| 常见问题1: |
新一代无机非金属材料——赛伦 |
问题：
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新一代无机非金属材料——赛伦
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解答:
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材料同情息工程、能源工程和生物工程并列为当代新技术革命的支柱。近三四十年，在传统硅酸盐陶瓷的基础上，出现了新一代无机非金属材料，叫氧氮化硅铝或硅铝氧氮，即赛伦(Sialon)。
赛伦的化学通式为Si6-xAlxOxN8-x 。在1700℃，x的极限值为4.2，在1400℃时，极限值为2.0，赛伦可以采用常压烧结或热压工艺制备，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，生成均匀的固溶体并保持电中性。赛伦中(Si,Al)(O,N)4四面体结构单元构成，其构成方式和(Si,Al)O4四面体构成硅酸盐的方式类似。
赛伦以耐高温、高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀等性能为主要特征，因此在冶金、机械、汽车、光学、医学等领域有重要应用。
赛伦具有高硬度、韧性、热稳定性和低的热膨胀系数(好的抗热冲击性)，以及对有色金属无粘合现象等特点，是新型的刀具材料。这种材料制作的刀具没有冷却液也可工作，比起硬质合金来具有切削速度高、寿命长等特点，被广泛用作钻头、丝锥和滚刀，用于加工铸铁、淬火钢、镍基高温合金和钛合金等。例如，赛伦刀具以1525米／分进行高速切削，刀具寿命为硬质合金刀具的10～12倍，金属切除率高于硬质合金刀具的18倍。
利用赛伦耐磨、耐腐蚀，以及摩擦系数小，具有自润滑性(摩擦表面微量分解形成薄的气膜)的特性，可用做各种机械上的耐磨部件。如轴承，其工作温度可达1200℃，比普通合金轴承的工作温度提高2.5倍，而工作速度是普通轴承的10倍，还可免除润滑系统，大大减少对铬、镍、锰等原料的依赖。又如用于制作水泵、砂浆泵、带腐蚀性的化工泵及有粉尘的风机中的耐磨、耐腐蚀部件和密封件，其性能优越于其他材料。特别当赛伦－赛伦对磨时，可在很高速度和压力下运转，再例如，焊接定位梢在工作时要承受很大的热应力和机械应力。其他材料的定位梢寿命为七千次，而赛伦做的定位梢寿命达五百万次。此外，赛伦还用做钢的水平连注机上的分流环、晶体生长器具、坩埚、高炉炉下部内衬、铜铝合金管拉拔芯棒、压铸模具等。
赛伦具有耐高温、高强度性能，而且比一般金属材料轻得多，所以可以用它代替金属制造发动机部件。例如，用赛伦制的汽车内燃机挺杆，运行六万千米，只磨损0.76微米。利用赛伦很好的电绝缘性和耐急冷急热性，可以用来做电热塞，用它进行汽车点火，使发动机起动时间从原来的6～7秒缩短到1～2秒，还可以不用担心寒冷天气汽车启动的困难。1991年我国的陶瓷发动机汽车从上海到北京试开了一个来回，试用情况表明，这种发动机不必水冷却并能大量节约汽油。
赛伦可制成透明陶瓷，用作大功率高压钠灯的灯管，它在高温下与钠蒸气不发生作用，又能把95％以上的可见光传送出来。这种灯是目前世界上发光效率最高的灯。在相同功率下，一只高压钠灯要比两只水银灯或十只普通白炽灯发出的光还要亮，寿命比普通白炽灯高20倍，可使用两万小时以上，是目前寿命最长的灯。
赛伦可用于人体硬组织的修复，使其功能得以恢复。与其他材料相比，赛伦和骨组织的化学组成比较接近，生物相容性好，在体内的化学稳定性、生物力学相容性和组织亲和性等也较好。在临床医学上，用来修复人体的那些失去或多病的部位。便如，髋骨、膝关节、指关节、牙根、脊椎骨联合等。
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| 常见问题2: |
新型无机非金属材料 |
问题：
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磷酸钙陶瓷也是一种新型无机非金属材料，它可以用于制成人造骨骼，这是利用这类材料的( )
A.耐高温特性 B.电学特性
C.光学特性 D.生物功能
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解答:
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解析 根析型无机非金属材料的四种特性及其应用进行判断。
答案 D项符合题意
点评 新型无机非金属材料的四种特性不一定是这类材料的共性，不同的材料具有不同的特性。
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| 常见问题3: |
新型无机非金属材料 |
问题：
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下列材料的特性及其应用的说法不正确的是( )
A.氧化铝陶瓷具有两性，可用来制造人造牙齿
B.氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，是非常好的通讯材料
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，可用制造刚玉球磨机
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解答:
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解析 根据不同材料的特性，判断各材料的用途。
答案 A项符合题意。
点评 要将不同材料和相相应的用途作“意义记忆”。
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| 常见问题4: |
新型无机非金属材料 |
问题：
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如下图中A、B、C、D分别代表有关反应中的一种化合物，其中物质A是一种高熔点化合物，不溶于硫酸、硝酸，却溶于氢氟酸。请填写以下空白。
(1)A、B、C、D的化学式分别是______________、______________、______________、______________。
(2)A→B的化学方程式是_______________________________________________
(3)C→D的离子方程式是_______________________________________________
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解答:
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解析 本题属于一个推断题，其突破口应从“A是一种高熔点的化合物，不溶于硫酸、硝酸，却溶于氢氟酸”推断出A为SiO2，然后依次推断出B为CO、C为CO2，D为H2SiO3。
答案 (1)SiO2、CO、CO2、H2SiO3
(2)SiO2+2C  Si+2CO↑
(3)SiO32-+CO2+H2O＝H2SiO3↓+CO32-
点评 做有关推断题题目时，应找到一个突破口。这个突破口必须具有明显的特性(如特质的特征颜色、某物质的特征反应等)，再根据突破口依次进行推断。本题主要考查SiO2的特性。
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| 常见问题5: |
新型无机非金属材料 |
问题：
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下列属于无机非金属材料的是( )
A.高强度水泥 B.钢化玻璃
C.氧化铝陶瓷 D.光导纤维
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解答:
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解析 水泥、玻璃属硅酸盐材料，是传统无机非金属材料。选C、D。
点评 对本节知识要作一些了解，并对重点内容作些识记。
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| 常见问题6: |
新型无机非金属材料 |
问题：
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氧化铝陶瓷是一种重要的结构材料，工业上用它来制坩埚、高温炉管，是利用它的______________特性；用来制造刚玉球磨机，是利用它的______________特性。
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解答:
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解析 熔点很高；硬度高。 点评 解答本题的思路体现了“物质的性质决定了物质的用途”这种思想方法。
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| 常见问题7: |
新型无机非金属材料 |
问题：
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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，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃反应获得。
(1)根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是______________(填序号)。
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
(2)写出N的原子结构示意图：______________，根据元素周期律知识，请写出氮化硅的化学式：______________。
(3)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应。试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式：______________。
(4)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为______________。
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解答:
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解析 根据N和Si的原子结构及其元素周期规律的知识，可判断氮元素非金属性比硅强，故N显负价(-3)，Si显正价(+4)，由此可写出氮化硅的化学式Si3N4。
答案 (1)A、C、D。(2)  ；Si3N4。(3)Si3N4+12HF＝3SiF4+4NH3。(4)3SiCl4+2N2+6H2  Si3N4+12HCl。
点评 反应(4)可理解为H2还原SiCl4制取硅，然后硅与氮气在高温下反应。
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| 常见问题8: |
新型无机非金属材料 |
问题：
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人的纯净胃液是一种无色而呈酸性反应的液体，pH在0.9～1.5之间，胃液中含有大量盐酸，其中H+浓度比血液高几百万倍。试回答下列问题：
(1)胃液中含有大量盐酸的意义是：______________________________
(2)若胃液酸度增高就患胃酸过多症，下列物质不适宜用做治疗胃酸过多症药物的主要成分是______________
A.小苏打粉 B.氢氧化铝粉
C.氧化钙粉 D.纯碳酸钙粉
(3)胃镜检查发现胃有少量出血，说明胃溃疡已深及______________(胃结构)。胃溃疡病患者胃酸过多可考虑选用(2)中的______________。
(4)三硅酸镁晶体(Mg2Si3O8·nH2O)是一种常见的用来治疗胃溃疡的药物，该药物不溶于水，但能中和胃酸，用作用持久。写出该药物中和胃酸的化学方程式：______________。
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解答:
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(1)胃液中的盐酸有各种功能，它能激活胃蛋白酶原，为胃蛋白酶提供所需要的酸性环境；它可使食物中的蛋白质变性，易于水解；它还有杀死随食物进入胃的细菌。此外，盐酸进入小肠后，可促进胰液和胆汁的分泌，有助于对铁和钙的吸收等。
(2)C (3)粘膜下层 B
(4)Mg2Si3O8·nH2O+4HCl＝2MgCl2+3SiO2+(n+2)H2O
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| 常见问题9: |
新型无机非金属材料 |
问题：
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BGO是我国研制的一种闪烁晶体材料，曾用于诺贝尔奖获得者西肇中的著名实验，它是锗酸铋的简称。若知：①在BGO中，锗处于其最高价态，②在BGO中，铋的价态与铋跟氯形成共价氯化物时所呈的价态相同。在此氯化物中铋具有最外层8个电子稳定结构，③BGO可看成是由锗和铋两种元素的氧化物所形成的复杂氧化物，且在BGO晶体的化学式中，这两种氧化物所含氧的总质量相同，请填空：
(1)锗和铋的元素符号分别是______________和______________。
(2)BGO晶体的化学式是___________________________________。
(3)BGO晶体中所含铋的氧化物的化学式是______________。
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解答:
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(1)Ge Bi (2)Bi4(GeO4)3或2Bi2O3·3GeO2或Bi4Ge3O12 (3)Bi2O3
提示：已知Ge为ⅣA族元素，最高价为+4价，而Bi为ⅤA族元素，最高价为+5价。由①知在BGO中Ge为+4价。
由②Bi的氯化物有BiCl5和BiCl3(由P的两种氯化物推知)，其中Bi最外层有5个电子，形成三条共价键时就具有最外层8电子稳定结构，故在BGO中Bi是为+3价，
由③BGO又可看作是锗和铋的复杂氧化物，则它们的氧化物分别为GeO2、Bi2O3，而在这两种氧化物中所含氧的总质量相同，即将BGO写成复杂氧化物形式时，各氧化物前的系数应满足氧原子数相等，故BGO可写成2Bi2O3·3GeO2；再由题设BGO是锗酸铋的简称，写成盐的形式为Bi4(GeO4)或Bi4Ge3O12。
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| 常见问题10: |
新型无机非金属材料 |
问题：
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5.一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻R随温度T变化的关系如下图中实线①所由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大的范围内波动，易损坏衣物。
有一种用主要成分为BaTiO3称为“PTC”的特殊材料作发热元件的电熨斗，具有升温快，能自动控制温度的特点PTC材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示。根据图线分析：
(1)为什么原处于冷态的PTC熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快?
(2)通电一段时间后电熨斗温度自动稳定在______________＜T＜______________范围内。
(3)简析PTC发热元件的自动控制温度的过程。
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解答:
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(1) 气态时PTC电阻很小，电功率很大，所以升温快
(2) (2)T6 T7
(3)熨斗温度升高到T5后，PTC的电阻急剧增大，电功率变小，此时如果散热功率大于电功率，熨斗温度会下降，当温度降低时，电阻又急剧变小，电功率增大，温度又升高……因而熨斗的温度能稳定在一合理的范围。 |
