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1、第三单元化学与材料的发展 zxxkw 学 科 网 课题1无机非金属材料 课程标准导航1 使学生对无机非金属材料有大致印象 了解水泥 玻璃 陶瓷生产的简单原理 2 使学生认识到化学在现代社会 现代科技中的重要作用 3 使学生对新型无机非金属材料有大致印象 自主学习一 传统硅酸盐材料1 陶瓷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 陶瓷的主要性质有抗氧化 抗酸碱腐蚀 耐高温 绝缘 易成型等 黏土 学科网 石英砂 石灰石 纯碱 zxxkw 3 水泥制造普通硅酸盐水泥的原料有 辅助原料 普通硅酸盐水泥的主要成分是 铁铝酸钙等 水泥在空气中能吸水硬化 在水中也能硬化 因此是水
2、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 石灰石 黏土 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 混凝土 学科网 zxxkw 1 2 4 关于碳的新材料 1 C60之所以称为足球烯 是因为分子中有 键 所以C60可以与氢气发生反应 2 金刚石 石墨 足球烯 碳纳米管的物理性质不相同 原因是这几种物质的内部结构不相同 不饱和 自主体验1 下列说法中错误的是 A 生产普通玻璃和普通水泥的原料中都含有石灰石B 生产陶瓷和普通玻璃的原料中都含有石英C 某些合成橡胶可用做生产黏合剂的主要原料D 生产水玻璃和玻璃的原料中都含有烧碱 解析 选D 黏合剂的
3、基本成分是黏料 常见的黏料有热固性树脂 热塑性树脂 合成橡胶以及混合型黏料 水玻璃是能溶于水的硅酸盐 一般用石英和强碱做原料 例如用石英和氢氧化钠制取硅酸钠水玻璃 生产玻璃的主要原料是石英砂 石灰石和纯碱 生成水泥的主要原料是石灰石和黏土 zxxkw 2 下列说法中 正确的是 A 制陶的主要原料是石英砂B 制作陶器一般分为制泥 成型 干燥 烧结 冷却等步骤C 制陶过程中温度越高越好 这样制得的陶器牢固D 在氧化气氛中烧制得灰陶 在还原气氛中得红陶 解析 选B 制陶的原料是黏土 故A错误 制陶过程中温度不能太高 太高会使陶器变形 故C错误 在氧化气氛中 铁元素以Fe2O3的形式存在 得红陶 在还
4、原气氛中 铁元素以FeO的形式存在 得灰陶 故D错误 3 在高新技术蓬勃发展的今天 陶瓷材料被称为 支撑未来高新技术的尖端材料 广泛应用在航空 航天 信息 医疗 交通运输等许多领域 下列说法中正确的是 A 新型陶瓷材料和传统陶瓷材料都是硅酸盐材料B 新型陶瓷材料又叫精细陶瓷或高性能陶瓷C 制造新型陶瓷制品的原料以天然矿物为主 D 现在已经制造出的新型陶瓷材料大都性能优异 具有很好的延性和超塑性解析 选B 新型陶瓷材料的化学组成已经远远超出了硅酸盐的范围 不再是传统的硅酸盐材料 故A是错误的 制造新型陶瓷制品所用的原料已从天然矿物发展为人工合成的超细 高纯的化工原料 故C错误 目前 人们成功制造
5、出的许多新型陶瓷材料 虽然性能优异 但仍然属于脆性材料 延性不会很好 故D错误 探究导引1如何把硅酸盐由盐的书写形式改写为氧化物的形式 传统硅酸盐材料 提示 把硅酸盐由盐的书写形式改写为氧化物的形式的方法是 xMO nSiO2 mH2O 如果有 OH n时 其中MO表示金属氧化物 x n m均由组成中有关原子的个数决定 复杂硅酸盐改写成氧化物的顺序为碱性氧化物 两性氧化物 酸性氧化物 水 要点归纳1 传统硅酸盐材料的原料沙石 黏土 石英 石棉 高岭石等许多矿物是硅酸盐或硅的氧化物 传统硅酸盐产品以黏土 石英 钾长石和钠长石为原料 即时应用1 过量的泥沙 纯碱 生石灰熔化后生成 水泥 玻璃 瓷器
6、 混凝土 一种硅酸盐产品A 和 B 和 C D 解析 选B 总结水泥的主要成分是2CaO SiO2 3CaO SiO2和3CaO Al2O3 其生产原料为黏土 石灰石 混凝土是水泥 碎石和沙子的混合物 陶瓷属于硅酸盐产品 其主要原料是黏土 泥沙的主要成分是SiO2 与纯碱 生石灰在高温下发生如下反应 新型无机非金属材料 探究导引2常见新型无机非金属材料有几类 要点归纳1 新型无机非金属材料有何特点 2 碳 硅结构的特殊性碳和硅分别处在元素周期表 A族的第二周期 第三周期 碳原子的核外有2个电子层 最外层上有4个电子 硅原子的核外有3个电子层 最外层上有4个电子 原子结构的相似 决定了元素性质的
7、相似 碳和硅都是非金属元素 主要化合价为 4价 形成的化学键通常是共价键 化学性质通常比较稳定 原子结构的相似 决定了元素单质的结构的相似 金刚石晶体 碳的单质之一 和晶体硅 硅的单质之一 的结构很相似 如图是金刚石晶体结构示意图 由碳和硅化合而成的碳化硅 SiC 也跟金刚石 晶体硅的结构相似 相邻的原子以共价键结合成为正四面体 一个个的正四面体以共价键互联并向四面八方扩展形成了立体网状结构 金刚石晶体结构示意图 内部微粒 原子 离子或分子 在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体叫做晶体 晶体的类型包括原子晶体 离子晶体 金属晶体和分子晶体 金刚石晶体和单质硅晶体都是原子晶体 原子之间以共
8、价键相互结合而成的立体网状结构的晶体叫做原子晶体 由于共价键强度大 空间网状结构稳定性强 所以原子晶体硬度很大 熔点和沸点都很高 化学性质相对稳定 即时应用2 下列对材料的特性及用途的叙述不正确的是 A 氧化铝陶瓷具有两性 因此可用来制造人造牙齿B 氮化硅陶瓷耐高温且不易传热 可用于制造柴油机部件C 光导纤维传导光的能力很强 是非常好的通讯材料D 人造刚玉硬度高 可用于制造刚玉球磨机 解析 选A 本题以新型无机非金属材料为题材着重考查了性质决定用途这一原则 并与生产和生活相联系 要求学生能够认识生产 生活中化学的重要作用 氧化铝陶瓷用来制造人造牙齿的原因是它具有很高的硬度及具有良好的生物相容性
9、而不是由于其两性 氮化硅陶瓷耐高温且不易传热 所以用于制造柴油机部件时不需要冷却 损失的能量小 光导纤维传导光的能力很强 在通讯时用于传导光信号 人造刚玉 氧化铝 硬度高 所以可用作球磨机材料 某硅酸盐化学式为Mg2Si3O8 nH2O 试用氧化物形式表示其组成 并写出其与盐酸反应的化学方程式 解析 按Mg Si原子个数写出其氧化物 配平时 遵循原子守恒原则 按照金属氧化物与盐酸反应生成金属氯化物的格式书写产物 硅酸盐中的Si用硅酸表示产物 由H原子数判断生成H2O的化学计量数为 2n 4 6 2 n 1 答案 氧化物表示式 2MgO 3SiO2 nH2O 与盐酸反应的化学方程式 Mg2Si3
10、O8 nH2O 4HCl 2MgCl2 3H2SiO3 n 1 H2O 碳纳米管是由一种纳米尺度的 具有完整分子结构的新型碳纳米材料制成 它是由一层碳原子卷曲而成的无缝 中空的管体 具有质轻 可弯曲 强度好 弹性强的特点 下列关于碳纳米管的可能用途叙述不正确的是 A 用它可做成攀登月球的 太空天梯 B 能解决室温下 低气压 高容量储存氢气的难题C 作为优秀的绝缘材料D 制造电脑芯片可大大提高计算机系统的计算能力 解析 由于碳纳米管具有质轻 可弯曲 强度好 弹性强的特点 所以它可以制成强度很大 质量较小的绳索 做成攀登月球的 太空天梯 又由于碳纳米管是由一层碳原子卷曲而成的无缝 中空的管体 所以
11、在管体内可以安全地储存氢气 它是由一层碳原子卷曲而成的管体 因而可以联想到碳纳米管相当于是由石墨的一层碳原子卷曲而成的管体 所以它应像石墨一样能够导电 可以用于制造电器部件 答案 C 名师点评 新型无机非金属材料是人们根据生活的需要 利用先进的科学技术 由无机物研制出的一些具有特殊结构 特殊功能的新材料 理解这一概念须注意以下几点 1 新型无机非金属材料属于无机物 2 新型无机非金属材料是高科技产品 3 新型无机非金属材料具有特殊结构 特殊功能 经典案例 2011 高考福建卷节选 四氯化钛 TiCl4 是制取航天航空工业材料 钛合金的重要原料 由钛铁矿 主要成分是FeTiO3 制备TiCl4等
12、产品的一种工艺流程示意如下 回答下列问题 1 往 中加入铁屑至浸出液显紫色 此时溶液仍呈强酸性 该过程中有如下反应发生 2Fe3 Fe 3Fe2 2TiO2 无色 Fe 4H 2Ti3 紫色 Fe2 2H2OTi3 紫色 Fe3 H2O TiO2 无色 Fe2 2H 加入铁屑的作用是 2 在 工艺过程中需要控制条件以形成TiO2 nH2O溶胶 该溶胶的分散质颗粒直径大小在 范围 3 上述工艺具有成本低 可用低品位矿物为原料等优点 依据绿色化学理念 该工艺流程中存在的不足之处是 只要求写出一项 4 依据下表信息 要精制含少量SiCl4杂质的TiCl4 可采用 方法 解析 1 加入铁屑使溶液中的Fe3 还原为Fe2 防止Ti3 被Fe3 氧化 2 胶体的分散质微粒的直径大小介于1nm 100nm之间即10 9m 10 7m 3 该工艺流程中产生一些氯气等废气 还有一些废渣 废液等 给环境造成污染 4 根据表中的数据可知二者的沸点差距较大 因此可以通过分馏的方法把SiCl4除去 答案 1 使溶液中的Fe3 还原为Fe2 防止Ti3 被Fe3 氧化 2 10 9m 10 7m 或其他合理答案 3 产生三废 或其他合理答案 4 蒸馏 或分馏或精馏
