第二节 用途广泛的金属材料

1.合金的定义、特点以及形成条件是怎样的？

（1）定义：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。

（2）特点：合金具有许多优良的物理、化学或机械性能。

一般来说:硬度大于各成分金属，熔点低于各成分金属。

（3）两种金属形成合金的条件：一种金属的熔点要高于另一种金属的熔点，但是其熔点要低于另一种金属的沸点。

即：合金的特点：硬度增大，熔点降低。

注意：

①合金中一定含有金属元素

②合金中也可能含有非金属元素

③合金一定是混合物

④合金中成分的含量影响合金的性质。

2.铜合金包括哪些？

我国使用最早的合金是青铜（含锡、铅）。

①青铜：主要含铜和锡，有良好的强度和塑性、耐磨、耐腐蚀，主要用于制机器零件如轴承、齿轮等。

②黄铜（Cu~Zn，Zn20%~36%）

③白铜：主要含铜和镍，它不容易生铜绿，常用于制造精密仪器和装饰品。

3.铁合金包括哪些？

根据含碳量把铁合金分为生铁和钢。

生铁：含碳量在2％～4.3％之间，还含硅、锰及少量硫、磷。

钢又可分为碳素钢和合金钢。

碳素钢进一步分成：低碳钢（含碳0.03％～0.3％）

中碳钢（含碳0.3％～0.6％）

高碳钢（含碳0.6％～2％ ）

合金钢：在碳素钢中加入铬、锰、钨、镍、钼、钴等合金元素(如不锈钢)。

钢：用量最大，用途最广的合金

钢的含碳量越低，韧性越好，硬度越低；含碳量越高，韧性越差，硬度越高。

4.铝合金是什么样的？

硬铝：Cu 4%、Mg 0.5%、Mn 0.5%、Si 0.7%。

特点：密度小、强度高、抗腐蚀

用途：制造飞机和宇宙飞船

铝被称为“有翼的金属”“会飞的金属”。

5.不锈钢是什么样的？

为了防锈又在合金中加入铬和镍，这种钢称为不锈钢。不锈钢通常是指含铬量在12—30%的合金钢。

6.金属元素之最有哪些？

• 地壳中含量最高的金属——铝

• 人体中含量最高的金属——钙

• 导电、导热性最好的金属——银

• 目前产量最大的金属——铁

• 熔点最高的金属——钨

• 熔点最低的金属——汞

• 硬度最大的金属——铬

• 密度最大的金属——锇

• 密度最小的金属——锂

• 延展性最好的金属——金

第四章 非金属及其化合物

第一节 无机非金属的主角—硅

一．硅元素的性质有哪些？

无机非金属材料中的主角，在地壳中含量26.3％，次于氧。是一种亲氧元素，以熔点很高的氧化物及硅酸盐形式存在于岩石、沙子和土壤中，占地壳质量90％以上。位于第3周期，第ⅣA族碳的下方。

Si 对比 C

最外层有4个电子，主要形成四价的化合物。

二．二氧化硅（SiO₂）的性质有哪些？

(1)存在形式：天然存在的二氧化硅称为硅石，包括结晶形和无定形。石英是常见的结晶形二氧化硅，其中无色透明的就是水晶，具有彩色环带状或层状的是玛瑙。二氧化硅晶体为立体网状结构，基本单元是[SiO₄]，因此有良好的物理和化学性质被广泛应用。（玛瑙饰物，石英坩埚，光导纤维）

（2）物理性质：熔点高、硬度大、不溶于水、洁净的SiO₂无色透光性好。

（3）化学性质：化学稳定性好，除HF外一般不与其他酸反应，可以与强碱（NaOH）反应，属于酸性氧化物，在一定的条件下能与碱性氧化物反应。

①常温与氢氟酸(HF)反应（SiO₂很不活泼，HF是唯一能跟其反应的酸）

SiO₂＋4HF == SiF₄ ↑＋2H₂O

②酸性氧化物：不溶于水，也不与水反应。

与强碱反应：SiO₂＋2NaOH == Na₂SiO₃＋H₂O

与碱性氧化物反应：SiO₂＋CaO ===

高温

CaSiO₃

所以不能用玻璃瓶装HF，装碱性溶液的试剂瓶应用木塞或胶塞。

注：

a、实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？

NaOH溶液能与玻璃中的SiO₂反应生成 Na₂SiO₃，Na₂SiO₃的水溶液俗称“水玻璃”，是一种黏合剂，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞或木塞。

b、实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？

HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。

c、某同学根据SiO₂既可与碱反应，也能与氢氟酸反应，推断SiO₂为两性氧化物，是否正确?

不正确。因为二氧化硅只跟氢氟酸反应，不跟其它酸反应，而是属于酸性氧化物。

③在高温下与碳酸盐的反应

SiO₂ Na₂CO₃ ===

高温

CO₂↑ Na₂SiO₃

SiO₂ CaCO₃ ===

高温

CO₂↑ CaSiO₃

④弱氧化性

SiO₂ 2C ===

高温

Si 2CO↑

（4）用途

主要用作装饰、石英坩埚、光导纤维。

三．硅酸（H₂SiO₃）的性质有哪些？

（1）物理性质：硅酸是一种白色固体，溶解度很小，而且是一种弱酸，酸性比H₂CO₃还弱。

（2）制备（强酸制弱酸）：由于SiO₂不溶于水，硅酸应用可溶性硅酸盐和其他酸性比硅酸强的酸反应制得。

Na₂SiO₃＋2HCl == H₂SiO₃↓＋2NaCl SiO₃^2- 2H == H₂SiO₃↓

Na₂SiO₃ H₂O CO₂==H₂SiO₃↓ Na₂CO₃ SiO₃^2- H₂O CO₂==H₂SiO₃↓ CO₃^2-

硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为“硅胶”。

H₂SiO₃ H₂O SiO₂

（3）用途

硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品，瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。

四．硅酸盐的定义、性质、用途以及表示方法是什么？

（1）定义：硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称。

（2）性质：分布广，结构复杂化学性质稳定。一般不溶于水（Na₂SiO₃ 、K₂SiO₃除外）。

（3）用途：最典型的代表是硅酸钠Na₂SiO₃ ：可溶，其水溶液称作水玻璃和泡花碱，可作肥皂填料、木材防火剂和黏胶剂。硅酸钠水溶液久置在空气中会出现白色浑浊。因为发生下列反应：

Na₂SiO₃＋CO₂＋H₂O＝Na₂CO₃＋H₂SiO₃↓

常用硅酸盐产品：玻璃、陶瓷、水泥。

（4）表示方法：

①化学式法：

适用于简单的硅酸盐如：Na₂SiO₃，K₂SiO₃、CaSiO₃等。

②氧化物法：

活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。

硅酸钠：Na₂SiO₃ Na₂O·SiO₂

硅酸钙：CaSiO₃ CaO·SiO₂

高岭石：Al₂(Si₂O₅)(OH)₄ Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O

正长石：KAlSi₃O₈ K2O·Al₂O₃·6SiO₂

（5）硅酸盐产品简介：

四．硅单质的物理性质有哪些？

（1）物理性质：与碳相似，有晶体和无定形两种。晶体硅结构类似于金刚石，有金属光泽的灰黑色固体，熔点高（1410℃），硬度大，较脆，常温下化学性质不活泼，是良好的半导体。

（2）化学性质：常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其他物质如：氧气、氯气、硫酸等起反应，但在加热情况下，硅也能跟一些非金属反应。

Si＋2NaOH＋H₂O == Na₂SiO₃＋2H₂↑

（3）制备：SiO₂ 2C ===

高温

Si 2CO↑（得到的只是粗硅，还要进一步提纯）

（4）应用：半导体晶体管及芯片、光电池。

第二节 富集在海水中的元素—氯

一．氯元素在元素周期表中的位置？

位于第三周期第ⅦA族，原子结构：容易得到一个电子形成氯离子Cl^－，为典型的非金属元素，在自然界中以化合态存在。

二．氯气

1．物理性质物理性质有哪些？

黄绿色气体，有刺激性气味的有毒气体，

可溶于水（1体积水大约溶解2体积的氯气），易液化，

加压和降温条件下可变为液态(液氯)和固态。

2．化学性质有哪些？

（1）与金属反应

①钠与氯气反应

现象：金属钠在氯气中剧烈燃烧，黄色火焰，产生大量的白烟，生成白色固体

2Na Cl₂₌₌₌₌2NaCl

②铁与氯气反应

现象：红热的铁丝在氯气中剧烈燃烧，产生棕黄色的烟； 溶于水后溶液呈黄色。

2Fe 3Cl₂₌₌₌₌2FeCl₃

规律：氯气与变价金属（如Fe、Cu）发生反应，把变价金属氧化成高价的金属氯化物。

③铜与氯气反应

现象：金属铜在氯气中燃烧，产生大量的棕黄色的烟，加水溶解得蓝绿色溶液。

Cu Cl₂₌₌₌₌CuCl₂

（2）与非金属反应

现象：氢气在氯气中安静燃烧，发出苍白色火焰，瓶口呈白雾状。

生成的HCl极易溶于水，与空气中的水蒸气结合形成的盐酸（氢氯酸）小液滴。

H₂ Cl₂₌₌₌₌2HCl

在点燃（或光照）下氯气均能与氢气反应

实验证明，在一定条件下，Cl2还能与P、S、C等非金属直接化合。

2P 3Cl₂₌₌₌₌2PCl₃ 2P 5Cl₂₌₌₌₌2PCl₅

燃烧：燃烧不一定有氧气参加，物质并不是只有在氧气中才可以燃烧。燃烧的本质是剧烈的氧化还原反应，所有发光放热的剧烈化学反应都称为燃烧。

（3）氯气与水的反应

Cl₂＋H₂O == HCl＋HClO

在该反应中，Cl₂既是氧化剂于是还原剂，转移的电子数为e^-。

1体积的水溶解2体积的氯气形成的溶液为氯水，为浅黄绿色。其中次氯酸HClO有强氧化性和漂泊性，起主要的消毒漂白作用。次氯酸有弱酸性（酸性比碳酸还弱），

不稳定，光照或加热分解，因此久置氯水会失效。2HClO ===

光照

2HCl＋O₂ ↑

新制氯水和久置氯水的区别？

新制氯水：3分子：Cl₂ ，HClO，H₂O 4离子：H ，OH^-，Cl^－，ClO^－

久置氯水：分子：H₂O 离子：H ，Cl^－

（4）氯气与碱的反应

漂白液的制取：2NaOH Cl₂ = NaClO NaCl H₂O

漂白液的主要成分是NaClO NaCl，有效成分是NaClO

漂白粉和漂粉精的制取：2 Ca(OH)₂ 2Cl₂==Ca(ClO)₂ CaCl₂ 2H₂O

漂白粉和漂粉精的主要成分是Ca(ClO)₂ CaCl₂，有效成分是Ca(ClO)₂

漂白粉的漂白原理：

Ca(ClO)₂ CO₂ H₂O==CaCO₃↓ 2HClO

漂白粉失效原理

2HClO 2HCl O₂↑

（5）氯气的实验室制法

MnO₂＋4HCl (浓) ===

△

MnCl₂＋2H₂O＋Cl₂ (氯气在饱和食盐水里的溶解度非常小)