《材料组成的优化》教案3

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1、《材料组成的优化》教案 教学过程 1、改变材料的组成 ⑴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】 ①相互溶解，形成固溶体。如黄铜 （Cu-Zn合金），外观像黄金，旧称 汤黄金：黄铜敲起 来音响很好，可用于制作锣、钱、铃、号等乐器。 ②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。 ③相互混合，形成机

2、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、丫例系元素，共17种）合金中的例-馍合金（LaNi 5）属于

3、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】例-馍合金（LaNi 5）属于金属化合物。其主要应用有： ①作贮氢材料。 LaNi 5+3H24刘卜LaNi 5H6 AH=-31.77kJ m ol-1 ②制造贮氢合金的空调器。 ③精制氢气。 2、硅酸盐材料和特种陶瓷 【教师提问】下列物质：① NaOH（aq）；②HNC>3（aq）；③澳水；④Na2s（aq）；⑤KMnO4（a q）；⑥Na2CO3（aq）；⑦氢氟酸；⑧水玻璃；⑨石灰水；⑩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

4、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。 ⑴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 Al 2O3）o 【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。 ⑵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

5、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Na?。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： ①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。 （

6、钢化玻璃的成分与普通玻璃有无区别？ ） ②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？） ③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。 ④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。 ⑤有色玻璃：原料中加入氧化钻 （CO2O3）得蓝色玻璃，加氧化亚铜（CU2O）得红色玻璃。 ⑶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

7、】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、氧化错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：①纯硅粉与纯氮气在 13000c时直接反应；②S iO2在N2中用碳还原氮化；③ SiCl4与NH3

8、反应。试写出有关反应的化学方程式。 【学生板演】 ①3Si+2N -Si3N4 ② 3SiO2+6C+2N2 Si3N4+6COT ③3SiCl4+4NH 3^= Si3N4+12HCl 3、提高材料的纯度 ⑴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 C12反应生成SiCl4,经精储提纯后再用 “还原得到纯硅。 方法二：将粗硅在280~3000c下跟HCl反应生成SiHCl3,经精储提纯后再在1100~12000c 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

9、演】 方法一：Si+2c12 %SiCl4（l）； SiCl4+2H2 幽Si+4HCl 方法二：Si+3HC1 SiHCl 3+H2 ; SiHCl 3+H 21100-］：0t＞：c Si+3HC1 【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。 ⑵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】1700nm（与胶体微粒的直径相当） 【教师提问】纳米颗

10、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】FeC2O4 生 FeO+COT +2CO2 T FeO+CO Fe+CO2 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 Fe Cu Zn Ag Au W 熔点 1535 1083 419.5 960.8 1063 3380 沸点 3000 2595 907 2212 2707 5627 上表中金属难与表中其它金属形成二元合金的是： A、Zn

11、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： ①镁橄榄石 Mg2SiO4②钠长石 NaAlSi 3。8③高岭土（瓷土）Al 2（Si2O5）（OH） 4④绿 柱石 Be3Al2Si6O18 3、写出生产玻璃的有关反应方程式。 【答案】Na2CO3+SiO2 JO! Na2SiO3+CO2 T CaCO3+SiO2 砸‘CaSiO3+CO2 T 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： ⑴W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

12、①； ⑵Q的具有相同化合价且可以相互转变的氧化物是 ②; ⑶R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③ ; ⑷这5种元素的氢化物分子中，①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）④，其原因是 ⑤； ②电子总数相同的氢化物的化学式和立体结构分别是 ⑥; ⑸W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： ⑦。 5、随着科学技术的飞速发展，出现了许多新型无机

13、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、 3n 2 2 3nN C、 2n-2 3 D、n+1 6、写出制取粗硅的化学反应式。 【答案】SiO2+2C型.Si+2CO T 生成纯度很高的二氧化硅， 然后熔化拉制, 7、工业上用氧气和四氯化硅在高温下反应, 得到光纤。试写出制取二氧化硅的反应方程式。 【答案】SiCK+O2 SiO2+2Cl 2 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。 ⑴实验室常以NH4Al(SO4)

14、2和NH4HCO3为原料，在一定条件下先反应生成沉淀 NH4AIO (OH)HCO 3,该沉淀高温分解即得超细 Al 2O3 0 NH 4AlO(OH)HCO 3热分解的化学反应方程式为 ⑵NH4Al(SO4/12H2O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： ①用托盘天平称量 NH 4Al(SO 4)2 12H 2O固体 ② g ； ②将上述固体置于烧杯中， ③。 ⑶在0.1mol L-1NH4Al(SO4)2溶液中，铝各形态的浓度 (以Al 3+计)的对数(lgc)随溶液pH变化的关系见右图：

15、①用NaOH溶液调节⑵中溶液pH至7,该过程中发生反应的 离子方程式有： ④； 卜卜到中卜中H中 -rH-3-H-i-^ H-+4-H 4- H 一 ■ J- l X-1- L J ^L.4. J -L uwmm a伊 m芯明星：用0 L _i_ K l J_ l J,_i_ i. J . *卜卜，卜卜・ 2 A 6 8 10 12 1.4 pH ②请在下图中，画出0.01molLNH4Al(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 & -1 注。 ⑤ % 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

16、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450~500C),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。 r 1"* ■ T ・L FT T T * f L J-I U-L J._l_ L X L J - •十工—工！ “二 ,■ j|=二3 J-L > kJ -5 Q 2 4 6 S 10 12 14 pH  相关信息如下: 接气理・ 浮尾处装 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

17、 SiCl4 BCl3 AlCl 3 FeCl3 PCl3 沸点/oC 57.7 12.8 - 315 - 熔点/oC -70.0 -107.2 - - - 升华温度/oC - - 180 300 162 请回答下列问题: ⑴写出装置A中发生反应的离子方程式： ① ⑵装置A中g管的作用是 ②；装置C中的试剂是 ③；装置E中的h瓶需要冷却的理 由是④。 ⑶装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精储（类似多次蒸储）得到高纯度四氯化硅，精储后 的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是 ⑤（填元素符号）。 ⑷为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物预处理，使铁元素还原成 Fe2+,再用K MnO 4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定，反应的离子方程式是： 5Fe2++MnO 4-+8H+^5Fe3++Mn 2++4H2。 ①滴定前是否要滴加指示剂？ ⑥（填 是"或 否”）请说明理由 ⑦。 ②某同学称取5.000g残留物，经预处理后在容瓶中配制成 100mL溶液，移取25.00mL试 样溶液，用1.000 M0-2mol L-1KMnO4标准溶液滴定。达到滴定终点时，消耗标准溶液 20.00m L,则残留物中铁元素的质量分数是 ⑧_。