第五讲 硅和铝综述.docx

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第五讲硅和铝综述

第五讲元素与材料

第1节硅无机非金属材料

知识点1半导体材料与单质硅

1．半导体材料

2．单质硅

（1）存在：

（2）物理性质：

（3）化学性质：

（3）硅的制备

（4）硅的用途：

例1：

下列有关硅的叙述中，不正确的是

A．硅只有在高温下才能跟氢气起化合反应。

B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的非金属元素中居第一位。

C．硅的化学性质不活泼，在常温下不与任何物质反应。

D．硅在电子工业中，是最重要的半导体材料。

例2：

有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。

假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，下列关于其有利因素的说法中，你认为不妥的是

A．便于运输、储存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料

B．自然界的含硅化合物易开采

C．硅燃烧放出的热量大，燃烧产物对环境污染程度低且容易有效控制

D．自然界中存在大量单质硅

知识点2二氧化硅与光导纤维

1、二氧化硅的存在

2、二氧化硅的物理性质

3、二氧化硅的化学性质

（1）二氧化硅是一种酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性

（2）特性

4、SiO2与CO2的比较

CO2

SiO2

与碱性氧化物反应

与碱液的反应

与盐反应

与碳反应

与H2O作用

与酸反应

5、二氧化硅的用途

6、光导纤维

例1：

下列说法不正确的是

A．因为SiO2不溶于水，故H2SiO3不是SiO2对应的酸或者说SiO2不是H2SiO3对应的酸酐

B．CO2通入水玻璃可以得到硅酸沉淀

C．SiO2是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大

D．氢氟酸能够雕刻玻璃

例2：

如下图中A、B、C、D分别代表有关反应中的一种化合物，其中物质A是一种高熔点化合物，不溶于硫酸、硝酸，却溶于氢氟酸。

请填写以下空白。

（1）A、B、C、D的化学式分别是___________、___________、___________、___________。

（2）A→B的化学方程式是_______________________________________________

（3）C→D的离子方程式是_______________________________________________

知识点3硅酸盐与无机非金属材料

1．硅酸盐

（1）硅酸盐在自然界中的存在

（2）硅酸盐组成的表示方法

（3）硅酸钠

2．无机非金属材料

（1）传统无机非金属材料

①玻璃

原料：

反应原理：

②水泥

主要原料：

主要成分：

（2）新型无机非金属材料

类别

示例

特性

用途

高温结

构陶瓷

氮化硅陶瓷

硬度极高，耐磨损，耐高温，抗腐蚀，抗氧化能力强，电绝缘性好

汽轮机叶片、轴承、发动机部件、永久性模具

碳化硅陶瓷

硬度仅次于金刚石，耐高温，且在室温下能导电

电热元件

生物

陶瓷

氧化铝陶瓷

氧化锆陶瓷

强度高，耐磨，无毒，不溶于水，对人体组织有较好的适应性，可直接植于人体

人造牙齿、人造骨骼

压电

陶瓷

钛酸钡陶瓷

钛酸铅陶瓷

可将极其微弱的机械振动转换成信号

声呐系统、气象检测、遥控环境保护、家用电器、压电地震仪

例1：

下列物质不能用玻璃器皿贮存的是

A．苛性钠B．氢氟酸C．浓硫酸D．硝酸铵

例2：

在炼铁、制玻璃、制水泥三种工业生产中，都需要原料

A．纯碱B．石灰石C．石英D．粘土

题型

例1：

下列说法正确的是

A．SiO2溶于水显酸性

B．CO2通入水玻璃可以得到原硅酸

C．由Na2CO3＋SiO2

Na2SiO3＋CO2↑可知硅酸的酸性比碳酸的酸性强

D．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸

例2：

下列叙述正确的是

A．SiO2不属于无机非金属材料B．金属不能作为结构材料

C．玻璃是一种新型的非金属材料D．C60也是一种材料

例3：

氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃反应获得。

（1）根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是______________（填序号）。

A．制汽轮机叶片B．制有色玻璃

C．制永久性模具D．制造柴油机

（2）写出N的原子结构示意图：

______________，请写出氮化硅的化学式：

______________。

（3）氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应。

试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式：

______________。

（4）现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为______________。

例4：

有一粗硅，含铁和硅两种杂质，取等质量的样品分别投入足量的稀盐酸和足量的稀氢氧化钠溶液中，放出等量的氢气，则该粗硅中铁和硅的关系正确的是

A．物质的量之比为1：

1B．物质的量比为2：

1

C．质量比为4：

1D．质量比为2：

1

例5：

下列溶液中加入氯化钡溶液生成白色沉淀，在加入稀硝酸震荡，白色沉淀不消失的是

A．Na2SiO3B．Na2CO3C．Na2SO3D．Na3PO4

例6：

三硅酸镁晶体被用来治疗胃溃疡病患者的胃酸过多症，是因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。

三硅酸镁晶体化学式为：

Mg2Si3O8·nH2O。

（1）用氧化物的形式表示三硅酸镁的化学式。

（2）写出该药物中和胃酸的化学方程式。

例7：

在多年使用的厨房里，久未更换的玻璃往往失去光泽，严重的还会形成白色斑点，这种现象化学上叫做“碱析”，产生碱析的化学方程式为____________________________．

例8：

100gCaCO3与30gSiO2的混合物加强热，使之充分反应。

请计算得到气体的体积为多少（标准状况）？

例9：

实验室里化学试剂的保存方法是不相同的，下图中A、B、C、D是常见的一些保存药品的试剂瓶。

请把下列常见试剂的序号填写在各试剂瓶下面的括号内：

①浓硫酸②碳酸钠溶液③大理石④酒精⑤氯水⑥浓硝酸

A

B

C

D

（）

（）

（）

（）

例10：

将0.5mol碳酸氢钙、1mol碳酸氢钠、3mol二氧化硅固体混合均匀，在高温下加热到质量不再改变为止。

则得到标准状况下的二氧化碳气体的体积是，残余固体的成分是（填化学式），总质量是。

[考题1]（2004上海春理综-32）由“嫦娥奔月”到“万户飞天”，由“东方红”乐曲响彻寰宇到航天员杨利伟遨游太空，中华民族载人航天的梦想已变成现实。

载人飞船上两副硅太阳能电池帆板提供了飞船所需的电力。

请画出硅原子的原子结构示意图____________。

[考题2]（2002全国理综-6）以下说法正确的是

A．纳米材料是指一种称为“纳米”的新物质制成的材料

B．绿色食品是指不含任何化学物质的食品

C．生物固氮是指植物通过叶面直接吸收空气中的氮气

D．光导纤维是以二氧化硅为主要原料制成的

巩固提高

1．下列关于硅的说法不正确的是

A．硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色有金属光泽的固体

B．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料

C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应

D．当加热到一定程度时，硅能与氧气、氢气等非金属反应

2．与普通玻璃相比具有相同组成的是

A．钢化玻璃B．光学仪器玻璃

C．石英玻璃D．有色玻璃

3．想一下为什么可将陶瓷、玻璃、水泥归纳在一起，然后从所给的4个词中选出1个与它们同类的物质

A．光导纤维B．有机玻璃

C．人造纤维D．砖瓦

4．熔融烧碱应选用的器皿是

A．石英坩埚B．普通玻璃坩埚

C．生铁坩埚D．陶瓷坩埚

5．人造骨是一种新型的无机非金属材料，它类似于人骨和天然牙的性质结构，这是利用了这类材料的________特性。

人造骨可以依靠从人体体液中补充某些离子而形成新骨，可在骨骼界面产生分解、吸收、析出等反应，实现骨骼的牢固结合．人造骨植入人体内需要吸收人体中________形成新骨。

A．Ca2＋B．Cl－C．Na＋D．PO43－

6．古希腊流传这样一个传奇故事。

一批运纯碱的商船停泊在江边的沙岸旁，商人找不到石头来搭灶煮饭，就把船上的大块纯碱搬来，放在沙地上垫锅做饭，饭熟后商人们惊奇地发现“灶”变成了晶莹透明的固体。

这固体是______________。

主要成分是______________。

7．已知化学方程式：

Na2SiO3＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋H2SiO3↓，由此可得出的结论有______________。

8．硅晶体结构类似于金刚石，低温下单质硅不活泼，与空气、H2O、酸均无作用，但可与强碱和强氧化剂在适当温度下作用，如硅能与卤素在加热或高温下生成四卤化硅；高价态硅的化合物可在高温下被碳、镁、氢等还原剂还原成单质硅；工业上也可用硅与焦炭在高温下制金刚砂（SiC）。

某高纯硅炼制厂利用食盐、石英、水、焦炭为原料制取用作半导体材料的高纯硅。

根据上述材料回答：

（1）假设根据每步反应建立一个生产车间，该高纯硅厂家需要几个车间

A．3个B．4个C．5个D．6个

（2）生产原理中没有涉及到的反应是

A．置换反应B．复分解反应

C．化合反应D．电解反应

（3）该厂家不采用石英与焦炭直接制高纯硅的主要原因是

A．产量太低B．产品中含SiC

C．产品中含有过量的硅石和焦炭D．耗能太大

10．钾玻璃中含有18.4%的K2O、11%的CaO、70.6%的SiO2。

计算三种氧化物的物质的量之比。

若需制造5.1t钾玻璃，需用碳酸钾、石灰石和二氧化硅多少吨？

写出制取钾玻璃的反应方程式。

第2节铝金属材料

知识点1铝与铝合金

1．铝

（1）物理性质：

（2）化学性质

①与非金属反应

②与酸的反应

③与碱的反应

④与金属氧化物的反应（铝热反应）

2、铝合金

（1）合金：

（2）铝合金

①性质特征

②用途

例1：

下列物质中，不属于合金的是

A．硬铝B．黄铜C．钢铁D．水银

例2：

两份铝粉，第一份和足量的NaOH溶液反应，第二份与足量HCl反应。

如在相同条件下放出等体积的气体，则两份铝粉的质量比为__________。

知识点2铝的重要化合物

1．氧化铝

（1）存在：

（2）物理性质：

（3）化学性质

①与酸反应：

②与碱反应：

2．氢氧化铝

（1）物理性质：

（2）化学性质

①与酸反应：

②与碱反应：

①受热易分解：

（3）Al（OH）3的制取：

（4）Al（OH）3的用途：

例1：

对于一瓶氢氧化钠溶液，一瓶氯化铝溶液，不借助其他的试剂，能否将两种溶液区别开来？

例2：

等体积的AlCl3和NaOH溶液混合后，沉淀物中含铝的质量与溶液中含铝的质量相等，则AlCl3和NaOH两种溶液的物质的量浓度之比为

A．1∶3B．2∶3C．1∶4D．2∶7

知识点3金属与金属材料

1．金属的分类

2．金属的通性：

3．钢铁

（1）生铁：

（2）普通钢：

（3）不锈钢：

4．金、银、铜等金属材料

（1）物理性质

（2）化学性质

a与非金属单质反应：

b与酸反应：

c与盐溶液反应：

d铜的锈蚀：

（3）用途：

5．铜的常见化合物

①氧化铜

②硫酸铜：

例1：

在金、银、铜、铁、钠、镁、铝几种金属中，属于轻金属的有___________；导电性能最好的是__________________；在空气中最稳定的是_______________；最活泼的是_______________；常温时与水能剧烈反应的有____________________________；既能跟酸反应，又能跟碱溶液反应的是______________。

例2：

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。

题型练习

例1：

把镁粉中混有的少量铝粉除去，应选用的试剂是

A．稀盐酸B．烧碱溶液

C．硫酸铝溶液D．氯水

例2：

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）2B．x为NH3·H2O，y为AlCl3

C．x为NaOH，y为AlCl3D．x为HCl，y为Na[Al（OH）]4

例3：

下列物质中既能跟稀盐酸反应,又能跟氢氧化钠溶液反应的是：

①NaHCO3②（NH4）2S③Al2O3④Al（OH）3⑤Al

A．③④B．③④⑤C．①③④⑤D．全部

例4：

某透明的溶液中加入铝粉能放出氢气，此溶液中一定能大量共存的离子组是

A．H+、Cu2+、Cl－、SO42－B．HCO3－、NO3－、SO42－、Na+

C．Cl－、SO42－、K+、Na+D．Na+、SO42－、Cl－、Al[（OH）4]－

例5：

金币、银币、铜币等货币在我国历史上曾发挥过重要的作用。

在一位收藏家的家中，陈列了很多金属货币。

（1）其中有些货币表面是黑色，且有少量的绿色锈状物，则这肯定是币，黑色物质是，形成这种物质的化学方程式为，绿色物质是，形成这种物质的化学方程式为。

要除去这些物质应选用，发生反应的离子方程式为，充分反应后，这枚金属币的真面目为色。

（2）其中一枚是闪闪发光的黄色金属币，它肯定是币，表面一直未被氧化的原因是。

（3）若将金币、银币、铜币分别放到稀硝酸中浸泡，能溶解的是，不溶解的是，写出溶解时的化学方程式，若想溶解不能被硝酸溶解的钱币，则选用。

考题再现

[考题1]（2006江苏春季理综-10）向一定量的下列物质中逐滴加入氢氧化钠溶液，先生成白色沉淀，后沉淀逐渐溶解。

这种物质是

A．MgSO4B．Na[Na（OH）4]C．AlCl3D．FeCl3

[考题2]（2006江苏春季理综-31）把铁、铝混合物1.1g溶于200mL5mol/L盐酸中，反应后盐酸的浓度变为4.6mol/L（溶液体积变化忽略不计）。

求：

（1）反应中消耗HCl的物质的量；

（2）该混合物中铝、铁的物质的量。

有关Al（OH）3的反应图像

项目

图象

离子方程式

NH3·H2O滴入AlCl3溶液中

Al3＋＋3NH3·H2O＝Al（OH）3↓＋3NH4＋

CO2通入NaAl[（OH）4]溶液中

Al[（OH）4]－＋CO2＝Al（OH）3↓＋HCO3－

2Al[（OH）4]－＋CO2＝2Al（OH）3↓＋CO32－＋H2O

NaOH滴入AlCl3溶液中

Al3＋＋3OH－＝Al（OH）3↓

Al（OH）3＋OH－＝Al[（OH）4]－

AlCl3滴入NaOH溶液中

Al3＋＋4OH－＝Al[（OH）4]－

3Al[（OH）4]－＋Al3＋＝4Al（OH）3↓

HCl滴入NaAl[（OH）4]溶液中

Al[（OH）4]－＋H＋＝Al（OH）3↓＋H2O

Al（OH）3＋3H＋＝Al3＋＋3H2O

NaAl[（OH）4]溶液滴入HCl中

AlO2－＋4H＋＝Al3＋＋2H2O

Al3＋＋3Al[（OH）4]－＝4Al（OH）3↓

第3节复合材料

知识点1认识复合材料

1、材料科学的发展过程

单一材料的优缺点：

材料

实例

优点

缺点

金属材料

钢铁

硬度大、机械性能好

易被腐蚀

无机非金属材料

普通玻璃

性质稳定、熔点高

易破碎

有机合成材料

塑料

强度大、电绝缘，良好的热塑性、热固性

易燃烧、易老化，废弃后不易分解

2、复合材料的定义及组成

3、复合材料的分类

按基体分类

按增强体分

例1：

下列关于复合材料的是说法不正确的是

A．复合材料一定是由两种或两种以上材料制成

B．复合材料保持了原材料的优点，又有优于原材料的特点

C．在复合材料中，基体起骨架作用

D．在复合材料中，增强体起骨架作用

知识点2形形色色的复合材料

1、生产、生活中的复合材料

（1）玻璃钢

（2）碳纤维增强复合材料

2、航空、航天领域中的复合材料

例1：

下列材料属于复合材料的是

A．合金B．玻璃钢C．隔热陶瓷瓦D．耐高温结构陶瓷

例2：

下列关于复合材料的说法正确的是

A．将不同性质的材料经简单混合便成复合材料

B．合金就是复合材料

C．复合材料中的各部分作用相同

D．复合材料两种或两种以上不同性质的材料经特殊加工而制成的

1．复合材料的优点是：

①强度高②质量轻③耐高温④耐腐蚀

A．仅①②B．仅②③C．仅③④D．全部

2：

下列对玻璃钢的叙述正确的是

A．玻璃钢是由普通玻璃加强热然后骤冷而得到的，所以其成分与普通玻璃相同

B．玻璃钢是以玻璃为基体，钢纤维做增强体的复合材料

C．玻璃钢的基体是合成树脂，增强体是玻璃纤维

D．玻璃的强度和机械加工性能比合金钢稍差，但耐腐蚀性和绝缘性比合金钢好

3：

某复合材料是由碳纤维为增强体、金属钛为基体复合而成的。

估计这种材料

①耐高温②不耐热③导电、导热④不导电、不导热⑤可用于飞机机翼⑥可用于导弹的壳体

A．①③⑤⑥B．②③⑤⑥C．②④⑤D．③④⑥