《材料组成的优化》教案3

材料组成的优化教案教学过程1、改变材料的组成合金【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】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。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。相互混合，形成机械混合物。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（LaNi5）属于何种类型的合金（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：作贮氢材料。 LaNi 5+3H24刘卜LaNi 5H6 AH=-31.77kJ m ol-1制造贮氢合金的空调器。精制氢气。2、硅酸盐材料和特种陶瓷【教师提问】下列物质： NaOH（aq）；HNC3（aq）；澳水；Na2s（aq）；KMnO4（a q）；Na2CO3（aq）；氢氟酸；水玻璃；石灰水；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。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（3CaOSiO2）、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。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：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。（钢化玻璃的成分与普通玻璃有无区别？）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？）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。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。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。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】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：纯硅粉与纯氮气在13000c时直接反应；SiO2在N2中用碳还原氮化； SiCl4与NH3反应。试写出有关反应的化学方程式。【学生板演】3Si+2N -Si3N4 3SiO2+6C+2N2Si3N4+6COT3SiCl4+4NH 3= Si3N4+12HCl3、提高材料的纯度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2803000c下跟HCl反应生成SiHCl3,经精储提纯后再在110012000c 下用H2还原得到纯硅。试写出有关反应的化学方程式。【学生板演】方法一：Si+2c12 %SiCl4（l）； SiCl4+2H2 幽Si+4HCl方法二：Si+3HC1SiHCl 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。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 TFeO+COFe+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FeCuZnAgAuW熔点15351083419.5960.810633380沸点30002595907221227075627上表中金属难与表中其它金属形成二元合金的是：A、ZnB、FeC、WD、Ag【答案】A、C2、用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成：镁橄榄石 Mg2SiO4钠长石 NaAlSi 3。8高岭土（瓷土）Al 2（Si2O5）（OH） 4绿 柱石 Be3Al2Si6O183、写出生产玻璃的有关反应方程式。【答案】Na2CO3+SiO2 JO! Na2SiO3+CO2 TCaCO3+SiO2 砸CaSiO3+CO2 T4、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：W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；Q的具有相同化合价且可以相互转变的氧化物是;R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 ;这5种元素的氢化物分子中，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），其原因是；电子总数相同的氢化物的化学式和立体结构分别是;W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：。5、随着科学技术的飞速发展，出现了许多新型无机材料，如可植入生物体内的生物陶 瓷HAPCam(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 223nNC、2n-23D、n+16、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+O2SiO2+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。实验室常以NH4Al(SO4)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NH4Al(SO4/12H2O的相对分子质量为453。欲配制100mLPH为2、浓度约为0.1mol L1的NH4Al(SO4)2溶液，配制过程为：用托盘天平称量 NH 4Al(SO 4)2 12H 2O固体 g ；将上述固体置于烧杯中，。在0.1mol L-1NH4Al(SO4)2溶液中，铝各形态的浓度 (以Al3+计)的对数(lgc)随溶液pH变化的关系见右图：用NaOH溶液调节中溶液pH至7,该过程中发生反应的离子方程式有：；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 uwmma伊 m芯明星：用0L _i_ K l J_ l J,_i_ i. J .*卜卜，卜卜2 A 6 8 10 12 1.4pH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。 %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450500C),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 * fL J-I U-L J._l_ L X L J -十工工！ “二, j|=二3 J-L kJ-5Q 2 46 S 10 12 14pH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SiCl4BCl3AlCl 3FeCl3PCl3沸点/oC57.712.8-315-熔点/oC-70.0-107.2-升华温度/oC-180300162请回答下列问题:写出装置A中发生反应的离子方程式：装置A中g管的作用是 ；装置C中的试剂是 ；装置E中的h瓶需要冷却的理 由是。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（填元素符号）。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KMnO 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。滴定前是否要滴加指示剂？（填 是或 否”）请说明理由 。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20.00mL,则残留物中铁元素的质量分数是_。