同步蘇教化學(xué)選修一新突破講義：專題3 第2單元 功能各異的無機(jī)非金屬材料 Word版含答案

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1、 第二單元　功能各異的無機(jī)非金屬材料 學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解生活中無機(jī)非金屬材料的應(yīng)用與人類文明發(fā)展的密切關(guān)系。2.知道陶瓷、玻璃、水泥的主要成分、生產(chǎn)原料和生產(chǎn)過程，使學(xué)生對化學(xué)與生產(chǎn)生活實(shí)際的聯(lián)系有進(jìn)一步的認(rèn)識。(重點(diǎn))3.了解光導(dǎo)纖維和新型陶瓷材料的特點(diǎn)及用途，使學(xué)生充分認(rèn)識到科學(xué)技術(shù)在現(xiàn)代社會中的重要性。(重點(diǎn)) 一、生活中的硅酸鹽材料 1．硅酸鹽材料：陶瓷、普通玻璃、水泥的主要成分是硅酸鹽。 2．從黏土到陶瓷 (1)原料：陶器和瓷器都是用黏土制造的。 (2)燒制過程：黏土的主要成分是硅酸鹽。黏土去除雜質(zhì)后，經(jīng)過加水混勻制成所需形狀的坯件，再經(jīng)過高溫?zé)凭涂梢缘玫教沾?/p>

2、制品。陶瓷在高溫?zé)蓵r發(fā)生了復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化。 3．形形色色的玻璃 (1)玻璃的制作原料和成分：普通玻璃是以石英砂、碳酸鈉和碳酸鈣為原料，粉碎后按一定比例混合在熔爐中共熔制成的。其主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。玻璃是混合物，沒有固定的熔點(diǎn)。制備玻璃反應(yīng)過程的化學(xué)方程式為： Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑； CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。 (2)特種玻璃 (3)玻璃加工兩工藝 ①玻璃刻花 氫氟酸對玻璃具有腐蝕作用，可用于玻璃的雕刻，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 ②玻璃鍍銀 玻璃上鍍

3、銀涉及的三個離子方程式為Ag＋＋NH3·H2O===AgOH＋NH，AgOH＋2NH3·H2O===[Ag(NH3)2]＋＋OH－＋2H2O, 2[Ag(NH3)2]＋＋CH2OH(CHOH)4CHO＋2OH－ CH2OH(CHOH)4COO－＋NH＋2Ag↓＋3NH3↑＋H2O。 3．硅酸鹽水泥 水泥 二、光導(dǎo)纖維和新型陶瓷材料 1．光導(dǎo)纖維 (1)光導(dǎo)纖維的成分是SiO2，制備時發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為 SiCl4(g)＋O2(g)SiO2(s)＋2Cl2(g)。 (2)光導(dǎo)纖維的用途 ①由光導(dǎo)纖維組成的光纜可以代替通訊電纜，用于光纖通信，其優(yōu)點(diǎn)為容量大、速度快； ②光纖可用于

4、傳輸激光，在醫(yī)療方面有重要用途； ③光纖可用于制造各種傳感器，用于檢測溫度、壓強(qiáng)、磁場、電流、速度等。 2．新型陶瓷 (1)分類：新型陶瓷分為兩大類，即結(jié)構(gòu)陶瓷(或工程陶瓷)和功能陶瓷。 (2)結(jié)構(gòu)陶瓷 結(jié)構(gòu)陶瓷具有機(jī)械功能、熱功能和部分化學(xué)功能，如納米陶瓷成功地解決了陶瓷易碎的問題。 (3)功能陶瓷 ①功能陶瓷具有電、光、磁、化學(xué)和生物特性，且有相互轉(zhuǎn)換功能，如生物陶瓷等。 ②生物陶瓷具有良好的生物兼容性，對肌體無免疫排異反應(yīng)，無溶血、凝血反應(yīng)，對人體無毒，不會致癌，適合植入體內(nèi)，可用于人體器官和組織的修復(fù)或再造。 1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”) (1

5、)硅酸鹽材料屬于新型無機(jī)非金屬材料。(　　) (2)生產(chǎn)陶瓷、玻璃、水泥的原料中均有SiO2。(　　) (3)光導(dǎo)纖維具有很強(qiáng)的導(dǎo)電性。(　　) [答案]　(1)×　(2)×　(3)× 2．下列關(guān)于陶瓷、水泥等裝修材料的說法中，錯誤的是(　　) A．制作陶瓷的主要原料是黏土 B．?；u是所有瓷磚中最硬的一種 C．生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥的主要原料是黏土、石灰石和石英 D．水泥、沙子和水的混合物叫水泥砂漿 C　[生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥的主要原料是黏土和石灰石，沒有石英。D選項中要注意水泥砂漿和混凝土之間的區(qū)別，水泥、沙子、水的混合物是水泥砂漿。故選C。] 3．有關(guān)光導(dǎo)纖維的說法不正確的

6、是(　　) A．光導(dǎo)纖維是一種高質(zhì)量傳導(dǎo)光信息的玻璃纖維 B．光導(dǎo)纖維的抗干擾性能好，不發(fā)生電輻射，通信質(zhì)量高，能防竊聽 C．光導(dǎo)纖維是由普通玻璃制成的，普通玻璃拉成細(xì)絲即可得到光導(dǎo)纖維 D．光導(dǎo)纖維是由二氧化硅制成的 C　[光導(dǎo)纖維的成分與普通玻璃的成分不同，前者是SiO2，后者是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2的混合物。] 全面認(rèn)識傳統(tǒng)硅酸鹽材料 陶瓷是中華民族一項偉大的創(chuàng)造，具有悠久而輝煌的歷史。原始陶器大約是1萬年前出現(xiàn)在中國?！疤铡弊鳛闅v史上第一種人造材料成為人類擺脫蒙昧的時代標(biāo)志，秦兵馬俑的制造展示了當(dāng)時的制陶規(guī)模和藝術(shù)水平。瓷器在東漢晚期發(fā)明，到宋朝形

7、成了舉世聞名的“柴”“汝”“哥”“鈞”“定”“官”幾大名窯，其制品工藝之精 湛達(dá)到“青如天”“薄如紙”“聲如罄”的水平。相傳第一批瓷器抵達(dá)歐洲時，歐洲人面對這玲瓏剔透的瓷器愛不釋手，贊不絕口。一時不知如何稱呼它，這樣的好東西來自中國，干脆就叫它“中國”吧！“瓷國”美譽(yù)從此而得。陶瓷的主要成分是氧化硅、氧化鋁、氧化鉀等。 [思考交流] 1．生產(chǎn)玻璃和水泥均使用的原料是什么？ 【提示】　玻璃的主要原料是純堿、石灰石、石英；水泥的主要原料是石灰石和黏土，輔助原料是石膏，二者均用到石灰石。 2．制造普通玻璃的過程中涉及氧化還原反應(yīng)嗎？ 【提示】　沒有。 3．水泥、玻璃、陶瓷有固定的熔點(diǎn)嗎

8、？ 【提示】　沒有，因為它們都是混合物。 4．能否用玻璃塞試劑瓶盛放堿性試劑(如NaOH溶液、Na2CO3溶液)? 【提示】　不能。因為堿性試劑能與玻璃塞的主要成分SiO2反應(yīng)，如2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O，Na2SiO3具有黏合性，將瓶塞和試劑瓶黏結(jié)在一起。 傳統(tǒng)硅酸鹽材料 水　泥 玻　璃 陶　瓷 生產(chǎn)原料 石灰石、黏土 純堿、石灰石、石英 黏土 生產(chǎn)階段 和主要化 學(xué)方程式 原料生料熟料 成品 原料熔化 成型 Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑ CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑ 混合→成型→干燥→

9、燒結(jié)→冷卻 主要成分 及種類 硅酸三鈣 (3CaO·SiO2) 硅酸二鈣 (2CaO·SiO2) 鋁酸三鈣 (3CaO·Al2O3) 普通玻璃(Na2SiO3、CaSiO3和SiO2)、石英玻璃、光學(xué)玻璃、玻璃纖維、鋼化玻璃 種類：土器、陶器、瓷器、炻器等 主要性能 有水硬性：跟水摻和攪拌后凝固變硬、水中也能硬化 玻璃態(tài)物質(zhì)無固定熔點(diǎn)，在一定溫度范圍內(nèi)軟化 抗氧化、耐酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣性強(qiáng) 典型設(shè)備 水泥回轉(zhuǎn)窯 玻璃熔爐 陶瓷窯 共同特點(diǎn) 高溫條件下發(fā)生復(fù)雜的物理變化、化學(xué)變化，冷卻后成為復(fù)雜的硅酸鹽 1．下列關(guān)于玻璃的敘述不正確的是(

10、　　) A．普通玻璃無固定熔點(diǎn) B．普通玻璃的成分主要是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅 C．玻璃是幾種成分熔化在一起形成的晶體 D．玻璃屬于硅酸鹽材料 C　[玻璃并不是幾種成分熔化在一起就得到的，必須通過熔融后發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化而得到，而且玻璃不是晶體，因此它沒有固定的熔點(diǎn)。] 2．關(guān)于水泥的說法正確的是 (　　) A．生產(chǎn)水泥時，在熟料中加入適量的石膏可以調(diào)節(jié)水泥的硬化速率 B．水泥在水中能硬化，在空氣中不會硬化 C．水泥與水混合時會生成不同的水合物，要吸收一定的熱量 D．水泥溶于水后的硬化過程是一個物理變化 A　[水泥不但可在水中發(fā)生硬化，它也可以吸收空氣中的水分

11、發(fā)生硬化，水泥的硬化過程主要是化學(xué)變化，水泥中的成分與水生成不同的水合物，這主要是一個化學(xué)變化過程，此過程是放熱過程。] 3．(1)某型號水泥主要成分為Ca2SiOx、Ca3SiOy、Ca3Al2Oz，則x＝________，y＝________，z＝________。制取該水泥所用的原料是________。 (2)根據(jù)不同玻璃的特性和用途填空。 a．普通玻璃(鈉玻璃) b．石英玻璃 c．光學(xué)玻璃(鉛玻璃) d．鋼化玻璃(玻璃鋼) 可用于制造門窗、鏡子的是________，用于汽車或火車窗玻璃的是________，用于制造化學(xué)儀器的是________，用于制造光學(xué)儀器的是______

12、__。 [解析]　(1)將水泥主要成分寫成氧化物形式： 2CaO·SiO2、3CaO·SiO2、3CaO·Al2O3，可得x＝4，y＝5，z＝6。 (2)鋼化玻璃的機(jī)械強(qiáng)度比普通玻璃大，抗震裂、不易破碎，碎塊沒有尖銳的棱角，不易傷人，常用于制造汽車或火車的車窗等；提高SiO2的含量或加入B2O3能提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和降低它的熱膨脹系數(shù)，從而使其更耐高溫和抗化學(xué)腐蝕，可用于制造高級的化學(xué)反應(yīng)容器；加入PbO后制得的光學(xué)玻璃折光率高，可用來制造光學(xué)儀器。 [答案]　(1)4　5　6　石灰石、黏土 (2)a　d　b　c 4．下列有關(guān)材料分類的說法，不正確的是(　　) A．硅酸鹽材料屬

13、于新型無機(jī)非金屬材料 B．高溫結(jié)構(gòu)陶瓷屬于新型無機(jī)非金屬材料，金屬屬于金屬材料，但都屬于結(jié)構(gòu)材料 C．新型無機(jī)非金屬材料包括半導(dǎo)體材料、光導(dǎo)纖維、氧化鋁陶瓷等 D．氮化硅陶瓷屬于新型無機(jī)非金屬材料，也屬于高溫結(jié)構(gòu)材料 A　[硅酸鹽材料屬于傳統(tǒng)非金屬材料，即A項錯；氮化硅陶瓷具有高溫時能抗氧化，能抵抗冷熱沖擊的特性，屬高溫結(jié)構(gòu)材料。] 5．高溫結(jié)構(gòu)陶瓷與金屬材料相比，優(yōu)點(diǎn)是(　　) A．耐高溫耐腐蝕，不怕氧化 B．密度大，硬度大 C．韌性好，易于切削、鍛打、拉伸 D．良好的傳熱導(dǎo)電性 A　[高溫結(jié)構(gòu)陶瓷具有高熔點(diǎn)、抗腐蝕、抗氧化、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、密度小、硬度大等優(yōu)良性能；韌性好，易

14、于切削、鍛打、拉伸和良好的傳熱導(dǎo)電性是金屬的優(yōu)良性能。] 6．無冷卻式陶瓷發(fā)動機(jī)汽車的發(fā)動機(jī)部件的受熱面是由耐高溫且不易傳熱的氮化硅陶瓷材料制造的。 (1)氮化硅具有硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，根據(jù)性質(zhì)，推測氮化硅陶瓷的用途________(填序號)。 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)部件 (2)氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強(qiáng)，除氫氟酸外，它不與其他無機(jī)酸反應(yīng)。試推測該陶瓷被氫氟酸腐蝕的化學(xué)方程式 _______________________________________________________ _____________________________________________________。 (3)現(xiàn)用四氯化硅和氮?dú)庠跉錃鈿夥盏谋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___________________ _________________________________________________________。 [答案]　(1)ACD (2)Si3N4＋12HF===3SiF4↑＋4NH3↑ (3)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl