高中化学 4.2 材料组成的优化学案2 苏教版选修2.doc

材料组成的优化1、改变材料的组成合金【教师提问】什么叫合金？【学生回答】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叫合金。【教师讲解】形成合金的一般条件是：存在一个温度t，在该温度下，其各组分金属都呈液态。【课堂练习】一些金属的熔点和沸点数据如下表： 金属熔沸点fecuznagauw熔5960.810633380沸点30002595907221227075627上表中金属难与表中其它金属形成二元合金的是：a、zn b、fe c、w d、ag【练习答案】a、c【教师提问】合金可分为哪三种基本类型？举例说明。【学生回答】相互溶解，形成固溶体。如黄铜(cu-zn合金)，外观像黄金，旧称“伪黄金”。黄铜敲起来音响很好，可用于制作锣、钹、铃、号等乐器。相互起化学作用，形成金属化合物。如al-ti合金，它的耐腐蚀性比不锈钢高100倍。相互混合，形成机械混合物。如焊锡(sn-pb合金)【教师提问】你还能举出哪些合金？【学生回答】钢(fe-c合金)。是世界上最常见、用量最大的合金。生铁(fe-c合金)。生铁的含碳量比钢高。青铜(cu-sn合金)。我国商代的“司母戊大鼎”就是用青铜铸造的。钠钾合金。在常温下呈液态，是原子反应堆的导热剂。镁合金、铝合金。强度大，质量轻，用于飞机、汽车、轮船等制造业，也用于现代建筑。【教师讲解】合金的硬度一般比组成它的各成分金属的大，熔点一般比组成它的各成分金属的低。【教师提问】稀土(周期表iiib族中的sc、y镧系元素，共17种)合金中的镧-镍合金(lani5)属于何种类型的合金(金属固溶体、金属化合物、机械混合物)？它有何应用？【学生回答】镧-镍合金(lani5)属于金属化合物。其主要应用有：作贮氢材料。lani5+3h2lani5h6 h=-31.77kjmol-1制造贮氢合金的空调器。精制氢气。2、硅酸盐材料和特种陶瓷【课堂练习】用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成：镁橄榄石 mg2sio4 钠长石 naalsi3o8 高岭土(瓷土) al2(si2o5)(oh)4绿柱石 be3al2si6o18【练习答案】(略)【教师提问】下列物质：naoh(aq)；hno3(aq)；溴水；na2s(aq)；kmno4(aq)；na2co3(aq)；氢氟酸；水玻璃；石灰水；汽油。其中不能用玻璃试剂瓶盛放的是 ；盛放时可用玻璃瓶，但不能用玻塞的是 ；盛放时可用玻璃瓶，但不能用橡皮塞的是 。【学生回答】(略)【教师提问】常见的硅酸盐材料有哪些？【学生回答】水泥、玻璃、陶瓷等。水泥【教师提问】生产水泥的原料是什么？【学生回答】石灰石和黏土(主要成分是高岭土)。【教师提问】水泥的主要成分是什么？【学生回答】硅酸三钙(3caosio2)、硅酸二钙(2caosio2)和铝酸三钙(3caoal2o3)。【教师提问】水泥具有什么性质？【学生回答】水硬性(与胶体的性质有关)。【教师提问】水泥中为什么要加入石膏？【学生回答】调节水泥的硬化速率。玻璃【教师提问】玻璃态物质结构特征是什么？玻璃态物质是混合物还是纯净物？有没有固定的熔点？【学生回答】短程有序，远程无序；混合物；没有。【教师提问】生产玻璃的原料是什么？【学生回答】纯碱、石灰石和石英。【课堂练习】写出生产玻璃的有关反应方程式。【学生板演】na2co3+sio2na2sio3+co2caco3+sio2casio3+co2【教师提问】普通玻璃的主要成分是什么？【学生回答】na2sio3casio34sio2或na2ocao6sio2【教师提问】玻璃是纯净物还是混合物？是晶体还是非晶体？【学生回答】混合物。非晶体。【教师提问】普通玻璃一般呈淡绿色，这是为什么？【学生回答】这是因为原料中混有二价铁。【教师讲解】介绍几种特种玻璃：钢化玻璃：把普通玻璃放在电炉里加热，使软化，然后急速冷却，得到钢化玻璃。用作汽车、火车的窗玻璃等。(钢化玻璃的成分与普通玻璃有无区别？)石英玻璃：将石英加热熔化，然后迅速降温，使粒子“冻结”于无序状态，得到石英玻璃。用作化学仪器、高压水银灯的灯壳等。(石英玻璃是原子晶体吗？)硼酸盐玻璃：原料中加入硼砂(na2b4o710h2o)，制得硼酸盐玻璃。硼酸盐玻璃的膨胀系数小，化学稳定性好，用于制化学仪器。铅玻璃：原料中加入pbo，制得铅玻璃。铅玻璃折光率强，作光学玻璃。有色玻璃：原料中加入氧化钴(co2o3)得蓝色玻璃，加氧化亚铜(cu2o)得红色玻璃。陶瓷(陶器、瓷器)【教师提问】制造陶瓷的主要原料是什么？【学生回答】黏土。【教师提问】精细陶瓷的化学组成已远远超出了硅酸盐的范围。如高温结构陶瓷的化学组成是氮化硅。试写出氮化硅的化学式。【学生板演】si3n4【教师提问】氮化硅陶瓷被称为“像钢一样强，像金刚石一样硬，像铝一样轻”的新型陶瓷。试问氮化硅属于何种晶体类型？【学生回答】原子晶体。【教师提问】举例说明新型陶瓷的两大类型。【学生回答】新型陶瓷可分为结构陶瓷(工程陶瓷)和功能陶瓷。如氮化硅(si3n4)属于结构陶瓷，氧化铝、氧化锆生物陶瓷属于功能陶瓷。【教师提问】合成氮化硅的方法有三种：纯硅粉与纯氮气在1300oc时直接反应；sio2在n2中用碳还原氮化；sicl4与nh3反应。试写出有关反应的化学方程式。【学生板演】3si+2n2si3n43sio2+6c+2n2si3n4+6co3sicl4+4nh3 si3n4+12hcl【课堂练习】已知周期表中，元素q、r、w、y与元素x相邻。y的最高价氧化物的水化物是强酸。回答下列问题：w与q可以形成一种高温结构陶瓷材料。w的氯化物分子呈正四面体结构，w的氧化物的晶体类型是 ；q的具有相同化合价且可以相互转变的氧化物是 ；r和y形成的二元化合物中，r呈现最高化合价的化合物的化学式是 ；这5种元素的氢化物分子中，立体结构类型相同的氢化物的沸点从高到低排列次序是(填化学式) ，其原因是 ；电子总数相同的氢化物的化学式和立体结构分别是 ；w和q所形成的结构陶瓷材料的一种合成方法如下：w的氯化物与q的氢化物加热反应，生成化合物w(qh2)4和hcl气体；w(qh2)4在高温下分解生成q的氢化物和该陶瓷材料。上述相关反应的化学方程式(各物质用化学式表示)是： 。【练习答案】【课堂练习】随着科学技术的飞速发展，出现了许多新型无机材料，如可植入生物体内的生物陶瓷hapcam(po4)n(oh)2，已被医疗上用于修补人体的骨骼和牙组织。hap的化学式中m为：a、 b、 c、 d、n+1【练习答案】3、提高材料的纯度用超纯硅制造单晶硅【教师提问】什么叫单晶？【学生回答】整块晶体由一颗晶粒组成。【课堂练习】写出制取粗硅的化学反应式。【学生板演】sio2+2csi+2co【课堂练习】粗硅提纯采用如下方法：方法一：将粗硅在高温下跟cl2反应生成sicl4，经精馏提纯后再用h2还原得到纯硅。方法二：将粗硅在280300oc下跟hcl反应生成sihcl3，经精馏提纯后再在11001200oc下用h2还原得到纯硅。试写出有关反应的化学方程式。【学生板演】方法一：si+2cl2sicl4(l)；sicl4+2h2si+4hcl方法二：si+3hclsihcl3+h2；sihcl3+h2si+3hcl【教师讲解】将高纯度的硅熔融拉制成单晶硅，单晶硅是制造芯片的材料。光纤的制造【教师提问】制取光纤的主要原料是什么？【学生回答】二氧化硅。【课堂练习】工业上用氧气和四氯化硅在高温下反应，生成纯度很高的二氧化硅，然后熔化拉制，得到光纤。试写出制取二氧化硅的反应方程式。【练习答案】sicl4+o2sio2+2cl24、研制纳米材料【教师讲解】目前，材料的尺寸已由三维块状向二维薄膜、一维纤维和准零维的纳米材料尺度的方向发展。【教师提问】纳米材料的颗粒尺寸为多少？【学生回答】1100nm(与胶体微粒的直径相当)【教师提问】纳米颗粒无法用机械粉碎法获得，可通过物理或化学方法制得。加热草酸亚铁后所得的黑色粉末中含有可自燃的纳米铁。试写出草酸亚铁加热后生成纳米铁的化学方程式。【学生板演】fec2o4feo+co+2co2feo+cofe+co2【课外作业】1、教科书/p.79/3.2、超细氧化铝是一种重要的功能陶瓷原料。实验室常以nh4al(so4)2和nh4hco3为原料，在一定条件下先反应生成沉淀nh4alo(oh)hco3，该沉淀高温分解即得超细al2o3。nh4alo(oh)hco3热分解的化学反应方程式为 ；nh4al(so4)212h2o的相对分子质量为453。欲配制100mlph为2、浓度约为0.1moll-1的nh4al(so4)2溶液，配制过程为：用托盘天平称量nh4al(so4)212h2o固体 g；将上述固体置于烧杯中， 。在0.1moll-1nh4al(so4)2溶液中，铝各形态的浓度(以al3计)的对数(lgc)随溶液ph变化的关系见右图：用naoh溶液调节中溶液ph至7，该过程中发生反应的离子方程式有： ；请在下图中，画出0.01moll-1nh4al(so4)2溶液中铝各形态的浓度的对数lgc随溶液ph变化的关系图，并进行必要的标注。 3、单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450500oc)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。相关信息如下：a、四氯化硅遇水极易水解；b、硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；c、有关物质的物理常数见下表：物质sicl4bcl3alcl3fecl3pcl3沸点/oc57.712.8-315-熔点/oc-70.0-107.2-升华温度/oc-180300162请回答下列问题：写出装置a中发生反应的离子方程式： 。装置a中g管的作用是 ；装置c中的试剂是 ；装置e中的h瓶需要冷却的理由是 。装置e中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是 (填元素符号)。为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物预处理，使铁元素还