配套中学教材全解学案版-第4章（鲁科版必修1）.doc

第四章 材料家族中的元素第1节 硅 无机非金属材料教材内容全解相关知识链接一、硅1.硅的存在、含量、物理性质在自然界中，没有游离态的硅，只有以化合态存在的硅在地壳中，它的含量仅次于氧，居第二位硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，它的结构类似于金刚石，熔点和沸点都很高，硬度也很大晶体硅是良好的半导体材料2.硅的化学性质(1)在常温下，硅的化学性质不活泼，除氟气、氢氟酸和强碱外，硅不与其他物质，如氧气、氯气、硫酸、硝酸等起反应Si+H2O+2NaOH===Na2SiO3+H2↑(2)在加热条件下，硅能跟一些非金属反应例如，加热时，研细的硅能在氧气中燃烧，生成二氧化硅并放出大量的热Si+O2SiO23.硅的工业制备在工业上，用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制得含有少量杂质的粗硅SiO2+2CSi+2CO↑将粗硅提纯后，可以得到用作半导体材料的高纯硅4.硅的用途作为良好的半导体材料，硅可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可制成太阳能电池此外，硅的合金用途也很广，如含硅4％(质量分数)的钢具有良好的导磁性，可用来制造变压器铁芯；含硅15％(质量分数)左右的钢具有良好的耐酸性，可用来制造耐酸设备等。

二、二氧化硅1.二氧化硅的物理性质二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石天然二氧化硅也叫硅石，是一种坚硬难熔的固体不溶于水，二氧化硅是酸性氧化物，它对应的水化物是硅酸2.二氧化硅的化学性质（不活泼）不与水反应，也不与酸（氢氟酸除外）反应，但能与碱性氧化物或强碱反应生成盐1）不与水反应：硅酸不能由二氧化硅与水反应直接制得2）与碱性氧化物反应：SiO2+CaOCaSiO3（3）与强碱溶液反应：SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O（4）与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O（5）高温下，与纯碱、石灰石反应：SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑（6）高温下，与碳反应：SiO2+2CSi+2CO↑3.二氧化硅的用途光导纤维的主要原料就是二氧化硅石英的主要成分是二氧化硅，较纯净的石英可用来制造石英玻璃，制造耐高温的化学仪器、石英电子表、石英钟等透明的石英晶体，就是我们常说的水晶水晶常用来制造电子工业中的重要部件、光学仪器，也用来制成高级工艺品和眼镜片等玛瑙是含有有色杂质的石英晶体，它可用于制造精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品等。

三、硅酸硅酸（H2SiO3）不能由二氧化硅直接制得，只能通过可溶性硅酸盐与酸反应制取硅酸不溶于水，是一种弱酸，它的酸性比碳酸还要弱Na2SiO3+CO2 +H2O===Na2CO3+H2SiO3Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3四、硅酸钠硅酸钠的水溶液叫水玻璃，具有粘性等思考：为什么实验室中盛放NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞（玻璃中含有SiO2）？解析：因为玻璃中的SiO2与NaOH溶液反应，生成具有粘性的硅酸钠溶液，而把瓶塞与瓶口粘结在一起反应方程式为SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O教材重点难点一、硅酸盐工业简介1.水泥普通水泥的主要成分是硅酸三钙（3CaO•SiO2）、硅酸二钙（2CaO•SiO2）和铝酸三钙（3CaO•Al2O3）等2.玻璃玻璃有普通玻璃、石英玻璃、光学玻璃等等玻璃没有固定的熔、沸点3.比较水泥和玻璃的生产方法硅酸盐产品水泥玻璃主要设备水泥回转窑玻璃窑原料石灰石和黏土纯碱、石灰石、石英（过量）反应原理复杂的物理、化学变化复杂的物理、化学变化主要成分3CaO•SiO2、2CaO•SiO2、3CaO•Al2O3Na2SiO3、CaSiO3、SiO2反应条件高温高温4.陶瓷（1）制造陶瓷的主要原料：黏土。

2）制造陶瓷的一般过程：混合、成型、干燥、烧结、冷却、陶器3）陶瓷的种类（根据原料、烧制温度划分）：土器、陶器、瓷器、炻器等硅酸盐的组成可以用氧化物形式来表示，例如高岭石可表示为：Al2O3•2SiO2•2H2O二、新型无机非金属材料1.无机非金属材料的分类（1）传统无机非金属材料：水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料2）新型无机非金属材料：半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等2.新型无机非金属材料的特性（1）耐高温、强度高（2）具有电学特性（3）具有光学特性（4）具有生物功能3.高温结构陶瓷（1）高温结构陶瓷的优点：能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等2）高温结构陶瓷的种类①氧化铝陶瓷：又称人造刚玉，具有熔点很高、硬度高的优点可用于作坩埚、高温炉管、球磨机、高压钠灯的灯管等②氮化硅陶瓷：具有硬度极高、耐磨损、抗腐蚀和抗氧化能力等优点可用于制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具、发动机部件等③碳化硼陶瓷：具有熔点高、硬度大的优点广泛应用于工农业生产、原子能工业、宇航工业等教材实验补充光导纤维的主要成分是二氧化硅光通信的传输材料，光通信的线路采用像头发丝那样细的透明玻璃纤维制成的光缆。

在玻璃纤维中传导的不是电信号，而是光信号，故称其为光导纤维远距离通信的效率高，容量极大,抗干扰能力极强现代科学创造的奇迹之一，是使光像电流一样沿着导线传输不过，这种导线不是一般的金属导线，而是一种特殊的玻璃丝，人们称它为光导纤维，又叫光学纤维，简称光纤1870年，英国科学家丁达尔做了一个有趣的实验：让一股水流从玻璃容器的侧壁细口自由流出，以一束细光束沿水平方向从开口处的正对面射入水中丁达尔发现，细光束不是穿出这股水流射向空气，而是顺从地沿着水流弯弯曲曲地传播这是光的全反射造成的结果光导纤维正是根据这一原理制造的它的基本原料是廉价的石英玻璃，科学家将它们拉成直径只有几微米到几十微米的丝，然后再包上一层折射率比它小的材料只要入射角满足一定的条件，光束就可以在这样制成的光导纤维中弯弯曲曲地从一端传到另一端，而不会在中途漏射科学家将光导纤维的这一特性首先用于光通信一根光导纤维只能传送一个很小的光点，如果把数以万计的光导纤维整齐地排成一束，并使每根光导纤维在两端的位置上一一对应，就可做成光缆第2节 铝 金属材料相关知识链接一、铝铝位于第三周期第ⅢA族，它是银白色的轻金属，有较强的韧性、延性和展性，有良好的导电、导热性，铝的硬度、强度较低。

物质的用途常与它们的性质有很大关系，由于铝有上述性质，因此常用于制作导线和电缆，铝箔常用于食品、饮料的包装等在铝中加入其他一些元素，如镁、硅、铜、锌、锰等可以制成多种质轻、坚韧、机械性能好、用途广泛的合金，可克服纯铝硬度、强度较低，不适于制造机器零件的缺点二、铝的化学性质铝元素的原子最外层有3个电子在参加化学反应时，铝原子容易失去最外层电子成为阳离子：Al－3e-===Al3+铝是比较活泼的金属，具有较强的还原性，它能跟非金属、酸等物质起反应铝还可以跟强碱溶液起反应教材重点难点一、铝的化学性质1.跟非金属反应在常温下，铝能跟空气里的氧气起反应，生成一层致密而坚固的氧化物薄膜，从而使铝失去光泽由于这层氧化物薄膜能阻止金属的继续氧化，所以，铝具有抗腐蚀的性能2.跟酸的反应我们已经知道，铝能跟稀盐酸或稀硫酸反应生成氢气这类反应的实质是金属跟酸溶液中的氢离子进行反应，氢离子被还原成氢气2Al＋6H+===2Al3++3H2↑应该指出的是，在常温下，在浓硫酸或浓硝酸里铝的表面被钝化，生成坚固的氧化膜，可阻止反应的继续进行因此，人们可以用铝制的容器装运浓硫酸或浓硝酸3.跟碱的反应很多金属能跟酸起反应，但大多数金属却不能跟碱起反应，铝遇到碱时能不能发生反应呢？2Ai+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑由于酸、碱、盐等可直接腐蚀铝制品，铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放具有酸性、碱性或咸味的食物。

4.跟某些氧化物的反应铝是较活泼的金属，它的还原性比较强，不仅能把氧气还原，而且在一定条件下还能跟某些氧化物起反应，将其中的某些元素还原例如，铝在一定条件下，能跟氧化铁发生氧化还原反应二、铝的重要化合物铝是地壳里存在最多的金属元素，约占地壳总质量的7.7％由于它是较活泼的金属，因此都以化合态存在于自然界1.氧化铝(Al2O3)氧化铝是一种白色难熔的物质，是冶炼金属铝的原料，也是一种比较好的耐火材料它可以用来制造耐火坩埚、耐火管和耐高温的实验仪器等在学习元素周期律知识时，我们曾做过氧化铝既能溶于酸，又能溶于碱溶液的实验氧化铝是典型的两性氧化物新制备的氧化铝既能跟酸起反应生成铝盐，又能跟碱起反应生成偏铝酸盐Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2OAl2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O2.氢氧化铝[Al(OH)3]氢氧化铝是几乎不溶于水的白色胶状物质它能凝聚水中悬浮物，又有吸附色素的性能在实验室里可以用铝盐溶液跟氨水的反应来制取氢氧化铝3.硫酸铝钾［KAl(SO4)2］硫酸铝钾是由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的化合物，它电离时能产生两种金属的阳离子十二水合硫酸铝钾［KAl(SO4)2·12H2O］的俗名是明矾。

明矾是无色晶体，易溶于水，溶于水时，发生水解反应，水溶液显酸性明矾水解所产生的胶状的Al(OH)3的吸附能力很强，可以吸附水里的杂质，并形成沉淀，使水澄清所以明矾常用作净水剂三、合金在工农业生产和日常生活中，我们很少使用纯金属，而主要使用合金青铜是人类历史上使用最早的合金，至今已有三千多年的历史世界上最常见的、用量最大的合金是钢合金虽是由两种或两种以上的金属（或金属跟非金属）熔合而成的具有金属特性的物质，但一般来说，合金的性质并不是各成分金属性质的总和合金具有许多良好的物理、化学或机械的性能，在许多方面优于各成分金属例如，合金的硬度一般比它的各成分金属的大，多数合金的熔点一般也比它的各成分金属的低合金的化学性质也与成分金属不同，使用不同的原料，改变原料的配比以及改变生成合金时的条件等，可以制得具有不同性能的合金因此，合金在工业上的用途比纯金属更广下表列出了几种常见的合金的组成、性质和用途合金名称组成主要性质主要用途镁铝合金含有10％～30％的镁强度和硬度都比纯铝和纯镁大火箭、飞机、轮船等制造业硬铝含铜4％、镁0.5％、锰0.5％、硅0.7％强度和硬度都比纯铝大火箭、飞机、轮船等制造业合金钢加入硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铜、稀土元素等多种优良性能用途广泛锰钢含锰9％～14％硬度和强度很大制造粉碎机、球磨机、钢轨黄铜含锌20％～36％，常加入少量锡、铅、铝有良好的强度和塑性、易加工、耐腐蚀机器零件、仪表和日用品青铜含锡10％～30％有良好的强度和塑性、耐磨、耐腐蚀机器零件如轴承、齿轮等钛合金含铝6％、钒4％耐高温、耐腐蚀、高强度用于宇航、飞机、造船、化学工业金合金加入银、铜、稀土元素等有光泽、易加工、耐磨、耐腐蚀、易导电金饰品、电子元件、钱币、笔尖资料24K金和18K金商店里出售的金首饰，上面都标有K数。