鲁科版高中化学必修1第四章元素与材料世界整章教案
文档属性
| 名称 | 鲁科版高中化学必修1第四章元素与材料世界整章教案 |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 199.0KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 鲁科版 | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2009-05-08 17:53:00 | ||
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文档简介
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鲁科版高中化学必修1第四章元素与材料世界整章教案
第一节 硅 无机非金属材料
一、新课程导航
学习目标
（1）知识及技能：
1．了解硅及二氧化硅的主要性质及这些性质在材料中的应用。
2．了解硅在半导体工业（借助硅的性质），二氧化硅在现代通讯业（借助二氧化硅的性质），传统的硅酸盐制品（玻璃、水泥、陶瓷）和一些新型无机非金属材料（高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等）在生产、生活中的重要应用。
（2）过程与与方法：
1．通过对碳、氮、硫、氯、硅等非金属单质及其化合物的性质、用途的比较，学会用比较、归纳、类比的学习方法学习新物质性质的能力。
2．学会结合教材，联系实际生产和生活，整理、搜集有关资料的方法，并对搜集到的资料进行相互交流
（3）情感态度与价值观：
在学习中体会组成各种材料的物质的性质与材料性能的密切关系，认识新材料的开发对人类生产、生活的重要影响，学会关注与化学有关的社会热点问题，激发学习化学的热情。
知识归纳
本节重点：
1．从单质硅的性质认识它的用途。
（1）硅的性质： 硅是重要的半导体材料，由于硅元素原子的最外层有四个电子，因而化学性质稳定，常温下只能跟氟气（F2）、氢氟酸（HF）、强碱溶液反应。加热时能与氧气等非金属反应。
（2）硅的制法：工业上，用焦炭在电炉中还原SiO2得到含有少量杂质的粗硅后再提纯（粗硅的提纯请参考教科书110页第2题的内容加以了解）。
（3）硅的用途：高纯硅用作半导体材料，制造晶体管、集成电路等，将硅元素掺入钢中制成硅合金，可以改变钢的性能，如具有良好的导磁性、耐酸行等，用来制造变压器铁芯，制造耐酸设备等。
2．从二氧化硅的性质中认识它的用途。
（1）二氧化硅的化学性质 ：从二氧化硅的组成看，二氧化硅具有酸性氧化物的通性 ，但它的性质不活泼，常温下能与碱溶液如氢氧化钠溶液反应，高温下才与碱性氧化物氧化钙反应。二氧化硅的特性是常温下和氢氟酸反应。
（2）二氧化硅难溶于水，它是硅酸（H2SiO3）的酸酐。硅酸难溶于水，酸性很弱(比碳酸还弱)。
（3）二氧化硅的用途：刻饰玻璃、制造压电材料（用于石英钟）、制造高性能通讯材料（光导纤维）、制做工艺品等。
3．从硅酸盐的性质中认识传统的无机非金属材料（玻璃、水泥、陶瓷、砖瓦、水玻璃等）和新型的无机非金属材料（高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等）。
（1）硅酸盐组成往往比较复杂，常以其对应的氧化物的形式表示，如黏土表示成Al2O3·2SiO2·2H2O的形式（其实，其中并不含这些氧化物）等。最常见的可溶性硅酸盐是Na2SiO3，它的水溶液称为水玻璃，具有粘性，所以实验室盛放氢氧化钠溶液的试剂瓶必须用橡胶塞而不能用玻璃塞（你能解释其中的道理吗？）。
（2）制造普通玻璃的主要化学反应有： CaCO3＋SiO22 CaSiO3＋CO2↑,Na2CO3＋SiO22Na2SiO3＋CO2↑；普通玻璃的主要成分是CaSiO3 、Na2SiO3和SiO2的混合物，它们融化在一起，形成的混合物没有固定的熔点，称为玻璃态物质。当在软化状态时，可以制成任何形状的制品。
（3）普通水泥的主要成分是硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2）和铝酸三钙（3CaO·Al2O3）等，水泥具有水硬性。
本节难点：
硅及二氧化硅的主要性质。
本节考点：
1.二氧化硅的化学性质。
2.硅及其化合物在信息技术、材料科学等领域的应用。
二、典型题解读
基础题
例1、解释下列事实。
(1)碳的非金属特征大于金属特征，碳的非金属性大于硅。 。
(2)在常温下硅的化学性质不活泼，但自然界却没有单质硅存在__ 。
(3)硅酸钠溶液中通入CO2气体时，可生成难溶于水的酸---- 硅酸。_ 。
解析：正确解答本题关键是理解事实的内涵，即善于从表象透析其实质，如(1)应从结构去分析——结构决定性质；(2)从稳定性上去分析；(3)从酸性强弱规律上去分析。
答案：(1)两元素的原子最外层电子数相同，但碳原子的核外电子层数比硅少，因而原子半径小，原子核对外层电子的吸引力大，非金属性比硅强 (2)在自然条件下，硅不如其化合物――特别是二氧化硅及硅酸盐稳定，因而硅主要以二氧化硅及硅酸盐的形式存在。(4)硅酸的酸性比碳酸弱，因而在硅酸钠溶液中通入二氧化碳后可发生复分解反应（相当于强酸制弱酸。
名师指点：对事实性解释题，要先认清事实，相信事实，相信事实后面一定蕴藏着一定的化学原理。在弄清事实的性质的基础上运用化学原理去分析。
例2.下列有关二氧化硅的叙述中错误的是（ ）
A．SiO2是酸性氧化物，它对应的水化物是硅酸(H2SiO3)
B．硅酸可由SiO2直接制得
C．SiO2可与碱性氧化物或强碱反应
D．光导纤维的主要原料就是SiO2
解析:SiO2是酸性氧化物，它对应的水化物是硅酸，但SiO2不溶于水，硅酸不是由SiO2直接溶于水制得的。Si元素属于非金属元素，故SiO2是酸性氧化物，能与碱性氧化物或强碱反应。根据课本知识我们知道，SiO2是制造光导纤维的主要原料。
答案：B
例3．（1）实验室里盛放氢氧化钠等强碱性溶液的试剂瓶瓶塞不能用玻璃塞而用橡胶塞，是因为________。
（2）检验生石灰里含有石英和石灰石的方法是___________。
解析:根据题目创设的情景，联系试剂瓶、玻璃塞的成分，结合有关的反应和有关物质的性质去解释。物质的检验也是根据物质的性质，根据不同的现象加以检验。
答案：（1）试剂瓶的磨口处及玻璃塞中均含有SiO2，SiO2与氢氧化钠等碱反应，生成象硅酸钠等这样的硅酸盐，而硅酸钠等具有粘性，会使瓶塞与试剂瓶粘在一起，因而不用玻璃塞而用不与碱反应的橡胶塞。有关反应方程式为：SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O。
（2）将样品加入盛有足量稀盐酸的烧杯中有无色气体放出，证明含有石灰石；烧杯底部仍有不溶性物质存在证明含有石英。
例4.想一想，下面三个词为什么归纳在一起 陶瓷、玻璃、水泥。从下面所给的四个词中选出与它们同类的一个（ ）
A.光导纤维 B.有机玻璃 C.人造纤维 D.砖瓦
解析: 陶瓷、玻璃、水泥为传统非金属材料，属于硅酸盐工业产品，光导纤维、有机玻璃、人造纤维为新型非金属材料，只有砖瓦属于传统无机非金属材料，其主要成分是硅酸盐，跟陶瓷、玻璃、水泥属于同类产品。
答案: D
例5. 美国“9.11”恐怖事件给纽约带来了一场严重的环境灾难——石棉污染，因为这易使吸入石棉纤维者患肺癌。已知石棉是硅酸盐矿物，某种石棉的化学式可表示为：Ca2MgxSiyO22(OH)2，式中x、y的值分别为（ ）。
A.8、3 B.5、8 C.3、8 D.8、5
解析:根据在化合物中元素化合价的代数和等于零的原则，联系到硅酸盐中硅元素的化合价为＋4价，可列出一个关于x、y的二元一次方程，然后再根据x、y的取值范围（正整数），讨论确定合理的取值，结合选项，选出正确答案。
答案:B
探究平台
例6.在多年使用的厨房里，久未更换的玻璃往往失去光泽，严重的还会形成白色斑点，这种现象化学上叫做“碱析”，你认为产生碱析的化学方程式应是：___________________。
解析：这是一道运用所学知识解释实际问题的题目，经常尝试既有利于掌握化学理论知识，还有利于培养自己的实践能力。玻璃的主要成分有Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，厨房中CO2、H2O（g）浓度相对较高，碳酸酸性强于硅酸，时间长了玻璃中的Na2SiO3将会在CO2、H2O（g）的持续作用下析出白色难溶性的H2SiO3，使玻璃失去光泽，严重的会形成白色斑点。
答案：Na2SiO3+CO2+H2O＝Na2CO3+H2SiO3↓
名师指点：白色斑点是什么？“碱析”的含义又是什么？要把所学课本知识，应用到厨房里久未更换的玻璃的白色斑点这一现象上，通过探究思考寻求答案。本题的探究点就在于结合“厨房”环境，结合玻璃的成分，结合出现的现象去联想作出解释。
例7.材料科学是近年来与化学有关的科学研究的热点。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、抗氧化的特性。它是以中学化学中常见物质为原料来生产的，右图虚线框外为其生产的过程；虚线框内的其它转化是为探究C的组成而设计的，G、F、H均为难溶于水的白色固体；图中C、M、K均含A元素，其余物质均为中学化学中常见物质。请回答下列问题：
（1）写出指定物质的化学式：C ，F ，K 。
（2）写出图中下列序号的反应的离子方程式：
反应③ ；
反应⑤ 。
（3）写出反应④的化学方程式： ___________。
解析：通过对化合物C的探究得知，有由E到G再到G的转化，可推测G是AgCl,E中含有Cl－；由H到I到F的转化，可推测H对应的酸的酸性比碳酸还弱，应是SiO2,这样F就应该是H4SiO4（或H2SiO3），进而推测化合物C应是含Si和Cl的化合物，根据化合价规则推知C应该是SiCl4 。K是什么呢？此时可以展开对化合物M的探究：M中的A是硅，这样在M中就含有硅、氮、氢三种元素，再隔绝空气高温生成的K中又必须含Si元素，其产物必然是Si、N、H的两两组合，结合K是一种新型无机非金属材料，它是一种超硬物质，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击、抗氧化的特性，推测只有氮硅组合形成的化合物Si3N4（根据化合价规则书写的化学式）是合理的。
答案：（1）C. SiCl4 F. H4SiO4（或H2SiO3） K. Si3N4 （2）③Ag+＋Cl－＝AgCl↓ ⑤SiO2＋2OH－＝SiO32-＋H2O
（4）3Si(NH)4Si3N4＋8NH3
名师指点：此题在多处可展开探究,元素化合物的推断无非就是根据题目提供的各种信息，包括物质的性质、用途、物质的转化信息以及一些常规的基本知识，去组合，去试验，去检验，以达到合理的要求。掌握牢固的基础知识，学会灵活的运用，面对新情景问题不畏艰难，思路清晰，这是我们学习中着力达到的理想目标。
创新天地
例8.人造骨是一种新型的无机非金属材料，它类似于人骨和天然牙的性质结构，这是利用了这类材料的__________特性。人造骨可以依靠从人体体液中补充某些离子形成新骨，可在骨骼界面产生分解、吸收、析出等反应，实现骨骼的牢固结合。人造骨植入人体内需要吸收人体中的__________形成新骨。
A.Ca2+ B.Cl－ C.Na+ D.PO
解析：新型无机非金属材料具有：耐高温特性、电学特性、光学特性和生物特性，人造骨是利用了生物特性，根据人造骨和天然骨的性质和结构，根据人骨的主要成分是Ca3（PO4）2，所以推测人造骨植入人体内需要吸收人体中的Ca2+和PO形成新骨。
答案：生物学 ， A、D
名师指点：材料科学是一门新兴的科学，新型的无机非金属材料应用于人体中，它必须参与人体生物的生理活动，因而推测人造骨是利用了生物特性。本题也是一个化学知识与生物知识相融合的好题。
例9．古希腊流传这样一个传奇故事．一批贩运纯碱的商船停泊在江边的沙滩旁，商人们找不到石头来搭灶煮饭，就把船上的大块纯碱搬来，放到砂地上垫锅做饭，饭熟后商人们惊奇地发现“灶”变成了晶莹透明的固体，你猜测这固体应该是______，主要成分是______．
解析：据故事所提供的情景，所得晶莹透明的固体应该是由商贩们所用的纯碱和砂地中的成分SiO2反应所形成的物质，再联系该物质“晶莹透明”的外观，结合我们所学这是，断定该固体应属于玻璃。其主要成份是什么？应依据题目所给条件来推断，这就是在这里纯碱与沙子加热反应生成的Na2SiO3以及多余的SiO2。
答案：玻璃；Na2SiO3和SiO2
名师指点：本题情景新、反应条件奇特、答案新。要打破思维定式，结合具体情景，联系已有知识具体分析。在这里的成份应是Na2SiO3和SiO2，而不要机械的照搬教材答成CaSiO3、Na2SiO3、SiO2 。
开放拓展
例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氮气在1300℃反应制得。
(1) 根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是________ 。
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
(2)画出N的原子结构示意图：_________，试着判断氮元素的最低负价为 ，请从原子结构和化合价两个角度分析推断氮化硅的化学式：_________________。
(3 )氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其它无机酸反应。请写出该陶瓷与氢氟酸发生复分解反应的化学方程式：____________________________________________。
(4)用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热使四氯化硅和氮气发生反应，可得较高纯度的氮化硅，则反应的化学方程式为________________________________________________________。
思路点拨：（1）性质决定用途，结合氮化硅的性质推测它的用途，结合选项，应选C、D；（2）从原子稳定结构考虑和正负化合价代数和等于零的规则考虑，因N显-3价，Si显+4价，由此可写出氮化硅的化学式为Si3N4。（3）题目已告诉我们氮化硅与氢氟酸的反应属于复分解反应，照着葫芦画个瓢就是了；（4）注意理清该反应中的反应物和条件，另外正确地推测出除氮化硅外的另一种产物，完整地写出方程式。
新情景试题的特点是材料在题外，答案在题内。相信有关知识和原理肯定是大家学过的，关键是怎样把新要求与老知识结合起来，这就是要求的能力。
三、易错题点拨：
例1、下列溶液中可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是（ ）
A．硅酸钠溶液 B．氢氟酸 C．氢氧化钠溶液 D．氯化钠溶液
正确答案：A、C.氢氧化钠溶液与二氧化硅在常温下反应十分缓慢，所以可以盛放在玻璃瓶中，但试剂瓶磨口处的二氧化硅跟氢氧化钠缓慢反应后，生成的硅酸钠是一种矿物胶，使瓶塞与瓶口粘在一起，因此不能用磨口玻璃塞。硅酸钠溶液可以用玻璃瓶盛放，只是不能用磨口玻璃塞（原因同氢氧化钠溶液）。氯化钠溶液不跟玻璃中各种成分反应。
常见错误：选B.玻璃的主要成分之一是二氧化硅，它能跟氢氟酸迅速反应，所以，氢氟酸不能盛放在玻璃、陶瓷容器中，只能保存在铅皿或塑料瓶中。
例2. 假设SiO2晶体中部分Si原子被Al原子取代，不足的价数由K原子补充，当有25%的硅原子被铝原子取代时，可形成正长石，则正长石的化学组成为( )。
A. KAlSi3O8 B.KAlSi2O6 C. KAlSiO4 D.KAlSi4O10
正确答案：A
常见错误：选B、C、D或干脆不会做。友情提示：本题与其说是考查化学知识，不如说是考查文字的阅读理解能力和数据的巧妙处理能力与化学知识的整合。仔细解读题意不难看出，25%的硅原子被铝原子取代，相当于1/4的硅原子被铝原子取代，不妨设每个正长石的分子中含3个硅原子，则必然有1个铝原子，这是相当于有4个硅原子，对应的氧原子数应为8，此时再根据化合价规则，尚有一个正电荷的空缺，根据题意正好由一个钾原子补充，得出正长石中的原子组成为：1个钾原子、1个铝原子、3个硅原子、8个氧原子，化学式应为KAlSi3O8，选A。
四、自我测评
一、选择题：
1.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
2.下列关于水玻璃（Na2SiO3的水溶液）的性质和用途的叙述中不正确的是 ( )
A.它是一种矿物胶，既不燃烧也不易受腐蚀
B．在建筑工业上可以作粘合剂、耐酸水泥掺料等
C．木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧
D．水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质
3.下列关于二氧化硅的叙述中，不正确的是( )
①在固态和液态时，导电性能都很弱。②能跟强碱反应，但不能与水反应。③硅与碳原子的最外层上都是4个电子，故SiO2的物理性质与CO2类似。④既是酸性氧化物，又是碱性氧化物。
A.②和③ B.③和④ C.②和④ D.④
4.在水玻璃中通入足量的CO2气体,充分反应后,加热蒸发,再高温灼烧,则最后所得的固体物质为
A.SiO2与NaHCO3 B.SiO2与Na2CO3 C.SiO2 D.Na2SiO3
5.主要成分含有硅酸盐的物质是( )
A.钢化玻璃 B.水玻璃 C.玻璃钢 D.玻璃纸
6.下列物质中主要成分是二氧化硅晶体的是 ( )
A.红宝石 B.水晶 C.刚玉 D.天然钻石
7. 高岭土的组成可表示为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
8. 据2001年12月的《参考消息》报道，有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，下列关于其有利因素的说法中，你认为不妥的是 （ ）
A．便于运输、储存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料
B．自然界的硅易开采，且可再生
C．硅燃烧放出的热量大，且燃烧产物对环境污染程度低容易有效控制
D．自然界中存在大量单质硅
9.光纤通信是以光作为信息的载体,让光在光导纤维中传播,制造光导纤维的基本原料是( )
A.钢 B.铜 C.石英砂 D.铝
10.关于硅的下列叙述中,不正确的是 ( )
A.在自然界中,硅既能以游离态形式存在,又能以化合态形式存在
B.硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，因而是一种半导体材料 C.常温下,硅可以与氟气、强碱溶液起反应
D.在加热条件下,硅可与氧气、氯气、硝酸等物质反应
11.下列叙述中，正确的是( )
A．金属氧化物一定是碱性氧化物 B．碱性氧化物一定是金属氧化物
C．非金属氧化物一定是酸性氧化物 D．酸性氧化物一定是非金属氧化物
12.、美国航天飞机“哥伦比亚号”爆炸，造成震惊世界的航天惨案。关于失事的原因有各种推测，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，你认为其主要作用是（ ）
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
13.实验室保存下列化学试剂的方法有错误的是（ ）
A.水玻璃保存在用橡胶塞的试剂瓶中
B.氢氟酸保存在磨口玻璃试剂瓶中
C.固体烧碱放在广口塑料瓶中并用塑料盖盖严
D.金属钠保存在煤油中
14.实验室里熔化氢氧化钠时，不能选择用的坩埚是（ ）
A.石墨坩埚 B．石英坩埚 C．铁坩埚 D．瓷坩埚
二、填空题
15.三硅酸镁被用来治疗胃溃疡，是因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。把三硅酸镁(Mg2Si3O8·nH2O)改写成氧化物形式为_________。写出它中和胃酸(HCl)的化学方程式：__________________________________________。
16.用地壳中某主要元素生产的多种产品在现代高科技中占有重要位置，足见化学对现代物质文明的重要作用。例如：
（1）计算机芯片的主要成分是 ；
（2）光导纤维的主要成分是 ：
（3）目前应用最多的太阳能电池的光电转化材料是 ；
（4）用作吸附剂、干燥剂、催化剂或催化剂载体的人造分子筛大多是一类称为 的化合物。
17.氮化硅Si3N4是一种高温结构材料，粉末状态的Si3N4可以由SiCl4的蒸气和NH3反应制取。粉末状Si3N4对空气和水都不稳定。但将粉末状的Si3N4和适量氧化镁在230×1.01×105Pa和185℃的密闭容器中热处理，可以制得结构十分紧密、对空气和水都相当稳定的固体材料，同时还得到对水不稳定的Mg3N2。
①写出由SiCl4和NH3反应制取Si3N4的化学反应方程式 ；
②在Si3N4和适量氧化镁在230×1.01×105Pa和185℃的密闭容器中热处理的过程中，除生成Mg3N2发生的反应方程式为 ；
③氮化硅Si3N4是一种高温结构材料，其优点是 （只要求写出二种）。
18.某学生兴趣小组想利用高岭土[其主要成分是Al2O3·2SiO2·2H2O]试验新型的净水剂。试验程序如下：
其中滤液E就是欲求的净水剂。试回答下列问题：
①写出混合物A、B，滤液C、D的主要成分
A： ；B： ；C： ；D： 。
②写出高岭土与纯碱熔融的两个化学方程式 ；
③该试验中，熔融高岭土可以选用的坩埚有
A．玻璃坩埚 B．瓷坩埚 C．氧化铝坩埚 D．铁坩埚
第一节 无机非金属材料—硅参考答案
1. C 2.D 3.B 4.B 5.AB 6.B 7.B 8.D 9.C 10.A 11.B 12.D 13.B 14.B
15.2MgO·3SiO2·nH2O；2MgO·3SiO2·nH2O＋4HCl=2MgCl2＋3SiO2＋(n＋2)H2O
16. (1)硅（或Si或单晶硅）(2)二氧化硅（或SiO2）(3)硅（或Si） (4)铝硅酸盐（或硅铝酸盐）
17.①3SiCl4+4NH3=Si3N4+12HCl；②Si3N4+6MgO=3SiO2+2Mg3N2；③抗氧化、耐磨损、抗腐蚀、润滑性、抗冷热冲击等。
18．(每空2分) ①A：NaAlO2和Na2SiO3；B：NaAlO2和Na2SiO3；C：AlCl3；D：H2SiO3。
②Al2O3＋Na2CO3 2 NaAlO2＋CO2↑；SiO2＋Na2CO3 2 Na2SiO3＋CO2↑
③D
第二节 铝 金属材料
一、新课标导航
学习目标
（1）知识与技能
1．了解铝的还原性、氧化铝和氢氧化铝的两性。
2．认识铝及其重要化合物的化学性质，并能比较了解它们的性质与其它常见金属及其化合物的不同，结合它们的性质，能够列举铝合金材料在生产和生活中的重要应用。
3．了解钢铁这一重要的黑色金属材料，知道在钢铁中掺入少量的其它元素可以制得不锈钢的材料生产事实，认识少量元素所的起的重要作用。
4.了解金、银、铜等有色贵重金属（货币金属）的主要性质以及它们作为材料在工业生产和高科技领域的应用。
（2）过程与方法
1．初步学会运用化学实验、物质分类等探究物质的性质的方法。
2．通过对不锈钢不易锈蚀原理的认识，进一步体会金属性质与金属材料间的密切联系。
（3）情感态度和价值观
通过对学习的亲身体验和丰富多彩的实验现象，培养自己学习化学的兴趣和崇尚科学，勇于探究的科学品质，增强学好化学、服务社会的责任感和使命感。
知识归纳
本节主要是在前面学习非金属元素、金属元素中的钠、铁、镁和了解的无机非金属材料在生产、生活中的重要应用的基础上，了解对另一种金属铝及其化合物重要性质的认识，进一步丰富大家对金属元素及其化合物知识的认识，形成一个更为广阔的认识物质世界的空间。另外，金属材料的发展有着悠久的历史，金属及其合金在工农业生产和生活等方面有着重要的用途，通过学习，使我们认识金属的物理、化学性质与应用之间的密切联系。
金属材料的基本元素是金属。人们将金属材料分为黑色金属材料和有色金属材料两大类，铁、铬、锰及其合金成为黑色金属材料，其它的金属材料及其合金成为有色金属材料，因此，笼统地说，金属材料具有高强度、优良的塑性和韧性，耐热、耐寒，可铸造、锻造、冲压和焊接，还有良好的导电性、导热性和铁磁性，因此是一切工业和现代科学技术中最重要的材料。
本节重点：
对金属铝的还原性和氧化铝、氢氧化铝两性的认识。
（1）铝元素原子的最外层有3个电子，在参加化学反应时容易失去这3个电子，表现为还原性，可以跟氧气反应，跟一些熔点高的金属的氧化物反应，将这些高熔点的金属从它们的氧化物中还原出来，这一反应叫做铝热反应，常用来冶炼金属、野外焊接钢轨、焊接大截面的钢材部件、使钢筋混凝土建筑的钢筋熔断，楼体坍塌，实施定向爆破等。
（2）铝的氧化物氧化铝和氧化物对应的水化物氢氧化铝，在常温下既能跟酸反应生成盐和水，又能跟碱反应生成盐和水，因而它们属于两性氧化物和两性氢氧化物。
（3）铝能跟酸反应生成盐和氢气表现出还原性；铝有别于其它金属的地方是还能跟碱溶液反应，如跟氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸钠，反应方程式为：2Al＋2NaOH＋6H2O＝2Na[Al（OH）4]（四羟基合铝酸钠）＋3H2↑，金属铝仍表现的还原性。因而金属铝只有还原性，而无氧化性，更无两性之说。
本节难点:
1．比较法学习物质的性质，根据物质的组成，利用实验、分类等方法推测研究物质化学性质相似性的方法。
突破该难点的方法：前面已经学习了金属钠、镁、铁及其化合物、合金的一些性质，本节主要介绍的是铝及铝合金的性质和用途，学习时将同一类物质放在一块，通过比较，找出它们组成上的相同点，然后根据代表物质具有的性质，推测它们性质的相似性，再找出它们组成上的不同点，具体研究它们性质上的差异，并学会列表比较。
2．对“两性物质”（两性氧化物、两性氢氧化物）概念的认识。
突破方法：既能跟酸反应生成盐和水（表现出碱性氧化物的性质），又能跟碱反应生成盐和水（表现出酸性氧化物的性质）的氧化物称为两性氧化物，如Al2O3 、ZnO等；既能跟酸反应生成盐和水（表现出碱的性质），又能跟碱反应生成盐和水（表现出酸的性质）的氢氧化物称为两性氢氧化物，如Al(OH)3、Zn（OH）2等。而对于它们所含中心元素Al、Zn均属于金属元素，绝不能把Al元素、Zn元素说成是“两性元素”，它们的单质只有金属性、还原性，而没有非金属性和氧化性。
3．从实验事实认识铝与氢氧化钠溶液的反应，进而了解某些金属也能和强碱反应。
解读:铝与氢氧化钠溶液的反应，实质是在氢氧化钠存在的条件下，铝与水反应，生成四羟基合铝酸（H[Al（OH）4]）和氢气，四羟基合铝酸与氢氧化钠发生中和反应，生成四羟基合铝酸钠（Na[Al（OH）4]）和水，使反应得以完成。该反应的化学方程式为：2Al＋2NaOH＋6H2O＝2Na[Al（OH）4]＋3H2↑，该反应既是离子反应，离子方程式为：2Al+2OH-+6H2O=2[Al（OH）4]-+3H2↑，又是氧化还原反应，所标电子转移的方向和数目为：
2Al +2OH-+ 6H2O＝2[Al（OH）4]2- + 3H2↑
本节考点：
1．金属铝的还原性及氧化铝、氢氧化铝的两性在氧化还原反应方程式的书写，离子共存问题的判断，实验判断中的应用。
2．镁铝的合金及镁铝的混合物在反应中的应用。
3．金属铝与酸反应及铝与强碱溶液反应的有关计算。如金属铝与酸反应及铝与强碱溶液反应放出氢气的有关计算。
4．对金属材料与金属性质对应关系及金属材料分类知识的考查。
二、典型题解读：
基础题
例1．铝的化学性质较活泼，为什么通常铝制品都很耐腐蚀？为什么不宜用钢刷、沙等来擦洗铝制品？
。
解析及答案：铝与空气中氧气反应生成致密的氧化物保护膜，从而阻止了铝的进一步氧化；用钢刷、沙等擦洗铝制品，会破坏铝表面的氧化物保护膜，加速铝的氧化。
友情提示：结合学过的化学知识，回家告诉家长科学合理地使用家具。
例2．下列物质：①NaHCO3 ②Al ③Al2O3 ④Al(OH)3中，既能与盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应的化合物是（ ）
A、③④ B、①③④ C、③ D、全部
解析：本节学过的Al、Al2O3、Al(OH)3均既能与盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应，很容易选择，但Al属于单质而不属于化合物，故不能选②，而对于NaHCO3则容易被漏掉，NaHCO3属于弱酸的酸式盐，它既能与盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应，且是化合物，符合题意。
答案：B
友情提示：既能跟酸反应，又能跟碱反应，这是它作为一种弱酸的酸式盐所表现出来的性质，绝不能把它叫做两性化合物。
例3． 有一乡村中学由于条件所限，仅有一大一小两种试管和稀硫酸。甲、乙两个学生找来铝制废牙膏皮，各自设计了一种装置，制取并收集一试管氢气。
（1）哪个学生设计的装置比较合理？ ，用较合理的装置制取氢气，要使氢气充满收集氢气的试管，应该采取的措施是 。
（2）实验室还可用 代替稀硫酸与铝反应制取氢气，其反应的离子方程式为 （必须与上述反应原理不相同）。
解析：问题（1）的关键是理解向下排空气法的实质；问题（2）中制取H2的原理包括两类：活泼金属与非氧化性酸的反应、铝与强碱的反应，考虑题目要求“必须与上述反应原理不相同”，应选铝与强碱的反应。
答案：（1）乙 ； 将小试管伸入到试管底部，待小试管中充满气体后，再慢慢将大试管提起。（2）NaOH溶液 ； 2Al+2OH-+6H2O=2[Al（OH）4]-+3H2↑。
友情提示：在题目的第（2）问中，若你再设计一个用稀盐酸等其它非氧化性酸来代替稀硫酸与铝反应制取氢气，是否有点“违背命题者的意图”？你说呢？由此你能受到哪些启示？理解实验室选择制取气体反应的原理，懂得气体收集装置的实质，明确命题者的命题意图，才会作出“符合题意的文章”。
例4．金属与酸反应（生成H2）的有关计算：
（1）将一定质量的Mg、Zn、Al混合物与足量稀H2SO4反应，生成H2 2.8L（标准状况），原混合物的质量可能是（ ）
A． 2ｇ B. 4ｇ C. 8ｇ D. 10ｇ
解析：不要按部就班的根据化学方程式计算，可按“极值讨论法”讨论该题。根据生成氢气标准状况下的体积2.8L换算成物质的量，为0.125mol，再根据三种金属反应时与放出氢气的对应物质的量关系：1∶1、1∶1、2∶3，若分别为三种金属单独反应（极限情况），则需三种金属的质量分别约为3g、8.125g、2.25g。而实际是三种金属的混合物，因而质量应介于两极值之间，即介于2.25g到8.125g之间，对照答案，选B、C
答案：B、C
（2）等物质的量的Na、Mg、Al分别与足量盐酸反应产生氢气量之比为（ ）
解析：由题意知，酸为过量，故产生H2的量由Na、Mg、Al的量决定。
依题意 2Na～H2；2Mg～2H2；2Al～3H2
故等物质的量的Na、Mg、Al分别与足量盐酸反应产生H2量之比为1∶2∶3。
友情提示：在该条件下产生氢气的量之比，实质是等物质的量的金属失电子数之比，也等于在其对应的产物中金属表现出的化合价之比。
（3）若与足量盐酸反应后产生H2的量相同，则所加入Na、Mg、Al三种金属的质量比为（ ）
解析：依据题意，可得关系式：2Na～H2；Mg～H2；Al～H2
故所加入Na、Mg、Al三种金属的质量比为：mNa:mMg:mAl＝46：24：18＝23：12：9。
友情提示：该条件下酸过量产生H2的量相同，即金属失电子数相等，故应加入金属的质量比等于在该反应中表现出的摩尔电子质量（元素的摩尔质量除以其对应的化合价）比，即为。
金属与酸反应生成氢气的反应，经常用于计算题的考查，掌握一些计算技巧，有助于提高解题速度，在竞争中取胜。
例5．在硝酸铝和硝酸镁的混合溶液中，逐滴加入稀氢氧化钠溶液，直至过量。下列表示氢氧化钠加入量（X）与溶液中沉淀物的量（Y）的关系示意图中正确的是 （ ）
Y Y Y Y
A B C D
解析：在硝酸铝和硝酸镁的混合溶液中，逐滴加入稀氢氧化钠溶液，会生成氢氧化铝和氢氧化镁的白色沉淀，随着氢氧化钠的加入，沉淀量会逐渐增加，当达到最大沉淀量后，继续滴加氢氧化钠溶液，则生成的氢氧化铝会与过量的氢氧化钠反应（表现出氢氧化铝的两性），使沉淀量逐渐减少，当氢氧化铝全部溶解后，沉淀量不再变化。
答案：C
例6．钛和钛合金是21世纪的重要金属材料。它们具有优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、机械性能好、抗腐蚀能力强，钛合金与人体有很好的“相容性”。根据它们的主要性能，不合实际的用途是（ ）
A.用于核潜艇设备的制造 B.用于制造航天设备
C.用来做保险丝 D.可用来制造人造骨
解析：钛和钛合金是21世纪的重要金属材料。根据题中所提供信息，与选项中的各用途去对照，不难看出，选项C是与其用途不相符的。
答案：C
探究平台
例7．为充分利用原料，降低成本，利用现有的浓度为70%的硫酸3.5t和纯度为80%的烧碱2.5t，用足量的废铝与该酸、碱作用，最多可生成氢氧化铝（杂质不发生反应）为（ ）
（A）1.3t （B）2.5t （C）3.5t （D）5.2t
解析：单质铝制取氢氧化铝，首先需要将单质铝氧化，转化成化合态的铝。能将铝氧化的物质有水和硫酸，从充分利用原料的角度来说，氧化剂使用水最经济。而化合态的铝制取氢氧化铝有三条途径，一是铝盐和碱作用；二是四羟基合铝酸盐和酸作用；三是铝盐和四羟基合铝酸盐混合制得氢氧化铝。
在实际生产中采用的是将铝与氢氧化钠溶液作用，制得四羟基合铝酸钠，水是氧化剂，生成1摩尔四羟基合铝酸钠仅需1摩尔氢氧化钠。再将硫酸与铝作用，制得硫酸铝，最后，将硫酸铝和四羟基合铝酸钠作用，制得氢氧化铝。这一步实际上硫酸铝起到酸的作用，所以可以认为这部分铝也是被水所氧化，铝盐和四羟基合铝酸盐混合时它们的物质的量之比正好是1：3。其中的铝完全转化成氢氧化铝。通过以上对铝的化合物性质的分析，可以得出生成的氢氧化铝物质的量应该是硫酸中的氢离子的三分之一和氢氧根离子总和。即：
答案：D
名师指点：善于从问题的反面去考虑，也是解决问题的一种好方法。另外相信题中的结论，然后按照题中的信息去寻找问题的答案，这是科学探究的方法之一。该题的探究点，实质是通过所学过的关于铝及铝的化合物的性质、反应，去寻找根据所给条件和要求制取氢氧化铝的最佳途径。在探究到制取氢氧化铝的最佳途径是将生成的铝盐和生成的四羟基合铝酸盐混合反应时，可能有的同学无从下手，可以逆推一下：由Al（OH）3＋3H＋＝Al3+＋3H2O, Al（OH）3＋OH-＝[Al（OH）4]-可得，若将Al3+跟[Al（OH）4]-混合，则铝元素全部转化为氢氧化铝，且Al3+跟[Al（OH）4]-的物质的量的比为1：3时完全反应。
创新天地
例8． 金矿和银矿中金、银的含量往往较低，工业上提炼金是采用氰化法提炼。这个方法的原理是：用稀的氰化钠溶液处理粉碎了的金矿石，通入空气，使金矿石中的金粒溶解，生成能溶于水的络合物Na[Au（CN）2]，其反应方程式为：4Au＋8NaCN＋2H2O＋O2＝4Na[Au（CN）2]＋4NaOH，Na[Au（CN）2]在水溶液中电离为Na＋和[Au（CN）2]－，然后再用锌从溶液中把金置换出来，锌转化为Na2[Zn（CN）4]。写出锌从溶液中置换出金的离子反应方程式： 。
解析：该题是一个联系诱人的工业生成的新情景题，所给予的信息也是新情景，这需要大家从新情景这提炼出有用信息，结合旧知识和题目要求，变换整合得出答案。事实上这种题目的答案往往就在题目的信息中。
答案：Zn＋2[Au（CN）2]－＝Na2[Zn（CN）4]＋Au 。
名师指点：本题的创新点在于引导大家利用题中信息进行迁移去解决新情景问题。有时候，解决这种问题只是“比着葫芦画一个瓢”而已。
实验探究
例9．往一金属铝的易拉罐内充满CO2，然后往罐内注入足量的NaOH溶液，立即用胶布封罐口．经过一段时间后，罐壁内凹而瘪．再过一段时间后，瘪了的罐壁重新鼓起来（假设易拉罐不会被腐蚀烂）．解释下述变化的实验现象，写出有关化学方程式．
(1)罐壁内凹而瘪的原因________________________，
反应的化学方程式是：________________________，
(2)罐再鼓起的原因：________________________，
反应的化学方程式是：________________________．
(3)实验时，将“充满CO2”改为：“放入一药匙白色固体”，其他不变，也能取得相同的实验效果．则该白色固体是__________(写名称)．
解析：该题是一个很有趣的化学实验，考查的是CO2与NaOH溶液的反应及Al与NaOH溶液的反应，明确了发生的反应，另外联想到固体CO2称为干冰，它是一种白色固体，很容易写出答案。
答案：(1)NaOH吸收了CO2气体，使罐内气压小于罐外气压，所以罐内凹而瘪。
2NaOH＋CO2＝Na2CO3＋H2O
(2)过量NaOH和Al反应产生H2，使罐内气压增大，所以罐再次鼓起。
2Al＋2NaOH＋2H2O＝2NaAlO2＋3H2↑
(3)干冰
名师指点：将化学原理跟有趣的化学实验结合起来，加强化学与生活的联系。该实验同学们完全可以借助实验室中的药品，自己去进行实验探究。
开放题
例10．请你设计至少两种方法除去细小的铁颗粒中混有的细小的铝颗粒。（简要说明）
思路点拨：除去细小的铁颗粒中混有的细小的铝颗粒，是一个除杂题，要求的方法很广泛，可以是物理方法，也可以是化学方法。在物理方法中可采用逆向思维，用磁铁将细小的铁颗粒吸出来，达到除杂的目的；在化学方法中，要选择一种试剂，能跟铝反应，而不影响主体铁，最好还新生成点铁，这样，我们可以选强碱溶液，也可选硫酸亚铁溶液，选氯化铁等铁盐溶液也行，通过反应后，过滤，洗涤，干燥，即得铁。
参考答案：方法一：可以使用磁铁将混合物中的铁吸引出来而留下杂质铝。
方法二：可以使用NaOH溶液洗涤混合物，铁与NaOH溶液不发生反应，而Al可溶于NaOH溶液。发生的反应为：2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al(OH)4]＋3H2↑，经过滤、洗涤可以得到铁。
方法三：向混合物中加FeCl3溶液，Al与FeCl3溶液反应：A1＋FeCl3Fe＋AlCl3，用水洗涤，过滤并干燥可得铁。
友情提示：本题为设计新颖的开放型题目。铁和铝的性质不同，解答此类题目时要积极调动大脑贮存的知识，抽取相关知识灵活应用作答。当然这也有赖于平时一点一滴、扎扎实实的知识和能力的积累。具体解答时，最好选取最简单、最保险的答案，以防出错。当然，在平时的学习中，应力求多找一些解决问题的方法，以丰富自己的大脑。
例11．等物质的量的钠、镁、铝分别与1L1mol/L的盐酸作用产生氢气，分别放出氢气体积可出现下列四种情况：①Na＜Mg＜Al;②Na＜Mg=Al;③Na=Mg=Al;④Na＞Mg=Al.试讨论上述四种情况所需金属的物质的量分别在何范围
解析：本题可用分段讨论的方法，但比较繁琐，用作图法则方便快捷.
化学反应中，反应物与生成物的量通常呈线性关系，作图时可利用特殊点(如刚开始反应，恰好完全反应等)画出投入金属量与产生氢气量的关系图，各种情况会一目了然.
根据Na～H＋～H2 Mg～2H＋～H2 Al～3H＋～H2
对于Na:起点O(0，0)，盐酸恰好完全反应时为A点(1，)；
对于Mg:起点O(0，0)，盐酸恰好完全反应时为B点(、)；
对于Al：起点O(0，0)，盐酸恰好完全反应时为C点(，)
显然，当n＜时，Na＜Mg＜Al
当≤n＜1时，Na＜Mg=Al
当n=1时，Na=Mg=Al
当n＞1时，Na＞Mg=Al.
参考答案：①n＜ ②≤n＜1 ③n=1 ④n＞1
易错题点拨
对金属铝及其化合物的某些特殊性质认识不全，容易导致判断错误。金属参与的反应，都是氧化还原反应，特别铝与强碱溶液反应、铝盐溶液与碱反应时的有关计算更容易出现错误。
例1．下列有关金属元素性质的叙述，正确的是（ ）
A．金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性
B．金属元素在化合物中一定显正化合价
C．金属元素在不同化合物中化合价一定是不同的
D．金属元素的单质在常温下均为固体
正确答案：B
常见错误：选A或D。选A主要对某些有变价的金属的低价态金属离子具有还原性认识不足，导致选错；选D主要对某些金属如汞在常温下为液态认识不足。
例2．某透明的溶液中加入铝粉能放出氢气，与此溶液中一定能共存的离子组是（ ）
A．H+、Cu2＋、Cl－、SO42－ B．HCO3－、NO3－、SO42－、Na＋
C．Cl－、SO42－、K＋、Na＋ D．Na＋、[Al（OH）4]、SO42－、Cl－
正确答案：C
常见错误：选A或D，认为透明的溶液中加入铝粉能放出氢气只有一种情况，或者理解成酸性溶液，或者理解成碱性溶液，而未全面地考虑到碱性、酸性都有可能，因而出现错选。选A的认为该溶液显酸性；选D的认为溶液显碱性。
友情提示：读题、审题，把握住题目的条件和要求，全面而慎重地思考问题，这应是我们努力养成的好的学习习惯。
自我测评：
一、选择题：
1．下列物质中不属于合金的是（ ）
A..碱式碳酸铜 B.不锈钢 C.黄铜 D.水银
2．铝和金属铍（元素符号：Be，其原子的最外层上有2个电子）的性质十分相似，试根据铝的性质推测铍的性质正确导电是（ ）
A..铍能与强酸、强碱溶液反应 B.氧化铍易溶于水
C.氢氧化铍具有两性 D.氧化铍的化学式为Be2O3
3. 将相同质量的Na、Mg、Al分别与过量的稀硫酸反应，在相同状况下产生H2的体积比为( )
A.36∶69∶92 B.92∶69∶36 C.1∶1∶1 D.3∶2∶1
4. 铝热剂中铝的作用是（ ）
A．催化剂 B．氧化剂 C．还原剂 D．填充剂
5. 两份铝屑，第一份与足量稀盐酸反应，第二份与足量氢氧化钠溶液反应，产生的氢气的体积比为1∶2则第一份与第二份铝屑的质量比为（ ）
A.1∶1 B.1∶2 C. 1∶3 D.2∶1
6. 下列反应的离子方程式书写正确的是（ ）
A．钠和冷水反应 Na＋2H2O＝Na+＋2OH＋H2↑
B．金属铝溶于氢氧化钠溶液 Al＋4OH＝[Al（OH）4]＋H2
C．金属铝溶于盐酸中：2Al＋6H+＝2Al3+＋3H2↑
D．氯化铝溶液中加入过量的氢氧化钾溶液：Al3＋＋4OH-＝[Al（OH）4]
7．现代建筑的门窗框架，常用电解加工成古铜色的硬铝制造。取硬铝样品进行如下实验：（已知锰比铁活动）
由此推知硬铝的组成是（ ）
A．Al、Mg、Si、Zn B．Al、Cu、Mg、Si、Mn
C．Al、Fe、C．Cu D．Al、Si、Zn、Na
8．4.2000年5月,保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港元购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜 铸的牛首、猴首和虎首。普通铜器时间稍久容易出现铜绿[主要成分Cu2(OH)2CO3]。这三件1760年铜铸的国宝在240年后看上去仍熠熠生辉不生锈，下列对其原因的分析，你认为最有可能的是（ ）
A·它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金
B·环境污染严重，它们表面的铜绿被酸雨洗去
C·铜的金属活动性比H小，因此它们不易氧化
D·它们是含一定比例金、银、锡、锌的铜合金
9．蒙古牧民喜欢用银器盛放鲜牛奶。现代科学证明，用银器盛放牛奶，确有其科学道理，因为（ ）
A·溶入极微量的银离子，可以杀死牛奶中的细菌，防止牛奶变质
B·用银器盛放牛奶，可以补充人体所需的银元素
C·银易导热，牛奶凉得快
D·银的化学性质稳定，坚固耐用
10．将金属与金属(或非金属)加热熔合在一起就能形成合金。根据下列金属的熔点、沸点：
Na Cu Al Fe
熔点/℃ 97.81 1083 660 1535
沸点/℃ 882.9 2595 2467 3000
其中不能形成合金的是（ ）
A、Fe、Cu B、Al、Na C、Fe、Na D、Cu、Na
11. 大量铝在人体中积累可使人慢性中毒。1989年世界卫生组织正式将铝确定为“食品污染源”之一而加以控制。铝在下列使用场合须加以控制的是：①制铝锭 ②制易拉罐 ③制电线电缆 ④制牙膏皮 ⑤用明矾净水 ⑥制炊具 ⑦用明矾和苏打作食物膨化剂 ⑧用氢氧化铝制药片治胃病 ⑨制防锈油漆 （ ）
A．①②④⑤⑥⑦⑧ B．②⑤⑥⑦⑧
C．②④⑤⑥⑦⑧ D．③④⑤⑥⑦⑧
12．把Ba(OH)2溶液滴入明矾[KAl（SO4）2]溶液中，使SO全部转化成BaSO4沉淀，此时铝元素的主要存在形式是（ ）
A．Al3+ B．Al(OH)3 C．[Al（OH）4] D．Al3+和Al(OH)3
二、填空题：
13． 在MgCl2和AlCl3的混合溶液中，逐滴加入NaOH溶液直至过量。经测定，加入的NaOH的物质的量(mol)和所得沉淀的物质的量(mol)的关系如右图所示。则：
（1）写出代表各线段发生反应的离子方程式：
OD段 ，
DC段 ，
（2）原溶液中Mg2＋、Al3＋物质的量浓度之比为 。
（3）图中C点表示当加入 mol NaOH时，Al3＋已经 ，Mg2＋已经 。
（4）图中线段OA∶AB＝ 。
14. 现有0.1mol·L-1的AlCl3溶液和0.1mol·L-1的NaOH溶液，进行下面的实验：
(1)在试管中盛有上述AlCl3溶液10mL，向其中逐滴滴入上述的NaOH溶液。
①加入10mlNaOH溶液时的现象是 ；加入30mLNaOH溶液时的现象是 ；加入35mlNaOH溶液时的现象是 。
②生成沉淀质量最多时，需NaOH溶液的体积为 mL。
(2)向盛有10mLNaOH溶液的试管中逐滴滴入AlCl3溶液，同时不停振动试管，出现的现象是 ，计算应加入至 mLAlCl3溶液时才开始出现较稳定的沉淀，至加入约 mLAlCl3溶液时产生沉淀达最大值。写出上述过程的离子方程式 。
15．（13分）某混合物A，含有KAl（SO4）2、Al2O3和Fe2O3，在一定条件下可实现下图所示的物质之间的变化：
据此回答下列问题：
（1）I、II、III、IV四步中对于溶液和沉淀的分离采取的方法是 。
（2）根据上述框图反应关系，写出下列B、C、D、E所含物质的化学式：
固体B ；沉淀C ；沉淀D ；溶液E 。
（3）写出①、②、③、④四个反应的离子方程式：
① ；② ；
③ ；④ 。
三、计算题：
16．将4.6g金属钠和8.1g铝放入90.8g 水中，充分反应后，得到的溶液的密度为1.25g/cm3，试计算：
①铝在反应中共产生氢气的体积是多少升（H2的密度为0.0893g/L）
②所得溶液中溶质的物质的量浓度是多少
17．把1mol/L的AlCl3溶液 75mL与2mol/LNaOH溶液120mL混合，求能够得到Al(OH)3沉淀的质量。
自我测评参考答案：
一、选择题：
1．A、D 2.A、C 3.A 4.C 5.B 6.C、D 7.B 8.D 9.B 10.C、D 11.C 12.C
二、填空题：
13.（1）OD段：Mg2＋＋2OH－＝Mg（OH）2↓，Al3＋＋3OH－＝Al（OH）3↓ ；DC段：Al3＋＋4OH－＝[Al（OH）4] 。 （2）2∶1 。（3）0.8 ，全部转化成[Al（OH）4]－，完全生成沉淀Mg(OH)2 。（4）7∶1。
14.(1)①逐渐生成白色胶状沉淀；沉淀量达到最大值；沉淀溶解一半。 ②30。 (2)局部有白色胶状沉淀出现，振动后沉淀随即消失；2.5； 3.3； Al3＋＋4OH－＝[Al（OH）4] ， 3[Al（OH）4]＋Al3+=4Al(OH)3↓ 。15．（1）过滤。（2）固体B ：Al2O3；沉淀C ：Al2O3和Fe2O3；沉淀D： Fe2O3；溶液E ：K2SO4和（NH4）2SO4 。（3）①Al2O3＋2OH－＋3H2O＝2[Al（OH）4]－；②Al3＋＋3NH3·H2O＝Al(OH) 3↓＋NH4＋ ；③[Al（OH）4]＋H＋＝Al(OH) 3↓＋H2O；④2Al(OH) 3Al2O3＋3H2O
三、计算题：
16．①6.72L， ② 2.5mol/L 。 17. Al(OH)3沉淀的质量为4.68g。
第3节 复合材料
一、新课标导航
学习目标
（1）知识与技能
1．通过对单一材料性能的认识，在认识金属材料、无机非金属材料及了解的有机合成材料的优缺点的基础上，再了解在传统“复合”思想的引领下形成的高科技复合材料的形成和它们的组成部分。
2．进一步体会物质的元素组成与组成的材料性能的关系。
3．能列举出几种常见的复合材料及在生产、生活中的重要应用。
（2）过程与方法
1．了解材料发展的历程，认识“复合”是材料发展的必然趋势。
2．回顾对金属材料、无机非金属材料有关知识，加深对这部分知识的认识。
3．强化对元素与材料关系的认识。
（3）情感态度和价值观
1．体会物质的组成对材料性能起决定作用，从组成出发，可以预测材料的性质。
2．体会“复合”是一种重要思想，它不仅可以引起材料性能的巨大变化，还可以使我们在生活、学习中借鉴“复合”思想，加强与同学的“合作与交流”，提高自己的知识水平和应变能力。
3．通过本节知识的学习，充分认识“化学就在身边”，“高科技的应用就在身边”，增强学习的信心和投身科学的使命感。
知识归纳
（一）认识复合材料
1．复合材料的定义：两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的材料称为复合材料。
2．复合材料的组成：复合材料由两步部分组成，一部分成为基体，在复合材料中起黏结作用；另一部分成为增强体，在复合材料中起骨架作用。
3．复合材料的性能：复合材料既保持了原有材料的特点，又使各部分之间协同作用，形成了优于原材料的特性。复合材料一般具有强度高、质量轻、耐腐蚀、耐高温、不吸湿、不易老化等优点。
4．复合材料的用途：应用于日常生产生活中，如玻璃钢用于游乐车、电话亭、餐桌椅，制造球拍、鱼竿、冲浪板等体育用品；应用于航空、航天领域，如在火箭、导弹、卫星、宇宙飞船、航天飞机上做机身、机翼、壳体等。
（二）形形色色的各种复合材料
1．生活中常用的复合材料：
（1）玻璃钢。以玻璃纤维做增强体，以合成树脂做基体的复合材料，它的强度高，密度小，有较好的耐腐蚀性、电绝缘性、机械加工性能等。这种材料已大量用于游乐车、水上滑梯、电话亭、餐桌椅等产品的生产。
（2）碳纤维增强复合材料。以合成树脂做基体，以碳纤维做增强体的复合材料，它具有韧性好、强度高而质轻的特点。大量用于运动球拍、鱼竿、赛车、冲浪板等体育用品，也广泛用于纺织机械、化工机械的制造，以及医学上人体组织中韧带的制作等。
2．航空、航天领域中的复合材料：
（1）飞机、火箭的机翼、机身以及导弹的壳体、尾翼中所用复合材料，其基体是镁、铝、钛等密度小的金属，增强体是碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维等耐热性能好的纤维，其中以碳纤维应用最为广泛。
（2）航天飞机机身上使用的复合材料，其基体是各类陶瓷，增强体是碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维等，称为隔热陶瓷瓦。
本节重点：
1．能感受到“复合”思想的重要意义。
2．能认识几种常见的复合材料，特别是象玻璃钢等纤维增强金属基复合材料，和航天飞机机身上使用的纤维增强陶瓷基复合材料——隔热陶瓷瓦及在生产、生活中的重要应用。
本节难点：
1．对传统材料进行复合后引起性能变化的事实的认识。
2．对复合材料组成部分的理解。
本节考点：
1．能用分类的方法对常见的复合材料与其性能进行交叉分类。
2．能判断哪些材料属于复合材料。
二、典型题解读
基础题
例1． 完成填空：
（1）传统无机非金属材料的基本特征是 、 、 ，如我们熟悉
的 、 等属于无机非金属材料；新型无机非金属材料则具有特殊 、特殊 ，如 、 等属于新型无机非金属材料，它们虽具有不同的性能和优缺点，但都在我们的生活、生产中扮演了重要的角色。
（2）金属材料可分为 、 两大类，钢铁属于 金属材料，普通钢容易锈蚀，当掺入少量其它元素后形成的不锈钢则具有 性能。
（3）在有色金属材料中，铝制品具有 、 、 、 等特点，且具有一定的 能力；金、银、铜都具有良好的 、 和 ，化学性质 ，因此，这些有色贵重金属材料在工农业生产和高科技领域正发挥着越来越重要的作用。
解析：完成以上填空，除可以对过去的知识进行复习整理外，还可以对新知识的学习做好铺垫，通过对比，充分认识复合材料的优越性。
答案：请自己找出正确答案。
例2．下列材料中属于复合材料的是（ ）
A..钢筋混凝土 B.玻璃钢 C.钢化玻璃 D.合成树脂
解析：正确区分复合材料和以前学过的金属材料、无机非金属材料、有机合成材料，可以从你较为熟悉的任何一个方面去区分。如你在该题的四个选项中，A选项属于金属材料、无机非金属材料的简单组合，谈不上“复合材料”，C选项中的钢化玻璃其实仍是玻璃，属于无机非金属材料，D选项中的合成树脂属于有机合成材料，故只有B选项中的玻璃钢属于纤维增强金属基复合材料。
答案：B
友情提示：从熟悉的角度去区分有不熟悉的概念，这也是一种“鉴别物质”的好方法。
例3．下列对玻璃钢的叙述中，你认为正确的是（ ）
A. 玻璃钢是由普通玻璃加强热后骤冷得到的，故其成分和性能与钢化玻璃相同
B. 玻璃钢是以玻璃为基体，以钢纤维为增强体的复合材料
C. 玻璃钢是以合成树脂为基体，以玻璃纤维为增强体的复合材料
D. 玻璃钢的强度和机械加工性能比合金钢稍差，但绝缘性和耐腐蚀性都比合金钢好
解析：该题旨在考查玻璃钢这种复合材料的基本组成结构和性能特征，要求大家对几种重要复合材料的基体和增强体的组成及相应的性能有较清楚的认识。可以采用联想对比记忆，在评价中判断得出正确结论。
答案：C
例4．导弹的壳体、尾翼均是由复合材料制成的，该复合材料的基体主要是金属，增强体主要是纤维。作为增强体的纤维必须具有耐热性能好的特点，你认为在下列常作为复合材料的增强体的纤维中，应用最广泛的是（ ）
A.碳化硅纤维 B.氧化铝纤维 C.碳纤维 D.硼纤维
解析：该题是考查的对航空、航天领域中的复合材料的组成的认识，仔细阅读课本知道，在各种作为增强体的纤维中，以碳纤维应用最为广泛。
答案：C
例5．下列复合材料的类别中，有一种与其它三种不同，你认为这一种复合材料应该是（ ）
A.金属基复合材料 B.树脂基复合材料 C.颗粒增强复合材料 D.陶瓷基复合材料
解析：本题考查的是大家对课本“资料在线——复合材料的分类”知识的了解情况。对复合材料的分类可有两大类分类标准：一是按基体分类，可分为树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料；另一种是按增强体的形状分类，可分为颗粒增强复合材料、夹层增强复合材料和纤维增强复合材料。在题中的四个选项中，A、B、D是按基体分类的，而只有C选项是按增强体的形状分类的，故该题答案选C。
答案：C
友情提示：若对复合材料的分类把握不准，可根据选项中的文字解读，找出差异，得出结论。这叫排除法。
探究平台
例6．作为新一代工程塑料，膨胀石墨有着日益广泛的新用途，如可作为高级密封材料，也可作为新兴的导电材料应用于电池生产中，还可以制成新型复合材料作为环保型吸附剂。科学研究表明，膨胀石墨是由石墨（graphite）在浓硫酸介质中被氧化而制得，反应过程可用下式表示：
6nH2SO4＋2n graphite＋n[O]＝nH2O＋2[graphite+·HSO4－ ·2H2SO4]n（石墨硫酸盐）
石墨硫酸盐经过水洗、过滤、干燥、高温加热之后，即得膨胀石墨。试根据材料回答：
（1）在实际生产工艺中，是什么原因造成了哪种物质的膨胀而最终制成膨胀材料的？
（2）在题中所述转化关系中，还原剂是 ，反应中转移的电子总数为 。
解析：本题是密切联系复合材料的新情景推断题，通过仔细研读题目信息，结合已学过的氧化还原知识，不难作出正确答案。在第二问中，由题给信息可知，浓硫酸作为介质不参与氧化还原反应，原子氧[O]做氧化剂，被氧化的显然是石墨（graphite）（由“0价”变为“＋1价——graphite+），石墨做还原剂，
答案：（1）高温加热后，HSO4－ 、2H2SO4在高温下迅速气化，产生的气体使得石墨膨胀。原子氧[O]由0价变为－2价，失去2n个电子，因而电子转移总数应为2n。
（2）石墨（graphite），2n 。
名师指点：本题的探究点在于用已有的知识去探究新情景中的新问题，如使石墨膨胀的原因，被氧化的物质——还原剂，以及反应过程中电子转移的总数等。
创新天地
例7．纳米材料是指在10－7m～10－9m尺寸的材料， 这种材料由于尺寸很小，因而具有许多与传统材料截然不同的性质。例如通常的金属材料大多是银白色有金属光泽的，而纳米金属却是黑色的。纳米材料和纳米技术已经引起生产和日常生活以及尖端技术方面革命的变化，是21世纪新技术、新材料发展的前沿。纳米材料具有其特殊性能的原因之一，是因为它比相同体积的一般材料具有大的很多的表面积。假定某种原子直径为0.2nm，则可推算在边长为1nm的小立方体中，可有 个原子，其表面有 个原子，内部有 个原子。由于处于表面的原子数目很多，其化学性质应该 （填“很活泼”、“较活泼”或“不活泼”）。
解析：该题将新材料与数学运算结合在一起，用数据解释化学问题，这就是该题的最大创新点。
答案：125，98，27；很活泼。
实验探究
例8．录像带是一类具有特殊功能的复合材料，它是由有机合成带基体和复合磁性氧化物粉末作增强体制成的。某中学化学课外兴趣小组为测定一种复合氧化物的磁性粉末材料的组成，取该样品12.52g，将其全部溶解于过量的稀硝酸中，配成100mL溶液，取该溶液的一半，加入过量的K2SO4溶液，反应完全后，将生成的白色沉淀经过滤、洗涤、干燥，称重为4.66g；在另一半溶液中滴入几滴无色的KSCN溶液，立即显红色，再加入过量的NaOH溶液，生成红褐色沉淀，将沉淀过滤、洗涤、干燥、灼烧，完全反应后，得到3.2g固体。
（1）计算该磁性粉末材料中氧元素的质量分数。
（2）试着确定该磁性材料的化学式。
解析：本题题干很长，这需要大家有较强的快速阅读能力。情景很新，但所用的知识无非主要就是根据化学方程式的计算及元素质量分数的计算。准确抽取有用信息，结合旧知识进行计算，解题中注意数据的变化及单位的统一，这是解这一类题的一般路子，希望大家能学会。
分析题意，该材料称为复合磁性氧化物，经实验检验其中含Ba元素和Fe元素，当然另外的元素应该是氧元素。判断出所含元素种类，这对解决该题至关重要。
经计算，一半样品中含Ba元素的物质的量为： 4.66g/233（g·mol－）＝0.02mol，质量为：0.02mol×137 g·mol－＝2.74g，含Fe元素的物质的量(注意生成的3.2g固体不是Fe(OH)3而是Fe2O3)为： 3.2g/160（g·mol－）×2＝0.04mol，质量为：0.04mol×56 g·mol－＝2.24g所以原样品中含氧元素的质量为：12.52g－2×2.74g－2×2.24g＝2.56g，含氧元素的物质的量为：2.56g/16（g·mol－）＝0.16mol，含氧元素的质量分数为：2.56g/12.52g×100%=20.4% 。粉末中，Ba、Fe、O的物质的量之比为：2×0.02mol：2×0.04mol：0.16mol＝1：2：4，可得该磁性材料的化学式为：BaFe2O4或写成BaO·Fe2O3 。
答案：（1）该磁性粉末材料中氧元素的质量分数为20.4% ；（2）该磁性材料的化学式为BaFe2O4或BaO·Fe2O3 。
名师指点：该题既把复合材料引入情景，又把化学计算及元素化合物的推断和化学实验联系在一起，确是一个好题。另外，题中的实验，大家完全可以自己去操作，去通过实验探究物质的组成。
友情提示：数据的正确计算和转换有时显得非常重要，若计算或转换中出错，不仅不会得出正确结果，更重要的是留下遗憾，希望大家在这方面注意，以免留下不应有的遗憾。
开放题
例9．请联系你学过的有关材料的性能的知识，为某建筑工地的巨大塔吊选一种材料作吊绳。
思路点拨：塔吊的吊绳必须是强度高，分量相对轻，抗老化，大家可参照这一标准去选择。
三、易错题点拨
本节主要易错点在于对金属材料、无机非金属材料、有机合成材料以及刚学过的复合材料的区别，以及对复合材料这中的有关组成、性能等区分不清。解决这一问题的方法，可以通过仔细研读教材有关内容，在较为理解的基础上多记忆，在处理具体问题时可采用多种方法和技巧去鉴别，去判断。
例1．下列产品不能用玻璃钢制造的是（ ）
A.餐厅座椅 B.汽车窗玻璃 C.废水管道 D.垃圾桶
正确答案：B
常见错误：选C或选D。出错的主要原因可能是认为玻璃钢是一种新型的复合材料，可能价格会很昂贵，不可能用于制造象废水管道、垃圾桶之类的“低级产品”。其实，复合材料并不一定价格都很昂贵，而象垃圾桶、废水管道因为它们需要盛放的物品性质太复杂，所以所用的材料必须能应对各种“客人”的冲击，而玻璃钢这种新型复合材料正好解决了这一复杂问题。
友情提示：做学问要相信科学，不要凭想当然。
例2．纤维复合材料中的增强体为纤维状，其中应用比较广泛的有碳纤维、玻璃纤维等。下列对纤维的说法中，错误的是（ ）
A. 玻璃可以在一定条件下拉成极细的丝，可用于纺织宇航服等，但其拉伸强度却接近高强度的钢
B. 玻璃纤维易断，不能用于纺织
C. 碳纤维化学稳定性好，耐酸碱腐蚀，有良好的耐低温性能
D. 氧化铝、氧化硅、碳化硼等也可拉成纤维，作复合材料的增强体
正确答案：B
常见错误：选A、C、D，或根本拿不准该选哪一个答案。出错的根本原因是对复合材料的认识不准确，又不能够在对所有选项的评价中做出正确选择。事实上，玻璃纤维既不同于普通玻璃，也不同于我们接触的棉纺织纤维。
四、自我测评
一、选择题：
1．把手放在一块被火长期烧烤的板上仍安然无恙，则制造这种板的材料和性质可以是（ ）
A.无机材料，透气 B.特殊钢板，耐高温 C.纳米碳板，熔点高 D.有机高分子材料，绝热
2．某复合材料的基体是氮化硅陶瓷，增强体是SiO2纤维，，你认为该复合材料可能具有的性能是（ ）
A.耐酸碱，化学稳定性好，密度小，韧性好，耐高温
B.强度高，抗冲击，绝缘性好，不耐高温
C.强度高，导电、导热性好，不易老化，耐高温
D.强度高，密度小，不耐酸碱腐蚀，耐高温
3．下列各项不属于玻璃钢具有的性能的是（ ）
A.耐腐蚀 B.耐磨 C.耐水 D.易碎
4．航天飞机机身上使用的隔热陶瓷瓦是（ ）
A.仿生复合材料 B.陶瓷和纤维复合而成的复合材料 C.纳米复合材料 D.分子复合材料
5．下列有关材料的说法中，不正确的是（ ）
A.金属材料是指金属及其合金，且合金的性能优于各成分金属
B.传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐
C.复合材料的性能等于构成其成分的各材料的性能的和
D.木头也是一种材料
6．陶瓷已被广泛应用于生活和生产中，你认为下列不属于陶瓷制品的是（ ）
A.电器的瓷夹板 B.做实验用的试管 C.实验室中的坩埚 D.建筑用砖瓦
7．下列金属的用途和其性质不相对应的是（ ）
A.用铜做电线是由于其导电性良好 B.用金属钨做灯丝是由于其熔点高
C.在铁制品表面镀铬是由于铬硬度大且不易被氧化 D.用金做饰物是由于金的密度
8．2000年5月,保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港元购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜 铸的牛首、猴首和虎首。普通铜器时间稍久容易出现铜绿[主要成分Cu2(OH)2CO3]。这三件1760年铜铸的国宝在240年后看上去仍熠熠生辉不生锈，下列对其原因的分析，最有可能的是（ ）
A·它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金
B·它们是将一定比例金、银、锡、锌融合在一起形成的复合材料
C·它们是含一定比例金、银、锡、锌的铜合金
D.铜的金属活动性比H小，因此它们不易氧化
9．新型无机非金属材料碳化钛（TiC）、碳化硼（B4C）、氮化硅（Si3N4）等非氧化物陶瓷，合成这些物质需要在高温条件下进行，但在合成工艺中必须注意（ ）
A.随时通入充足的空气 B.应避免与氧气接触
C.可以在氮气气氛中进行 D.可以通入少量氧气
10．硅酸铜钡是当今最新科学技术合成的一种新型材料，然而科学家们惊奇地发现，我国秦朝兵马俑用的一种颜料也是硅酸铜钡。由以上事实推测，下列关于硅酸铜钡的说法中错误的是（ ）
A.硅酸铜钡易溶于水 B.硅酸铜钡难溶于水 C.硅酸铜钡属于硅酸盐 D.硅酸铜钡属于化合物
11．将陶瓷和黏结金属研磨，混合均匀，成型后在不活泼的气氛中烧结，就可制得金属陶瓷。金属陶瓷兼有金属的陶瓷的优点，其密度小、硬度高、耐磨/导热性好，不会因为骤冷或骤热而脆裂。假若实验室中有一金属陶瓷制成的容器，你认为可以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
12．2002年12月31日，世界上第一条商业性磁悬浮列车在上海投入运营。磁悬浮的核心技术是利用超导体的反磁性。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此高温超导物质，试计算理论上需取Y2O3、BaCO3和CuO各物质的物质的量分别为（ ）
A.0.50mol、0.50mol、0.50mol B.0.50 mol、1.0 mol、1.5 mol
C.0.25 mol、1.0 mol、1.5 mol D.1.0 mol、0.25 mol、0.17 mol
二、填空题：
13．完成下列表格，体会复合材料与合金的异同。
材料 合 金 复合材料
成分
用途
举例
14．氧化铝有两种变体，一种是α－Al2O3，另一种是γ－Al2O3。γ－Al2O3可用Al（OH）3在加热至723K时分解制得，它不耐酸；α－Al2O3是天然刚玉的主要成分，硬度很大，对酸有极强的稳定性。α－Al2O3可以由γ－Al2O3高温煅烧制得。已知氧化铝可以由铝铵矾[(NH4)Al（SO4）2·12H2O]加强热制得，产物另外还有NH3、N2、SO3、SO2、H2O。
（1）写出铝铵矾受强热分解的化学方程式： 。该反应中的氧化产物是 ，还原产物是 ，其物质的量比是 。
（2）若在含1mol的铝铵矾中加入氢氧化钡，为全面沉淀其中的阳离子，则需加入的氢氧化钡的物质的量最大为 mol，反应的离子方程式为 。
（3）在上述生成的氧化铝中加入适量的氧化铬，在氢氧焰上加强热，熔融后使其结晶，可以制成人造红宝石。你认为人造红宝石是哪种氧化铝的变体？ ，你怎样用简单的实验证明是该变体？
自我测评参考答案
一、选择题：
1.D 2.A 3.D 4.B 5.B、C 6.C 7.D 8.C 9.B 10.A 11.B 12.C
二、填空题：
13．
材料 合金 复合材料
成分 一种金属与其它一种或几种金属或非金属融合在一起形成 将两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成，其主要组成由基体和增强体两部分
用途 生活、生产、高科技等领域，及其广泛 生活、生产、航空航天领域，前景广阔
举例 钢铁、不锈钢、铝合金、钛合金等 玻璃钢、碳纤维增强复合材料、隔热陶瓷瓦等
14．（1）4(NH4)Al（SO4）2·12H2O2Al2O3＋2NH3↑＋N2↑＋5 SO3↑＋3SO2↑＋17H2O↑。N2；SO2，1：3 。
（2）2； NH4＋＋Al3＋＋2SO42－＋2Ba2＋＋4OH－＝Al（OH）3↓＋2 Ba SO4↓＋NH3· H2O 。
（3）α－Al2O3；取少量试样，加足量稀盐酸，若溶解，则即为γ－Al2O3，若不溶解，则为α－Al2O3。
第四章 元素与材料世界复习
一、单元知识归纳
材料是指经过加工（包括开采和运输），具有一定组分、结构和性能，且适于一定用途的物质，它们是人类生活和生产活动的重要物质基础。材料对发展经济、改善与提高人类文明的程度起到巨大的推动作用。本章教材就是引领大家走进元素化合物的应用世界，从自然界中的元素走进材料世界中的元素，开拓大家的视野。
本章共分三节内容，分别从非金属元素硅及硅的化合物——二氧化硅和硅酸盐，联系介绍了半导体材料、光导纤维、传统无机非金属材料——水泥、陶瓷、玻璃，到新型无机非金属材料——高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等；从介绍较活泼金属铝及铝的氧化物、铝的氢氧化物（两性化合物）的性质，联系到金属材料——铝合金、钢铁、有色金属材料——金、银、铜及21世纪的金属钛，使我们对无机非金属材料和金属材料有了一个较为完整的认识。最后，将金属材料、无机材料和有机材料进行特殊加工，介绍了性能更为完美的复合材料，从我们熟悉的玻璃钢，到航空航天领域的复合材料——金属为基体，纤维为增强体的复合材料、陶瓷为基体，碳纤维等为增强体的隔热陶瓷瓦等复合材料，让我们真正领略了形形色色的材料世界。
本章内容中主要介绍的元素化合物知识有：硅、二氧化硅、硅酸盐；铝、氧化铝、氢氧化铝等，希望大家能联系前面学过的元素化合物知识的学习方法进行学习，同时，善于将元素和材料结合起来，找到理论知识的实用价值。
本章知识网络
元素和物质 材料世界
金属元素Al、Fe、Cu、Ag等
金属材料
铝的化合物Al2O3和Al（OH）3
非金属元素Si
传统无机非金属材料
硅的氧化物SiO2和硅酸盐 新型无机非金属材料
有机合成材料
第一节 硅 无机非金属材料
半导体材料 硅的性质
光导纤维 二氧化硅的性质
硅酸盐制品 新型无机非金属材料
硅及其化合物之间的转化：
第二节 铝 金属材料
铝单质 氧化铝 、 氢氧化铝
特殊
铝 和 铝制品
一般 金属 和 金属制品
一般 黑色金属材料 有色金属材料
特殊 不锈钢 金、银、铜及其它有色金属材料
铝及其重要化合物之间的相互转化关系
第三节 复合材料
金属材料 无机非金属材料 有机合成材料
基体
复合材料
增强体
形形色色的复合材料
玻璃纤维增强树脂基复合材料 碳纤维增强树脂基复合材料
纤维增强树脂基复合材料 纤维增强陶瓷基复合材料
二、规律方法总结
1．准确解读课本P104上关于硅化学性质的描述：“在常温下，硅的化学性质不活泼，除氟气（F2）、氢氟酸（HF）和强碱外，它不易与其它物质如……反应”。
硅跟氟气常温下反应，生成HF：Si＋F2＝HF；硅跟氢氟酸反应，生成四氟化硅和氢气：Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑；硅跟氢氧化钠溶液反应，生成硅酸钠和氢气：Si＋2NaOH＋H2ONa2SiO3＋2H2↑。
2．正确认识生成玻璃时在玻璃熔炉里发生的两个反应：将原料放入玻璃熔炉里加强热，主要发生的反应为：CaCO3＋SiO2 CaSiO3+CO2↑，Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3+CO2↑。这两个反应之所以能够发生，是因为固体之间反应有气体生成，随着气体的放出，使反应不断进行，并趋于完成，它与在溶液中的反应：CaSiO3+CO2+H2O==CaCO3↓+H2SiO3(或H4SiO4)↓,Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3
(或H4SiO4)↓是不矛盾的，该反应符合“强酸制弱酸”的规律。
3．正确认识铝热剂与铝热反应。
铝粉和某些金属氧化物（如Fe2O3、V2O5、MnO2、Cr2O3等）组成的混合物都叫做铝热剂。在高温条件下，铝粉与这些氧化物之间发生置换反应．由于反应的温度可以达到2000℃以上，所以叫做铝热反应．
2Al+Cr2O3Al2O3+2Cr, 10Al+3V2O55Al2O3+6V 。
在实际生产中，利用铝热反应置换出熔融的金属铁，可以进行钢轨中裂缝的焊接．利用铝热反应可以把某些难熔的金属（如钒、锰等）从它们的氧化物中还原出来。
4．正确认识铝和强碱溶液反应
（1）铝和强碱溶液反应，不是铝直接和碱反应，而是铝先和强碱溶液中的水反应生成氢氧化铝并放出氢气，然后氢氧化铝再和强碱反应生成四羟基合铝酸钠。如铝和氢氧化钠溶液反应分两步进行：
2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2↑ ，Al(OH)3+NaOHNa[Al（OH）4] 。
标出电子转移的方向后，就可以更清楚地理解铝和氢氧化钠溶液反应的实质：
2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al（OH）4]＋3H2↑
5.氢氧化铝具有两性，可用电离平衡移动的原理来解释：氢氧化铝的电离方程式可表示如下：
H2O+ AlO2－+H＋Al(OH)3Al3＋+3OH-
(酸式电离) (碱式电离)
其两个方向的电离程度都相当微弱，只有加入强酸(或强碱)时，大量的H＋(或OH-)才能破坏氢氧化铝的电离平衡，使平衡向右(或左)移动，生成铝盐(或四羟基合铝酸盐)，所以氢氧化铝既能与酸反应，又能与强碱反应。当加入弱酸或弱碱时，因H＋或OH-浓度太小，不能使上述平衡移动，因此Al(OH)3只溶于强酸或强碱，而不溶于弱酸或弱碱。
6.Al3＋、Al(OH)3、[Al（OH）4] -（AlO2－）之间的转化关系：
Al3+ Al(OH)3 [Al(OH)4]－
Al3＋+3[Al（OH）4] -4Al(OH)3↓
Al3＋只能存在于酸性溶液中，[Al（OH）4] -只能存在碱性溶液中，若将两种溶液混和且适量将全部生成Al(OH)3沉淀.
7．在铝盐溶液中逐滴加入强碱至过量，其加入强碱的量（x）与生成沉淀的量（Y）之间有如下图示关系，达到最大沉淀量所需碱的量与完全溶解沉淀所需碱的量之比为3：1，它可以帮助我们进行简化计算。
0
8．利用守恒法巧解计算题。例如，有镁铝合金10.2g，将它完全溶于500ml、4mol/L的盐酸里，若要使其中的镁离子和铝离子全部转化成沉淀，则需加入2mol/L氢氧化钠溶液的体积是多少？
解析：题目中涉及四个化学反应，若是用化学方程式来列式计算，发现十分繁琐，而且计算量大．如果分析题意，不难发现当沉淀达到最大值的时候，即镁、铝元素分别与氢氧根离子完全结合生成沉淀，运用守恒定律，溶液中的阳离子只能为钠离子，阴离子必为氯离子，且二者的物质的量相等．所以n（NaOH）＝n（HCl）0.5L×4mol/L=2mol，V（NaOH）=2mol÷2mol/L=1L=1000mL。
点悟：巧妙地利用某些守恒关系，当遇到较复杂的问题时，找出其中的本质联系，可以将其中的过程简化，化繁为简，大大提高解题的速度。
三、链接高考
本章主要介绍的是元素与物质世界，它是以非金属元素硅及化合物，金属元素铝及化合物为依托，讨论无机非金属材料、金属材料和复合材料。其中元素及其化合物知识是基础，材料的组成及性能是应用，这与日常生活和工农业生产联系非常密切，因此，在整个的元素及化合物知识及材料的应用中占有相当的比重，应是高考中元素化合物知识的重头戏，特别关于铝的化合物的两性，是最容易出题，也是最容易考的。
常考知识点：
1．以硅是半导体材料为依托命题。
2．以硅与其化合物之间的转化，特别是硅与强碱溶液反应放出氢气的计算命题。
3．以Al单质与酸、碱溶液反应放出氢气的计算题居多，特别与金属钠、镁联合在一起比较考查，难度偏低或居中。
4.以Al的化合物的性质，特别是Al2O3、Al(OH)3的两性及其物质间的转化，多以填空题或计算题考查，难度居中。
5．有关铝盐溶液中加强碱的沉淀、溶解计算，可能转化关系较复杂，但难度不会太大。若能巧妙地利用一些简单转化关系或守恒关系求解，则往往会收到事半功倍的效果。
6．有关材料的组成、性能等的考查。需要借助一些熟悉的知识去筛选，去判断。
近年高考题举例
例1．（02年全国理科综合）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
解析：该题是利用现代科技材料与化学之间关系结合生物知识命题，要求大家对一些新型材料多加关注，同时，学会学科间知识的综合和融会贯通。选项A是关于纳米材料、纳米科技知识的考查，纳米是一个单位，1nm＝10－9m,纳米材料是指的材料的颗粒直径在纳米级；选项B富有迷惑性，以为绿色食品就不含任何化学物质，那么，有什么物质不是由化学上的基本粒子构成的呢？不含化学物质又含什么物质呢？显然是错误的；D选项中，生物固氮是指植物通过根瘤菌直接将空气中的游离态的氮气转化为化合态的氮的过程，而不是在叶面完成；D选项是正确的。
答案：D
点评：题中考查的知识很简单，无非是一些基本概念，只需稍加比较，即可选出正确答案。
例2．（04年广东理科综合）水的状态除了气、液和固态外，还有玻璃态。它是由液态水急速冷却到165K时形成的，玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同，有关玻璃态水的叙述正确的是
A 水由液态变为玻璃态，体积缩小 B 水由液态变为玻璃态，体积膨胀
C 玻璃态是水的一种特殊状态 D 玻璃态水是分子晶体
解析：该题是以“玻璃态”为载体的新情景题，题中给了一段关于玻璃态的信息，经分析知，它与我们学习的玻璃生成过程中的“玻璃态物质”是相同的，在这里只不过是水的一种存在形态，从信息中不难辨别得出正确答案。
答案：C
点评：题中的考点是对“玻璃态”的新认识，接受信息，加以辨别，选出正确选项。
例3．（05年江苏模拟高考理科综合）下列对物质用途的描述中，错误的是（ ）
A．浓硫酸可用于干燥NH3、H2、O2等气体
B．二氧化硫可用来漂白纸浆、毛、丝等
C．氟化钠可用于预防龋齿
D．铝可用于冶炼某些熔点较高的金属
解析：该题考查的知识与本章有关的是对铝的还原性的考查，由于铝在高温下还原性较强，因而可用来将一些熔点较高的金属从它们的化合物（特别是氧化物）中还原出来，达到冶炼金属的目的，这一反应称为铝热反应。
答案：A
点评：该题很容易选出选项A是错误的，因为浓硫酸是酸性干燥剂，它不能用来干燥碱性气体NH3。主要考查的是非金属的化合物的一些知识，包括金属铝的还原性。
例4．（04年全国）若向加入铝粉能放出氢气的溶液中分别加入下列各组离子，可能共存的是（ ）
A. NH4+、NO3-、CO32-、Na+ B. Na+、Ba2+、Mg2+、HCO3-
C. NO3-、Na+、K+、Cl- D. Fe2+、K+、[Al(OH）4]—、 NO3-
解析：重点理清“加入铝粉能放出氢气的溶液”的性质是强酸性或强碱性环境，只要理清这一点，则该题变得容易。
答案：C
点评：本题主要考查离子共存问题，需严谨审题，将题干所述条件把握准确，不漏过任何一个条件，结合选项选出正确答案。
例5.（05年江苏模拟高考理科综合）有下列四组物质，如果把某组物质中的后者逐滴加人到前者中至过量，将出现“先产生白色沉淀，后白色沉淀溶解”的现象，这组物质是（ ）
A．稀硫酸、氯化钡溶液 B．硫酸亚铁溶液、氢氧化钠溶液
C．氯化钠溶液、硝酸银溶液 D．氯化铝溶液、氢氧化钠溶液
解析：该题的关键条件是“如果把某组物质中的后者逐滴加人到前者中至过量，将出现‘先产生白色沉淀，后白色沉淀溶解’的现象”，要求对四组反应所发生的现象比较明确。选项A中，应是“一直出现白色沉淀知道沉淀不再增加”；选项B中，出现的是“白色沉淀逐渐变为灰绿色，最后变成红褐色”；C选项中应该出现跟A相同的现象；只有选项D中的现象符合题意。
答案：D
点评：本题主要考查知识点是对物质反应时反应现象的理解和记忆，与本章有直接关系的是铝盐溶液中加入强碱至过量反应现象的描述，这是一个重要考点，希望大家能真正理解。
例6．（05春季高考）为确定某铝热剂（含氧化铁和铝）的组成，分别进行下列实验。
（1）若取ag样品，向其中加入足量的NaOH溶液，测得生成（标准状况，下同）气体的体积为bL，该反应的化学方程式是 ；该样品中铝的质量是 g。
（2）若取ag样品将其引燃，使其恰好完全反应，该反应的化学方程式是 ，反应中氧化铁与铝的质量比是 。
（3）待（2）中反应产物冷却后，将其加入足量稀盐酸中，反应完全后，测得生成的气体体积为cL，则该气体与（1）中所得气体的体积比c∶b= 。
解析：明确题中包含的反应，把握住其中的物质之间的量的关系，是解决此题的关键。（1）中发生的反应是：2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al（OH）4]＋3H2↑，由Al与生成H2的关系，可求出铝的质量；（2）中发生的反应是铝与氧化铁之间发生的铝热反应：2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe，根据“使其恰好完全反应”可由化学式计算出氧化铁与铝的质量比；（3）中又会发生另一个反应：Fe＋2HClFeCl2＋H2↑,产生H2的量取决于其中Fe的量，可由（2）中的反应找出Fe与Al及与b之间的关系，得出结论（不必细算）。
答案：（1）2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al（OH）4]＋3H2↑， ；
（2）2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe ， 80∶27；（3）2∶3
点评：本题综合性较强，主要考查了金属铝与碱的反应，金属铁与酸的反应，以及金属铝与氧化铁发生的铝热反应及定量问题的计算，明确反应，找准对应关系，可以用守恒原理快速解题。
四、单元测试题（A）
一、选择题：（每题4分，共56分）
1.光纤通信是以光作为信息的载体,让光在光导纤维中传播,制造光导纤维的基本原料是( )
A..钢 B.铜 C.石英砂 D.铝
2.二氧化硅属于酸性氧化物，理由是（ ）
A．Si是非金属元素 B．SiO2对应的水化物是可溶性弱酸
C．SiO2与强碱反应生成盐和水 D．SiO2不能与酸反应
3.下列溶液中可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是
A．硅酸钠溶液 B．氢氟酸
C．氢氧化钠溶液 D．氯化钠溶液
4.主要成分含有硅酸盐的物质是( )
A..钢化玻璃 B.水玻璃 C.玻璃钢 D.玻璃纸
5．磷酸钙系陶瓷也是一种新型无机非金属材料，它可以用于制造人造骨骼，这是利用这类材料的（ ）
A.耐高温的特性 B.光学特性 C.电学特性 D.生物功能
6.下列物质中主要成分是二氧化硅晶体的是( )
A.红宝石 B.水晶 C.刚玉 D.天然钻石
7.含杂质SiO2的硫铁矿样品1g,在充足的O2中完全燃烧后称重为0.8g,则硫铁矿中含硫量为( )
A.10% B.22% C.32% D.40%
8.下列物质的溶液长期暴露在空气中会变质而溶液又会出现白色浑浊的是( )
A..Na2S B.Na2SO3 C.KI D.Na2SiO3
9.铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应，当两个反应放出的气体在相同状况下体积相等时，反应中消耗的HCl和NaOH物质的量之比为（ ）
A．1:1 B．2:1 C．3:1 D．1:3
10. 判断市面上的金首饰是否含有铜，可以取样品与某试剂进行反应，根据现象即可判断，该试剂是( )
A．浓盐酸 B．硝酸 C．王水 D．稀硫酸
11．甲、乙、丙、丁分别是 Al2(SO4)3 、 FeSO4 、 NaOH 、 BaCl2四种物质中的一种，若将丁溶液滴入乙溶液中，发现有白色沉淀生成，继续滴加则沉淀消失，丁溶液滴入甲溶液时，无明显现象发生，据此可推断丙物质是（ ）
A. Al2(SO4)3 B. NaOH C. BaCl2 D. FeSO4
12.将等物质的量的镁和铝相混合，取等质量的该混合物四份，分别加到足量的下列溶液中，充分反应后，放出氢气最多的是（ ）
A.3mol·L－1 HCl B.4mol·L－1 HNO3 C.8mol·L－1 NaOH
D.18.4mol·L－1 H2SO4 （已知浓硫酸的密度为1.84g·cm-3，溶质的质量分数为98％）
13．关于铝的性质，错误的说法是（ ）
A、铝的表面能形成致密的氧化膜，因此铝难腐蚀
B、铝能溶解于冷的浓硝酸氧化为硝酸铝
C、铝能溶解于 NaOH溶液生成四羟基合铝酸钠和氢气
D、铝能在氯气燃烧生成氯化铝
14．二战期间丹麦科学家玻尔被迫离开被德军占领的祖国。为了表明一定要返回祖国的决心，他把自己获得的金质诺贝尔奖章放在盛有王水（浓硝酸与浓盐酸的混合物）的玻璃瓶中溶解后留了下来：
Au+HNO3+4HCl=HAuCl4+NO↑+2H2O;战后玻尔从溶液中提取金，又重新铸成了奖章。下列方法中，你认为不能从融有黄金的王水中提取金的是（ ）
A、用铁置换 B、用电解法把金还原出来 C、先蒸发水分后灼烧固体 D、过滤
二、填空、计算题：（共44分）
15．（12分）将两种或两种以上＿＿＿＿＿ 不同的材料经＿＿＿＿＿ 而制成的材料称为复合材料。复合材料由两部分组成，一部分称为＿＿＿＿＿ ，在复合材料中起＿＿＿＿＿ 作用；另一部分称为＿＿＿＿＿ ，在复合材料中起＿＿＿＿＿ 作用。
16．（10分）超细氮化铝粉末被广泛应用于大规模集成电路生产等领域。其制取原理为：Al2O3＋N2＋3C2AlN＋3CO由于反应不完全，氮化铝产品中往往含有炭和氧化铝杂质。为测定该产品中有关成分的含量，进行了以下两个实验：
（1）称取10.00g样品，将其加入过量的NaOH浓溶液中共热并蒸干，AlN跟NaOH溶液反应生成Na[Al（OH）4]，并放出氨气3.36L（标准状况）。
①上述反应的化学方程式为 ；
②该样品中的A1N的质量分数为 。
17．（10分）为确定某铝热剂（含氧化铁和铝）的组成，分别进行下列实验：
（1）若取ag样品，向其中加入足量的NaOH溶液，测得生成（标准状况，下同）体积为bL。反应的化学方程式是 ；样品中铝的质量是 g。
（2）若取ag样品将其点燃，恰好完全反应，该反应的化学方程式是 ：，氧化铁与铝的质量比是 。
（3）待（2）中反应产物冷却后，加入足量盐酸，测得生
鲁科版高中化学必修1第四章元素与材料世界整章教案
第一节 硅 无机非金属材料
一、新课程导航
学习目标
（1）知识及技能：
1．了解硅及二氧化硅的主要性质及这些性质在材料中的应用。
2．了解硅在半导体工业（借助硅的性质），二氧化硅在现代通讯业（借助二氧化硅的性质），传统的硅酸盐制品（玻璃、水泥、陶瓷）和一些新型无机非金属材料（高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等）在生产、生活中的重要应用。
（2）过程与与方法：
1．通过对碳、氮、硫、氯、硅等非金属单质及其化合物的性质、用途的比较，学会用比较、归纳、类比的学习方法学习新物质性质的能力。
2．学会结合教材，联系实际生产和生活，整理、搜集有关资料的方法，并对搜集到的资料进行相互交流
（3）情感态度与价值观：
在学习中体会组成各种材料的物质的性质与材料性能的密切关系，认识新材料的开发对人类生产、生活的重要影响，学会关注与化学有关的社会热点问题，激发学习化学的热情。
知识归纳
本节重点：
1．从单质硅的性质认识它的用途。
（1）硅的性质： 硅是重要的半导体材料，由于硅元素原子的最外层有四个电子，因而化学性质稳定，常温下只能跟氟气（F2）、氢氟酸（HF）、强碱溶液反应。加热时能与氧气等非金属反应。
（2）硅的制法：工业上，用焦炭在电炉中还原SiO2得到含有少量杂质的粗硅后再提纯（粗硅的提纯请参考教科书110页第2题的内容加以了解）。
（3）硅的用途：高纯硅用作半导体材料，制造晶体管、集成电路等，将硅元素掺入钢中制成硅合金，可以改变钢的性能，如具有良好的导磁性、耐酸行等，用来制造变压器铁芯，制造耐酸设备等。
2．从二氧化硅的性质中认识它的用途。
（1）二氧化硅的化学性质 ：从二氧化硅的组成看，二氧化硅具有酸性氧化物的通性 ，但它的性质不活泼，常温下能与碱溶液如氢氧化钠溶液反应，高温下才与碱性氧化物氧化钙反应。二氧化硅的特性是常温下和氢氟酸反应。
（2）二氧化硅难溶于水，它是硅酸（H2SiO3）的酸酐。硅酸难溶于水，酸性很弱(比碳酸还弱)。
（3）二氧化硅的用途：刻饰玻璃、制造压电材料（用于石英钟）、制造高性能通讯材料（光导纤维）、制做工艺品等。
3．从硅酸盐的性质中认识传统的无机非金属材料（玻璃、水泥、陶瓷、砖瓦、水玻璃等）和新型的无机非金属材料（高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等）。
（1）硅酸盐组成往往比较复杂，常以其对应的氧化物的形式表示，如黏土表示成Al2O3·2SiO2·2H2O的形式（其实，其中并不含这些氧化物）等。最常见的可溶性硅酸盐是Na2SiO3，它的水溶液称为水玻璃，具有粘性，所以实验室盛放氢氧化钠溶液的试剂瓶必须用橡胶塞而不能用玻璃塞（你能解释其中的道理吗？）。
（2）制造普通玻璃的主要化学反应有： CaCO3＋SiO22 CaSiO3＋CO2↑,Na2CO3＋SiO22Na2SiO3＋CO2↑；普通玻璃的主要成分是CaSiO3 、Na2SiO3和SiO2的混合物，它们融化在一起，形成的混合物没有固定的熔点，称为玻璃态物质。当在软化状态时，可以制成任何形状的制品。
（3）普通水泥的主要成分是硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2）和铝酸三钙（3CaO·Al2O3）等，水泥具有水硬性。
本节难点：
硅及二氧化硅的主要性质。
本节考点：
1.二氧化硅的化学性质。
2.硅及其化合物在信息技术、材料科学等领域的应用。
二、典型题解读
基础题
例1、解释下列事实。
(1)碳的非金属特征大于金属特征，碳的非金属性大于硅。 。
(2)在常温下硅的化学性质不活泼，但自然界却没有单质硅存在__ 。
(3)硅酸钠溶液中通入CO2气体时，可生成难溶于水的酸---- 硅酸。_ 。
解析：正确解答本题关键是理解事实的内涵，即善于从表象透析其实质，如(1)应从结构去分析——结构决定性质；(2)从稳定性上去分析；(3)从酸性强弱规律上去分析。
答案：(1)两元素的原子最外层电子数相同，但碳原子的核外电子层数比硅少，因而原子半径小，原子核对外层电子的吸引力大，非金属性比硅强 (2)在自然条件下，硅不如其化合物――特别是二氧化硅及硅酸盐稳定，因而硅主要以二氧化硅及硅酸盐的形式存在。(4)硅酸的酸性比碳酸弱，因而在硅酸钠溶液中通入二氧化碳后可发生复分解反应（相当于强酸制弱酸。
名师指点：对事实性解释题，要先认清事实，相信事实，相信事实后面一定蕴藏着一定的化学原理。在弄清事实的性质的基础上运用化学原理去分析。
例2.下列有关二氧化硅的叙述中错误的是（ ）
A．SiO2是酸性氧化物，它对应的水化物是硅酸(H2SiO3)
B．硅酸可由SiO2直接制得
C．SiO2可与碱性氧化物或强碱反应
D．光导纤维的主要原料就是SiO2
解析:SiO2是酸性氧化物，它对应的水化物是硅酸，但SiO2不溶于水，硅酸不是由SiO2直接溶于水制得的。Si元素属于非金属元素，故SiO2是酸性氧化物，能与碱性氧化物或强碱反应。根据课本知识我们知道，SiO2是制造光导纤维的主要原料。
答案：B
例3．（1）实验室里盛放氢氧化钠等强碱性溶液的试剂瓶瓶塞不能用玻璃塞而用橡胶塞，是因为________。
（2）检验生石灰里含有石英和石灰石的方法是___________。
解析:根据题目创设的情景，联系试剂瓶、玻璃塞的成分，结合有关的反应和有关物质的性质去解释。物质的检验也是根据物质的性质，根据不同的现象加以检验。
答案：（1）试剂瓶的磨口处及玻璃塞中均含有SiO2，SiO2与氢氧化钠等碱反应，生成象硅酸钠等这样的硅酸盐，而硅酸钠等具有粘性，会使瓶塞与试剂瓶粘在一起，因而不用玻璃塞而用不与碱反应的橡胶塞。有关反应方程式为：SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O。
（2）将样品加入盛有足量稀盐酸的烧杯中有无色气体放出，证明含有石灰石；烧杯底部仍有不溶性物质存在证明含有石英。
例4.想一想，下面三个词为什么归纳在一起 陶瓷、玻璃、水泥。从下面所给的四个词中选出与它们同类的一个（ ）
A.光导纤维 B.有机玻璃 C.人造纤维 D.砖瓦
解析: 陶瓷、玻璃、水泥为传统非金属材料，属于硅酸盐工业产品，光导纤维、有机玻璃、人造纤维为新型非金属材料，只有砖瓦属于传统无机非金属材料，其主要成分是硅酸盐，跟陶瓷、玻璃、水泥属于同类产品。
答案: D
例5. 美国“9.11”恐怖事件给纽约带来了一场严重的环境灾难——石棉污染，因为这易使吸入石棉纤维者患肺癌。已知石棉是硅酸盐矿物，某种石棉的化学式可表示为：Ca2MgxSiyO22(OH)2，式中x、y的值分别为（ ）。
A.8、3 B.5、8 C.3、8 D.8、5
解析:根据在化合物中元素化合价的代数和等于零的原则，联系到硅酸盐中硅元素的化合价为＋4价，可列出一个关于x、y的二元一次方程，然后再根据x、y的取值范围（正整数），讨论确定合理的取值，结合选项，选出正确答案。
答案:B
探究平台
例6.在多年使用的厨房里，久未更换的玻璃往往失去光泽，严重的还会形成白色斑点，这种现象化学上叫做“碱析”，你认为产生碱析的化学方程式应是：___________________。
解析：这是一道运用所学知识解释实际问题的题目，经常尝试既有利于掌握化学理论知识，还有利于培养自己的实践能力。玻璃的主要成分有Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，厨房中CO2、H2O（g）浓度相对较高，碳酸酸性强于硅酸，时间长了玻璃中的Na2SiO3将会在CO2、H2O（g）的持续作用下析出白色难溶性的H2SiO3，使玻璃失去光泽，严重的会形成白色斑点。
答案：Na2SiO3+CO2+H2O＝Na2CO3+H2SiO3↓
名师指点：白色斑点是什么？“碱析”的含义又是什么？要把所学课本知识，应用到厨房里久未更换的玻璃的白色斑点这一现象上，通过探究思考寻求答案。本题的探究点就在于结合“厨房”环境，结合玻璃的成分，结合出现的现象去联想作出解释。
例7.材料科学是近年来与化学有关的科学研究的热点。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、抗氧化的特性。它是以中学化学中常见物质为原料来生产的，右图虚线框外为其生产的过程；虚线框内的其它转化是为探究C的组成而设计的，G、F、H均为难溶于水的白色固体；图中C、M、K均含A元素，其余物质均为中学化学中常见物质。请回答下列问题：
（1）写出指定物质的化学式：C ，F ，K 。
（2）写出图中下列序号的反应的离子方程式：
反应③ ；
反应⑤ 。
（3）写出反应④的化学方程式： ___________。
解析：通过对化合物C的探究得知，有由E到G再到G的转化，可推测G是AgCl,E中含有Cl－；由H到I到F的转化，可推测H对应的酸的酸性比碳酸还弱，应是SiO2,这样F就应该是H4SiO4（或H2SiO3），进而推测化合物C应是含Si和Cl的化合物，根据化合价规则推知C应该是SiCl4 。K是什么呢？此时可以展开对化合物M的探究：M中的A是硅，这样在M中就含有硅、氮、氢三种元素，再隔绝空气高温生成的K中又必须含Si元素，其产物必然是Si、N、H的两两组合，结合K是一种新型无机非金属材料，它是一种超硬物质，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击、抗氧化的特性，推测只有氮硅组合形成的化合物Si3N4（根据化合价规则书写的化学式）是合理的。
答案：（1）C. SiCl4 F. H4SiO4（或H2SiO3） K. Si3N4 （2）③Ag+＋Cl－＝AgCl↓ ⑤SiO2＋2OH－＝SiO32-＋H2O
（4）3Si(NH)4Si3N4＋8NH3
名师指点：此题在多处可展开探究,元素化合物的推断无非就是根据题目提供的各种信息，包括物质的性质、用途、物质的转化信息以及一些常规的基本知识，去组合，去试验，去检验，以达到合理的要求。掌握牢固的基础知识，学会灵活的运用，面对新情景问题不畏艰难，思路清晰，这是我们学习中着力达到的理想目标。
创新天地
例8.人造骨是一种新型的无机非金属材料，它类似于人骨和天然牙的性质结构，这是利用了这类材料的__________特性。人造骨可以依靠从人体体液中补充某些离子形成新骨，可在骨骼界面产生分解、吸收、析出等反应，实现骨骼的牢固结合。人造骨植入人体内需要吸收人体中的__________形成新骨。
A.Ca2+ B.Cl－ C.Na+ D.PO
解析：新型无机非金属材料具有：耐高温特性、电学特性、光学特性和生物特性，人造骨是利用了生物特性，根据人造骨和天然骨的性质和结构，根据人骨的主要成分是Ca3（PO4）2，所以推测人造骨植入人体内需要吸收人体中的Ca2+和PO形成新骨。
答案：生物学 ， A、D
名师指点：材料科学是一门新兴的科学，新型的无机非金属材料应用于人体中，它必须参与人体生物的生理活动，因而推测人造骨是利用了生物特性。本题也是一个化学知识与生物知识相融合的好题。
例9．古希腊流传这样一个传奇故事．一批贩运纯碱的商船停泊在江边的沙滩旁，商人们找不到石头来搭灶煮饭，就把船上的大块纯碱搬来，放到砂地上垫锅做饭，饭熟后商人们惊奇地发现“灶”变成了晶莹透明的固体，你猜测这固体应该是______，主要成分是______．
解析：据故事所提供的情景，所得晶莹透明的固体应该是由商贩们所用的纯碱和砂地中的成分SiO2反应所形成的物质，再联系该物质“晶莹透明”的外观，结合我们所学这是，断定该固体应属于玻璃。其主要成份是什么？应依据题目所给条件来推断，这就是在这里纯碱与沙子加热反应生成的Na2SiO3以及多余的SiO2。
答案：玻璃；Na2SiO3和SiO2
名师指点：本题情景新、反应条件奇特、答案新。要打破思维定式，结合具体情景，联系已有知识具体分析。在这里的成份应是Na2SiO3和SiO2，而不要机械的照搬教材答成CaSiO3、Na2SiO3、SiO2 。
开放拓展
例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氮气在1300℃反应制得。
(1) 根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是________ 。
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
(2)画出N的原子结构示意图：_________，试着判断氮元素的最低负价为 ，请从原子结构和化合价两个角度分析推断氮化硅的化学式：_________________。
(3 )氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其它无机酸反应。请写出该陶瓷与氢氟酸发生复分解反应的化学方程式：____________________________________________。
(4)用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热使四氯化硅和氮气发生反应，可得较高纯度的氮化硅，则反应的化学方程式为________________________________________________________。
思路点拨：（1）性质决定用途，结合氮化硅的性质推测它的用途，结合选项，应选C、D；（2）从原子稳定结构考虑和正负化合价代数和等于零的规则考虑，因N显-3价，Si显+4价，由此可写出氮化硅的化学式为Si3N4。（3）题目已告诉我们氮化硅与氢氟酸的反应属于复分解反应，照着葫芦画个瓢就是了；（4）注意理清该反应中的反应物和条件，另外正确地推测出除氮化硅外的另一种产物，完整地写出方程式。
新情景试题的特点是材料在题外，答案在题内。相信有关知识和原理肯定是大家学过的，关键是怎样把新要求与老知识结合起来，这就是要求的能力。
三、易错题点拨：
例1、下列溶液中可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是（ ）
A．硅酸钠溶液 B．氢氟酸 C．氢氧化钠溶液 D．氯化钠溶液
正确答案：A、C.氢氧化钠溶液与二氧化硅在常温下反应十分缓慢，所以可以盛放在玻璃瓶中，但试剂瓶磨口处的二氧化硅跟氢氧化钠缓慢反应后，生成的硅酸钠是一种矿物胶，使瓶塞与瓶口粘在一起，因此不能用磨口玻璃塞。硅酸钠溶液可以用玻璃瓶盛放，只是不能用磨口玻璃塞（原因同氢氧化钠溶液）。氯化钠溶液不跟玻璃中各种成分反应。
常见错误：选B.玻璃的主要成分之一是二氧化硅，它能跟氢氟酸迅速反应，所以，氢氟酸不能盛放在玻璃、陶瓷容器中，只能保存在铅皿或塑料瓶中。
例2. 假设SiO2晶体中部分Si原子被Al原子取代，不足的价数由K原子补充，当有25%的硅原子被铝原子取代时，可形成正长石，则正长石的化学组成为( )。
A. KAlSi3O8 B.KAlSi2O6 C. KAlSiO4 D.KAlSi4O10
正确答案：A
常见错误：选B、C、D或干脆不会做。友情提示：本题与其说是考查化学知识，不如说是考查文字的阅读理解能力和数据的巧妙处理能力与化学知识的整合。仔细解读题意不难看出，25%的硅原子被铝原子取代，相当于1/4的硅原子被铝原子取代，不妨设每个正长石的分子中含3个硅原子，则必然有1个铝原子，这是相当于有4个硅原子，对应的氧原子数应为8，此时再根据化合价规则，尚有一个正电荷的空缺，根据题意正好由一个钾原子补充，得出正长石中的原子组成为：1个钾原子、1个铝原子、3个硅原子、8个氧原子，化学式应为KAlSi3O8，选A。
四、自我测评
一、选择题：
1.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
2.下列关于水玻璃（Na2SiO3的水溶液）的性质和用途的叙述中不正确的是 ( )
A.它是一种矿物胶，既不燃烧也不易受腐蚀
B．在建筑工业上可以作粘合剂、耐酸水泥掺料等
C．木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧
D．水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质
3.下列关于二氧化硅的叙述中，不正确的是( )
①在固态和液态时，导电性能都很弱。②能跟强碱反应，但不能与水反应。③硅与碳原子的最外层上都是4个电子，故SiO2的物理性质与CO2类似。④既是酸性氧化物，又是碱性氧化物。
A.②和③ B.③和④ C.②和④ D.④
4.在水玻璃中通入足量的CO2气体,充分反应后,加热蒸发,再高温灼烧,则最后所得的固体物质为
A.SiO2与NaHCO3 B.SiO2与Na2CO3 C.SiO2 D.Na2SiO3
5.主要成分含有硅酸盐的物质是( )
A.钢化玻璃 B.水玻璃 C.玻璃钢 D.玻璃纸
6.下列物质中主要成分是二氧化硅晶体的是 ( )
A.红宝石 B.水晶 C.刚玉 D.天然钻石
7. 高岭土的组成可表示为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
8. 据2001年12月的《参考消息》报道，有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，下列关于其有利因素的说法中，你认为不妥的是 （ ）
A．便于运输、储存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料
B．自然界的硅易开采，且可再生
C．硅燃烧放出的热量大，且燃烧产物对环境污染程度低容易有效控制
D．自然界中存在大量单质硅
9.光纤通信是以光作为信息的载体,让光在光导纤维中传播,制造光导纤维的基本原料是( )
A.钢 B.铜 C.石英砂 D.铝
10.关于硅的下列叙述中,不正确的是 ( )
A.在自然界中,硅既能以游离态形式存在,又能以化合态形式存在
B.硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，因而是一种半导体材料 C.常温下,硅可以与氟气、强碱溶液起反应
D.在加热条件下,硅可与氧气、氯气、硝酸等物质反应
11.下列叙述中，正确的是( )
A．金属氧化物一定是碱性氧化物 B．碱性氧化物一定是金属氧化物
C．非金属氧化物一定是酸性氧化物 D．酸性氧化物一定是非金属氧化物
12.、美国航天飞机“哥伦比亚号”爆炸，造成震惊世界的航天惨案。关于失事的原因有各种推测，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，你认为其主要作用是（ ）
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
13.实验室保存下列化学试剂的方法有错误的是（ ）
A.水玻璃保存在用橡胶塞的试剂瓶中
B.氢氟酸保存在磨口玻璃试剂瓶中
C.固体烧碱放在广口塑料瓶中并用塑料盖盖严
D.金属钠保存在煤油中
14.实验室里熔化氢氧化钠时，不能选择用的坩埚是（ ）
A.石墨坩埚 B．石英坩埚 C．铁坩埚 D．瓷坩埚
二、填空题
15.三硅酸镁被用来治疗胃溃疡，是因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。把三硅酸镁(Mg2Si3O8·nH2O)改写成氧化物形式为_________。写出它中和胃酸(HCl)的化学方程式：__________________________________________。
16.用地壳中某主要元素生产的多种产品在现代高科技中占有重要位置，足见化学对现代物质文明的重要作用。例如：
（1）计算机芯片的主要成分是 ；
（2）光导纤维的主要成分是 ：
（3）目前应用最多的太阳能电池的光电转化材料是 ；
（4）用作吸附剂、干燥剂、催化剂或催化剂载体的人造分子筛大多是一类称为 的化合物。
17.氮化硅Si3N4是一种高温结构材料，粉末状态的Si3N4可以由SiCl4的蒸气和NH3反应制取。粉末状Si3N4对空气和水都不稳定。但将粉末状的Si3N4和适量氧化镁在230×1.01×105Pa和185℃的密闭容器中热处理，可以制得结构十分紧密、对空气和水都相当稳定的固体材料，同时还得到对水不稳定的Mg3N2。
①写出由SiCl4和NH3反应制取Si3N4的化学反应方程式 ；
②在Si3N4和适量氧化镁在230×1.01×105Pa和185℃的密闭容器中热处理的过程中，除生成Mg3N2发生的反应方程式为 ；
③氮化硅Si3N4是一种高温结构材料，其优点是 （只要求写出二种）。
18.某学生兴趣小组想利用高岭土[其主要成分是Al2O3·2SiO2·2H2O]试验新型的净水剂。试验程序如下：
其中滤液E就是欲求的净水剂。试回答下列问题：
①写出混合物A、B，滤液C、D的主要成分
A： ；B： ；C： ；D： 。
②写出高岭土与纯碱熔融的两个化学方程式 ；
③该试验中，熔融高岭土可以选用的坩埚有
A．玻璃坩埚 B．瓷坩埚 C．氧化铝坩埚 D．铁坩埚
第一节 无机非金属材料—硅参考答案
1. C 2.D 3.B 4.B 5.AB 6.B 7.B 8.D 9.C 10.A 11.B 12.D 13.B 14.B
15.2MgO·3SiO2·nH2O；2MgO·3SiO2·nH2O＋4HCl=2MgCl2＋3SiO2＋(n＋2)H2O
16. (1)硅（或Si或单晶硅）(2)二氧化硅（或SiO2）(3)硅（或Si） (4)铝硅酸盐（或硅铝酸盐）
17.①3SiCl4+4NH3=Si3N4+12HCl；②Si3N4+6MgO=3SiO2+2Mg3N2；③抗氧化、耐磨损、抗腐蚀、润滑性、抗冷热冲击等。
18．(每空2分) ①A：NaAlO2和Na2SiO3；B：NaAlO2和Na2SiO3；C：AlCl3；D：H2SiO3。
②Al2O3＋Na2CO3 2 NaAlO2＋CO2↑；SiO2＋Na2CO3 2 Na2SiO3＋CO2↑
③D
第二节 铝 金属材料
一、新课标导航
学习目标
（1）知识与技能
1．了解铝的还原性、氧化铝和氢氧化铝的两性。
2．认识铝及其重要化合物的化学性质，并能比较了解它们的性质与其它常见金属及其化合物的不同，结合它们的性质，能够列举铝合金材料在生产和生活中的重要应用。
3．了解钢铁这一重要的黑色金属材料，知道在钢铁中掺入少量的其它元素可以制得不锈钢的材料生产事实，认识少量元素所的起的重要作用。
4.了解金、银、铜等有色贵重金属（货币金属）的主要性质以及它们作为材料在工业生产和高科技领域的应用。
（2）过程与方法
1．初步学会运用化学实验、物质分类等探究物质的性质的方法。
2．通过对不锈钢不易锈蚀原理的认识，进一步体会金属性质与金属材料间的密切联系。
（3）情感态度和价值观
通过对学习的亲身体验和丰富多彩的实验现象，培养自己学习化学的兴趣和崇尚科学，勇于探究的科学品质，增强学好化学、服务社会的责任感和使命感。
知识归纳
本节主要是在前面学习非金属元素、金属元素中的钠、铁、镁和了解的无机非金属材料在生产、生活中的重要应用的基础上，了解对另一种金属铝及其化合物重要性质的认识，进一步丰富大家对金属元素及其化合物知识的认识，形成一个更为广阔的认识物质世界的空间。另外，金属材料的发展有着悠久的历史，金属及其合金在工农业生产和生活等方面有着重要的用途，通过学习，使我们认识金属的物理、化学性质与应用之间的密切联系。
金属材料的基本元素是金属。人们将金属材料分为黑色金属材料和有色金属材料两大类，铁、铬、锰及其合金成为黑色金属材料，其它的金属材料及其合金成为有色金属材料，因此，笼统地说，金属材料具有高强度、优良的塑性和韧性，耐热、耐寒，可铸造、锻造、冲压和焊接，还有良好的导电性、导热性和铁磁性，因此是一切工业和现代科学技术中最重要的材料。
本节重点：
对金属铝的还原性和氧化铝、氢氧化铝两性的认识。
（1）铝元素原子的最外层有3个电子，在参加化学反应时容易失去这3个电子，表现为还原性，可以跟氧气反应，跟一些熔点高的金属的氧化物反应，将这些高熔点的金属从它们的氧化物中还原出来，这一反应叫做铝热反应，常用来冶炼金属、野外焊接钢轨、焊接大截面的钢材部件、使钢筋混凝土建筑的钢筋熔断，楼体坍塌，实施定向爆破等。
（2）铝的氧化物氧化铝和氧化物对应的水化物氢氧化铝，在常温下既能跟酸反应生成盐和水，又能跟碱反应生成盐和水，因而它们属于两性氧化物和两性氢氧化物。
（3）铝能跟酸反应生成盐和氢气表现出还原性；铝有别于其它金属的地方是还能跟碱溶液反应，如跟氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸钠，反应方程式为：2Al＋2NaOH＋6H2O＝2Na[Al（OH）4]（四羟基合铝酸钠）＋3H2↑，金属铝仍表现的还原性。因而金属铝只有还原性，而无氧化性，更无两性之说。
本节难点:
1．比较法学习物质的性质，根据物质的组成，利用实验、分类等方法推测研究物质化学性质相似性的方法。
突破该难点的方法：前面已经学习了金属钠、镁、铁及其化合物、合金的一些性质，本节主要介绍的是铝及铝合金的性质和用途，学习时将同一类物质放在一块，通过比较，找出它们组成上的相同点，然后根据代表物质具有的性质，推测它们性质的相似性，再找出它们组成上的不同点，具体研究它们性质上的差异，并学会列表比较。
2．对“两性物质”（两性氧化物、两性氢氧化物）概念的认识。
突破方法：既能跟酸反应生成盐和水（表现出碱性氧化物的性质），又能跟碱反应生成盐和水（表现出酸性氧化物的性质）的氧化物称为两性氧化物，如Al2O3 、ZnO等；既能跟酸反应生成盐和水（表现出碱的性质），又能跟碱反应生成盐和水（表现出酸的性质）的氢氧化物称为两性氢氧化物，如Al(OH)3、Zn（OH）2等。而对于它们所含中心元素Al、Zn均属于金属元素，绝不能把Al元素、Zn元素说成是“两性元素”，它们的单质只有金属性、还原性，而没有非金属性和氧化性。
3．从实验事实认识铝与氢氧化钠溶液的反应，进而了解某些金属也能和强碱反应。
解读:铝与氢氧化钠溶液的反应，实质是在氢氧化钠存在的条件下，铝与水反应，生成四羟基合铝酸（H[Al（OH）4]）和氢气，四羟基合铝酸与氢氧化钠发生中和反应，生成四羟基合铝酸钠（Na[Al（OH）4]）和水，使反应得以完成。该反应的化学方程式为：2Al＋2NaOH＋6H2O＝2Na[Al（OH）4]＋3H2↑，该反应既是离子反应，离子方程式为：2Al+2OH-+6H2O=2[Al（OH）4]-+3H2↑，又是氧化还原反应，所标电子转移的方向和数目为：
2Al +2OH-+ 6H2O＝2[Al（OH）4]2- + 3H2↑
本节考点：
1．金属铝的还原性及氧化铝、氢氧化铝的两性在氧化还原反应方程式的书写，离子共存问题的判断，实验判断中的应用。
2．镁铝的合金及镁铝的混合物在反应中的应用。
3．金属铝与酸反应及铝与强碱溶液反应的有关计算。如金属铝与酸反应及铝与强碱溶液反应放出氢气的有关计算。
4．对金属材料与金属性质对应关系及金属材料分类知识的考查。
二、典型题解读：
基础题
例1．铝的化学性质较活泼，为什么通常铝制品都很耐腐蚀？为什么不宜用钢刷、沙等来擦洗铝制品？
。
解析及答案：铝与空气中氧气反应生成致密的氧化物保护膜，从而阻止了铝的进一步氧化；用钢刷、沙等擦洗铝制品，会破坏铝表面的氧化物保护膜，加速铝的氧化。
友情提示：结合学过的化学知识，回家告诉家长科学合理地使用家具。
例2．下列物质：①NaHCO3 ②Al ③Al2O3 ④Al(OH)3中，既能与盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应的化合物是（ ）
A、③④ B、①③④ C、③ D、全部
解析：本节学过的Al、Al2O3、Al(OH)3均既能与盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应，很容易选择，但Al属于单质而不属于化合物，故不能选②，而对于NaHCO3则容易被漏掉，NaHCO3属于弱酸的酸式盐，它既能与盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应，且是化合物，符合题意。
答案：B
友情提示：既能跟酸反应，又能跟碱反应，这是它作为一种弱酸的酸式盐所表现出来的性质，绝不能把它叫做两性化合物。
例3． 有一乡村中学由于条件所限，仅有一大一小两种试管和稀硫酸。甲、乙两个学生找来铝制废牙膏皮，各自设计了一种装置，制取并收集一试管氢气。
（1）哪个学生设计的装置比较合理？ ，用较合理的装置制取氢气，要使氢气充满收集氢气的试管，应该采取的措施是 。
（2）实验室还可用 代替稀硫酸与铝反应制取氢气，其反应的离子方程式为 （必须与上述反应原理不相同）。
解析：问题（1）的关键是理解向下排空气法的实质；问题（2）中制取H2的原理包括两类：活泼金属与非氧化性酸的反应、铝与强碱的反应，考虑题目要求“必须与上述反应原理不相同”，应选铝与强碱的反应。
答案：（1）乙 ； 将小试管伸入到试管底部，待小试管中充满气体后，再慢慢将大试管提起。（2）NaOH溶液 ； 2Al+2OH-+6H2O=2[Al（OH）4]-+3H2↑。
友情提示：在题目的第（2）问中，若你再设计一个用稀盐酸等其它非氧化性酸来代替稀硫酸与铝反应制取氢气，是否有点“违背命题者的意图”？你说呢？由此你能受到哪些启示？理解实验室选择制取气体反应的原理，懂得气体收集装置的实质，明确命题者的命题意图，才会作出“符合题意的文章”。
例4．金属与酸反应（生成H2）的有关计算：
（1）将一定质量的Mg、Zn、Al混合物与足量稀H2SO4反应，生成H2 2.8L（标准状况），原混合物的质量可能是（ ）
A． 2ｇ B. 4ｇ C. 8ｇ D. 10ｇ
解析：不要按部就班的根据化学方程式计算，可按“极值讨论法”讨论该题。根据生成氢气标准状况下的体积2.8L换算成物质的量，为0.125mol，再根据三种金属反应时与放出氢气的对应物质的量关系：1∶1、1∶1、2∶3，若分别为三种金属单独反应（极限情况），则需三种金属的质量分别约为3g、8.125g、2.25g。而实际是三种金属的混合物，因而质量应介于两极值之间，即介于2.25g到8.125g之间，对照答案，选B、C
答案：B、C
（2）等物质的量的Na、Mg、Al分别与足量盐酸反应产生氢气量之比为（ ）
解析：由题意知，酸为过量，故产生H2的量由Na、Mg、Al的量决定。
依题意 2Na～H2；2Mg～2H2；2Al～3H2
故等物质的量的Na、Mg、Al分别与足量盐酸反应产生H2量之比为1∶2∶3。
友情提示：在该条件下产生氢气的量之比，实质是等物质的量的金属失电子数之比，也等于在其对应的产物中金属表现出的化合价之比。
（3）若与足量盐酸反应后产生H2的量相同，则所加入Na、Mg、Al三种金属的质量比为（ ）
解析：依据题意，可得关系式：2Na～H2；Mg～H2；Al～H2
故所加入Na、Mg、Al三种金属的质量比为：mNa:mMg:mAl＝46：24：18＝23：12：9。
友情提示：该条件下酸过量产生H2的量相同，即金属失电子数相等，故应加入金属的质量比等于在该反应中表现出的摩尔电子质量（元素的摩尔质量除以其对应的化合价）比，即为。
金属与酸反应生成氢气的反应，经常用于计算题的考查，掌握一些计算技巧，有助于提高解题速度，在竞争中取胜。
例5．在硝酸铝和硝酸镁的混合溶液中，逐滴加入稀氢氧化钠溶液，直至过量。下列表示氢氧化钠加入量（X）与溶液中沉淀物的量（Y）的关系示意图中正确的是 （ ）
Y Y Y Y
A B C D
解析：在硝酸铝和硝酸镁的混合溶液中，逐滴加入稀氢氧化钠溶液，会生成氢氧化铝和氢氧化镁的白色沉淀，随着氢氧化钠的加入，沉淀量会逐渐增加，当达到最大沉淀量后，继续滴加氢氧化钠溶液，则生成的氢氧化铝会与过量的氢氧化钠反应（表现出氢氧化铝的两性），使沉淀量逐渐减少，当氢氧化铝全部溶解后，沉淀量不再变化。
答案：C
例6．钛和钛合金是21世纪的重要金属材料。它们具有优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、机械性能好、抗腐蚀能力强，钛合金与人体有很好的“相容性”。根据它们的主要性能，不合实际的用途是（ ）
A.用于核潜艇设备的制造 B.用于制造航天设备
C.用来做保险丝 D.可用来制造人造骨
解析：钛和钛合金是21世纪的重要金属材料。根据题中所提供信息，与选项中的各用途去对照，不难看出，选项C是与其用途不相符的。
答案：C
探究平台
例7．为充分利用原料，降低成本，利用现有的浓度为70%的硫酸3.5t和纯度为80%的烧碱2.5t，用足量的废铝与该酸、碱作用，最多可生成氢氧化铝（杂质不发生反应）为（ ）
（A）1.3t （B）2.5t （C）3.5t （D）5.2t
解析：单质铝制取氢氧化铝，首先需要将单质铝氧化，转化成化合态的铝。能将铝氧化的物质有水和硫酸，从充分利用原料的角度来说，氧化剂使用水最经济。而化合态的铝制取氢氧化铝有三条途径，一是铝盐和碱作用；二是四羟基合铝酸盐和酸作用；三是铝盐和四羟基合铝酸盐混合制得氢氧化铝。
在实际生产中采用的是将铝与氢氧化钠溶液作用，制得四羟基合铝酸钠，水是氧化剂，生成1摩尔四羟基合铝酸钠仅需1摩尔氢氧化钠。再将硫酸与铝作用，制得硫酸铝，最后，将硫酸铝和四羟基合铝酸钠作用，制得氢氧化铝。这一步实际上硫酸铝起到酸的作用，所以可以认为这部分铝也是被水所氧化，铝盐和四羟基合铝酸盐混合时它们的物质的量之比正好是1：3。其中的铝完全转化成氢氧化铝。通过以上对铝的化合物性质的分析，可以得出生成的氢氧化铝物质的量应该是硫酸中的氢离子的三分之一和氢氧根离子总和。即：
答案：D
名师指点：善于从问题的反面去考虑，也是解决问题的一种好方法。另外相信题中的结论，然后按照题中的信息去寻找问题的答案，这是科学探究的方法之一。该题的探究点，实质是通过所学过的关于铝及铝的化合物的性质、反应，去寻找根据所给条件和要求制取氢氧化铝的最佳途径。在探究到制取氢氧化铝的最佳途径是将生成的铝盐和生成的四羟基合铝酸盐混合反应时，可能有的同学无从下手，可以逆推一下：由Al（OH）3＋3H＋＝Al3+＋3H2O, Al（OH）3＋OH-＝[Al（OH）4]-可得，若将Al3+跟[Al（OH）4]-混合，则铝元素全部转化为氢氧化铝，且Al3+跟[Al（OH）4]-的物质的量的比为1：3时完全反应。
创新天地
例8． 金矿和银矿中金、银的含量往往较低，工业上提炼金是采用氰化法提炼。这个方法的原理是：用稀的氰化钠溶液处理粉碎了的金矿石，通入空气，使金矿石中的金粒溶解，生成能溶于水的络合物Na[Au（CN）2]，其反应方程式为：4Au＋8NaCN＋2H2O＋O2＝4Na[Au（CN）2]＋4NaOH，Na[Au（CN）2]在水溶液中电离为Na＋和[Au（CN）2]－，然后再用锌从溶液中把金置换出来，锌转化为Na2[Zn（CN）4]。写出锌从溶液中置换出金的离子反应方程式： 。
解析：该题是一个联系诱人的工业生成的新情景题，所给予的信息也是新情景，这需要大家从新情景这提炼出有用信息，结合旧知识和题目要求，变换整合得出答案。事实上这种题目的答案往往就在题目的信息中。
答案：Zn＋2[Au（CN）2]－＝Na2[Zn（CN）4]＋Au 。
名师指点：本题的创新点在于引导大家利用题中信息进行迁移去解决新情景问题。有时候，解决这种问题只是“比着葫芦画一个瓢”而已。
实验探究
例9．往一金属铝的易拉罐内充满CO2，然后往罐内注入足量的NaOH溶液，立即用胶布封罐口．经过一段时间后，罐壁内凹而瘪．再过一段时间后，瘪了的罐壁重新鼓起来（假设易拉罐不会被腐蚀烂）．解释下述变化的实验现象，写出有关化学方程式．
(1)罐壁内凹而瘪的原因________________________，
反应的化学方程式是：________________________，
(2)罐再鼓起的原因：________________________，
反应的化学方程式是：________________________．
(3)实验时，将“充满CO2”改为：“放入一药匙白色固体”，其他不变，也能取得相同的实验效果．则该白色固体是__________(写名称)．
解析：该题是一个很有趣的化学实验，考查的是CO2与NaOH溶液的反应及Al与NaOH溶液的反应，明确了发生的反应，另外联想到固体CO2称为干冰，它是一种白色固体，很容易写出答案。
答案：(1)NaOH吸收了CO2气体，使罐内气压小于罐外气压，所以罐内凹而瘪。
2NaOH＋CO2＝Na2CO3＋H2O
(2)过量NaOH和Al反应产生H2，使罐内气压增大，所以罐再次鼓起。
2Al＋2NaOH＋2H2O＝2NaAlO2＋3H2↑
(3)干冰
名师指点：将化学原理跟有趣的化学实验结合起来，加强化学与生活的联系。该实验同学们完全可以借助实验室中的药品，自己去进行实验探究。
开放题
例10．请你设计至少两种方法除去细小的铁颗粒中混有的细小的铝颗粒。（简要说明）
思路点拨：除去细小的铁颗粒中混有的细小的铝颗粒，是一个除杂题，要求的方法很广泛，可以是物理方法，也可以是化学方法。在物理方法中可采用逆向思维，用磁铁将细小的铁颗粒吸出来，达到除杂的目的；在化学方法中，要选择一种试剂，能跟铝反应，而不影响主体铁，最好还新生成点铁，这样，我们可以选强碱溶液，也可选硫酸亚铁溶液，选氯化铁等铁盐溶液也行，通过反应后，过滤，洗涤，干燥，即得铁。
参考答案：方法一：可以使用磁铁将混合物中的铁吸引出来而留下杂质铝。
方法二：可以使用NaOH溶液洗涤混合物，铁与NaOH溶液不发生反应，而Al可溶于NaOH溶液。发生的反应为：2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al(OH)4]＋3H2↑，经过滤、洗涤可以得到铁。
方法三：向混合物中加FeCl3溶液，Al与FeCl3溶液反应：A1＋FeCl3Fe＋AlCl3，用水洗涤，过滤并干燥可得铁。
友情提示：本题为设计新颖的开放型题目。铁和铝的性质不同，解答此类题目时要积极调动大脑贮存的知识，抽取相关知识灵活应用作答。当然这也有赖于平时一点一滴、扎扎实实的知识和能力的积累。具体解答时，最好选取最简单、最保险的答案，以防出错。当然，在平时的学习中，应力求多找一些解决问题的方法，以丰富自己的大脑。
例11．等物质的量的钠、镁、铝分别与1L1mol/L的盐酸作用产生氢气，分别放出氢气体积可出现下列四种情况：①Na＜Mg＜Al;②Na＜Mg=Al;③Na=Mg=Al;④Na＞Mg=Al.试讨论上述四种情况所需金属的物质的量分别在何范围
解析：本题可用分段讨论的方法，但比较繁琐，用作图法则方便快捷.
化学反应中，反应物与生成物的量通常呈线性关系，作图时可利用特殊点(如刚开始反应，恰好完全反应等)画出投入金属量与产生氢气量的关系图，各种情况会一目了然.
根据Na～H＋～H2 Mg～2H＋～H2 Al～3H＋～H2
对于Na:起点O(0，0)，盐酸恰好完全反应时为A点(1，)；
对于Mg:起点O(0，0)，盐酸恰好完全反应时为B点(、)；
对于Al：起点O(0，0)，盐酸恰好完全反应时为C点(，)
显然，当n＜时，Na＜Mg＜Al
当≤n＜1时，Na＜Mg=Al
当n=1时，Na=Mg=Al
当n＞1时，Na＞Mg=Al.
参考答案：①n＜ ②≤n＜1 ③n=1 ④n＞1
易错题点拨
对金属铝及其化合物的某些特殊性质认识不全，容易导致判断错误。金属参与的反应，都是氧化还原反应，特别铝与强碱溶液反应、铝盐溶液与碱反应时的有关计算更容易出现错误。
例1．下列有关金属元素性质的叙述，正确的是（ ）
A．金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性
B．金属元素在化合物中一定显正化合价
C．金属元素在不同化合物中化合价一定是不同的
D．金属元素的单质在常温下均为固体
正确答案：B
常见错误：选A或D。选A主要对某些有变价的金属的低价态金属离子具有还原性认识不足，导致选错；选D主要对某些金属如汞在常温下为液态认识不足。
例2．某透明的溶液中加入铝粉能放出氢气，与此溶液中一定能共存的离子组是（ ）
A．H+、Cu2＋、Cl－、SO42－ B．HCO3－、NO3－、SO42－、Na＋
C．Cl－、SO42－、K＋、Na＋ D．Na＋、[Al（OH）4]、SO42－、Cl－
正确答案：C
常见错误：选A或D，认为透明的溶液中加入铝粉能放出氢气只有一种情况，或者理解成酸性溶液，或者理解成碱性溶液，而未全面地考虑到碱性、酸性都有可能，因而出现错选。选A的认为该溶液显酸性；选D的认为溶液显碱性。
友情提示：读题、审题，把握住题目的条件和要求，全面而慎重地思考问题，这应是我们努力养成的好的学习习惯。
自我测评：
一、选择题：
1．下列物质中不属于合金的是（ ）
A..碱式碳酸铜 B.不锈钢 C.黄铜 D.水银
2．铝和金属铍（元素符号：Be，其原子的最外层上有2个电子）的性质十分相似，试根据铝的性质推测铍的性质正确导电是（ ）
A..铍能与强酸、强碱溶液反应 B.氧化铍易溶于水
C.氢氧化铍具有两性 D.氧化铍的化学式为Be2O3
3. 将相同质量的Na、Mg、Al分别与过量的稀硫酸反应，在相同状况下产生H2的体积比为( )
A.36∶69∶92 B.92∶69∶36 C.1∶1∶1 D.3∶2∶1
4. 铝热剂中铝的作用是（ ）
A．催化剂 B．氧化剂 C．还原剂 D．填充剂
5. 两份铝屑，第一份与足量稀盐酸反应，第二份与足量氢氧化钠溶液反应，产生的氢气的体积比为1∶2则第一份与第二份铝屑的质量比为（ ）
A.1∶1 B.1∶2 C. 1∶3 D.2∶1
6. 下列反应的离子方程式书写正确的是（ ）
A．钠和冷水反应 Na＋2H2O＝Na+＋2OH＋H2↑
B．金属铝溶于氢氧化钠溶液 Al＋4OH＝[Al（OH）4]＋H2
C．金属铝溶于盐酸中：2Al＋6H+＝2Al3+＋3H2↑
D．氯化铝溶液中加入过量的氢氧化钾溶液：Al3＋＋4OH-＝[Al（OH）4]
7．现代建筑的门窗框架，常用电解加工成古铜色的硬铝制造。取硬铝样品进行如下实验：（已知锰比铁活动）
由此推知硬铝的组成是（ ）
A．Al、Mg、Si、Zn B．Al、Cu、Mg、Si、Mn
C．Al、Fe、C．Cu D．Al、Si、Zn、Na
8．4.2000年5月,保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港元购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜 铸的牛首、猴首和虎首。普通铜器时间稍久容易出现铜绿[主要成分Cu2(OH)2CO3]。这三件1760年铜铸的国宝在240年后看上去仍熠熠生辉不生锈，下列对其原因的分析，你认为最有可能的是（ ）
A·它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金
B·环境污染严重，它们表面的铜绿被酸雨洗去
C·铜的金属活动性比H小，因此它们不易氧化
D·它们是含一定比例金、银、锡、锌的铜合金
9．蒙古牧民喜欢用银器盛放鲜牛奶。现代科学证明，用银器盛放牛奶，确有其科学道理，因为（ ）
A·溶入极微量的银离子，可以杀死牛奶中的细菌，防止牛奶变质
B·用银器盛放牛奶，可以补充人体所需的银元素
C·银易导热，牛奶凉得快
D·银的化学性质稳定，坚固耐用
10．将金属与金属(或非金属)加热熔合在一起就能形成合金。根据下列金属的熔点、沸点：
Na Cu Al Fe
熔点/℃ 97.81 1083 660 1535
沸点/℃ 882.9 2595 2467 3000
其中不能形成合金的是（ ）
A、Fe、Cu B、Al、Na C、Fe、Na D、Cu、Na
11. 大量铝在人体中积累可使人慢性中毒。1989年世界卫生组织正式将铝确定为“食品污染源”之一而加以控制。铝在下列使用场合须加以控制的是：①制铝锭 ②制易拉罐 ③制电线电缆 ④制牙膏皮 ⑤用明矾净水 ⑥制炊具 ⑦用明矾和苏打作食物膨化剂 ⑧用氢氧化铝制药片治胃病 ⑨制防锈油漆 （ ）
A．①②④⑤⑥⑦⑧ B．②⑤⑥⑦⑧
C．②④⑤⑥⑦⑧ D．③④⑤⑥⑦⑧
12．把Ba(OH)2溶液滴入明矾[KAl（SO4）2]溶液中，使SO全部转化成BaSO4沉淀，此时铝元素的主要存在形式是（ ）
A．Al3+ B．Al(OH)3 C．[Al（OH）4] D．Al3+和Al(OH)3
二、填空题：
13． 在MgCl2和AlCl3的混合溶液中，逐滴加入NaOH溶液直至过量。经测定，加入的NaOH的物质的量(mol)和所得沉淀的物质的量(mol)的关系如右图所示。则：
（1）写出代表各线段发生反应的离子方程式：
OD段 ，
DC段 ，
（2）原溶液中Mg2＋、Al3＋物质的量浓度之比为 。
（3）图中C点表示当加入 mol NaOH时，Al3＋已经 ，Mg2＋已经 。
（4）图中线段OA∶AB＝ 。
14. 现有0.1mol·L-1的AlCl3溶液和0.1mol·L-1的NaOH溶液，进行下面的实验：
(1)在试管中盛有上述AlCl3溶液10mL，向其中逐滴滴入上述的NaOH溶液。
①加入10mlNaOH溶液时的现象是 ；加入30mLNaOH溶液时的现象是 ；加入35mlNaOH溶液时的现象是 。
②生成沉淀质量最多时，需NaOH溶液的体积为 mL。
(2)向盛有10mLNaOH溶液的试管中逐滴滴入AlCl3溶液，同时不停振动试管，出现的现象是 ，计算应加入至 mLAlCl3溶液时才开始出现较稳定的沉淀，至加入约 mLAlCl3溶液时产生沉淀达最大值。写出上述过程的离子方程式 。
15．（13分）某混合物A，含有KAl（SO4）2、Al2O3和Fe2O3，在一定条件下可实现下图所示的物质之间的变化：
据此回答下列问题：
（1）I、II、III、IV四步中对于溶液和沉淀的分离采取的方法是 。
（2）根据上述框图反应关系，写出下列B、C、D、E所含物质的化学式：
固体B ；沉淀C ；沉淀D ；溶液E 。
（3）写出①、②、③、④四个反应的离子方程式：
① ；② ；
③ ；④ 。
三、计算题：
16．将4.6g金属钠和8.1g铝放入90.8g 水中，充分反应后，得到的溶液的密度为1.25g/cm3，试计算：
①铝在反应中共产生氢气的体积是多少升（H2的密度为0.0893g/L）
②所得溶液中溶质的物质的量浓度是多少
17．把1mol/L的AlCl3溶液 75mL与2mol/LNaOH溶液120mL混合，求能够得到Al(OH)3沉淀的质量。
自我测评参考答案：
一、选择题：
1．A、D 2.A、C 3.A 4.C 5.B 6.C、D 7.B 8.D 9.B 10.C、D 11.C 12.C
二、填空题：
13.（1）OD段：Mg2＋＋2OH－＝Mg（OH）2↓，Al3＋＋3OH－＝Al（OH）3↓ ；DC段：Al3＋＋4OH－＝[Al（OH）4] 。 （2）2∶1 。（3）0.8 ，全部转化成[Al（OH）4]－，完全生成沉淀Mg(OH)2 。（4）7∶1。
14.(1)①逐渐生成白色胶状沉淀；沉淀量达到最大值；沉淀溶解一半。 ②30。 (2)局部有白色胶状沉淀出现，振动后沉淀随即消失；2.5； 3.3； Al3＋＋4OH－＝[Al（OH）4] ， 3[Al（OH）4]＋Al3+=4Al(OH)3↓ 。15．（1）过滤。（2）固体B ：Al2O3；沉淀C ：Al2O3和Fe2O3；沉淀D： Fe2O3；溶液E ：K2SO4和（NH4）2SO4 。（3）①Al2O3＋2OH－＋3H2O＝2[Al（OH）4]－；②Al3＋＋3NH3·H2O＝Al(OH) 3↓＋NH4＋ ；③[Al（OH）4]＋H＋＝Al(OH) 3↓＋H2O；④2Al(OH) 3Al2O3＋3H2O
三、计算题：
16．①6.72L， ② 2.5mol/L 。 17. Al(OH)3沉淀的质量为4.68g。
第3节 复合材料
一、新课标导航
学习目标
（1）知识与技能
1．通过对单一材料性能的认识，在认识金属材料、无机非金属材料及了解的有机合成材料的优缺点的基础上，再了解在传统“复合”思想的引领下形成的高科技复合材料的形成和它们的组成部分。
2．进一步体会物质的元素组成与组成的材料性能的关系。
3．能列举出几种常见的复合材料及在生产、生活中的重要应用。
（2）过程与方法
1．了解材料发展的历程，认识“复合”是材料发展的必然趋势。
2．回顾对金属材料、无机非金属材料有关知识，加深对这部分知识的认识。
3．强化对元素与材料关系的认识。
（3）情感态度和价值观
1．体会物质的组成对材料性能起决定作用，从组成出发，可以预测材料的性质。
2．体会“复合”是一种重要思想，它不仅可以引起材料性能的巨大变化，还可以使我们在生活、学习中借鉴“复合”思想，加强与同学的“合作与交流”，提高自己的知识水平和应变能力。
3．通过本节知识的学习，充分认识“化学就在身边”，“高科技的应用就在身边”，增强学习的信心和投身科学的使命感。
知识归纳
（一）认识复合材料
1．复合材料的定义：两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的材料称为复合材料。
2．复合材料的组成：复合材料由两步部分组成，一部分成为基体，在复合材料中起黏结作用；另一部分成为增强体，在复合材料中起骨架作用。
3．复合材料的性能：复合材料既保持了原有材料的特点，又使各部分之间协同作用，形成了优于原材料的特性。复合材料一般具有强度高、质量轻、耐腐蚀、耐高温、不吸湿、不易老化等优点。
4．复合材料的用途：应用于日常生产生活中，如玻璃钢用于游乐车、电话亭、餐桌椅，制造球拍、鱼竿、冲浪板等体育用品；应用于航空、航天领域，如在火箭、导弹、卫星、宇宙飞船、航天飞机上做机身、机翼、壳体等。
（二）形形色色的各种复合材料
1．生活中常用的复合材料：
（1）玻璃钢。以玻璃纤维做增强体，以合成树脂做基体的复合材料，它的强度高，密度小，有较好的耐腐蚀性、电绝缘性、机械加工性能等。这种材料已大量用于游乐车、水上滑梯、电话亭、餐桌椅等产品的生产。
（2）碳纤维增强复合材料。以合成树脂做基体，以碳纤维做增强体的复合材料，它具有韧性好、强度高而质轻的特点。大量用于运动球拍、鱼竿、赛车、冲浪板等体育用品，也广泛用于纺织机械、化工机械的制造，以及医学上人体组织中韧带的制作等。
2．航空、航天领域中的复合材料：
（1）飞机、火箭的机翼、机身以及导弹的壳体、尾翼中所用复合材料，其基体是镁、铝、钛等密度小的金属，增强体是碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维等耐热性能好的纤维，其中以碳纤维应用最为广泛。
（2）航天飞机机身上使用的复合材料，其基体是各类陶瓷，增强体是碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维等，称为隔热陶瓷瓦。
本节重点：
1．能感受到“复合”思想的重要意义。
2．能认识几种常见的复合材料，特别是象玻璃钢等纤维增强金属基复合材料，和航天飞机机身上使用的纤维增强陶瓷基复合材料——隔热陶瓷瓦及在生产、生活中的重要应用。
本节难点：
1．对传统材料进行复合后引起性能变化的事实的认识。
2．对复合材料组成部分的理解。
本节考点：
1．能用分类的方法对常见的复合材料与其性能进行交叉分类。
2．能判断哪些材料属于复合材料。
二、典型题解读
基础题
例1． 完成填空：
（1）传统无机非金属材料的基本特征是 、 、 ，如我们熟悉
的 、 等属于无机非金属材料；新型无机非金属材料则具有特殊 、特殊 ，如 、 等属于新型无机非金属材料，它们虽具有不同的性能和优缺点，但都在我们的生活、生产中扮演了重要的角色。
（2）金属材料可分为 、 两大类，钢铁属于 金属材料，普通钢容易锈蚀，当掺入少量其它元素后形成的不锈钢则具有 性能。
（3）在有色金属材料中，铝制品具有 、 、 、 等特点，且具有一定的 能力；金、银、铜都具有良好的 、 和 ，化学性质 ，因此，这些有色贵重金属材料在工农业生产和高科技领域正发挥着越来越重要的作用。
解析：完成以上填空，除可以对过去的知识进行复习整理外，还可以对新知识的学习做好铺垫，通过对比，充分认识复合材料的优越性。
答案：请自己找出正确答案。
例2．下列材料中属于复合材料的是（ ）
A..钢筋混凝土 B.玻璃钢 C.钢化玻璃 D.合成树脂
解析：正确区分复合材料和以前学过的金属材料、无机非金属材料、有机合成材料，可以从你较为熟悉的任何一个方面去区分。如你在该题的四个选项中，A选项属于金属材料、无机非金属材料的简单组合，谈不上“复合材料”，C选项中的钢化玻璃其实仍是玻璃，属于无机非金属材料，D选项中的合成树脂属于有机合成材料，故只有B选项中的玻璃钢属于纤维增强金属基复合材料。
答案：B
友情提示：从熟悉的角度去区分有不熟悉的概念，这也是一种“鉴别物质”的好方法。
例3．下列对玻璃钢的叙述中，你认为正确的是（ ）
A. 玻璃钢是由普通玻璃加强热后骤冷得到的，故其成分和性能与钢化玻璃相同
B. 玻璃钢是以玻璃为基体，以钢纤维为增强体的复合材料
C. 玻璃钢是以合成树脂为基体，以玻璃纤维为增强体的复合材料
D. 玻璃钢的强度和机械加工性能比合金钢稍差，但绝缘性和耐腐蚀性都比合金钢好
解析：该题旨在考查玻璃钢这种复合材料的基本组成结构和性能特征，要求大家对几种重要复合材料的基体和增强体的组成及相应的性能有较清楚的认识。可以采用联想对比记忆，在评价中判断得出正确结论。
答案：C
例4．导弹的壳体、尾翼均是由复合材料制成的，该复合材料的基体主要是金属，增强体主要是纤维。作为增强体的纤维必须具有耐热性能好的特点，你认为在下列常作为复合材料的增强体的纤维中，应用最广泛的是（ ）
A.碳化硅纤维 B.氧化铝纤维 C.碳纤维 D.硼纤维
解析：该题是考查的对航空、航天领域中的复合材料的组成的认识，仔细阅读课本知道，在各种作为增强体的纤维中，以碳纤维应用最为广泛。
答案：C
例5．下列复合材料的类别中，有一种与其它三种不同，你认为这一种复合材料应该是（ ）
A.金属基复合材料 B.树脂基复合材料 C.颗粒增强复合材料 D.陶瓷基复合材料
解析：本题考查的是大家对课本“资料在线——复合材料的分类”知识的了解情况。对复合材料的分类可有两大类分类标准：一是按基体分类，可分为树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料；另一种是按增强体的形状分类，可分为颗粒增强复合材料、夹层增强复合材料和纤维增强复合材料。在题中的四个选项中，A、B、D是按基体分类的，而只有C选项是按增强体的形状分类的，故该题答案选C。
答案：C
友情提示：若对复合材料的分类把握不准，可根据选项中的文字解读，找出差异，得出结论。这叫排除法。
探究平台
例6．作为新一代工程塑料，膨胀石墨有着日益广泛的新用途，如可作为高级密封材料，也可作为新兴的导电材料应用于电池生产中，还可以制成新型复合材料作为环保型吸附剂。科学研究表明，膨胀石墨是由石墨（graphite）在浓硫酸介质中被氧化而制得，反应过程可用下式表示：
6nH2SO4＋2n graphite＋n[O]＝nH2O＋2[graphite+·HSO4－ ·2H2SO4]n（石墨硫酸盐）
石墨硫酸盐经过水洗、过滤、干燥、高温加热之后，即得膨胀石墨。试根据材料回答：
（1）在实际生产工艺中，是什么原因造成了哪种物质的膨胀而最终制成膨胀材料的？
（2）在题中所述转化关系中，还原剂是 ，反应中转移的电子总数为 。
解析：本题是密切联系复合材料的新情景推断题，通过仔细研读题目信息，结合已学过的氧化还原知识，不难作出正确答案。在第二问中，由题给信息可知，浓硫酸作为介质不参与氧化还原反应，原子氧[O]做氧化剂，被氧化的显然是石墨（graphite）（由“0价”变为“＋1价——graphite+），石墨做还原剂，
答案：（1）高温加热后，HSO4－ 、2H2SO4在高温下迅速气化，产生的气体使得石墨膨胀。原子氧[O]由0价变为－2价，失去2n个电子，因而电子转移总数应为2n。
（2）石墨（graphite），2n 。
名师指点：本题的探究点在于用已有的知识去探究新情景中的新问题，如使石墨膨胀的原因，被氧化的物质——还原剂，以及反应过程中电子转移的总数等。
创新天地
例7．纳米材料是指在10－7m～10－9m尺寸的材料， 这种材料由于尺寸很小，因而具有许多与传统材料截然不同的性质。例如通常的金属材料大多是银白色有金属光泽的，而纳米金属却是黑色的。纳米材料和纳米技术已经引起生产和日常生活以及尖端技术方面革命的变化，是21世纪新技术、新材料发展的前沿。纳米材料具有其特殊性能的原因之一，是因为它比相同体积的一般材料具有大的很多的表面积。假定某种原子直径为0.2nm，则可推算在边长为1nm的小立方体中，可有 个原子，其表面有 个原子，内部有 个原子。由于处于表面的原子数目很多，其化学性质应该 （填“很活泼”、“较活泼”或“不活泼”）。
解析：该题将新材料与数学运算结合在一起，用数据解释化学问题，这就是该题的最大创新点。
答案：125，98，27；很活泼。
实验探究
例8．录像带是一类具有特殊功能的复合材料，它是由有机合成带基体和复合磁性氧化物粉末作增强体制成的。某中学化学课外兴趣小组为测定一种复合氧化物的磁性粉末材料的组成，取该样品12.52g，将其全部溶解于过量的稀硝酸中，配成100mL溶液，取该溶液的一半，加入过量的K2SO4溶液，反应完全后，将生成的白色沉淀经过滤、洗涤、干燥，称重为4.66g；在另一半溶液中滴入几滴无色的KSCN溶液，立即显红色，再加入过量的NaOH溶液，生成红褐色沉淀，将沉淀过滤、洗涤、干燥、灼烧，完全反应后，得到3.2g固体。
（1）计算该磁性粉末材料中氧元素的质量分数。
（2）试着确定该磁性材料的化学式。
解析：本题题干很长，这需要大家有较强的快速阅读能力。情景很新，但所用的知识无非主要就是根据化学方程式的计算及元素质量分数的计算。准确抽取有用信息，结合旧知识进行计算，解题中注意数据的变化及单位的统一，这是解这一类题的一般路子，希望大家能学会。
分析题意，该材料称为复合磁性氧化物，经实验检验其中含Ba元素和Fe元素，当然另外的元素应该是氧元素。判断出所含元素种类，这对解决该题至关重要。
经计算，一半样品中含Ba元素的物质的量为： 4.66g/233（g·mol－）＝0.02mol，质量为：0.02mol×137 g·mol－＝2.74g，含Fe元素的物质的量(注意生成的3.2g固体不是Fe(OH)3而是Fe2O3)为： 3.2g/160（g·mol－）×2＝0.04mol，质量为：0.04mol×56 g·mol－＝2.24g所以原样品中含氧元素的质量为：12.52g－2×2.74g－2×2.24g＝2.56g，含氧元素的物质的量为：2.56g/16（g·mol－）＝0.16mol，含氧元素的质量分数为：2.56g/12.52g×100%=20.4% 。粉末中，Ba、Fe、O的物质的量之比为：2×0.02mol：2×0.04mol：0.16mol＝1：2：4，可得该磁性材料的化学式为：BaFe2O4或写成BaO·Fe2O3 。
答案：（1）该磁性粉末材料中氧元素的质量分数为20.4% ；（2）该磁性材料的化学式为BaFe2O4或BaO·Fe2O3 。
名师指点：该题既把复合材料引入情景，又把化学计算及元素化合物的推断和化学实验联系在一起，确是一个好题。另外，题中的实验，大家完全可以自己去操作，去通过实验探究物质的组成。
友情提示：数据的正确计算和转换有时显得非常重要，若计算或转换中出错，不仅不会得出正确结果，更重要的是留下遗憾，希望大家在这方面注意，以免留下不应有的遗憾。
开放题
例9．请联系你学过的有关材料的性能的知识，为某建筑工地的巨大塔吊选一种材料作吊绳。
思路点拨：塔吊的吊绳必须是强度高，分量相对轻，抗老化，大家可参照这一标准去选择。
三、易错题点拨
本节主要易错点在于对金属材料、无机非金属材料、有机合成材料以及刚学过的复合材料的区别，以及对复合材料这中的有关组成、性能等区分不清。解决这一问题的方法，可以通过仔细研读教材有关内容，在较为理解的基础上多记忆，在处理具体问题时可采用多种方法和技巧去鉴别，去判断。
例1．下列产品不能用玻璃钢制造的是（ ）
A.餐厅座椅 B.汽车窗玻璃 C.废水管道 D.垃圾桶
正确答案：B
常见错误：选C或选D。出错的主要原因可能是认为玻璃钢是一种新型的复合材料，可能价格会很昂贵，不可能用于制造象废水管道、垃圾桶之类的“低级产品”。其实，复合材料并不一定价格都很昂贵，而象垃圾桶、废水管道因为它们需要盛放的物品性质太复杂，所以所用的材料必须能应对各种“客人”的冲击，而玻璃钢这种新型复合材料正好解决了这一复杂问题。
友情提示：做学问要相信科学，不要凭想当然。
例2．纤维复合材料中的增强体为纤维状，其中应用比较广泛的有碳纤维、玻璃纤维等。下列对纤维的说法中，错误的是（ ）
A. 玻璃可以在一定条件下拉成极细的丝，可用于纺织宇航服等，但其拉伸强度却接近高强度的钢
B. 玻璃纤维易断，不能用于纺织
C. 碳纤维化学稳定性好，耐酸碱腐蚀，有良好的耐低温性能
D. 氧化铝、氧化硅、碳化硼等也可拉成纤维，作复合材料的增强体
正确答案：B
常见错误：选A、C、D，或根本拿不准该选哪一个答案。出错的根本原因是对复合材料的认识不准确，又不能够在对所有选项的评价中做出正确选择。事实上，玻璃纤维既不同于普通玻璃，也不同于我们接触的棉纺织纤维。
四、自我测评
一、选择题：
1．把手放在一块被火长期烧烤的板上仍安然无恙，则制造这种板的材料和性质可以是（ ）
A.无机材料，透气 B.特殊钢板，耐高温 C.纳米碳板，熔点高 D.有机高分子材料，绝热
2．某复合材料的基体是氮化硅陶瓷，增强体是SiO2纤维，，你认为该复合材料可能具有的性能是（ ）
A.耐酸碱，化学稳定性好，密度小，韧性好，耐高温
B.强度高，抗冲击，绝缘性好，不耐高温
C.强度高，导电、导热性好，不易老化，耐高温
D.强度高，密度小，不耐酸碱腐蚀，耐高温
3．下列各项不属于玻璃钢具有的性能的是（ ）
A.耐腐蚀 B.耐磨 C.耐水 D.易碎
4．航天飞机机身上使用的隔热陶瓷瓦是（ ）
A.仿生复合材料 B.陶瓷和纤维复合而成的复合材料 C.纳米复合材料 D.分子复合材料
5．下列有关材料的说法中，不正确的是（ ）
A.金属材料是指金属及其合金，且合金的性能优于各成分金属
B.传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐
C.复合材料的性能等于构成其成分的各材料的性能的和
D.木头也是一种材料
6．陶瓷已被广泛应用于生活和生产中，你认为下列不属于陶瓷制品的是（ ）
A.电器的瓷夹板 B.做实验用的试管 C.实验室中的坩埚 D.建筑用砖瓦
7．下列金属的用途和其性质不相对应的是（ ）
A.用铜做电线是由于其导电性良好 B.用金属钨做灯丝是由于其熔点高
C.在铁制品表面镀铬是由于铬硬度大且不易被氧化 D.用金做饰物是由于金的密度
8．2000年5月,保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港元购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜 铸的牛首、猴首和虎首。普通铜器时间稍久容易出现铜绿[主要成分Cu2(OH)2CO3]。这三件1760年铜铸的国宝在240年后看上去仍熠熠生辉不生锈，下列对其原因的分析，最有可能的是（ ）
A·它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金
B·它们是将一定比例金、银、锡、锌融合在一起形成的复合材料
C·它们是含一定比例金、银、锡、锌的铜合金
D.铜的金属活动性比H小，因此它们不易氧化
9．新型无机非金属材料碳化钛（TiC）、碳化硼（B4C）、氮化硅（Si3N4）等非氧化物陶瓷，合成这些物质需要在高温条件下进行，但在合成工艺中必须注意（ ）
A.随时通入充足的空气 B.应避免与氧气接触
C.可以在氮气气氛中进行 D.可以通入少量氧气
10．硅酸铜钡是当今最新科学技术合成的一种新型材料，然而科学家们惊奇地发现，我国秦朝兵马俑用的一种颜料也是硅酸铜钡。由以上事实推测，下列关于硅酸铜钡的说法中错误的是（ ）
A.硅酸铜钡易溶于水 B.硅酸铜钡难溶于水 C.硅酸铜钡属于硅酸盐 D.硅酸铜钡属于化合物
11．将陶瓷和黏结金属研磨，混合均匀，成型后在不活泼的气氛中烧结，就可制得金属陶瓷。金属陶瓷兼有金属的陶瓷的优点，其密度小、硬度高、耐磨/导热性好，不会因为骤冷或骤热而脆裂。假若实验室中有一金属陶瓷制成的容器，你认为可以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
12．2002年12月31日，世界上第一条商业性磁悬浮列车在上海投入运营。磁悬浮的核心技术是利用超导体的反磁性。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此高温超导物质，试计算理论上需取Y2O3、BaCO3和CuO各物质的物质的量分别为（ ）
A.0.50mol、0.50mol、0.50mol B.0.50 mol、1.0 mol、1.5 mol
C.0.25 mol、1.0 mol、1.5 mol D.1.0 mol、0.25 mol、0.17 mol
二、填空题：
13．完成下列表格，体会复合材料与合金的异同。
材料 合 金 复合材料
成分
用途
举例
14．氧化铝有两种变体，一种是α－Al2O3，另一种是γ－Al2O3。γ－Al2O3可用Al（OH）3在加热至723K时分解制得，它不耐酸；α－Al2O3是天然刚玉的主要成分，硬度很大，对酸有极强的稳定性。α－Al2O3可以由γ－Al2O3高温煅烧制得。已知氧化铝可以由铝铵矾[(NH4)Al（SO4）2·12H2O]加强热制得，产物另外还有NH3、N2、SO3、SO2、H2O。
（1）写出铝铵矾受强热分解的化学方程式： 。该反应中的氧化产物是 ，还原产物是 ，其物质的量比是 。
（2）若在含1mol的铝铵矾中加入氢氧化钡，为全面沉淀其中的阳离子，则需加入的氢氧化钡的物质的量最大为 mol，反应的离子方程式为 。
（3）在上述生成的氧化铝中加入适量的氧化铬，在氢氧焰上加强热，熔融后使其结晶，可以制成人造红宝石。你认为人造红宝石是哪种氧化铝的变体？ ，你怎样用简单的实验证明是该变体？
自我测评参考答案
一、选择题：
1.D 2.A 3.D 4.B 5.B、C 6.C 7.D 8.C 9.B 10.A 11.B 12.C
二、填空题：
13．
材料 合金 复合材料
成分 一种金属与其它一种或几种金属或非金属融合在一起形成 将两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成，其主要组成由基体和增强体两部分
用途 生活、生产、高科技等领域，及其广泛 生活、生产、航空航天领域，前景广阔
举例 钢铁、不锈钢、铝合金、钛合金等 玻璃钢、碳纤维增强复合材料、隔热陶瓷瓦等
14．（1）4(NH4)Al（SO4）2·12H2O2Al2O3＋2NH3↑＋N2↑＋5 SO3↑＋3SO2↑＋17H2O↑。N2；SO2，1：3 。
（2）2； NH4＋＋Al3＋＋2SO42－＋2Ba2＋＋4OH－＝Al（OH）3↓＋2 Ba SO4↓＋NH3· H2O 。
（3）α－Al2O3；取少量试样，加足量稀盐酸，若溶解，则即为γ－Al2O3，若不溶解，则为α－Al2O3。
第四章 元素与材料世界复习
一、单元知识归纳
材料是指经过加工（包括开采和运输），具有一定组分、结构和性能，且适于一定用途的物质，它们是人类生活和生产活动的重要物质基础。材料对发展经济、改善与提高人类文明的程度起到巨大的推动作用。本章教材就是引领大家走进元素化合物的应用世界，从自然界中的元素走进材料世界中的元素，开拓大家的视野。
本章共分三节内容，分别从非金属元素硅及硅的化合物——二氧化硅和硅酸盐，联系介绍了半导体材料、光导纤维、传统无机非金属材料——水泥、陶瓷、玻璃，到新型无机非金属材料——高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等；从介绍较活泼金属铝及铝的氧化物、铝的氢氧化物（两性化合物）的性质，联系到金属材料——铝合金、钢铁、有色金属材料——金、银、铜及21世纪的金属钛，使我们对无机非金属材料和金属材料有了一个较为完整的认识。最后，将金属材料、无机材料和有机材料进行特殊加工，介绍了性能更为完美的复合材料，从我们熟悉的玻璃钢，到航空航天领域的复合材料——金属为基体，纤维为增强体的复合材料、陶瓷为基体，碳纤维等为增强体的隔热陶瓷瓦等复合材料，让我们真正领略了形形色色的材料世界。
本章内容中主要介绍的元素化合物知识有：硅、二氧化硅、硅酸盐；铝、氧化铝、氢氧化铝等，希望大家能联系前面学过的元素化合物知识的学习方法进行学习，同时，善于将元素和材料结合起来，找到理论知识的实用价值。
本章知识网络
元素和物质 材料世界
金属元素Al、Fe、Cu、Ag等
金属材料
铝的化合物Al2O3和Al（OH）3
非金属元素Si
传统无机非金属材料
硅的氧化物SiO2和硅酸盐 新型无机非金属材料
有机合成材料
第一节 硅 无机非金属材料
半导体材料 硅的性质
光导纤维 二氧化硅的性质
硅酸盐制品 新型无机非金属材料
硅及其化合物之间的转化：
第二节 铝 金属材料
铝单质 氧化铝 、 氢氧化铝
特殊
铝 和 铝制品
一般 金属 和 金属制品
一般 黑色金属材料 有色金属材料
特殊 不锈钢 金、银、铜及其它有色金属材料
铝及其重要化合物之间的相互转化关系
第三节 复合材料
金属材料 无机非金属材料 有机合成材料
基体
复合材料
增强体
形形色色的复合材料
玻璃纤维增强树脂基复合材料 碳纤维增强树脂基复合材料
纤维增强树脂基复合材料 纤维增强陶瓷基复合材料
二、规律方法总结
1．准确解读课本P104上关于硅化学性质的描述：“在常温下，硅的化学性质不活泼，除氟气（F2）、氢氟酸（HF）和强碱外，它不易与其它物质如……反应”。
硅跟氟气常温下反应，生成HF：Si＋F2＝HF；硅跟氢氟酸反应，生成四氟化硅和氢气：Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑；硅跟氢氧化钠溶液反应，生成硅酸钠和氢气：Si＋2NaOH＋H2ONa2SiO3＋2H2↑。
2．正确认识生成玻璃时在玻璃熔炉里发生的两个反应：将原料放入玻璃熔炉里加强热，主要发生的反应为：CaCO3＋SiO2 CaSiO3+CO2↑，Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3+CO2↑。这两个反应之所以能够发生，是因为固体之间反应有气体生成，随着气体的放出，使反应不断进行，并趋于完成，它与在溶液中的反应：CaSiO3+CO2+H2O==CaCO3↓+H2SiO3(或H4SiO4)↓,Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3
(或H4SiO4)↓是不矛盾的，该反应符合“强酸制弱酸”的规律。
3．正确认识铝热剂与铝热反应。
铝粉和某些金属氧化物（如Fe2O3、V2O5、MnO2、Cr2O3等）组成的混合物都叫做铝热剂。在高温条件下，铝粉与这些氧化物之间发生置换反应．由于反应的温度可以达到2000℃以上，所以叫做铝热反应．
2Al+Cr2O3Al2O3+2Cr, 10Al+3V2O55Al2O3+6V 。
在实际生产中，利用铝热反应置换出熔融的金属铁，可以进行钢轨中裂缝的焊接．利用铝热反应可以把某些难熔的金属（如钒、锰等）从它们的氧化物中还原出来。
4．正确认识铝和强碱溶液反应
（1）铝和强碱溶液反应，不是铝直接和碱反应，而是铝先和强碱溶液中的水反应生成氢氧化铝并放出氢气，然后氢氧化铝再和强碱反应生成四羟基合铝酸钠。如铝和氢氧化钠溶液反应分两步进行：
2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2↑ ，Al(OH)3+NaOHNa[Al（OH）4] 。
标出电子转移的方向后，就可以更清楚地理解铝和氢氧化钠溶液反应的实质：
2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al（OH）4]＋3H2↑
5.氢氧化铝具有两性，可用电离平衡移动的原理来解释：氢氧化铝的电离方程式可表示如下：
H2O+ AlO2－+H＋Al(OH)3Al3＋+3OH-
(酸式电离) (碱式电离)
其两个方向的电离程度都相当微弱，只有加入强酸(或强碱)时，大量的H＋(或OH-)才能破坏氢氧化铝的电离平衡，使平衡向右(或左)移动，生成铝盐(或四羟基合铝酸盐)，所以氢氧化铝既能与酸反应，又能与强碱反应。当加入弱酸或弱碱时，因H＋或OH-浓度太小，不能使上述平衡移动，因此Al(OH)3只溶于强酸或强碱，而不溶于弱酸或弱碱。
6.Al3＋、Al(OH)3、[Al（OH）4] -（AlO2－）之间的转化关系：
Al3+ Al(OH)3 [Al(OH)4]－
Al3＋+3[Al（OH）4] -4Al(OH)3↓
Al3＋只能存在于酸性溶液中，[Al（OH）4] -只能存在碱性溶液中，若将两种溶液混和且适量将全部生成Al(OH)3沉淀.
7．在铝盐溶液中逐滴加入强碱至过量，其加入强碱的量（x）与生成沉淀的量（Y）之间有如下图示关系，达到最大沉淀量所需碱的量与完全溶解沉淀所需碱的量之比为3：1，它可以帮助我们进行简化计算。
0
8．利用守恒法巧解计算题。例如，有镁铝合金10.2g，将它完全溶于500ml、4mol/L的盐酸里，若要使其中的镁离子和铝离子全部转化成沉淀，则需加入2mol/L氢氧化钠溶液的体积是多少？
解析：题目中涉及四个化学反应，若是用化学方程式来列式计算，发现十分繁琐，而且计算量大．如果分析题意，不难发现当沉淀达到最大值的时候，即镁、铝元素分别与氢氧根离子完全结合生成沉淀，运用守恒定律，溶液中的阳离子只能为钠离子，阴离子必为氯离子，且二者的物质的量相等．所以n（NaOH）＝n（HCl）0.5L×4mol/L=2mol，V（NaOH）=2mol÷2mol/L=1L=1000mL。
点悟：巧妙地利用某些守恒关系，当遇到较复杂的问题时，找出其中的本质联系，可以将其中的过程简化，化繁为简，大大提高解题的速度。
三、链接高考
本章主要介绍的是元素与物质世界，它是以非金属元素硅及化合物，金属元素铝及化合物为依托，讨论无机非金属材料、金属材料和复合材料。其中元素及其化合物知识是基础，材料的组成及性能是应用，这与日常生活和工农业生产联系非常密切，因此，在整个的元素及化合物知识及材料的应用中占有相当的比重，应是高考中元素化合物知识的重头戏，特别关于铝的化合物的两性，是最容易出题，也是最容易考的。
常考知识点：
1．以硅是半导体材料为依托命题。
2．以硅与其化合物之间的转化，特别是硅与强碱溶液反应放出氢气的计算命题。
3．以Al单质与酸、碱溶液反应放出氢气的计算题居多，特别与金属钠、镁联合在一起比较考查，难度偏低或居中。
4.以Al的化合物的性质，特别是Al2O3、Al(OH)3的两性及其物质间的转化，多以填空题或计算题考查，难度居中。
5．有关铝盐溶液中加强碱的沉淀、溶解计算，可能转化关系较复杂，但难度不会太大。若能巧妙地利用一些简单转化关系或守恒关系求解，则往往会收到事半功倍的效果。
6．有关材料的组成、性能等的考查。需要借助一些熟悉的知识去筛选，去判断。
近年高考题举例
例1．（02年全国理科综合）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
解析：该题是利用现代科技材料与化学之间关系结合生物知识命题，要求大家对一些新型材料多加关注，同时，学会学科间知识的综合和融会贯通。选项A是关于纳米材料、纳米科技知识的考查，纳米是一个单位，1nm＝10－9m,纳米材料是指的材料的颗粒直径在纳米级；选项B富有迷惑性，以为绿色食品就不含任何化学物质，那么，有什么物质不是由化学上的基本粒子构成的呢？不含化学物质又含什么物质呢？显然是错误的；D选项中，生物固氮是指植物通过根瘤菌直接将空气中的游离态的氮气转化为化合态的氮的过程，而不是在叶面完成；D选项是正确的。
答案：D
点评：题中考查的知识很简单，无非是一些基本概念，只需稍加比较，即可选出正确答案。
例2．（04年广东理科综合）水的状态除了气、液和固态外，还有玻璃态。它是由液态水急速冷却到165K时形成的，玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同，有关玻璃态水的叙述正确的是
A 水由液态变为玻璃态，体积缩小 B 水由液态变为玻璃态，体积膨胀
C 玻璃态是水的一种特殊状态 D 玻璃态水是分子晶体
解析：该题是以“玻璃态”为载体的新情景题，题中给了一段关于玻璃态的信息，经分析知，它与我们学习的玻璃生成过程中的“玻璃态物质”是相同的，在这里只不过是水的一种存在形态，从信息中不难辨别得出正确答案。
答案：C
点评：题中的考点是对“玻璃态”的新认识，接受信息，加以辨别，选出正确选项。
例3．（05年江苏模拟高考理科综合）下列对物质用途的描述中，错误的是（ ）
A．浓硫酸可用于干燥NH3、H2、O2等气体
B．二氧化硫可用来漂白纸浆、毛、丝等
C．氟化钠可用于预防龋齿
D．铝可用于冶炼某些熔点较高的金属
解析：该题考查的知识与本章有关的是对铝的还原性的考查，由于铝在高温下还原性较强，因而可用来将一些熔点较高的金属从它们的化合物（特别是氧化物）中还原出来，达到冶炼金属的目的，这一反应称为铝热反应。
答案：A
点评：该题很容易选出选项A是错误的，因为浓硫酸是酸性干燥剂，它不能用来干燥碱性气体NH3。主要考查的是非金属的化合物的一些知识，包括金属铝的还原性。
例4．（04年全国）若向加入铝粉能放出氢气的溶液中分别加入下列各组离子，可能共存的是（ ）
A. NH4+、NO3-、CO32-、Na+ B. Na+、Ba2+、Mg2+、HCO3-
C. NO3-、Na+、K+、Cl- D. Fe2+、K+、[Al(OH）4]—、 NO3-
解析：重点理清“加入铝粉能放出氢气的溶液”的性质是强酸性或强碱性环境，只要理清这一点，则该题变得容易。
答案：C
点评：本题主要考查离子共存问题，需严谨审题，将题干所述条件把握准确，不漏过任何一个条件，结合选项选出正确答案。
例5.（05年江苏模拟高考理科综合）有下列四组物质，如果把某组物质中的后者逐滴加人到前者中至过量，将出现“先产生白色沉淀，后白色沉淀溶解”的现象，这组物质是（ ）
A．稀硫酸、氯化钡溶液 B．硫酸亚铁溶液、氢氧化钠溶液
C．氯化钠溶液、硝酸银溶液 D．氯化铝溶液、氢氧化钠溶液
解析：该题的关键条件是“如果把某组物质中的后者逐滴加人到前者中至过量，将出现‘先产生白色沉淀，后白色沉淀溶解’的现象”，要求对四组反应所发生的现象比较明确。选项A中，应是“一直出现白色沉淀知道沉淀不再增加”；选项B中，出现的是“白色沉淀逐渐变为灰绿色，最后变成红褐色”；C选项中应该出现跟A相同的现象；只有选项D中的现象符合题意。
答案：D
点评：本题主要考查知识点是对物质反应时反应现象的理解和记忆，与本章有直接关系的是铝盐溶液中加入强碱至过量反应现象的描述，这是一个重要考点，希望大家能真正理解。
例6．（05春季高考）为确定某铝热剂（含氧化铁和铝）的组成，分别进行下列实验。
（1）若取ag样品，向其中加入足量的NaOH溶液，测得生成（标准状况，下同）气体的体积为bL，该反应的化学方程式是 ；该样品中铝的质量是 g。
（2）若取ag样品将其引燃，使其恰好完全反应，该反应的化学方程式是 ，反应中氧化铁与铝的质量比是 。
（3）待（2）中反应产物冷却后，将其加入足量稀盐酸中，反应完全后，测得生成的气体体积为cL，则该气体与（1）中所得气体的体积比c∶b= 。
解析：明确题中包含的反应，把握住其中的物质之间的量的关系，是解决此题的关键。（1）中发生的反应是：2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al（OH）4]＋3H2↑，由Al与生成H2的关系，可求出铝的质量；（2）中发生的反应是铝与氧化铁之间发生的铝热反应：2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe，根据“使其恰好完全反应”可由化学式计算出氧化铁与铝的质量比；（3）中又会发生另一个反应：Fe＋2HClFeCl2＋H2↑,产生H2的量取决于其中Fe的量，可由（2）中的反应找出Fe与Al及与b之间的关系，得出结论（不必细算）。
答案：（1）2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al（OH）4]＋3H2↑， ；
（2）2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe ， 80∶27；（3）2∶3
点评：本题综合性较强，主要考查了金属铝与碱的反应，金属铁与酸的反应，以及金属铝与氧化铁发生的铝热反应及定量问题的计算，明确反应，找准对应关系，可以用守恒原理快速解题。
四、单元测试题（A）
一、选择题：（每题4分，共56分）
1.光纤通信是以光作为信息的载体,让光在光导纤维中传播,制造光导纤维的基本原料是( )
A..钢 B.铜 C.石英砂 D.铝
2.二氧化硅属于酸性氧化物，理由是（ ）
A．Si是非金属元素 B．SiO2对应的水化物是可溶性弱酸
C．SiO2与强碱反应生成盐和水 D．SiO2不能与酸反应
3.下列溶液中可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是
A．硅酸钠溶液 B．氢氟酸
C．氢氧化钠溶液 D．氯化钠溶液
4.主要成分含有硅酸盐的物质是( )
A..钢化玻璃 B.水玻璃 C.玻璃钢 D.玻璃纸
5．磷酸钙系陶瓷也是一种新型无机非金属材料，它可以用于制造人造骨骼，这是利用这类材料的（ ）
A.耐高温的特性 B.光学特性 C.电学特性 D.生物功能
6.下列物质中主要成分是二氧化硅晶体的是( )
A.红宝石 B.水晶 C.刚玉 D.天然钻石
7.含杂质SiO2的硫铁矿样品1g,在充足的O2中完全燃烧后称重为0.8g,则硫铁矿中含硫量为( )
A.10% B.22% C.32% D.40%
8.下列物质的溶液长期暴露在空气中会变质而溶液又会出现白色浑浊的是( )
A..Na2S B.Na2SO3 C.KI D.Na2SiO3
9.铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应，当两个反应放出的气体在相同状况下体积相等时，反应中消耗的HCl和NaOH物质的量之比为（ ）
A．1:1 B．2:1 C．3:1 D．1:3
10. 判断市面上的金首饰是否含有铜，可以取样品与某试剂进行反应，根据现象即可判断，该试剂是( )
A．浓盐酸 B．硝酸 C．王水 D．稀硫酸
11．甲、乙、丙、丁分别是 Al2(SO4)3 、 FeSO4 、 NaOH 、 BaCl2四种物质中的一种，若将丁溶液滴入乙溶液中，发现有白色沉淀生成，继续滴加则沉淀消失，丁溶液滴入甲溶液时，无明显现象发生，据此可推断丙物质是（ ）
A. Al2(SO4)3 B. NaOH C. BaCl2 D. FeSO4
12.将等物质的量的镁和铝相混合，取等质量的该混合物四份，分别加到足量的下列溶液中，充分反应后，放出氢气最多的是（ ）
A.3mol·L－1 HCl B.4mol·L－1 HNO3 C.8mol·L－1 NaOH
D.18.4mol·L－1 H2SO4 （已知浓硫酸的密度为1.84g·cm-3，溶质的质量分数为98％）
13．关于铝的性质，错误的说法是（ ）
A、铝的表面能形成致密的氧化膜，因此铝难腐蚀
B、铝能溶解于冷的浓硝酸氧化为硝酸铝
C、铝能溶解于 NaOH溶液生成四羟基合铝酸钠和氢气
D、铝能在氯气燃烧生成氯化铝
14．二战期间丹麦科学家玻尔被迫离开被德军占领的祖国。为了表明一定要返回祖国的决心，他把自己获得的金质诺贝尔奖章放在盛有王水（浓硝酸与浓盐酸的混合物）的玻璃瓶中溶解后留了下来：
Au+HNO3+4HCl=HAuCl4+NO↑+2H2O;战后玻尔从溶液中提取金，又重新铸成了奖章。下列方法中，你认为不能从融有黄金的王水中提取金的是（ ）
A、用铁置换 B、用电解法把金还原出来 C、先蒸发水分后灼烧固体 D、过滤
二、填空、计算题：（共44分）
15．（12分）将两种或两种以上＿＿＿＿＿ 不同的材料经＿＿＿＿＿ 而制成的材料称为复合材料。复合材料由两部分组成，一部分称为＿＿＿＿＿ ，在复合材料中起＿＿＿＿＿ 作用；另一部分称为＿＿＿＿＿ ，在复合材料中起＿＿＿＿＿ 作用。
16．（10分）超细氮化铝粉末被广泛应用于大规模集成电路生产等领域。其制取原理为：Al2O3＋N2＋3C2AlN＋3CO由于反应不完全，氮化铝产品中往往含有炭和氧化铝杂质。为测定该产品中有关成分的含量，进行了以下两个实验：
（1）称取10.00g样品，将其加入过量的NaOH浓溶液中共热并蒸干，AlN跟NaOH溶液反应生成Na[Al（OH）4]，并放出氨气3.36L（标准状况）。
①上述反应的化学方程式为 ；
②该样品中的A1N的质量分数为 。
17．（10分）为确定某铝热剂（含氧化铁和铝）的组成，分别进行下列实验：
（1）若取ag样品，向其中加入足量的NaOH溶液，测得生成（标准状况，下同）体积为bL。反应的化学方程式是 ；样品中铝的质量是 g。
（2）若取ag样品将其点燃，恰好完全反应，该反应的化学方程式是 ：，氧化铁与铝的质量比是 。
（3）待（2）中反应产物冷却后，加入足量盐酸，测得生