《材料组成的优化》教案3

材料组成的优化材料组成的优化 教案教案 教学过程教学过程 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 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 LaN i5 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 77kJ mol 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 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 3CaO SiO2 硅酸二钙 2CaO SiO2 和铝酸三钙 3CaO Al2O3 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 教师提问 普通玻璃的主要成分是什么 学生回答 Na2SiO3 CaSiO3 4SiO2或Na2O CaO 6SiO2 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 Na2B4O7 10H2O 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 2N2Si3N4 3SiO2 6C 2N2Si3N4 6CO 3SiCl4 4NH3 Si3N4 12HCl 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 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280 300oC下跟HCl反应生成SiHCl3 经精馏提纯后再在1100 1200o C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 4 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 1 100nm 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 2CO2 FeO COFe CO2 课堂练习课堂练习 1 多选 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 答案 A C 2 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 3 写出生产玻璃的有关反应方程式 答案 Na2CO3 SiO2Na2SiO3 CO2 CaCO3 SiO2CaSiO3 CO2 4 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 5 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HAP Cam 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 32 2 n B 32 2 n C 22 3 n D n 1 6 写出制取粗硅的化学反应式 答案 SiO2 2CSi 2CO 7 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 答案 SiCl4 O2SiO2 2Cl2 课后作业课后作业 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 2 12H2O的相对分子质量为453 欲配制100mLPH为2 浓度约为0 1mol L 1的NH4Al SO4 2溶液 配制过程为 用托盘天平称量NH4Al SO4 2 12H2O固体 g 将上述固体置于烧杯中 在0 1mol L 1NH4Al SO4 2溶液中 铝各形态的浓度 以A l3 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 01mol L 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450 500oC 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