第三单元 复合材料的制造
1．知道什么是复合材料，认识复合材料是新材料一个重要的发展方向。
2．了解复合材料的分类、组成与性能特点，了解其应用。
据美国《时代周刊》报道，2010年《时代周刊》揭晓了“50个最佳发明”，其中一项发明为马丁喷气背包。马丁喷气背包的自我定位是世界上第一款实用的喷气背包——它就像是空中“速易洁”(清洁产品品牌)。新西兰设计师格伦·马丁花费近30年心血发明了这款喷气背包。但马丁喷气背包看上去并不实用：它将两个巨大的鼓风机焊接在一起，绑在安全带上面；碳纤维合成材料框架里面有一台以汽油为燃料的发动机，驱动两台用碳纤维与凯夫拉尔纤维材料制造的转子。从理论上讲，马丁喷气背包可以将使用者送上距地面约为2
430米的高空。由于只能放下够飞30分钟的燃料，你当然不能在空中多做逗留。据悉，马丁喷气背包售价在10万美元左右，实地测试将从2011年开始。
一、复合材料的组成
通常复合材料由基体材料和分散于其中的增强材料两部分组成。例如混凝土中的水和水泥是基体材料，沙和砾石则是增强材料。玻璃钢是用酚醛树脂作为基体材料，玻璃纤维作为增强材料，由酚醛树脂把玻璃纤维一层一层黏结而成的。
二、常见复合材料的制造
1．钢筋混凝土
钢筋混凝土是最常见的复合材料。混凝土以钢筋为结构，形成最常见的建筑用复合材料——钢筋混凝土。
2．搪瓷
搪瓷也是常见的复合材料，是金属与无机材料结合而成的复合材料。它是在金属表面涂上类似于玻璃的瓷釉，在高温下烧结而成的。它的基体材料是钢板、铁、铝、铜、银等金属材料制成的胚体，外层有瓷釉。
三、应用广泛的纤维增强复合材料
1．碳纤维增强酚醛树脂
碳纤维增强酚醛树脂的耐热性好，可作为宇宙飞行器外表面的防热层、火箭喷嘴等。
2．碳化硅纤维增强铝复合材料
碳化硅纤维增强铝复合材料的密度只有钢的1/3，钛的2/3，与铝相近；强度比中碳钢好，与钛相近，比铝略高；耐磨性也比钛、铝好，现已经批量应用于汽车工业和机械工业。
3．纤维增强陶瓷
用纤维增强陶瓷做成的瓦片粘贴在航天飞机的机身上，使航天飞机能安全穿越大气层返回地球。
思考：如何理解复合材料？
提示：复合材料是由金属材料、陶瓷材料或高分子材料等两种或两种以上的材料经过复合工艺而制备的多相材料。复合材料由连续相的基体和被基体包容的增强体组成，如玻璃钢就是由玻璃纤维作增强体，合成树脂作基体的复合材料。
一、复合材料的分类
1．聚合物基复合材料
主要是指纤维增强聚合物材料。如将碳纤维包埋在环氧树脂中使复合材料强度增加，用于制造网球拍、高尔夫球棍和滑雪橇等。玻璃纤维复合材料是玻璃纤维与聚酯的复合体，可以用于结构材料，如汽车和飞机中的某些部件、桥体的结构材料和船体等，其强度可与钢材相比。增强的聚酰亚胺树脂可用于汽车塑料发动机，使发动机质量减小，节约燃料。
2．陶瓷基复合材料
为改变陶瓷的脆性，将石墨或聚合物纤维包埋在陶瓷中，制成的复合材料有一定的韧性，不易碎裂，而且可以在极高的温度下使用。这类陶瓷基复合材料可成为汽车、火箭发动机的新型结构材料。金属网陶瓷基材料具有超强刚性，可作为防弹衣的材料。
3．金属基复合材料
在金属表面涂层，可以保护金属表面或赋予金属表面某种特殊功能，如金属表面涂油漆可以抗腐蚀；金属表面做搪瓷内衬可制造化学反应釜；金属表面镀铬可使表面光亮；金属表面涂以高分子弹性体赋予表面韧性，可作为抗气蚀材料用于水轮机、汽轮机的不锈钢叶片上，延长其使用年限；在纯的硅晶片上复合多层有专门功能的物质可用于计算机的集成电路片。
二、常见的无机非金属材料、金属材料与复合材料的比较
材料
无机非金属材料
金属材料
复合材料
含义
以黏土、石英和长石等为原料生产的硅酸盐制品
金属及其合金
两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的
主要成分
各种硅酸盐的混合物
各种金属及硅等少量非金属
由基体(黏结作用)和增强体(骨架作用)组成
特性
抗腐蚀、耐高温、硬度大、耐磨损，新型无机非金属材料还具有电学、光学特性、生物功能等
强度高、坚韧、塑性好、易于成型、有良好的延展性、导电性、导热性，合金抗腐蚀性强
耐酸碱、化学稳定性好、密度小、强度高、韧性好、耐高温、导电导热、热性能好；性能保持原材料特点又优于原材料
品种示例
玻璃、水泥、各种陶瓷(黏土质陶瓷、高温结构陶瓷、生物陶瓷、电压陶瓷等)、光导纤维
黑色金属材料(铁、铬、锰及它们的合金)：钢铁；有色金属材料(铁、铬、锰以外的金属及合金)：金、银、铜及合金
生产生活中的复合材料(玻璃钢：玻璃纤维增强树脂基复合材料、碳纤维：碳纤维增强树脂基复合材料)；航空航天中的复合材料(飞机、火箭：纤维增强金属基复合材料；航天飞机：纤维增强陶瓷基复合材料)
知识点复合材料的性能及其应用
【例题】下列物质不属于复合材料的是( )。
A．碳化硅纤维
B．生物陶瓷
C．钢化玻璃
D．氮化硅陶瓷
解析：复合材料具备的特征是：能够承受高温、高强度，具备电学、光学特性，具有生物功能。而传统的非金属材料主要是指以硅酸盐为原料而制备的材料，如水泥、玻璃、传统陶瓷等。选项C中的钢化玻璃跟普通玻璃的成分是一样的，只是制作工艺稍有差别，钢化玻璃是将玻璃熔融体经过急速冷却而制得的。
答案：C
点拨：传统非金属材料主要是指硅酸盐材料(即水泥、玻璃和陶瓷)；复合材料有其特征，所以二者区别明显。
1磷酸钙是陶瓷，也是一种复合材料，它可用于制人造骨骼，这是利用了这类材料的( )。
A．耐高温的特性
B．电学特性
C．光学特性
D．生物功能
解析：根据复合材料特性及其应用进行判断。植入的陶瓷和人体组织有很好的亲和性，在体内能长期发挥功能。
答案：D
2材料科学是近年来与化学有关的科学研究的重点，某新型无机非金属材料K由两种非金属元素组成，它是一种超硬物质，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击、抗氧化等特性。它是以中学化学中的常见物质为原料来生产的。下图所示为其生产过程，其中虚线框内转化是为探究C的组成而设。已知A、B均为非金属单质，G、F、H均为难溶于水的白色沉淀；图中除D、K(均含A元素)外均为中学化学常见的物质。
请回答下列问题：
(1)指出K所属的晶体类型________，K晶体中A原子周围化学键的键角均相等，则其键角值为________。
(2)写出化学式：单质B________，化合物F________。
(3)写出反应③的化学方程式：______________________________________________。
解析：正确解答该题的关键是探究化合物C的化学式，化合物C与水反应产生E和沉淀F；通过探究可知，E中有氯元素，即C中有氯元素；通过沉淀F一系列的变化可以得出F是硅酸或原硅酸，因此化合物C是SiCl4。
答案：(1)原子晶体 109°28′
(2)Cl2 H2SiO3(或H4SiO4)
(3)3Si(NH2)4Si3N4＋8NH3↑第一单元 材料的加工处理
1下列叙述正确的是( )。
A．锌锰干电池的负极材料是锌
B．用电解法精炼粗铜时粗铜作阴极
C．在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极
D．电解稀硫酸制H2、O2时用铜作阳极
2我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，下列说法不正确的是( )。
A．正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极
C．以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积
D．该电池通常只需更换铝板就可继续使用
3电解硫酸铜溶液要达到如下三个要求：①阳极质量减小，②阴极质量增加，③电解过程中Cu2＋浓度不变。则可选用的电极是( )。
A．石墨作阳极，铁作阴极
B．粗铜(含Fe、Ni、Zn)作阳极，纯铜作阴极
C．纯铜作阳极，铁作阴极
D．铁作阳极，纯铜作阴极
4某同学按如图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是( )。
A．电解过程中，铜电极上有H2产生
B．电解初期，主反应方程式为Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑
C．电解一定时间后，石墨电极上有铜析出
D．整个电解过程中，H＋的浓度不断增大
5制印刷电路时常用氯化铁溶液作为“腐蚀液”，发生的反应为2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2。向盛有氯化铁溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉，反应结束后，下列结论不可能出现的是( )。
A．烧杯中有铜无铁
B．烧杯中有铁无铜
C．烧杯中铁、铜都有
D．烧杯中铁、铜都无
6在铁制品上镀一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是( )。
A．锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含有锌离子
B．铂作阴极，铁制品作阳极，溶液中含有锌离子
C．铁作阳极，铁制品作阴极，溶液中含有亚铁离子
D．锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含有亚铁离子
7钢铁“发蓝”是将钢铁制品浸到某些氧化性的溶液中，在钢铁的表面形成一层四氧化三铁的技术过程。其中一种办法是将钢铁制品浸到亚硝酸钠和浓氢氧化钠的混合溶液中加热到130
℃反应。其过程可以用如下化学方程式表示：
①3Fe＋NaNO2＋5NaOH===3Na2FeO2＋H2O＋NH3↑
②6Na2FeO2＋NaNO2＋5H2O===3Na2Fe2O4＋NH3↑＋7NaOH
③Na2FeO2＋Na2Fe2O4＋2H2O===Fe3O4＋4NaOH
下列说法正确的是( )。
A．反应①不是氧化还原反应
B．该生产过程不产生任何污染
C．整个反应过程中，每有5.6
g
Fe参加反应转移0.8
mol
电子
D．反应②中的氧化剂是NaNO2
8铝及铝合金经过阳极氧化，铝表面能生成几十微米的较厚的氧化铝膜。
Ⅰ．某研究性学习小组模拟工业法对铝片表面进行氧化处理。他们的实验步骤如下：
a．铝片的预处理，取出一定大小的铝片，依次用苯、酒精擦洗铝片的表面；
b．用水冲洗经有机物擦洗的铝片，浸入60～70
℃的2
mol·L－1的NaOH溶液中，以除去原有的氧化膜，约1
min后，取出用水冲洗干净，再用钼酸铵溶液处理以抑制电解生成的氧化铝被硫酸溶解；
c．阳极氧化。以铅为阴极，铝片为阳极，以硫酸溶液为电解液，按照如图连接电解装置，电解40
min
后取出铝片，用水冲洗，放在水蒸气中封闭处理20～30
min，即可得到更加致密的氧化膜。
试回答下列问题：
(1)用苯和酒精擦拭铝片的目的：______________，氢氧化钠溶液处理铝片时反应的离子方程式是_________________________________________________________________。
(2)阳极的电极反应式为__________________________________________________。
(3)下列有关说法不正确的是________(填序号)。
A．电解时电子从电源负极→导线→铅极，铝极→导线→电源正极
B．在电解过程中，H＋向阳极移动，向阴极移动
C．电解过程中溶液的pH基本不变
D．电解时，铝片为阳极，被氧化
Ⅱ．另一小组针对铝表面保护膜的保护作用展开了研究，他们查阅有关资料得知：尽管铝表面致密的氧化膜能使铝与其周围的介质(空气、水等)隔绝，对铝制品起到保护作用，但铝制容器仍不能长期用来盛放和腌制咸菜。究其原因，该小组设计了一个实验以探究其中的原因。他们的实验过程如下：
实验编号
实验过程
实验现象
1
取一小片铝片于试管中，加入1.0
mol·L－1的盐酸2
mL
30秒时开始有少量气泡，然后产生气泡的速率加快，最后铝片消失
2
取一小片铝片于试管中，加入0.5
mol·L－1的硫酸2
mL
55秒时开始有少量气泡，然后产生气泡速率加快，最后铝片消失
3
取一小片铝片于试管中，加入氯化铜稀溶液
3分钟左右表面产生少量气泡，且铝表面析出一些红色固体
4
取一小片铝片于试管中，加入硫酸铜稀溶液
一直没有明显的变化
你认为实验1、2中盐酸和硫酸的浓度分别为1.0
mol·L－1、0.5
mol·L－1的原因是
________________________________________________________________________。
根据该实验现象，你认为铝制容器不能长期盛放和腌制咸菜的原因是______________。
9、铜及其化合物在生产、生活中有广泛的应用。
(1)铜可采用如下方法制备：
火法炼铜：Cu2S＋O22Cu＋SO2
湿法炼铜：CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu
上述两种方法中，铜元素均被__________(填“氧化”或“还原”)成铜单质。
(2)印刷电路板上使用的铜需要回收利用。
方法一：用FeCl3溶液浸泡印刷电路板制备CuCl2·2H2O，实验室模拟回收过程如下：
①证明步骤1所加FeCl3溶液过量的方法是____________。
②步骤2中所加的氧化剂最适宜的是________。
A．HNO3
B．H2O2
C．KMnO4
③步骤3的目的是使溶液的pH升高到4.2，此时Fe3＋完全沉淀，可选用的“试剂1”是______。(写出一种即可)
④蒸发浓缩CuCl2溶液时，要滴加浓盐酸，目的是__________________(用化学方程式并结合简要的文字说明)，再经冷却、结晶、过滤，得到CuCl2·2H2O。
方法二：用H2O2和稀硫酸共同浸泡印刷电路板制备硫酸铜时，其热化学方程式是：
Cu(s)＋H2O2(l)＋H2SO4(aq)===CuSO4(aq)＋2H2O(l) ΔH1＝－320
kJ·mol－1
又知：2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g) ΔH2＝－196
kJ·mol－1
H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH3＝－286
kJ·mol－1
则反应Cu(s)＋H2SO4(aq)===CuSO4(aq)＋H2(g)的ΔH＝______。
(3)欲实现反应Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑，在你认为能实现该转化的装置中的括号内，标出电极材料(填“Cu”或“C”)。
参考答案
1.
解析：B项中应为粗铜作阳极，精铜作阴极，B项错。D项中若铜作阳极，铜溶解，制不出O2，D项错。
答案：AC
2.
解析：该电池铝为负极，氧气为正极，所以电池工作时，电流由铂电极沿导线流向铝电极，所以B错误。
答案：B
3.
解析：本题中所述的电解过程实际就是电镀过程：阳极质量减少，必须用活泼金属作阳极，则A选项不符合题意；由于Cu2＋的放电能力比H＋的大，阴极质量增加，但是要使Cu2＋浓度不变，则阳极必须用纯铜，所以选C。
答案：C
4.
解析：电解是最强有力的氧化还原手段，有些在通常条件下不能发生的反应(如本题中铜与稀硫酸)通过电解的方法可以发生。阳极反应：Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应：2H＋＋2e－===H2↑(起始)，随着电解的进行，阳极产生的Cu2＋浓度增大，在电场的作用下向阴极移动，由于Cu2＋的氧化性大于H＋，因此Cu2＋也会在阴极放电生成铜，即阴极上先是H＋得电子放出H2，后是Cu2＋得电子析出Cu。因此在整个电解过程中，起始时H＋的浓度不断减小，随后基本保持不变。
答案：BC
5.
解析：铁的还原性比铜强，FeCl3首先氧化Fe；只有Fe反应完后，剩余的FeCl3才能再氧化Cu。故烧杯中有铁无铜是不可能的。
答案：B
6.
解析：根据电镀原理，应用镀层金属作阳极，镀件作阴极，含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液，因此选A。
答案：A
7.
解析：①中Fe是还原剂，NaNO2为氧化剂，是氧化还原反应，A错；②中NaNO2是氧化剂，Na2FeO2是还原剂，D对；整个反应过程中产生的NH3污染环境，B错；由元素守恒可知3Fe→Fe3O4，3
mol
Fe转移8
mol电子，则0.1
mol
Fe
参加反应生成Fe3O4转移0.8/3
mol
电子，C错。
答案：D
8.
解析：Ⅰ．(1)苯和酒精是有机溶剂，可以去除铝表面的油污；(2)电解质溶液显酸性，所以产物中有H＋；(3)本小问考查电解池的基本原理，在电解过程中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，B选项错误。
答案：Ⅰ．(1)洗去铝表面的油污 Al2O3＋2OH－===2＋H2O
(2)2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋
(3)B
Ⅱ．排除氢离子浓度不同对反应的影响，探究氯离子和硫酸根离子对反应的影响 氯离子对氧化铝膜有破坏作用，因此铝制容器不能长期盛放含氯离子(食盐)的食品
9.
解析：本题考查实验探究，难度中等。(2)①检验Fe3＋的试剂为KSCN溶液；②所加的氧化剂的作用是将Fe2＋氧化为Fe3＋，但是不能引进新的杂质离子，所以最适合的是H2O2；③溶液显酸性，加CuO或者Cu(OH)2或者CuCO3与H＋反应，促进Fe3＋的水解，生成Fe(OH)3；④加盐酸的目的是抑制Cu2＋的水解。(3)该反应不能自发进行，所以必须选用电解池的装置，铜作为电解池的阳极即可。
答案：(1)还原
(2)方法一
①取少量充分反应后的溶液于试管中，滴加KSCN溶液，若溶液变为红色，证明所加FeCl3溶液过量
②B
③CuO或Cu(OH)2(答案合理均可)
④CuCl2在溶液中能发生水解反应，CuCl2＋2H2OCu(OH)2＋2HCl，滴加浓盐酸，可以抑制其水解
方法二：＋64
kJ·mol－1
(3)(共31张PPT)
第一单元 材料的加工处理
1．已知氧化性Fe3＋＞Cu2＋，写出Fe3＋与Cu反应的离子方程式？
提示 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
2．什么是电解？
提示 在外加直流电作用、阴、阳离子分别在两极上发生氧化反应和还原反应，由电能转化为化学能。
3．氢氟酸是一种弱酸，为什么它还可以蚀刻玻璃？
提示 HF具有很强的腐蚀性，可与玻璃中的SiO2反应。
4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O。
1．知道材料是社会进步的物质基础，了解材料加工和性能优化与化学科学发展之间的关系。
2．知道金属表面处理技术的重要性。通过实验探究活动，了解铝的阳极氧化，了解利用电解原理进行金属表面处理的方法。
3．以氢氟酸蚀刻玻璃、用氯化铁制作电子线路板的工艺为例，了解化学腐蚀在材料加工处理中的应用。
1.铝的阳极氧化
(1)铝及铝合金的
，能使铝及铝合金的表面生成
。
(2)铝的阳极氧化：把铝片接到电源的
，在稀硫酸中用直流电电解，铝片表面生成较厚的
，这种方法叫做阳极氧化。经过抛光处理的铝制品，表面再经过阳极氧化生成透明的
，增强了铝制品的
和
能力。阳极氧化膜中有微孔，在接近100
℃的水中，氧化膜发生水化，体积膨胀，其中的微孔被挤紧堵塞。由于有孔层具有很强的吸附性能，在封孔处理前，添加有机染料可以将膜染成各种鲜艳的颜色。
阳极氧化
致密的氧化膜
正极
氧化铝绝缘膜
阳极氧化膜
抗腐蚀
抗机械划伤
2．电镀
(1)概念：电镀是运用
原理，在金属器件表面形成一薄层有
、
的金属镀膜的过程。
(2)电镀原理：通常，在镀槽中，待镀的金属器件与电源的
极连接作阴极，镀层金属与电源的
极连接作
极，所使用的电镀液含有镀层金属离子。通电后，电镀液中的金属离子在
的作用下移动到阴极放电形成电镀层，
极的金属形成金属离子进入电镀液，使得电镀液中镀层金属离子的浓度
。
电解
抗腐蚀
抗磨损能力
负
正
阳
电位差
阳
几乎保持不变
1.氢氟酸蚀刻玻璃
(1)氢氟酸：氢氟酸是一种
酸，是
的水溶液。氟化氢是
色
体，
毒，
溶于水，它的水溶液(或氢氟酸)能与玻璃中的二氧化硅反应生成
气体，反应的方程式为
。
(2)蚀刻玻璃：利用氢氟酸对玻璃的腐蚀作用可以将玻璃的一面腐蚀，使之变得不透明，制成“
”，也可利用这一方法在玻璃上雕刻
、
。
弱
氟化氢
气
极易
四氟化硅
4HF＋SiO2===
SiF4↑＋2H2O
毛玻璃
花纹图案
制成工艺品
无
有
2．电路板的制作
(1)Fe3＋的氧化性：Fe3＋具有氧化性，在酸性溶液中其氧化性较强。如它在酸性溶液中与KI溶液混合，生成Fe2＋和I2，反应的离子方程式为：
再如Fe3＋在酸性溶液中氧化Cu，反应的离子方程式为：
2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2
2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)浓三氯化铁溶液腐蚀敷铜板：在电子工业上，用浓三氯化铁溶液腐蚀敷铜板制作
是化学腐蚀加工的另一个常见的例子。
在敷铜板上，用类似照相复印的方法将设计好的电子线路用
印在铜箔上，然后将图形以外不受感光胶保护的铜箔用浓三氯化铁溶液腐蚀除去，反应的化学方程式为：
上述反应中，Cu在FeCl3浓溶液中被
为Cu2＋，Fe3＋被
为Fe2＋。
2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2
印刷电路板
感光胶
氧化
还原
氢氟酸有毒，在实验室做实验时剩余的氢氟酸应该如何处理？
提示 氢氟酸是有毒气体HF的水溶液，实验时要注意安全，实验后的废液及剩余的氢氟酸要放到指定的容器中，不能任意排放，以免污染环境。
【慎思1】
通过铝的阳极氧化形成的氧化膜其孔隙应用什么封闭？为什么？
提示 沸水
使电解时生成的氧化铝转化为水合氧化铝(Al2O3·H2O或Al2O3·3H2O)、体积增大(33%至100%)，这是铝的氧化膜水化后能够封闭孔隙的原因。
【慎思2】
电镀时，添加剂的作用是什么？
提示 电镀工艺要求镀层厚度均匀，光滑致密，与底层金属的附着力强，因此需加表面活性剂改善镀层性能；加配合剂，控制金属在镀件上的析出速率；加入一定量的糖作整平剂；缓冲剂可稳定镀层酸度等。如在铜上镀银实验中：加味精降低溶液的表面张力；加乙二胺四乙酸钠盐为配合剂，控制金属析出速率；加醋酸钠作为缓冲剂，稳定镀层酸度；加尿素为缓冲剂，防止银镀层泛黑，提高镀层的光泽亮度；加少量蔗糖作整平剂等。
【慎思3】
金属材料表面的耐腐蚀性能提高的方法：用化学方法改变金属材料表面的成分。常见的有：(1)在足够高的温度下，金属表面渗入某些其他元素；(2)用电化学方法或其他化学方法在金属表面形成具有防腐性能的氧化物膜或金属盐膜。
本方法是利用电化学方法使铝及铝合金表面生成致密的氧化
膜。
(1)铝的阳极氧化实验装置(装置图如下)
1.
铝的阳极氧化
(2)装置特点：铝片与直流电源正极相连作阳极；阴极材料可用碳棒；电解质溶液为20%的硫酸。
(3)阳极氧化法处理铝的优点：增强了铝制品的抗腐蚀和抗机械划伤能力，外表更加美观。
(4)钢铁为何进行发蓝处理
一般钢铁容易生锈，如果将钢铁零件的表面进行发蓝处理，就能大大增强抗蚀能力，延长使用寿命。像武器、弹簧、钢丝等，就是常用这种方法来保护的。铁在含有氧化剂和苛性钠的混合溶液中，一定温度下经一定时间后，反应生成亚铁酸钠(Na2FeO2)和铁酸钠(Na2Fe2O4)，亚铁酸钠与铁酸钠相互作用生成四氧化三铁氧化膜。其反应方程式为：
3Fe＋NaNO2＋5NaOH===3Na2FeO2＋H2O＋NH3↑
6Na2FeO2＋NaNO2＋5H2O===3Na2Fe2O4＋NH3↑
＋7NaOHNa2FeO2＋Na2Fe2O4＋2H2O===
Fe3O4＋4NaOH
这层氧化膜呈黑色或黑蓝色，它结构致密，具有较强的抗腐蚀能力。
(1)定义：电镀是指运用电解的原理，在金属器件表面形成一薄层有抗腐蚀、抗磨损能力的金属镀膜的过程。
(2)电镀装置特点：待镀金属器件与直流电源负极相连作阴极，镀层金属与电源正极相连作阳极，含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液。
(3)电镀是电解原理的应用之一。电镀的基本原理是电镀液中的金属离子在电位差的作用下移动到阴极表面放电(析出金属)形成电镀层，阳极金属形成金属离子进入电镀液，电镀液中镀层金属离子的浓度几乎保持不变。
2．电镀
(4)电镀的工艺要求：镀层厚度均匀、光滑致密、与底层金属的附着力强。
①表面活性剂：其作用有两方面：a.除去表面的油污，使镀液易于在电极表面均匀铺展开来；b.附着在电极表面，对金属离子在电极上的放电起到一定的阻碍作用，使金属镀层细致均匀。
②配合剂：
a．其作用为使金属离子与其形成配合离子，明显降低金属离子的浓度，使金属在镀件上的析出速率得到控制，从而得到质量较好的镀层。
b．从前使用的配合剂氰化物有剧毒，应尽量减少其使用，更环保的替代品正在不断研究中。
下列叙述正确的是
( )。
①锌跟稀硫酸反应制取氢气，加入少量硫酸铜溶液能加快反应速率
②镀层破损后，白铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更易腐蚀
③电镀时，应把镀件置于电解槽的阴极
④冶炼铝时，把氧化铝加入液态冰晶石中成为熔融体后电解
⑤钢铁表面常易锈蚀生成Fe2O3·nH2O
A．①②③④⑤
B．①③④⑤
C．①③⑤
D．②④
【例1】
解析 ①Zn置换出Cu，Cu附在Zn表面，可形成Cu－Zn原电池，使Zn被腐蚀速率加快，也就是产生H2速率加快。①正确。②镀层破损后，马口铁中形成Fe－Sn原电池，Fe较活泼，被腐蚀速率加快；白铁中形成Zn－Fe原电池，Zn较活泼被腐蚀，Fe被保护，②不正确。③电镀时镀层金属作阳极，镀件作阴极。③正确。④正确。⑤正确。
答案 B
电镀是电解的一种应用，也是金属表面处理的一种方法，金属的防腐措施多样化，其中电化学法是目前常用的方法之一。
将铝件与另一种材料作电极，以某种溶液作电解液进行电解，通电后在铝件与电解液的接触面上逐渐形成一层Al(OH)3薄膜，薄膜的某些部位存在着小孔，电流从小孔通过并产生热量使Al(OH)3分解，从而在铝件表面形成一层较厚的氧化膜。某校课外兴趣小组根据上述原理，以铝件和铁棒为电极，一定浓度的NaHCO3溶液为电解液进行实验。
(1)铝件表面形成Al(OH)3的电极反应式是_______________。
(2)电解过程中，必须使电解液pH保持相对稳定(不能太大，也不能太小)的原因是___________________。
(3)用NaHCO3溶液作电解液，会减缓阴极区溶液pH的增大，能说明这一原理的离子方程式为_______________。
【体验1】
使用金属材料及其他材料时，需要进行有目的的加工，除机械处理外，有时还要进行化学加工，如化学腐蚀法进行处理。
1．利用氢氟酸与玻璃的成分(SiO2)的反应，可以用于蚀刻玻璃，制作毛玻璃或其他玻璃工艺品。其反应原理为：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
2．电子工业上，用浓三氯化铁溶液腐蚀敷铜板制作印刷电路板也是应用化学腐蚀法。其反应原理为：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋
铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。
(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：
________________________________________。
(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。正极反应：________，
负极反应：_______________________。
(3)腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2＋、Fe3＋和Fe2＋的浓度均为0.10
mol·L－1，请参照下表给出的数据和药品，简述除去CuCl2溶液中Fe3＋和Fe2＋的实验步骤。
【例2】
氢氧化物开始沉淀时的pH
氢氧化物沉淀完全时的pH
Fe3＋
1.9
3.2
Fe2＋
7.0
9.0
Cu2＋
4.7
6.7
提供的药品：Cl2、浓硫酸、NaOH溶液、CuO、Cu
(4)某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中腐蚀现象明显。请从上表提供的药品中选择两种(水可任选)，设计最佳实验，验证劣质不锈钢易被腐蚀。
有关反应的化学方程式：____________________________。
劣质不锈钢腐蚀的实验现象____________________________。
解析 三氯化铁腐蚀电路板的离子方程式为2Fe3＋＋Cu2===
Fe2＋＋Cu2＋；由离子方程式知铜失去电子，所以铜作负极，三氯化铁作电解质溶液，(装置见答案)正极反应：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，负极反应：Cu－2e－===Cu2＋；由表中的数据可以看出应该将亚铁离子氧化为三价铁离子，然后调节pH为3.2到4.7之间，具体步骤为：①通入足量氯气将Fe2＋氧化成Fe3＋；②加入CuO调节溶液的pH至3.2～4.7；③过滤；劣质不锈钢在某些盐溶液中腐蚀现象明显。所以可制得的盐有CuCl2、CuSO4，则最佳实验是用CuO和稀硫酸反应，方程式：CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O、CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu；现象为不锈钢表面有紫红色物质生成。
答案 (1)2Fe3＋＋Cu
===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)装置图：
正极反应：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋；
负极反应：Cu－2e－===Cu2＋
(3)①通入足量氯气将Fe2＋氧化成Fe3＋；②加入CuO调节溶液的pH至3.2～4.7；③过滤[除去Fe(OH)3]
(4)CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O
CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu 不锈钢表面有紫红色物质生成
金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化成金属离子，除杂的关键是试剂的选择和试剂的添加顺序。
制印刷电路时常用氯化铁溶液作为“腐蚀液”，发生的反应为2FeCl3＋Cu2===FeCl2＋CuCl2。向盛有氯化铁溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉，反应结束后，下列结论不可能出现的是
( )。
A．烧杯中有铜无铁
B．烧杯中有铁无铜
C．烧杯中铁、铜都有
D．烧杯中铁、铜都无
解析 铁的还原性比铜强，FeCl3首先氧化Fe；只有Fe反应完后，剩余的FeCl3才能再氧化Cu。故烧杯中有铁无铜是不可能的。
答案 B
【体验2】(共22张PPT)
专题归纳整合
用一句话表达下列关键词：
金属的阳极氧化 电镀 合金 纳米材料 复合材料 玻璃钢 钢化玻璃
提示 金属的阳极氧化：在电解作用下，阳极金属或合金在表面上形成一层致密的氧化膜。
电镀：利用电解原理，在金属的器件表面形成一层具有抗腐蚀，抗磨损能力的金属镀膜的过程。
合金：由金属与金属或非金属熔合而成的有金属特性的混合物。
纳米材料：又称超微粒材料，其颗粒直径在1～100
nm。
复合材料：由不同性能的多种材料复合而成、由基体和增强体两部分组成。
玻璃钢：是由玻璃纤维和聚酯类树脂复合而成的材料。
钢化玻璃：由普通玻璃熔融后而急剧冷却得到的玻璃。
1．电镀为什么加表面活性剂？
提示 目的是镀件上析出的镀层厚度均匀，光滑致密，与底层金属附着力强。
2．为什么可用氢氟酸蚀刻玻璃？
提示 氢氟酸尽管属于弱酸，但腐蚀性很强，能与玻璃中的SiO2反应，4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O。
3．几种常见合金的比较
提示
合金
主要成分
重要特性
主要用途举例
生铁
Fe、C、Si、Mn、S、P等
硬度较大，抗压性强，韧性较差
制造曲轴、齿轮、阀门等
不锈钢
Fe、C、Cr、Ni等
硬度较大，韧性较好，耐腐蚀性强
制造医疗器械、日常用具等
硬铝
Al、Cu、Si、Mg、Mn等
密度小、强度高，耐腐蚀性强
制造火箭、飞机、汽车、轮船等
续表
黄铜
Cu、Zn等
有良好的强度和塑性、易加工，耐腐蚀
制造机器零件，仪表和日常用品等
青铜
Cu、Sn等
有良好的强度和塑性、耐磨、耐腐蚀
制造机器零件，如轴承、齿轮等
白铜
Cu、Ni
有良好的强度和塑性、耐磨、耐腐蚀
餐具
武德合金
Pb、Sn、
Bi、Cd
熔点低
保险丝
焊锡
Pb、Sn
熔点低，附着力较强
焊接时使用的材料
镧镍合金
La、Ni
室温下吸氢快且多，稍加热又快速释放出氢
高效、方便的储氢材料
4.传统无机非金属材料与新型无机非金属材料对比
提示
材料
特性
种类
传统无机非金属材料
①抗腐蚀、耐高温
②质脆、经不起热冲击
普通水泥、普通玻璃、黏土质陶瓷
新型无机非金属材料
①耐高温、高强度
②具有电学特性
③具有光学特性
④具有生物功能
高温结构陶瓷
光导纤维
续表
氧化铝陶瓷(人造刚玉)
①高熔点
②高硬度
③可制成透明陶瓷
④无毒，不溶于水，强度高
⑤对人体有较好的适应性
高级耐火材料，刚玉球磨机、高压钠灯的灯管、人造骨、人造牙、人造心脏瓣膜、人造关节等
氮化硅陶瓷
①超硬度，耐磨损
②抗腐蚀，高温时也抗氧化
③抗冷热冲击，不碎裂
④耐高温且不易传热
⑤本身具有润滑性
制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具的机械构件。用于制造柴油机中发动机部件的受热面等
光导纤维
①传导光的能力非常强
②抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质量高
③质量轻，光纤细，耐磨蚀
通讯材料、医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明
1．制做电路板的化学原理是什么？
提示 氧化还原反应2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋
2．纳米材料有什么特点？
提示 具有超塑性、高强度、高耐磨性、高韧性、耐腐蚀性等。
3．“形状记忆合金”是怎样记忆的？
提示 形状记忆合金是在20世纪60年代初期发现的，它是一种特殊的合金，有一种不可思议的性质，即使把它揉成一团，一旦达到一定温度，它便能在瞬间恢复到原来的形状。由镍和钛组成的合金具有记忆能力，称为NT合金。
首先将预先加工成某一形状的这种NT合金，在300～1
000
℃高温下热处理几分钟至半小时，这样NT合金就会记忆被加工成的形状。以后在室温下无论形状怎样变化，一旦将它的温度升至一定温度时，它就会恢复成原来被加工成的形状。
形状记忆合金的结构尚未完全探明，为什么金属会记住某些固定形状的问题也还没有完全搞清楚。据科学家推测，金属的结晶状态，在被加热时和冷却时是不同的，虽然外表没有变化，然而在一定温度下，金属原子的排列方式会发生突变，这称为相变。能引起记忆合金形状改变的条件是温度。分析表明，这类合金存在着一对可逆转变的晶体结构。如含有Ti和Ni各为50%的记忆合金，有两种晶体结构，一种是菱形的，另一种是立方体的，这两种晶体结构相互转变的温度是一定的。高于这一温度，它会由菱形结构转变为立方体结构；低于这一温度，又由立方体结构转变为菱形结构。晶体结构类型改变了，它的形状也就随之改变。
具有这种形状记忆效应的合金，除镍钛合金外，还先后发现铜 锌、金 镉、镍 铝等约20种合金系列、共100多种合金，其中“记忆力”最好的是NT合金。
形状记忆合金的应用范围广泛，除了可用于温度控制装置、集成电路引线、汽车零件与机械零件外，由于其与生物体的相容性好、耐腐蚀性强，还可用于骨折部位的固定、人造心脏零件、牙齿矫正等医用材料。
由于NT合金成本昂贵，目前正研制廉价的铜系形状记忆合金。
材料在各个领域有着极其重要的作用。材料是当今世界关注的重点，尤其是新材料的研发和广泛应用，为人类生活质量的提高做出了重大贡献，今后新材料的研发仍是科学家研究的方向。所以在高考命题中考查的重点应该是各类材料在生产、生活、国防科学尖端各个领域的应用，具体考查角度有以下几个方向。
学科思想培养四 关于材料的命题角度和解题指导
根据不同类型的合金组成研究其用途，如储氢合金可用于原电池中，做电池的负极，镁、铝合金可代替有机合成材料增加美观、增强强度等。
【解题指导】
氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。右图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答：
(1)氢氧燃料电池的能量转化
主要形式是________，在
导线中电子流动方向为________
(用a、b表示)。
(2)负极反应式为______________。
【例1】
②已知LiH固体密度为0.82
g·cm－3，用锂吸收224
L(标准状况)H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为________。
③由②生成的LiH与H2O作用，放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为________mol。
解析 (1)电池即是把化学能转变为电能的装置；在电池中电子是从负极经导线流向正极，而氢氧燃料电池中通入H2的一极是负极，故电子由a流动到b。
(2)H2在负极失电子，因为电解质溶液是KOH溶液，故负极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O。
方向二 复合材料在航空、航天领域中的应用
【知识基础】
(1)飞机、火箭的机翼和机身以及导弹的壳体、尾翼中的复合材料，大多是以纤维为增强体、金属为基体的复合材料。作为增强体的纤维是碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维或氧化铝纤维等耐热性好的纤维，作为基体的金属用得较多的是铝、镁、钛等密度小的轻金属。这类材料的特点是耐高温、强度高、导电性和导热性好，不吸湿，不易老化。
(2)航天飞机机身上使用的隔热陶瓷瓦是由纤维和陶瓷复合而成的材料制成的，其增强体多为碳纤维、碳化硅纤维或氧化硅纤维；基体的主要成分是各种陶瓷。这种纤维增强陶瓷保持了陶瓷耐高温的特性，又增加了陶瓷的韧性，使航天飞机能安全地穿越大气层返回地球。
国防、航空、航天技术的提高离不开材料的革新、复合材料性能优良，研发新的复合材料意义重大，从复合材料的组成入手讨论其性能和用途，其研究方向：仿生复合、纳米复合、分子复合、智能复合等。
【解题指导】
随着社会的发展，复合材料已成为一类新型的有前途的发展材料，目前，复合材料最主要的应用领域是
( )。
A．高分子分离膜
B．人工器官
C．航空、航天
D．新型药物
解析 在生产、生活中的复合材料主要是玻璃钢及碳纤维增强复合材料，目前，其在航空、航天领域中的应用是非常广泛的。故正确答案为C。
答案 C
【例2】第三单元 复合材料的制造
1随着科技的飞速发展，出现了许多新型无机材料，如植入生物体内的生物陶瓷材料HAP〔化学式为Cam(PO4)n(OH)2〕，已被医疗上用于修补人的骨骼和牙组织，HAP的化学式中m等于( )。
A．
B．
C．
D．n＋1
2碳化硼(B4C)陶瓷硬度大，熔点高，具有化学惰性。据此判断，下列不能作为碳化硼陶瓷用途的是( )。
A．作耐磨材料
B．作润滑材料
C．制切削工具
D．制钢化玻璃
3有关高温结构陶瓷和光导纤维的说法正确的是( )。
A．高温结构陶瓷弥补了金属材料的弱点，但是硬度却远远低于金属材料
B．氮化硅陶器是一种重要的结构材料，具有超硬性，它不与任何无机酸反应
C．光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维
D．光导纤维的抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质量高，能防窃听
4下列说法不正确的是( )。
A．传感膜能把化学能转换成电能
B．热电膜能够把热能转换成电能
C．复合高分子材料将成为理想的宇航材料
D．玻璃钢是功能高分子材料
5随着社会的发展，复合材料是一类新型的、有前途的材料。目前，复合材料最主要的应用领域是( )。
A．高分子分离膜
B．人类的人工器官
C．宇宙航空工业
D．新型药物
6下列说法正确的是( )。
A．合成纤维和人造纤维可统称为化学纤维
B．酚醛树脂和聚氯乙烯都是热固性塑料
C．锦纶丝接近火焰时先蜷缩，燃烧时有烧焦毛发的臭味，灰烬为有光泽的硬块，能压成粉末
D．复合材料一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能，其综合性质超过了单一材料
7复合材料的使用使导弹的射程有了很大的提高，其主要原因在于( )。
A．复合材料的使用可以使导弹能经受超高温的变化
B．复合材料的使用可以使导弹的质量减轻
C．复合材料的使用可以使导弹承受超高强度的改变
D．复合材料的使用可以使导弹承受温度的剧烈变化
8、2000年10月美国化学家Alan
J·Heeger和Alan
G·MacDiarmid和日本化学家白川英树共同获得了诺贝尔化学奖，他们的研究方向是高分子导电聚合物，典型的代表物是聚乙炔，在聚乙炔中由于具有碳碳双键和碳碳单键交替出现的特殊结构，使电子的流动性很大。
(1)写出生成聚乙炔的化学方程式：____________________________。
(2)当向聚乙炔中加入某种单质时，在聚乙炔材料中会出现“空穴”，像半导体一样在电场作用下能够导电，所加物质应是( )。
A．Cu
B．Na
C．I2
D．SiO2
9某新型无机非金属材料A，由两种非金属元素组成，其中所含元素的化合价为其最高正价或最低负价，它是一种超硬物质，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击、抗氧化的特征。A可由化合物B经下列反应制得：①B＋NH3―→C〔C的化学式为Si(NH2)4〕；②C经隔绝空气高温分解得到A。为探究B的组成，进行了下图所示的转化实验，图中G、F、H均为难溶于水的物质，且为白色粉末，图中字母代表的均为中学化学常见的物质。
请回答下列问题：
(1)写出化合物B和化合物G的化学式：________、________。
(2)A可能所属的晶体类型是________，在A晶体中，每个显正价原子周围结合的另一种原子的个数是________。
(3)写出反应②的离子方程式：_______________________________________________。
(4)写出C经隔绝空气高温分解得到A的化学方程式：_________________________。
(5)分析反应③，你能得出的结论是______________(合理即可)。
10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气在1
300
℃时反应获得。
(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)画出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______________________________。
参考答案
1.
解析：根据化学式中化合价的代数和等于零解题。
答案：A
2.
解析：从碳化硼的特性看，碳化硼不具备润滑这个性质。
答案：B
3.
解析：高温结构陶瓷克服了金属材料的弱点，本身还具有很多优点，如耐高温、高硬度、不怕氧化等，所以A选项错误。氮化硅陶瓷是重要的结构材料，有许多优点，如耐腐蚀性较强，但都可以跟氢氟酸反应，所以B选项错误。光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维，且抗干扰能力好，不发生电辐射，能防窃听等，所以C、D选项正确。
答案：CD
4.
解析：A、B、C三项均正确，D中玻璃钢是复合材料。
答案：D
5.
解析：复合材料一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能，所以主要应用于宇航工业。
答案：C
6.
解析：了解合成材料、复合材料的分类、组成和性能，即可解答本题。
答案：AD
7.
解析：由题干可知，复合材料的使用使导弹的射程有了很大的提高，主要因素是在弹药功率一定的条件下减轻了弹体的质量，导弹的质量每减少1
kg，它的射程就可以增加几千米。
答案：B
8.
解析：加入物质可与聚乙炔反应。
答案：(1)nCH≡CH?
(2)C
9.
解析：由可知，E中含有Cl－，即B为氯化物，由可知：F是一种酸性比碳酸弱的非金属氧化物对应的水化物，即为硅酸或原硅酸，则C为硅化物，因此B为SiCl4。Si(NH2)4隔绝空气高温分解可得A，可知A是由Si和N组成的化合物，根据硅和氮元素的价态可知A的化学式为Si3N4，另一种生成物为NH3，据此可得C分解的化学方程式为3Si(NH2)4Si3N4＋8NH3↑。
答案：(1)SiCl4 AgCl
(2)原子晶体 4
(3)SiO2＋2OH－===＋H2O
(4)3Si(NH2)4Si3N4＋8NH3↑
(5)H2CO3的酸性比H2SiO3强(或C的非金属性比硅强等)
10.
解析：根据N和Si的原子结构及元素周期律的知识，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；氮化硅被氢氟酸腐蚀是由于Si3N4能与HF发生化学反应，由于Si与F有极强的亲合性生成了SiF4，则反应中另一种产物为NH3；从化合价升降的角度分析，SiCl4与N2、H2反应生成的产物之一为Si3N4，另一种产物必是HCl。此反应可理解为H2还原SiCl4制取硅，然后Si与N2在高温条件下反应生成Si3N4。
答案：(1)ACD
(2) Si3N4
(3)Si3N4＋12HF===3SiF4↑＋4NH3↑
(4)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl第一单元
材料的加工处理第一课时
[知识回顾]
电解的原理是什么？如何确定阴阳极？金属的放电顺序是什么？在水溶液中可电镀哪些金属？
写出电解下列物质的反应方程式：NaCl
CuSO4
AgNO3
CuCl2
H2SO4
如何进行电镀、电解精炼？
[知识学习]
一、金属的表面处理
铝的阳极氧化：看书P66-67
铝的阳极氧化目的：
电极反应：阳极发生反应：
阴极发生反应：
同时酸对铝和生成的氧化膜进行化学溶解，其反应为：
氧化膜的后续处理
硫酸阳极氧化的药品、优点
。
电镀
电镀目的：
。
电镀条件及电极的选择：
实例：铜板上镀银
药品：
仪器及用品：烧杯、碳棒电极、两节1号干电池（或学生电源）装置
钢铁为何进行发蓝处理
一般钢铁容易生锈，如果将钢铁零件的表面进行发蓝处理，就能大大增强抗蚀能力，延长使用寿命。像武器、弹簧、钢丝等，就是常用这种方法来保护的。铁在含有氧化剂和苛性钠的混合溶液中，一定温度下经一定时间后，反应生成亚铁酸钠(Na2FeO2)和铁酸钠(Na2Fe2O4)，亚铁酸钠与铁酸钠又相互作用生成四氧化三铁氧化膜。其反应方程式为：
3Fe+NaNO2+5NaOH=3Na2FeO2+H2O+NH3↑
8Fe+3NaNO3+5NaOH+2H2O=4Na2Fe2O4+3NH3↑
Na2FeO2+Na2Fe2O4+2H2O=Fe3O4+4NaOH
这层氧化膜呈黑色或黑蓝色，它结构致密，具有较强的抗腐蚀能力
课堂练习：
用铂电极（情性）电解下列溶液时，阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2的是：
A.稀NaOH溶液
B.HCl溶液
C.酸性MgSO4溶液
D.酸性AgNO3
铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中，锌片是：
A、阴极
B、正极
C、阳极
D、负极
在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是：
A、原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应
B、原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应
C、原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应
D、原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应
通以相等的电量，分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为+1）溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比n（硝酸银）∶n（硝酸亚汞）=2∶1，下列表述正确的是：
A在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比n（硝酸银）∶n（硝酸亚汞）=2∶1
B在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等
C硝酸亚汞的分子式为HgNO3
D硝酸亚汞的分子式为Hg2(NO3)2
将500克0.1mol/L的硫酸铜溶液进行电解，当铜离子全部析出时，就变成________溶液，该溶液的质量分数是________。继续通电，在阳极上析出___________；阴极上析出___________。
电解1升4mol/LCuSO4溶液(均为惰性电极)，当电路通过0.5mol电子时，溶液中Cu2 的浓度为________mol/L，H 的浓度为______mol/L。然后将电源反接，又通过1mol电子后，溶液中Cu2 浓度为______mol/L，H 浓度为______mol/L，SO42-离子浓度为______mol/L(溶液体积变化忽略)。
如图装置进行电解，已知铁极质量减小11.2克。
(1)A是电源的______极。
(2)电解过程中，电路中通过_______mol尔电子。
(3)Ag极的电极反应式是_____________________；析出物质是____克。
(4)Cu(I)极的电极反应式是_____________________。
(5)Cu(II)极的电极反应式是_____________________。
下列四种装置中，溶液的体积均为200mL，开始时电解质溶液的浓度均为0.1mol/L，工作一段时间后导线上均通过0.001mol电子。若不考虑盐的水解和溶液体积的变化，用编号回答下列问题。
(1)溶液的pH值从大到小的顺序是____________________________
(2)原电解质溶液物质的量浓度从大到小的顺序是________________。
(3)1
3装置中Zn腐蚀的速率由快到慢的顺序是__________________。
某金属M的相对原子质量为112.4，其氯化物的化学式MClx。将MClxa克溶于水制成0.1mol/升的溶液1升。以惰性电极电解此溶液，A槽阴极增重0.0539克，B槽阴极增重0.0281克。试求：
(1)x和a的值。
(2)A槽从阳极上析出何物若干克。
第一单元
材料的加工处理第二课时
二、腐蚀加工技术
[知识回顾]
写出硅在周期表中的位置，电子排布式。用方程式表示硅的化学性质，指出其用途有哪些？
指出二氧化硅的晶体结构？用方程式表示二氧化硅性质和用途有哪些？
写出工业制取玻璃的反应的
铁在周期表中的位置，用方程式表示铁的性质，指出不同价态铁的转化条件。
[知识学习]
一、思考下面问题：
玻璃的成分
氢氟酸的制取反应：
氟化钠溶液中微粒的种类：
二、腐蚀加工技术
1、
腐蚀加工的目的：
2、
氢氟酸蚀刻玻璃
反应原理：
刻蚀玻璃的方法：
3、
三氯化铁溶液腐蚀敷铜板制作印刷电路
反应原理：
电路板的制作
巩固练习(共17张PPT)
第三单元 复合材料的制造
1．什么是复合材料？
提示 由两种或两种以上不同性质的材料组合而成的。
2．复合材料由几部分组成？
提示 两部分。增强体和基体。
1．知道什么是复合材料，认识复合材料是新材料一个重要的发
展方向。
2．了解复合材料的分类、组成与性能特点，了解其应用。
通常复合材料由基体材料和分散于其中的增强材料两部分组成。例如混凝土中的水和水泥是
，沙和砾石则是
。玻璃钢是用
作为基体材料，
作为增强材料，由酚醛树脂把玻璃纤维一层一层黏结而成的。
基体材料
增强材料
酚醛树脂
玻璃纤维
1.
钢筋混凝土
钢筋混凝土是最常见的复合材料。混凝土以
为结构，形成最常见的建筑用复合材料——钢筋混凝土。
2．搪瓷
搪瓷也是常见的复合材料，是
与
结合而成的复合材料。它是在金属表面涂上类似于玻璃的
，在高温下烧结而成的。它的基体材料是钢板、铁、铝、铜、银等金属材料制成的胚体，外层有
。
钢筋
金属
无机材料
瓷釉
瓷釉
耐热性好
防热层
火箭喷嘴
铝
中碳钢
钛
铝
钛、铝
汽车
机械
3．纤维增强陶瓷
用纤维增强陶瓷做成的瓦片粘贴在航天飞机的机身上，使航
天飞机能安全穿越
返回地球。
大气层
1．
聚合物基复合材料
主要是指纤维增强聚合物材料。如将碳纤维包埋在环氧树脂中使复合材料强度增加，用于制造网球拍、高尔夫球棍和滑雪橇等。玻璃纤维复合材料是玻璃纤维与聚酯的复合体，可以用于结构材料，如汽车和飞机中的某些部件、桥体的结构材料和船体等，其强度可与钢材相比。增强的聚酰亚胺树脂可用于汽车塑料发动机，使发动机质量减小，节约燃料。
2．陶瓷基复合材料
为改变陶瓷的脆性，将石墨或聚合物纤维包埋在陶瓷中，制成的复合材料有一定的韧性，不易碎裂，而且可以在极高的温度下使用。这类陶瓷基复合材料可成为汽车、火箭发动机的新型结构材料。金属网陶瓷基材料具有超强刚性，可作为防弹衣的材料。
3．金属基复合材料
在金属表面涂层，可以保护金属表面或赋予金属表面某种特殊功能，如金属表面涂油漆可以抗腐蚀；金属表面作搪瓷内衬可制造化学反应釡；金属表面镀铬可使表面光亮；金属表面涂以高分子弹性体赋予表面韧性，可作为抗气蚀材料用于水轮机、汽轮机的不锈钢叶片上，延长其使用年限；在纯的硅晶片上复合多层有专门功能的物质可用于计算机的集成电路片。
复合材料的使用使导弹的射程有了很大的提高，其主要原因在于
( )。
A．复合材料的使用可使导弹能承受超高温的变化
B．复合材料的使用可使导弹的质量减轻
C．复合材料的使用可使导弹承受超高强度的改变
D．复合材料的使用可使导弹承受温度的剧烈变化
解析 导弹的壳体大多是以纤维为增强体、金属为基体的复合材料，之所以提高射程是利用其密度小、质量轻的特点。
答案 B
【例1】
复合材料具有质量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀等优点。
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．复合材料保持了原材料的优点，又优于原材料的特点
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 复合材料中一定含有两种或两种以上的材料，但这两种或两种以上的材料必须是性质不同的材料，因此，复合材料保持了原材料的优点，克服了原材料的某些缺陷，也会产生优于原材料的特点。在复合材料中起骨架作用的是增强体，起黏结作用的基体。
答案 C
【体验1】
材料
无机非金属材料
金属材料
复合材料
含义
以黏土、石英和长石等为原料生产的硅酸盐制品
金属及其合金
两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的
主要成分
各种硅酸盐的混合物
各种金属及硅等少量非金属
由基体(黏结作用)和增强体(骨架作用)组成
特性
抗腐蚀、耐高温、硬度大、耐磨损，新型无机非金属材料还具有电学、光学特性、生物功能等
强度高、坚韧、塑性好、易于成型、有良好的延展性、导电性、导热性，合金抗腐蚀性强
耐酸碱、化学稳定性好、密度小、强度高、韧性好、耐高温、导电导热、热性能好；性能保持原材料特点又优于原材料
材料
无机非金属材料
金属材料
复合材料
品种示例
玻璃、水泥、各种陶瓷(黏土质陶瓷、高温结构陶瓷、生物陶瓷、电压陶瓷等)、光导纤维
黑色金属材料(铁、铬、锰及它们的合金)：钢铁；有色金属材料(铁、铬、锰以外的金属及合金)：金、银、铜及合金
生产生活中的复合材料(玻璃钢：玻璃纤维增强树脂基复合材料、碳纤维：碳纤维增强树脂基复合材料)；航空航天中的复合材料(飞机、火箭：纤维增强金属基复合材料；航天飞机：纤维增强陶瓷基复合材料)
C3N4和Si3N4晶体结构相似，是新型的非金属高温结构陶瓷，下列说法正确的是
( )。
A．C3N4和Si3N4晶体中含有共价键
B．C3N4和Si3N4中N的化合价为＋3
C．C3N4和Si3N4易与水反应生成NH3
D．C3N4晶体的硬度比Si3N4晶体的硬度小
解析 B项中N的化合价为－3。C项中C3N4和Si3N4都是原子晶体，不能发生水解反应。D项中C－N键比Si－N键的键能大，C3N4的硬度比Si3N4的硬度大。
答案 A
【例2】
材料的结构决定了材料的性能，要了解材料的性质必须要知道材料的结构特点。
新型无机非金属材料碳化钛(TiC)、碳化硼(B4C3)、氮化硅(Si3N4)等称为非氧化物陶瓷，合成这些物质需要在高温条件下进行，在合成工艺中必须注意
( )。
A．通入充足的氧气
B．避免与氧气接触
C．可在氮的气氛中合成
D．通入少量氧气
解析 非氧化物陶瓷的名称决定了这类陶瓷应在隔绝氧气的氛围中合成。
答案 BC
【体验2】第二单元
材料组成的优化
1纳米材料是粒子直径1～100nm的材料，纳米碳就是其中的一种，若将纳米碳均匀地分散到蒸馏水中，所形成的物质( )。
①是溶液 ②是胶体 ③能产生丁达尔效应 ④能透过滤纸 ⑤不能透过滤纸 ⑥静置后，会析出黑色沉淀
A．①④⑥
B．②③④
C．②③⑤
D．①③④⑤
2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
3下列表述正确的是( )。
①人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅
②化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐
③提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料
④夏天到了，游客佩戴由涂加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛
⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能
A．①②③
B．②④
C．③④⑤
D．③⑤
4(2010·江西抚州)2009年10月6日，诺贝尔物理学奖授予“光纤之父”英国华裔科学家高锟以及两位美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯。光导纤维的主要成分是二氧化硅，下列关于二氧化硅的说法正确的是( )。
A．工业上用二氧化硅制取单质硅时，1
mol
C理论上能置换出1
mol
Si
B．6
g的二氧化硅中含有0.4NA个共价键
C．二氧化硅是H2SiO3的酸酐，因此能与碱反应，不能与任何酸反应
D．由于硅酸比碳酸弱，故二氧化硅不能与碳酸钠反应
5、“碳捕捉和储存(CCS)”技术是指通过碳捕捉技术，将工业和有关能源产业所产生的二氧化碳分离出来再利用。当前，二氧化碳及其产品的开发、应用是很多科学家致力研究的课题。下列有关说法不正确的是( )。
A．人类应将大气中的二氧化碳全部捕捉，以防产生温室效应
B．对捕捉到的二氧化碳进行净化，然后用于制造干冰
C．以捕捉到的二氧化碳为原料，用来制备甲醇等产品
D．用捕捉到的二氧化碳与海藻发生光合作用，可提高海藻产量
6世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3
000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关玻璃的说法不正确的是( )。
A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英
B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点
C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅
D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起
7所谓合金，就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔化状态下形成的一种熔合物，根据下列四种金属的熔沸点：
Na
Cu
Al
Fe
熔点/℃
97.5
1
083
660
1
535
沸点/℃
883
2
595
2
200
3
000
其中不能形成合金的是( )。
A．Cu和Al
B．Fe和Cu
C．Fe和Na
D．Al和Na
8如图所示是电子工业中某原料的生产流程。其中反应②③你可能不熟悉，其目的是为了提纯B；物质A～H均由短周期元素构成；
G是五原子分子；A～D均是单质且元素原子的最外层电子数目的关系为C＞A＝B＞D；H极易溶于水，且其水溶液是一种强酸。
请回答下列问题：
(1)H的电子式：________；固体E的晶体类型：________；G的化学式为________。
(2)③所属的反应类型是________。
(3)反应①的化学方程式为_________________________________________________。
(4)F在工业上有多种用途，写出其中一种用途的化学方程式：_______________。
9、材料是人类生存和社会发展的物质基础，不同的材料功能各不相同。以下都是有关材料的内容，试根据所给内容回答问题。
(1)氢能是未来能源最佳选择之一，氢能的利用涉及氢的储存、运输和使用。贮氢合金是解决氢的储存等问题的重要材料。贮氢合金中最具代表的是镧镍合金(LaNi5)，已知LaNi5(s)＋3H2(g)LaNi5H6(s) ΔH＝－31.77
kJ·mol－1。
镧镍合金的熔点比镧、镍的熔点____(填“高”“低”或“介于两者之间”)，根据反应原理，形成LaNi5H6的化学反应条件是__________。最近有人提出可以研制出一种性能优越的催化剂，可以大大提高贮氢合金的贮氢能力，你认为该讲法可信吗？________(填“可信”或“不可信”)，其理由是____________________________________。
(2)无机非金属材料是日常生活中不可缺少的物质，它往往具有高强度、耐高温、耐腐蚀的特点。Si3N4就是一种重要的精细陶瓷，合成氮化硅的方法之一为：
3SiO2＋6C＋2N2Si3N4＋6CO。Si3N4属于______晶体，在上述反应中氧化剂为______。
(3)有机高分子材料形式多样，ABS树脂广泛用于制造电讯器材、汽车、飞机零部件和各种仪器的外壳，它的结构可以表示为，试写出对应单体的结构简式：CH2===CH—CN、________、__________。
高分子吸水树脂可以由聚乙烯醇()和聚丙烯酸盐()交联得到，从结构上看该高分子吸水材料具有吸水性，是因为它们都具有________基团。
参考答案
1.
解析：胶体的本质特征是分散质粒子大小在1～100
nm之间，所以②对；胶体能产生丁达尔效应，③对；胶体粒子可通过滤纸，不能透过半透膜，④对，所以选B。
答案：B
2.
解析：该题考查了常见化学用语的含义及对材料的认识。
答案：D
3.
解析：人造刚玉主要成分是氧化铝，玛瑙的成分是二氧化硅，涂加氧化亚铜的玻璃为有色玻璃，变色眼镜是掺有溴化银的眼镜。
答案：D
4.
解析：本题以诺贝尔化学奖为素材，考查SiO2和硅及其化合物的知识。置换硅时，碳生成CO，故1
mol
C只能置换出0.5
mol
Si，A项不正确；SiO2能够与HF反应，C不正确；SiO2在高温下能够与碳酸钠反应生成Na2SiO3，该反应在工业上可用于制取玻璃。
答案：B
5.
解析：本题考查二氧化碳的新型处理方法与二氧化碳对环境的危害。二氧化碳是绿色植物光合作用的原料之一，故A项错误；B、C、D项均属于二氧化碳的合理利用，都正确。
答案：A
6.
解析：本题考查玻璃的制法与性质。制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英，A项正确；玻璃不是晶体，称作玻璃态物质，它没有固定熔点，B项错误；普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2熔化在一起的物质，C项正确；玻璃中含有SiO2，它能够被碱溶液腐蚀：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，故盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，D项正确。
答案：B
7.
解析：形成合金的两种金属必须在同一温度下都能熔化而且不能达到沸点。只有C项不符合。
答案：C
8.
解析：A、B、C、D、E分别为C、Si、Cl2、H2、SiO2。图示为工业上生产粗硅和粗硅提纯的生产流程。
答案：(1)H∶∶ 原子晶体 SiCl4
(2)置换反应
(3)SiO2＋2CSi＋2CO↑
(4)3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2(合理即可)
9.
解析：(1)合金的熔点比成分金属的熔点低；反应原理是气体分子数减小的放热的可逆反应，故应采取低温、高压的条件；催化剂只能改变反应速率，不能使平衡移动，没法提高贮氢合金的贮氢能力。
(2)根据其“高强度、耐高温、耐腐蚀”的特点，可判断它应属于原子晶体；N元素价态的变化是0价―→－3价，在反应中得到电子，作氧化剂。
(3)从主链链节看，ABS树脂应属于加聚产物；链节中含有碳碳双键，单体中应有二烯烃。具体判断方法是：将聚合物的链节中的单、双键互换，即单键改为双键，双键改为单键。然后按碳四价检查，超过四价的相邻两碳原子中间断开，每一部分即为一单体。高分子的吸水性是因结构中有亲水性基团，从题给结构看，含有—COONa、—OH，是亲水的。
答案：(1)低 低温、高压 不可信 该反应是可逆反应，使用催化剂只能改变反应速率，不能使平衡移动，更不可能大大提高贮氢合金的贮氢能力
(2)原子 N2
(3)CH2===CH—CH===CH2 亲水性(共37张PPT)
第二单元 材料组成的优化
1．什么是合金？
提示 金属与金属或非金属熔合而成的具有金属特性的混合
物。
2．玻璃的原料、反应原理和成分？
3．我国“文房四宝”中墨是由什么制成的
提示 “文房四宝”是指笔、墨、纸、砚，其中墨是由纳米
级颗粒的松烟制成的。
4．“光纤”又称光导纤维，其主要成分是什么？
提示 光导纤维属新型无机非金属材料。主要成分是SiO2。
1．知道材料的性能与其组成和结构的关系，认识改变材料组成是优化材料性能的重要手段。
2．知道合金的基本类型，了解常见合金、稀土合金、贮氢合金的组成、性能及其用途。
3．认识主要的硅酸盐材料，了解水泥、普通玻璃的主要成分、生产原料和生产过程。了解钾玻璃、玻璃纤维、钢化玻璃和彩色玻璃等特种玻璃的制造工艺。了解陶瓷的生产工艺及精细陶瓷的特殊性能和应用。
4．认识硅在信息材料制造和应用中的重要性，了解单晶硅和光纤的制造原理和应用。
5．知道纳米材料的制造方法，了解纳米材料的特性及应用。
1.合金
(1)合金的基本类型：制造各种合金，就是通过改变材料的组成获得具有特殊性能的金属材料。合金可分为三种基本类型：
相互
、形成
，如Cu、Zn形成的黄铜合金；
相互起
，形成
，如Al Ti合金，它的
耐腐蚀性比不锈钢高100倍；相互
，形
成
，如焊锡。
溶解
金属固溶体
化学作用
金属化合物
混合
机械混合物
(2)贮氢合金的结构特点：某些
晶体结构中，原子排列得十分紧密，具有良好的贮氢性能，常用做贮氢材料。它们的表面有
或
作用，能使氢分子分解成
进入金属内部，仍然保持合金的晶体结构，能贮存的氢气量极大。
2．硅酸盐材料和特种陶瓷
硅酸盐材料是以含硅物质为原料高温烧制而成的。
、
、
等都是硅酸盐材料。
(1)水泥
①原料：
和
为主要原料，
为辅料。
②主要成分：
、
、
。
稀土合金
催化
活化
氢原子
水泥
玻璃
陶瓷
石灰石
黏土
石膏粉
硅酸三钙
硅酸二钙
铝酸三钙
(2)玻璃
①原料：普通玻璃是以
、
、
为原料。
②主要成分：普通玻璃的主要成分是
、
、
。
(3)陶瓷
①主要原料：黏土。
②性能与用途：用黏土制作的胚体有的表面还涂上釉。不同的陶瓷使用的黏土
不同，烧制的
也不同。陶瓷
、耐
、耐
、
、易
，应用十分广泛。化学实验使用的
、
也是陶瓷制品。
纯碱
石灰石
石英沙
硅酸钠
硅酸钙
二氧化硅
纯度
温度
抗氧化
酸碱腐蚀
高温
绝缘
成型
坩埚
蒸发皿
与金属材料和有机高分子材料相比，陶瓷的
更强。但陶瓷有脆性且抗拉、抗弯和抗冲击性差。化学家用改变陶瓷组分的方法研制出具有高强度、耐高温、耐腐蚀，并具有声、电、光、热、磁等多方面特殊功能的新一代无机非金属材料——
。
抗腐蚀能力
精细陶瓷
性能
超纯硅
Si＋2Cl2===SiCl4或Si＋3HCl===SiHCl3＋H2
熔融
1900～2000℃
光纤
1.
纳米材料的定义
纳米材料又称
，其颗粒直径大小为1～100
nm。因其颗粒等级属于纳米级而得名。
2．纳米材料的特性与应用
纳米材料是由纳米级颗粒积聚而成的。纳米材料在
、
、
、
等方面显示出许多与宏观材料迥然不同的特性，它已成为当今材料科学研究的热点之一。人们预计21世纪将是纳米材料大规模实用化的时期，因此纳米材料被誉为“
”。
超细微材料
化学
光学
电磁学
力学
跨世纪的新材料
3．纳米材料的制造方法
高纯度的纳米颗粒是无法用通常的
获得的，因为机械粉碎法只能得到直径为
以上的粉料，而且在粉碎过程中易混入杂质。
纳米材料可以通过
或
方法制得。化学方法主要是利用化学反应使原子或分子
形成纳米颗粒。
机械粉碎法
1000nm
物理
化学
聚集、沉淀
Fe3O4可表示为FeO·Fe2O3，那么硅酸盐如何用氧化物表示其组成？
提示 表示顺序为：活泼的金属氧化物·较活泼的金属氧化物·二氧化硅·水。如高岭土：Al2(Si2O5)(OH)4可表示为：Al2O3·2SiO2·2H2O。
钢筋混凝土的成分是什么？
提示 钢筋、石子、沙子、水泥。
【慎思1】
【慎思2】
光导纤维传递信息的优点是什么？
提示 ①传播过程中信息能量损失少，②传播快，③廉价。
钢化玻璃是怎样由普通玻璃制造的？
提示 把普通玻璃放入电炉里加热，使它软化，然后急速冷却，即得钢化玻璃。钢化玻璃的机械强度比普通玻璃大4～6倍，不易破碎，破碎时没有尖锐的棱角，不易伤人。钢化玻璃和普通玻璃的成分相同。
【慎思3】
【慎思4】
1．合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。
一般来说，合金的性能优于纯金属，合金的熔点比它的各成分金属熔点都低，硬度比它的各成分金属大。但合金的性质并不是各成分金属性质的总和。
2．合金可分为三种基本类型：(1)相互溶解，形成金属固溶体，如黄铜合金；(2)相互起化学作用，形成金属化合物；如铝 钛合金；(3)相互混合，形成机械混合物，如焊锡。
3．铝合金：金属铝中加入其他元素如铜、镁、硅、锌、锂等，即形成各种性能优良的铝合金。
(1)性质特征：铝合金具有密度小、强度高、塑性好、易于成型、制造工艺简单、成本低廉等特点，并且表面易形成致密的氧化物保护膜而具有一定的抗腐蚀能力。
(2)用途：铝合金主要用于建筑业、容器和包装业、交通运输及电子行业，如汽车车轮的骨架，硬盘抽取盒等。另外，还广泛用于制造飞机构件。
4．贮氢合金是指某些稀土合金，它们的晶体表面有催化或活化作用，能使氢分子分解成氢原子进入金属内部，而不改变合金的晶体结构。
(1)贮氢合金的代表是镧—镍合金。
(2)合金的贮氢过程是可逆反应，吸氢过程，放出热量；解吸过程，吸收热量。温度低有利于吸氢；温度高有利于解吸。
(3)应用：利用贮氢材料在吸(放)氢时放(吸)热的特点，可制造贮氢合金的空调器；利用贮氢合金对氢的优异选择性精制氢气，可获得纯度高达99.999
9%的氢气。
下图是三种稀酸对Fe Cr合金随Cr含量变化的腐蚀性实验结果，下列有关说法正确的是
( )。
A．稀硝酸对Fe Cr合金的腐蚀性
比稀硫酸和稀盐酸的弱
B．稀硝酸和铁反应的化学方程式是：
Fe＋
6HNO3(稀)===
Fe(NO3)3＋3NO2↑＋3H2O
C．Cr含量大于13%时，因为三种酸中硫酸的氢离子浓度最
大，所以对Fe Cr合金的腐蚀性最强
D．随着Cr含量增加，稀硝酸对Fe Cr合金的腐蚀性减弱
【例1】
解析 A项，由图示可知当Cr含量小于13%时，稀硝酸对合金的腐蚀性比稀硫酸和稀盐酸强，当Cr含量大于13%时，稀硝酸对合金腐蚀性较弱。B项，稀硝酸与金属反应时，其还原产物应是NO。C项，Cr含量大于13%时，硫酸对合金腐蚀性最强，由于溶液密度没有给出，硫酸中氢离子浓度不一定最大。D项，由图示可知，随着Cr含量增加，稀硝酸对合金腐蚀性减弱。
答案 D
合金的性能优越于纯金属，可以提高其耐腐蚀性、硬度、韧性、强度等。但熔入的其它金属或非金属也并非越多性能就越好。
汞合金是目前使用较多的补牙材料。英国《新科学家》杂志最近发表了一篇文章，对汞合金补牙材料的安全性提出了质疑。汞合金补牙材料中除水银外，还含锌、锡、铜等金属。下列有关汞合金的说法中不正确的是
( )。
A．汞合金是一种具有金属特性的物质，易导热导电
B．汞合金的强度和硬度比锡的大
C．汞合金的熔点比汞的低
D．汞合金的毒性远低于汞的毒性
【体验1】
解析 合金具有金属特性，A正确；合金一般强度和硬度比组成金属的大，B正确；合金的熔点一般低于其各成分的熔点，但汞合金例外，作为补牙材料，熔点不可能低于汞，C错；作为补牙材料不能有毒性，D正确。
答案 C
1．
水泥
(
1)生产过程
将原料按比例混合后，研磨成生料，高温煅烧得熟料(主要成分是CaSiO3)，再加石膏(主要成分是CaSO4·2H2O)研成粉末得普通硅酸盐水泥。
(2)普通硅酸盐水泥
主要原料
主要设备
反应条件
普通水泥的主要成分
主要性质
黏土、石灰、石、(石膏适量)
水泥回转窑
高温
硅酸三钙：3CaO·SiO2硅酸二钙：2CaO·SiO2铝酸三钙：3CaO·Al2O3
水硬性
2.玻璃
(1)普通玻璃
(2)几种玻璃的特性和用途
种类
特性
用途
普通玻璃
在较高温度下易软化
窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等
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、紫外灯等的灯壳；光导纤维、压电晶体等
光学玻璃
透光性能好，有折光和色散性
眼镜片、照相机、显微镜、望远镜用的凹凸透镜等光学仪器
玻璃纤维
耐腐蚀、不怕烧、不导电、不吸水、隔热、吸声、防虫蛀
太空飞行员的衣服、玻璃钢等
钢化玻璃
耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、抗震裂
运动器材、微波通讯器材、汽车、火车窗玻璃等
有色玻璃
加入金属氧化物红色：Cu2O蓝色：Co2O3
工艺品、窗玻璃
3.陶瓷
(1)陶瓷生产
(2)陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、高温、绝缘、易成型等优点，古代陶瓷器，历经千百年还是艺术珍品。
主要原料
生产过程
反应条件
种类
性能
黏土
①混合 ②成型③干燥 ④烧结⑤冷却
高温
土器、陶器炻器、瓷器
抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型
4．特种陶瓷是有别于传统或普通陶瓷而言的，又称为精细陶瓷、新型陶瓷等。
特种陶瓷是在传统陶瓷的基础上发展起来的，是指采用精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于进行的结构设计及便于控制的制备方法进行制造、加工的，具有优异特性的陶瓷。特种陶瓷一般分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类，结构陶瓷是指用于各种结构部件，以发挥其机械、热化学和生物等功能的高性能陶瓷。功能陶瓷是指那些可利用电、磁、声、光、热、弹性等性质以实现某种使用功能的先进陶瓷，也可以叫做特种功能陶瓷。
下列物品或设备：
①水泥路桥 ②门窗玻璃 ③水晶镜片 ④石英钟表 ⑤玛瑙手镯 ⑥硅太阳能电池 ⑦光导纤维 ⑧计算机芯片
所用材料为SiO2或要用到SiO2的是
( )。
A．⑥⑧
B．①②⑦⑧
C．①②③④⑤⑦
D．全部
解析 硅太阳能电池和计算机芯片用到的材料为晶体硅。
答案 C
【例2】
SiO2用途广泛，是光导纤维中的主要成分，而Si属半导体材料，主要用于制作电器元件、芯片、太阳能电池等。
青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是
( )。
A．青石棉是一种硅酸盐材料
B．青石棉中含有一定量的石英晶体
C．青石棉的化学组成可表示为：
Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O
D．1
mol青石棉能使1
mol
HNO3被还原
【体验2】
解析 硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称，故青石棉是一种硅酸盐产品；青石棉是一种纯净物，不可能含有一定量的石英晶体；1
mol
Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO3·H2O跟硝酸反应时，失去3
mol电子，故能使1
mol
HNO3被还原。
答案 B
纳米技术的发展，将给我们的生活带来极大的变化。“纳米技术”就是通过物理或化学方法，将物质粉碎成“纳米级”微粒。这种微粒比头发丝的十万分之一还要细，要在20万倍以上的电子显微镜下才能看得清楚。自九十年代初开始兴起的纳米技术，可以带来信息、能源、交通、医药、食品、纺织、环保等诸多领域的新变革，大大提升我们的生活质量。如在玻璃表面涂一层渗有纳米化氧化钛的涂料，那么普通玻璃马上变成具有自己清洁功能的“自净玻璃”，不用人工擦洗；计算机在普遍采用纳米化的材料后，可以缩小成为“掌上电脑”，体积将比现在的笔记本式电脑还要小得多。
普通的材料，通过纳米化处理，更能增添许多神奇特性。如陶瓷经过纳米化加工，可制成陶瓷弹簧、刀具等；而一些固体变成纳米化微粒后，不仅黏附力增强，还新添了对紫外线的吸收性质，除了可制成抗掉色的口红，还可开发出防灼的高级化妆品。此外，利用纳米化材料特殊的磁、光、电等性质，还可以开发出难以数计的新的元器件，在信息工程、生物工程等方面发挥重要作用，从而衍生出新兴的高科技产业群。
“纳米材料”是粒子直径为几纳米至几十纳米的材料，纳米碳就是其中一种。若将纳米碳均匀地分散到蒸馏水中，所形成的物质
( )。
①是溶液 ②是胶体 ③能产生丁达尔效应 ④能透过滤纸 ⑤不能透过滤纸 ⑥静置后会析出黑色沉淀
A．①④⑤
B．②③④
C．②③⑤
D．①③④⑥
解析 纳米材料的粒子直径为几纳米至几十纳米，属于胶体粒子的范围，将纳米碳均匀地分散到蒸馏水中，所形成的物质属于胶体，具有胶体的性质。
答案 B
【例3】
纳米是一个长度单位1
nm＝10－9
m。而纳米材料又称超微粒材料，其直径在1～100
nm之间被称为“跨世纪的新材料”。
下列关于胶体的认识错误的是
( )。
A．鸡蛋清溶液中加入饱和硫酸钠溶液生成白色沉淀，属于
物理变化
B．纳米材料微粒直径一般从几纳米到几十纳米(1
nm＝10－
9m)，因此纳米材料属于胶体
C．往Fe(OH)3胶体中逐滴加入稀硫酸会产生沉淀而后沉淀
逐渐溶解，这是先发生聚沉，然后发生中和反应
D．化工厂常用高压电除去废气中的烟尘，是因为烟尘微粒
带电荷
【体验3】
解析 A项为盐析的过程，盐析为可逆过程，并且属于物理变化。B项胶体属于一种分散系而纳米材料不是分散系。C项属于胶体的聚沉，即在胶体中加电解质，电解质电离产生与胶粒带相反电荷的离子中和了胶粒所吸附的电荷，消除了胶粒间的相互斥力，从而使胶体发生聚集，形成大颗粒而沉淀，同时Fe(OH)3又与加入的H2SO4发生反应生成Fe2(SO4)3而溶解。D项烟尘微粒形成的分散系为气溶胶，胶粒带电，所以可以利用高压电除尘。
答案 B第二单元
材料组成的优化
[知识回顾]
合金的性质及特点有哪些？常见的硅酸盐工业指的是哪些？
[知识学习]
一、改变材料的组成
合金：
（1）定义：
（2）合金的类型：合金可以分为三种类型：
A、金属固溶体：这是一种金属均匀地分布在另一种金属内形成的复合体，是固态溶液。固溶体只有一种晶格类型。像黄铜（67%Cu，33%Zn）、银与金的合金都是金属固溶体。
B、金属互化物：金属与金属之间生成的化合物。其组成有的是固定不变的，如铜化锌（ZnCu）、碳化铁（Fe3C）等；有的是可变的，如铜锡合金就有Cu5Sn、Cu31Sn8、Cu3Sn等多种不同组成。金属互化物不能用通常的化合价来解释。
C、机械混合物：其晶体由两种或两种以上的晶体结构混合而成，每一小晶体中只有一种金属。同前两类合金不同，机械混合物的组成是非均一的。钢、生铁、青铜等属这一类合金。
（3）合金的性质：
贮氢合金：
贮氢反应：
硅酸盐材料和特种陶瓷
（1）水泥
水泥的制取原料：
普通水泥的主要成分是
（2）玻璃
制取玻璃的原料
制取玻璃的反应
（3）陶瓷
①制造陶瓷的主要原料：粘土。
②制造陶瓷的一般过程：混合、成型、干燥、烧结、冷却、成为陶器。
③陶瓷的种类（根据原料、烧制温度划分）：土器、陶瓷、瓷器、炻器等。
特种陶瓷是有别于传统或普通陶瓷而言的，又叫高技术陶瓷、先进陶瓷、精细陶瓷、新型陶瓷、现代陶瓷、高性能陶瓷、工程陶瓷等。
特种陶瓷是在传统陶瓷的基础上发展起来的，是指采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于进行的结构设计及便于控制的制备方法进行制造、加工的，具有优异特性的陶瓷。
特种陶瓷一般分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类，结构陶瓷是指用于各种结构部件，以发挥其机械、热、化学和生物等功能的高性能陶瓷。功能陶瓷是指那些可利用电、磁、声、光、热、弹等性质或其耦合效应以实现某种使用功能的先进陶瓷，也可以叫做特种功能陶瓷。
二、提高材料的纯度
超纯硅的制取反应原理：
粗硅的制取反应：
粗硅提纯反应：
高纯硅的获得反应：
高纯硅的用途
课堂练习：
下列物质中没有固定熔点的是
A．二氧化硅
B．硅酸钠
C．玻璃
D．氢氧化钠
钢化玻璃的重要用途是制造汽车车窗，钢化玻璃是普通被进行淬火处理得到的。合成钢化玻璃的主要原料是
A．纯碱、石灰石、石英、硼砂
B．纯碱、石灰石、石英
C．石英
D．纯碱、石灰石、石英、氧化铝
某硅酸盐样品含锌58.6%，其化学组成用氧化物形式可表示为nZnO·SiO2，则n的值等于
A．2
B．3
C．1
D．1/2
下列对制取水泥和玻璃的共同特点的叙述中，错误的是
A．生产设备相同
B．原料中均有石灰石
C．反应都在高温下进行
D．发生的都是复杂的物理化学变化
根据一下材料回答5、6、7题：
硅晶体结构类似于金属，如可刻划玻璃，低温下单质硅不活泼，与空气、H2O
、酸等均无作用，但可与强碱和强氧化剂在适当温度下作用。如，硅能与卤素在加热或高温下生成四卤化硅，高价态的硅化合物可在高温下被碳、镁、氢等还原剂还原成单质硅，工业上也可用硅石与焦炭在高温下制金刚砂（SiC）。某高纯硅炼制厂却利用天然气、食盐、石英为原料制取用作半导体材料的高纯硅（含杂质少于百万分之一）。
假设根据每步反应建立一个车间，该厂需建（
）个车间
A．3
B．4
C．5
D．6
生产原理中未涉及的反应类型是
A．氧化还原反应
B．置换反应
C．化合反应
D．复分解反应
E．分解反应
该厂家不采用石英与焦炭直接制高纯硅的主要原因是
A．产量太低
B．产品中含过量的硅石或焦炭
C．产品中含SiC
D．消耗能量大
下列关于硅的说法中，不正确的是
A、硅是地壳中含量较丰富的元素
B、在自然界里，硅存在于各种矿物质和岩石中的形式是硅酸
C、晶体硅的结构与金刚石相似，都是原子晶体
D、.硅是良好的半导体材料
下列①～⑧中物质间的反应不能产生气体的是
①石灰石和盐酸
②冷浓硫酸中投入铝片
③石英与苏打混和加强热
④石墨与高温水蒸气
⑤过氧化钠与水
⑥氟与水
⑦钠与硫酸铜溶液
⑧碳酸氢钠与氢氧化钠溶液
A、①和⑤
B、④和⑦
C、③和⑦
D、②和⑧
有一天然透明晶体A是高熔点，高硬度的物质，A在纯氧中不能燃烧，但在高温时既能和石灰石，又能和纯碱反应都放出气体B，A虽不能溶于强酸，但却能溶于氢氟酸，并生成气体C，A和烧碱溶液反应生成D的水溶液，当气体B通入溶液中去，能生成不稳定的白色胶状沉淀E，在干燥的空气中，E失去部分水，得到白色粉末F，F加热后重新生成A。
（1）试推断出A、B、C、D、E、F各是什么物质？写出其化学式。
（2）写出有关反应的化学方程式。
已知SiO2＋2CSi＋2CO↑；Si＋CSiC。
现有石英砂和炭粉的混合物1mol，于高温下在电炉里充分反应后，得残留固体；
若石英砂与混和物的物质的量之比n（0＜n＜1），试讨论n取何值时，残留物的成分及其物质的量。
n
例︰n＝1/3
残留固体
Si
物质的量（摩）
1/3(或x)第一单元 材料的加工处理
1．知道材料是社会进步的物质基础，了解材料加工和性能优化与化学科学发展之间的关系。
2．知道金属表面处理技术的重要性。通过实验探究活动，了解铝的阳极氧化，了解利用电解原理进行金属表面处理的方法。
3．以氢氟酸蚀刻玻璃、用氯化铁制作电子线路板的工艺为例，了解化学腐蚀在材料加工处理中的应用。
日本NORTH公司日前成功开发出一种新型单层印刷电路板(如图)，加工方法为：把一个卷状薄膜缠到另一个辊子上，再使用蚀刻法等工艺进行加工。该印刷电路板的特点是可以把绝缘膜和铜箔厚度最小分别加工到12.5
μm和9
μm。该公司过去的产品最小分别为25
μm和12
μm。有了这样的厚度，除柔性底板外，估计还可以用于内插器等元件中。突起电极直径最大为40
μm，电极间隔最小为60
μm。老产品则分别为100
μm和300
μm。
一、金属的表面处理
1．材料加工处理的重要意义与方法
(1)重要意义：应用化学原理和化学技术对材料进行加工，往往能收到其他加工方法难以达到的效果。
(2)材料加工处理的方法。
要提高金属材料表面的耐腐蚀性能，可以用化学方法改变金属材料表面的成分。例如，在足够高的温度下，在金属表面渗入某些其他元素；用电化学方法或其他化学方法使金属表面生成一层具有防腐蚀性能的金属氧化物膜或金属盐膜。
2．铝的阳极氧化
(1)铝及铝合金的阳极氧化，能使铝及铝合金的表面生成致密的氧化膜。
(2)铝的阳极氧化。
把铝片接到电源的正极，在稀硫酸中用直流电电解，铝片表面生成较厚的氧化铝绝缘膜，这种方法叫做阳极氧化。经过抛光处理的铝制品，表面再经过阳极氧化生成透明的阳极氧化膜，增强了铝制品的抗腐蚀和抗机械划伤能力。阳极氧化膜中有微孔，在接近100
℃的水中，氧化膜发生水化，体积膨胀，其中的微孔被挤紧堵塞。由于有孔层具有很强的吸附性能，在封孔处理前，添加有机染料可以将膜染成各种鲜艳的颜色。
3．电镀
(1)概念。
电镀是运用电解原理，在金属器件表面形成一薄层有抗腐蚀、抗磨损能力的金属镀膜的过程。
(2)电镀原理。
通常，在镀槽中，待镀的金属器件与电源的负极连接作阴极，镀层金属与电源的正极连接作阳极，所使用的电镀液含有镀层金属离子。通电后，电镀液中的金属离子在电位差的作用下移动到阴极放电形成电镀层，阳极的金属形成金属离子进入电镀液，使得电镀液中镀层金属离子的浓度几乎保持不变。
(3)电镀工艺。
在电镀工艺中，要求在镀件上析出的镀层厚度均匀、光滑致密、与底层金属的附着力强。
①使用少量表面活性剂能改善镀层性能。表面活性剂能除去金属表面的油污，使镀液易于在电极表面均匀铺展开来；它还容易附着在电极表面，对金属离子在电极上的放电起到一定的阻碍作用，使金属镀层细致均匀。
②人们常在电镀液中加配合剂，金属离子与配合剂形成配合离子后，金属离子的浓度明显降低，金属在镀件上析出速率得到控制，从而得到质量较好的镀层。以往多用氰化物作配合剂，它是极毒物质，电镀废液排放前要进行处理，以免产生污染。现在推广无氰电镀。
③还可以在电镀液中加入其他添加剂，如光亮剂、平整剂等有利于提高镀层的质量。
④有时需要调节电镀液的酸碱度、控制电镀时间和温度，保证镀层质量。
二、腐蚀加工技术
1．材料的加工技术
使用金属材料和其他材料时，都要进行加工，如切削、雕镂、焊接、刨光、造型等。除了机械加工方法外，化学加工法在材料加工技术中也得到广泛的应用。化学腐蚀加工技术就是其中一例。
2．氢氟酸蚀刻玻璃
(1)氢氟酸。
氢氟酸是一种弱酸，是氟化氢的水溶液。氟化氢是无色气体，有毒，极易溶于水，它的水溶液(或氢氟酸)能与玻璃中的二氧化硅反应生成四氟化硅气体，反应的方程式为4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O。
(2)蚀刻玻璃。
利用氢氟酸对玻璃的腐蚀作用可以将玻璃的一面腐蚀，使之变得不透明，制成“毛玻璃”，也可利用这一方法在玻璃上雕刻花纹图案、制成工艺品。
思考：在实验室中，多余的氢氟酸应如何处理？
提示：氢氟酸是有毒气体HF的水溶液，实验时要注意安全，实验后的废液及剩余的氢氟酸要放到指定的容器中，不能任意排放，以免污染环境。
3．电路板的制作
(1)Fe3＋的氧化性。
Fe3＋具有氧化性，在酸性溶液中其氧化性较强。如它在酸性溶液中与KI溶液混合，生成Fe2＋和I2，反应的离子方程式为：2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2
再如Fe3＋在酸性溶液中氧化Cu，反应的离子方程式为：
2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)浓三氯化铁溶液腐蚀敷铜板。
在电子工业上，用浓三氯化铁溶液腐蚀敷铜板制作印刷电路板是化学腐蚀加工的另一个常见的例子。
在敷铜板上，用类似照相复印的方法将设计好的电子线路用感光胶印在铜箔上，然后将图形以外不受感光胶保护的铜箔用浓三氯化铁溶液腐蚀除去，反应的化学方程式为：
2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2
上述反应中，Cu在FeCl3浓溶液中被氧化为Cu2＋，Fe3＋被还原为Fe2＋。
一、铝的阳极氧化的过程
1．表面预处理
铝材及其制品表面都会不同程度地存在着污垢和缺陷。氧化处理之前，要用化学和物理的方法对制品表面进行清洗，裸露出纯净的金属基体，使得氧化着色顺利进行。
(1)除去铝制品表面的油污。把铝制品浸入60～70
℃含30～40
g·L－1碳酸钠和50～60
g·L－1磷酸三钠的溶液中，不断翻动，直到油污被除尽(新的铝制品只要浸2～3
min)，处理后分别用热水和冷水清洗。
(2)碱液侵蚀。碱液侵蚀是铝制品在添加或不添加其他物质的氢氧化钠溶液中进行表面清洗的过程，通常也称为碱腐蚀或碱洗，作为铝制品经某些脱脂方法脱脂后的补充处理，进一步清理铝制品表面附着的油污脏物，清除铝制品表面的自然氧化膜及轻微的划擦伤。一般可以把去油污后的铝制品浸入60～70
℃、含60～80
g·L－1氢氧化钠的溶液中，这时铝的表面有大量气泡生成。侵蚀时间不应超过半分钟，随即分别用热水和冷水清洗。
2．阳极氧化
用180～200
g·L－1的硫酸作电解液，以铝板或石墨作阴极，铝制品作阳极，接上13～24
V的电源。开始时，阳极电流密度应控制在0.5
A·dm－2左右，1
min后把电流密度加大到0.8～1.5
A·dm－2。电解温度保持在13～26
℃范围内，经30～40
min氧化完成。
3．染色
用冷蒸馏水仔细清洗铝制品，再将其浸在1%的氨水(用蒸馏水配制)中，中和可能残留在孔隙中的酸液。然后将铝制品立即浸入事先准备好的染色溶液中染色。可选用专门染丝、毛织物的一些有机染料，也可选用无机染料。染色液的pH可以用氨水或醋酸调节。染色的深浅可以通过染色时间的长短来控制。
4．封闭
从染色液中取出铝制品，用蒸馏水洗去表面的染色液。如果用的是有机染料，放入煮沸的蒸馏水中在95
℃以上的温度下保持20
min，就能完成封闭处理。如果用的是无机染料，只要在60～80
℃温度下烘干。
拓展思考1：氧化膜的孔隙为什么借助沸水能够封闭？
提示：使电解时生成的氧化铝转化为水合氧化铝(Al2O3·H2O或Al2O3·3H2O)、体积增大(33%至100%)，这是铝的氧化膜水化后能够封闭孔隙的原因。
二、探究镀铜的原理
镀铜是运用电解原理，根据不同的实验目的和要求设计出不同的电解装置。
探究：镀铜实验
实验目的：在铁钉上镀铜。
实验用品：
材料：铁钉、铜片或石墨片、硝酸铜或硫酸铜、导线、外电源。
实验设计：
(1)将铁钉清洗干净，据电镀原理：阳极金属失电子，阴极上金属离子得电子。设计如图所示的装置图。在铁件上镀铜。
电镀铜实验装置
(2)Cu作阳极材料，铁钉作阴极材料，CuSO4溶液作电解质溶液。
(3)接通直流电源，一段时间后，在铁件上镀上了均匀的一薄层金属Cu。
电极反应式：
阳极：Cu－2e－===Cu2＋
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
因此电镀液CuSO4溶液的浓度保持不变。
由此例可见，在电镀槽中，镀件作为阴极；阳极可以采用镀层金属，利用其阳极溶解提供镀层金属，也可以采用惰性电极材料，镀层金属则由电镀液提供；电镀液通常采用含有镀层金属离子的盐溶液。电镀时，为了得到均匀、光洁、致密的镀层，往往需要在电镀液中加入各种助剂。
拓展思考2：电镀添加剂的作用是什么？
提示：电镀工艺要求镀层厚度均匀，光滑致密，与底层金属的附着力强，因此需加表面活性剂改善镀层性能；加配合剂，控制金属在镀件上的析出速率；加入一定量的糖作整平剂；缓冲剂可稳定镀层酸度等。如在铜上镀银实验中：加味精降低溶液的表面张力；加乙二胺四乙酸钠盐为配合剂，控制金属析出速率；加醋酸钠作为缓冲剂，稳定镀层酸度；加尿素为缓冲剂，防止银镀层泛黑，提高镀层的光泽亮度；加少量蔗糖作整平剂等。
三、氢氟酸蚀刻玻璃与三氯化铁溶液腐蚀敷铜板制作电路板在原理上的异同点
氢氟酸蚀刻玻璃是氢氟酸的特殊性质，能与玻璃中的SiO2反应，其方程式为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，据此氢氟酸应保存在塑料或者铅制容器中；印刷电路板是利用Fe3＋的氧化性，离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，Fe3＋为氧化剂。
知识点1
金属表面处理
【例题1】将铝件与另一种材料作电极，以某种溶液作电解液进行电解，通电后在铝件与电解液的接触面上逐渐形成一层Al(OH)3薄膜，薄膜的某些部位存在着小孔，电流从小孔通过并产生热量使Al(OH)3分解，从而在铝件表面形成一层较厚的氧化膜。某校课外兴趣小组根据上述原理，以铝件和铁棒为电极，一定浓度的NaHCO3溶液为电解液进行实验。
(1)铝件表面形成Al(OH)3的电极反应式是____________________________________。
(2)电解过程中，必须使电解液pH保持相对稳定(不能太大，也不能太小)的原因是______________________。
(3)用NaHCO3溶液作电解液，会减缓阴极区溶液pH的增大，能说明这一原理的离子方程式为______________________________。
解析：因为铝要生成Al3＋，所以铝件应作阳极、铁棒作阴极。NaHCO3溶液为电解液，则阳极反应为Al－3e－===Al3＋，由于生成的铝离子和碳酸氢根离子互相促进水解而生成氢氧化铝。Al3＋＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑。阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，则使水的电离平衡向右移动，c(OH－)＞c(H＋)；由于Al(OH)3、Al2O3具有两性，电解液的酸性或碱性过强，都会使所形成的Al2O3薄膜溶解，碳酸氢钠能和碱反应：HCO＋OH―===CO＋H2O，所以会减缓阴极区溶液pH的增大。
答案：(1)Al－3e－＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑〔或Al－3e－===Al3＋，Al3＋＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑〕
(2)Al(OH)3、Al2O3具有两性，电解液的酸性或碱性过强，都会使所形成的Al2O3薄膜溶解
(3)HCO＋OH―===CO＋H2O
知识点2
腐蚀加工技术
【例题2】铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。
(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：____________________________。
(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。正极反应：__________________________，负极反应：______________________。
(3)腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2＋、Fe3＋和Fe2＋的浓度均为0.10
mol·L－1，请参照下表给出的数据和药品，简述除去CuCl2溶液中Fe3＋和Fe2＋的实验步骤：
________________________________________________________________________。
氢氧化物开始沉淀时的pH
氢氧化物沉淀完全时的pH
Fe3＋
1.9
3.2
Fe2＋
7.0
9.0
Cu2＋
4.7
6.7
提供的药品：Cl2、浓硫酸、NaOH溶液、CuO、Cu
(4)某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中腐蚀现象明显。请从上表提供的药品中选择两种(水可任选)，设计最佳实验，验证劣质不锈钢易被腐蚀。
有关反应的化学方程式：______________________、______________________。
劣质不锈钢腐蚀的实验现象：______________________________________________。
解析：三氯化铁腐蚀电路板的离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋；由离子方程式知铜失去电子，所以铜作负极，三氯化铁作电解质溶液(装置见答案)，正极反应：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，负极反应：Cu－2e－===Cu2＋；由表中的数据可以看出应该将亚铁离子氧化为三价铁离子，然后调节pH为3.2到4.7之间，具体步骤为：①通入足量氯气将Fe2＋氧化成Fe3＋；②加入CuO调节溶液的pH至3.2～4.7；③过滤；劣质不锈钢在某些盐溶液中腐蚀现象明显，所以可制得的盐有CuCl2、CuSO4，则最佳实验是用CuO和稀硫酸反应，方程式：CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O、CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu；现象为不锈钢表面有紫红色物质生成。
答案：(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)装置图：
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ Cu－2e－===Cu2＋
(3)①通入足量氯气将Fe2＋氧化成Fe3＋；②加入CuO调节溶液的pH至3.2～4.7；③过滤〔除去Fe(OH)3〕
(4)CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu 不锈钢表面有紫红色物质生成
点拨：该题目第(3)(4)题容易错，主要原因是未明确反应的原理，所以无法判断加入的试剂以及加入试剂的先后顺序。
1把钢件放入NaNO2和NaOH以一定配比形成的混合溶液中，表面形成蓝色氧化层(发蓝)对钢件起保护作用。生成氧化物层的反应是：
①3Fe＋NaNO2＋5NaOH===3Na2FeO2＋NH3↑＋H2O
②6Na2FeO2＋NaNO2＋5H2O===3Na2Fe2O4＋NH3↑＋7NaOH
③______Na2FeO2＋______Na2Fe2O4＋______H2O===________Fe3O4＋________NaOH
(1)配平以上第③步反应的化学方程式。
(2)升高温度，单位时间内氧化层增厚的原因是________________________________。
(3)增大NaNO2浓度，氧化层厚度会__________，原因是__________________，NaOH浓度过大，氧化层厚度会略小，原因是_____________________________________________。
解析：本题以钢制品“发蓝”为信息考查了氧化还原反应的配平以及影响化学反应速率和化学平衡的主要因素。
答案：(1)1 1 2 1 4
(2)温度升高，反应速率增大
(3)增大 NaNO2是反应物中的氧化剂，增大反应物浓度，平衡向生成物方向移动 由③知，增大NaOH浓度，平衡向逆反应方向移动，抑制Fe3O4的生成
2铜是重要的金属材料。
(1)工业上可用Cu2S和O2反应制取粗铜，该反应中氧化剂为________。电解粗铜制取精铜，电解时，阳极材料是________，电解液中必须含有的阳离子是________。
(2)在100
mL
18
mol·L－1浓硫酸中加入过量的铜片，加热使之充分反应，反应中被还原的H2SO4为________
mol。
(3)电子工业曾用质量分数为30%的FeCl3溶液腐蚀敷有铜箔的绝缘板制印刷电路板，为了从使用过的废腐蚀液中回收铜，并重新得到FeCl3溶液，设计如下实验流程。
上述流程中，所加试剂的化学式为：X________，Y________，Z________；第⑥步反应的离子方程式为______________________________。
解析：用30%的FeCl3溶液腐蚀有铜箔的绝缘板制印刷电路板时发生反应：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，废液中会含有Fe2＋、Cu2＋、Fe3＋；加入铁粉后，2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋、Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋；滤渣中含有过量的Fe和Cu，加入盐酸：Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑；通入Cl2后，2FeCl2＋Cl2===2FeCl3。
答案：(1)O2 粗铜 Cu2＋ (2)0.9
(3)Fe HCl Cl2 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－第二单元 材料组成的优化
1．知道材料的性能与其组成和结构的关系，认识改变材料组成是优化材料性能的重要手段。
2．知道合金的基本类型，了解常见合金、稀土合金、贮氢合金的组成、性能及其用途。
3．认识主要的硅酸盐材料，了解水泥、普通玻璃的主要成分、生产原料和生产过程。了解钾玻璃、玻璃纤维、钢化玻璃和彩色玻璃等特种玻璃的制造工艺。了解陶瓷的生产工艺及精细陶瓷的特殊性能和应用。
4．认识硅在信息材料制造和应用中的重要性，了解单晶硅和光纤的制造原理和应用。
5．知道纳米材料的制造方法，了解纳米材料的特性及应用。
“纳米是什么？”很多人会这么问。纳米其实是一种长度单位，1纳米是1米的十亿分之一，相当于十个氢原子一个挨一个排起来的长度。20纳米相当于1根头发丝的三千分之一。而纳米技术则是指在纳米尺寸范围内，通过直接操纵和安排原子、分子来创造新物质。简单说，纳米世界就是一个微观世界，纳米技术是我们操纵微观世界要使用的技术。想象一下，我们可以制造出微型机器人钻进人的血管里去杀灭病菌，可以生产出能在原子上写字的纳米笔，可以创造出能弯曲的陶瓷……纳米的世界丰富多彩，离我们却并不遥远。
纳米机器人
思考：什么是纳米材料？
提示：所谓纳米材料，是指用纳米量级的微小颗粒制成的固体材料。其纳米颗粒的大小不超过100
nm，而通常情况下不超过10
nm。
一、改变材料的组成
1．合金
(1)合金的基本类型。
制造各种合金，就是通过改变材料的组成获得具有特殊性能的金属材料。合金可分为三种基本类型：相互溶解，形成金属固溶体，如Cu、Zn形成的黄铜合金；相互起化学作用，形成金属化合物，如Al－Ti合金，它的耐腐蚀性比不锈钢高100倍；相互混合，形成机械混合物，如焊锡。
(2)贮氢合金。
①贮氢合金的结构特点。
某些稀土合金晶体结构中，原子排列得十分紧密，具有良好的贮氢性能，常用做贮氢材料。它们的表面有催化或活化作用，能使氢分子分解成氢原子进入金属内部，仍然保持合金的晶体结构，能贮存的氢气量极大。
②贮氢合金吸收或释放氢气的原理。
目前，贮氢合金中最具有代表性的是镧－镍合金。化学方程式为。
这个反应是一个可逆反应，正反应吸氢，放出热量；逆反应解吸，吸收热量。温度低有利于吸氢，温度高有利于放氢。在温度一定的条件下，贮氢合金在一定的压力下开始与氢气结合生成金属氢化物，这个压力就是反应的平衡压力。1
kg
LaNi5合金在室温和250
kPa下可以贮存15
g以上的氢气。
③贮氢合金的应用。
利用贮氢合金材料在吸(放)氢时放(吸)热的特点，可制造贮氢合金的空调器；利用LaNi5等贮氢合金对氢的优异选择性精制氢气，可获得纯度高达99.999
9%的氢气。利用贮氢合金贮氢的性能，将贮氢合金应用于氢气的贮存和运输。
2．硅酸盐材料和特种陶瓷
硅酸盐材料是以含硅物质为原料高温烧制而成的。水泥、玻璃、陶瓷等都是硅酸盐材料。
(1)水泥。
①原料：石灰石和黏土为主要原料，石膏粉为辅料。
②主要成分：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙。
③生产工艺：在生产过程中，将石灰石和黏土按一定的比例混合后磨成细粉。在炉窑中生料在900～1
450
℃的高温下发生复杂的反应，生成了以硅酸三钙、硅酸二钙及铝酸三钙为主要成分的硅酸盐水泥(熟料)。熟料冷却后粉碎，按需要加入一定比例的石膏粉得到成品水泥。
④主要应用：水泥作为混凝土的重要组成成分，是最常见的建筑材料。
(2)玻璃。
①原料：普通玻璃是以纯碱、石灰石、石英砂为原料。
②主要成分：普通玻璃的主要成分是硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅。
③生产工艺：普通玻璃以纯碱、石灰石、石英砂为原料，粉碎并按一定比例混合后在高温下熔融形成的。
④主要应用：向普通玻璃中加入某些化合物使玻璃呈现出不同的颜色。用于制造化学仪器的玻璃是钾玻璃(玻璃成分中的硅酸钠用硅酸钾代替)，熔点较高，耐化学腐蚀。普通玻璃还可加工成玻璃纤维和钢化玻璃。玻璃中二氧化硅含量越大越耐高温。石英玻璃中二氧化硅含量超过80%，此外还加有氧化硼，使玻璃的膨胀系数降低，能耐受温度的剧烈变化。
(3)陶瓷。
①主要原料：黏土。
②性能与用途：用黏土制作的胚体有的表面还涂上釉。不同的陶瓷使用的黏土纯度不同，烧制的温度也不同。陶瓷抗氧化、耐酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型，应用十分广泛。化学实验使用的坩埚、蒸发皿也是陶瓷制品。
与金属材料和有机高分子材料相比，陶瓷的抗腐蚀能力更强。但陶瓷有脆性且抗拉、抗弯和抗冲击性差。化学家用改变陶瓷组分的方法研制出具有高强度、耐高温、耐腐蚀，并具有声、电、光、热、磁等多方面特殊功能的新一代无机非金属材料——精细陶瓷。
思考：复杂硅酸盐如何用氧化物形式表示？
提示：表示顺序为：活泼的金属氧化物·较活泼的金属氧化物·二氧化硅·水。如高岭土：Al2 Si2O5 OH 4可表示为Al2O3·2SiO2·2H2O。
二、提高材料的纯度
1．单晶硅的制造
提高材料的纯度能够极大地优化材料的性能，获得新材料。制造芯片的材料——单晶硅就是用超纯硅制造的。
单晶硅制造工艺的有关反应为：
工业上用焦炭在电炉中将石英砂还原得到粗硅：SiO2＋2CSi＋2CO↑。
粗硅可通过下列反应转变为SiCl4或SiHCl3：Si＋2Cl2===SiCl4或Si＋3HCl===SiHCl3＋H2。
用精馏的方法将SiCl4或SiHCl3提纯后再用氢气还原得到高纯度的硅：
SiCl4＋2H2Si＋4HCl
SiHCl3＋H2Si＋3HCl
将高纯度的硅熔融拉制成单晶硅。
2．拉制光纤细丝
把氧气和四氯化硅蒸气的混合气体通过在高温炉中旋转和移动的石英管，就能够反应生成纯度很高的二氧化硅。化学方程式为SiCl4＋O2SiO2＋2Cl2，把得到的沉积在管内的二氧化硅熔化形成“玻璃棒”，在1_900～2_000_℃的高温下，熔化拉制，得到粗细均匀的光纤。
三、研制纳米材料
1．纳米材料的定义
纳米材料又称超细微材料，其颗粒直径大小为1～100
nm。因其颗粒等级属于纳米级而得名。
2．纳米材料的特性与应用
纳米材料是由纳米级颗粒积聚而成的。纳米材料在化学、光学、电磁学、力学等方面显示出许多与宏观材料迥然不同的特性，它已成为当今材料科学研究的热点之一。人们预计21世纪将是纳米材料大规模实用化的时期，因此纳米材料被誉为“跨世纪的新材料”。
3．纳米材料的制造方法
高纯度的纳米颗粒是无法用通常的机械粉碎法获得的，因为机械粉碎法只能得到直径为1_000_nm以上的粉料，而且在粉碎过程中易混入杂质。
纳米材料可以通过物理或化学方法制得。化学方法主要是利用化学反应使原子或分子聚集、沉淀形成纳米颗粒。
一、合金
1．合金的概念
金属与金属或某些非金属经过熔合而成的具有金属特征的物质叫做合金。
2．合金的特性
合金的熔点比各成分的熔点低；合金比成分金属具有更好的硬度、强度和机械加工性能。
3．合金的分类
合金按结构的不同分为机械混合物、金属固溶体、金属化合物。
(1)机械混合物：在熔融状态下，大多数金属能够完全互溶或部分互溶，如果在凝固时各组分金属分别结晶出来，就得到组分金属的机械混合物，也叫混合物合金。混合物合金的熔点比任一组分金属的熔点都低，如焊锡是锡、铅混合物合金，含锡63%的焊锡的熔点是454
K，而纯锡和纯铅的熔点分别是505
K和600
K。
(2)金属固溶体：组成合金的各组分相互溶解而成的固态溶液叫做金属固溶体，简称固溶体。固溶体仍然保持着溶剂金属的晶体结构，根据一组分的原子在另一组分的晶格中所占位置的不同，固溶体一般分为取代固溶体和间充固溶体。
(3)金属化合物：当两种金属元素的电负性、电子层结构和原子半径差别较大时，它们易形成化合物，这种金属间所形成的化合物叫做金属化合物。金属化合物的晶格结构一般不同于组分金属。金属化合物分为两种，一种是遵守化合价规则的正常化合物，另一种是不遵守化合价规则的电子化合物。电子化合物以金属键相结合，因此它具有明显的金属特性。
二、三种常见的硅酸盐产品比较
水泥
玻璃
陶瓷
原料
石灰石和黏土
纯碱、石灰石和石英砂
黏土
设备
水泥回转窑
玻璃窑
陶瓷窑
反应原理
在高温下，发生复杂的物理变化和化学变化
在高温下，发生复杂的物理变化和化学变化。其中的主要反应是：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑
手工生产陶瓷的过程是原料混合→加工成型→干燥→烧结→冷却等
主要成分
硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)
Na2SiO3、CaSiO3和过量的SiO2熔化后得到的玻璃态物质
成分复杂
主要性质
水硬性，即细粉状水泥遇水后变为坚硬的固体
玻璃没有固定熔点；易被氢氟酸腐蚀；易被碱腐蚀
抗氧化、耐酸碱、耐高温、绝缘、易加工成型等特点，广泛用于生产和生活中
其他
水泥的主要用途：非常重要的建筑材料
几种特种玻璃：光学玻璃、钢化玻璃、石英玻璃等
根据原料、烧制温度等的不同，陶瓷器主要分为土器、陶器、瓷器、炻器等
环境问题
在生产硅酸盐产品的过程中，往往会向大气中排放大量的粉尘而造成大气污染。生产水泥还需要煤和空气以提供热能，煤的燃烧也会排放出烟尘、硫的氧化物、氮的氧化物等而造成大气污染，因此生产水泥要注意保护环境
拓展思考：钢化玻璃是如何制造的？与普通玻璃的成分相同吗？
提示：把普通玻璃放入电炉里加热，使它软化，然后急速冷却，即得钢化玻璃。钢化玻璃的机械强度比普通玻璃大4～6倍，不易破碎，破碎时没有尖锐的棱角，不易伤人。钢化玻璃和普通玻璃的成分相同。
三、纳米技术的发展
纳米技术的发展，将给我们的生活带来极大的变化。“纳米技术”就是通过物理或化学方法，将物质粉碎成“纳米级”微粒。这种微粒比头发丝的十万分之一还要细，要在20万倍以上的电子显微镜下才能看得清楚。自九十年代初开始兴起的纳米技术，可以带来信息、能源、交通、医药、食品、纺织、环保等诸多领域的新变革，大大提升我们的生活质量。如在玻璃表面涂一层渗有纳米化氧化钛的涂料，那么普通玻璃马上变成具有自己清洁功能的“自净玻璃”，不用人工擦洗；计算机在普遍采用纳米化的材料后，可以缩小成为“掌上电脑”，体积将比现在的笔记本式电脑还要小得多。
普通的材料，通过纳米化处理，更能增添许多神奇特性。如陶瓷经过纳米化加工，可制成陶瓷弹簧、刀具等；而一些固体变成纳米化微粒后，不仅黏附力增强，还新添了对紫外线的吸收性质，除了可制成抗掉色的口红，还可开发出防灼的高级化妆品。此外，利用纳米化材料特殊的磁、光、电等性质，还可以开发出难以数计的新的元器件，在信息工程、生物工程等方面发挥重要作用，从而衍生出新兴的高科技产业群。
知识点1
改变材料的组成
【例题1】江苏省东海县矿产丰富，除了水晶制品名扬天下外，蛭石、蛇纹石等矿石储量大，品位高，其相关的耐火、保温隔热材料(主要成分为MgO、Al2O3)工业也较发达。某中学化学探究小组通过查阅相关资料，对蛭石的组成进行了实验探究。
Ⅰ．相关资料：①蛭石的成分可看成是由MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2组成；
②氢氧化物开始沉淀及沉淀完全时的pH：
氢氧化物
Fe(OH)3
Mg(OH)2
Al(OH)3
沉淀的pH范围
1.5～4.1
9.4～12.4
3.3～5.2
Ⅱ．相关实验：
Ⅲ．实验数据：
①矿石样品质量为：8.22
g
②实验过程中得到固体的质量：A—2.40
g、D—2.14
g、F—1.56
g
③每次转化所得固体成分只有一种
请你根据以上内容和中学化学知识回答以下问题：
(1)过滤操作需要的玻璃仪器有：___________________________________________。
(2)写出由D制一种红色颜料的化学方程式：_________________________________。
(3)工业上的耐火材料通常由F及滤液E进一步转化而成，请你根据滤液E中可能含有的成分，设计一个从滤液E制取耐火材料的实验方法：_______________________________。
(4)滤液B和NaOH溶液反应时，应控制溶液的pH在7～8
之间，这是因为：
________________________________________________________________________。
(5)通过计算，写出用氧化物的形式表示蛭石组成的化学式：
________________________________________________________________________。
解析：本题关键是要看明白流程图各步的反应以及原理。混合物MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2加入盐酸，得固体A为SiO2，滤液中加入氢氧化钠得沉淀D为Fe(OH)3，滤液C中含有Mg2＋和AlO，通入CO2生成Al(OH)3沉淀。(1)过滤操作所需的玻璃仪器：漏斗、烧杯、玻璃棒。(2)D制一种红色颜料的化学方程式：2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O。(3)所得的滤液E中含有Mg2＋，因而可加入碱生成氢氧化镁沉淀，然后加热分解即得耐火材料氧化镁。(4)根据表中数据，控制溶液的pH在7～8之间，Mg2＋没有变化，Al3＋转化为AlO，只有Fe(OH)3沉淀。
(5)n(SiO2)＝＝0.04
mol
2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O
214
g
1
mol
2.14
g
n(Fe2O3)
列式解得：n(Fe2O3)＝0.01
mol
m(Fe2O3)＝0.01
mol×160
g·
mol－1＝1.60
g
2Al(OH)3Al2O3＋3H2O
156
g
1
mol
1.56
g
n(Al2O3)
列式解得：n(Al2O3)＝0.01
mol
m(Al2O3)＝0.01
mol×102
g·
mol－1＝1.02
g
m(MgO)＝8.22
g－2.40
g－1.60
g－1.02
g＝3.20
g
n(MgO)＝＝0.08
mol
则n(MgO)∶n(Fe2O3)∶n(Al2O3)∶n(SiO2)＝0.08
mol∶0.01
mol∶0.01
mol∶0.04
mol＝8∶1∶1∶4
即该蛭石矿的组成为8MgO·Al2O3·Fe2O3·4SiO2。
答案：(1)漏斗、烧杯、玻璃棒
(2)2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O
(3)将所得的滤液E加热煮沸一定时间(或向滤液中加入足量的NaOH溶液)，再进行过滤、洗涤、干燥，最后进行高温灼烧
(4)根据表中数据，控制溶液的pH在7～8之间，Mg2＋没有变化，Al3＋转化为AlO，只有Fe(OH)3沉淀
(5)8MgO·Al2O3·Fe2O3·4SiO2
点拨：此类问题的实质是考查学生应用化学反应原理，物质制备和分离知识、经济合理性等知识分析生产实际中各种问题的能力。因此建议，在学习中多看流程图，总结规律；重视与生产实际紧密的氧化还原反应、特殊的水解反应方程式的书写。
知识点2
提高材料的纯度
【例题2】获取知识和信息是现代人不可缺少的素质，信息产业的飞速发展离不开材料科学的推动。信息产业的核心材料是高纯度的硅，单晶硅可用来制作大规模集成电路、整流器等，硅纯度越高，大规模集成电路的性能就越好。高纯度的单晶硅生产方法有：
方法一：三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：
方法二：用金属硅化物(Mg2Si)与盐酸作用制得硅烷，再热分解硅烷可得高纯硅。
根据上述信息回答以下问题：
(1)从方法一生产单晶硅的过程看，由焦炭还原得到的硅为何还要进一步处理？
________________________________________________________________________
(2)写出方法二中生产高纯硅的两个化学方程式：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________。
(3)写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式：__________________________________。
(4)在方法一中，整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式：________________；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是____________________。
(5)比较方法一和方法二，分析一下各自的优缺点：______________________________。
解析：(1)C还原SiO2得到的单质硅是粗硅，杂质的含量高，需要进一步的提纯处理；(2)Mg2Si与盐酸作用生成硅烷，同时生成MgCl2；(3)注意副产物为HCl；(4)SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学方程式：SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋H2↑＋3HCl；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是高温下，H2遇O2发生爆炸。
答案：(1)由C还原SiO2得到的单质硅中，杂质含量过高，将它用HCl、Cl2处理得到低沸点SiHCl3，便于蒸发提纯，然后再还原得高纯硅
(2)①Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑
②SiH4Si＋2H2
(3)SiHCl3＋H2Si＋3HCl
(4)SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋3HCl＋H2↑Si被氧化成SiO2而得不到Si单质，H2和O2混合发生爆炸
(5)方法一的优点是原料来源丰富，但与方法二相比，步骤较复杂，方法二的优点是流程简单，缺点是原料需要制备
1下列关于工业生产的叙述中错误的是( )。
A．制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英砂
B．工业上电解熔融的氯化钠来制取钠
C．将二氧化硫催化成三氧化硫后，在吸收塔内用水吸收制得浓硫酸
D．制造普通水泥的主要原料是黏土、石灰石
解析：硫酸虽然由三氧化硫和水化合得到，但工业上并不直接用水或稀硫酸来吸收三氧化硫，因为那样易形成酸雾，不利于三氧化硫的吸收，C错误。
答案：C
2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＋3HClSiHCl3＋H2；
③SiHCl3与过量H2在1
000～1
100
℃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(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_______________________________________________________________________。
解析：分离沸点不同的液体的方法是分馏，根据题干“SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃”可知道H2的作用之一就是排尽装置内空气，防止SiHCl3自燃，而此处的H2必须是干燥的，可知B的作用就是干燥H2，所以选用浓硫酸。由于通入D中应是稳定的SiHCl3与过量H2的气流，所以C装置需要加热，并且是水浴加热，由D装置应加热到1
000～1
100
℃，所以必须用石英管。
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有固体生成 在该反应温度下，普通玻璃会软化
SiHCl3＋H2Si＋3HCl
③排尽装置内的空气
