5.3無機(jī)非金屬材料（導(dǎo)學(xué)案）

第五章《化學(xué)生產(chǎn)中的重要非金屬元素》導(dǎo)學(xué)案第三節(jié)無機(jī)非金屬材料【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、通過閱讀交流，了解陶瓷、玻璃、水泥等傳統(tǒng)硅酸鹽材料的生產(chǎn)原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分，感受傳統(tǒng)硅酸鹽材料在城鄉(xiāng)建設(shè)中發(fā)揮的重要作用。2、通過自主學(xué)習(xí)，了解晶體硅、二氧化硅、新型陶瓷、碳納米材料的性能和用途，感受新型無機(jī)非金屬材料的奇特性能及其在高科技領(lǐng)域所發(fā)揮的重要作用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。3、聯(lián)系生活實(shí)際和現(xiàn)代科技成果，了解粗硅的制法和高純硅的提純原理及納米材料的類別結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能和用途，感受化學(xué)就在身邊，培養(yǎng)科學(xué)探究的精神和社會責(zé)任感?！緦W(xué)習(xí)重點(diǎn)】玻璃、水泥、硅、二氧化硅、新型陶瓷等無機(jī)非金屬材料的主要性能和用途，普通玻璃的主要成分?！緦W(xué)習(xí)難點(diǎn)】硅酸鹽的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、高純硅的制備方法及原理?！菊n前預(yù)習(xí)】舊知回顧：1.地殼中含量最多的元素是_氧_,其次是_硅，含量占_26.3%_，含量最多的金屬元素是_鋁_。2.CO2是一種無色氣_體，_微_溶于水，固態(tài)CO2俗稱干冰。CO2是__酸__性氧化物，能與水、堿性氧化物、堿等反應(yīng)，其化學(xué)（或離子）方程式為①CO2+H2O==H2CO3、②CO2+CaO==Ca(OH)2_、③CO2+2NaOH==Na2CO3+H2O_。新知預(yù)習(xí)：1.硅酸鹽結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般不溶于水，性質(zhì)很穩(wěn)定。最簡單的硅酸鹽是硅酸鈉。硅酸鹽可用氧化物的形式表示，如硅酸鈉（Na2SiO3）可表示為Na2O·SiO2、鎂橄欖石（Mg2SiO4）可表示為2MgO·SiO2。硅酸鹽的主要產(chǎn)品有陶瓷、水泥、玻璃。硅的主要用途是半導(dǎo)體材料（硅芯片、光電池等）2.分別寫出SiO2與CaO、NaOH、溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：SiO2＋CaOeq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3；SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O；與Na2CO3反應(yīng)：固體高溫條件下SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑3.新型無機(jī)非金屬材料具有一些特殊的功能。如含4%硅的硅鋼具有導(dǎo)磁性，主要用作變壓器的鐵芯；人工合成的硅橡膠是最好的既耐高溫又耐低溫的橡膠，用于火箭、飛機(jī)、導(dǎo)彈的零件和絕緣材料；人工制造的分子篩，主要用作吸附劑和催化劑?！菊n中探究】情景導(dǎo)入：材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類使用的材料除了金屬材料，還有無機(jī)非金屬材料等。從組成上看，許多無機(jī)非金屬材料含有硅、氧等元素，具有耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點(diǎn)，以及特殊的光學(xué)、電學(xué)等性能。隨著工業(yè)生產(chǎn)和社會發(fā)展對材料性能要求的提高，一批新型無機(jī)非金屬材料相繼誕生，成為航空、航天、信息和新能源等高技術(shù)領(lǐng)域必需的材料。（見PPT視頻）一、硅酸鹽材料活動一、硅酸鹽的組成及結(jié)構(gòu)硅氧等元素含有元素：任務(wù)一、閱讀教材P19頁內(nèi)容，回答硅氧等元素含有元素：耐高溫、抗腐蝕、硬度高、特殊的光學(xué)、電學(xué)等性能耐高溫、抗腐蝕、硬度高、特殊的光學(xué)、電學(xué)等性能性能：無機(jī)非金屬材料傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料、新型無機(jī)非金屬材料分類：【答案要點(diǎn)】傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料、新型無機(jī)非金屬材料分類：日常生活應(yīng)用、日常生活應(yīng)用、航空航天領(lǐng)域、新能源領(lǐng)域、信息領(lǐng)域應(yīng)用：②通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示其組成。例如：硅酸鈉(Na2SiO3)：Na2O·SiO2。長石(KAlSi3O8)：K2O·Al2O3·6SiO2。【注意】硅酸鹽氧化物形式的改寫：①書寫形式：eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(氧化物的排列順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水,氧化物之間以“·”隔開))②化學(xué)計量數(shù)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(配置原則：各元素原子總個數(shù)比值符合原來的組成,若出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時應(yīng)化為整數(shù)))例如：鈉長石(NaAlSi3O8)不能寫成eq\f(1,2)Na2O·eq\f(1,2)Al2O3·3SiO2，應(yīng)寫成Na2O·Al2O3·6SiO2。任務(wù)二、討論交流：結(jié)合教材“資料卡片”，思考硅酸鹽的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途有何特點(diǎn)？【答案要點(diǎn)】①硅酸鹽是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱，硅酸鹽是一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物質(zhì)，一般都不溶于水，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定。②在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了硅氧四面體。每個Si結(jié)合4個O，Si在中心，O在四面體的4個頂角；許多這樣的四面體還可以通過頂角的O相互連接，每個O為兩個四面體所共有，與2個Si相結(jié)合。。③硅氧四面體結(jié)構(gòu)的特殊性，決定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等特點(diǎn)。【對應(yīng)練習(xí)】1．下列說法正確的是（）①構(gòu)成巖石與許多礦物的基本元素是碳②二氧化硅晶體的基本結(jié)構(gòu)單元中，每個Si周圍結(jié)合4個O③使用量最大的無機(jī)非金屬材料是：陶瓷、水泥、玻璃等硅酸鹽產(chǎn)品④硅膠多孔，吸附能力強(qiáng)，常用作干燥劑，也可用作催化劑的載體A．①②③④ B．②③④ C．①④ D．②③【答案】B【解析】①硅在地殼中的含量僅次于氧，居第二位，在自然界中硅主要以化合物二氧化硅、硅酸鹽等的形式存在，二氧化硅、硅酸鹽等硅的化合物是構(gòu)成巖石和許多礦物的主要成分，因此可以說硅是構(gòu)成巖石與許多礦物的基本元素，①錯誤；②二氧化硅晶體的基本結(jié)構(gòu)單元中，每個Si原子與4個O原子形成4個SiO共價鍵；每個O原子與2個Si原子形成SiO共價鍵，這種結(jié)構(gòu)向空間擴(kuò)展就形成了立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中含有的Si、O原子個數(shù)比是1：2，②正確；③陶瓷、水泥、玻璃等硅酸鹽產(chǎn)品是使用量最大的傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料，③正確；④硅膠多孔，表面積大，吸附能力強(qiáng)，常用作干燥劑，也可用作催化劑的載體，使反應(yīng)物充分接觸發(fā)生反應(yīng)，④正確；綜上所述可知：說法正確的是②③④，故合理選項(xiàng)是B。選項(xiàng)ABCD文物名稱《四羊方尊》國家博物館《千里江山圖》故宮博物院《青銅神樹》三星堆博物館陶兵馬俑秦始皇博物館2．我國是一個擁有五千年文化傳承的文明古國，下列國寶級文物主要由硅酸鹽制成的是（）【答案】D【解析】A項(xiàng)，四羊方尊主要成分為銅合金，錯誤；B項(xiàng)，千里江山圖主要材料為纖維素，錯誤；C項(xiàng)，青銅神樹的主要成分為銅合金，錯誤；D項(xiàng)，兵馬俑為陶俑主要材料為硅酸鹽，正確?；顒佣⑷N常見的硅酸鹽產(chǎn)品任務(wù)一、閱讀教材P2021頁內(nèi)容，思考制備三種常見的硅酸鹽產(chǎn)品的制作原理及主要原料、設(shè)備、成分分別是什么？填寫表格內(nèi)容?！敬鸢敢c(diǎn)】①三種常見硅酸鹽產(chǎn)品的性能及應(yīng)用：硅酸鹽產(chǎn)品性能應(yīng)用陶瓷新石器時代就能燒制(China瓷都),唐宋時期達(dá)到鼎盛：青花瓷、唐三彩。陶瓷具有抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等。生產(chǎn)建筑材料、絕緣材料、日用器皿、衛(wèi)生潔具等。玻璃玻璃無固定的熔沸點(diǎn)，在一定溫度范圍內(nèi)軟化。生產(chǎn)建筑材料、光學(xué)儀器和各種器皿，制造玻璃纖維用于高強(qiáng)度復(fù)合材料。水泥不能抗酸的腐蝕是因?yàn)樗嗟某煞种杏刑妓猁},碳酸鹽與酸反應(yīng)會放出CO2。制水泥過程中加入石膏的作用是調(diào)節(jié)水泥硬化速率。一種非常重要的建筑材料，大量用于建筑和水利工程。②三種常見的硅酸鹽產(chǎn)品的制備比較：硅酸鹽產(chǎn)品原料反應(yīng)原理主要設(shè)備主要成分陶瓷黏土發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化（不作要求）－Al2O3·2SiO2·2H2O玻璃純堿、石灰石、石英砂Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑玻璃窯Na2SiO3、CaSiO3和SiO2水泥石灰石、黏土發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化（不作要求）水泥回轉(zhuǎn)窯硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)任務(wù)二、問題探究：（1）工業(yè)上利用焦炭與SiO2在高溫下反應(yīng)制備粗硅，由此能否說明碳的還原性大于硅？【答案要點(diǎn)】氧化性、還原性的強(qiáng)弱，必須是在通常的情況（如溶液）下發(fā)生的反應(yīng)，上述反應(yīng)是在高溫條件下發(fā)生的，故不能比較還原性的強(qiáng)弱。（2）根據(jù)反應(yīng)Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑，能否證明硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)？若不能，又該如何證明？【答案要點(diǎn)】①不能。因該反應(yīng)不是在溶液中進(jìn)行，所以不能證明硅酸的酸性強(qiáng)于碳酸的酸性。②可以利用下圖裝置和方法來證明硅酸和碳酸酸性的強(qiáng)弱：化學(xué)方程式：Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3(膠體)+2NaCl【對應(yīng)練習(xí)】1．“九秋風(fēng)露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽(yù)越窯秘色青瓷的詩句，描繪我國古代精美的青瓷工藝品，玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關(guān)說法中正確的是A．玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品 B．制水泥的原料為純堿、石灰石和石英砂C．硅酸鹽制品的性質(zhì)穩(wěn)定、熔點(diǎn)較高 D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽【答案】C【解析】A．陶瓷是人類最早使用的硅酸鹽材料，不是玻璃，A錯誤；B．水泥的原料是黏土和石灰石，純堿、石灰石、石英是制造玻璃的原料，生成玻璃不需要黏土，B錯誤；C．硅酸鹽性質(zhì)穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，所以硅酸鹽制品一般具有性質(zhì)穩(wěn)定、熔點(diǎn)較高的特點(diǎn)，C正確；D．沙子主要成分是二氧化硅，為氧化物，不是硅酸鹽，D錯誤；故答案選C。2．下列說法不正確的是（）A．陶瓷是以黏土為主要原料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成B．普通玻璃以純堿、石灰和石英砂為原料，發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化制得C．普通硅酸鹽水泥以黏土和石灰石為主要原料D．向水泥中加入適量的石膏可以調(diào)節(jié)水泥硬化速率【答案】B【解析】A項(xiàng)，陶瓷是以粘性較高、可塑性較強(qiáng)的黏土為主要原料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，正確；B項(xiàng)，生產(chǎn)普通的原料是玻璃以純堿、石灰石和石英砂，而不用石灰，經(jīng)混合，發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化制得，錯誤；C項(xiàng)，普通硅酸鹽水泥以黏土和石灰石為主要原料，由硅酸鹽水泥熟料、5%－20%的混合材料及適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，正確；D項(xiàng)，向水泥中加入適量的石膏可以調(diào)節(jié)水泥硬化速率，在水泥粉磨時，若不摻加石膏或摻加的石膏量不足時，水泥會發(fā)生瞬凝現(xiàn)象，正確。二、新型的無機(jī)非金屬材料活動一、硅和二氧化硅任務(wù)一、閱讀課本P21最后兩自然段，思考硅在自然界的存在、結(jié)構(gòu)、用途和制備方法分別是什么？完成表格內(nèi)容?！敬鸢敢c(diǎn)】①硅的存在、結(jié)構(gòu)及用途：存在結(jié)構(gòu)周期表中位置用途含量存在形態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖：空間結(jié)構(gòu)：第三周期、第ⅣA族Si導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間,是良好的半導(dǎo)體材料,硅是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料地殼中居第二位氧化物和硅酸鹽②高純硅的制備a.高純硅的制備流程:b.高純硅的制備原理（主要化學(xué)反應(yīng)）：SiO2＋2Ceq\o(═══,\s\up7(1800～2000℃))Si（粗）＋2CO↑；Si（粗）＋3HCleq\o(═══,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2；SiHCl3＋H2eq\o(═══,\s\up7(1100℃))Si（純）＋3HCl。任務(wù)二、問題探究：（1）碳和硅原子結(jié)構(gòu)相似，為什么SiO2和CO2的物理性質(zhì)差別很大，化學(xué)性質(zhì)有哪些相同點(diǎn)和不同點(diǎn)？【答案要點(diǎn)】①SiO2和CO2的物理性質(zhì)差別很大的原因：SiO2是立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，不存在SiO2分子，而CO2是由碳、氧原子結(jié)合成的分子，微粒間的作用力遠(yuǎn)小于SiO2。②SiO2和CO2都屬于酸性氧化物，但SiO2與水、一般的酸不反應(yīng)，能與氫氟酸反應(yīng)，能與堿、堿性氧化物反應(yīng)。③高溫下，SiO2能與部分鹽反應(yīng)，如SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑、SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑。④CO2和SiO2的比較：物質(zhì)二氧化硅二氧化碳存在存在于巖石、沙子、石英、水晶、硅藻土中空氣，燃料的燃燒產(chǎn)物物理性質(zhì)固體，難溶于水，熔、沸點(diǎn)高，硬度大通常情況下為無色無味氣體，密度比空氣大，微溶于水化學(xué)性質(zhì)①與水反應(yīng)不反應(yīng)CO2＋H2OH2CO3②與酸反應(yīng)只與氫氟酸反應(yīng)SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O不反應(yīng)③與堿液(NaOH)反應(yīng)SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O(盛堿液的試劑瓶用橡皮塞)CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O或CO2＋NaOH=NaHCO3④與堿性氧化物反應(yīng)如與CaO反應(yīng)：SiO2＋CaOeq\o(═══,\s\up7(高溫))CaSiO3如與Na2O反應(yīng)：CO2＋Na2O=Na2CO3⑤與碳反應(yīng)SiO2＋2Ceq\o(═══,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑CO2＋Ceq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())2CO用途制飾品、坩堝、光導(dǎo)纖維干冰用于人工降雨（2）實(shí)驗(yàn)室盛NaOH溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞不用玻璃塞？【答案要點(diǎn)】①NaOH溶液能與玻璃中的SiO2反應(yīng)生成Na2SiO3：SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O，硅酸鈉水溶液有粘性，使瓶塞部分粘結(jié)而無法打開。因此盛裝NaOH溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。②Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃，具有黏結(jié)力強(qiáng)、耐高溫等特性，可以用作黏合劑和防火劑?！緦?yīng)練習(xí)】1．下列關(guān)于SiO2的敘述正確的是（）①SiO2能與水反應(yīng)生成硅酸②SiO2對應(yīng)的水化物是可溶性弱酸③硅原子和碳原子的最外層電子數(shù)相同，SiO2和CO2的分子結(jié)構(gòu)也相同④SiO2既能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)又能與氫氟酸反應(yīng)，故SiO2是兩性氧化物⑤SiO2中硅元素為價，故SiO2具有氧化性⑥在SiO2中，每個硅原子結(jié)合2個氧原子A．①③⑤ B．①②④⑥ C．③ D．⑤【答案】D【解析】①SiO2不與水反應(yīng)；②SiO2對應(yīng)的水化物H2SiO3(弱酸)不溶于水；③SiO2晶體中不存在單個的SiO2分子，且每個硅原子與4個氧原子結(jié)合，而二氧化碳分子中1個碳原子與1個氧原子形成兩條共價鍵，結(jié)構(gòu)式為O=C=O，所以二者的分子結(jié)構(gòu)不同；④二氧化硅與氫氟酸反應(yīng)生成四氟化硅和水，沒有鹽生成，與堿反應(yīng)生成鹽和水，所以二氧化硅屬于酸性氧化物，不屬于兩性氧化物；⑤SiO2具有弱氧化性，如高溫條件下被碳還原制取粗硅：SiO2+2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si+2CO↑；⑥SiO2晶體中不存在單個的SiO2分子，且每個硅原子與4個氧原子結(jié)合；結(jié)合以上分析可知，不正確的有①②③④⑥，只有⑤正確；故選D。2.高爐冶煉的粗硅難以滿足使用過程中的純度要求，因此需對粗硅進(jìn)行進(jìn)一步的提純。工業(yè)上采用Si與HCl在350℃左右反應(yīng)生成SiHCl3，之后將其還原、結(jié)晶得到高純度的單晶硅產(chǎn)品。已知SiHCl3的熔點(diǎn)為128℃，沸點(diǎn)為33℃，且遇O2與H2O均劇烈反應(yīng)?，F(xiàn)要在實(shí)驗(yàn)室中制取少量SiHCl3，其實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示，則下列說法正確的是（）A．工業(yè)上用過量的焦炭與石英砂混合冶煉粗硅，發(fā)生的反應(yīng)為SiO2+Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si+CO2↑B．使用濃H2SO4和NaCl混合加熱制取HCl利用了濃H2SO4的脫水性C．冰鹽浴的目的為降低收集容器的溫度，使SiHCl3冷凝為液體D．可以用無水CaCl2、硅膠等固體干燥劑替換干燥管中的堿石灰【答案】C【解析】濃硫酸與NaCl固體混合加熱發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)產(chǎn)生Na2SO4和HCl，HCl氣體經(jīng)濃硫酸干燥后與粗硅發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生SiHCl3，然后經(jīng)冰鹽浴降溫后冷凝為液體物質(zhì)，多余的HCl可以被干燥管的堿石灰吸收然后排放，堿石灰還可以吸收空氣中的H2O蒸氣，防止SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)導(dǎo)致變質(zhì)。A．工業(yè)上用過量的焦炭與石英砂混合冶煉粗硅，發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生Si、CO，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2+2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si+2CO↑，A錯誤；B．使用濃H2SO4和NaCl混合加熱制取HCl利用了濃H2SO4的高沸點(diǎn)、難揮發(fā)性，而不是其脫水性，B錯誤；C．由于SiHCl3的熔點(diǎn)為128℃，沸點(diǎn)為33℃，所以冰鹽浴的目的為降低收集容器的溫度，使SiHCl3冷凝為液體，C正確；D．干燥管中的堿石灰是堿性干燥劑，可以吸收HCl尾氣，并可以防止空氣中的水分進(jìn)入收集容器，而不能用無水CaCl2、硅膠等固體干燥劑替換，D錯誤；故合理選項(xiàng)是C。活動二、常見兩種新型無機(jī)非金屬材料任務(wù)一、閱讀教材P23頁內(nèi)容，結(jié)合“科學(xué)·技術(shù)·社會”欄目，回答常見新型陶瓷的種類、成分、性能及主要用途有哪些？填寫表格內(nèi)容?！敬鸢敢c(diǎn)】新型材料成分性能主要應(yīng)用金剛砂碳化硅(SiC)硬度大、耐高溫、抗氧化磨料、耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導(dǎo)體材料高溫結(jié)構(gòu)陶瓷碳化硅、氮化硅、金屬氧化物耐高溫、抗氧化、耐腐蝕用于火箭發(fā)動機(jī)、汽車發(fā)動機(jī)和高溫電極材料等壓電陶瓷鈦酸鹽、鋯酸鹽等能實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能的相互轉(zhuǎn)化用于濾波器、揚(yáng)聲器、超聲波探傷器和點(diǎn)火器等透明陶瓷氧化鋁、氧化釔等氧化物透明陶瓷；氮化鋁、氟化鈣等非氧化物透明陶瓷具有優(yōu)異的光學(xué)性能、耐高溫、絕緣性好用于高壓鈉燈、激光器、高溫探測窗等超導(dǎo)陶瓷—臨界溫度下具有超導(dǎo)性用于電力、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域任務(wù)二、閱讀教材P2324頁內(nèi)容，回答常見碳納米材料的種類、性能及用途有哪些？填寫表格內(nèi)容?！敬鸢敢c(diǎn)】①碳納米材料是近年來人們十分關(guān)注的一類新型無機(jī)非金屬材料，主要包括富勒烯、碳納米管、石墨烯等，在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。②碳納米材料的分類及用途碳納米材料概念性能用途富勒烯由碳原子構(gòu)成的一系列籠形分子的總稱,其中C60是富勒烯的代表物—C60的發(fā)現(xiàn)為納米科學(xué)提供了重要的研究對象,開啟了碳納米材料的研究和應(yīng)用的新時代,如用C60作車輪的“納米汽車”。碳納米管由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑比表面積大，有相當(dāng)高的強(qiáng)度和優(yōu)良的電學(xué)性能生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等石墨烯只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨電阻率低、熱導(dǎo)率高，具有很高的強(qiáng)度在光電器件、超級電容器、電池、復(fù)合材料等方面的應(yīng)用研究正在不斷深入【對應(yīng)練習(xí)】1.下列關(guān)于無機(jī)非金屬材料的說法不正確的是()A．傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料B．新型無機(jī)非金屬材料雖然克服了傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的缺點(diǎn)，但強(qiáng)度比較差C．高溫結(jié)構(gòu)材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點(diǎn)D．傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料和新型無機(jī)非金屬材料的主要成分不同【答案】B【解析】無機(jī)非金屬材料分為傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料和新型無機(jī)非金屬材料兩大類。傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料是指我們常說的硅酸鹽材料，包括玻璃、水泥、磚瓦、陶瓷等；新型無機(jī)非金屬材料是指一些新型的具有特殊結(jié)構(gòu)和特殊功能的非硅酸鹽型材料。新型無機(jī)非金屬材料與傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料相比，具有許多優(yōu)良性能，如耐高溫、耐磨損、耐酸堿腐蝕、具有壓電效應(yīng)和生物功能等。2．北京冬奧會上科技元素“星光熠熠”，向世界展現(xiàn)了一個現(xiàn)代化的中國。212項(xiàng)技術(shù)在冬奧會上得以應(yīng)用，如含有石墨烯的智能服飾、鋁合金管材和光導(dǎo)纖維等等。下列有關(guān)說法中，不正確的是（）A．石墨烯是一種電阻率低、熱導(dǎo)率高的具有優(yōu)異性能的新型材料B．我國提出網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國戰(zhàn)略，光纜線路總長超過三千萬公里，光纜的主要成分是二氧化硅C．制造芯片的關(guān)鍵材料是二氧化硅D．富勒烯及“超輕海綿”使用的石墨烯是新型無機(jī)非金屬材料【答案】C【解析】A．石墨烯是單層二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)碳單質(zhì)，是具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性的新型材料，故A正確；B．光纜的主要成分是二氧化硅，故B正確；C．芯片的關(guān)鍵材料是單質(zhì)硅，故C錯誤；D．富勒烯及石墨烯都是碳單質(zhì)，是新型無機(jī)非金屬材料，故D正確；選C?！菊n后鞏固】1．（易）教材作業(yè)：P25頁練習(xí)2、3、4、52．化學(xué)知識與科技、生產(chǎn)、生活有密切的關(guān)系。下列敘述中錯誤的是（）A．“天宮二號”空間運(yùn)行的動力源泉——太陽能電池帆板，其核心材料為晶體硅B．“天問一號”火星車使用的保溫材料——納米氣凝膠，具有丁達(dá)爾效應(yīng)C．三星堆二號祭祀坑出土商代的銅人銅像填補(bǔ)了我國考古學(xué)、青銅文化史上的諸多空白。青銅器的出土表明我國商代已經(jīng)掌握冶煉銅技術(shù)D．“北斗系統(tǒng)”組網(wǎng)成功，北斗芯片中的半導(dǎo)體材料為二氧化硅【答案】D【解析】A．宮二號使用的光伏太陽能電池的核心材料是半導(dǎo)體硅，天宮二號使用的光伏太陽能電池是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，A正確；B．“天問一號”火星車使用的熱控材料是新型保溫材料納米氣凝膠，屬于膠體，能夠產(chǎn)生丁達(dá)爾效應(yīng)，B正確C．青銅器的主要成分是銅單質(zhì)，商代的銅人銅像，說明此時我國已經(jīng)掌握煉銅技術(shù)，C正確；D．單質(zhì)硅是半導(dǎo)體材料，芯片中的半導(dǎo)體材料為單質(zhì)硅，D錯誤；故選D。3.下列關(guān)于日常現(xiàn)象與生活常識的解釋中錯誤的是（）A．鹵水點(diǎn)豆腐、傷口上涂抹氯化鐵溶液止血均利用了膠體的聚沉原理B．陶瓷、水泥、玻璃均為硅酸鹽制品，屬于無機(jī)非金屬材料C．鋁合金不易發(fā)生銹蝕是因?yàn)殇X在常溫下不與空氣中的氧氣反應(yīng)D．一氧化碳難溶于水，在火爐邊放一盆水無法防止一氧化碳中毒【答案】C【解析】A．豆?jié){，血液屬于膠體，所以應(yīng)具備膠體的性質(zhì)，在遇到電解質(zhì)溶液、加熱、電性相反的電解質(zhì)的時候都會聚沉，A正確；B．玻璃、陶瓷、水泥的主要成分是硅酸鹽類，都屬于傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料，B正確；C．鋁合金不易銹蝕是因?yàn)殇X在常溫下與氧氣反應(yīng)生成一層致密的氧化膜，阻止內(nèi)部的鋁與氧氣繼續(xù)反應(yīng)，C錯誤；D．一氧化碳有毒,不溶于水，火爐旁邊放盆，水不能防一氧化碳中毒，D正確；故選C。4．我國科學(xué)家制得了二氧化硅超分子納米管，其微觀結(jié)構(gòu)如圖所示。下列敘述錯誤的是（）A．二氧化硅屬于酸性氧化物 B．二氧化硅超分子納米管不與任何酸反應(yīng)C．光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅 D．二氧化硅與堿的反應(yīng)是非氧化還原反應(yīng)【答案】B【解析】A項(xiàng)，二氧化硅可與NaOH溶液發(fā)生反應(yīng)SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O，屬于酸性氧化物，正確，不符合題意；B項(xiàng)，二氧化硅可與HF發(fā)生反應(yīng)SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O，所以二氧化硅超分子納米管可與HF這種酸發(fā)生反應(yīng)，錯誤，符合題意；C項(xiàng)，二氧化硅可用于生產(chǎn)光導(dǎo)纖維，所以光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅，正確，不符合題意；D項(xiàng)，二氧化硅與堿的反應(yīng)，如SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O等，反應(yīng)過程中所有元素的化合價均未發(fā)生變化，所以是非氧化還原反應(yīng)，正確，不符合題意。5.下列說法不正確的是（）A．二氧化碳密度比空氣大，可做鎂著火的滅火劑B．硅晶體的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是一種重要的半導(dǎo)體材料C．光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅D．青花瓷胎體的原料為高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]，若以氧化物形式表示為Al2O3·2SiO2·2H2O【答案】A【解析】A．二氧化碳能與鎂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不能用作鎂著火的滅火劑，故A錯誤；B．硅晶體的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料，電子工業(yè)上用途廣泛，故B正確；C．光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅，晶體硅是重要的半導(dǎo)體材料，故C正確；D．依據(jù)元素化合價代數(shù)和為0，分析硅酸鹽用氧化物形式書寫，青花瓷胎體的原料為高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]，若以氧化物形式科表示為：Al2O3?2SiO2?2H2O，故D正確；故選：A。6．高純硅廣泛應(yīng)用于信息技術(shù)和新能源技術(shù)等領(lǐng)域，工業(yè)上制備高純硅的工藝流程如圖所示：下列說法正確的是（）A．硅在自然界中主要以游離態(tài)形式存在B．電弧爐中發(fā)生的反應(yīng)為SiO2＋Ceq\o(,\s\up7(高溫))Si＋CO2↑C．在還原爐里發(fā)生的反應(yīng)中，還原劑是SiHCl3D．含60kgSiO2的石英砂，理論上最多可制得28kg高純硅【答案】D【解析】各步發(fā)生的反應(yīng)為：電弧爐SiO2＋2Ceq\o(,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑，流化床反應(yīng)器Si＋3HCleq\o(,\s\up7(高溫))SiHCl3＋H2，還原爐SiHCl3＋H2eq\o(,\s\up7(高溫))Si＋3HCl。A項(xiàng)，硅在自然界中主要存在于硅酸鹽、二氧化硅等化合物中，以化合態(tài)形式存在，錯誤；B項(xiàng)，電弧爐中發(fā)生的反應(yīng)為二氧化硅與碳反應(yīng)生成硅和一氧化碳，SiO2＋2Ceq\o(,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑，錯誤；C項(xiàng)，在還原爐里發(fā)生的反應(yīng)中，還原劑是H2，SiHCl3中的硅化合價降低，是氧化劑，錯誤；D項(xiàng)，根據(jù)關(guān)系式：SiO2～Si，含60kgSiO2的石英砂，理論上最多可制得EQ\f(60000g,60g·mol－1)×28g·mol－1＝28000g＝28kg高純硅，正確。7．世界著名的科技史專家、英國劍橋大學(xué)的李約瑟博士考證說：“中國至少在距今3000年以前，就已經(jīng)使用玻璃了?！毕铝杏嘘P(guān)普通玻璃的說法不正確的是()A．制普通玻璃的原料主要是純堿、石灰石和石英B．玻璃在加熱熔化時有固定的熔點(diǎn)C．普通玻璃的成分主要是硅