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。可作凈水劑和色素吸附劑。 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下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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