无机非金属材料.doc

无机非金属材料（1）

主讲：黄冈中学优秀化学教师　汪响林
一、传统硅酸盐材料
1、传统硅酸盐材料简介
　　（1）含义：在材料家族里，有一类非常重要的材料叫做无机非金属材料。最初无机非金属材料主要是指硅酸盐材料，所以硅酸盐材料也称为传统无机非金属材料。像陶瓷、玻璃、水泥等材料及它们的制品在我们日常生活中随处可见。由于这些材料的化学组成多属硅酸盐类，所以一般称为硅酸盐材料。
　　（2）原料：传统硅酸盐材料一般是以黏土（主要成分为）、石英（主要成分为SiO2）、钾长石（主要成分为）和钠长石（主要成分为）等为原料生产的。
　　（3）结构和性质特点：这些原料中一般都含有硅氧四面体—— 结构单元。由于硅氧四面体结构的特殊性，决定了挂酸盐材料大多具有稳定性强、硬度高、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐蚀等特点。

2、陶瓷
　　（1）原料：黏土
　　（2）设备：窑炉
　　（3）工序：混合→成型→干燥→烧结→冷却→陶瓷器
　　（4）原理：高温下，复杂的物理化学变化。
　　（5）种类：土器、瓷器、炻器等。
　　（6）彩釉：烧制前，在陶瓷制品胚体表面涂一些含金属及其化合物的釉料，在烧结过程中因窑内空气含量的变化而发生不同的氧化还原反应，即产生表面光滑、不渗水且色彩丰富的一层彩釉。
彩釉中的金属元素
烧制时空气用量与彩釉颜色
空气过量
空气不足

黄、红、褐、黑
蓝、绿

黄绿
红

紫、褐
褐、黑褐

黄、绿、褐
蓝绿

蓝、淡蓝
蓝
　　（7）特性：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点。
3、玻璃
　　（1）原料：纯碱、石灰石、石英砂
　　（2）设备：玻璃熔炉
　　（3）工序：原料粉碎→加热熔融→澄清→成型→缓冷→玻璃
　　（4）原理：高温下，复杂的物理化学变化。
　　主要反应：
（5）种类及特性：
种类
特性
用途
普通玻璃
在较高温度下易软化
窗玻璃、玻璃器皿等
石英玻璃
膨胀系数小、耐酸碱、强度大、滤光
化学仪器、高压水银灯、紫外灯罩等
光学玻璃
透光性好、有折光性和色散性
眼镜、照相机、显微镜和望远用透镜等
玻璃纤维
耐腐蚀、耐高温、不导电、隔热、防虫蛀
玻璃钢、宇航服、光导、通信材料
钢化玻璃
耐高温、耐腐蚀、高强度、抗震裂
运动器材、汽车、火车用窗玻璃等
有色玻璃
蓝色（含）、红色（含）、紫色（含）、
绿色（含）、普通玻璃的淡绿色（含二价铁）
4、水泥
　　（1）原料：黏土、石灰石、辅助原料
　　（2）设备：水泥回转窑
　　（3）工序：原料研磨得生料→生料煅烧得熟料→再配以适量辅料（石膏、高炉矿渣、粉煤灰等）→研磨成细粉→水泥
　　（4）原理：复杂的物理化学变化。
　　（5）成分：硅酸三钙（）、硅酸二钙（）、铝酸三钙（）、铁铝酸钙（）等。
　　（6）特性：水硬性（石膏的作用是调节水泥硬化速度）。
5、对比小结

水泥
玻璃
陶瓷
主要设备
水泥回转窑
玻璃熔炉
窑炉
主要原料
石灰石和黏土
纯碱、石灰石、石英
黏土
反应原理
复杂的物理化学变化
略
复杂的物理化学变化
反应条件
高温
高温
高温
生产工序
磨→烧→磨
原料→熔体→玻璃
混合→成型→干燥→凝结→冷却→陶器
主要成分

种类
不同标号
普通玻璃、特种玻璃
土器、瓷器、炻器等
特性
水硬性
无固定熔沸点，在一定温度范围内软化可制成各种形状
抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘体
二、例题分析：
1、有关普通玻璃的叙述，错误的是（　）
A．玻璃是混合物
B．制玻璃的原料是纯碱、石灰石、石英、粘土
C．玻璃不是晶体
D．玻璃无固定的熔点
答案：B
2、在制取水泥、玻璃的生产中，共同使用的主要原料是（　）
A．Na2CO3　　　　　　　　　B．石灰石
C．石英　　　　　　　　　　D．焦炭
答案：B
3、陶瓷已广泛应用于生活和生产中，下列不属于陶瓷制品的是（　）
A．电器中的绝缘瓷管　　　B．实验室中的坩埚
C．实验室中的试管　　　　D．建筑上烧制的砖瓦
答案：C
4、根据水泥和玻璃的生产，总结出硅酸盐工业的一般特点是（　）
①原料中一定有含硅的物质
②生成物含硅酸盐
③反应条件是高温
④发生了复杂的物理、化学变化
A．①③　　　　　　　　　　B．①②③
C．①②④　　　　　　　　　D．①②③④
解析：
　　生产玻璃和水泥的条件是高温，原料为含硅物质，反应中都发生了复杂的物理、化学变化，产品为硅酸盐。
答案：D
5、已知某一硅酸盐可表示为Mga(Si4O10)(OH)b（其中a、b为正整数），试回答：
　　（1）a与b应满足的关系是（写表达式）____________________；
　　（2）a能否等于2？__________（填“能”“不能”“无法确定”）
　　（3）a=3的硅酸盐的表达式（以氧化物的形式表示）____________________。
解析：
　　（1）根据化合价规则，可列式为：2a＋4×4=2×10＋b简化为2a=b＋4
　　（2）令a=2，则b=0，故不能。
　　（3）当a=3时，b=2，Mga(Si4O10)(OH)b为Mg3(Si4O10)(OH)2，改写为氧化物的形式为：3MgO·4SiO2·H2O
答案：（1）2a=b＋4；（2）不能；（3）3MgO·4SiO2·H2O

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同步测试

1、美国科学家分析哈勃望远镜拍摄的照片发现，月球上有丰富的绿柱石矿藏，绿柱石又称绿宝石，其主要成分为BenAl2(Si6O18)，也可以用二氧化硅和金属氧化物的形成表示，则n为（　）
A．1　　　　　　　　　　　　B．2
C．3　　　　　　　　　　　　D．4
2、下面对二氧化硅的叙述中，不正确的是（　）
A．二氧化硅是一种坚硬难溶的固体，化学性质不活泼
B．二氧化硅不溶于水，也不能跟水起反应生成酸
C．二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸反应
D．二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别
3、地壳岩石中含有很多复杂的硅酸盐，像花岗石里的正长石（KAlSi3O8）在空气中长期风化，进行复杂的变化后，能生成的物质是（　）
A．黏土、砂和无机盐B．高岭土、硅酸盐和氯化钾
C．滑石粉、刚玉和硝酸钾D．石灰石、沸石和硅酸钾
4、为了延长食品保质期，防止食品受潮及富脂食品氧化变质，在包装袋中应该放入的化学物质是（　）
A．硅胶、硫酸亚铁　　　　　　　　　B．食盐、硫酸亚铁
C．生石灰、食盐　　　　　　　　　　D．无水硫酸铜、蔗糖
5、已知高岭土的组成表示为Al2Si2Ox(OH)y其中x、y的数值分别是（　）
A．7、2　　　　　　　　　　　　　　B．5、4
C．6、3　　　　　　　　　　　　　　D．3、6
6、下列不属于硅酸盐材料的是（　）
A．水泥　　　　　　　　　　　　　　B．陶瓷
C．砖瓦　　　　　　　　　　　　　　D．刚玉
7、下列说法正确的是（　）
①普通玻璃呈淡绿色是由于含Fe3＋；②坩埚、蒸发皿都属于陶瓷制品；
③“唐三彩”是一种玻璃制品；④高温下CaSiO3比CaCO3稳定。
A．①②　　　　　　　　　　　　　　B．②③
C．③④　　　　　　　　　　　　　　D．②④
8、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组成的化学式是（　）
A．Na2O·2CaO·6SiO2　　　　　　　B．2Na2O·CaO·6SiO2
C．Na2O·CaO·6SiO2　　　　　　　 D．Na2O·2CaO·SiO2
9、在普通玻璃的原料中，要得到蓝色玻璃，应加入（　）
A．Cu2O　　　　　　　　　　　　　B．Co2O3
C．Fe2O3　　　　　　　　　　　　 D．胆矾
10、玻璃的主要成分之一是二氧化硅。能在玻璃上进行蚀刻，将其制成毛玻璃和雕花玻璃的物质是（　）
A．烧碱　　　　　　　　　　　 　B．纯碱
C．氢氟酸　　　　　　　　　 　　D．盐酸
11、熔融烧碱应选用的器皿是（　）
A．石英坩埚　　　　　　　　　　B．普通玻璃坩埚
C．生铁坩埚　　　　　　　　　　D．陶瓷坩埚
隐藏提示

　　1、C　Be为ⅡA族元素，根据化合物化合价代数和为零的原则有：（＋2）n＋（＋3）×2＋（＋4）×6＋（－2）×18=0，n=3，故选C。
　　2、C　二氧化硅可与氢氟酸反应：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。
　　3、A　依照反应前后元素种类不变，采用排除法：B选项中有氯，C选项中有氮，D选项中有钙，均不合理。
　　4、A　硅胶可作干燥剂，吸水防潮；硫酸亚铁可除去包装袋中的氧气，防止富脂食品氧化变质。
　　5、B　根据化合价规则：Al为＋3价，Si为＋4价，O为－2价，OH为－1价，则有：2×（＋3）＋2×（＋4）＋x×（－2）＋y×（－1）=0，化简得：2x＋y=14，只有B选项符合此不定方程。
　　6、D　刚玉的成分是Al2O3。
　　7、D　普通玻璃呈淡绿色是由于含Fe2＋；“唐三彩”是一种陶瓷工艺品；由CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑可知，高温下CaSiO3比CaCO3稳定，可见②④正确，选D。
　　8、C　玻璃中n（Na2O）∶n（CaO）∶n（SiO2）=。）
　　9、B　加入Co2O3得蓝色玻璃，俗称“钴玻璃”；而加入Cu2O得红色玻璃。
　　10、C　氢氟酸能和SiO2反应：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O，利用这个反应可以进行玻璃雕花等；烧碱虽然也能和SiO2反应：SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O，但该反应速率较慢，不适宜于进行玻璃雕刻；故选C。
　　11、C　提示：石英、普通玻璃、陶瓷中均含有SiO2，高温下，烧碱可与SiO2反应：SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2O.而铁在高温下也不与NaOH反应。
12、下图是石英晶体平面示意图，它实际上是立体的网状结构，其中硅、氧原子个数之比为__________。原硅酸根离子的结构可表示为二聚硅酸根离子中，只有硅氧键，它的结构可表示为__________。

隐藏答案

答案：
　　1∶2；
提示：
　　从石英晶体的平面示意图可以看出：每个网眼由4个Si原子和4个O原子围成，但每个Si原子为4个网眼共有，而每个O原子由2个网眼共有，故：。二聚硅酸为2分子原硅酸（H4SiO4）脱去1分子H2O形成：，则二聚硅酸根的结构式应为：。
13、如图所示，已知①单质E可作半导体材料；②化合物F是不能生成盐的氧化物；③化合物I能溶于水呈酸性，它能够跟氧化物A起反应。

　　据此回答：
　　（1）化合物F是__________；
　　（2）化合物I是__________；
　　（3）反应④的化学方程式是_____________________。
隐藏答案

答案：
　　（1）CO
　　（2）HF
　　（3）2F2＋2H2O＝4HF＋O2
提示：
　　从半导体材料入手进行分析，E可能是硅元素；化合物F为不成盐氧化物，常见不成盐氧化物为CO和NO，结合框图中转化关系可推知E和F分别为Si和CO，则A为SiO2，B为C，反应①的化学方程式为：SiO2＋2CSi＋2CO↑。化合物A是SiO2，它除了与HF反应外不与任何酸起反应，由此可判断化合物I是HF，由“氧化物C＋单质DHF＋单质H”可推知反应④为：2F2＋2H2O＝4HF＋O2。由此可推断出全部物质，反应③为：2H2＋O22H2O；反应②为：C＋H2O（g）CO＋H2。本题要求在全面掌握元素及其化合物性质的基础上，善于抓住硅单质的特殊性质为突破口和切入点，其他将迎刃而解。

高考解析

例1、（重庆）材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是（　）

材料
主要化学成分
A
刚玉、金刚石
三氧化二铝
B
大理石、石灰石
碳酸钙
C
普通水泥、普通玻璃
硅酸盐
D
沙子、石英
二氧化硅
解析：
　　本题考查对物质组成成分的认识。刚玉是三氧化二铝，金刚石是由碳元素组成的单质，而不是三氧化二铝，A项错误。
答案：A
例2、（广东理基）下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（　）
①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素
②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品
③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维
④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
A．①② 　　　　　　　　　　　　　B．②③
C．①④　　　　　　　　　　　　　 D．③④
解析：
　　水晶是二氧化硅，不是硅酸盐，排除A和B；光纤是二氧化硅的应用，排除D。
答案：C
例3、（四川）开发新材料是现代科技发展的方向之一。下列有关材料的说法正确的是（　）
A．氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料
B．C60属于原子晶体，用于制造纳米材料
C．纤维素乙酸酯属于天然高分子材料
D．单晶硅常用于制造光导纤维
解析：
　　B项中C60为分子晶体；C项中纤维素为天然高分子化合物，而纤维素硝酸酯是人工合成的；D项中二氧化硅是制造光导纤维的主要材料。
答案：A
例4、（全国高考题）碳化硅（SiC）的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交错的，在下列三种晶体①金刚石、②晶体硅、③碳化硅中，它们的溶点从高到低的顺序是（　）
A．①③②　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　B．②③①
C．③①②　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　D．②①③
解析：
　　原子半径：C＜Si，故键长：C—C＜C—Si＜Si—Si，键能：C—C＞C—Si＞Si—Si，对原子晶体而言，熔点的高低由键能、键长决定，键长越短，键能越大，则熔点越高，因而熔点从高到低的顺序为：①③②。
答案：A
例5、（上海高考题）高岭土（主要成分是Al2O3·2SiO2·2H2O，还含有少量CaO、Fe2O3）可用来制造新型净水剂（铝的化合物）。其步骤如下：将土样和纯碱混合均匀，加热熔融，冷却后用水浸取熔块并过滤，弃去滤渣，滤液用盐酸酸化，再经过滤分别得到沉淀和溶液，溶液即为净水剂。
　　（1）写出熔融时主要成分（可看作氧化物）与纯碱反应的化学方程式（Al2O3与纯碱的反应和SiO2与纯碱的反应类似）：____________________
　　（2）最后的沉淀物是__________，生成该沉淀的离子方程式为__________________。
　　（3）实验室常用的坩埚有瓷坩埚、氧化铝坩埚和铁坩埚，本实验的土样和纯碱混合熔融时应取用_________坩埚。
解析：
　　（1）利用知识迁移可知：Al2O3＋Na2CO32NaAlO2＋CO2↑
　　（2）加盐酸酸化，由于H2SiO3、H4SiO4是难溶的弱酸，因此H2SiO3、H4SiO4沉淀出来。
　　（3）由于瓷坩埚中SiO2、氧化铝坩埚中Al2O3都会与Na2CO3反应，故只能用铁坩锅。
答案：
　　（1）SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑
　　　　 Al2O3＋Na2CO32NaAlO2＋CO2↑
　　（2）H2SiO3或H4SiO4
　　　　 SiO32－＋2H＋＝H2SiO3↓或SiO32－＋2H＋＋H2O＝H4SiO4↓
　　（3）铁坩埚

-END-
无机非金属材料（2）

主讲：黄冈中学优秀化学教师　汪响林
一、新型无机非金属材料
　　最初无机非金属材料主要是指硅酸盐材料，所以硅酸盐材料也称为传统无机非金属材料。随着科学和生产技术的发展，以及人们生活的需要，一些具有特殊结构、特殊功能的新材料相继被研制出来。如半导体材料、超硬来高温材料、发光材料等，我们称这些材料为新型无机非金属材料。
　　传统的硅酸盐材料优点：抗腐蚀、耐高温；缺点：质脆、经不起热冲击。
新型无机非金属材料特性
特性
用途
（1）耐高温、强度高
制汽轮机叶片、轴承、永久性模具等
（2）具有电学特性
作绝缘体、半导体、导体、超导体等
（3）具有光学特性
用于医疗、信息处理、通讯等
（4）具有生物功能
用于制人造牙齿、人造骨骼等
1、新型陶瓷
　　现代科技赋予陶瓷在光、电、磁、化学和生物学等方面新的特性和功能，半导体陶瓷、耐高温陶瓷、磁性陶瓷、透明陶瓷、生物陶瓷等在信息、能源、生物等高新技术领域得到广泛的应用。功能陶瓷材料是以特定的性能或通过各种物理因素（如声、光、电、磁）作用而显示出独特功能的材料。

（1）碳化硅陶瓷
　　碳化硅（SiC，俗称金刚砂），熔点高（2450℃），硬度大（9.2），化学性质稳定的原子晶体。用途：重要的工业磨料、模具、特种耐火材料制品。如其中掺入某些杂质，会使之出现半导体特性，作为高温半导体，用于电热元件。它最适宜的应用领域是高温、耐磨和耐蚀的环境。作为高温结构陶瓷，日益受到人们的重视。工业制取：
（2）氮化硅陶瓷
　　氮化硅（Si3N4），熔点高、硬度大，化学性质稳定的原子晶体。用途：有自润滑作用，所以是优良的耐磨材料。热强度和化学稳定性高，热膨胀系数小，是优良的高温结构材料。耐腐蚀，可作高温轴承、转子、叶片、燃烧室喷嘴等高温零件以及高温下使用的模具等。工业制取：
或
2、现代信息基础材料——单晶硅
　　（1）单晶硅的用途：单晶硅在日常生活中是电子计算机、自动控制系统等现代科学技术中不可缺少的基本材料。电视、电脑、冰箱、电话、手表、汽车，处处都离不开单晶硅材料，单晶硅作为科技应用普及材料之一，已经渗透到人们生活中的各个角落。单晶硅是火星探测器中太阳能转换器的制成材料。单晶硅在太空中是航天飞机、宇宙飞船、人造卫星必不可少的原材料。航天器材大部分的零部件都要以单晶硅为基础。离开单晶硅，卫星会没有能源，没有单晶硅，航天飞机和宇航员不会和地球取得联系，单晶硅作为人类科技进步的基石，为人类征服太空作出了不可磨灭的贡献。
　　（2）单晶硅的制取：
　　由高纯度焦炭与石英砂反应制得纯度为95%～99%的硅：

　　综合利用氯碱工业的产物Cl2和H2与上一步制得的硅反应（法）：

　　提纯后的SiHCl3被高纯度的H2还原，得到高纯硅：

　　最后，采用高技术将硅拉制成纯度高达9个9（99.9999999%）的单晶硅材料。
3、光导纤维
　　光导纤维简称光纤，是用来传递光信号和图象信号的纤维。制造光导纤维用的光学材料，必须高度纯净、成分均匀。一般无水石英（SiO2）是常用的光导纤维材料。近年来，光导纤维用于光通信的技术迅速发展。此外，在农业、国防、医疗、电视、传真、电话、科研等方面都有广泛的用途。
光纤与普通电缆的异同对比表
光纤光缆
普通电缆
信息量大，每根光缆上理论上可同时通过10亿路电话
8管同轴电缆每条通话1800路
原料来源广（石英玻璃），节约有色金属
资源相对较少
质量小，27g /公里，不怕腐蚀，铺设方便
1.6吨/公里
成本低，约1万元/公里
普通光缆约20万元/公里
性能好，抗电磁干扰保密性强，能防窃听，不发生电辐射。信号衰减小，无中继传送距离一般为30～70 公里
同轴电缆每隔1.5公里就需设立一个中继站，来补偿电信号在传输中的损耗
4、石墨、金刚石和C60——新材料诞生新科技
　　（1）同素异形体：含同一种元素的不同单质之间互称为同素异形体。
　　碳元素的三种常见同素异形体：石墨、金刚石、C60

　　（2）人造金刚石
　　石墨转化法：
　　化学气相沉积法：
　　（3）明星分子——C60
　　1985年，美国科学家克罗托（H.W.K.kroto）等人用质谱仪，严格控制实验条件，得到以C60为主的质谱图。由于受建筑学家布克米尼斯持·富勒（BuckminsterFuller）设计的球形薄壳建筑结构的启发，克罗托（kroto）等提出C60是由60个碳原子构成的球形32面体，即由12个五边形和20个六边形构成。其中五边形彼此不相连，只与六边形相连。随后将 C60分子命名为布克米尼斯持·富勒烯（BuckminsterFuller）。由于C60分子的结构酷似足球，所以又称为足球烯（Footballene）。除C60外，具有封闭笼状结构的还可能有 C28、C32、C50、C70、……C240、C540等，统称为Fullerenes，中文译名为富勒烯。
　　①掺杂C60的超导体
　　1991年，赫巴德（Hebard）等首先提出掺钾C60具有超导性，超导起始温度为18K，不久又制备出Rb3C60的超导体（如右图），超导起始温度为29K。我国在这方面的研究也很有成就，北京大学和中国科学院物理所合作，成功地合成了K3C60和Rb3C60的超导体，超导起始温度分别为8K和28K。有科学工作者预言，如果掺杂C240和掺杂C540，有可能合成出具有更高超导起始温度的超导体。

　　②新型贮氢材料
　　在锂、液氨和正丁醇溶液中发生反应

　　③高能锂电池材料
　　如下图，将金属锂植入C60内部形成的LiC60化合物，可作为高能锂电池。

　　④碳纳米管
　　碳纳米管由于其磁学、电学性能的改变，其应用领域变宽，比如用作催化剂或其载体、纳米导线、复合材料、纤维与药物等。碳纳米管一个令人激动的应用领域就是替代半导体硅制备碳基电子器件。传统的硅半导体存在发热问题，由于碳纳米管的电子物理性质来源于几何结构（直径小于0.1nm即发现有量子效应）而不是来自掺杂，故其热稳定性好，可制得比硅芯片小百倍的器件。碳纳米管器件还可望代替CRT阴极射线管，解决笔记本电脑、大屏幕电视的显示等问题。
　　⑤C60的多聚高分子

C60的二聚物C116

二、例题分析：
1、最近科学家制得一种新的分子，它具有空心的类似足球状的结构，化学式为C60。下列说法中不正确的是（　）
A．C60是一种新型的化合物　　　　　　　　B．C60和石墨是碳的同素异形体
C．C60是一种新的碳单质　　　　　　　　　D．C60的相对分子质量为720
答案：A
解析：
　　C60是碳的一种单质，它与石墨、金刚石互为同素异形体，故不正确的是A。
2、下列关于硅的说法不正确的是（　）
A．硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色有金属光泽的固体
B．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料
C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应
D．当加热到一定温度时，硅能与氧气、氢气等非金属反应
答案：C
解析：
　　常温下，硅可与氟气、氢氟酸、强碱溶液反应。
3、下列属于新型无机非金属材料的是（　）
①高强度水泥　②钢化玻璃　③氧化铝陶瓷　④光导纤维
A．①②　　　　　　　　　　　　B．②③
C．③④　　　　　　　　　　　　D．①④
答案：C
解析：
　　水泥和玻璃属于传统的无机非金属材料。
4、氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大，熔点高，化学性质稳定，工业上曾普遍使用高纯硅与纯氮在1300℃反应获得。根据性质，推测下列不是氮化硅陶瓷的用途的是（　）
A．制汽轮机叶片　　　　　　　B．制有色玻璃
C．制永久性模具　　　　　　　D．制造柴油机
答案：B
解析：
　　氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，而有色玻璃只是在玻璃中加入金属氧化物，仍属传统无机非金属材料。
5、下列材料的特性及用途的说法不正确的是（　）
A．氧化铝陶瓷具有两性，可用来制造人造牙齿
B．氮化硅陶瓷具有耐高温且不易传热的特性，可用来制造柴油机
C．光导纤维传导光的能力很强，是非常好的通迅材料
D．人造金刚石硬度高，可用来制造割机
答案：A
解析：
　　制造人造牙齿的材料必须具有生物功能。
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同步测试

1、门捷列夫在19世纪中叶，曾根据他所发现的元素周期律，预言过第四周期ⅣA族元素X（当时他称为类硅），下列有关硅元素性质的叙述不正确的是（　）
①XH4不稳定，但有强还原性
②可用焦炭在高温下从XO2中冶炼X
③X单质的熔点比硅高
④X最高价氧化物对应水化物分子式为X(OH)4，其酸性比H2SiO3强
A．①②　　　　　　　　　　　　　　　　B．②③
C．③④　　　　　　　　　　　　　　　　D．①④
2、某些保健品中含有的锗元素（Ge）位于周期表的第四周期ⅣA族。有关锗的叙述正确的是（　）
①锗的原子序数为34　②锗元素金属性比锡强　③Ge可形成Na2GeO3的盐　④单质锗是半导体材料
A．①②　　　　　　　　　　　　　　　　B．②③
C．③④　　　　　　　　　　　　　　　　D．①④
3、下列说法中你认为科学合理的是（　）
A．“纯净水”、“超纯净水”、“太空水”是最佳饮用水
B．水晶、玛瑙均可制成高级工艺品，其主要成分均为二氧化硅
C．加碘食盐加的是碘单质
D．有磷洗衣粉对皮肤有损害作用，无磷洗衣粉对皮肤无损害作用，故应选用无磷洗衣粉
4、新型无机非金属材料与传统无机非金属材料的共同特点是（　）
A．耐高温　　　　　　　　　　　　　B．具有电学特性
C．具有光学特性　　　　　　　　　　D．有生物功能
5、以下说法正确的是（　）
A．纳米材料是指一种称为“纳米”的新物质制成的材料
B．绿色食品是指不含任何化学物质的食品
C．生物固氮是指植物通过叶面直接吸收空气中的氮气
D．光导纤维是以二氧化硅为主要原料制成的
6、我国及美国、日本等国家都已研制出了一种陶瓷柴油机。这种柴油机的发动机部件的受热面是用一种耐高温且不易传热的材料制造的，这种材料是（　）
A．氧化铝陶瓷　　　　　　　　　　B．氮化硅陶瓷
C．光导纤维　　　　　　　　　　　D．普通玻璃钢
7、“空对空”响尾蛇导弹头部的“红外眼睛”，能分辨出0.001℃的温差变化，它是由热敏陶瓷材料和热释电陶瓷材料制成的。下列叙述中，不正确的是（　）
A．“红外眼睛”对热非常敏感
B．“红外眼睛”的热目标是敌机发动机或尾部喷口高温区
C．“红外眼睛”的电阻值随温度明显变化
D．“红外眼睛”的工作原理与人眼相同
8、超导材料是具有零电阻及反磁性的物质，以Y2O3、BaCO3和CuO为原料，经研磨烧结可合成一种高温超导物质YBa2Cu3Ox。现欲合成0.5mol此高温超导物，依化学计量比例，需取Y2O3、BaCO3及CuO的物质的量（mol）分别为（　）
A．0.50、0.50、0.50　　　　　　　B．0.25、1.0、1.5
C．0.50、1.0、1.5　　　　　　　　D．1.0、0.25、0.17
9、有关高温结构陶瓷和光导纤维的说法正确的是（　）
①高温结构陶瓷具有耐高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
②氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，它不与任何无机酸反应
③氧化铝陶瓷的熔点低、硬度小
④光导纤维传导光的能力非常强，利用光缆通讯，能同时传输大量信息
A．①②　　　　　　　　　　　　　B．②③
C．③④　　　　　　　　　　　　　D．①④
隐藏提示

　　1、C　碳族元素从上到下非金属性减弱，金属性增强，则XH4不稳定且有强还原性，XO2＋2CX＋2CO↑，故①②正确；晶体硅熔点很高，X单质熔点比硅低，X(OH)4酸性比H2SiO3弱，③④不正确，选C。
　　2、C　锗的原子序数为32，其金属性比锡弱，C项正确。
　　3、B　“纯净水”不含矿物离子，如Mg2＋、Ca2＋等，对人体不利；碘盐中加入的是KIO3；有磷洗衣粉主要污染湖泊造成“水华”现象；故A．C．D均不合理，只有B正确。
　　4、A　电学特性、光学特性、生物功能都是新型无机非金属材料的特性。
　　5、D　纳米材料是指构成物质的粒子直径在1nm—100nm之间的一类物质的总称，并不是一种新的物质；任何食品从化学组成上分析，都是由化学物质构成的，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箩菌把空气中的氮转化为可被植物吸收的化合态氮的过程，并不是植物直接吸收氮气；故A．B．C均不正确。光导纤维广泛用于能量传输和信息传输，它的主要原料是二氧化硅，所以选D。
　　6、B　由各种陶瓷材料的特点分析，氮化硅陶瓷具有耐高温、不易传热的特点。
　　7、D　“红外眼睛”能分辨出0.001℃的变化，对热敏感，与人眼工作原理不同，不正确的是D。
　　8、B　由原子守恒，YBa2Cu3OxY2O3＋2BaCO3＋3CuO知：n（Y2O3）=0.5mol×=0.25mol，n（BaCO3）=0.5mol×2=1.0mol，n（CuO）=0.5mol×3=1.5mol；故选B。
　　9、D　氮化硅陶瓷除与氢氟酸反应外，不与任何无机酸反应；氧化铝陶瓷熔点很高，硬度大；故②③不正确，①④正确，选D。
10、锗是ⅣA族元素。它的单质晶体是一种良好的半导体材料，广泛应用于电子工业。锗可从燃烧的烟道灰中提取，提取过程如下：

　　写出下列化学方程式：
　　①______________________________；
　　②______________________________；
　　③______________________________；
　　④______________________________。
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答案：
　　①GeO2＋4HCl=GeCl4＋2H2O；
　　②GeCl4＋3H2O=H2GeO3＋4HCl；
　　③H2GeO3GeO2＋H2O；
　　④GeO2＋2H2Ge＋2H2O
提示：
　　碳族元素包括碳、硅、锗、锡、铅，其中硅、锗可作半导体材料；碳、硅、锗、锡以＋4价的化合物稳定，铅以＋2价的化合物稳定。烟道灰中所含锗的高价氧化物为GeO2，作为金属氧化物与HCl反应生成GeCl4；GeCl4作为强酸弱碱生成的盐可发生水解生成H2GeO3；H2GeO3受热分解得到纯净的GeO2；GeO2用H2还原可得纯净的Ge。
11、钇（Y）是激光材料和超导材料中的重要元素。某钇矿石成分是Be2YxFeSi2O10。该矿石与过量氢氧化钠共熔后，加水溶解，所得沉淀物中有Y（OH）3和Fe2O3（反应时Fe由＋2价转变为＋3价）。试推算，此钇矿石的化学式中x=___________。若改用氧化物的形式表示其组成，则化学式为___________。
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答案：
　　2；2BeO·Y2O3·FeO·2SiO2
提示：
　　根据化合价代数和为0求得x，钇矿石中Be为＋2价，Y为＋3价，Fe为＋2价，Si为＋4价，O为－2价，得x=2。其改写成氧化物的形式可依化合价拆分后再组合，得2BeO·Y2O3·FeO·2SiO2。
12、氮化硅是一种非氧化性高温陶瓷结构材料，粉末状Si3N4可以由四氯化硅的蒸气和氨气混合反应制取。粉末状Si3N4对空气和水都不稳定，但是将粉末状Si3N4和适量的MgO在230×1.01×105Pa和185℃的密闭容器中热处理，可以得到结构十分紧密，对空气和水都相当稳定的固体材料。
　　（1）写出由四氯化硅和氨气制备Si3N4的化学方程式_______________________。
　　（2）分别写出粉末状Si3N4和水及氧气反应的化学方程式_________________、_________________。
　　（3）为什么结构紧密的固体Si3N4不再受水和氧气的侵蚀？
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答案：
　　（1）3SiCl4＋4NH3=Si3N4＋12HCl
　　（2）Si3N4＋6H2O=3SiO2＋4NH3↑　　Si3N4＋3O2=3SiO2＋2N2↑
　　（3）Si3N4与MgO在密闭容器中热处理后使Si3N4固体表面形成一层SiO2保护层，阻止了Si3N4继续受空气中的氧和水的侵蚀。
提示：
　　（1）SiCl4与NH3反应生成Si3N4，同时应该有HCl生成，即3SiCl4＋4NH3=Si3N4＋12HCl。（2）由于Si—N键的键能小于Si—O键的键能，Si3N4与H2O反应时，Si—N键要向Si—O键转化，生成SiO2的同时应该有NH3生成，同样Si3N4与O2反应时，产物为SiO2和N2。即Si3N4＋6H2O=3SiO2＋4NH3↑，Si3N4＋3O2=3SiO2＋2N2↑。（3）Si3N4与MgO在密闭容器中热处理后使Si3N4固体表面形成一层SiO2保护层，阻止了Si3N4继续受空气中的氧和水的侵蚀。
13、在氮化硅中添加氧化铝，用氧原子取代一部分氮，用铝原子取代一部分硅，通过常压烧结即成为新一代无机非金属材料——氧氮化硅铝，即赛伦（Sialon），化学通式为：Si6－xAlxOxNy(x：2～～4)。则：
　　（1）判断赛伦属于_____________晶体类型，并且有___________等特性（至少写出三种）。
　　（2）化学通式里y值为___________（用含x的表达式或某一具体数值表示）。
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答案：
　　（1）原子；耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀（任选三种）。
　　（2）8－x
提示：
　　（1）从赛伦为无机非金属材料知其为原子晶体；具有耐高温、热稳定性好、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等无机非金属材料所具有的特性。（2）由元素化合价代数和等于零知：（6－x）×（＋4）＋x×（＋3）＋x×（－2）＋y×（－3）=0，解得y=8－x。
14、晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：
　　①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅
　　②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：
　　③SiHCl3与过量的H2在1000～1100℃下反应制得纯硅。已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。
　　请回答下列问题：
　　（1）第①步制备粗硅的化学反应方程式为_______________________。
　　（2）粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3（沸点33.0℃）中含有少量SiCl4（沸点57.6℃）和HCl（沸点84.7℃），提纯SiHCl3采用的方法为___________________。
　　（3）用SiHCl3与过量的H2反应制备纯硅的装置如下（热源及夹持装置略去）：

　　①装置B中的试剂是__________________。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是__________________。
　　②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是________________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是___________________________，装置D中发生反应的化学方程式为_____________________。
　　③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及__________。
　　④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是（填写字母代号）______________。
A．碘水　　　　　　　　　　　　B．氯水　　
C．NaOH溶液　　　　　　　　　　D．KSCN溶液　　　　　E．Na2SO3溶液
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答案：
　　（1）SiO2＋2CSi＋2CO↑
　　（2）分馏（或蒸馏）
　　（3）①浓硫酸；使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化
　　②有固体物质生成；在此反应温度下，普通玻璃会软化；SiHCl3＋H2Si＋3HCl
　　③排尽装置中的空气；
　　④bd
提示：
　　由于SiHCl3极易自燃、极易和水反应，因此用一般的化学方法难以提纯，由于SiHCl3的沸点和所含杂质的沸点