2019-2020年高中化學(xué) 第四章《材料家族中的元素》教案 魯科版必修1.doc
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2019-2020年高中化學(xué) 第四章《材料家族中的元素》教案 魯科版必修1 ▲章末知識(shí)回顧 硅的性質(zhì) 二氧化硅的性質(zhì) 無(wú)機(jī)非金屬材料 元素與材料世界 硅 無(wú)機(jī)非金屬材料 鋁 金屬材料 復(fù)合材料 半導(dǎo)體材料與單質(zhì)硅 二氧化硅與光導(dǎo)纖維 硅酸鹽與無(wú)機(jī)非金屬材料 鋁與鋁合金 金屬與金屬材料 復(fù)合材料的組成 在生產(chǎn)生活、航空、航天中常見(jiàn)的復(fù)合材料 鋁及其化合物 金、銀、銅 認(rèn)識(shí)復(fù)合材料 形形色色的復(fù)合材料 結(jié)構(gòu)圖表 知識(shí)歸納 一、無(wú)機(jī)非金屬材料 1、硅 (1)存在、物理性質(zhì)、用途 硅在自然界只以化合態(tài)存在。晶體硅呈灰黑色,有金屬光澤,硬而脆,熔點(diǎn)很高(1410℃),是良好的半導(dǎo)體材料。硅可用來(lái)制造集成電路,太陽(yáng)能電池,硅整流器等。硅合金可用來(lái)制造變壓器鐵芯,耐酸設(shè)備等。 (2)化學(xué)性質(zhì) ①相對(duì)穩(wěn)定性:在常溫下,硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑,不與O2、Cl2、H2SO4、HNO3等發(fā)生反應(yīng)。 ②弱還原性:在常溫下,能與F2、HF和強(qiáng)堿反應(yīng)。例如:Si + 2NaOH + H2O =Na2SiO3 + 2H2↑;Si + 2F2 =SiF4;Si + 4HF = SiF4↑+ 2H2↑。在加熱時(shí)純硅與某些非金屬單質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。如研細(xì)的硅能在氧氣中燃燒:Si + O2 SiO2 (3)硅的制備 在工業(yè)上,用碳在高溫下還原二氧化硅的方法可制得含少量雜質(zhì)的粗硅:SiO2+2CSi+2CO↑,將粗硅提純后,可以得到半導(dǎo)體材料的高純硅。 2、二氧化硅 (1)物理性質(zhì):純凈的二氧化硅晶體呈無(wú)色,熔點(diǎn)高,硬度大,不溶于水,也不溶于其他一般的溶劑。 (2)化學(xué)性質(zhì): ①酸性氧化物的通性:在常溫時(shí)可以與堿溶液緩慢反應(yīng)生成鹽和水:SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2 O;②在高溫下可與堿性氧化物反應(yīng):SiO2+CaOCaSiO3 ②二氧化硅在常溫下與氫氟酸反應(yīng): Si O2+4HF = SiF4↑+2H2O ③弱氧化性:如在高溫時(shí),二氧化硅中的硅可以被碳置換出來(lái)。 (3)用途:二氧化硅可用于石英表、石英玻璃、建筑材料、電子部件、光學(xué)儀器、工藝品和眼鏡片、精密儀器軸承、耐磨器皿和裝飾品、光導(dǎo)纖維等。 3、光導(dǎo)纖維:光導(dǎo)纖維,簡(jiǎn)稱“光纖”,就是一種能利用光的全反射作用來(lái)傳導(dǎo)光線的透明度極高的玻璃細(xì)絲。光導(dǎo)纖維是用石英玻璃制造的,具有信息容量大,抗干擾性能好,通信損耗低等優(yōu)點(diǎn)。 4、玻璃 原料:生產(chǎn)普通玻璃的主要原料是純堿(Na2CO3),石灰石(CaCO3)和石英(SiO2 )。 反應(yīng)原理:將粉碎混勻的原料加強(qiáng)熱使之熔化,發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化,冷卻即成玻璃。其中主要化學(xué)反應(yīng)是: CaCO3 + SiO2 CaSiO3 + CO2 ↑; Na2CO3 + SiO2Na2SiO3 + CO2 ↑ 5、水泥 (1)普通水泥的主要成分為硅酸三鈣(3CaOSiO2),硅酸二鈣(2CaOSiO2)和鋁酸三鈣(3CaOAl2O3)等。 (2)水泥的特點(diǎn)是水泥具有水硬性,與水?dāng)v和攪拌并靜置后,很容易凝固變硬。 (3)混凝土是指水泥、沙子和碎石的混合物,混凝土常用鋼筋作結(jié)構(gòu),這就是通常所說(shuō)的鋼筋混凝土。 6、新型無(wú)機(jī)非金屬材料:如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、生物陶瓷、壓電陶瓷等。 二、無(wú)機(jī)金屬材料 1、鋁 (1)物理性質(zhì):硬度較小,銀白色、質(zhì)輕,有很好的延展性和導(dǎo)電性。 (2)化學(xué)性質(zhì) ①與氧氣反應(yīng):常溫下,鋁被空氣中的氧氣氧化,表面生成一層致密的氧化物薄膜,失去金屬光澤。點(diǎn)燃時(shí),金屬鋁可以在氧氣中燃燒:4Al+ 3O2 2Al2O3 ②與氯氣、硫等非金屬反應(yīng): 2Al+3Cl2 2AlCl3;4Al+3S 2Al2S3 ③與非氧化酸反應(yīng),有氫氣生成:2Al+6H+=2Al3++3H2↑。 ④與氧化酸反應(yīng),無(wú)氫氣生成: Al+4HNO3 (稀)=Al(NO3)3+NO↑+2H2O(注意:Al遇冷的濃硫酸、濃硝酸會(huì)鈍化,但加熱可反應(yīng)。) ⑤與堿反應(yīng): 2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑ ⑥與金屬氧化物的反應(yīng)(鋁熱反應(yīng)): 2Al+Fe2O32Fe+Al2O3 2、金、銀、銅 (1)物理性質(zhì):它們都具有金屬的通性,但顏色不同。 (2)化學(xué)性質(zhì):金、銀、銅都屬于不活潑金屬,相對(duì)而言,其活潑程度依次增強(qiáng)。 金是最穩(wěn)定的金屬之一,在高溫下也不能與氧氣反應(yīng),不能被硝酸等強(qiáng)氧化性酸氧化。但金能溶解在王水中。銀雖然不能與鹽酸、稀硫酸反應(yīng),但卻能溶解在硝酸等強(qiáng)氧化性酸中。相對(duì)而言,銅最活潑,如: ①在加熱或點(diǎn)燃條件下可與氧氣、氯氣、硫等非金屬反應(yīng); ②可與濃硫酸、硝酸等強(qiáng)氧化性酸反應(yīng); ③可與鹽溶液反應(yīng):Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2 ④在空氣中可銹蝕:2Cu+O2+H2O+CO2 =Cu2(OH)2CO3 (3)用途:它們廣泛的應(yīng)用于首飾、電子工業(yè)、有機(jī)合成、能源開(kāi)發(fā)、材料制造、建筑用水管等。 3、其它金屬材料:如鈦、鈾、镅等。 4、合金 (1)合金:合金是指兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。 一般來(lái)說(shuō),合金的性能優(yōu)于純金屬,合金的熔點(diǎn)比它的各成分金屬熔點(diǎn)都低,硬度比它的各成分金屬大。但合金的性質(zhì)并不是各成分金屬性質(zhì)的總和。 (2)常見(jiàn)的合金 ①金屬鋁中加入其他元素如銅、鎂、硅、鋅、鋰等,即形成各種性能優(yōu)良的鋁合金。鋁合金具有密度小、強(qiáng)度高、塑性好、易于成形、制造工藝簡(jiǎn)單、成本低廉等特點(diǎn),并且表面易形成致密的氧化物保護(hù)膜而具有一定的抗腐蝕能力。鋁合金主要用于建筑業(yè)、容器和包裝業(yè)、交通運(yùn)輸及電子行業(yè)。 ②鋼鐵 a生鐵:含碳量2%-4.3%,硬度大,但較脆且不易機(jī)械加工。 b普通鋼:含碳量0.03%-2%,增加了鐵錳等元素,改善了鐵的性能,但易銹蝕。 c不銹鋼:在普通鋼基礎(chǔ)上,加入鉻鎳等元素,含鉻在一般在12%以上,在空氣中能保持金屬光澤,且有不生銹的特性。 5、幾種重要的化合物 (1)氧化鋁 ①物理性質(zhì):白色固體,不溶于水,熔點(diǎn)高。 ②化學(xué)性質(zhì):氧化鋁具有不同于一般氧化物的性質(zhì),既與強(qiáng)酸反應(yīng)也與強(qiáng)堿反應(yīng),屬于兩性氧化物。 Al2O3 +6HCl= 2AlCl3 +3H2O;Al2O3+2NaOH+3H2O=2Na[Al(OH)4] (2)氫氧化鋁 ①物理性質(zhì)和用途:Al(OH)3是幾乎不溶于水的白色膠狀固體,具有吸附性??勺鲀羲畡┖蜕匚絼? ②化學(xué)性質(zhì):與Al2O3一樣,既與酸反應(yīng)又與堿反應(yīng),具有兩性,屬于兩性氫氧化物。 ①與酸反應(yīng):Al(OH)3 +3HCl=AlCl3 +3H2O(Al(OH)3 +3H+=Al3++3H2O) ②與堿反應(yīng):Al(OH)3+NaOH=Na[Al(OH)4](Al(OH)3+OH-=[Al(OH)4]-) 另外,Al(OH)3還具有難溶性氫氧化物的通性,即受熱易分解:2Al(OH)3 Al2O3+3H2O ③Al(OH)3的制?。杭纯捎娩X鹽與可溶性弱堿氨水反應(yīng),又可用向四羥基合鋁酸鹽溶液中通入CO2的方法制取Al(OH)3:Al3++3NH3H2O=Al(OH)3↓+3NH4+; 2[Al(OH)4]-+CO2=2Al(OH)3↓+CO32-+H2O。 說(shuō)明:一般不用強(qiáng)酸,因?yàn)閺?qiáng)酸的量控制不當(dāng)會(huì)使制得的Al(OH)3溶解: [Al(OH)4]-+H+=Al(OH)3↓+H2O;Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O (3)氧化銅 ①氧化銅有金屬氧化物的性質(zhì): CuO+2HCl=CuCl2+H2O ②氧化銅具有弱氧化性,可與某些還原劑反應(yīng)。 ③氧化銅在高溫下可發(fā)生分解反應(yīng): 4CuO 2Cu2O+O2↑ 三、復(fù)合材料 1、定義:將兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料經(jīng)特殊加工而成的材料稱為復(fù)合材料。 2、組成:復(fù)合材料由兩部分組成,一部分稱為基體,在復(fù)合材料中起黏結(jié)作用;另一部分稱為增強(qiáng)體,在復(fù)合材料中起骨架作用。 3、分類:按基體分類,可分為樹(shù)脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料。按增強(qiáng)體分,可分為顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料、夾層增強(qiáng)復(fù)合材料和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。 4、優(yōu)點(diǎn):材料復(fù)合后,既保持了原有材料的特點(diǎn),又使各組分之間協(xié)同作用,形成了優(yōu)于原材料的特性。又可以充分利用能源、節(jié)約能源。 5、常見(jiàn)的復(fù)合材料:如玻璃鋼、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、航空、航天領(lǐng)域中的復(fù)合材料等。 ▲ 本章專題探究 兩步反應(yīng) 到現(xiàn)在為止,必修1的內(nèi)容已經(jīng)結(jié)束,從整個(gè)高中化學(xué)來(lái)看,無(wú)機(jī)元素化合物的知識(shí)已經(jīng)基本完成。在這期間,我們學(xué)習(xí)了大量的化學(xué)反應(yīng)。其中,有部分反應(yīng)與“量”有關(guān),即加入少量的試劑與加入過(guò)量的試劑時(shí)得到的產(chǎn)物不同。如在四羥基合鋁酸鈉溶液中加入少量的鹽酸,可生成氫氧化鋁沉淀,但如果加入過(guò)量的鹽酸,則生成鋁離子:[Al(OH)4]-+H+=Al(OH)3↓+H2O;Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O。由于反應(yīng)分兩步進(jìn)行,因此,該類反應(yīng)被稱為“兩步反應(yīng)”。由于這類反應(yīng)特別能體現(xiàn)同學(xué)們對(duì)知識(shí)的理解情況,以及對(duì)考試大綱的“分類討論”的思想。所以,以這類化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的多種題型,如無(wú)試劑鑒別問(wèn)題、離子方程式判斷正誤問(wèn)題、離子共存問(wèn)題、討論型計(jì)算題等。 [例題]在50 mL b molL-1 AlCl3溶液中加入50 mL a molL-1的NaOH溶液。試問(wèn): (1)當(dāng)a≤3b時(shí)生成Al(OH)3沉淀的物質(zhì)的量是_______________. (2)當(dāng)a、b滿足什么條件時(shí),無(wú)沉淀生成? (3)當(dāng)a、b滿足什么條件時(shí),先有沉淀生成后沉淀部分溶解? 研析:AlCl3與NaOH間存在下列兩種反應(yīng): ①AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓+3NaCl ②AlCl3+4NaOH=Na[Al(OH)4]+3NaCl (1)a≤3b時(shí),只發(fā)生反應(yīng)①,NaOH不足或恰好完全反應(yīng)。 n[Al(OH)3]=1/3n(NaOH)=1/30.050 La molL-1=a mol (2)當(dāng)只有②反應(yīng)發(fā)生時(shí),無(wú)沉淀生成,此時(shí)AlCl3不足或恰好完全反應(yīng)。 n(NaOH)≥4n(AlCl3) 50 mLa molL-1≥450 mLb molL-1 a≥4b (3)當(dāng)①②兩反應(yīng)都發(fā)生時(shí),先有沉淀生成,后沉淀部分溶解。此時(shí),a、b關(guān)系介于以上兩種情況之間。即:3b- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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