纳米材料制备技术是高考化学新材料与新技术专题的重要考点，涉及材料特性、制备原理及实验分析等。以下是相关高频考点及题型解析：

一、纳米材料的基本概念与特性

1. 定义与分类

  • 纳米材料指在三维空间中至少有一维处于1-100 nm尺度范围的材料，如纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜等。
  • 分类：零维（颗粒）、一维（线/管）、二维（薄膜）、三维（块体）。
  • 高考题型：选择题或填空题，如判断材料是否属于纳米材料（例如石墨烯是否为纳米材料）。

    • 2. 四大特性

  • 量子尺寸效应：纳米颗粒的电子能级离散化，导致光学、电学性质改变（如金属纳米颗粒绝缘性）。
  • 表面效应：表面原子占比高，活性增强（如铂黑催化性能优于块状铂）。
  • 小尺寸效应：材料物理性质显著变化（如颜色变化：金属纳米颗粒呈黑色）。
  • 宏观量子隧道效应：电子穿越势垒的能力影响磁性等性质。
  • 高考题型：选择题（如判断纳米材料特性）或简答题（解释现象，如“铂黑催化效率高的原因”）。

    • 二、纳米材料制备技术考点

    1. 物理法

  • 机械粉碎法：通过研磨、球磨等将大块材料粉碎至纳米级，需注意控制粒径分布。
  • 气相沉积法：用于制备纳米薄膜或颗粒（如碳纳米管的化学气相沉积）。
  • 高考题型：实验题（选择合适制备方法并分析影响因素）。

    • 2. 化学法

  • 溶胶-凝胶法：通过前驱体水解生成溶胶，再干燥、煅烧得到纳米材料（如制备TiO₂纳米颗粒）。
  • 水热/溶剂热法：高温高压下合成纳米晶体（如ZnO纳米棒的制备）。
  • 电化学法：通过电解制备纳米金属或合金（如纳米银的电解沉积）。
  • 高考题型：填空题（写出反应方程式）或实验设计题（描述制备步骤）。

    • 3. 生物法

  • 利用微生物或植物提取物还原金属离子生成纳米颗粒（如Ag纳米颗粒的绿色合成）。
  • 高考题型：结合绿色化学理念设计实验方案。

    • 三、典型高考题型与解题策略

    1. 选择题

  • 示例：下列哪项是纳米材料的特性？

    • A. 导电性增强 B. 比表面积小 C. 颜色变深 D. 熔点升高

    答案：C（小尺寸效应导致光吸收增强）。

  • 易错点：混淆“纳米”是否为材料名称（如“纳米塑料”中的“纳米”是尺度单位）。

    • 2. 简答题

  • 示例：解释纳米Fe₃O₄在污水处理中高效吸附重金属离子的原因。

    • 答案：表面效应（高比表面积增加吸附位点）+磁性（便于分离回收）。

    3. 实验分析题

  • 示例：以钛酸丁酯为原料制备TiO₂纳米颗粒的实验步骤。

    • 关键点：

    1. 水解反应：Ti(OC₄H₉)₄ + H₂O → TiO₂溶胶；

    2. 陈化形成凝胶；

    3. 煅烧去除有机物得纳米TiO₂。

    4. 计算题

  • 示例：某纳米颗粒直径为10 nm，计算其比表面积（假设为球形）。

    • 公式：比表面积 = 6/(ρ·d)，其中ρ为密度，d为直径。

    四、高频易错点与备考建议

    1. 易错点：

  • 纳米材料≠新材料名称（如“纳米塑料”中的“纳米”指尺度）。
  • 混淆量子尺寸效应与表面效应（如金属纳米颗粒颜色变化属于小尺寸效应）。

    • 2. 备考建议：

  • 熟记四大特性及对应的实验现象。
  • 掌握溶胶-凝胶法、水热法的流程及反应原理。
  • 关注纳米材料在催化、能源（如锂离子电池）、环境（如光催化降解污染物）中的应用。

    • 真题示例（改编自网页1和75）：

    题目：实验室用溶胶-凝胶法制备纳米ZnO，步骤如下：

    ① 将硝酸锌溶于乙醇中；

    ② 滴加氨水至pH=9，生成白色沉淀；

    ③ 离心分离，洗涤沉淀；

    ④ 煅烧沉淀得纳米ZnO。

    问题：步骤②中生成沉淀的离子方程式为______，煅烧的目的是______。

    答案：

    Zn²⁺ + 2NH₃·H₂O → Zn(OH)₂↓ + 2NH₄⁺；去除有机物并形成ZnO晶体。