2019-2020年高中化學 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 第四章《材料家族中的元素》教案 魯科版必修1 ▲章末知識回顧 硅的性質 二氧化硅的性質 無機非金屬材料 元素與材料世界 硅 無機非金屬材料 鋁 金屬材料 復合材料 半導體材料與單質硅 二氧化硅與光導纖維 硅酸鹽與無機非金屬材料 鋁與鋁合金 金屬與金屬材料 復合材料的組成 在生產生活、航空、航天中常見的復合材料 鋁及其化合物 金、銀、銅 認識復合材料 形形色色的復合材料 結構圖表 知識歸納 一、無機非金屬材料 1、硅 （1）存在、物理性質、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，熔點很高（1410℃），是良好的半導體材料。硅可用來制造集成電路，太陽能電池，硅整流器等。硅合金可用來制造變壓器鐵芯，耐酸設備等。 （2）化學性質 ①相對穩(wěn)定性：在常溫下，硅的化學性質不活潑，不與O2、Cl2、H2SO4、HNO3等發(fā)生反應。 ②弱還原性：在常溫下，能與F2、HF和強堿反應。例如：Si + 2NaOH + H2O ＝Na2SiO3 + 2H2↑；Si + 2F2 ＝SiF4；Si + 4HF ＝ SiF4↑+ 2H2↑。在加熱時純硅與某些非金屬單質發(fā)生反應。如研細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的粗硅：SiO2＋2CSi＋2CO↑，將粗硅提純后，可以得到半導體材料的高純硅。 2、二氧化硅 （1）物理性質：純凈的二氧化硅晶體呈無色，熔點高，硬度大，不溶于水，也不溶于其他一般的溶劑。 （2）化學性質： ①酸性氧化物的通性：在常溫時可以與堿溶液緩慢反應生成鹽和水：SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2 O；②在高溫下可與堿性氧化物反應：SiO2＋CaOCaSiO3 ②二氧化硅在常溫下與氫氟酸反應： Si O2＋4HF ＝ SiF4↑＋2H2O ③弱氧化性：如在高溫時，二氧化硅中的硅可以被碳置換出來。 （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、光導纖維等。 3、光導纖維：光導纖維，簡稱“光纖”，就是一種能利用光的全反射作用來傳導光線的透明度極高的玻璃細絲。光導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。 4、玻璃 原料：生產普通玻璃的主要原料是純堿（Na2CO3），石灰石（CaCO3）和石英（SiO2 ）。 反應原理：將粉碎混勻的原料加強熱使之熔化，發(fā)生復雜的物理化學變化，冷卻即成玻璃。其中主要化學反應是： 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）水泥的特點是水泥具有水硬性，與水攙和攪拌并靜置后，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構，這就是通常所說的鋼筋混凝土。 6、新型無機非金屬材料：如高溫結構陶瓷、生物陶瓷、壓電陶瓷等。 二、無機金屬材料 1、鋁 （1）物理性質：硬度較小，銀白色、質輕，有很好的延展性和導電性。 （2）化學性質 ①與氧氣反應：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。點燃時，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： 2Al＋3Cl2 2AlCl3；4Al＋3S 2Al2S3 ③與非氧化酸反應，有氫氣生成：2Al＋6H＋＝2Al3＋＋3H2↑。 ④與氧化酸反應，無氫氣生成： Al＋4HNO3 (稀)＝Al(NO3)3＋NO↑＋2H2O（注意：Al遇冷的濃硫酸、濃硝酸會鈍化，但加熱可反應。） ⑤與堿反應： 2Al＋2NaOH＋6H2O＝2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ ⑥與金屬氧化物的反應（鋁熱反應）： 2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3 2、金、銀、銅 （1）物理性質：它們都具有金屬的通性，但顏色不同。 （2）化學性質：金、銀、銅都屬于不活潑金屬，相對而言，其活潑程度依次增強。 金是最穩(wěn)定的金屬之一，在高溫下也不能與氧氣反應，不能被硝酸等強氧化性酸氧化。但金能溶解在王水中。銀雖然不能與鹽酸、稀硫酸反應，但卻能溶解在硝酸等強氧化性酸中。相對而言，銅最活潑，如： ①在加熱或點燃條件下可與氧氣、氯氣、硫等非金屬反應； ②可與濃硫酸、硝酸等強氧化性酸反應； ③可與鹽溶液反應：Cu＋2FeCl3＝CuCl2＋2FeCl2 ④在空氣中可銹蝕：2Cu＋O2＋H2O＋CO2 ＝Cu2(OH)2CO3 （3）用途：它們廣泛的應用于首飾、電子工業(yè)、有機合成、能源開發(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。 一般來說，合金的性能優(yōu)于純金屬，合金的熔點比它的各成分金屬熔點都低，硬度比它的各成分金屬大。但合金的性質并不是各成分金屬性質的總和。 （2）常見的合金 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、強度高、塑性好、易于成形、制造工藝簡單、成本低廉等特點，并且表面易形成致密的氧化物保護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：白色固體，不溶于水，熔點高。 ②化學性質：氧化鋁具有不同于一般氧化物的性質，既與強酸反應也與強堿反應，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化學性質：與Al2O3一樣，既與酸反應又與堿反應，具有兩性，屬于兩性氫氧化物。 ①與酸反應：Al(OH)3 ＋3HCl＝AlCl3 ＋3H2O（Al(OH)3 ＋3H+＝Al3+＋3H2O） ②與堿反應：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，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。 說明：一般不用強酸，因為強酸的量控制不當會使制得的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： CuO＋2HCl＝CuCl2＋H2O ②氧化銅具有弱氧化性，可與某些還原劑反應。 ③氧化銅在高溫下可發(fā)生分解反應： 4CuO 2Cu2O＋O2↑ 三、復合材料 1、定義：將兩種或兩種以上性質不同的材料經特殊加工而成的材料稱為復合材料。 2、組成：復合材料由兩部分組成，一部分稱為基體，在復合材料中起黏結作用；另一部分稱為增強體，在復合材料中起骨架作用。 3、分類：按基體分類，可分為樹脂基復合材料、金屬基復合材料和陶瓷基復合材料。按增強體分，可分為顆粒增強復合材料、夾層增強復合材料和纖維增強復合材料。 4、優(yōu)點：材料復合后，既保持了原有材料的特點，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、常見的復合材料：如玻璃鋼、碳纖維增強復合材料、航空、航天領域中的復合材料等。 ▲ 本章專題探究 兩步反應 到現(xiàn)在為止，必修1的內容已經結束，從整個高中化學來看，無機元素化合物的知識已經基本完成。在這期間，我們學習了大量的化學反應。其中，有部分反應與“量”有關，即加入少量的試劑與加入過量的試劑時得到的產物不同。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。由于反應分兩步進行，因此，該類反應被稱為“兩步反應”。由于這類反應特別能體現(xiàn)同學們對知識的理解情況，以及對考試大綱的“分類討論”的思想。所以，以這類化學反應為基礎的多種題型，如無試劑鑒別問題、離子方程式判斷正誤問題、離子共存問題、討論型計算題等。 ［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： （1）當a≤3b時生成Al(OH)3沉淀的物質的量是_______________． （2）當a、b滿足什么條件時，無沉淀生成？ （3）當a、b滿足什么條件時，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： ①AlCl3＋3NaOH＝Al(OH)3↓＋3NaCl ②AlCl3＋4NaOH＝Na[Al(OH)4]＋3NaCl （1）a≤3b時，只發(fā)生反應①，NaOH不足或恰好完全反應。 n［Al(OH)3］＝1/3n(NaOH)＝1/30.050 La molL－1＝a mol （2）當只有②反應發(fā)生時，無沉淀生成，此時AlCl3不足或恰好完全反應。 n(NaOH)≥4n(AlCl3) 50 mLa molL－1≥450 mLb molL－1 a≥4b （3）當①②兩反應都發(fā)生時，先有沉淀生成，后沉淀部分溶解。此時，a、b關系介于以上兩種情況之間。即：3b
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