课件39张PPT。第一节 硅 无机非金属材料
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第1课时 单质硅与半导体材料 二氧化硅与光导纤维学习目标
1.了解硅、二氧化硅的主要性质及其在材料中的应用。
2.掌握硅在半导体工业以及二氧化硅在通讯业方面的主要应用。
3.通过学习硅、二氧化硅在生产、生活中的主要应用，学会研究材料的方法。课堂互动讲练探究整合应用知能优化训练课前自主学案 第1课时课前自主学案一、单质硅
1．硅的存在
在地壳里，硅的含量仅次于___，全部以______态存在，主要存在形式为__________和________。
2．硅的性质
(1)物理性质氧化合二氧化硅硅酸盐非金属焦炭粗硅4．硅的用途
用于制造_______、_________、硅整流器和太阳能电池等，其合金用于制造_____________和_________等。
思考感悟
1．具有金属光泽的物质是否一定是金属单质？
【提示】 不一定。如晶体硅具有金属光泽，却是非金属单质。晶体管集成电路变压器铁芯耐酸设备二、二氧化硅和光导纤维
1．二氧化硅的存在
二氧化硅广泛存在于自然界中，是_____、____的主要成分。透明的石英晶体又称_____。
2．二氧化硅的物理性质沙子石英水晶3.二氧化硅的结构
SiO2晶体是由硅原子和氧原子按1∶2的比例构成的，每个硅原子结合__个氧原子，每个氧原子结合__个硅原子。
4．二氧化硅的化学性质425．光导纤维
(1)主要成分：______。
(2)用途：_________、能量传输、信息处理等。
思考感悟
2．(1)SiO2不能和水反应生成H2SiO3，为什么还说SiO2是酸性氧化物？
(2)盛碱液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？SiO2光纤通讯【提示】 (1)酸性氧化物的概念是指能和碱反应生成盐和水的氧化物。SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，所以SiO2是酸性氧化物。
(2)由于玻璃中的SiO2跟碱液反应生成的Na2SiO3具有黏合性，会将瓶口和玻璃塞黏为一体而不易打开。1．下列关于硅的叙述中，错误的是( )
①硅广泛存在于自然界中，天然单质硅叫水晶 ②单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间 ③晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，能导电 ④含硅的钢具有良好的导磁性和耐酸性
A．①② B．②③
C．①③ D．②④
解析：选C。硅元素在自然界中含量丰富，但都以化合态存在，水晶的主要成分是SiO2。晶体硅具有金属光泽，但它属于非金属，导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。3．光纤通讯是一种新型通信技术，目前长距离光纤通讯系统已经投入使用。光纤通讯的光导纤维是由下列哪种物质经特殊工艺制成( )
A．高级铝导体 B．二氧化硅
C．硅酸盐 D．氧化铝
解析：选B。工业上以石英玻璃(SiO2)为主要原料制造光导纤维。课堂互动讲练4．非金属单质一般不导电，但Si为半导体，有一定的导电能力。
5．SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水反应来制取H2SiO3。
6．非金属氧化物的熔、沸点一般较低，但SiO2的却很高。
7．酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2能跟氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。特别提醒：(1)硅为非金属单质，但有一定的金属性；
(2)利用硅及其化合物的特殊性如硅与强碱溶液反应生成H2等作为解答实验设计或鉴别题的依据；
(3)SiO2与碳酸盐在高温下反应，生成CO2，是因为生成的CO2是气体，可以脱离反应体系，并不能说明H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强，相反H2CO3的酸性反而比硅酸的酸性强。 如图中的每一方格表示相关的一种反应物或生成物。其中B是一种单质，其余物质也都是含有B元素的化合物。C是一种钠盐，E是C对应的酸，B的结构类似金刚石，D为B的氧化物(其他不含B元素的反应产物以及各步反应添加的必要试剂和反应条件均已被略去)，请填写空白：
(1)A、D、E的化学式分别为__________、__________、____________。(2)A和B的相互转化在工业上有什么实际意义？
________________________________________________________________________。
(3)写出D→C反应的化学方程式：
________________________________________________________________________。
(4)写出E→D反应的化学方程式：
_________________________________________。【解析】 本题的突破口是：“B是一种单质”、“B的结构类似金刚石”。据此，容易推断出B是晶体硅。硅与氯气在加热条件下生成SiCl4，因此，A为SiCl4。SiCl4可以被氢气还原得纯净的硅。根据D为B的氧化物且D能转化成B(Si)，可知D为SiO2，由此可推知其他答案。【规律方法】 从物质推断来看，由于B是一种单质，大大缩小了范围，必要时经过简单的排查，容易推出B是晶体硅，A是SiCl4。但整个框图右边却没有明显的突破口，必须对硅及其化合物的转化把握准确、到位才能顺利推断。另外，我们现在广泛使用的硅芯片等必须使用高纯硅，A和B的相互转化恰好能实现硅的提纯，有很大的现实意义。变式训练1 (2011年泰安高一检测)如图为刻蚀在玻璃上的精美的花纹图案，则该刻蚀过程中所发生的主要化学反应为( )
A．CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑
B．NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑
C．Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑
D．SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
解析：选D。玻璃中含有二氧化硅，能与氢氟酸反应生成四氟化硅，故答案为D。 (2011年北京海淀区高一检测)下列关于二氧化硅的叙述中，正确的是(双选)( )
A．二氧化硅不溶于水，也不与水反应生成对应的酸
B．二氧化硅是一种酸性氧化物，它不与任何酸发生反应
C．二氧化硅在高温下与碳酸钠发生反应生成硅酸钠，产生CO2，说明硅酸的酸性强于碳酸，这就是用较强的酸制较弱的酸
D．二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别【解析】 二氧化硅在常温下为固体，熔、沸点高，硬度大，不溶于水及一般溶剂，而二氧化碳在常温下为气体，熔、沸点低，可溶于水形成碳酸。
二氧化硅为酸性氧化物。因为二氧化硅可与碱溶液反应，生成盐和水，二氧化硅不能与一般的酸反应，但它可与氢氟酸反应，化学方程式为：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。【答案】 AD【易误警示】 解答该类题时要注意以下两个易出错的问题：
(1)SiO2既能与NaOH溶液反应，又能与氢氟酸反应，但SiO2不属于两性氧化物而属于酸性氧化物。
(2)SiO2和CO2的物理性质差别很大，是由于二者结构上的差别造成的，SiO2是立体网状结构的晶体，不存在SiO2分子，而CO2是由碳、氧原子结合成的分子，微粒间的作用力远小于SiO2。解析：(1)该反应不是复分解反应，且SiO2对应的酸是H2SiO3属于弱酸，其酸性小于H2CO3酸性，故不属于强酸制弱酸。该反应之所以能发生是由于在加热条件下能将挥发性的酸酐从其中代换出来。
(2)该反应是氧化还原反应，SiO2做氧化剂，证明SiO2有弱氧化性。
(3)玻璃中含有的SiO2能与HF发生反应而使玻璃腐蚀。
答案：(1)B (2)C (3)A探究整合应用晶体硅的制备实验探究
硅是一种比较活泼的非金属元素，能和96种稳定元素中的64种元素形成化合物。硅的主要用途取决于它是半导体，硅材料是当前最重要的半导体材料。由于当前信息工程的发展，硅主要用于微电子技术。有关单质硅的制备问题一直是各类考试的热点。 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：Si＋3HCl
SiHCl3＋H2；
③SiHCl3与过量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H2反应制备纯硅的装置如下图所示(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【解析】 (1)在高温条件下，用C还原SiO2生成CO。(2)分离、提纯不同沸点的液体可以采用分馏或蒸馏的方法。(3)用Zn、稀H2SO4制得的H2会混有少量H2O，而SiHCl3能与H2O剧烈反应，所以要进行干燥，根据装置应选择液态干燥剂浓硫酸，C装置用水浴加热SiHCl3使其汽化，和H2进入D装置反应，因为SiHCl3与H2在1000～1100 ℃下反应，温度很高，普通玻璃会软化，因此不能使用普通玻璃管。因为SiHCl3在空气中易自燃，实验中还要注意先通一段时间H2以排尽装置中的空气。铁元素的检验方法是利用Fe3＋遇KSCN溶液变红色，所以鉴定产品硅中是否含有微量铁单质，试样用稀盐酸溶解后，还需要氯水和KSCN溶液。课件30张PPT。第2课时 硅酸盐与无机非金属材料学习目标
1.了解硅酸盐制品和一些新型无机非金属材料在生产、生活中的重要应用。
2.认识新材料的开发对人类生产、生活的重要影响。
3.掌握硅酸盐的化学性质。课堂互动讲练探究整合应用知能优化训练课前自主学案 第2课时课前自主学案一、硅酸盐
1．性质：硅酸盐性质_____，熔点____，大都___溶于水。
2．表示方法
硅酸盐的组成比较复杂，常用氧化物的形式表示。
例如：硅酸钠(Na2SiO3)可表示为___________，
钠长石(NaAlSi3O8)可表示为__________________。稳定较高难Na2O·SiO2Na2O·Al2O3·6SiO2思考感悟
1．硅酸盐组成比较复杂，改写成氧化物形式时应遵循什么原则或规律？
【提示】 应遵循化合价规则，即正负化合价代数和为零，另外还应遵循元素守恒的规律。二、无机非金属材料
1．传统的无机非金属材料——硅酸盐产品
(1)玻璃和水泥石灰石、黏土熔点水硬Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑ (2)陶瓷
①生产原料：____(主要成分是__________________等，其组成可用__________________来表示)。
②重要性质：耐酸碱侵蚀。
2．新型无机非金属材料
(1)高温结构陶瓷
如_____________陶瓷、____________陶瓷等。
(2)生物陶瓷
如_____________陶瓷、____________陶瓷等。
(3)压电陶瓷
以_____________和______________等为主要成分。黏土氧化铝、二氧化硅和水xAl2O3·ySiO2·zH2O氮化硅(Si3N4)碳化硅(SiC)氧化铝(Al2O3)氧化锆(ZrO2)钛酸钡(BaTiO3)钛酸铅(PbTiO3)【提示】 (1)这两个反应并不矛盾，后者是在水溶液中进行的，由于碳酸的酸性比硅酸强，所以碳酸跟硅酸钠反应生成硅酸和碳酸钠，而前者是在高温下进行的，由于CO2为气体，生成后立即离开反应体系，使反应能向右进行到底。
(2)①含硅物质为原料；②都经过高温烧结；③产品成分均为硅酸盐。1．(2009年高考广东理基卷)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：选C。硅元素在地壳中的含量仅次于氧，排第二位，是构成岩石和矿物的基本元素。水晶的主要成分为SiO2，不属于硅酸盐，②错；制作光导纤维的原料是石英，而不是高纯硅，③错。2．下列物质中 含有硅酸盐的是( )
A．水玻璃 B．硅芯片
C．黏土 D．普通水泥
解析：选B。硅芯片的主要成分是晶体硅。3．想一下为什么可将陶瓷、玻璃、水泥归纳在一起，然后从所给的4个词中选出1个与它们同类的物质( )
A．光导纤维 B．有机玻璃
C．人造纤维 D．砖瓦
解析：选D。陶瓷、玻璃、水泥都是传统无机非金属材料，砖瓦是陶瓷中的一种。课堂互动讲练1．硅酸盐的组成及表示方法
硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，多以氧化物的形式来表示它的组成，通式为：aMxOy·bSiO2·cH2O。
(1)当金属不止一种时，先写活泼金属，再写较活泼金属，然后是二氧化硅，最后写水。(2)氧化物化学式之间用“·”隔开，化学式前的系数只能取整数，且只代表该氧化物本身。
(3)氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。
例如：硅酸钠：Na2SiO3→Na2O·SiO2
石棉：Mg3Ca(SiO3)4→CaO·3MgO·4SiO22．材料概述
(1)材料分类(2)传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的对比【思路点拨】 解答本题要注意以下两点：
(1)硅酸及其盐所具有的物理、化学性质；
(2)熟悉硅酸盐改写成氧化物形式的方法。【解析】 硅酸盐大部分难溶于水，常见硅酸盐中只有Na2SiO3、K2SiO3等可溶，Na2SiO3的水溶液具有黏性，可作建筑黏合剂，A正确；石英砂成分为SiO2，SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，NaOH、Na2SiO3为强电解质可拆成离子形式，B正确；硅酸具有酸的通性，例如能与碱反应，但其难溶于水，不能使石蕊变色，C错；硅酸盐改写成氧化物形式时要按“较活泼金属氧化物→较不活泼金属氧化物→二氧化硅→水”的顺序排列，由于Ca活泼性强于Mg，所以其氧化物形式为CaO·3MgO·4SiO2，D错。【答案】 AB
【规律方法】 解答有关硅酸的题目，应注意硅酸的弱酸性、难溶性、不稳定性；对于硅酸盐的改写应注意以下三方面：
(1)改写时要注意各元素的化合价不发生变化；
(2)要注意氧化物的排列顺序；
(3)化学式前的计量数只能取整数。变式训练 新型无机材料碳化钛(TiC)、碳化硼(B4C)、氮化硅(Si3N4)等称非氧化物陶瓷，合成这些物质需在高温条件下进行，在合成中必须注意(双选)( )
A．通入足量的氧气 B．避免与氧气接触
C．可在氮气气氛中合成 D．通入少量氧气
解析：选BC。由题给信息“需在高温条件下合成”，结合所学无机化学知识，碳、硅等在高温下可与氧气化合因而应避免接触氧气。探究整合应用烧氢工艺在半导体工业中的作用
半导体工业中的金属、单晶硅的焊接必须排除O2，必须在还原性气氛中焊接，否则寿命较短。但氢气是一种可燃性气体，有一定的爆炸极限，所以使用时一定要小心，点燃时一定要检验其纯度。 在半导体工业中，有一道工序叫烧氢。烧氢的工艺流程如图所示 。工作时，将石英管D出口处的氢气点燃。半导体硅片、焊片和金属零件从石英管口送入加热区，在氢气还原气氛中加热使焊片熔化，将单晶硅与金属零件焊接在一起。焊接后再将零件拉至冷却区，冷却后取出。烧氢工艺中的氢气纯度要求极高，工业氢气虽含氢量达99.9%，但仍含有极微量的水蒸气和氧气，所以点燃氢气前应检验氢气的纯度。试回答下列问题。(1)装置B的作用________，发生反应的化学方程式是
________________________________________________________________________。
(2)装置C中的物质是________________________________________________________________________，
C的作用是________________________________________________________________________。(3)点燃氢气前将E(带导管胶塞)接在D的出口处，目的是____________________________________
____________________________________。
(4)装置A是安全瓶，可防止氢气燃烧回火，引起爆炸，其中填充大量纯铜的作用是________________________________________________________________________。
(5)写出工业制取粗硅的化学方程式________________________________________________________________________，粗硅提纯制精硅的反应方程式________________________________________________________________________。
(6)在整个工序中，氢气所起的作用是________________________________________________________________________。【解析】 探究思路要从实验目的出发，结合实验的装置或实验的步骤，逐步分析题目要解决的问题及注意事项，本题实验目的是除去H2中的杂质O2和H2O，得到极纯的H2，Cu在常温下不与O2反应，只有加热时才会反应，故A、B装置作用是不同的，A防止氢气燃烧，B是除O2装置，C是吸水装置，D为生产装置，E是检验H2纯度的装置，题中所涉及的问题也可迎刃而解了。课件29张PPT。第三节 复合材料学习目标
1.了解复合材料的形成和组成部分。
2.认识金属材料、无机非金属材料的优缺点。
3.体会物质的元素组成与材料性能的关系。
4.能够列举几种常见复合材料及其在生产、生活中的重要应用。课堂互动讲练探究整合应用知能优化训练课前自主学案 第三节课前自主学案性质特殊加工黏结增强体原有材料协同作用树脂基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料颗粒增强复合材料夹层增强复合材料纤维增强复合材料思考感悟
1．(1)在合金和复合材料的概念中均提及“两种或两种以上”的字眼，由此能说合金即为复合材料吗？
(2)人们现在用钢筋混凝土来建造高楼，为什么放弃了以前的红砖？
【提示】 (1)不能。合金性能单一，它只能作复合材料的基体或增强体。
(2)将沙子、砾石和水泥混合在一起形成的混凝土，比单纯的水泥和红砖的强度大得多，人们将钢筋嵌入混凝土中，更增加了其强度，故选用钢筋混凝土建造高楼而放弃了红砖。二、形形色色的复合材料
1．生产、生活中常用的复合材料2.航空、航天领域中的复合材料思考感悟
2.(1)以金属材料为基体，碳纤维为增强体形成的复合材料具有什么性质？
(2)复合材料与各组分材料性能上有何异同？
【提示】 (1)金属具有良好的导电性、导热性，碳纤维能耐高温，强度高，复合材料既保持了原材料的优点，又形成了优于原材料的特性。
(2)复合材料既保持了原材料的特点，又使各组分之间协同作用，形成了优于原材料的特性。通常具有强度高、化学稳定性好、密度小等优点，复合材料会因原材料的不同而表现出不同的性能。1．复合材料中往往由一种材料做基体，另一种材料做( )
A．增强体 B．发泡剂
C．防老剂 D．增塑剂
解析：选A。复合材料由两部分组成：一部分称为基体，起黏结作用；另一部分称为增强体，起骨架作用。2．下列物质属于复合材料的是( )
A．玻璃 B．生物陶瓷
C．光导纤维 D．玻璃钢
解析：选D。玻璃钢是一种以玻璃纤维做增强体、合成树脂做基体的复合材料，而玻璃、生物陶瓷、光导纤维均为无机非金属材料。3．(2011年滨州高一检测)下列关于复合材料的说法不正确的是( )
A．复合材料一定是由两种或两种以上材料制成的
B．复合材料既保持了原有材料的特点，又有优于原材料的特性
C．在复合材料中，基体起骨架作用
D．在复合材料中，增强体起骨架作用
解析：选C。复合材料中一定含有两种或两种以上的材料，这两种或两种以上的材料必须是性质不同的材料。在复合材料中起骨架作用的是增强体，起黏结作用的是基体。课堂互动讲练无机非金属材料、金属材料、复合材料是三种类型的材料，各自具有其独特的性能。 (2011年北京海淀区高一检测)下列说法正确的是( )
A．所有复合材料都由基体和增强体两部分组成
B．复合材料的化学成分可能只有一种也可能含有多种
C．基体在复合材料中起骨架作用
D．复合材料按基体材料分类可分为树脂基复合材料、金属基复合材料和纤维增强复合材料【解析】 因为复合材料都由基体和增强体两部分组成，所以其化学成分至少有两种，B项错；基体在复合材料中起黏结作用，C项错；树脂基复合材料和金属基复合材料是按基体材料分类的，而纤维增强复合材料是按增强体形状分类的，分类标准不统一，D项错。
【答案】 A【易误警示】 在解答复合材料时注意以下几点：
(1)复合材料为混合物，没有固定的熔、沸点；
(2)合金不是复合材料，二者体现的性质不同；
(3)明确基体、增强体各自的作用；
(4)明确复合材料的分类标准；
(5)清楚常见复合材料的基体、增强体及特性；
(6)注意材料的元素组成与材料性能的关系。解析：选AC。该材料具有特殊的性能，因而应属于新型无机非金属材料，故A错误；抗氧化陶瓷复合材料，耐高温是因为基体(陶瓷)和增强体(SiO2)均耐高温，由于该复合材料中没有金属，因而C错。探究整合应用高温结构陶瓷的性能
所谓新型无机非金属材料是相对传统无机非金属材料而言的，是指一些具有特殊结构、特殊功能的新材料，如半导体材料、超导耐高温材料、发光材料等。
高温结构陶瓷：具有抗氧化性，抗酸碱腐蚀，耐高温，绝缘，易成型、硬度大、耐磨损、密度小等优良性能。典型的高温结构陶瓷有：氧化铝陶瓷(俗称人造刚玉)、氮化硅陶瓷、碳化硼陶瓷。 美国航天飞机“哥伦比亚号”爆炸，是震惊世界的航天惨案。专家推测“哥伦比亚号”航天飞机的失事原因之一是覆盖在航天飞机外层的一片微不足道的隔热瓦脱离，引起飞机外表金属温度迅速升高而熔化解体。
(1)其中照片显示，在“哥伦比亚号”机翼下方有几片小瓷片脱落，引起了科学家的注意，这是一种覆盖在航天飞机表面的特殊的陶瓷片，其主要作用是________。A．增加航天飞机的强度，防止流星和太空垃圾撞击而损坏航天飞机
B．将太阳能转化为电能供航天飞机使用
C．便于雷达跟踪，接受地面指挥中心的指令
D．在返回大气层时，陶瓷耐高温隔热，有效地保护航天飞机平安返回地面(2)隔热瓦是一种金属陶瓷，金属陶瓷是由陶瓷和黏结金属组成的非匀质的复合材料。陶瓷主要是Al2O3、ZrO2等耐高温氧化物，黏结金属主要是Cr、Mo、W、Ti等高熔点金属。下列关于复合材料的说法不正确的是________。A．由两种或两种以上金属(或金属与非金属)熔合而成的物质叫复合材料
B．复合材料一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异功能，在综合性能上超过了单一材料
C．玻璃钢是以玻璃纤维和合成树脂组成的复合材料，它可用于游乐车、水上滑梯、餐桌椅等产品的生产
D．复合材料的熔、沸点一般比它的各组成成分的熔、沸点低(3)将陶瓷和黏结金属研磨，混合均匀，成型后在不活泼气氛中烧结，就可制得金属陶瓷。金属陶瓷兼有金属和陶瓷的优点，其密度小、硬度高、耐磨、导热性好，不会因为骤冷或骤热而炸裂，实验室有一金属陶瓷制成的容器，可用来盛放下列哪些物质________。
A．NaOH溶液 B．KNO3溶液
C．氢氟酸 D．盐酸【解析】 (1)读懂题干，提取有用的信息，“隔热陶瓷瓦脱离，使飞机外表金属温度迅速升高而熔化解体”是解题的关键。从题干信息看出，特殊陶瓷片的主要作用是隔热、防止机体与空气摩擦产生高温而熔化。故D项正确。
(2)复合材料是由基体和增强体组合而成。A项叙述的是合金而不是复合材料，复合材料一般具有各组分的性质，又比各组分的性能优良，强度高、密度小、耐高温、耐腐蚀等。故A、D项错误。(3)金属陶瓷具有金属的性质和硅酸盐的性质，所以不能用来盛放酸性或碱性物质。
【答案】 (1)D (2)AD (3)B课件44张PPT。第二节 铝 金属材料
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第1课时 铝与铝合金学习目标
1.了解铝的还原性。
2.了解氧化铝和氢氧化铝的两性。
3.认识铝及其重要化合物在化学性质上与其他常见金属及其化合物的不同。
4.了解铝合金材料在生产和生活中的重要应用。课堂互动讲练探究整合应用知能优化训练课前自主学案 第1课时课前自主学案一、铝与铝合金
1．铝的存在
铝是地壳中存在_____的金属元素，约占地壳总量的7.73%。
2．铝的性质
(1)铝的物理性质最多(2)铝的化学性质
铝的化学性质活泼，反应时表现出较强的_____性。还原氧化物薄膜钝化3．铝合金及其制品
(1)形成：铝中加入其他元素(如铜、镁、硅、锌、锂等)熔合而形成铝合金。
(2)性能：密度___、强度高、塑性好、易于成型、具有抗腐蚀性等。
思考感悟
1．(1)铝是较活泼的金属，易被氧化，为什么铝又具有抗腐蚀的性能？
(2)为什么铝制炊具不宜长时间盛放酸、碱性食物？小【提示】 (1)常温下，铝能被空气里的O2氧化，在表面生成一层致密的氧化物薄膜，这层薄膜能阻止内部的金属继续跟氧气反应，所以铝具有抗腐蚀性。
(2)因为铝制品表面有一层致密的氧化膜，该氧化膜为两性氧化物，既能与酸反应，又能与强碱反应，用铝制炊具长时间盛放酸或碱性食物，会破坏该氧化膜，使铝具受到进一步腐蚀。二、铝的氧化物和氢氧化物
1．氧化铝——两性氧化物
(1)物理性质：__色固体，__溶于水，有较高____。
(2)化学性质：白难熔点Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2OAl2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－2．氢氧化铝——两性氢氧化物
(1)物理性质：___色絮状，___溶于水，固体，有较强的______性。
(2)化学性质白难吸附Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O铝盐氨水思考感悟
2．能否用铝盐和强碱溶液反应制取Al(OH)3?
【提示】 不能。Al(OH)3溶于强碱溶液，反应物的量不易控制。1．元素在自然界分布不均匀，如中国富产钨，非洲多金矿，澳大利亚多铁矿。从整个地球的地壳中元素含量多少分析，最丰富的金属元素是( )
A．铝 B．铁
C．钙 D．钠
解析：选A。地壳中含量最多的元素是氧，其次是硅，第三是铝，第四是铁，氧、硅不是金属。2．铝具有较强的抗腐蚀能力，其主要原因是( )
A．铝的化学性质稳定
B．铝与氧气常温下不反应
C．铝是两性元素
D．铝与氧气化合形成一层致密的氧化物薄膜
解析：选D。铝具有较强的抗腐蚀能力，主要是因为铝与空气中的氧气反应，在表面生成一层致密的氧化物薄膜，阻止了内部金属继续与氧气发生反应。3．(2011年威海高一检测)为了除去MgO中混有的少量杂质Al2O3，可选用的试剂是( )
A．KOH溶液 B．氨水
C．稀盐酸 D．稀醋酸
解析：选A。MgO溶于强酸溶液而不溶于强碱溶液，Al2O3是两性氧化物，既能溶于强酸溶液又能溶于强碱溶液。课堂互动讲练 (2011年黄冈高一检测)等体积、等物质的量浓度的硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中，各加等质量的铝，生成氢气的体积比为5∶6，则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是( )
A．甲、乙中都是铝过量
B．甲中铝过量，乙中碱过量
C．甲中酸过量，乙中铝过量
D．甲中酸过量，乙中碱过量【解析】【答案】 B
【规律方法】 等物质的量的铝分别与足量的酸或强碱溶液反应时根据得失电子守恒可知产生氢气的物质的量相等。变式训练1 相同质量的下列物质分别与等浓度的NaOH溶液反应，至体系中均无固体物质，消耗碱量最多的是( )
A．Al B．Al(OH)3
C．AlCl3 D．Al2O3解析：选A。四种物质与NaOH溶液反应的化学方程式分别为：2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
Al(OH)3＋NaOH===Na[Al(OH)4]
AlCl3＋4NaOH===Na[Al(OH)4]＋3NaCl
Al2O3＋2NaOH＋3H2O===2Na[Al(OH)4]1．可溶性铝盐与强碱的反应
(1)现象
立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失
(2)图象(3)离子反应
Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－
(4)有关计算特别提醒：铝盐和强碱溶液作用生成Al(OH)3沉淀的计算，当沉淀量小于最大值的时候，有两种可能：
(1)对Al3＋的沉淀而言OH－不足，按OH－的用量计算沉淀量；
(2)对Al3＋的沉淀而言OH－过量，而对Al(OH)3的溶解过程OH－不足，需要进行两次过量计算，或利用强碱与铝盐溶液反应生成沉淀的计算公式，快速计算。这对于选择题非常有用。2．四羟基合铝酸盐与强酸的反应
(1)现象
立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失
(2)图象(3)离子反应
[Al(OH)4]－＋H＋===Al(OH)3↓＋H2O
Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
(4)有关计算 把NaOH、MgCl2、AlCl3三种固体组成的混合物溶于足量水后，产生1.16 g白色沉淀，再向所得浊液中逐滴加入1.00 mol·L－1HCl溶液，加入HCl溶液的体积与生成沉淀的关系如图所示。(1)A点沉淀物的化学式为________，理由
___________________________________________________________________________________。
(2)写出A点至B点发生反应的离子方程式
___________________________________________________________________________________。
(3)原混合物中MgCl2的质量是________ g，AlCl3的质量是________ g，NaOH的质量是________ g。
(4)C点HCl溶液的体积为________ mL。【思路点拨】 解答本题要注意以下三点：
(1)分析沉淀曲线的变化与各物质反应的量的关系。
(2)分析各区间的反应，写出反应方程式。
(3)判断各物质的质量或体积。n(AlCl3)＝n{[Al(OH)4]－}＝n(HCl)10.0～30.0＝1.00 mol·L－1×(30.0 mL－10.0 mL)×10－3 L·mL－1＝0.02 mol，
m(AlCl3)＝0.02 mol×133.5 g·mol－1＝2.67 g，
n(NaOH)＝2n(MgCl2)＋4n(AlCl3)＋1.00 mol·L－1×0.01 L＝0.13 mol，
m(NaOH)＝0.13 mol×40.0 g·mol－1＝5.20 g。【答案】 (1)Mg(OH)2 因为加入10.0 mL HCl溶液恰好中和过量的NaOH，再加HCl溶液沉淀增多，说明[Al(OH)4]－转化为Al(OH)3，故A点的沉淀物为 Mg(OH)2
(2)[Al(OH)4]－＋H＋===Al(OH)3↓＋H2O
(3)1.90 2.67 5.20 (4)130【规律方法】 解答图象计算题，必须抓住有关化学反应原理和有关物质的性质，结合图象的特点，综合分析逐步计算求答，其关键是要抓住图象的四点(原点、交点、拐点、终点)，数形结合，分析计算，求出答案。探究整合应用镁铝合金中各成分含量的测定
利用铝可与强碱反应，而镁不与强碱反应这一性质，将产生的氢气排出的水的体积，换算成氢气的物质的量，再利用2Al～3H2推算出铝的质量，即可求出铝、镁的质量分数。 某学习小组用如图装置测定铝镁合金中铝的质量分数和铝的相对原子质量。(1)A中试剂为____________。
(2)实验前，先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻，其目的是____________________________________
____________________________________。(3)检查气密性，将药品和水装入各仪器中，连接好装置后，需进行的操作还有：①记录C的液面位置；②将B中剩余固体过滤，洗涤，干燥，称重；③待B中不再有气体产生并恢复至室温后，记录C的液面位置；④由A向B中滴加足量试剂，上述操作的顺序是________________(填序号)；记录C的液面位置时，除视线平视外，还应
________________________________________________________________________。(4)B中发生反应的化学方程式为
_________________________________________。
(5)若实验用铝镁合金的质量为a g，测得氢气体积为b mL(已换算为标准状况)，B中剩余固体的质量为c g，则铝的相对原子质量为______________。
(6)实验过程中，若未洗涤过滤所得的不溶物，则测得铝的质量分数将______________(填“偏大”、“偏小”或“不受影响”)。【解析】 (1)观察实验装置图可知是用量气法完成实验目的，故A中应盛放NaOH溶液，在B中发生2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑的反应。
(2)目的是除去铝镁合金表面的氧化膜。
(3)正确顺序应为①④③②；为使C中气体的压强与外界大气压相等，还应使D与C的液面相平。
(4)2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑课件35张PPT。第2课时 金属与金属材料学习目标
1.了解金属的通性。
2.明确不锈钢不易被锈蚀的原理，了解金属性质与金属材料间的密切关系。
3.了解金、银和铜的主要性质以及它们在工业生产和高科技领域的应用。课堂互动讲练探究整合应用知能优化训练课前自主学案 第2课时课前自主学案一、金属的通性
1．金属的物理通性汞银白导电性导热性延展性2．金属的化学通性
(1)金属元素在反应中的主要化合价为___价、___价和____价。
(2)反应过程中金属单质只有_____性，没有____性。
二、金属材料
1．金属材料的分类
(1)黑色金属材料：包括___________以及它们的合金。
(2)有色金属材料：除__________以外的其他金属材料及其合金。＋1＋2＋3还原氧化铁、锰、铬黑色金属2．重要的黑色金属材料——钢铁
(1)钢铁
钢铁是_______的合金的总称，由铁转化为钢改变了铁中的碳元素及其他元素的含量，性能增强。由于钢铁中含有其他杂质，所以易被腐蚀。
(2)重要的合金——不锈钢
在普通钢的基础上加入___、___等多种元素形成不锈钢，具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性。铁和碳铬镍思考感悟
1．不锈钢中的铬、镍分别起到什么作用？
【提示】 铬元素的加入能使钢材表面形成致密且坚固的氧化膜，防止内部的铁与外界物质接触。镍元素的加入，使不锈钢在多种酸、碱、盐的水溶液中也具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性。三、几种有色金属材料——金、银、铜
1．金、银、铜的重要物理性质2.铜及其化合物的化学性质
(1)铜蓝矾胆矾思考感悟
2．铝、铁等金属在地壳中的含量远大于铜，为什么人们使用铜器的历史更长久？
【提示】 铝、铁等均为较活泼金属，难冶炼，所以使用历史短。四、新型金属材料
1．铀(U)用做核电厂反应堆的_______。
2．镅(Am)在烟雾探测器中用做烟雾监测材料。
3．钛(Ti)被誉为“21世纪的金属”，是一种“亲生物金属”。核燃料1．金属的下列性质中 属于金属物理性质的是( )
A．良好的导电性 B．良好的导热性
C．在反应中一般做还原剂 D．良好的延展性
解析：选C。在反应中一般做还原剂是金属的化学性质。
2．以下四种金属中属于有色金属的是( )
A．铁 B．铬
C．锰 D．铜
解析：选D。除铁、铬、锰及其合金以外的金属材料及其合金称为有色金属材料。3．(2011年威海高一检测)不锈钢通常不与酸、碱、盐反应，是下列哪种元素加入的结果( )
A．Ni B．Cr
C．Au D．Pt
解析：选A。不锈钢中添加的元素主要是Ni和Cr，Cr是防氧化元素——使不锈钢表面形成一层致密且坚固的氧化物保护膜，防止内部的Fe与外界物质接触；Ni是防腐蚀元素，使不锈钢在多种酸、碱、盐的水溶液中也能具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性。课堂互动讲练1．铜的化学性质2.氧化铜的化学性质3．铜盐的性质
(1)物理性质
铜盐溶液呈蓝色。常见的铜盐为硫酸铜，白色粉末状，其溶于水或形成蓝矾(或胆矾)晶体后呈蓝色。
(2)化学性质
①与碱反应：
Cu2＋＋2OH－===Cu(OH)2↓(蓝色絮状沉淀)
②与H2S(或S2－)反应：
Cu2＋＋H2S===CuS↓＋2H＋特别提醒：(1)铜与非氧化性酸不反应，能与氧化性酸反应，也能与某些氧化性强的盐反应。
(2)铜及其化合物在相互转化时常常伴随着颜色变化。 (2009年高考山东卷改编题)孔雀石主要含Cu2(OH)2CO3，还含少量Fe、Si的化合物，实验室以孔雀石为原料制备CuSO4·5H2O及CaCO3，步骤如下：请回答下列问题：
(1)溶液A中的金属离子有Cu2＋、Fe2＋、Fe3＋。从下列所给试剂中选择：实验步骤中试剂①为________(填代号)，检验溶液A中Fe3＋的最佳试剂为________(填代号)。
a．KMnO4 b．(NH4)2S c．H2O2 d．KSCN
(2)由溶液C获得CuSO4·5H2O，需要经过加热蒸发、________、过滤等操作。除烧杯、漏斗外，过滤操作还用到另一玻璃仪器，该仪器在此操作中的主要作用是___________________________。(3)制备CaCO3时，应向CaCl2溶液中先通入(或先加入)____________(填化学式)。若实验过程中有氨气逸出，应选用下列________装置回收(填代号)。(4)欲测定溶液A中Fe2＋的浓度，需要用容量瓶配制某标准溶液，定容时视线应________，直到____________。【解析】 (1)试剂①的目的是将Fe2＋氧化为Fe3＋，同时又不能再引入新的杂质，只有H2O2符合；Fe3＋的检验用KSCN最为灵敏。(2)从溶液中获得晶体，需经过加热蒸发、冷却结晶、过滤等操作；在过滤操作中玻璃棒的作用为引流。(3)因NH3在水中的溶解度远远大于CO2在水中的溶解度，故应先通NH3使CaCl2溶液显碱性，再通CO2才利于CaCO3的生成；对易溶气体，为防倒吸可采取不同的防护措施。(4)配制一定物质的量浓度的溶液时，视线应与凹液面相切，且要平视。【答案】 (1)c d (2)冷却结晶 引流
(3)NH3(或NH3·H2O) b
(4)平视凹液面(或平视刻度线) 凹液面的最低点与刻度线相切
【规律方法】 本题以孔雀石为原料制取CuSO4·5H2O和CaCO3为背景，综合考查学生对容量瓶使用及过滤、冷却结晶等实验操作的掌握，同时考查学生对除杂试剂的选择、离子检验、尾气吸收等综合实验能力。变式训练 铜是生命必要的元素，也是人类最早使用的金属之一，铜的生产和使用对国计民生各个方面产生了深远的影响。在化学反应中，铜元素可表现为0价、＋1价、＋2价。
(1)在西汉古籍中曾有记载：曾青得铁则化为铜(即：CuSO4跟铁反应生成铜)，试写出该反应的离子方程式：
________________________________________。(2)尽管铜比铁较为稳定，但铜器表面经常会生成铜锈[即：铜绿，化学式为Cu2(OH)2CO3]，其中生成铜绿的反应物除铜外还有O2、CO2和H2O。试用化学方程式表示除去铜绿但不影响铜制品的方法：
________________________________________________________________________。(3)铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币。试从物理性质和化学性质的角度分析为什么铜常用于制造货币。(铜的熔点是1183.4 ℃，铁的熔点是1534.8 ℃)___________________________________
__________________________________________。解析：(1)根据题意可知反应为CuSO4与Fe发生的置换反应。
(2)除去铜绿但又不影响铜制品可选择稀盐酸或稀H2SO4。
(3)铜在古代作为货币主要是因为其熔点低，易于铸造，且不易被腐蚀。
答案：(1)Cu2＋＋Fe===Fe2＋＋Cu
(2)Cu2(OH)2CO3＋4HCl===2CuCl2＋CO2↑＋3H2O
(3)铜的化学性质比较稳定，易于铸造且不易被腐蚀探究整合应用实验测定铜绿中的元素
铜绿的主要成分为Cu2(OH)2CO3，该物质不稳定，受热易分解，产生黑色固体CuO，同时释放出CO2和水蒸气，利用水蒸气能使无水CuSO4变蓝，CuO能溶于酸，CO2能使澄清的石灰水变浑浊等性质测定出铜绿中所含元素。 西安北郊古墓中出土过一青铜锤(一种酒具)，表面附着有绿色固体物质，打开盖子酒香扑鼻，内盛有26 kg青绿色液体，专家认定是2000多年前的“西汉美酒”。
(1)如果让你对出土的“西汉美酒”进行探究，你最想探究的一个问题是________________________________________________________________________。(2)上述报道引起某校化学兴趣小组同学的关注，他们收集了家中铜器表面的绿色固体进行探究。
提出问题：铜器表面附着的绿色固体物质由哪些元素组成？
猜想：查阅相关资料后，猜想绿色固体物质可能是铜绿。
实验步骤：①对试管内的绿色固体进行加热，至完全分解。观察到A装置中绿色固体逐渐变成黑色，B装置中无水硫酸铜变成蓝色，C装置中澄清石灰水变浑浊。
②取少量加热后生成的黑色固体于试管中，加入稀硫酸。观察到黑色固体逐渐溶解，溶液变成蓝色。
③取少量上述蓝色溶液于试管中，浸入一根洁净的铁丝。观察到铁丝表面有红色物质析出。
实验结论：绿色固体物质中含有 ________、________、________、________等元素。(提示：装置内的空气因素忽略不计)表达与交流：
①图中标注的仪器名称是：a：________；b：________。
②上述实验步骤③中发生反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
③反应完成后，如果先移去酒精灯，可能出现的现象是
________________________________________________________________________。④如果将B、C两装置对调行吗？为什么？
________________________________________________________________________。【解析】 (1)这是一个开放性的题目。酒竟是青绿色的，令我们很好奇，为什么是这种颜色的问题自然而出。古时人们常把酒叫“翠绿”，一是有的酒本身就是绿的；二是大部分酒经长期放置，颜色都会变绿；此外酒和青铜器长期作用也会变绿。
(2)验证铜绿的组成元素，是通过测定其分解的产物来推断的。通过生成的黑色固体能溶于稀硫酸，且溶液变成蓝色，说明绿色固体中含有铜元素，通过B装置中无水硫酸铜变成蓝色，说明绿色固体加热分解生成H2O，则原绿色固体含有氢、氧元素，通过C装置中澄清石灰水变浑浊，说明绿色固体加热分解时产生CO2，则原绿色固体中含有碳元素。【答案】 (1)“西汉美酒”为何是青绿色的
(2)实验结论：铜 碳 氢 氧(或Cu C H O)
表达与交流：①试管 铁架台
②Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
③C装置中的液体会倒流入B装置
④不行；若对调，则无法证明加热绿色固体时是否有水生成
