（鲁科版必修1）化学：第四章《材料家族中的元素》教案
文档属性
| 名称 | （鲁科版必修1）化学：第四章《材料家族中的元素》教案 |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 50.6KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版 | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2010-09-09 09:58:00 | ||
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文档简介
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第四章《材料家族中的元素》章末小结
▲章末知识回顾
结构图表
知识归纳
一、无机非金属材料
1、硅
（1）存在、物理性质、用途
硅在自然界只以化合态存在。晶体硅呈灰黑色，有金属光泽，硬而脆，熔点很高（1410℃），是良好的半导体材料。硅可用来制造集成电路，太阳能电池，硅整流器等。硅合金可用来制造变压器铁芯，耐酸设备等。
（2）化学性质
①相对稳定性：在常温下，硅的化学性质不活泼，不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等发生反应。
②弱还原性：在常温下，能与F2、HF和强碱反应。例如：Si + 2NaOH + H2O ＝Na2SiO3 + 2H2↑；Si + 2F2 ＝SiF4；Si + 4HF ＝ SiF4↑+ 2H2↑。在加热时纯硅与某些非金属单质发生反应。如研细的硅能在氧气中燃烧：Si + O2 SiO2
（3）硅的制备
在工业上，用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制得含少量杂质的粗硅：SiO2＋2CSi＋2CO↑，将粗硅提纯后，可以得到半导体材料的高纯硅。
2、二氧化硅
（1）物理性质：纯净的二氧化硅晶体呈无色，熔点高，硬度大，不溶于水，也不溶于其他一般的溶剂。
（2）化学性质：
①酸性氧化物的通性：在常温时可以与碱溶液缓慢反应生成盐和水：SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2 O；②在高温下可与碱性氧化物反应：SiO2＋CaOCaSiO3
②二氧化硅在常温下与氢氟酸反应： Si O2＋4HF ＝ SiF4↑＋2H2O
③弱氧化性：如在高温时，二氧化硅中的硅可以被碳置换出来。
（3）用途：二氧化硅可用于石英表、石英玻璃、建筑材料、电子部件、光学仪器、工艺品和眼镜片、精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品、光导纤维等。
3、光导纤维：光导纤维，简称“光纤”，就是一种能利用光的全反射作用来传导光线的透明度极高的玻璃细丝。光导纤维是用石英玻璃制造的，具有信息容量大，抗干扰性能好，通信损耗低等优点。
4、玻璃
原料：生产普通玻璃的主要原料是纯碱（Na2CO3），石灰石（CaCO3）和石英（SiO2 ）。
反应原理：将粉碎混匀的原料加强热使之熔化，发生复杂的物理化学变化，冷却即成玻璃。其中主要化学反应是：
CaCO3 + SiO2 CaSiO3 + CO2 ↑； Na2CO3 + SiO2Na2SiO3 + CO2 ↑
5、水泥
（1）普通水泥的主要成分为硅酸三钙（3CaO·SiO2），硅酸二钙（2CaO·SiO2）和铝酸三钙（3CaO·Al2O3）等。
（2）水泥的特点是水泥具有水硬性，与水搀和搅拌并静置后，很容易凝固变硬。
（3）混凝土是指水泥、沙子和碎石的混合物，混凝土常用钢筋作结构，这就是通常所说的钢筋混凝土。
6、新型无机非金属材料：如高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等。
二、无机金属材料
1、铝
（1）物理性质：硬度较小，银白色、质轻，有很好的延展性和导电性。
（2）化学性质
①与氧气反应：常温下，铝被空气中的氧气氧化，表面生成一层致密的氧化物薄膜，失去金属光泽。点燃时，金属铝可以在氧气中燃烧：4Al＋ 3O2 2Al2O3
②与氯气、硫等非金属反应： 2Al＋3Cl2 2AlCl3；4Al＋3S 2Al2S3
③与非氧化酸反应，有氢气生成：2Al＋6H＋＝2Al3＋＋3H2↑。
④与氧化酸反应，无氢气生成： Al＋4HNO3 (稀)＝Al(NO3)3＋NO↑＋2H2O（注意：Al遇冷的浓硫酸、浓硝酸会钝化，但加热可反应。）
⑤与碱反应： 2Al＋2NaOH＋6H2O＝2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
⑥与金属氧化物的反应（铝热反应）： 2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3
2、金、银、铜
（1）物理性质：它们都具有金属的通性，但颜色不同。
（2）化学性质：金、银、铜都属于不活泼金属，相对而言，其活泼程度依次增强。
金是最稳定的金属之一，在高温下也不能与氧气反应，不能被硝酸等强氧化性酸氧化。但金能溶解在王水中。银虽然不能与盐酸、稀硫酸反应，但却能溶解在硝酸等强氧化性酸中。相对而言，铜最活泼，如：
①在加热或点燃条件下可与氧气、氯气、硫等非金属反应；
②可与浓硫酸、硝酸等强氧化性酸反应；
③可与盐溶液反应：Cu＋2FeCl3＝CuCl2＋2FeCl2
④在空气中可锈蚀：2Cu＋O2＋H2O＋CO2 ＝Cu2(OH)2CO3
（3）用途：它们广泛的应用于首饰、电子工业、有机合成、能源开发、材料制造、建筑用水管等。
3、其它金属材料：如钛、铀、镅等。
4、合金
（1）合金：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）常见的合金
①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。铝合金具有密度小、强度高、塑性好、易于成形、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。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。
②钢铁
a生铁：含碳量2％－4.3%，硬度大，但较脆且不易机械加工。
b普通钢：含碳量0.03%－2%，增加了铁锰等元素，改善了铁的性能，但易锈蚀。
c不锈钢：在普通钢基础上，加入铬镍等元素，含铬在一般在12％以上，在空气中能保持金属光泽，且有不生锈的特性。
5、几种重要的化合物
（1）氧化铝
①物理性质：白色固体，不溶于水，熔点高。
②化学性质：氧化铝具有不同于一般氧化物的性质，既与强酸反应也与强碱反应，属于两性氧化物。
Al2O3 ＋6HCl＝ 2AlCl3 ＋3H2O；Al2O3＋2NaOH＋3H2O＝2Na[Al(OH)4]
（2）氢氧化铝
①物理性质和用途：Al(OH)3是几乎不溶于水的白色胶状固体，具有吸附性。可作净水剂和色素吸附剂。
②化学性质：与Al2O3一样，既与酸反应又与碱反应，具有两性，属于两性氢氧化物。
①与酸反应：Al(OH)3 ＋3HCl＝AlCl3 ＋3H2O（Al(OH)3 ＋3H+＝Al3+＋3H2O）
②与碱反应：Al(OH)3＋NaOH＝Na[Al(OH)4]（Al(OH)3＋OH－＝[Al(OH)4]－）
另外，Al(OH)3还具有难溶性氢氧化物的通性，即受热易分解：2Al(OH)3 Al2O3＋3H2O
③Al(OH)3的制取：即可用铝盐与可溶性弱碱氨水反应，又可用向四羟基合铝酸盐溶液中通入CO2的方法制取Al(OH)3：Al3+＋3NH3·H2O＝Al(OH)3↓＋3NH4+； 2[Al(OH)4]－＋CO2＝2Al(OH)3↓＋CO32－＋H2O。
说明：一般不用强酸，因为强酸的量控制不当会使制得的Al(OH)3溶解： [Al(OH)4]－＋H+＝Al(OH)3↓＋H2O；Al(OH)3＋3H+＝Al3+＋3H2O
（3）氧化铜
①氧化铜有金属氧化物的性质： CuO＋2HCl＝CuCl2＋H2O
②氧化铜具有弱氧化性，可与某些还原剂反应。
③氧化铜在高温下可发生分解反应： 4CuO 2Cu2O＋O2↑
三、复合材料
1、定义：将两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而成的材料称为复合材料。
2、组成：复合材料由两部分组成，一部分称为基体，在复合材料中起黏结作用；另一部分称为增强体，在复合材料中起骨架作用。
3、分类：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。按增强体分，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。21世纪教育网
4、优点：材料复合后，既保持了原有材料的特点，又使各组分之间协同作用，形成了优于原材料的特性。又可以充分利用能源、节约能源。
5、常见的复合材料：如玻璃钢、碳纤维增强复合材料、航空、航天领域中的复合材料等。
▲ 本章专题探究
两步反应
到现在为止，必修1的内容已经结束，从整个高中化学来看，无机元素化合物的知识已经基本完成。在这期间，我们学习了大量的化学反应。其中，有部分反应与 “量”有关，即加入少量的试剂与加入过量的试剂时得到的产物不同。如在四羟基合铝酸钠溶液中加入少量的盐酸，可生成氢氧化铝沉淀，但如果加入过量的盐酸，则生成铝离子：[Al(OH)4]－＋H+＝Al(OH)3↓＋H2O；Al(OH)3＋3H+＝Al3+＋3H2O。由于反应分两步进行，因此，该类反应被称为“两步反应”。由于这类反应特别能体现同学们对知识的理解情况，以及对考试大纲的“分类讨论”的思想。所以，以这类化学反应为基础的多种题型，如无试剂鉴别问题、离子方程式判断正误问题、离子共存问题、讨论型计算题等。
［例题］在50 mL b mol·L－1 AlCl3溶液中加入50 mL a mol·L－1的NaOH溶液。试问：
（1）当a≤3b时生成Al(OH)3沉淀的物质的量是_______________．
（2）当a、b满足什么条件时，无沉淀生成？
（3）当a、b满足什么条件时，先有沉淀生成后沉淀部分溶解？
研析：AlCl3与NaOH间存在下列两种反应：
①AlCl3＋3NaOH＝Al(OH)3↓＋3NaCl
②AlCl3＋4NaOH＝Na[Al(OH)4]＋3NaCl
（1）a≤3b时，只发生反应①，NaOH不足或恰好完全反应。
n［Al(OH)3］＝1/3n(NaOH)＝1/3×0.050 L×a mol·L－1＝a mol
（2）当只有②反应发生时，无沉淀生成，此时AlCl3不足或恰好完全反应。
n(NaOH)≥4n(AlCl3)
50 mL×a mol·L－1≥4×50 mL×b mol·L－1
a≥4b
（3）当①②两反应都发生时，先有沉淀生成，后沉淀部分溶解。此时，a、b关系介于以上两种情况之间。即：3b答案：（1） a mol （2）a≥4b （3）3b现在，我们已经学过的常见的两步反应有：
① SO2＋NaOH＝NaHSO3；SO2＋2NaOH＝Na2SO3＋H2O
② CO2＋NaOH＝NaHCO3；CO2＋2NaOH＝Na2CO3＋H2O
③ H2S＋NaOH＝NaHS；H2S＋2NaOH＝Na2S＋H2O
④ 2H2S＋O2 2S＋2H2O；2H2S＋3O2 2SO2＋2H2O
⑤ C＋O2CO2；2C＋O22CO
⑥ FeO＋CFe＋CO↑；2FeO＋C2Fe＋CO2↑
⑦ CuO＋CCu＋CO↑；2CuO＋C2Cu＋CO2↑
⑧ 2[Al(OH)4]－＋CO2＝2Al(OH)3↓＋CO32－＋H2O；[Al(OH)4]－＋CO2＝Al(OH)3↓＋HCO3－
⑨ AlCl3＋3NaOH＝Al(OH)3↓＋3NaCl；AlCl3＋4NaOH＝NaAlO2＋3NaCl＋2H2O
⑩ [Al(OH)4]－＋H+＝Al(OH)3↓＋H2O；[Al(OH)4]－＋4 H+＝Al3+＋4H2O
综合能力探究演练
（时间60分钟，满分100分）
一、选择题（45分）
1．金属中导电性能最强的是
A．铜 B．银 C．铝 D．铁
1．研析：金属的导电性由强到弱依次为银、铜、铝、铁。
答案：B。
2．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
2．研析：铝是一种金属，在反应中化合价升高，作为还原剂来参加反应，铝是常见的还原剂。
答案：C。
3．下列物质中，不属于合金的是21世纪教育网
A．黄铜 B．水银 C．钢铁 D．硬铝
3．研析：水银就是汞单质，而合金中含有几种元素，如钢铁是铁的碳合金。
答案：B。
4．下列物质中，属于新型无机非金属材料的是
A．钢化玻璃 B．碳化硼玻璃
C．光导纤维 D．硼酸盐玻璃
4．研析：新型无机高分子材料的品种较多：如高温结构陶瓷和光导纤维等，其中如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硼陶瓷等属于高温结构陶瓷。
答案：B、C。
5．过量的泥沙、纯碱、生石灰熔化后生成：①水泥 ②玻璃 ③瓷器 ④混凝土 ⑤一种硅酸盐产品
A．①和④ B．②和⑤
C．③ D．②
5．研析：水泥的主要成分是2CaO·SiO2、3CaO·SiO2和3CaO·Al2O3，其生产原料为粘土、石灰石。陶瓷属于硅酸盐产品，其主要原料是粘土。混凝土是水泥、碎石和砂子的混合物。
泥沙的主要成分是SiO2，与纯碱（Na2CO3）、生石灰（CaO）熔化后发生如下反应：
SiO2＋Na2CO3 Na2SiO3＋CO2↑；SiO2＋CaOCaSiO3
而Na2SiO3、CaSiO3与SiO2的熔合物即玻璃，且玻璃是一种硅酸盐产品。
答案：B。
6．镁、铝、铜三种金属粉末混合物，加入过量盐酸充分反应，过滤后向滤液中加入过量烧碱溶液，再过滤，滤液中存在的离子有
A．[Al (OH)4]－ B．Cu2+ C．Al3+ D．Mg2+
6．研析：审题是关键, 此题问的经过一系列反应后，滤液中存在的离子，对本题反应过程应有清楚的分析：混合物中加入过量盐酸充分反应后，滤液中含有Mg2+、Al3+、H+；铜不溶解。在滤液中加入过量烧碱溶液后，滤液中含[Al (OH)4]－，沉淀为氢氧化镁。
答案：A。
7．某溶液中有Cu2+、NH4+、Fe2+和Al3+四种离子，若向其中加入过量的氢氧化钠溶液，微热并搅拌，再加入过量盐酸，溶液中大量减少的阳离子是
A．Cu2+ B．NH4+ C．Fe2+ D．Al3+
7．研析：溶液中加入过量的氢氧化钠溶液后，四种离子分别转化为氢氧化铜沉淀、一水合氨、氢氧化亚铁沉淀、四羟基合铝酸钠。微热并搅拌后，氢氧化铜沉淀、四羟基合铝酸钠无变化，而一水合氨部分分解并挥发出氨气，氢氧化亚铁沉淀转化为氢氧化铁沉淀。再加入过量盐酸后，NH4+、Fe2+大量减少。
答案：B、C。
8．下列反应的离子方程式正确的是
A．石英与烧碱溶液共热：SiO2＋2OH－SiO32－＋H2O
B．在氯化铝溶液中滴加过量的氨水：Al3＋＋4 OH－＝[Al (OH)4]－
C．在氢氧化钠溶液中通入过量的CO2：2OH－＋CO2＝CO32－＋H2O
D．在稀盐酸中滴加过量的硅酸钠溶液：SiO32－＋2H＋＋H2O＝H4SiO4↓
8．研析：A体现出SiO2酸性氧化物的性质，D为强酸制弱酸，二者都是正确的。B项有两个错误：氨水是弱碱，不能拆开写；因为氢氧化铝不溶于氨水，因此，无论氨水过量与否，都生成氢氧化铝，不能生成[Al (OH)4]－。C项应该生成碳酸氢根离子，而不是CO32－。
答案：A、D。
9．常温下，下列不发生反应的一组物质是
① 硅与NaOH溶液 ②硅与盐酸 ③ 硅与氢氟酸 ④ 二氧化硅与碳酸钠 ⑤ 二氧化硅NaOH溶液 ⑥ 二氧化硅与浓硝酸
A．①②④ B．③④⑥ C．②⑤⑥ D．②④⑥
9．研析：硅的化学性质稳定，常温下除了与氟气、氢氟酸、和强碱外，它不易与其他物质如氢气、氧气、氯气等反应。
答案：D。
10．有一根粗铝条含铁和硅两种杂质。取等质量的样品分别投入足量的稀盐酸和足量的稀氢氧化钠溶液中，放出等量的H2，则该粗铝中铁和硅的关系正确的是
①物质的量之比为2∶1 ②物质的量之比为3∶1 ③质量之比为2∶1 ④质量之比为4∶1
A．②④ B．②③ C．①④ D．只有④
10．研析：铝与稀盐酸和稀氢氧化钠溶液都反应并放出等量的氢气，由此不难推出，硅与稀氢氧化钠溶液反应放出的氢气与铁与稀盐酸反应放出的氢气相等。根据关系式Si——2H2；Fe——H2得：铁和硅的物质的量之比为2∶1，质量之比为4∶1。
答案：C。
11．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
11．研析：根据总的化合价为零，有： 2×（＋3）＋2×（＋4）＋x×（－2）＋y×（－1）＝0，化简得：2x＋y＝14，将选项代入求解，只有B选项适合。
答案：B。
12．飞机，火箭的机翼和机身以及导弹的壳体，尾翼中的复合材料是
A．金属基复合材料 B．树脂基复合材料
C．绝缘基复合材料 D．智能复合材料
12．研析：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、碳化硅纤维和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。
答案：A。
13．下列复合材料对应的性能正确的是
序号 复合材料 可能的性能
A 金属；C 强度高，抗冲击，绝缘性好，耐热温度低于300℃
B 陶瓷；SiO2 耐1600℃以上高温，强度高，密度小
C 合成树脂；SiO2、Al2O3、MgO 耐酸碱，化学稳定性好，强度高，密度小，韧性好
D 合成树脂；C 耐高温，强度高，导电性好，导热性好
13．研析：金属与C的复合材料具有耐高温，强度高，导电性好，导热性好的特点；陶瓷与SiO2的复合材料具有耐1600℃以上高温，强度高，密度小的特点；合成树脂与SiO2、Al2O3、MgO的复合材料具有强度高，抗冲击，绝缘性好，耐热温度低于300℃的特点；合成树脂与C的复合材料具有耐酸碱，化学稳定性好，强度高，密度小，韧性好的特点。
答案：B。
14．工业上，常用Mg还原法制取金属Ti，反应原理如下：2Mg＋TiCl42MgCl2＋Ti。下列说法正确的是：①该反应属于置换反应；②该反应属于氧化还原反应；③该反应表明Mg比Ti活泼；④Ti被誉为“21世纪的金属”，在航天工业上有广泛用途。
A．只有①② B．只有③④ C．只有①②③ D．全部
14．研析：在置换反应中通常为活泼的金属在一定条件下能将不活泼的金属置换出来，在氧化还原反应中的规律为还原剂的还原性强于还原产物，因此，①②③都是正确的。至于④则属于常识性问题：金属Ti的机械强度高、密度小、抗蚀力强，被誉为“21世纪的金属”，④也是正确的。
答案：D。
15．将物质X逐渐加入Y溶液中，生成沉淀的物质的量n2与所加X的物质的量n1的关系如图4—1所示．符合图所示情况的是
A B21世纪教育网 C D
X NaOH AlCl3 HCl Na[Al (OH)4]
Y AlCl3 NaOH Na[Al (OH)4] HCl
15．研析：A随着NaOH溶液的加入先后发生以下两个反应：Al3＋＋3OH－＝Al(OH)3↓(沉淀物质的量由0增至最大值)；Al(OH)3＋OH－＝[Al (OH)4]－（沉淀物质的量由最大值降为0）。两个反应中消耗的NaOH物质的量之比为3∶1，与题图不符。
B随着AlCl3溶液的加入先后发生以下两个反应：Al3＋＋4OH－＝[Al (OH)4]－（不产生沉淀）；Al3＋＋3[Al (OH)4]－＝4Al(OH)3↓（沉淀物质的量由0增至最大值）。两个反应中消耗AlCl3物质的量之比为3∶1，与题图也不符。
C随着盐酸的加入先后发生以下两个反应：H＋＋[Al (OH)4]－＝Al(OH)3↓＋H2O （沉淀物质的量由0增至最大值）；3H＋＋Al(OH)3＝Al3＋＋3H2O(沉淀物质的量由最大值降为0)．两个反应中消耗盐酸物质的量之比为1∶3，符合题图。
D随着Na[Al (OH)4]溶液的加入先发生以下反应：[Al (OH)4]－＋4H＋＝Al3＋＋4H2O（不产生沉淀）；待盐酸耗尽发生Al3＋＋3[Al (OH)4]－＝4Al(OH)3↓的反应（沉淀物质的量由0增至最大值）。两个反应消耗Na[Al (OH)4]物质的量之比为1∶3，与题图也不符。
答案：C。
二、非选择题（55分）
16．（10分）（1）有下列A～F六种试剂，它们的性质不同，选用的试剂瓶也不相同，请指出它们分别选用什么样的试剂瓶。
A．二氧化硅 B．硝酸银晶体 C．氯水 D．氢氟酸 E．浓H2SO4 F．NaOH溶液
（2）下列反应中，SiO2表现什么化学性质？
①SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O；②SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑
③SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑；④SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O
16．研析：（1）一般，选择试剂瓶的原则为：固体放在广口瓶中，液体放在细口瓶中，见光易分解或变质的放在棕色瓶中，碱性溶液放在橡皮塞试剂瓶中，强氧化性物质放在玻璃塞试剂瓶中，氢氟酸由于与玻璃中的SiO2反应而不能放在玻璃瓶中。（2）SiO2是一种高熔点、沸点的酸性氧化物、除具有酸性氧化物的通性、弱氧化性外，还具有一些特性。
答案：（1）A．广口瓶 B．棕色广口瓶 C．棕色磨砂玻璃塞细口瓶 D．细口塑料瓶 E．磨砂玻璃塞细口瓶 F．橡皮塞细口瓶 （2）①酸性氧化物的通性；②将挥发性酸酐从其盐酸中代换出来；③弱氧化性；④作为玻璃的成分被分解而使玻璃能雕刻。
17．（8分）某无色透明溶液跟金属铝反应放出H2。试判断下列离子：Mg2＋、Cu2＋、Ba2＋、H＋、Ag＋、SO42－、SO32－、HCO3－、OH－、NO3－，在下列两种情况下何者能存在于溶液中。
（1）当生成Al3＋时，可能大量存在 。
（2）当生成[Al (OH)4]－时，可能存在 。
17．研析：因溶液无色首先排除Cu2＋的存在。与Al反应放出H2的溶液，可能是强酸性溶液，也可能是强碱性溶液。Al与强酸或碱溶液反应的化学方程式为：
2Al＋6H＋＝2Al3＋＋3H2↑； 2Al＋2OH－＋6H2O＝[Al (OH)4]－＋3H2↑
（1）生成Al3＋时，溶液为强酸性溶液，溶液中存在大量H＋，则弱酸根(SO32－、HCO3－)和OH－不能共存，NO3－也不存在，否则Al与稀HNO3反应不产生H2；这样，阴离子只剩SO42－，SO42－一定存在；溶液中有SO42－，则Ba2＋和Ag＋不能大量存在；Mg2＋可能大量存在．
（2）当生成[Al (OH)4]－时，溶液为强碱溶液，一定存在大量OH－，有OH－则无Mg2＋、H＋、Ag＋和HCO3－；这样，阳离子只剩Ba2＋，有Ba2＋则无SO32－、SO42－,NO3－可能存在。
答案：（1）H＋、Mg2＋、SO42－ （2）OH－、Ba2＋、NO3－
18．（8分）某科研小组，用含有少量的CaO和Fe2O3的高岭土（主要成分：Al2O3·2SiO2·2H2O）来研制新型净水剂，其实验方案如下：将土样和纯碱混合均匀，加热熔融，冷却后用水浸取熔块，过滤弃去残渣，滤液用盐酸酸化，经过滤，分别得到沉淀和溶液，溶液即是净水剂。
（1）土样和纯碱混合均匀，加热熔融时，土样中的主要成分与纯碱反应的化学方程式为：
① ；②Al2O3＋Na2CO32NaAlO2＋CO2↑。
（提示：NaAlO2易溶于水并转化为Na[Al (OH)4]）
（2）最后得到的沉淀物是 ，生成沉淀的离子方程式为 。
（3）实验室中常备的坩埚有瓷坩埚，氧化铝坩埚和铁坩埚，本实验熔融土样时应选用 坩埚。
18．研析：这是一道信息给予题，根据题示情境分析：（1）高岭土熔化时，其成分中的SiO2和Al2O3与Na2CO3反应生成Na2SiO3和NaAlO2。（2）熔块加水使Na2SiO3和NaAlO2溶解与其他杂质分离，在过滤后的滤液中加入盐酸则使Na2SiO3、Na[Al (OH)4]分别与过量的盐酸反应，生成H4SiO4沉淀和AlCl3溶液，过滤得滤液即为净水剂。（3）因为瓷坩埚中含有SiO2，氧化铝坩埚主要成分是Al2O3，它们都能与Na2CO3在高温下发生反应，故熔融样品时只能用铁坩埚。
答案：（1）SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑（2）H4SiO4；2H＋＋SiO32－＋H2O＝H4SiO4↓（3）铁
19．（12分）在半导体工业中，有一道工序叫烧氢。烧氢的工艺流程如下图所示。工作时，是将石英管D出口处氢气点燃。半导体硅片、焊片和金属零件从石英管口送入加热区，在氢气还原气氛中加热使焊片熔化，将单晶硅与金属零件焊接在一起。焊接后再将零件拉至冷却区，冷却后取出。烧氢工艺中的氢气纯度要求极高，工业氢气虽含量达99.9%，但仍含有极微量的水蒸气和氧气，所以点燃氢气前应检验氢气的纯度。试回答下列问题：
（1）装置B的作用是 ；B中发生反应的化学方程式是 。
（2）装置C中的物质是 ；C的作用是 。
（3）点燃氢气前将E(带导管胶塞)接在D出口处，目的是 。
（4）装置A是安全瓶，可以防止氢气燃烧回火，引起爆炸，其中填充大量纯铜屑的作用是 。
19．答案：（1）除去氧气；2Cu+O2 2CuO；CuO+H2 Cu+H2O。（2）无水CaCl2（或碱石灰）；吸收水蒸气。（3）检验氢气纯度。（4）大量的铜屑可以吸收热量，降低温度。
20．（8分）某混合物A含有KAl (SO4)2、Al2O3和Fe2O3，在一定条件下可实现下列物质之间的变化：
据此判断：
（1）固体E所含物质的化学式为 。
（2）反应③的化学方程式为 。
（3）反应①的离子方程式为 。
（4）反应②的离子方程式为 。
20．答案：（1）K2SO4、(NH4)2SO4 （2）2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3
（3）Al2O3＋2OH－＋3H2O＝2[Al(OH)4]－ （4）Al3+＋3NH3·H2O＝Al(OH)3↓＋3NH4+
21．（9分）有一铝粉和Fe3O4粉末组成的铝热剂，在隔绝空气的条件下加热使之充分反应。将反应后所得混合物研细，并分成均匀的两等份，在一份中加足量的氢氧化钠溶液，另一份中加入足量的盐酸，反应后，前者消耗m mol NaOH，放出气体0.336 L；后者消耗n mol HCl，放出气体V L，若将等质量的铝热剂直接与足量稀硫酸作用，可得3.36 L气体（上述气体体积均已换算成标准状况）。试求铝热剂中Al的质量分数。
21．研析：（1）铝热剂直接与H2SO4作用时产生气体的反应如下：
2Al ＋ 3 H2SO4 ＝ Al2(SO4)3 ＋ 3 H2↑
54.0 g 67.2 L
m(Al) 3.36 L
列式可解得：m(Al)＝2.70 g
铝热反应后的混合物遇NaOH能放出H2，表明铝热反应Al剩余，则：
2Al ＋ 2NaOH ＋ 6H2O ＝ 2Na [Al(HO)4] ＋ 3 H2↑
54.0 g 67.2 L
m(Al) 0.336 L
列式可求得：m余(Al)＝0.540 g
铝热剂中Fe3O4的质量可求：
3 Fe3O4 ＋ 8 Al 4 Al2O3 ＋ 9 Fe
696 g 216 g
m(Fe3O4) 2.70g－0.540g
列式可求得：m(Fe3O4)＝6.96 g
则：w(Al)＝×100%＝28.0%
答案：28.0%
本章答案解析与研读
教材章末习题（P128）
1．研析：A项电荷数与氢原子数都没有配平；C项的电荷数没有配平；D项电荷数与氢、氧原子数都没有配平。
答案：B
2．研析：石墨是易导电的物质。
答案：C
3．研析：本题可逐项排除法。根据①，不能排除任何选项；根据②，可排除D项；根据③，可排除B项；根据④，可进一步排除A，因为镁不能在冷浓硫酸中钝化。
答案：C
4．A、C、E是金属单质，因为它们导电性好且延展性好。B、D是非金属单质，因为它们熔点很低且不导电。
5．
特征 主要用途
钨丝能承受高温，但一受热就会发光 制造晶体管、集成电路
钛制品非常轻，但非常坚固，不易变形 制造太空飞船和人造卫星的部件
锡无毒，抗腐蚀能力又高 制造灯丝
硅的导电性介于导体和半导体之间 制造罐头盒
6． （1）罐内的二氧化碳气体与NaOH溶液反应后，使罐内气压明显降低，在大气压的作用下，罐壁凹而瘪。CO2＋2NaOH＝Na2CO3＋H2O
（2）过一段时间后，铝与氢氧化钠溶液反应，生成了氢气，罐内气压由小变大，瘪了的罐壁又重新鼓起。
2Al＋2NaOH＋6H2O＝2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
7．研析：在第（3）题中，配制无机铜杀菌剂波尔多液。已知几种成分的质量比，则它们的物质的量之比为： n（CuSO4·5H2O）∶n（CaO）＝1/250∶0.56/56＝2∶5。
答案：（1）2Cu＋O2＋2H2SO4＝2CuSO4＋2H2O；（2）×250 g·mol－1＝3.75 kg；（3）2∶5
8．青铜是铜和锡的合金，它的机械强度高、耐腐蚀、极耐磨。将铜制成合金，可以保持甚至强化单一金属的长处，克服其不足，使得合金的性能一般优于纯金属，如强度、硬度比单一金属大，抗腐蚀能力一般比单一金属强。
9．（1）钛因其表面容易形成致密的氧化物保护膜使它不易跟其他物质反应，而具有一定的抗腐蚀能力，而且其密度小，还是一种“亲生物金属”。（2）C
10．略。
11．
普通玻璃 普通钢 玻璃钢
主要组成元素或物质 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 Fe、C、Mn、Si等 玻璃纤维和合成树脂
材料类别 传统无机非金属材料[来源:21世纪教育网] 金属材料或合金 复合材料
性质特点 无固定熔点、易软化、易破碎 坚硬、有韧性、有弹性 重量轻、强度高、耐水、耐磨、耐腐蚀、产品美观
用途 建筑材料、制化学仪器、窗玻璃、玻璃器皿等 制钢轨、钢丝、机器零件、刀具、建筑工业、化工生产、医疗器械制造21世纪教育网 生产游乐车、运输罐、餐桌、船体、汽车车身、印刷电路板、排水管道
12．略。
硅的性质
二氧化硅的性质
无机非金属材料
元素与材料世界
硅 无机非金属材料
铝 金属材料
复合材料
半导体材料与单质硅
二氧化硅与光导纤维
硅酸盐与无机非金属材料
铝与铝合金
金属与金属材料
复合材料的组成
在生产生活、航空、航天中常见的复合材料
铝及其化合物
金、银、铜
认识复合材料
形形色色的复合材料
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第四章《材料家族中的元素》章末小结
▲章末知识回顾
结构图表
知识归纳
一、无机非金属材料
1、硅
（1）存在、物理性质、用途
硅在自然界只以化合态存在。晶体硅呈灰黑色，有金属光泽，硬而脆，熔点很高（1410℃），是良好的半导体材料。硅可用来制造集成电路，太阳能电池，硅整流器等。硅合金可用来制造变压器铁芯，耐酸设备等。
（2）化学性质
①相对稳定性：在常温下，硅的化学性质不活泼，不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等发生反应。
②弱还原性：在常温下，能与F2、HF和强碱反应。例如：Si + 2NaOH + H2O ＝Na2SiO3 + 2H2↑；Si + 2F2 ＝SiF4；Si + 4HF ＝ SiF4↑+ 2H2↑。在加热时纯硅与某些非金属单质发生反应。如研细的硅能在氧气中燃烧：Si + O2 SiO2
（3）硅的制备
在工业上，用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制得含少量杂质的粗硅：SiO2＋2CSi＋2CO↑，将粗硅提纯后，可以得到半导体材料的高纯硅。
2、二氧化硅
（1）物理性质：纯净的二氧化硅晶体呈无色，熔点高，硬度大，不溶于水，也不溶于其他一般的溶剂。
（2）化学性质：
①酸性氧化物的通性：在常温时可以与碱溶液缓慢反应生成盐和水：SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2 O；②在高温下可与碱性氧化物反应：SiO2＋CaOCaSiO3
②二氧化硅在常温下与氢氟酸反应： Si O2＋4HF ＝ SiF4↑＋2H2O
③弱氧化性：如在高温时，二氧化硅中的硅可以被碳置换出来。
（3）用途：二氧化硅可用于石英表、石英玻璃、建筑材料、电子部件、光学仪器、工艺品和眼镜片、精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品、光导纤维等。
3、光导纤维：光导纤维，简称“光纤”，就是一种能利用光的全反射作用来传导光线的透明度极高的玻璃细丝。光导纤维是用石英玻璃制造的，具有信息容量大，抗干扰性能好，通信损耗低等优点。
4、玻璃
原料：生产普通玻璃的主要原料是纯碱（Na2CO3），石灰石（CaCO3）和石英（SiO2 ）。
反应原理：将粉碎混匀的原料加强热使之熔化，发生复杂的物理化学变化，冷却即成玻璃。其中主要化学反应是：
CaCO3 + SiO2 CaSiO3 + CO2 ↑； Na2CO3 + SiO2Na2SiO3 + CO2 ↑
5、水泥
（1）普通水泥的主要成分为硅酸三钙（3CaO·SiO2），硅酸二钙（2CaO·SiO2）和铝酸三钙（3CaO·Al2O3）等。
（2）水泥的特点是水泥具有水硬性，与水搀和搅拌并静置后，很容易凝固变硬。
（3）混凝土是指水泥、沙子和碎石的混合物，混凝土常用钢筋作结构，这就是通常所说的钢筋混凝土。
6、新型无机非金属材料：如高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等。
二、无机金属材料
1、铝
（1）物理性质：硬度较小，银白色、质轻，有很好的延展性和导电性。
（2）化学性质
①与氧气反应：常温下，铝被空气中的氧气氧化，表面生成一层致密的氧化物薄膜，失去金属光泽。点燃时，金属铝可以在氧气中燃烧：4Al＋ 3O2 2Al2O3
②与氯气、硫等非金属反应： 2Al＋3Cl2 2AlCl3；4Al＋3S 2Al2S3
③与非氧化酸反应，有氢气生成：2Al＋6H＋＝2Al3＋＋3H2↑。
④与氧化酸反应，无氢气生成： Al＋4HNO3 (稀)＝Al(NO3)3＋NO↑＋2H2O（注意：Al遇冷的浓硫酸、浓硝酸会钝化，但加热可反应。）
⑤与碱反应： 2Al＋2NaOH＋6H2O＝2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
⑥与金属氧化物的反应（铝热反应）： 2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3
2、金、银、铜
（1）物理性质：它们都具有金属的通性，但颜色不同。
（2）化学性质：金、银、铜都属于不活泼金属，相对而言，其活泼程度依次增强。
金是最稳定的金属之一，在高温下也不能与氧气反应，不能被硝酸等强氧化性酸氧化。但金能溶解在王水中。银虽然不能与盐酸、稀硫酸反应，但却能溶解在硝酸等强氧化性酸中。相对而言，铜最活泼，如：
①在加热或点燃条件下可与氧气、氯气、硫等非金属反应；
②可与浓硫酸、硝酸等强氧化性酸反应；
③可与盐溶液反应：Cu＋2FeCl3＝CuCl2＋2FeCl2
④在空气中可锈蚀：2Cu＋O2＋H2O＋CO2 ＝Cu2(OH)2CO3
（3）用途：它们广泛的应用于首饰、电子工业、有机合成、能源开发、材料制造、建筑用水管等。
3、其它金属材料：如钛、铀、镅等。
4、合金
（1）合金：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）常见的合金
①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。铝合金具有密度小、强度高、塑性好、易于成形、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。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。
②钢铁
a生铁：含碳量2％－4.3%，硬度大，但较脆且不易机械加工。
b普通钢：含碳量0.03%－2%，增加了铁锰等元素，改善了铁的性能，但易锈蚀。
c不锈钢：在普通钢基础上，加入铬镍等元素，含铬在一般在12％以上，在空气中能保持金属光泽，且有不生锈的特性。
5、几种重要的化合物
（1）氧化铝
①物理性质：白色固体，不溶于水，熔点高。
②化学性质：氧化铝具有不同于一般氧化物的性质，既与强酸反应也与强碱反应，属于两性氧化物。
Al2O3 ＋6HCl＝ 2AlCl3 ＋3H2O；Al2O3＋2NaOH＋3H2O＝2Na[Al(OH)4]
（2）氢氧化铝
①物理性质和用途：Al(OH)3是几乎不溶于水的白色胶状固体，具有吸附性。可作净水剂和色素吸附剂。
②化学性质：与Al2O3一样，既与酸反应又与碱反应，具有两性，属于两性氢氧化物。
①与酸反应：Al(OH)3 ＋3HCl＝AlCl3 ＋3H2O（Al(OH)3 ＋3H+＝Al3+＋3H2O）
②与碱反应：Al(OH)3＋NaOH＝Na[Al(OH)4]（Al(OH)3＋OH－＝[Al(OH)4]－）
另外，Al(OH)3还具有难溶性氢氧化物的通性，即受热易分解：2Al(OH)3 Al2O3＋3H2O
③Al(OH)3的制取：即可用铝盐与可溶性弱碱氨水反应，又可用向四羟基合铝酸盐溶液中通入CO2的方法制取Al(OH)3：Al3+＋3NH3·H2O＝Al(OH)3↓＋3NH4+； 2[Al(OH)4]－＋CO2＝2Al(OH)3↓＋CO32－＋H2O。
说明：一般不用强酸，因为强酸的量控制不当会使制得的Al(OH)3溶解： [Al(OH)4]－＋H+＝Al(OH)3↓＋H2O；Al(OH)3＋3H+＝Al3+＋3H2O
（3）氧化铜
①氧化铜有金属氧化物的性质： CuO＋2HCl＝CuCl2＋H2O
②氧化铜具有弱氧化性，可与某些还原剂反应。
③氧化铜在高温下可发生分解反应： 4CuO 2Cu2O＋O2↑
三、复合材料
1、定义：将两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而成的材料称为复合材料。
2、组成：复合材料由两部分组成，一部分称为基体，在复合材料中起黏结作用；另一部分称为增强体，在复合材料中起骨架作用。
3、分类：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。按增强体分，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。21世纪教育网
4、优点：材料复合后，既保持了原有材料的特点，又使各组分之间协同作用，形成了优于原材料的特性。又可以充分利用能源、节约能源。
5、常见的复合材料：如玻璃钢、碳纤维增强复合材料、航空、航天领域中的复合材料等。
▲ 本章专题探究
两步反应
到现在为止，必修1的内容已经结束，从整个高中化学来看，无机元素化合物的知识已经基本完成。在这期间，我们学习了大量的化学反应。其中，有部分反应与 “量”有关，即加入少量的试剂与加入过量的试剂时得到的产物不同。如在四羟基合铝酸钠溶液中加入少量的盐酸，可生成氢氧化铝沉淀，但如果加入过量的盐酸，则生成铝离子：[Al(OH)4]－＋H+＝Al(OH)3↓＋H2O；Al(OH)3＋3H+＝Al3+＋3H2O。由于反应分两步进行，因此，该类反应被称为“两步反应”。由于这类反应特别能体现同学们对知识的理解情况，以及对考试大纲的“分类讨论”的思想。所以，以这类化学反应为基础的多种题型，如无试剂鉴别问题、离子方程式判断正误问题、离子共存问题、讨论型计算题等。
［例题］在50 mL b mol·L－1 AlCl3溶液中加入50 mL a mol·L－1的NaOH溶液。试问：
（1）当a≤3b时生成Al(OH)3沉淀的物质的量是_______________．
（2）当a、b满足什么条件时，无沉淀生成？
（3）当a、b满足什么条件时，先有沉淀生成后沉淀部分溶解？
研析：AlCl3与NaOH间存在下列两种反应：
①AlCl3＋3NaOH＝Al(OH)3↓＋3NaCl
②AlCl3＋4NaOH＝Na[Al(OH)4]＋3NaCl
（1）a≤3b时，只发生反应①，NaOH不足或恰好完全反应。
n［Al(OH)3］＝1/3n(NaOH)＝1/3×0.050 L×a mol·L－1＝a mol
（2）当只有②反应发生时，无沉淀生成，此时AlCl3不足或恰好完全反应。
n(NaOH)≥4n(AlCl3)
50 mL×a mol·L－1≥4×50 mL×b mol·L－1
a≥4b
（3）当①②两反应都发生时，先有沉淀生成，后沉淀部分溶解。此时，a、b关系介于以上两种情况之间。即：3b
① SO2＋NaOH＝NaHSO3；SO2＋2NaOH＝Na2SO3＋H2O
② CO2＋NaOH＝NaHCO3；CO2＋2NaOH＝Na2CO3＋H2O
③ H2S＋NaOH＝NaHS；H2S＋2NaOH＝Na2S＋H2O
④ 2H2S＋O2 2S＋2H2O；2H2S＋3O2 2SO2＋2H2O
⑤ C＋O2CO2；2C＋O22CO
⑥ FeO＋CFe＋CO↑；2FeO＋C2Fe＋CO2↑
⑦ CuO＋CCu＋CO↑；2CuO＋C2Cu＋CO2↑
⑧ 2[Al(OH)4]－＋CO2＝2Al(OH)3↓＋CO32－＋H2O；[Al(OH)4]－＋CO2＝Al(OH)3↓＋HCO3－
⑨ AlCl3＋3NaOH＝Al(OH)3↓＋3NaCl；AlCl3＋4NaOH＝NaAlO2＋3NaCl＋2H2O
⑩ [Al(OH)4]－＋H+＝Al(OH)3↓＋H2O；[Al(OH)4]－＋4 H+＝Al3+＋4H2O
综合能力探究演练
（时间60分钟，满分100分）
一、选择题（45分）
1．金属中导电性能最强的是
A．铜 B．银 C．铝 D．铁
1．研析：金属的导电性由强到弱依次为银、铜、铝、铁。
答案：B。
2．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
2．研析：铝是一种金属，在反应中化合价升高，作为还原剂来参加反应，铝是常见的还原剂。
答案：C。
3．下列物质中，不属于合金的是21世纪教育网
A．黄铜 B．水银 C．钢铁 D．硬铝
3．研析：水银就是汞单质，而合金中含有几种元素，如钢铁是铁的碳合金。
答案：B。
4．下列物质中，属于新型无机非金属材料的是
A．钢化玻璃 B．碳化硼玻璃
C．光导纤维 D．硼酸盐玻璃
4．研析：新型无机高分子材料的品种较多：如高温结构陶瓷和光导纤维等，其中如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硼陶瓷等属于高温结构陶瓷。
答案：B、C。
5．过量的泥沙、纯碱、生石灰熔化后生成：①水泥 ②玻璃 ③瓷器 ④混凝土 ⑤一种硅酸盐产品
A．①和④ B．②和⑤
C．③ D．②
5．研析：水泥的主要成分是2CaO·SiO2、3CaO·SiO2和3CaO·Al2O3，其生产原料为粘土、石灰石。陶瓷属于硅酸盐产品，其主要原料是粘土。混凝土是水泥、碎石和砂子的混合物。
泥沙的主要成分是SiO2，与纯碱（Na2CO3）、生石灰（CaO）熔化后发生如下反应：
SiO2＋Na2CO3 Na2SiO3＋CO2↑；SiO2＋CaOCaSiO3
而Na2SiO3、CaSiO3与SiO2的熔合物即玻璃，且玻璃是一种硅酸盐产品。
答案：B。
6．镁、铝、铜三种金属粉末混合物，加入过量盐酸充分反应，过滤后向滤液中加入过量烧碱溶液，再过滤，滤液中存在的离子有
A．[Al (OH)4]－ B．Cu2+ C．Al3+ D．Mg2+
6．研析：审题是关键, 此题问的经过一系列反应后，滤液中存在的离子，对本题反应过程应有清楚的分析：混合物中加入过量盐酸充分反应后，滤液中含有Mg2+、Al3+、H+；铜不溶解。在滤液中加入过量烧碱溶液后，滤液中含[Al (OH)4]－，沉淀为氢氧化镁。
答案：A。
7．某溶液中有Cu2+、NH4+、Fe2+和Al3+四种离子，若向其中加入过量的氢氧化钠溶液，微热并搅拌，再加入过量盐酸，溶液中大量减少的阳离子是
A．Cu2+ B．NH4+ C．Fe2+ D．Al3+
7．研析：溶液中加入过量的氢氧化钠溶液后，四种离子分别转化为氢氧化铜沉淀、一水合氨、氢氧化亚铁沉淀、四羟基合铝酸钠。微热并搅拌后，氢氧化铜沉淀、四羟基合铝酸钠无变化，而一水合氨部分分解并挥发出氨气，氢氧化亚铁沉淀转化为氢氧化铁沉淀。再加入过量盐酸后，NH4+、Fe2+大量减少。
答案：B、C。
8．下列反应的离子方程式正确的是
A．石英与烧碱溶液共热：SiO2＋2OH－SiO32－＋H2O
B．在氯化铝溶液中滴加过量的氨水：Al3＋＋4 OH－＝[Al (OH)4]－
C．在氢氧化钠溶液中通入过量的CO2：2OH－＋CO2＝CO32－＋H2O
D．在稀盐酸中滴加过量的硅酸钠溶液：SiO32－＋2H＋＋H2O＝H4SiO4↓
8．研析：A体现出SiO2酸性氧化物的性质，D为强酸制弱酸，二者都是正确的。B项有两个错误：氨水是弱碱，不能拆开写；因为氢氧化铝不溶于氨水，因此，无论氨水过量与否，都生成氢氧化铝，不能生成[Al (OH)4]－。C项应该生成碳酸氢根离子，而不是CO32－。
答案：A、D。
9．常温下，下列不发生反应的一组物质是
① 硅与NaOH溶液 ②硅与盐酸 ③ 硅与氢氟酸 ④ 二氧化硅与碳酸钠 ⑤ 二氧化硅NaOH溶液 ⑥ 二氧化硅与浓硝酸
A．①②④ B．③④⑥ C．②⑤⑥ D．②④⑥
9．研析：硅的化学性质稳定，常温下除了与氟气、氢氟酸、和强碱外，它不易与其他物质如氢气、氧气、氯气等反应。
答案：D。
10．有一根粗铝条含铁和硅两种杂质。取等质量的样品分别投入足量的稀盐酸和足量的稀氢氧化钠溶液中，放出等量的H2，则该粗铝中铁和硅的关系正确的是
①物质的量之比为2∶1 ②物质的量之比为3∶1 ③质量之比为2∶1 ④质量之比为4∶1
A．②④ B．②③ C．①④ D．只有④
10．研析：铝与稀盐酸和稀氢氧化钠溶液都反应并放出等量的氢气，由此不难推出，硅与稀氢氧化钠溶液反应放出的氢气与铁与稀盐酸反应放出的氢气相等。根据关系式Si——2H2；Fe——H2得：铁和硅的物质的量之比为2∶1，质量之比为4∶1。
答案：C。
11．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
11．研析：根据总的化合价为零，有： 2×（＋3）＋2×（＋4）＋x×（－2）＋y×（－1）＝0，化简得：2x＋y＝14，将选项代入求解，只有B选项适合。
答案：B。
12．飞机，火箭的机翼和机身以及导弹的壳体，尾翼中的复合材料是
A．金属基复合材料 B．树脂基复合材料
C．绝缘基复合材料 D．智能复合材料
12．研析：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、碳化硅纤维和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。
答案：A。
13．下列复合材料对应的性能正确的是
序号 复合材料 可能的性能
A 金属；C 强度高，抗冲击，绝缘性好，耐热温度低于300℃
B 陶瓷；SiO2 耐1600℃以上高温，强度高，密度小
C 合成树脂；SiO2、Al2O3、MgO 耐酸碱，化学稳定性好，强度高，密度小，韧性好
D 合成树脂；C 耐高温，强度高，导电性好，导热性好
13．研析：金属与C的复合材料具有耐高温，强度高，导电性好，导热性好的特点；陶瓷与SiO2的复合材料具有耐1600℃以上高温，强度高，密度小的特点；合成树脂与SiO2、Al2O3、MgO的复合材料具有强度高，抗冲击，绝缘性好，耐热温度低于300℃的特点；合成树脂与C的复合材料具有耐酸碱，化学稳定性好，强度高，密度小，韧性好的特点。
答案：B。
14．工业上，常用Mg还原法制取金属Ti，反应原理如下：2Mg＋TiCl42MgCl2＋Ti。下列说法正确的是：①该反应属于置换反应；②该反应属于氧化还原反应；③该反应表明Mg比Ti活泼；④Ti被誉为“21世纪的金属”，在航天工业上有广泛用途。
A．只有①② B．只有③④ C．只有①②③ D．全部
14．研析：在置换反应中通常为活泼的金属在一定条件下能将不活泼的金属置换出来，在氧化还原反应中的规律为还原剂的还原性强于还原产物，因此，①②③都是正确的。至于④则属于常识性问题：金属Ti的机械强度高、密度小、抗蚀力强，被誉为“21世纪的金属”，④也是正确的。
答案：D。
15．将物质X逐渐加入Y溶液中，生成沉淀的物质的量n2与所加X的物质的量n1的关系如图4—1所示．符合图所示情况的是
A B21世纪教育网 C D
X NaOH AlCl3 HCl Na[Al (OH)4]
Y AlCl3 NaOH Na[Al (OH)4] HCl
15．研析：A随着NaOH溶液的加入先后发生以下两个反应：Al3＋＋3OH－＝Al(OH)3↓(沉淀物质的量由0增至最大值)；Al(OH)3＋OH－＝[Al (OH)4]－（沉淀物质的量由最大值降为0）。两个反应中消耗的NaOH物质的量之比为3∶1，与题图不符。
B随着AlCl3溶液的加入先后发生以下两个反应：Al3＋＋4OH－＝[Al (OH)4]－（不产生沉淀）；Al3＋＋3[Al (OH)4]－＝4Al(OH)3↓（沉淀物质的量由0增至最大值）。两个反应中消耗AlCl3物质的量之比为3∶1，与题图也不符。
C随着盐酸的加入先后发生以下两个反应：H＋＋[Al (OH)4]－＝Al(OH)3↓＋H2O （沉淀物质的量由0增至最大值）；3H＋＋Al(OH)3＝Al3＋＋3H2O(沉淀物质的量由最大值降为0)．两个反应中消耗盐酸物质的量之比为1∶3，符合题图。
D随着Na[Al (OH)4]溶液的加入先发生以下反应：[Al (OH)4]－＋4H＋＝Al3＋＋4H2O（不产生沉淀）；待盐酸耗尽发生Al3＋＋3[Al (OH)4]－＝4Al(OH)3↓的反应（沉淀物质的量由0增至最大值）。两个反应消耗Na[Al (OH)4]物质的量之比为1∶3，与题图也不符。
答案：C。
二、非选择题（55分）
16．（10分）（1）有下列A～F六种试剂，它们的性质不同，选用的试剂瓶也不相同，请指出它们分别选用什么样的试剂瓶。
A．二氧化硅 B．硝酸银晶体 C．氯水 D．氢氟酸 E．浓H2SO4 F．NaOH溶液
（2）下列反应中，SiO2表现什么化学性质？
①SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O；②SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑
③SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑；④SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O
16．研析：（1）一般，选择试剂瓶的原则为：固体放在广口瓶中，液体放在细口瓶中，见光易分解或变质的放在棕色瓶中，碱性溶液放在橡皮塞试剂瓶中，强氧化性物质放在玻璃塞试剂瓶中，氢氟酸由于与玻璃中的SiO2反应而不能放在玻璃瓶中。（2）SiO2是一种高熔点、沸点的酸性氧化物、除具有酸性氧化物的通性、弱氧化性外，还具有一些特性。
答案：（1）A．广口瓶 B．棕色广口瓶 C．棕色磨砂玻璃塞细口瓶 D．细口塑料瓶 E．磨砂玻璃塞细口瓶 F．橡皮塞细口瓶 （2）①酸性氧化物的通性；②将挥发性酸酐从其盐酸中代换出来；③弱氧化性；④作为玻璃的成分被分解而使玻璃能雕刻。
17．（8分）某无色透明溶液跟金属铝反应放出H2。试判断下列离子：Mg2＋、Cu2＋、Ba2＋、H＋、Ag＋、SO42－、SO32－、HCO3－、OH－、NO3－，在下列两种情况下何者能存在于溶液中。
（1）当生成Al3＋时，可能大量存在 。
（2）当生成[Al (OH)4]－时，可能存在 。
17．研析：因溶液无色首先排除Cu2＋的存在。与Al反应放出H2的溶液，可能是强酸性溶液，也可能是强碱性溶液。Al与强酸或碱溶液反应的化学方程式为：
2Al＋6H＋＝2Al3＋＋3H2↑； 2Al＋2OH－＋6H2O＝[Al (OH)4]－＋3H2↑
（1）生成Al3＋时，溶液为强酸性溶液，溶液中存在大量H＋，则弱酸根(SO32－、HCO3－)和OH－不能共存，NO3－也不存在，否则Al与稀HNO3反应不产生H2；这样，阴离子只剩SO42－，SO42－一定存在；溶液中有SO42－，则Ba2＋和Ag＋不能大量存在；Mg2＋可能大量存在．
（2）当生成[Al (OH)4]－时，溶液为强碱溶液，一定存在大量OH－，有OH－则无Mg2＋、H＋、Ag＋和HCO3－；这样，阳离子只剩Ba2＋，有Ba2＋则无SO32－、SO42－,NO3－可能存在。
答案：（1）H＋、Mg2＋、SO42－ （2）OH－、Ba2＋、NO3－
18．（8分）某科研小组，用含有少量的CaO和Fe2O3的高岭土（主要成分：Al2O3·2SiO2·2H2O）来研制新型净水剂，其实验方案如下：将土样和纯碱混合均匀，加热熔融，冷却后用水浸取熔块，过滤弃去残渣，滤液用盐酸酸化，经过滤，分别得到沉淀和溶液，溶液即是净水剂。
（1）土样和纯碱混合均匀，加热熔融时，土样中的主要成分与纯碱反应的化学方程式为：
① ；②Al2O3＋Na2CO32NaAlO2＋CO2↑。
（提示：NaAlO2易溶于水并转化为Na[Al (OH)4]）
（2）最后得到的沉淀物是 ，生成沉淀的离子方程式为 。
（3）实验室中常备的坩埚有瓷坩埚，氧化铝坩埚和铁坩埚，本实验熔融土样时应选用 坩埚。
18．研析：这是一道信息给予题，根据题示情境分析：（1）高岭土熔化时，其成分中的SiO2和Al2O3与Na2CO3反应生成Na2SiO3和NaAlO2。（2）熔块加水使Na2SiO3和NaAlO2溶解与其他杂质分离，在过滤后的滤液中加入盐酸则使Na2SiO3、Na[Al (OH)4]分别与过量的盐酸反应，生成H4SiO4沉淀和AlCl3溶液，过滤得滤液即为净水剂。（3）因为瓷坩埚中含有SiO2，氧化铝坩埚主要成分是Al2O3，它们都能与Na2CO3在高温下发生反应，故熔融样品时只能用铁坩埚。
答案：（1）SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑（2）H4SiO4；2H＋＋SiO32－＋H2O＝H4SiO4↓（3）铁
19．（12分）在半导体工业中，有一道工序叫烧氢。烧氢的工艺流程如下图所示。工作时，是将石英管D出口处氢气点燃。半导体硅片、焊片和金属零件从石英管口送入加热区，在氢气还原气氛中加热使焊片熔化，将单晶硅与金属零件焊接在一起。焊接后再将零件拉至冷却区，冷却后取出。烧氢工艺中的氢气纯度要求极高，工业氢气虽含量达99.9%，但仍含有极微量的水蒸气和氧气，所以点燃氢气前应检验氢气的纯度。试回答下列问题：
（1）装置B的作用是 ；B中发生反应的化学方程式是 。
（2）装置C中的物质是 ；C的作用是 。
（3）点燃氢气前将E(带导管胶塞)接在D出口处，目的是 。
（4）装置A是安全瓶，可以防止氢气燃烧回火，引起爆炸，其中填充大量纯铜屑的作用是 。
19．答案：（1）除去氧气；2Cu+O2 2CuO；CuO+H2 Cu+H2O。（2）无水CaCl2（或碱石灰）；吸收水蒸气。（3）检验氢气纯度。（4）大量的铜屑可以吸收热量，降低温度。
20．（8分）某混合物A含有KAl (SO4)2、Al2O3和Fe2O3，在一定条件下可实现下列物质之间的变化：
据此判断：
（1）固体E所含物质的化学式为 。
（2）反应③的化学方程式为 。
（3）反应①的离子方程式为 。
（4）反应②的离子方程式为 。
20．答案：（1）K2SO4、(NH4)2SO4 （2）2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3
（3）Al2O3＋2OH－＋3H2O＝2[Al(OH)4]－ （4）Al3+＋3NH3·H2O＝Al(OH)3↓＋3NH4+
21．（9分）有一铝粉和Fe3O4粉末组成的铝热剂，在隔绝空气的条件下加热使之充分反应。将反应后所得混合物研细，并分成均匀的两等份，在一份中加足量的氢氧化钠溶液，另一份中加入足量的盐酸，反应后，前者消耗m mol NaOH，放出气体0.336 L；后者消耗n mol HCl，放出气体V L，若将等质量的铝热剂直接与足量稀硫酸作用，可得3.36 L气体（上述气体体积均已换算成标准状况）。试求铝热剂中Al的质量分数。
21．研析：（1）铝热剂直接与H2SO4作用时产生气体的反应如下：
2Al ＋ 3 H2SO4 ＝ Al2(SO4)3 ＋ 3 H2↑
54.0 g 67.2 L
m(Al) 3.36 L
列式可解得：m(Al)＝2.70 g
铝热反应后的混合物遇NaOH能放出H2，表明铝热反应Al剩余，则：
2Al ＋ 2NaOH ＋ 6H2O ＝ 2Na [Al(HO)4] ＋ 3 H2↑
54.0 g 67.2 L
m(Al) 0.336 L
列式可求得：m余(Al)＝0.540 g
铝热剂中Fe3O4的质量可求：
3 Fe3O4 ＋ 8 Al 4 Al2O3 ＋ 9 Fe
696 g 216 g
m(Fe3O4) 2.70g－0.540g
列式可求得：m(Fe3O4)＝6.96 g
则：w(Al)＝×100%＝28.0%
答案：28.0%
本章答案解析与研读
教材章末习题（P128）
1．研析：A项电荷数与氢原子数都没有配平；C项的电荷数没有配平；D项电荷数与氢、氧原子数都没有配平。
答案：B
2．研析：石墨是易导电的物质。
答案：C
3．研析：本题可逐项排除法。根据①，不能排除任何选项；根据②，可排除D项；根据③，可排除B项；根据④，可进一步排除A，因为镁不能在冷浓硫酸中钝化。
答案：C
4．A、C、E是金属单质，因为它们导电性好且延展性好。B、D是非金属单质，因为它们熔点很低且不导电。
5．
特征 主要用途
钨丝能承受高温，但一受热就会发光 制造晶体管、集成电路
钛制品非常轻，但非常坚固，不易变形 制造太空飞船和人造卫星的部件
锡无毒，抗腐蚀能力又高 制造灯丝
硅的导电性介于导体和半导体之间 制造罐头盒
6． （1）罐内的二氧化碳气体与NaOH溶液反应后，使罐内气压明显降低，在大气压的作用下，罐壁凹而瘪。CO2＋2NaOH＝Na2CO3＋H2O
（2）过一段时间后，铝与氢氧化钠溶液反应，生成了氢气，罐内气压由小变大，瘪了的罐壁又重新鼓起。
2Al＋2NaOH＋6H2O＝2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
7．研析：在第（3）题中，配制无机铜杀菌剂波尔多液。已知几种成分的质量比，则它们的物质的量之比为： n（CuSO4·5H2O）∶n（CaO）＝1/250∶0.56/56＝2∶5。
答案：（1）2Cu＋O2＋2H2SO4＝2CuSO4＋2H2O；（2）×250 g·mol－1＝3.75 kg；（3）2∶5
8．青铜是铜和锡的合金，它的机械强度高、耐腐蚀、极耐磨。将铜制成合金，可以保持甚至强化单一金属的长处，克服其不足，使得合金的性能一般优于纯金属，如强度、硬度比单一金属大，抗腐蚀能力一般比单一金属强。
9．（1）钛因其表面容易形成致密的氧化物保护膜使它不易跟其他物质反应，而具有一定的抗腐蚀能力，而且其密度小，还是一种“亲生物金属”。（2）C
10．略。
11．
普通玻璃 普通钢 玻璃钢
主要组成元素或物质 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 Fe、C、Mn、Si等 玻璃纤维和合成树脂
材料类别 传统无机非金属材料[来源:21世纪教育网] 金属材料或合金 复合材料
性质特点 无固定熔点、易软化、易破碎 坚硬、有韧性、有弹性 重量轻、强度高、耐水、耐磨、耐腐蚀、产品美观
用途 建筑材料、制化学仪器、窗玻璃、玻璃器皿等 制钢轨、钢丝、机器零件、刀具、建筑工业、化工生产、医疗器械制造21世纪教育网 生产游乐车、运输罐、餐桌、船体、汽车车身、印刷电路板、排水管道
12．略。
硅的性质
二氧化硅的性质
无机非金属材料
元素与材料世界
硅 无机非金属材料
铝 金属材料
复合材料
半导体材料与单质硅
二氧化硅与光导纤维
硅酸盐与无机非金属材料
铝与铝合金
金属与金属材料
复合材料的组成
在生产生活、航空、航天中常见的复合材料
铝及其化合物
金、银、铜
认识复合材料
形形色色的复合材料
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