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1、第四课 材料家族中的元素,一、材料中的元素 1.硅及其重要化合物间的转化关系:,2.铝及其重要化合物间的转化关系:,3.铜及其重要化合物间的转化关系:,二、各类材料 1.无机非金属材料: 传统无机非金属材料:如玻璃、水泥等。 新型无机非金属材料:如高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等。,2.金属材料: 黑色金属材料:包括铁、铬、锰及其合金。 有色金属材料:指除黑色金属材料以外的其他所有金属及其合金。,3.复合材料: 复合材料由基体和增强体两部分构成,基体起黏结作用,增强体起骨架作用,复合材料的各组成成分相互协同作用,形成了优于各组成成分的新性能。,考点一 硅及其化合物的性质 1.(2016杭州高
2、一检测)二氧化硅(SiO2)又称硅石,是制备硅及其化合物的重要原料,硅及其化合物的转化关系如图。下列说法正确的是 ( ),A.SiO2既能与HF反应,又能与NaOH反应,属于两性氧化物 B.SiO2和Si都是光导纤维材料 C.硅酸的酸性比碳酸弱 D.图中所示转化反应都是非氧化还原反应,【解析】选C。两性氧化物实质是与酸和碱反应均生成盐和水的氧化物,SiO2与HF反应得到的SiF4不属于盐,A错误;SiO2是光导纤维材料,Si为半导体材料,B错误;硅酸钠与二氧化碳和水反应生成硅酸,说明硅酸的酸性比碳酸弱,C正确;制取Si的过程中涉及了氧化还原反应,D错误。,2.(2016阜阳高一检测)根据下图A
3、、B、D、E的转化关系,回答下列问题:,(1)写出A、D的名称:A_,D_。 (2)写出BA的化学方程式:_。 (3)写出下列反应的离子方程式:AE:_; ED:_。,【解析】(1)由题干图分析:A与O2反应生成B,而B与碳在高温下反应生成A,可推知A是单质,B是氧化物。而A、B均能与NaOH溶液反应,可确认A是硅,B是二氧化硅,则E是硅酸钠,D是硅酸。,(2)BA的化学方程式即工业制粗硅的化学方程式: SiO2+2C Si+2CO。 (3)AE的化学方程式为Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2;ED的化学方程式为Na2SiO3+2H2O+2CO2=H2SiO3+2NaHCO3。再
4、将它们改写成离子方程式即可。,答案:(1)硅 硅酸 (2)SiO2+2C Si+2CO (3)Si+2OH-+H2O= +2H2 +2H2O+2CO2=H2SiO3+2 。,【名师点拨】硅及其化合物的特性 (1)硅的特性。 具有金属光泽,自然界中无游离态存在,为半导体。 非金属单质跟强碱溶液作用一般无H2放出,但Si能与强碱溶液反应放出H2。,非金属单质一般不与非氧化性酸反应,但硅能与氢氟酸反应:Si+4HF=SiF4+2H2。 Si的还原性大于C,但C能在高温下还原出Si: SiO2+2C Si+2CO。,(2)二氧化硅的特性。 不溶于水,也难与水反应。 非金属氧化物熔点、沸点一般比较低,但
5、二氧化硅的比较高。 酸性氧化物一般不与酸反应,但二氧化硅可与氢氟酸反应:SiO2+4HF=SiF4+2H2O。,考点二 铝及其化合物的转化 1.(2016泰州高一检测)下列叙述正确的是 ( ) A.氯化铝溶液中加入过量氨水反应的实质是 Al3+3NH3H2O=Al(OH)3+3 B.在加入铝粉能放出氢气的溶液中:K+、 、 、 Cl-一定能够大量共存,C.镁铝合金既可完全溶于过量盐酸又可完全溶于过量NaOH溶液 D.根据铝热反应原理,能发生反应: 2Al+3MgO 3Mg+Al2O3,【解析】选A。Al(OH)3不能溶于一水合氨、碳酸等弱 碱或弱酸的溶液中,A项正确;加入铝粉能够产生氢气的 溶
6、液可能是强酸性溶液,则 不能大量存在,也可能 是强碱性溶液, 不能大量存在,B项错误;镁和铝都 属于活泼金属,故都能够与盐酸反应,但是镁不能与碱 反应,C项错误;铝热反应的实质是利用铝的还原性将不 活泼金属从其氧化物中置换出来,但是活动性铝比镁弱, 故不能用铝热法制取镁,D项错误。,2.在Al2(SO4)3和MgSO4的混合溶液中,滴加NaOH溶液,生成沉淀的量与滴入NaOH溶液的体积关系如图所示,则原混合溶液中Al2(SO4)3与MgSO4的物质的量浓度之比为 ( ) A.61 B.31 C.21 D.12,【解析】选D。由题给图象可知,当加入50 mL NaOH溶液时沉淀达到最大量,即溶液
7、中Mg2+、Al3+全部转化为Mg(OH)2、Al(OH)3沉淀,而溶解Al(OH)3消耗10 mL NaOH溶液,则生成Al(OH)3需30 mL NaOH溶液,生成Mg(OH)2需20 mL NaOH溶液,由此可知溶液中n(Mg2+)=n(Al3+),则cAl2(SO4)3c(MgSO4)=12,D项正确。,【名师点拨】铝及其化合物的转化的题目要注意综 合应用 实际题目往往把Al3+与Mg2+、Fe3+等或把Al(OH)4-与 OH-、 等离子组合在一起,来考查学生的综合应 用能力。 (1)氧化铝与氢氧化铝的两性,以及铝盐溶液与强碱 反应时,碱过量与少量的区别。,(2)注意铝、氧化铝、氢氧
8、化铝的性质的相同点。,(3)化合物的转化时的定量分析。 在Al3+、Al(OH)3、Al(OH)4-之间的相互转化反应中,都有特定的数量关系,实际考查时往往利用这种定量关系进行产物的分析及相关计算。,考点三 金属及化合物的有关计算 1.(2016西安高一检测)将15.6 g Na2O2和5.4 g Al同时放入一定量的水中,充分反应后得到200 mL溶液,再向该溶液中缓慢通入标准状况下的HCl气体6.72 L,若反应过程中溶液的体积保持不变,则下列说法正确的是 ( ),A.标准状况下,反应过程中得到7.84 L的气体 B.最终得到的溶液为NaCl溶液 C.最终得到7.8 g的沉淀 D.最终得到
9、的溶液中c(Na+)=1.5 molL-1,【解析】选C。 2Na2O2+2H2O= 4NaOH + O2 0.2 mol 0.4 mol 0.1 mol 2Al + 2NaOH+6H2O=2NaAl(OH)4+3H2 0.2 mol 0.4 mol 0.2 mol 0.3 mol,由以上两个方程式可知:生成的气体体积为(0.1 mol +0.3 mol)=0.4 mol,为8.96 L,故A错;n(Na+)= 0.4 mol,则c(Na+)=0.4 mol/0.2 L=2 molL-1,故D 错;反应后剩余0.2 mol NaOH,故0.3 mol HCl先与其 反应后,剩余的0.1 mol
10、 HCl再与NaAl(OH)4反应,生 成0.1 mol Al(OH)3沉淀,质量为7.8 g,故C正确;最终 得到的是0.1 mol NaCl和0.1 mol NaAl(OH)4的混 合溶液,故B错。,2.(2016榆林高一检测)现有44 g Mg、Al、Zn、Fe多种活泼金属粉末的混合物与体积为1 L质量分数为20%的硫酸溶液恰好完全反应,经处理后得到无水硫酸盐140 g,则下列说法正确的是 ( ) A.生成标准状况下的气体体积为22.4 L B.硫酸物质的量浓度为2.0 molL-1 C.硫酸溶液的质量为540 g D.无法进行A、B、C选项的计算,【解析】选A。金属粉末变为无水硫酸盐,
11、固体增加 质量为 的质量:m( )= 140 g - 44 g =96 g, 则 的物质的量n( )=96 g/96 gmol-1= 1 mol。该硫酸溶液中H+物质的量是2 mol,2H+H2,标 准状况下氢气体积为22.4 L,A项正确;硫酸的物质的量 浓度为c(H2SO4)= 1 mol/1 L=1 molL-1,B项错误;该 硫酸溶液的质量为m(H2SO4)= 98 g20%=490 g,C项错 误;综上所述,D项错误。,【名师点拨】在金属及其化合物的学习中有两点要特别留意:一是元素化合物性质;二是有关计算的方法与技巧。常用的计算方法有:,(1)差量法:该法是根据反应过程中某些反应物和生成物间的某种物理量(物质的量、质量、气体体积等)的固定差值和实验测得的差值的对应关系进行计算,求出某些物质的量。应用该法的关键是根据反应方程式准确分析相关物质反应前后的理论差值,并且要特别注意单位要对应一致。,(2)守恒法:常用的有质量守恒、元素守恒、电荷守恒、电子得失守恒等。 (3)关系式法:常用于多步反应,可以节省不必要的中间运算步骤,避免计算错误,并能迅速准确地获得结果。用关系式解题的关键是建立关系式,建立关系式的方法主要有:,利用微粒守恒关系建立关系式; 利用方程式中的化学计量数间的关系建立关系式; 利用方程式的加和建立关系式。,
