無(wú)機(jī)非金屬材料.doc

無(wú)機(jī)非金屬材料（1）主講：黃岡中學(xué)優(yōu)秀化學(xué)教師汪響林一、傳統(tǒng)硅酸鹽材料1、傳統(tǒng)硅酸鹽材料簡(jiǎn)介（1）含義：在材料家族里，有一類非常重要的材料叫做無(wú)機(jī)非金屬材料。最初無(wú)機(jī)非金屬材料主要是指硅酸鹽材料，所以硅酸鹽材料也稱為傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料。像陶瓷、玻璃、水泥等材料及它們的制品在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見(jiàn)。由于這些材料的化學(xué)組成多屬硅酸鹽類，所以一般稱為硅酸鹽材料。（2）原料：傳統(tǒng)硅酸鹽材料一般是以黏土（主要成分為）、石英（主要成分為SiO2）、鉀長(zhǎng)石（主要成分為）和鈉長(zhǎng)石（主要成分為）等為原料生產(chǎn)的。（3）結(jié)構(gòu)和性質(zhì)特點(diǎn)：這些原料中一般都含有硅氧四面體 結(jié)構(gòu)單元。由于硅氧四面體結(jié)構(gòu)的特殊性，決定了掛酸鹽材料大多具有穩(wěn)定性強(qiáng)、硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、絕緣、耐腐蝕等特點(diǎn)。2、陶瓷（1）原料：黏土（2）設(shè)備：窯爐（3）工序：混合成型干燥燒結(jié)冷卻陶瓷器（4）原理：高溫下，復(fù)雜的物理化學(xué)變化。（5）種類：土器、瓷器、炻器等。（6）彩釉：燒制前，在陶瓷制品胚體表面涂一些含金屬及其化合物的釉料，在燒結(jié)過(guò)程中因窯內(nèi)空氣含量的變化而發(fā)生不同的氧化還原反應(yīng)，即產(chǎn)生表面光滑、不滲水且色彩豐富的一層彩釉。彩釉中的金屬元素?zé)茣r(shí)空氣用量與彩釉顏色空氣過(guò)量空氣不足黃、紅、褐、黑藍(lán)、綠黃綠紅紫、褐褐、黑褐黃、綠、褐藍(lán)綠藍(lán)、淡藍(lán)藍(lán)（7）特性：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等許多優(yōu)點(diǎn)。3、玻璃（1）原料：純堿、石灰石、石英砂（2）設(shè)備：玻璃熔爐（3）工序：原料粉碎加熱熔融澄清成型緩冷玻璃（4）原理：高溫下，復(fù)雜的物理化學(xué)變化。主要反應(yīng)： （5）種類及特性：種類特性用途普通玻璃在較高溫度下易軟化窗玻璃、玻璃器皿等石英玻璃膨脹系數(shù)小、耐酸堿、強(qiáng)度大、濾光化學(xué)儀器、高壓水銀燈、紫外燈罩等光學(xué)玻璃透光性好、有折光性和色散性眼鏡、照相機(jī)、顯微鏡和望遠(yuǎn)用透鏡等玻璃纖維耐腐蝕、耐高溫、不導(dǎo)電、隔熱、防蟲(chóng)蛀玻璃鋼、宇航服、光導(dǎo)、通信材料鋼化玻璃耐高溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度、抗震裂運(yùn)動(dòng)器材、汽車、火車用窗玻璃等有色玻璃藍(lán)色（含）、紅色（含）、紫色（含）、綠色（含）、普通玻璃的淡綠色（含二價(jià)鐵）4、水泥（1）原料：黏土、石灰石、輔助原料（2）設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯（3）工序：原料研磨得生料生料煅燒得熟料再配以適量輔料（石膏、高爐礦渣、粉煤灰等）研磨成細(xì)粉水泥（4）原理：復(fù)雜的物理化學(xué)變化。（5）成分：硅酸三鈣（）、硅酸二鈣（）、鋁酸三鈣（）、鐵鋁酸鈣（）等。（6）特性：水硬性（石膏的作用是調(diào)節(jié)水泥硬化速度）。5、對(duì)比小結(jié)水泥玻璃陶瓷主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃熔爐窯爐主要原料石灰石和黏土純堿、石灰石、石英黏土反應(yīng)原理復(fù)雜的物理化學(xué)變化略復(fù)雜的物理化學(xué)變化反應(yīng)條件高溫高溫高溫生產(chǎn)工序磨燒磨原料熔體玻璃混合成型干燥凝結(jié)冷卻陶器主要成分種類不同標(biāo)號(hào)普通玻璃、特種玻璃土器、瓷器、炻器等特性水硬性無(wú)固定熔沸點(diǎn)，在一定溫度范圍內(nèi)軟化可制成各種形狀抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣體二、例題分析：1、有關(guān)普通玻璃的敘述，錯(cuò)誤的是（）A玻璃是混合物B制玻璃的原料是純堿、石灰石、石英、粘土C玻璃不是晶體D玻璃無(wú)固定的熔點(diǎn)答案：B2、在制取水泥、玻璃的生產(chǎn)中，共同使用的主要原料是（）ANa2CO3B石灰石C石英D焦炭答案：B3、陶瓷已廣泛應(yīng)用于生活和生產(chǎn)中，下列不屬于陶瓷制品的是（）A電器中的絕緣瓷管B實(shí)驗(yàn)室中的坩堝C實(shí)驗(yàn)室中的試管D建筑上燒制的磚瓦答案：C4、根據(jù)水泥和玻璃的生產(chǎn)，總結(jié)出硅酸鹽工業(yè)的一般特點(diǎn)是（）原料中一定有含硅的物質(zhì)生成物含硅酸鹽反應(yīng)條件是高溫發(fā)生了復(fù)雜的物理、化學(xué)變化ABCD解析：生產(chǎn)玻璃和水泥的條件是高溫，原料為含硅物質(zhì)，反應(yīng)中都發(fā)生了復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，產(chǎn)品為硅酸鹽。答案：D5、已知某一硅酸鹽可表示為Mga(Si4O10)(OH)b（其中a、b為正整數(shù)），試回答：（1）a與b應(yīng)滿足的關(guān)系是（寫(xiě)表達(dá)式）_；（2）a能否等于2？_（填“能”“不能”“無(wú)法確定”）（3）a=3的硅酸鹽的表達(dá)式（以氧化物的形式表示）_。解析：（1）根據(jù)化合價(jià)規(guī)則，可列式為：2a44=210b簡(jiǎn)化為2a=b4（2）令a=2，則b=0，故不能。（3）當(dāng)a=3時(shí)，b=2，Mga(Si4O10)(OH)b為Mg3(Si4O10)(OH)2，改寫(xiě)為氧化物的形式為：3MgO4SiO2H2O答案：（1）2a=b4；（2）不能；（3）3MgO4SiO2H2O- 返回 -同步測(cè)試1、美國(guó)科學(xué)家分析哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的照片發(fā)現(xiàn)，月球上有豐富的綠柱石礦藏，綠柱石又稱綠寶石，其主要成分為BenAl2(Si6O18)，也可以用二氧化硅和金屬氧化物的形成表示，則n為（）A1B2C3D42、下面對(duì)二氧化硅的敘述中，不正確的是（）A二氧化硅是一種堅(jiān)硬難溶的固體，化學(xué)性質(zhì)不活潑B二氧化硅不溶于水，也不能跟水起反應(yīng)生成酸C二氧化硅是一種酸性氧化物，它不跟任何酸反應(yīng)D二氧化硅和二氧化碳在物理性質(zhì)上有很大差別3、地殼巖石中含有很多復(fù)雜的硅酸鹽，像花崗石里的正長(zhǎng)石（KAlSi3O8）在空氣中長(zhǎng)期風(fēng)化，進(jìn)行復(fù)雜的變化后，能生成的物質(zhì)是（）A黏土、砂和無(wú)機(jī)鹽B高嶺土、硅酸鹽和氯化鉀C滑石粉、剛玉和硝酸鉀D石灰石、沸石和硅酸鉀4、為了延長(zhǎng)食品保質(zhì)期，防止食品受潮及富脂食品氧化變質(zhì)，在包裝袋中應(yīng)該放入的化學(xué)物質(zhì)是（）A硅膠、硫酸亞鐵B食鹽、硫酸亞鐵C生石灰、食鹽D無(wú)水硫酸銅、蔗糖5、已知高嶺土的組成表示為Al2Si2Ox(OH)y其中x、y的數(shù)值分別是（）A7、2B5、4C6、3D3、66、下列不屬于硅酸鹽材料的是（）A水泥B陶瓷C磚瓦D剛玉7、下列說(shuō)法正確的是（）普通玻璃呈淡綠色是由于含F(xiàn)e3；坩堝、蒸發(fā)皿都屬于陶瓷制品；“唐三彩”是一種玻璃制品；高溫下CaSiO3比CaCO3穩(wěn)定。ABCD8、普通玻璃中含13%的Na2O、11.7%的CaO、75.3%的SiO2，用氧化物的形式表示普通玻璃組成的化學(xué)式是（）ANa2O2CaO6SiO2B2Na2OCaO6SiO2CNa2OCaO6SiO2 DNa2O2CaOSiO29、在普通玻璃的原料中，要得到藍(lán)色玻璃，應(yīng)加入（）ACu2OBCo2O3CFe2O3 D膽礬10、玻璃的主要成分之一是二氧化硅。能在玻璃上進(jìn)行蝕刻，將其制成毛玻璃和雕花玻璃的物質(zhì)是（）A燒堿 B純堿C氫氟酸 D鹽酸11、熔融燒堿應(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陶瓷坩堝隱藏提示1、CBe為A族元素，根據(jù)化合物化合價(jià)代數(shù)和為零的原則有：（2）n（3）2（4）6（2）18=0，n=3，故選C。2、C二氧化硅可與氫氟酸反應(yīng)：SiO24HF=SiF42H2O。3、A依照反應(yīng)前后元素種類不變，采用排除法：B選項(xiàng)中有氯，C選項(xiàng)中有氮，D選項(xiàng)中有鈣，均不合理。4、A硅膠可作干燥劑，吸水防潮；硫酸亞鐵可除去包裝袋中的氧氣，防止富脂食品氧化變質(zhì)。5、B根據(jù)化合價(jià)規(guī)則：Al為3價(jià)，Si為4價(jià)，O為2價(jià)，OH為1價(jià)，則有：2（3）2（4）x（2）y（1）=0，化簡(jiǎn)得：2xy=14，只有B選項(xiàng)符合此不定方程。6、D剛玉的成分是Al2O3。7、D普通玻璃呈淡綠色是由于含F(xiàn)e2；“唐三彩”是一種陶瓷工藝品；由CaCO3SiO2CaSiO3CO2可知，高溫下CaSiO3比CaCO3穩(wěn)定，可見(jiàn)正確，選D。8、C玻璃中n（Na2O）n（CaO）n（SiO2）=。）9、B加入Co2O3得藍(lán)色玻璃，俗稱“鈷玻璃”；而加入Cu2O得紅色玻璃。10、C氫氟酸能和SiO2反應(yīng)：SiO24HF=SiF42H2O，利用這個(gè)反應(yīng)可以進(jìn)行玻璃雕花等；燒堿雖然也能和SiO2反應(yīng)：SiO22NaOH=Na2SiO3H2O，但該反應(yīng)速率較慢，不適宜于進(jìn)行玻璃雕刻；故選C。11、C提示：石英、普通玻璃、陶瓷中均含有SiO2，高溫下，燒堿可與SiO2反應(yīng)：SiO22NaOHNa2SiO3H2O.而鐵在高溫下也不與NaOH反應(yīng)。12、下圖是石英晶體平面示意圖，它實(shí)際上是立體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中硅、氧原子個(gè)數(shù)之比為_(kāi)。原硅酸根離子的結(jié)構(gòu)可表示為二聚硅酸根離子中，只有硅氧鍵，它的結(jié)構(gòu)可表示為_(kāi)。隱藏答案答案：12；提示：從石英晶體的平面示意圖可以看出：每個(gè)網(wǎng)眼由4個(gè)Si原子和4個(gè)O原子圍成，但每個(gè)Si原子為4個(gè)網(wǎng)眼共有，而每個(gè)O原子由2個(gè)網(wǎng)眼共有，故：。二聚硅酸為2分子原硅酸（H4SiO4）脫去1分子H2O形成：，則二聚硅酸根的結(jié)構(gòu)式應(yīng)為：。13、如圖所示，已知單質(zhì)E可作半導(dǎo)體材料；化合物F是不能生成鹽的氧化物；化合物I能溶于水呈酸性，它能夠跟氧化物A起反應(yīng)。據(jù)此回答：（1）化合物F是_；（2）化合物I是_；（3）反應(yīng)的化學(xué)方程式是_。隱藏答案答案：（1）CO（2）HF（3）2F22H2O4HFO2提示：從半導(dǎo)體材料入手進(jìn)行分析，E可能是硅元素；化合物F為不成鹽氧化物，常見(jiàn)不成鹽氧化物為CO和NO，結(jié)合框圖中轉(zhuǎn)化關(guān)系可推知E和F分別為Si和CO，則A為SiO2，B為C，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：SiO22CSi2CO?；衔顰是SiO2，它除了與HF反應(yīng)外不與任何酸起反應(yīng)，由此可判斷化合物I是HF，由“氧化物C單質(zhì)DHF單質(zhì)H”可推知反應(yīng)為：2F22H2O4HFO2。由此可推斷出全部物質(zhì)，反應(yīng)為：2H2O22H2O；反應(yīng)為：CH2O（g）COH2。本題要求在全面掌握元素及其化合物性質(zhì)的基礎(chǔ)上，善于抓住硅單質(zhì)的特殊性質(zhì)為突破口和切入點(diǎn)，其他將迎刃而解。高考解析例1、（重慶）材料與化學(xué)密切相關(guān)，表中對(duì)應(yīng)關(guān)系錯(cuò)誤的是（） 材料 主要化學(xué)成分 A剛玉、金剛石 三氧化二鋁 B大理石、石灰石 碳酸鈣 C普通水泥、普通玻璃 硅酸鹽 D沙子、石英 二氧化硅 解析：本題考查對(duì)物質(zhì)組成成分的認(rèn)識(shí)。剛玉是三氧化二鋁，金剛石是由碳元素組成的單質(zhì)，而不是三氧化二鋁，A項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：A例2、（廣東理基）下列關(guān)于硅單質(zhì)及其化合物的說(shuō)法正確的是（） 硅是構(gòu)成一些巖石和礦物的基本元素 水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品 高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)纖維 陶瓷是人類應(yīng)用很早的硅酸鹽材料 A B C D 解析：水晶是二氧化硅，不是硅酸鹽，排除A和B；光纖是二氧化硅的應(yīng)用，排除D。 答案：C例3、（四川）開(kāi)發(fā)新材料是現(xiàn)代科技發(fā)展的方向之一。下列有關(guān)材料的說(shuō)法正確的是（） A氮化硅陶瓷是新型無(wú)機(jī)非金屬材料 BC60屬于原子晶體，用于制造納米材料 C纖維素乙酸酯屬于天然高分子材料 D單晶硅常用于制造光導(dǎo)纖維 解析：B項(xiàng)中C60為分子晶體；C項(xiàng)中纖維素為天然高分子化合物，而纖維素硝酸酯是人工合成的；D項(xiàng)中二氧化硅是制造光導(dǎo)纖維的主要材料。 答案：A 例4、（全國(guó)高考題）碳化硅（SiC）的一種晶體具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，其中碳原子和硅原子的位置是交錯(cuò)的，在下列三種晶體金剛石、晶體硅、碳化硅中，它們的溶點(diǎn)從高到低的順序是（）ABCD解析：原子半徑：CSi，故鍵長(zhǎng)：CCCSiSiSi，鍵能：CCCSiSiSi，對(duì)原子晶體而言，熔點(diǎn)的高低由鍵能、鍵長(zhǎng)決定，鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，則熔點(diǎn)越高，因而熔點(diǎn)從高到低的順序?yàn)椋骸４鸢福篈例5、（上海高考題）高嶺土（主要成分是Al2O32SiO22H2O，還含有少量CaO、Fe2O3）可用來(lái)制造新型凈水劑（鋁的化合物）。其步驟如下：將土樣和純堿混合均勻，加熱熔融，冷卻后用水浸取熔塊并過(guò)濾，棄去濾渣，濾液用鹽酸酸化，再經(jīng)過(guò)濾分別得到沉淀和溶液，溶液即為凈水劑。（1）寫(xiě)出熔融時(shí)主要成分（可看作氧化物）與純堿反應(yīng)的化學(xué)方程式（Al2O3與純堿的反應(yīng)和SiO2與純堿的反應(yīng)類似）：_（2）最后的沉淀物是_，生成該沉淀的離子方程式為_(kāi)。（3）實(shí)驗(yàn)室常用的坩堝有瓷坩堝、氧化鋁坩堝和鐵坩堝，本實(shí)驗(yàn)的土樣和純堿混合熔融時(shí)應(yīng)取用_坩堝。解析：（1）利用知識(shí)遷移可知：Al2O3Na2CO32NaAlO2CO2（2）加鹽酸酸化，由于H2SiO3、H4SiO4是難溶的弱酸，因此H2SiO3、H4SiO4沉淀出來(lái)。（3）由于瓷坩堝中SiO2、氧化鋁坩堝中Al2O3都會(huì)與Na2CO3反應(yīng)，故只能用鐵坩鍋。答案：（1）SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2 Al2O3Na2CO32NaAlO2CO2（2）H2SiO3或H4SiO4 SiO322HH2SiO3或SiO322HH2OH4SiO4（3）鐵坩堝 -END-無(wú)機(jī)非金屬材料（2）主講：黃岡中學(xué)優(yōu)秀化學(xué)教師汪響林一、新型無(wú)機(jī)非金屬材料最初無(wú)機(jī)非金屬材料主要是指硅酸鹽材料，所以硅酸鹽材料也稱為傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料。隨著科學(xué)和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，以及人們生活的需要，一些具有特殊結(jié)構(gòu)、特殊功能的新材料相繼被研制出來(lái)。如半導(dǎo)體材料、超硬來(lái)高溫材料、發(fā)光材料等，我們稱這些材料為新型無(wú)機(jī)非金屬材料。傳統(tǒng)的硅酸鹽材料優(yōu)點(diǎn)：抗腐蝕、耐高溫；缺點(diǎn)：質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖擊。新型無(wú)機(jī)非金屬材料特性特性用途（1）耐高溫、強(qiáng)度高制汽輪機(jī)葉片、軸承、永久性模具等（2）具有電學(xué)特性作絕緣體、半導(dǎo)體、導(dǎo)體、超導(dǎo)體等（3）具有光學(xué)特性用于醫(yī)療、信息處理、通訊等（4）具有生物功能用于制人造牙齒、人造骨骼等1、新型陶瓷現(xiàn)代科技賦予陶瓷在光、電、磁、化學(xué)和生物學(xué)等方面新的特性和功能，半導(dǎo)體陶瓷、耐高溫陶瓷、磁性陶瓷、透明陶瓷、生物陶瓷等在信息、能源、生物等高新技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。功能陶瓷材料是以特定的性能或通過(guò)各種物理因素（如聲、光、電、磁）作用而顯示出獨(dú)特功能的材料。（1）碳化硅陶瓷碳化硅（SiC，俗稱金剛砂），熔點(diǎn)高（2450），硬度大（9.2），化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的原子晶體。用途：重要的工業(yè)磨料、模具、特種耐火材料制品。如其中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使之出現(xiàn)半導(dǎo)體特性，作為高溫半導(dǎo)體，用于電熱元件。它最適宜的應(yīng)用領(lǐng)域是高溫、耐磨和耐蝕的環(huán)境。作為高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，日益受到人們的重視。工業(yè)制?。海?）氮化硅陶瓷氮化硅（Si3N4），熔點(diǎn)高、硬度大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的原子晶體。用途：有自潤(rùn)滑作用，所以是優(yōu)良的耐磨材料。熱強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性高，熱膨脹系數(shù)小，是優(yōu)良的高溫結(jié)構(gòu)材料。耐腐蝕，可作高溫軸承、轉(zhuǎn)子、葉片、燃燒室噴嘴等高溫零件以及高溫下使用的模具等。工業(yè)制取：或2、現(xiàn)代信息基礎(chǔ)材料單晶硅（1）單晶硅的用途：?jiǎn)尉Ч柙谌粘Ｉ钪惺请娮佑?jì)算機(jī)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中不可缺少的基本材料。電視、電腦、冰箱、電話、手表、汽車，處處都離不開(kāi)單晶硅材料，單晶硅作為科技應(yīng)用普及材料之一，已經(jīng)滲透到人們生活中的各個(gè)角落。單晶硅是火星探測(cè)器中太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換器的制成材料。單晶硅在太空中是航天飛機(jī)、宇宙飛船、人造衛(wèi)星必不可少的原材料。航天器材大部分的零部件都要以單晶硅為基礎(chǔ)。離開(kāi)單晶硅，衛(wèi)星會(huì)沒(méi)有能源，沒(méi)有單晶硅，航天飛機(jī)和宇航員不會(huì)和地球取得聯(lián)系，單晶硅作為人類科技進(jìn)步的基石，為人類征服太空作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。（2）單晶硅的制?。河筛呒兌冉固颗c石英砂反應(yīng)制得純度為95%99%的硅：綜合利用氯堿工業(yè)的產(chǎn)物Cl2和H2與上一步制得的硅反應(yīng)（法）：提純后的SiHCl3被高純度的H2還原，得到高純硅：最后，采用高技術(shù)將硅拉制成純度高達(dá)9個(gè)9（99.9999999%）的單晶硅材料。3、光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維簡(jiǎn)稱光纖，是用來(lái)傳遞光信號(hào)和圖象信號(hào)的纖維。制造光導(dǎo)纖維用的光學(xué)材料，必須高度純凈、成分均勻。一般無(wú)水石英（SiO2）是常用的光導(dǎo)纖維材料。近年來(lái)，光導(dǎo)纖維用于光通信的技術(shù)迅速發(fā)展。此外，在農(nóng)業(yè)、國(guó)防、醫(yī)療、電視、傳真、電話、科研等方面都有廣泛的用途。光纖與普通電纜的異同對(duì)比表光纖光纜普通電纜信息量大，每根光纜上理論上可同時(shí)通過(guò)10億路電話8管同軸電纜每條通話1800路原料來(lái)源廣（石英玻璃），節(jié)約有色金屬資源相對(duì)較少質(zhì)量小，27g /公里，不怕腐蝕，鋪設(shè)方便1.6噸/公里成本低，約1萬(wàn)元/公里普通光纜約20萬(wàn)元/公里性能好，抗電磁干擾保密性強(qiáng)，能防竊聽(tīng)，不發(fā)生電輻射。信號(hào)衰減小，無(wú)中繼傳送距離一般為3070 公里同軸電纜每隔1.5公里就需設(shè)立一個(gè)中繼站，來(lái)補(bǔ)償電信號(hào)在傳輸中的損耗4、石墨、金剛石和C60新材料誕生新科技（1）同素異形體：含同一種元素的不同單質(zhì)之間互稱為同素異形體。碳元素的三種常見(jiàn)同素異形體：石墨、金剛石、C60（2）人造金剛石石墨轉(zhuǎn)化法：化學(xué)氣相沉積法：（3）明星分子C601985年，美國(guó)科學(xué)家克羅托（H.W.K.kroto）等人用質(zhì)譜儀，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，得到以C60為主的質(zhì)譜圖。由于受建筑學(xué)家布克米尼斯持富勒（BuckminsterFuller）設(shè)計(jì)的球形薄殼建筑結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，克羅托（kroto）等提出C60是由60個(gè)碳原子構(gòu)成的球形32面體，即由12個(gè)五邊形和20個(gè)六邊形構(gòu)成。其中五邊形彼此不相連，只與六邊形相連。隨后將 C60分子命名為布克米尼斯持富勒烯（BuckminsterFuller）。由于C60分子的結(jié)構(gòu)酷似足球，所以又稱為足球烯（Footballene）。除C60外，具有封閉籠狀結(jié)構(gòu)的還可能有 C28、C32、C50、C70、C240、C540等，統(tǒng)稱為Fullerenes，中文譯名為富勒烯。摻雜C60的超導(dǎo)體1991年，赫巴德（Hebard）等首先提出摻鉀C60具有超導(dǎo)性，超導(dǎo)起始溫度為18K，不久又制備出Rb3C60的超導(dǎo)體（如右圖），超導(dǎo)起始溫度為29K。我國(guó)在這方面的研究也很有成就，北京大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院物理所合作，成功地合成了K3C60和Rb3C60的超導(dǎo)體，超導(dǎo)起始溫度分別為8K和28K。有科學(xué)工作者預(yù)言，如果摻雜C240和摻雜C540，有可能合成出具有更高超導(dǎo)起始溫度的超導(dǎo)體。新型貯氫材料在鋰、液氨和正丁醇溶液中發(fā)生反應(yīng)高能鋰電池材料如下圖，將金屬鋰植入C60內(nèi)部形成的LiC60化合物，可作為高能鋰電池。碳納米管碳納米管由于其磁學(xué)、電學(xué)性能的改變，其應(yīng)用領(lǐng)域變寬，比如用作催化劑或其載體、納米導(dǎo)線、復(fù)合材料、纖維與藥物等。碳納米管一個(gè)令人激動(dòng)的應(yīng)用領(lǐng)域就是替代半導(dǎo)體硅制備碳基電子器件。傳統(tǒng)的硅半導(dǎo)體存在發(fā)熱問(wèn)題，由于碳納米管的電子物理性質(zhì)來(lái)源于幾何結(jié)構(gòu)（直徑小于0.1nm即發(fā)現(xiàn)有量子效應(yīng)）而不是來(lái)自摻雜，故其熱穩(wěn)定性好，可制得比硅芯片小百倍的器件。碳納米管器件還可望代替CRT陰極射線管，解決筆記本電腦、大屏幕電視的顯示等問(wèn)題。C60的多聚高分子C60的二聚物C116二、例題分析：1、最近科學(xué)家制得一種新的分子，它具有空心的類似足球狀的結(jié)構(gòu)，化學(xué)式為C60。下列說(shuō)法中不正確的是（）AC60是一種新型的化合物BC60和石墨是碳的同素異形體CC60是一種新的碳單質(zhì)DC60的相對(duì)分子質(zhì)量為720答案：A解析：C60是碳的一種單質(zhì)，它與石墨、金剛石互為同素異形體，故不正確的是A。2、下列關(guān)于硅的說(shuō)法不正確的是（）A硅是非金屬元素，但它的單質(zhì)是灰黑色有金屬光澤的固體B硅的導(dǎo)電性能介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料C硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)起反應(yīng)D當(dāng)加熱到一定溫度時(shí)，硅能與氧氣、氫氣等非金屬反應(yīng)答案：C解析：常溫下，硅可與氟氣、氫氟酸、強(qiáng)堿溶液反應(yīng)。3、下列屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料的是（）高強(qiáng)度水泥鋼化玻璃氧化鋁陶瓷光導(dǎo)纖維ABCD答案：C解析：水泥和玻璃屬于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料。4、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)上曾普遍使用高純硅與純氮在1300反應(yīng)獲得。根據(jù)性質(zhì)，推測(cè)下列不是氮化硅陶瓷的用途的是（）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)答案：B解析：氮化硅陶瓷是一種新型無(wú)機(jī)非金屬材料，而有色玻璃只是在玻璃中加入金屬氧化物，仍屬傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料。5、下列材料的特性及用途的說(shuō)法不正確的是（）A氧化鋁陶瓷具有兩性，可用來(lái)制造人造牙齒B氮化硅陶瓷具有耐高溫且不易傳熱的特性，可用來(lái)制造柴油機(jī)C光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)光的能力很強(qiáng)，是非常好的通迅材料D人造金剛石硬度高，可用來(lái)制造割機(jī)答案：A解析：制造人造牙齒的材料必須具有生物功能。- 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同步測(cè)試1、門(mén)捷列夫在19世紀(jì)中葉，曾根據(jù)他所發(fā)現(xiàn)的元素周期律，預(yù)言過(guò)第四周期A族元素X（當(dāng)時(shí)他稱為類硅），下列有關(guān)硅元素性質(zhì)的敘述不正確的是（）XH4不穩(wěn)定，但有強(qiáng)還原性可用焦炭在高溫下從XO2中冶煉XX單質(zhì)的熔點(diǎn)比硅高X最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物分子式為X(OH)4，其酸性比H2SiO3強(qiáng)ABCD2、某些保健品中含有的鍺元素（Ge）位于周期表的第四周期A族。有關(guān)鍺的敘述正確的是（）鍺的原子序數(shù)為34鍺元素金屬性比錫強(qiáng)Ge可形成Na2GeO3的鹽單質(zhì)鍺是半導(dǎo)體材料ABCD3、下列說(shuō)法中你認(rèn)為科學(xué)合理的是（）A“純凈水”、“超純凈水”、“太空水”是最佳飲用水B水晶、瑪瑙均可制成高級(jí)工藝品，其主要成分均為二氧化硅C加碘食鹽加的是碘單質(zhì)D有磷洗衣粉對(duì)皮膚有損害作用，無(wú)磷洗衣粉對(duì)皮膚無(wú)損害作用，故應(yīng)選用無(wú)磷洗衣粉4、新型無(wú)機(jī)非金屬材料與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料的共同特點(diǎn)是（）A耐高溫B具有電學(xué)特性C具有光學(xué)特性D有生物功能5、以下說(shuō)法正確的是（）A納米材料是指一種稱為“納米”的新物質(zhì)制成的材料B綠色食品是指不含任何化學(xué)物質(zhì)的食品C生物固氮是指植物通過(guò)葉面直接吸收空氣中的氮?dú)釪光導(dǎo)纖維是以二氧化硅為主要原料制成的6、我國(guó)及美國(guó)、日本等國(guó)家都已研制出了一種陶瓷柴油機(jī)。這種柴油機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)部件的受熱面是用一種耐高溫且不易傳熱的材料制造的，這種材料是（）A氧化鋁陶瓷B氮化硅陶瓷C光導(dǎo)纖維D普通玻璃鋼7、“空對(duì)空”響尾蛇導(dǎo)彈頭部的“紅外眼睛”，能分辨出0.001的溫差變化，它是由熱敏陶瓷材料和熱釋電陶瓷材料制成的。下列敘述中，不正確的是（）A“紅外眼睛”對(duì)熱非常敏感B“紅外眼睛”的熱目標(biāo)是敵機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)或尾部噴口高溫區(qū)C“紅外眼睛”的電阻值隨溫度明顯變化D“紅外眼睛”的工作原理與人眼相同8、超導(dǎo)材料是具有零電阻及反磁性的物質(zhì)，以Y2O3、BaCO3和CuO為原料，經(jīng)研磨燒結(jié)可合成一種高溫超導(dǎo)物質(zhì)YBa2Cu3Ox?，F(xiàn)欲合成0.5mol此高溫超導(dǎo)物，依化學(xué)計(jì)量比例，需取Y2O3、BaCO3及CuO的物質(zhì)的量（mol）分別為（）A0.50、0.50、0.50B0.25、1.0、1.5C0.50、1.0、1.5D1.0、0.25、0.179、有關(guān)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和光導(dǎo)纖維的說(shuō)法正確的是（）高溫結(jié)構(gòu)陶瓷具有耐高溫、不怕氧化、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點(diǎn)氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強(qiáng)，它不與任何無(wú)機(jī)酸反應(yīng)氧化鋁陶瓷的熔點(diǎn)低、硬度小光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)光的能力非常強(qiáng)，利用光纜通訊，能同時(shí)傳輸大量信息ABCD隱藏提示1、C碳族元素從上到下非金屬性減弱，金屬性增強(qiáng)，則XH4不穩(wěn)定且有強(qiáng)還原性，XO22CX2CO，故正確；晶體硅熔點(diǎn)很高，X單質(zhì)熔點(diǎn)比硅低，X(OH)4酸性比H2SiO3弱，不正確，選C。2、C鍺的原子序數(shù)為32，其金屬性比錫弱，C項(xiàng)正確。3、B“純凈水”不含礦物離子，如Mg2、Ca2等，對(duì)人體不利；碘鹽中加入的是KIO3；有磷洗衣粉主要污染湖泊造成“水華”現(xiàn)象；故ACD均不合理，只有B正確。4、A電學(xué)特性、光學(xué)特性、生物功能都是新型無(wú)機(jī)非金屬材料的特性。5、D納米材料是指構(gòu)成物質(zhì)的粒子直徑在1nm100nm之間的一類物質(zhì)的總稱，并不是一種新的物質(zhì)；任何食品從化學(xué)組成上分析，都是由化學(xué)物質(zhì)構(gòu)成的，如面包的主要成分就是淀粉；生物固氮是指豆科植物的根瘤籮菌把空氣中的氮轉(zhuǎn)化為可被植物吸收的化合態(tài)氮的過(guò)程，并不是植物直接吸收氮?dú)?；故ABC均不正確。光導(dǎo)纖維廣泛用于能量傳輸和信息傳輸，它的主要原料是二氧化硅，所以選D。6、B由各種陶瓷材料的特點(diǎn)分析，氮化硅陶瓷具有耐高溫、不易傳熱的特點(diǎn)。7、D“紅外眼睛”能分辨出0.001的變化，對(duì)熱敏感，與人眼工作原理不同，不正確的是D。8、B由原子守恒，YBa2Cu3OxY2O32BaCO33CuO知：n（Y2O3）=0.5mol=0.25mol，n（BaCO3）=0.5mol2=1.0mol，n（CuO）=0.5mol3=1.5mol；故選B。9、D氮化硅陶瓷除與氫氟酸反應(yīng)外，不與任何無(wú)機(jī)酸反應(yīng)；氧化鋁陶瓷熔點(diǎn)很高，硬度大；故不正確，正確，選D。10、鍺是A族元素。它的單質(zhì)晶體是一種良好的半導(dǎo)體材料，廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)。鍺可從燃燒的煙道灰中提取，提取過(guò)程如下：寫(xiě)出下列化學(xué)方程式：_；_；_；_。隱藏答案答案：GeO24HCl=GeCl42H2O；GeCl43H2O=H2GeO34HCl；H2GeO3GeO2H2O；GeO22H2Ge2H2O提示：碳族元素包括碳、硅、鍺、錫、鉛，其中硅、鍺可作半導(dǎo)體材料；碳、硅、鍺、錫以4價(jià)的化合物穩(wěn)定，鉛以2價(jià)的化合物穩(wěn)定。煙道灰中所含鍺的高價(jià)氧化物為GeO2，作為金屬氧化物與HCl反應(yīng)生成GeCl4；GeCl4作為強(qiáng)酸弱堿生成的鹽可發(fā)生水解生成H2GeO3；H2GeO3受熱分解得到純凈的GeO2；GeO2用H2還原可得純凈的Ge。11、釔（Y）是激光材料和超導(dǎo)材料中的重要元素。某釔礦石成分是Be2YxFeSi2O10。該礦石與過(guò)量氫氧化鈉共熔后，加水溶解，所得沉淀物中有Y（OH）3和Fe2O3（反應(yīng)時(shí)Fe由2價(jià)轉(zhuǎn)變?yōu)?價(jià)）。試推算，此釔礦石的化學(xué)式中x=_。若改用氧化物的形式表示其組成，則化學(xué)式為_(kāi)。隱藏答案答案：2；2BeOY2O3FeO2SiO2提示：根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為0求得x，釔礦石中Be為2價(jià)，Y為3價(jià)，F(xiàn)e為2價(jià)，Si為4價(jià)，O為2價(jià)，得x=2。其改寫(xiě)成氧化物的形式可依化合價(jià)拆分后再組合，得2BeOY2O3FeO2SiO2。12、氮化硅是一種非氧化性高溫陶瓷結(jié)構(gòu)材料，粉末狀Si3N4可以由四氯化硅的蒸氣和氨氣混合反應(yīng)制取。粉末狀Si3N4對(duì)空氣和水都不穩(wěn)定，但是將粉末狀Si3N4和適量的MgO在2301.01105Pa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)空氣和水都相當(dāng)穩(wěn)定的固體材料。（1）寫(xiě)出由四氯化硅和氨氣制備Si3N4的化學(xué)方程式_。（2）分別寫(xiě)出粉末狀Si3N4和水及氧氣反應(yīng)的化學(xué)方程式_、_。（3）為什么結(jié)構(gòu)緊密的固體Si3N4不再受水和氧氣的侵蝕？隱藏答案答案：（1）3SiCl44NH3=Si3N412HCl（2）Si3N46H2O=3SiO24NH3Si3N43O2=3SiO22N2（3）Si3N4與MgO在密閉容器中熱處理后使Si3N4固體表面形成一層SiO2保護(hù)層，阻止了Si3N4繼續(xù)受空氣中的氧和水的侵蝕。提示：（1）SiCl4與NH3反應(yīng)生成Si3N4，同時(shí)應(yīng)該有HCl生成，即3SiCl44NH3=Si3N412HCl。（2）由于SiN鍵的鍵能小于SiO鍵的鍵能，Si3N4與H2O反應(yīng)時(shí)，SiN鍵要向SiO鍵轉(zhuǎn)化，生成SiO2的同時(shí)應(yīng)該有NH3生成，同樣Si3N4與O2反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)物為SiO2和N2。即Si3N46H2O=3SiO24NH3，Si3N43O2=3SiO22N2。（3）Si3N4與MgO在密閉容