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第四章 材料家族中的元素 复习学案
第一节 硅 无机非金属材料
【基础知识】
一、硅 硅元素在自然界以SiO2及硅酸盐的形式存在.
1、物理性质: 晶体硅是有金属光泽的灰黑色固体，熔点高、硬度大、有脆性，导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料,可制成光电池等.
2、化学性质:
在常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸和强碱溶液外，不易与其他物质如氢气、氧气、氯气、硫酸、硝酸等反应。写出硅参与的反应的化学方程式
(1)与非金属单质反应
①硅与氟气反应：
________________________________________________________________________
②硅与氯气反应：
________________________________________________________________________
③硅与氧气反应：
________________________________________________________________________
(2)与氢氧化钠溶液反应
化学方程式：_______________________________________________
(3)与氢氟酸反应
化学方程式：________________________________
二、二氧化硅 1、物理性质：熔点高，硬度大，不溶于水。
2、化学性质：酸性氧化物(能与碱反应生成盐和水的氧化物)
①与水不反应
②与碱反应 (实验室装NaOH的试剂瓶用橡皮塞而不能用玻璃塞)
③与碱性氧化物反应 SiO2+CaOCaSiO3
特殊性质:能与唯一的酸(氢氟酸)反应 SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O (玻璃瓶不能装氢氟酸)
三、硅酸 硅酸是一种不溶于水的白色胶状沉淀，弱酸性，酸性比H2CO3还弱。
思考：向Na2SiO3溶液中通入CO2气体有何现象：
实验室用可溶性硅酸盐与盐酸反应制备硅酸胶体：Na2SiO3+2HCl=H2SiO3（胶 体） 四、硅酸盐与无机非金属材料
1． 用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成：（如硅酸钠Na2SiO3表示成Na2O·SiO2）
1 硅酸钙：CaSiO3
2 高岭石：Al2（Si2O5）（OH）4
3 钠长石：NaAlSi3O8 。
2． 玻璃工业：
（1）制造普通玻璃的主要原料是 。
（2）制造玻璃的设备为 。
（3）制造玻璃的反应原理：
，
（4）普通玻璃的主要成分： 。
（5）玻璃的特点： 。
3． 水泥工业：以_ _和_ _为主要原料，经研磨、混合在 设备中煅烧，就得到普通的硅酸盐水泥。
（1）普通水泥的主要成分： 。
（2）水泥的特点： 。
（3）混凝土是指 。
4． 几种新型的无机非金属材料
（1）高温结构陶瓷：包括 。
（2）生物陶瓷：特点： 。
（3）压电陶瓷：具有 的陶瓷称为压电陶瓷，目前广泛应用的压电陶瓷主要成分为 。
压电陶瓷特点： 。压电陶瓷常用于 。五、认识复合材料
1、传统无机非金属材料的基本特征_________、_________、_______ ____,
新型无机非金属材料则具有_______._________。金属材料分为__________.，______________两大类。
2、复合材料是_____________________________________________________ 复合材料有两部分组成，一部分为_______,起_______作用；另一部分称为_________，起________作用。
3、合成树脂属于_________化合物，熔点_________._______导电、________熔化、水溶性_______、能溶于________._________有机溶剂。
复合材料 基体 增强体 主要性能
玻璃钢 合成树脂 玻璃纤维 强度高.密度小.耐化学腐蚀.绝缘性和机械加工性能好
碳纤维增强复合材料 合成树脂 碳纤维 韧性好.强度高.质轻
航空复合材料 金属 碳纤维.硼纤维.碳化硅纤维和氧化铝纤维等 耐高温..强度高.导电性好.不吸湿和不易老化
航天复合材料 陶瓷 碳纤维.碳化硅纤维.氧化硅纤维 耐高温,韧性强
【典型题目训练】
1.下列叙述正确的是 （ ）
A．硝酸具有氧化性 B．光导纤维的主要成分是硅酸盐
C．次氯酸是一种强酸 D．钠的焰色为浅紫色
2.下列物质中，主要成分属于硅酸盐的是（ ）
A．烧碱 B．水泥 C．石灰石 D．胆矾
3.下列用于制造光导纤维的是（ ）
A．金刚石 B．大理石 C．铝合金 D．二氧化硅
4.下列物质中主要成分是硅酸盐的是（ ）
A．陶瓷 B．金刚石 C．水晶 D．大理石
5．制备单质硅时，主要化学反应如下：① ② ③，下列对上述三个反应的叙述中，不正确的是（ ）
A. ①③为置换反应 B. ①②③均为氧化还原反应
C. ②为化合反应 D. 三个反应的反应物中硅元素均被氧化
6．在SiO2+3C SiC+2CO↑反应中，氧化剂和还原剂的质量比为 （ ）
A．36∶30 B．60∶36 C．2∶1 D．1∶2
7．实验室中盛放碱液的试剂瓶不能用玻璃塞，是因为（用化学方程式表示）___________________________。
8.普通玻璃是由_________________________等物质组成的
9.生产玻璃时，石灰石与石英反应的化学方程式为 　　。
10.玻璃是一种常用的硅酸盐材料。制备普通玻璃的原料有CaCO3、 ___________和____________ (填化学式)。
11．下图是一些常见的单质．化合物之间的转化关系图，有些反应中的部分物质被略去。常温常压下，A为无色有毒气体，B为红棕色粉末，C、E为金属单质。反应①②均为工业上的重要反应。请回答下列问题：
（1）D的电子式为___________。
（2）K的化学式为____________。
（3）写出B与C高温反应生成E和F的化学方程式：_________ _____。
（4）写出D与J的稀溶液反应生成G的离子方程式：___________ ___。
第二节 铝 金属材料
【基础知识】
一、金属矿物的开发利用
1．金属的存在：除极不活泼金属Au、Ag等极少金属外，其它在自然界均以化合态存在。
2．金属冶炼的原理
金属的冶炼就是将金属从其化合物中还原出来．
实质为：M n+ + ne— ＝ M 该过程中金属元素被
3．金属的冶炼方法
（1）热分解法（适用于Hg、Ag等不活泼金属，可以直接加热其氧化物）
HgO 　　　　　 Ag2O
（2）热还原法（适用于从Zn～Cu较活泼和较不活泼的金属，采用常用的还原剂H2、CO、C、Al等将它们从化合物中置换出来）
高炉炼铁： 　CO + Fe2O3 　　　　　　　　
铝热法炼铁：Al + Fe2O3 　　　　　　　　（可以应用于焊接钢轨）
（3）电解法（适用于Ｋ、Ｃa、Ｎa、Ｍg、Al等活泼金属，工业上常采用电解法）
二、金属与金属材料
1、 重要的黑色金属材料——钢铁
除了金属铝外，人们在生产生活中还要用到大量的其它金属。冶金工业上人们常将金属材料分为 金属材料和 金属材料两大类。
（1） 不锈钢的生产：
（2） 不锈钢的特点：
2、 几种有色金属材料——金、银、铜
（1）金属之最：延展性最好 ；导电导热最好的 ；硬度最大的 ； 熔沸点最高的 ；熔沸点最低的 ；
（2）金的物理性质
银的物理性质
金银的化学性质很稳定，可以被 腐蚀。
（3）铜的物理性质
铜的化学性质：铜绿的形成： 孔雀石分解：
Cu + O2 —— Cu + S ——
CuSO4·5H2O ——
CuO ——
CuSO4—— （4）核电厂金属 ；烟雾检测材料 ；21世纪的金属 ； 亲生物金属 。
三、铝及其化合物 (一).铝
1．存在：地壳中存在最多的金属元素是 。
2．物理性质：铝是 色金属，熔点 沸点 ，密度 ，导电性仅次于 、 、 。
3.化学性质 ①与氧气反应：
②铝与冷水不反应，与热水缓慢反应,一般情况下，铝表面的氧化膜阻止了与水的反应
③与非氧化性酸(盐酸和稀硫酸)反应：
常温下，铝遇浓硫酸、浓硝酸发生钝化现象。
④与强碱反应：
⑤铝热反应：(铝与氧化铁)： 可用于焊接铁轨
a、 铝热反应定义：
b、 典型反应为：
c、 该反应属于 ，其中铝属于 剂，氧化铁是 剂。
d、 在该类反应中，铝的还原性大于金属氧化物中金属的还原性，在一定条件下该反应可能发生，这类氧化物还有 等。
e、 镁条的作用： ；氯酸钾的作用： 。
f、 反应现象为：
g、 反应的应用：
(二)．铝的氧化物——氧化铝
1.Al2O3 白色难熔,是一种较好的耐火材料.
2. Al2O3 的两性——两性氧化物（既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水）
(三). 铝的氢氧化物——氢氧化铝
（1）Al(OH)3的两性——两性氢氧化物（既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水）
， 。
思考：1.为什么铝制容器不易用来盛放酸、酸梅汤和碱水等物质？为什么铝质器皿不易用沙子和钢丝球擦洗？
思考：2。下列图像哪一个是AlCl3溶液与NaOH溶液反应，哪一个是AlCl3溶液与氨水反应？
（2）Al(OH)3不稳定：
（3）制取：实验室常用铝盐（Al3+）与足量氨水制取Al（OH）3，
反应的离子方程式为：
（四）.铝的重要的盐——明矾
明矾：十二水合硫酸铝钾 ，明矾常用作混凝剂，发生的离子方程式为 。
归纳整理：铝及其重要化合物之间的转化关系。
① ；②
③ ；④
⑤ ；⑥
⑦ ；⑧
【典型题目训练】
1．小明家里收藏了一件清代的铝制佛像,该佛像至今仍保存十分完好.该佛像未锈蚀的主要原因是( )
A．铝不易发生化学反应 B．铝的氧化物容易发生还原反应
C．铝不易被氧化 D．铝易氧化，但氧化铝具有保护内部铝的作用
2．实验室需要使AlCl3溶液中的Al3＋离了全部沉淀出来，适宜用的试剂是（　　）
A．NaOH溶液　　　　B．Ba（OH）2溶液 C．盐酸　　　　　　D．氨水
3.下列离子方程式书写正确的是( )
A．澄清石 灰 水 跟 稀 硝 酸 反 应： Ca(OH)2+2H+=Ca2++2H2O
B．铁粉投入到硫酸铜溶液中：Fe ＋Cu2＋＝Fe2＋ ＋Cu
C．AlCl3溶液中加入足量的氨水：Al3++ 3OH－ = Al(OH)3↓
D．钠和冷水反应 Na＋2H2O＝Na+＋2OH＋H2↑
4．用铝热法还原下列物质，制得金属各1摩尔，消耗铝最少的是 （ ）
A．MnO2 B．FeO C．Cr2O3 D．V2O5
5. 两份相同质量的铝粉，第一份与足量的氢氧化钠溶液反应，第二份和足量的盐酸反应。产生的气体物质的量( )
A.相等 B. 大于 C. 小于 D.无法确定
6.下列物之间的反应属于铝热反应的是（ ）
A.Al+HCl B.Al+H2SO4 C.Al+Fe3O4 D.Al+WO3
7．在铝和NaOH溶液的反应中，作为还原剂的是（ ）
A.水　　　B.铝　　C.氢氧化钠　　D.氢氧化钠和水
8．下列用途主要体现铝的物理性质的是（ ）
①家用铝锅②盛浓硝酸的容器③制导线④焊接钢轨⑤包装铝箔⑥炼钢的脱氧剂⑦做防锈油漆
A.①②③④ B.⑥⑦ C.①③⑤⑦ D.②④⑥
9.（2009年学业水平测试）在硫酸铝、硫酸钾和明矾[KAl(SO4)2·12H2O]的混合溶液中，SO42—的浓度为0.4mol/L，当加入等体积0.4mol/L KOH溶液时，生成的沉淀恰好完全溶解。则反应后溶液中K+的浓度约为( )
A．0.225mol/L B．0.25mol/L C．0.45mol/L D．0.9mol/L
10、除去镁粉中混有的少量铝粉，可选用的试剂是（ ）
A.稀盐酸 B.稀硝酸 C.氢氧化钠溶液 D.硝酸铜溶液
11：把x溶液（或气体）慢慢加入（或通入）到一定量的y溶液中，产生的沉淀量与加入x物质的量的关系如图所示，符合图中曲线的是
A．x为CO2，y为Ca(OH)2 B．x为NH3·H2O，y为AlCl3
C．x为NaOH，y为AlCl3 D．x为HCl，y为Na[Al(OH)]4
12．在铝制易拉罐中收集一满罐CO2，加入过量浓氢氧化钠溶液，立即把口封闭。可以发现易拉罐“咔咔”作响，并变瘪了；过一会儿后，易拉罐又会作响并鼓起来。
（1）罐壁变瘪发生的反应方程式是____ _；
（2）罐再度鼓起发生反应的化学方程式是__ ______。
13、 某无色透明的稀溶液能与铝作用放出氢气，试分析下列离子中：H+、Ba2+、Mg2+、OH-、 SO32-、Cl-、CO32-、NO3-可能有哪些离子大量存在于此溶液中。
第一种情况，该溶液中有_______ _离子，可能有_________ _ 离子；
第二种情况，该溶液中有________ 离子，可能有_______ _离子。
14.钛（Ti）因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注。常温下钛不和非金属、强酸反应，红热时，却可与常见的非金属单质反应。钛是航空、军工、电力等方面的必需原料。地壳中含钛铁矿石之一是金红石（TiO2），目前大规模生产钛的方法是：
第一步：金红石、炭粉混合，在高温条件下通入Cl2制得TiCl4和一种可燃性气体。该反应的化学方程式为 ，该反应的还原剂是 。
第二步：在氩气的气氛中，用过量的镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛。
（1）写出此反应的化学方程式： ；
（2）简述从上述所得产物中获取金属钛的步骤。
15．某课外活动小组设计了如图所示(夹持装置已略去)的一套装置，用H2和CuO冶炼Cu。准确称取3.180 g CuO放在硬质玻璃管内．已知：CuO—黑色、Cu2O—红色、Cu—红色。
试通过计算回答［①气体体积按标准状况计，②Ar(Cu)＝63.5，Ar(O)＝16.0，Ar(H)＝1.00］：
（1）下列H2球较适合用于本实验的是__________（填选项编号）
A．500 mL H2 球 B．896 mL H2 球 C．1500 mL H2 球
（2）反应至黑色全部变为红色止，测量H2球的体积变为220 mL，固体质量变为2.700 g，碱石灰增重0.540 g。则：
①参加反应的H2的质量为：__________；
②假设红色物质为单一物质，则红色物质的化学式为_______________。
电解
2NaCl（熔融）
电解
①2Al2O3 （熔融）
（电解
乙MgCl2（熔融）
（高温
高温
1

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