2O 817ACD Si3N412HF3SiF44NH3 3SiCl42N26H2 Si3N412HCl18耐高溫、高強(qiáng)度、超耐磨、抗腐蝕、熱穩(wěn)定性好 y8x19C SiO2 玻璃Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2 CaCO3SiO2 CaSiO3CO220Cl2 H2SiO3(或H4SiO4)ClAgAgCl SiO22OHSiO32H2O3Si(NH2)4 Si3N48NH321 CaCO3SiO2 CaSiO3CO2 CaCO3 CaOCO2 生成V(CO2)4.48L m(SiO2)6g