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第二節 用途廣泛的金屬材料

1.合金的定義、特點以及形成條件是怎樣的？

（1）定義：兩種或兩種以上的金屬（或金屬跟非金屬）熔合而成的具有金屬特性的物質。

（2）特點：合金具有許多優良的物理、化學或機械性能。

一般來說:硬度大于各成分金屬，熔點低于各成分金屬。

（3）兩種金屬形成合金的條件：一種金屬的熔點要高于另一種金屬的熔點，但是其熔點要低于另一種金屬的沸點。

即：合金的特點：硬度增大，熔點降低。

注意：

①合金中一定含有金屬元素

②合金中也可能含有非金屬元素

③合金一定是混合物

④合金中成分的含量影響合金的性質。

2.銅合金包括哪些？

我國使用最早的合金是青銅（含錫、鉛）。

①青銅：主要含銅和錫，有良好的強度和塑性、耐磨、耐腐蝕，主要用于制機器零件如軸承、齒輪等。

②黃銅（Cu~Zn，Zn20%~36%）

③白銅：主要含銅和鎳，它不容易生銅綠，常用于制造精密儀器和裝飾品。

3.鐵合金包括哪些？

根據含碳量把鐵合金分為生鐵和鋼。

生鐵：含碳量在2％～4.3％之間，還含矽、錳及少量硫、磷。

鋼又可分為碳素鋼和合金鋼。

碳素鋼進一步分成：低碳鋼（含碳0.03％～0.3％）

中碳鋼（含碳0.3％～0.6％）

高碳鋼（含碳0.6％～2％ ）

合金鋼：在碳素鋼中加入鉻、錳、鎢、鎳、钼、钴等合金元素(如不鏽鋼)。

鋼：用量最大，用途最廣的合金

鋼的含碳量越低，韌性越好，硬度越低；含碳量越高，韌性越差，硬度越高。

4.鋁合金是什麼樣的？

硬鋁：Cu 4%、Mg 0.5%、Mn 0.5%、Si 0.7%。

特點：密度小、強度高、抗腐蝕

用途：制造飛機和宇宙飛船

鋁被稱為“有翼的金屬”“會飛的金屬”。

5.不鏽鋼是什麼樣的？

為了防鏽又在合金中加入鉻和鎳，這種鋼稱為不鏽鋼。不鏽鋼通常是指含鉻量在12—30%的合金鋼。

6.金屬元素之最有哪些？

• 地殼中含量最高的金屬——鋁

• 人體中含量最高的金屬——鈣

• 導電、導熱性最好的金屬——銀

• 目前産量最大的金屬——鐵

• 熔點最高的金屬——鎢

• 熔點最低的金屬——汞

• 硬度最大的金屬——鉻

• 密度最大的金屬——锇

• 密度最小的金屬——锂

• 延展性最好的金屬——金

第四章 非金屬及其化合物

第一節 無機非金屬的主角—矽

一．矽元素的性質有哪些？

無機非金屬材料中的主角，在地殼中含量26.3％，次于氧。是一種親氧元素，以熔點很高的氧化物及矽酸鹽形式存在于岩石、沙子和土壤中，占地殼質量90％以上。位于第3周期，第ⅣA族碳的下方。

Si 對比 C

最外層有4個電子，主要形成四價的化合物。

二．二氧化矽（SiO₂）的性質有哪些？

(1)存在形式：天然存在的二氧化矽稱為矽石，包括結晶形和無定形。石英是常見的結晶形二氧化矽，其中無色透明的就是水晶，具有彩色環帶狀或層狀的是瑪瑙。二氧化矽晶體為立體網狀結構，基本單元是[SiO₄]，因此有良好的物理和化學性質被廣泛應用。（瑪瑙飾物，石英坩埚，光導纖維）

（2）物理性質：熔點高、硬度大、不溶于水、潔淨的SiO₂無色透光性好。

（3）化學性質：化學穩定性好，除HF外一般不與其他酸反應，可以與強堿（NaOH）反應，屬于酸性氧化物，在一定的條件下能與堿性氧化物反應。

①常溫與氫氟酸(HF)反應（SiO₂很不活潑，HF是唯一能跟其反應的酸）

SiO₂＋4HF == SiF₄ ↑＋2H₂O

②酸性氧化物：不溶于水，也不與水反應。

與強堿反應：SiO₂＋2NaOH == Na₂SiO₃＋H₂O

與堿性氧化物反應：SiO₂＋CaO ===

高溫

CaSiO₃

所以不能用玻璃瓶裝HF，裝堿性溶液的試劑瓶應用木塞或膠塞。

注：

a、實驗室盛裝NaOH溶液的試劑瓶為什麼用橡膠塞而不用玻璃塞？

NaOH溶液能與玻璃中的SiO₂反應生成 Na₂SiO₃，Na₂SiO₃的水溶液俗稱“水玻璃”，是一種黏合劑，使瓶塞部分粘結而無法打開。因此盛裝NaOH溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞或木塞。

b、實驗室為什麼不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？

HF能腐蝕玻璃，因此，盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。

c、某同學根據SiO₂既可與堿反應，也能與氫氟酸反應，推斷SiO₂為兩性氧化物，是否正确?

不正确。因為二氧化矽隻跟氫氟酸反應，不跟其它酸反應，而是屬于酸性氧化物。

③在高溫下與碳酸鹽的反應

SiO₂ Na₂CO₃ ===

高溫

CO₂↑ Na₂SiO₃

SiO₂ CaCO₃ ===

高溫

CO₂↑ CaSiO₃

④弱氧化性

SiO₂ 2C ===

高溫

Si 2CO↑

（4）用途

主要用作裝飾、石英坩埚、光導纖維。

三．矽酸（H₂SiO₃）的性質有哪些？

（1）物理性質：矽酸是一種白色固體，溶解度很小，而且是一種弱酸，酸性比H₂CO₃還弱。

（2）制備（強酸制弱酸）：由于SiO₂不溶于水，矽酸應用可溶性矽酸鹽和其他酸性比矽酸強的酸反應制得。

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

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

矽酸凝膠經幹燥脫水就形成幹膠，稱為“矽膠”。

H₂SiO₃ H₂O SiO₂

（3）用途

矽膠多孔，吸附水分能力強，常用作實驗室和袋裝食品，瓶裝藥品等的幹燥劑，也可以用作催化劑的載體。

四．矽酸鹽的定義、性質、用途以及表示方法是什麼？

（1）定義：矽酸鹽是由矽、氧、金屬元素組成的化合物的總稱。

（2）性質：分布廣，結構複雜化學性質穩定。一般不溶于水（Na₂SiO₃ 、K₂SiO₃除外）。

（3）用途：最典型的代表是矽酸鈉Na₂SiO₃ ：可溶，其水溶液稱作水玻璃和泡花堿，可作肥皂填料、木材防火劑和黏膠劑。矽酸鈉水溶液久置在空氣中會出現白色渾濁。因為發生下列反應：

Na₂SiO₃＋CO₂＋H₂O＝Na₂CO₃＋H₂SiO₃↓

常用矽酸鹽産品：玻璃、陶瓷、水泥。

（4）表示方法：

①化學式法：

适用于簡單的矽酸鹽如：Na₂SiO₃，K₂SiO₃、CaSiO₃等。

②氧化物法：

活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化矽→水。氧化物前系數配置原則：除氧元素外，其他元素按配置前後原子個數守恒原則配置系數。

矽酸鈉：Na₂SiO₃ Na₂O·SiO₂

矽酸鈣：CaSiO₃ CaO·SiO₂

高嶺石：Al₂(Si₂O₅)(OH)₄ Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O

正長石：KAlSi₃O₈ K2O·Al₂O₃·6SiO₂

（5）矽酸鹽産品簡介：

四．矽單質的物理性質有哪些？

（1）物理性質：與碳相似，有晶體和無定形兩種。晶體矽結構類似于金剛石，有金屬光澤的灰黑色固體，熔點高（1410℃），硬度大，較脆，常溫下化學性質不活潑，是良好的半導體。

（2）化學性質：常溫下，矽的化學性質不活潑，除氫氟酸、氟氣、強堿外不跟其他物質如：氧氣、氯氣、硫酸等起反應，但在加熱情況下，矽也能跟一些非金屬反應。

Si＋2NaOH＋H₂O == Na₂SiO₃＋2H₂↑

（3）制備：SiO₂ 2C ===

高溫

Si 2CO↑（得到的隻是粗矽，還要進一步提純）

（4）應用：半導體晶體管及芯片、光電池。

第二節 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，原子結構：容易得到一個電子形成氯離子Cl^－，為典型的非金屬元素，在自然界中以化合态存在。

二．氯氣

1．物理性質物理性質有哪些？

黃綠色氣體，有刺激性氣味的有毒氣體，

可溶于水（1體積水大約溶解2體積的氯氣），易液化，

加壓和降溫條件下可變為液态(液氯)和固态。

2．化學性質有哪些？

（1）與金屬反應

①鈉與氯氣反應

現象：金屬鈉在氯氣中劇烈燃燒，黃色火焰，産生大量的白煙，生成白色固體

2Na Cl₂₌₌₌₌2NaCl

②鐵與氯氣反應

現象：紅熱的鐵絲在氯氣中劇烈燃燒，産生棕黃色的煙； 溶于水後溶液呈黃色。

2Fe 3Cl₂₌₌₌₌2FeCl₃

規律：氯氣與變價金屬（如Fe、Cu）發生反應，把變價金屬氧化成高價的金屬氯化物。

③銅與氯氣反應

現象：金屬銅在氯氣中燃燒，産生大量的棕黃色的煙，加水溶解得藍綠色溶液。

Cu Cl₂₌₌₌₌CuCl₂

（2）與非金屬反應

現象：氫氣在氯氣中安靜燃燒，發出蒼白色火焰，瓶口呈白霧狀。

生成的HCl極易溶于水，與空氣中的水蒸氣結合形成的鹽酸（氫氯酸）小液滴。

H₂ Cl₂₌₌₌₌2HCl

在點燃（或光照）下氯氣均能與氫氣反應

實驗證明，在一定條件下，Cl2還能與P、S、C等非金屬直接化合。

2P 3Cl₂₌₌₌₌2PCl₃ 2P 5Cl₂₌₌₌₌2PCl₅

燃燒：燃燒不一定有氧氣參加，物質并不是隻有在氧氣中才可以燃燒。燃燒的本質是劇烈的氧化還原反應，所有發光放熱的劇烈化學反應都稱為燃燒。

（3）氯氣與水的反應

Cl₂＋H₂O == HCl＋HClO

在該反應中，Cl₂既是氧化劑于是還原劑，轉移的電子數為e^-。

1體積的水溶解2體積的氯氣形成的溶液為氯水，為淺黃綠色。其中次氯酸HClO有強氧化性和漂泊性，起主要的消毒漂白作用。次氯酸有弱酸性（酸性比碳酸還弱），

不穩定，光照或加熱分解，因此久置氯水會失效。2HClO ===

光照

2HCl＋O₂ ↑

新制氯水和久置氯水的區别？

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

久置氯水：分子：H₂O 離子：H ，Cl^－

（4）氯氣與堿的反應

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）氯氣的實驗室制法

MnO₂＋4HCl (濃) ===

△

MnCl₂＋2H₂O＋Cl₂ (氯氣在飽和食鹽水裡的溶解度非常小)

制取氯氣 吸收氯氣 收集氯氣 幹燥氯氣 除去氯化氫

儀器連接順序：E→C→D→A→B→H→G→F

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