第13讲 金属材料与非金属材料（讲义江苏专用）（原卷版）

/第13讲金属材料与非金属材料内容概览学考要求速览明确考试范围与核心要求必备知识梳理系统整理学科框架与知识高频考点精讲破译重点内容及解题思路考点一金属的冶炼考点二金属材料考点三非金属材料实战能力训练模拟实战，提升解题技能一、金属的冶炼1.金属冶炼的原理利用原理，在一定条件下，使金属离子电子被还原成，从而获得金属单质。即：Mn＋＋ne－M。2.金属的冶炼方法金属的活动顺序：KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAgPtAu金属原子失电子能力强

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弱金属离子得电子能力弱

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强主要冶炼方法3.金属冶炼方法的选择取决于：金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。（1）金属越活泼，冶炼时所需条件要求越高，在人类历史上出现相对晚一些。（2）金属越不活泼，冶炼的方法越简单，人们使用的时间越早，所以有青铜、铁器等时代的发展历程。【温馨提示】1．工业上采用电解法冶炼铝和镁的原料分别为Al2O3和MgCl2，而不是AlCl3和MgO。这是因为AlCl3是共价化合物，熔融时不导电；而MgO虽然是离子化合物，但其熔点太高，熔化时会消耗大量的电能，成本较高。2．工业上制备钠，是电解熔融的氯化钠而不是电解饱和食盐水，电解饱和食盐水得到的是氢氧化钠。二、金属材料1．合金概念由两种或两种以上的金属（或金属和非金属）熔合而成的具有金属特性的物质特性熔点：合金组分；硬度：合金组分2．种类铝合金性能密度小、强度高、塑性好、易于成型、制造工艺简单、成本低廉用途主要用于建筑业、容器和包装业等；硬铝是制造飞机和宇宙飞船的理想材料铁合金不锈钢主要是铬(Cr)和镍(Ni)；医疗器材、厨房用具和餐具、地铁列车的车体材质等超级钢Mn、C、Al、V；汽车、航空和航天等领域新型合金储氢合金是一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。此外，钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域三、非金属材料1．硅酸盐材料陶瓷普通玻璃普通水泥原料黏土、、石英砂(SiO2)主要原料：、辅助原料：适量的石膏设备—玻璃窑水泥回转窑主要成分成分复杂硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)——用途建筑材料、绝缘材料日用器皿、卫生洁具建筑材料、光学仪器各种器皿、制造玻璃纤维大量用于建筑和水利工程2．新型无机非金属材料①硅和二氧化硅主要应用硅材料→硅芯片、硅太阳能电池二氧化硅制备粗硅SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(1800～2000℃))Si＋2CO↑高纯硅Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl或Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up5(Δ),\s\do5())SiCl4SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up5(Δ),\s\do5())Si＋4HCl②新型陶瓷——碳化硅(SiC)俗称结构特点主要性能生产应用金刚砂碳原子、硅原子以共价键连接，结构类似金刚石硬度很大高温抗氧化性能优异砂纸和砂轮的磨料、耐高温结构材料和耐高温半导体材料③碳纳米材料类别成分应用富勒稀由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，其代表物为C60纳米汽车碳纳米管由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径生产复合材料、电池和传感器石墨烯只有一个碳原子直径厚度的单层石墨光电器件、超级电容器、电池3.硅单质存在地壳中的含量位居第二位，只存在化合态的硅(主要以硅酸盐和氧化物的形式)，无游离态物理性质灰黑色、金属光泽、熔沸点、硬度、半导体高纯硅制备生产流程一：二氧化硅eq\o(\s\up4(eq\o(\s\up2(电炉里用碳还原),\s\do4(→))),\s\do6())粗硅eq\o(\s\up4(eq\o(\s\up2(Cl2),\s\do4(→))),\s\do5(蒸馏))纯SiCl4eq\o(\s\up4(eq\o(\s\up2(H2),\s\do4(→))),\s\do5(高温))高纯硅。粗硅：SiO2＋2CSi(粗硅)＋2CO↑高纯硅：Si＋2Cl2SiCl4SiCl4＋2H2Si＋4HCl生产流程二：二氧化硅eq\o(\s\up4(eq\o(\s\up2(电炉里用碳还原),\s\do4(→))),\s\do6())粗硅eq\o(\s\up4(eq\o(\s\up2(HCl),\s\do4(→))),\s\do5(300℃))纯SiCl4eq\o(\s\up4(eq\o(\s\up2(H2),\s\do4(→))),\s\do5(1100℃))高纯硅。粗硅：SiO2＋2CSi(粗硅)＋2CO↑高纯硅：Si＋3HCleq\o(,\s\up6(300℃))SiHCl3＋H2SiHCl3＋H2eq\o(,\s\up6(1100℃))Si＋3HCl用途材料，用于集成电路、晶体管的制造；制太阳能电池的材料4.二氧化硅存在普通的沙(细小的石英晶体)、水晶(纯石英，无色透明晶体)物理性质无色透明晶体，熔点，硬度，溶于水化学性质酸性氧化物水不反应碱性氧化物CaO＋SiO2CaSiO3碱2NaOH＋SiO2Na2SiO3＋H2O（实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞）某些盐CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑弱氧化性SiO2＋2CSi＋2CO↑SiO2＋3CSiC＋2CO↑特殊性SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O（氢氟酸不能保存于瓶中，常保存于瓶中）用途①制造光导纤维；②制光学镜片；③制石英坩埚；④制石英玻璃【温馨提示】1．不要混淆二氧化硅和硅的用途：用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。2．碳与二氧化硅制粗硅的反应，生成的气体是CO而不是CO2。3．SiO2与碱(如NaOH溶液)，与氢氟酸均能发生反应，但SiO2不是两性氧化物，而是酸性氧化物。4．通常酸是溶于水的，但硅酸是不溶于水的。考点一金属的冶炼【典型例题】【例1】（江苏省淮安市2024-2025学年普通高中学考模拟）工业上采用热还原法冶炼的金属是A．Na B．Al C．Fe D．Ag【即时演练】1．下列关于金属冶炼的说法中错误的是A．电解法获得镁时，不可在或中降温冷却B．热还原法常用的还原剂有等C．金属均能通过电解熔融氯化物的方法获得D．回收废旧金属可以重新制成金属或它们的化合物2．下列冶炼金属的方法错误的是A．电解熔融氧化铝制铝 B．加热氧化银制银C．CO还原铁矿石制铁 D．电解食盐水制钠3．下列有关金属的工业制法中，正确的是A．以海水为原料制得NaCl，再电解NaCl的水溶液制取NaB．用海水等为原料，经一系列过程制得MgO，用H2还原MgO制得MgC．以铁矿石、焦炭、空气、石灰石等为原料，通过反应产生的CO在高温下还原铁矿石制得FeD．从铝土矿中获得AlCl3固体，电解熔融的AlCl3得到Al考点二常见的金属材料与非金属材料【典型例题】【例2】文物记载着中华文明的灿烂成就。下列文物主要不是由金属材料制成的是A．鎏金高士图银杯B．蚕丝素纱单衣C．商州太阳鸟金饰D．铸客大铜鼎【即时演练】1．中国天宫空间站的太阳翼伸展机构的部件由碳化硅颗粒增强铝基复合材料（其组成可表示为SiC/Al）制成，该材料不具有的性质是A．耐高温 B．密度大 C．耐腐蚀 D．抗磨损2．中国古代劳动人民留下了丰富的物质文化遗产。下列物质的主要成分属于合金的是A．陶瓷 B．青铜器 C．中药 D．丝绸3．目前，陶瓷仍然在人类生活中扮演着重要角色。下列说法错误的是A．大多数硅酸盐材料的性质都很稳定 B．陶瓷卫生洁具的材质属于硅酸盐材料C．石英玻璃的主要成分是硅酸盐 D．黏土是烧制陶瓷的主要原料考点三硅及其化合物的性质【典型例题】【例3】（江苏省淮安市2024-2025学年普通高中学考模拟）碳化硅(SiC)晶体结构与金刚石相似，俗称金刚砂。下列说法正确的是A．SiC晶体中硅、碳元素的质量比为1∶1B．SiC晶体的熔点较高C．SiC晶体的硬度较小D．SiC属于分子晶体【即时演练】1．硅元素在材料领域中扮演着重要角色。下列叙述正确的是A．石英晶体的主要成分为硅 B．硅酸钠可用作黏合剂C．半导体材料的成分是二氧化硅 D．光导纤维的成分是硅单质2．下列说法正确的是A．石英玻璃和普通玻璃成分相同B．工艺师可用盐酸刻蚀玻璃制作工艺品C．由石英砂制备单晶硅不涉及氧化还原反应D．Si可用于信息存储，SiO2可用于光纤通信3．硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅及其化合物的叙述正确的A．硅晶体是良好的半导体，可用于制造光导纤维B．既能和氢氧化钠溶液反应，又和氢氟酸反应，故是两性氧化物C．碱液能用玻璃瓶盛放，但不能用玻璃塞D．硅酸盐中硅、氧原子之间以离子键形成硅氧四面体结构1．工业上由下列物质冶炼制取金属单质时，一般采用电解法的是A．HgO B．NaCl C．Fe2O3 D．Ag2O2．下列反应原理不符合工业上冶炼金属的方法的是A． B．C． D．3．我国已经开始跨入“互联网5G”时代，而“互联网5G”的建设离不开无机非金属材料——硅。下列物品使用了硅单质的是A．计算机芯片 B．石英钟C．陶瓷餐具 D．光导纤维4．下面几幅图片涉及我国文物和现代科技，其中所涉及的材料不属于合金的是A．用硬铝制造的飞机外壳B．制造地铁列车车体所用的金属C．狗头兽首铜像D．精美的青花瓷5．（江苏省淮安市2024-2025学年普通高中学考模拟）合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，广泛应用于交通工具、航空航天等领域。下列有关合金的说法不正确的是A．硬铝可用于制造飞机的外壳B．钛合金可用于制造“蛟龙”号的耐压球壳C．不锈钢可用于制造地铁列车的车体D．钠钾合金可用于制造飞机的发动机叶片6．（江苏省2024年普通高中学业水平合格性考试）氮化硅熔点高、硬度大、绝缘性好，化学性质稳定。推测氮化硅不可能具有的用途为A．制作坩埚 B．制作半导体 C．制作耐高温轴承 D．制作耐腐蚀陶瓷阀7．近年我国航空航天事业成果显著。下列成果所涉及的材料为金属材料的是A．“C919”飞机尾翼主要材料——碳纤维B．“长征五号”运载火箭