高中化学 4.3 复合材料的制造学案2 苏教版选修2-苏教版高中选修2化学学案

复合材料的制造“神舟6号”载人飞船穿过大气层时，外壳和大气层摩擦产生几千摄氏度的高温，是什么材料经受了这种考验而安然无恙呢？运动员在登山时用的保险绳、滑雪时用的滑雪板及钓鱼竿上的渔线等这些小巧、灵活而强度高的东西是用什么材料构成的呢？研习教材重难点研习点1认识复合材料1、材料科学的发展过程材料科学的发展经历了天然材料、无机非金属材料、金属材料、有机合成材料、复合材料这五个过程。其中，无机非金属材料主要包括陶瓷材料、玻璃材料、无机非金属涂层材料等。此类材料一般耐高温、抗腐蚀，有些材料还有独特的光电特性。硅酸盐材料主要指水泥、玻璃、陶瓷等，是传统的无机非金属材料。而半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等是新型无机非金属材料。【交流·研讨】单一材料的优缺点：材料实例优点缺点金属材料钢铁硬度大、机械性能好易被腐蚀无机非金属材料普通玻璃性质稳定、熔点高易破碎有机合成材料塑料强度大、电绝缘，良好的热塑性、热固性易燃烧、易老化，废弃后不易分解2、复合材料的定义及组成在撑杆跳项目中，运动员使用的撑杆的材料，既不是金属材料、无机非金属材料，也不是有机合成材料。这种材料是将两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而成的，像这样的材料称为复合材料。复合材料由两部分组成，一部分称为基体，在复合材料中起黏结作用；另一部分称为增强体，在复合材料中起骨架作用。3、复合材料的分类按基体分类，可分为树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。按增强体分，可分为颗粒增强复合材料、夹层增强复合材料和纤维增强复合材料。【领悟·整合】现在，金属材料、无机非金属材料和有机合成材料都在蓬勃的发展，虽然它们都具有各自的特点，但随着社会需求的发展，材料也走上了无机材料和有机材料综合发展的复合材料之路。材料复合后，既保持了原有材料的特点，又使各组分之间协同作用，形成了优于原材料的特性。又可以充分利用能源、节约能源，因此世界各国都在大力开展复合材料的研究。典例1：下列关于复合材料的是说法不正确的是A．复合材料一定是由两种或两种以上材料制成B．复合材料保持了原材料的优点，又有优于原材料的特点C．在复合材料中，基体起骨架作用D．在复合材料中，增强体起骨架作用研析：复合材料是指两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而成的新材料。复合材料由两部分组成，一部分称为基体，在复合材料中起黏结作用；另一部分称为增强体，在复合材料中起骨架作用。因此，复合材料保持了原材料的优点，克服了原材料的某些缺陷，也会产生优于原材料的特点。例如：玻璃钢克服了玻璃易碎的不足，保持了玻璃的硬度和强度以及合成纤维的弹性和韧性等。答案：D。研习点2形形色色的复合材料1、生产、生活中的复合材料（1）玻璃钢玻璃钢是一种以玻璃纤维做增强体、合成树脂做基体的复合材料。在制造玻璃钢时，可以将玻璃纤维制成纱或织物加到合成树脂中，也可以把玻璃纤维切成短纤维加到合成树脂中。除了普通玻璃纤维外，还可以根据需要选用耐化学腐蚀、耐高温或强度高的特种玻璃纤维做玻璃钢的增强体。玻璃钢的强度可以达到甚至超过合金钢的强度，而密度只有钢铁的1/5左右，同时，这种材料保持着较好的耐化学腐蚀、电绝缘性和机械加工性能，而且又不像普通玻璃那样硬、脆。玻璃钢目前以大量用于游乐车、水上滑梯、运输罐、电话亭、餐桌椅等产品的生产。这些产品充分发挥了玻璃钢重量轻、强度高、耐水、耐磨、耐撞、产品美观及制造方便等特点。此外，玻璃钢在排水管道工程中也得到了广泛的应用。玻璃钢虽有很多优点，但其刚性不如钢铁，即受力后形变较大，其次是耐高温性能较差，当温度超过400℃（2）碳纤维增强复合材料在合成树脂中加入碳纤维做增强体的复合材料叫做碳纤维增强复合材料。其特点是韧性好，强度高，质轻。碳纤维增强复合材料被广泛用于制造高尔夫球杆、网球拍、钓鱼竿、赛车、赛艇、滑雪板和冲浪板等体育用品，也广泛用在纺织机械和化工机械的制造，以及医学上人体组织中韧带的制作等。2、航空、航天领域中的复合材料飞机、火箭的机翼和机身以及导弹的壳体、尾翼中的复合材料大多以纤维为增强体、金属为基体的复合材料作为增强体的纤维是碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维等耐热性好的纤维，作为基体的金属用得较多的是铝、镁、钛等密度小的轻金属。这类材料的特点是耐高温、强度高、导电性和导热性好，不吸湿，不易老化。航天飞机机身上使用的隔热陶瓷瓦是由纤维和陶瓷复合而成的材料制成，其增强体多为碳纤维、碳化硅纤维和氧化硅纤维；基体的主要成分是各种陶瓷。这种纤维增强陶瓷保持了陶瓷耐高温的特性，又增强了陶瓷的韧性，使航天飞机能安全地穿越大气层返回地球。【领悟·整合】现在，材料的复合正向着精细化方向发展，出现了诸如仿生复合、纳米复合、分子复合、智能复合等新方法。随着科技的进步，复合材料有着不可估量的应用前景。可以说，当前人类已经从合成材料时代进入复合材料时代。典例2：下列材料属于复合材料的是A．合金B．玻璃钢C．隔热陶瓷瓦D．耐高温结构陶瓷研析：合金是由两种或两种以上的金属或非金属融合而成的具有金属特性的物质，不属于复合材料。耐高温结构陶瓷多是单一材料，如氮化硅结构陶瓷等。玻璃钢是玻璃纤维和合成树脂形成的复合材料。隔热陶瓷瓦是由纤维（如碳纤维）和陶瓷形成的复合材料。答案：B、C。基础思维探究题型一、复合材料的组成及特点典例1：下列关于复合材料的说法正确的是A．将不同性质的材料经简单混合便成复合材料B．合金就是复合材料C．复合材料中的各部分作用相同D．复合材料两种或两种以上不同性质的材料经特殊加工而制成的研析：本题考查复合材料的概念，它不同于混合物、不同于合金。复合材料两种或两种以上不同性质的材料经特殊加工而制成的，并不是简单的混合。复合材料的两部分作用是不同的，基体起连接作用，增强体起骨架作用。答案：D启发引申：“基础性”是必修教材的重要特征之一，体现在本节教材中即要求同学们了解复合材料的形成和组成部分，能列举几种常见的复合材料及其在生产生活中的重要应用。拓展变式1．复合材料的优点是：①强度高②质量轻③耐高温④耐腐蚀A．仅①② B．仅②③ C．仅③④ D．全部1．研析：复合材料继承了原来天然材料、无机非金属材料、金属材料、有机合成材料等优点，极大改善了材料各种性能。具有强度高，质量轻，耐高温，耐腐蚀等特性。答案：D题型二、重要的复合材料典例2：下列对玻璃钢的叙述正确的是A．玻璃钢是由普通玻璃加强热然后骤冷而得到的，所以其成分与普通玻璃相同B．玻璃钢是以玻璃为基体，钢纤维做增强体的复合材料C．玻璃钢的基体是合成树脂，增强体是玻璃纤维D．玻璃的强度和机械加工性能比合金钢稍差，但耐腐蚀性和绝缘性比合金钢好研析：玻璃钢是人们熟悉的一种多用途的复合材料，它的学名叫玻璃纤维增强塑料，诞生于30年代。以玻璃纤维为骨料，以合成树脂作基本和粘结剂，加热压制成型就得到玻璃钢，其成品强度可与钢材媲美，比重仅为钢的1/5～1/4，耐高温、抗腐蚀、电绝缘、抗震抗裂、隔音隔热、加工方便。在航空、机械、汽车、舰船、建筑、化工等部门得到广泛的应用。答案：C。友情提醒：该题主要考查玻璃钢这种复合材料的基体组成结构和性能特征，应对复合材料的基体和增强体的功能有清楚的认识，需通过分析各组与复合材料在性能上的关系，进行比较判断，方能得出结论。如A选项实际指的是钢化玻璃而不是玻璃钢。拓展变式2．美国的哥伦比亚号航天飞机在制造过程中应用了大量的先进复合材料，其中被覆在整个机身上的防热瓦片，使航天飞机能安全穿越大气层，是耐高温的A．陶瓷基复合材料B．合成树脂基复合材料C．玻璃钢D．金属基复合材料2．研析：航天飞机机身上使用的隔热陶瓷瓦是由纤维和陶瓷复合而成的材料制成，其增强体多为碳纤维、碳化硅纤维和氧化硅纤维；基体的主要成分是各种陶瓷。这种纤维增强陶瓷保持了陶瓷耐高温的特性，又增强了陶瓷的韧性，使航天飞机能安全地穿越大气层返回地球。答案：A综合思维探究题型一、学科内综合题典例3：普通玻璃、钢铁和玻璃钢是三种不同的材料，它们在性能方面差别很大。请根据学过的知识，回答下面问题。（1）普通玻璃的成分是；（2）铁在人类的生产和生活中有着十分重要的应用。铁的应用，经历了到到的演变过程。（3）某种复合材料具有耐高温，强度高，导电性好，导热性好的特点，估计该复合材料的基体和增强体材料可能分别是A．金属；CB．陶瓷；SiO2C．合成树脂；SiO2、Al2O3、MgOD．合成树脂；C研析：（1）玻璃是常见的硅酸盐材料。制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英。生产玻璃时，把原料粉碎后按一定比例混合后，放入玻璃熔炉中加强热，石灰石与石英反应生成硅酸钙和二氧化碳，纯碱与石英反应生成硅酸钠和二氧化碳，但原料中石英是过量的，所以普通玻璃的成分为硅酸钙、硅酸钠、二氧化硅。（2）由铁矿石炼得的生铁虽然硬度很大，但较脆且不易加工，人们就想办法降低生铁中的碳元素，调节其中的硅、锰等元素，将铁转化为钢，大大改善了其性能。但是，钢铁很容易锈蚀，于是不锈钢应运而生。因此，铁的应用经历了“铁——普通钢——不锈钢等特种钢”的演变过程。（3）复合材料兼具有基体和增强体的优点，据此可判断，应该为金属和C的复合材料。答案：（1）硅酸钙、硅酸钠、二氧化硅。（2）铁、普通钢、不锈钢。（3）A总结提升：科学技术是人类文明进步的基本推动力。人类正面临着新科技革命的挑战。而新材料技术是技术的基础，它是文明大厦的基石。普通玻璃是一种传统的无机非金属材料，而钢铁至今仍然是应用最广泛的无机金属材料。而随着科学技术的进步，材料必然要走向复合之路。同学们对这些材料的成分、性质、用途等都要把握清楚。拓展变式3．对下列材料的特征及用途的说法不正确的是A．玻璃纤维柔软如丝，可像棉纱一样纺织，但拉伸强度低B．光导纤维传导光的能力很强，是非常好的通讯材料C．氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用于制造柴油机D．玻璃钢强度高，密度小，耐腐蚀，可用于废水处理系统的管道3．研析：玻璃纤维不同于植物纤维，是一种高强度的新型材料。玻璃纤维虽然极细如丝，但其拉伸强度大，其拉伸强度接近于钢。显然A项错误。答案：A题型二、实际应用题典例4：某复合材料是由碳纤维为增强体、金属钛为基体复合而成的。估计这种材料①耐高温②不耐热③导电、导热④不导电、不导热⑤可用于飞机机翼⑥可用于导弹的壳体A．①③⑤⑥B．②③⑤⑥C．②④⑤D．③④⑥研析：复合材料应该兼具有增强体和基体的优点。碳纤维熔点高、强度大，金属钛熔点高、导电、导热，二者的密度都较小。因此，该碳纤维增强金属基复合材料具有以下特点及功能：a耐高温b导电、导热c可用于飞机机翼d可用于导弹的壳体。答案：A。课标点击：课标要求同学们正确认识科学、技术与社会的相互关系，能运用所学知识解决与化学有关的一些实际问题，这也是本节的能力点所在。具体来说，就是要求同学们体会物质的元素组成与材料性能的关系，推测某种复合材料可能的应用。拓展变式4．碳纤维增强复合材料是在合成树脂的基体中加入了碳纤维做增强体，具有韧性好，强度高而质轻的特点，下列物质中可用其制造的是A．游乐车，游乐船B．电话亭，餐桌椅C．网球拍，钓鱼竿D．航天飞机用隔热瓦4．研析：游乐车，游乐船及电话亭，餐桌椅通常可用玻璃钢制得；航天飞机用隔热瓦通常用陶瓷基复合材料；碳纤维增强复合材料可用于网球拍，钓鱼竿的制作。答案：C。创新思维探究题型一、开放探究题典例5：复合材料在航空、航天领域中有重要的应用，请举例说明。研析：复合材料以其典型的轻量特性、卓越的比强度等许多优点在日常生活和航空、航天等诸多领域中得到了广泛的应用，这样的事实非常多，以下答案仅供参考。答案：自从先进复合材料投入应用以来，有三件值得一提的成果。第一件是美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机——里尔芳2100号，并试飞成功，这架飞机仅重567kg，它以结构小巧重量轻而称奇于世。第二件是采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机，这架航天飞机用碳纤维/环氧树脂制作长18.2m、宽4.6m的主货舱门，用凯芙拉纤维/环氧树脂制造各种压力容器，用硼/铝复合材料制造主机身隔框和翼梁，用碳/碳复合材料制造发动机的喷管和喉衬，发动机组的传力架全用硼纤维增强钛合金复合材料制成，被覆在整个机身上的防热瓦片是耐高温的陶瓷基复合材料。第三件是在波音-767大型客机上使用了先进复合材料作为主承力结构，这架可载80人的客运飞机使用碳纤维、有机纤维、玻璃纤维增强树脂以及各种混杂纤维的复合材料制造了机翼前缘、压力容器、引擎罩等构件，不仅使飞机结构重量减轻，还提高了飞机的各种飞行性能。课标点击：开放性试题倡导学生从多角度、多层次、多视点、多侧面、多途径和多方法地创造性解决问题，是一种符合新课标理念的题型。具体到本节不外乎复合材料在日常生活中或航空、航天领域中的重要应用，及其美好的发展前景等。解决这类问题，除了充分利用所学知识、发挥自己的想象力以外，一般还要借助互联网等工具，无形之中也锻炼了同学们的自学能力。拓展变式5．复合材料不仅应用在航空、航天领域中，在日常生活中也有重要的应用，请举例说明。5．答案：①木材可认为是一种木质素做基体，木质纤维做增强体的复合材料，可做建筑材料；②泥砖可以认为是泥土与禾秸复合而成的材料；③钢筋混凝土可用于建筑业；④玻璃钢可用于游乐车、水上滑梯、运输罐、电话亭、餐桌椅等产品的生产；⑤碳纤维增强复合材料可用于球拍、钓鱼竿、滑雪板等的生产。高考思维探究[考题1]（2005春季上海综合-44）根据某种分类标准，材料大体可以分为天然材料、烧炼材料、合成材料等。下面是一个分类的实例。类型天然材料烧炼材料合成材料名称木材、大理石、皮革钢铁、陶瓷、铝合成纤维、合成橡胶、合成塑料请再选择一个分类标准，将上述材料重新分类。类型名称研析：根据不同的分类标准，可以有不同的分类方法。如可以将它们分为其他分类只要合理既给分无机材料材料和有机材料。当然，无机材料还可以进一步分为非金属材料和金属材料。答案：类型无机材料有机材料名称大理石、钢铁、陶瓷、铝皮革、木材、合成纤维、合成橡胶、合成塑料启发引申：材料标志着生产力的发展，构建着物质文明的大厦，关系着国家的兴衰，推动着历史的进程。当前材料的种类繁多，合理的对其进行分类有利于我们对这些材料的了解和利用。另外，须说明的是，分类法是我们学习过程中经常用到的一种简单、有效的方法，我们应该好好把握。[考题2]（2005春季上海综合-47、48）下图标出了各种材料强度与密度的比值以及广泛使用的年代。（1）从图中可以看出的信息有A．科学技术的发展越来越快，新材料频频出现B．新材料发展的总体趋势是强度越来越大C．1800年以前出现的材料强度都比铝小D．铝的密度比钢的密度大（2）有甲、乙两种材料，它们的强度相同，甲的密度是乙的2倍。且甲材料在图中的b点对应，则乙材料在图的位置是A．a点B．a、b之间C．c点D．b、c之间研析：（1）从上图中可以非常清楚看出：随着科学技术的发展越来越快，新材料频频出现，A是正确的。新材料发展的总体趋势并不是简单的强度越来越大，如铝的强度就不比铁的高，B、C都是错误的。根据常识可知，铝的密度应该比钢的密度小（铝属于轻金属，而钢属于重金属），D错误。（2）经过简单运算，因为甲的密度是乙的2倍，其强度与密度的比值是乙的1/2，即乙对应的纵坐标应该是8。答案：（1）A（2）D友情提醒：材料科学的发展经历了天然材料、无机非金属材料、金属材料、有机合成材料、复合材料这五个过程。从上图可以看出，材料的综合性能越来越高，以适应高速发展的社会需要。也正因为材料特别是复合材料的重要性，本教材将其单列一节。鉴于材料的多样性以及材料的发展性，同学们除了掌握好课本内容外，可以借助互联网等工具了解复合材料的最新发展情况。拓展变式6．（2005春季上海综合-50）假如要用新材料制造航天飞机，这类新材料应具备的性质有。6．答案：密度小、强度大、耐高温、抗辐射、热传导系数小、有记忆功能等。开拓学习新视野▲课标知识拓展【思想方法】（1）充分利用“联想•质疑”栏目，导入新内容的学习。结合自己的经验引导学生从材料的应用入手，分析材料具备的性能。（2）“复合”引起材料性能的巨大改变可能是同学们始料不及的，应重点对材料复合引起的性能变化进行讨论。通过讨论建立从化学的角度认识材料，从材料和应用的角度学习元素化合物的观点和方法。（3）学习过程中，应充分利用本节对材料进行分类，进一步体会元素与物质世界、元素与材料世界的关系。实际上，也是对本册教材中元素化合物知识的整合。▲多彩化学漫步载人飞船用复合材料填补了国内多项空白“神六”飞上太空，哈尔滨玻璃钢研究院的员工都很激动，因为“神六”用了该院的碳纤维复合材料后，飞船的重量减轻了30%以上，进一步确保了飞船推进系统精度和仪器设备的稳定性。哈尔滨玻璃钢研究院是去年6月承接神舟系列飞船配套项目研制工作的，据该项目主要负责人玻璃钢研究院副总工程师林再文介绍，该院一直在为神舟系列飞船提供大型先进复合材料结构件，仅上天的产品就已经提供了6套。其中为“神六”提供的推进舱承力截锥、推进舱气瓶安装支架、轨道舱安装支板等三种大型碳纤维复合材料承力结构飞船部件，具有高承载、高刚度、质量轻的特点。特别是推进舱承力截锥组件属于大尺寸、薄壁、大开口复合材料结构，是目前国内航天器上使用的尺寸最大、开口最大的碳纤维复合材料主承力结构件，是国内外首次在载人飞船上使用的大开孔碳纤维复合材料结构，也是技术难度最大、尺寸精度最难保证的一种复合材料薄壁壳体结构。据悉，该院科技人员攻克了一个又一个技术难关，有效地解决了神舟6号载人飞船用复合材料结构件和专用材料的瓶颈技术，使飞船结构质量减轻30%以上，填补了国内多项空白。问题：碳纤维复合材料的基体和增强体分别是什么？碳纤维复合材料有什么优点？将其合理的应用于汽车、航空、航天等事业中的应用有什么重要意义？多彩化学漫步答案：碳纤维复合材料，用碳纤维代替玻璃纤维作增强剂的树脂基复合材料被认为是第二代的纤维增强复合材料。它具有比玻璃纤维更轻的比重和更高的模量，是一种性能更为优良的增强剂，用它和树脂形成的复合材料，其比重只有钢的1/4～1/3，而强度则比钢要高出3～4倍，较玻璃钢则高出6倍，它为汽车、航空以及宇航等事业的发展开辟了良好前景。当今碳纤维树脂复合材料是汽车工业中寻找质量轻而强度高的材料，来替代钢材的一个方面，在保持汽车强度要求下，大幅度减轻汽车重量，可以大量节约汽油的消耗，如美国已在一部分汽车制造中改用纤维复合材料，其年节约汽油达10亿加仑以上。碳纤维树脂合成材料在航空工业中已从不承力部位的应用进入承力部位的应用，如飞机尾翼、主翼、及其他承力部位的结构均可使用这类材料，当今的波音757和300、301、A310等大型客机，均大量使用此种材料。大型民用航机的运输成本中有60％为燃料费用，因此减轻飞机重量以降低成本是飞机工业的一项重要任务。据计算，如果将飞机主体结构材料的40％改用此类材料，则相应可减少燃料的消耗费用达30％。比起航空工业来说，宇航工业在材料方面使用质轻、高强的纤维树脂复合材料更具有特殊的意义。目前碳纤维树脂复合材料已在人造卫星和航天飞机中加以应用，并将进一步发挥作用。优化考题新演练1．随着社会的发展，复合材料是一种新型的有前途的发展材料。目前复合材料最主要的应用领域是A．高分子分离膜B．人类的人工器官C．宇宙航空工业D．新型药物1．研析：复合材料的特点之一就是以航空航天为主的学科带动其它学科发展，因为目前复合材料最主要的应用领域还是宇宙航空工业。答案：C。2．下列复合材料的类别中，有一种与其他三种不同，这一种是A．金属基复合材料B．树脂基复合材料C．颗粒增强复合材料D．绝缘基复合材料2．研析：按基体分类，可分为树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料等。按增强体分，可分为颗粒增强复合材料、夹层增强复合材料和纤维增强复合材料。只有C选项是按增强体分类的。答案：C。3．航天飞机机身上使用的隔热陶瓷瓦是A．仿生复合材料B．陶瓷和纤维复合而成的材料C．纳米复合材料D．分子复合材料3．研析：陶瓷和纤维复合而成的材料具有耐高温、韧性好的特点，可用于航天飞机机身上使用的隔热陶瓷瓦。其它三种均属于具有特殊功能的复合材料。答案：B。4．纤维复合材料中的增强体为纤维状，其中应用比较广泛的有碳纤维，玻璃纤维等。对纤维的说法中，不正确的是A．玻璃在一定条件下拉成极细的丝，可用于纺织宇航服等，但其拉伸强度却接近同强度的钢B．玻璃纤维易断，不能用于纺织C．碳纤维化学性能好，耐酸碱腐蚀，有良好的耐低温性能D．氧化铝、氧化硅、碳化硼等也可拉成纤维，做复合材料的增强体4．研析：玻璃本身是易碎的脆性材料，由它制成的玻璃纤维却异常柔软，具有很高的强度。答案：B。5．据报道，目前射程最远的导弹是俄罗斯的“白杨一号”，正是复合材料的使用使导弹的射程更远。复合材料使导弹射程有了更大提高的原因是A．复合材料的使用可以使导弹的动力更强劲B．复合材料的使用可以使导弹能质量变轻C．复合材料的使用可以使导弹能承受超高强度的改变D．复合材料的使用可以使导弹能承受温度的剧烈变化答案：B、C。5．研析：对于导弹、火箭、飞船、卫星来说，最须解决的问题有两个，一是本身的重量要降下来，二是本身的强度问题。很难有一种单独的天然材料或合成材料兼有以上两条优点，使用合适的复合材料才能很好的满足上述要求。6．复合材料制成的防弹头盔能抵御多种手枪子弹的射击，最大限度的保护使用人员的安全，这利用了复合材料的A．高强质轻B．耐热抗高温C．耐腐蚀稳定性好D．导电导热性好6．研析：复合材料应该有与其应用场合相适应的特点。由于是戴在头上，“质轻”是非常关键的，由于是防弹头盔，“高强”是更关键的。答案：A。7．人们常用比喻的手法来描述材料的属性，比如，“薄如纸，润如玉，声如馨，明如镜”是形容中国发明的；也可借用材料的属性来丰富比喻，比如借用铜、铁的坚硬，就有了“铜墙铁壁”这类词语。下列词语中，同样借用材料硬度来构词的是A．金碧辉煌B．火树银花C．铜壶滴漏D．铁石心肠7．研析：本题是2005年春季高考上海综合考试中的一个题目。中国瓷器闻名世界，具有“薄如纸，润如玉，声如馨，明如镜”的特点。铁石心肠是用来形容这个人的心肠跟铁或石一样硬。答案：瓷（瓷器）、D。8．查阅资料，简述复合材料发展的趋势。8．答案：（1）发展方向：廉价，适用，耐久，投资小，材料本身兼容性好、工艺性好、成型方便、对环境污染小。（2）以航空航天为主的学科带动其它学科发展。（3）应用重点：飞机、航空、汽车、船、摩托车；化工、建筑、电气、机械；城市基础建设；日用品和消耗品；信息产业等。9．将你所知道的材料进行合理的分类。9．答案：（1）传统材料：玻璃、钢铁、铝、铜、水泥等。（2）新材料：①金属材料：金属结构材料、金属功能材料（如超导材料、贮氢材料、形状记忆合金等）。②非金属材料：人工单晶材料、集成电路材料、磁记录材料、新陶瓷材料（如敏感元件陶瓷、超硬陶瓷、电气陶瓷等）、特种玻璃（如光学性能玻璃、导电性能玻璃、优异机械性能玻璃等）。③高分子材料。④复合材料：陶瓷基复合材料、金属基复合材料、树脂基复合材料。⑤生物医学材料。本节答案解析与研读本节教材课后习题（P127）1．研析：复合材料是将两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而成的，兼有两种材料的优点的材料。如玻璃钢是玻璃纤维和合成树脂复合而成的，碳纤维增强复合材料多是合成树脂和碳纤维复合而成的，可以用于船体、汽车车身、排水管道、纺织、机械、化工机械、宇宙工业等。合金是两种或两种以上的金属或非金属融合而成的具有金属特性的材料。如铝中加入适量的其它元素如Cu、Mg、Si、Zn、Li等可以制成铝合金，可用于建筑业、容器和包装业、交通运输、以及电子行业、飞机构件等。答案：

举例复合材料合金成分玻璃钢：玻璃纤维和合成树脂碳纤维：合成树脂和碳纤维铝加入其它元素如：Cu、Mg、Si、Zn、Li用途船体、汽车车身、排水管道、纺织、机械、化工机械、宇宙工业等铝合金建筑业、容器和包装业、交通运输、以及电子行业、飞机构件等2．（1）碳—碳复合材料是一种性能特殊的复合材料，它是由多孔碳素基体和埋在其中的碳纤维骨架组成。在极高的温度下，仍旧可以抵抗腐蚀性介质的作用，保持很高的强度。它的耐热、耐腐蚀性也十分优异，因而是一种高温结构和热防护的理想材料。（2）纤维增强金属基复合材料。纤维增强金属基复合材料其所用纤维增强剂主要有硼纤维、碳纤维、氧化铝纤维及金属丝等。其基本材料有铝、钢、钛、镍等及其合金。与非金属基复合材料相比，其具有更好的性能，如高的机械性能、高耐磨性、高耐腐蚀性、高导热等性能，如氧化铝和碳纤维为增强剂的铝基复合材料其比强度为一般铝合金的2～3倍，是用于汽车、航空、航天工业的理想材料。又如巴氏合金经纤维增强后，所形成的复合材料具耐热性能大大提高，熔点由原来228℃提高到1000℃，耐磨性要比一般金属高出近百倍之多。（3）颗粒增强金属基复合材料。以金属微粒子或非金属粒子为增强剂的金属基复合材料，同样可以制取得新的一代具有高性能的金属基复合材料。如由陶瓷粉末颗粒与金属基粉末烧结而成的金属陶瓷复合材料，兼有金属与陶瓷各自的优异性能，是一种既耐高温又韧而不脆的材料，如切削加工中已应用的硬质合金刀（4）在陶瓷基体材料中加入各种增强剂如碳纤维、氮化硅、玻璃纤维、石墨纤维等，可以使陶瓷的脆性降低；韧性、抗疲劳和耐磨性等大大提高，这是既发挥陶瓷的优异性能又消除其固有缺点的一项重要措施。其主要用于耐高温、超硬性、耐腐蚀等场合，如以氮化硅、碳化物纤维增强的高温陶瓷复合材料可代替耐热合金用于制作燃气轮机，其耐高温达1400℃；用作耐热柴油机可节能30％；用作切削加工刀具，其耐用度比硬质合金要高出30倍之多。故它是当前具有发展意义的一种新型材料。（5）功能复合材料是一种利用两种或多种具有不同功能的材料，使之复合成一体，其所形成的新的功能具有原功能的相乘效应。如某种具有A→B转换功能的材料，与另一种具有B→C转换功能的材料相复合，其最终所得的复合材料，其功能是二者功能相乘的结果，即成为具有A→C转换功能的材料。如将一种具有压电转换功能的材料与另一种具有电光转换功能的材料相复合，而得到所需要的压光功能的材料。3．略。

章末小结▲章末知识回顾硅的性质二氧化硅的性质硅的性质二氧化硅的性质无机非金属材料元素与材料世界硅无机非金属材料铝金属材料复合材料半导体材料与单质硅二氧化硅与光导纤维硅酸盐与无机非金属材料铝与铝合金金属与金属材料复合材料的组成在生产生活、航空、航天中常见的复合材料铝及其化合物金、银、铜认识复合材料形形色色的复合材料知识归纳一、无机非金属材料1、硅（1）存在、物理性质、用途硅在自然界只以化合态存在。晶体硅呈灰黑色，有金属光泽，硬而脆，熔点很高（1410℃），是良好的半导体材料。（2）化学性质①相对稳定性：在常温下，硅的化学性质不活泼，不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等发生反应。②弱还原性：在常温下，能与F2、HF和强碱反应。例如：Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑；Si+2F2＝SiF4；Si+4HF＝SiF4↑+2H2↑。在加热时纯硅与某些非金属单质发生反应。如研细的硅能在氧气中燃烧：Si+O2SiO2（3）硅的制备在工业上，用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制得含少量杂质的粗硅：SiO2＋2CSi＋2CO↑，将粗硅提纯后，可以得到半导体材料的高纯硅。2、二氧化硅（1）物理性质：纯净的二氧化硅晶体呈无色，熔点高，硬度大，不溶于水，也不溶于其他一般的溶剂。（2）化学性质：①酸性氧化物的通性：在常温时可以与碱溶液缓慢反应生成盐和水：SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O；②在高温下可与碱性氧化物反应：SiO2＋CaOCaSiO②二氧化硅在常温下与氢氟酸反应：SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O③弱氧化性：如在高温时，二氧化硅中的硅可以被碳置换出来。（3）用途：二氧化硅可用于石英表、石英玻璃、建筑材料、电子部件、光学仪器、工艺品和眼镜片、精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品、光导纤维等。3、光导纤维：光导纤维，简称“光纤”，就是一种能利用光的全反射作用来传导光线的透明度极高的玻璃细丝。光导纤维是用石英玻璃制造的，具有信息容量大，抗干扰性能好，通信损耗低等优点。4、玻璃原料：生产普通玻璃的主要原料是纯碱（Na2CO3），石灰石（CaCO3）和石英（SiO2）。反应原理：将粉碎混匀的原料加强热使之熔化，发生复杂的物理化学变化，冷却即成玻璃。其中主要化学反应是：CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑；Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑5、水泥（1）普通水泥的主要成分为硅酸三钙（3CaO·SiO2），硅酸二钙（2CaO·SiO2）和铝酸三钙（3CaO·Al2O3）等。（2）水泥的特点是水泥具有水硬性，与水搀和搅拌并静置后，很容易凝固变硬。（3）混凝土是指水泥、沙子和碎石的混合物，混凝土常用钢筋作结构，这就是通常所说的钢筋混凝土。6、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。二、无机金属材料1、铝（1）物理性质：硬度较小，银白色、质轻，有很好的延展性和导电性。（2）化学性质①与氧气反应：常温下，铝被空气中的氧气氧化，表面生成一层致密的氧化物薄膜，失去金属光泽。点燃时，金属铝可以在氧气中燃烧：4Al＋3O22Al2O3②与氯气、硫等非金属反应：2Al＋3Cl22AlCl3；4Al＋3S2Al2S3③与非氧化酸反应，有氢气生成：2Al＋6H＋＝2Al3＋＋3H2↑。④与氧化酸反应，无氢气生成：Al＋4HNO3(稀)＝Al(NO3)3＋NO↑＋2H2O（注意：Al遇冷的浓硫酸、浓硝酸会钝化，但加热可反应。）⑤与碱反应：2Al＋2NaOH＋6H2O＝2Na[Al(OH)4]＋3H2↑⑥与金属氧化物的反应（铝热反应）：2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O32、金、银、铜（1）物理性质：它们都具有金属的通性，但颜色不同。（2）化学性质：金、银、铜都属于不活泼金属，相对而言，其活泼程度依次增强。金是最稳定的金属之一，在高温下也不能与氧气反应，不能被硝酸等强氧化性酸氧化。但金能溶解在王水中。银虽然不能与盐酸、稀硫酸反应，但却能溶解在硝酸等强氧化性酸中。相对而言，铜最活泼，如：①在加热或点燃条件下可与氧气、氯气、硫等非金属反应；②可与浓硫酸、硝酸等强氧化性酸反应；③可与盐溶液反应：Cu＋2FeCl3＝CuCl2＋2FeCl2④在空气中可锈蚀：2Cu＋O2＋H2O＋CO2＝Cu2(OH)2CO3（3）用途：它们广泛的应用于首饰、电子工业、有机合成、能源开发、材料制造、建筑用水管等。3、其它金属材料：如钛、铀、镅等。4、合金（1）合金：合金是指两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。一般来说，合金的性能优于纯金属，合金的熔点比它的各成分金属熔点都低，硬度比它的各成分金属大。但合金的性质并不是各成分金属性质的总和。（2）常见的合金①金属铝中加入其他元素如铜、镁、硅、锌、锂等，即形成各种性能优良的铝合金。铝合金具有密度小、强度高、塑性好、易于成形、制造工艺简单、成本低廉等特点，并且表面易形成致密的氧化物保护膜而具有一定的抗腐蚀能力。铝合金主要用于建筑业、容器和包装业、交通运输及电子行业。②钢铁a生铁：含碳量2％－4.3%，硬度大，但较脆且不易机械加工。b普通钢：含碳量0.03%－2%，增加了铁锰等元素，改善了铁的性能，但易锈蚀。c不锈钢：在普通钢基础上，加入铬镍等元素，含铬在一般在12％以上，在空气中能保持金属光泽，且有不生锈的特性。5、几种重要的化合物（1）氧化铝①物理性质：白色固体，不溶于水，熔点高。②化学性质：氧化铝具有不同于一般氧化物的性质，既与强酸反应也与强碱反应，属于两性氧化物。Al2O3＋6HCl＝2AlCl3＋3H2O；Al2O3＋2NaOH＋3H2O＝2Na[Al(OH)4]（2）氢氧化铝①物理性质和用途：Al(OH)3是几乎不溶于水的白色胶状固体，具有吸附性。可作净水剂和色素吸附剂。②化学性质：与Al2O3一样，既与酸反应又与碱反应，具有两性，属于两性氢氧化物。①与酸反应：Al(OH)3＋3HCl＝AlCl3＋3H2O（Al(OH)3＋3H+＝Al3+＋3H2O）②与碱反应：Al(OH)3＋NaOH＝Na[Al(OH)4]（Al(OH)3＋OH－＝[Al(OH)4]－）另外，Al(OH)3还具有难溶性氢氧化物的通性，即受热易分解：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O③Al(OH)3的制取：即可用铝盐与可溶性弱碱氨水反应，又可用向四羟基合铝酸盐溶液中通入CO2的方法制取Al(OH)3：Al3+＋3NH3·H2O＝Al(OH)3↓＋3NH4+；2[Al(OH)4]－＋CO2＝2Al(OH)3↓＋CO32－＋H2O。说明：一般不用强酸，因为强酸的量控制不当会使制得的Al(OH)3溶解：[Al(OH)4]－＋H+＝Al(OH)3↓＋H2O；Al(OH)3＋3H+＝Al3+＋3H2O（3）氧化铜①氧化铜有金属氧化物的性质：CuO＋2HCl＝CuCl2＋H2O②氧化铜具有弱氧化性，可与某些还原剂反应。③氧化铜在高温下可发生分解反应：4CuO2Cu2O＋O2↑三、复合材料1、定义：将两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而成的材料称为复合材料。2、组成：复合材料由两部分组成，一部分称为基体，在复合材料中起黏结作用；另一部分称为增强体，在复合材料中起骨架作用。3、分类：按基体分类，可分为树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。按增强体分，可分为颗粒增强复合材料、夹层增强复合材料和纤维增强复合材料。4、优点：材料复合后，既保持了原有材料的特点，又使各组分之间协同作用，形成了优于原材料的特性。又可以充分利用能源、节约能源。5、常见的复合材料：如玻璃钢、碳纤维增强复合材料、航空、航天领域中的复合材料等。▲本章专题探究两步反应到现在为止，必修1的内容已经结束，从整个高中化学来看，无机元素化合物的知识已经基本完成。在这期间，我们学习了大量的化学反应。其中，有部分反应与“量”有关，即加入少量的试剂与加入过量的试剂时得到的产物不同。如在四羟基合铝酸钠溶液中加入少量的盐酸，可生成氢氧化铝沉淀，但如果加入过量的盐酸，则生成铝离子：[Al(OH)4]－＋H+＝Al(OH)3↓＋H2O；Al(OH)3＋3H+＝Al3+＋3H2O。由于反应分两步进行，因此，该类反应被称为“两步反应”。由于这类反应特别能体现同学们对知识的理解情况，以及对考试大纲的“分类讨论”的思想。所以，以这类化学反应为基础的多种题型，如无试剂鉴别问题、离子方程式判断正误问题、离子共存问题、讨论型计算题等。［例题］在50mLbmol·L－1AlCl3溶液中加入50mLamol·L－1的NaOH溶液。试问：（1）当a≤3b时生成Al(OH)3沉淀的物质的量是_______________．（2）当a、b满足什么条件时，无沉淀生成？（3）当a、b满足什么条件时，先有沉淀生成后沉淀部分溶解？研析：AlCl3与NaOH间存在下列两种反应：①AlCl3＋3NaOH＝Al(OH)3↓＋3NaCl②AlCl3＋4NaOH＝Na[Al(OH)4]＋3NaCl（1）a≤3b时，只发生反应①，NaOH不足或恰好完全反应。n［Al(OH)3］＝1/3n(NaOH)＝1/3×0.050L×amol·L－1＝a（2）当只有②反应发生时，无沉淀生成，此时AlCl3不足或恰好完全反应。n(NaOH)≥4n(AlCl3)50mL×amol·L－1≥4×50mL×bmol·L－1a≥4b（3）当①②两反应都发生时，先有沉淀生成，后沉淀部分溶解。此时，a、b关系介于以上两种情况之间。即：3b<a<4b答案：（1）amol（2）a≥4b（3）3b<a<4b现在，我们已经学过的常见的两步反应有：①SO2＋NaOH＝NaHSO3；SO2＋2NaOH＝Na2SO3＋H2O②CO2＋NaOH＝NaHCO3；CO2＋2NaOH＝Na2CO3＋H2O③H2S＋NaOH＝NaHS；H2S＋2NaOH＝Na2S＋H2O④2H2S＋O22S＋2H2O；2H2S＋3O22SO2＋2H2O⑤C＋O2CO2；2C＋O22CO⑥FeO＋CFe＋CO↑；2FeO＋C2Fe＋CO2↑⑦CuO＋CCu＋CO↑；2CuO＋C2Cu＋CO2↑⑧2[Al(OH)4]－＋CO2＝2Al(OH)3↓＋CO32－＋H2O；[Al(OH)4]－＋CO2＝Al(OH)3↓＋HCO3－⑨AlCl3＋3NaOH＝Al(OH)3↓＋3NaCl；AlCl3＋4NaOH＝NaAlO2＋3NaCl＋2H2O⑩[Al(OH)4]－＋H+＝Al(OH)3↓＋H2O；[Al(OH)4]－＋4H+＝Al3+＋4H2O综合能力探究演练（时间60分钟，满分100分）一、选择题（45分）1．金属中导电性能最强的是A．铜B．银C．铝D．铁1．研析：金属的导电性由强到弱依次为银、铜、铝、铁。答案：B。2．铝热剂中铝的作用是A．催化剂B．氧化剂C．还原剂D．填充剂2．研析：铝是一种金属，在反应中化合价升高，作为还原剂来参加反应，铝是常见的还原剂。答案：C。3．下列物质中，不属于合金的是A．黄铜B．水银C．钢铁D．硬铝3．研析：水银就是汞单质，而合金中含有几种元素，如钢铁是铁的碳合金。答案：B。4．下列物质中，属于新型无机非金属材料的是A．钢化玻璃B．碳化硼玻璃C．光导纤维D．硼酸盐玻璃4．研析：新型无机高分子材料的品种较多：如高温结构陶瓷和光导纤维等，其中如氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硼陶瓷等属于高温结构陶瓷。答案：B、C。5．过量的泥沙、纯碱、生石灰熔化后生成：①水泥②玻璃③瓷器④混凝土⑤一种硅酸盐产品A．①和④B．②和⑤C．③D．②5．研析：水泥的主要成分是2CaO·SiO2、3CaO·SiO2和3CaO·Al2O3，其生产原料为粘土、石灰石。陶瓷属于硅酸盐产品，其主要原料是粘土。混凝土是水泥、碎石和砂子的混合物。泥沙的主要成分是SiO2，与纯碱（Na2CO3）、生石灰（CaO）熔化后发生如下反应：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑；SiO2＋CaOCaSiO3而Na2SiO3、CaSiO3与SiO2的熔合物即玻璃，且玻璃是一种硅酸盐产品。答案：B。6．镁、铝、铜三种金属粉末混合物，加入过量盐酸充分反应，过滤后向滤液中加入过量烧碱溶液，再过滤，滤液中存在的离子有 A．[Al(OH)4]－B．Cu2+C．Al3+D．Mg2+6．研析：审题是关键,此题问的经过一系列反应后，滤液中存在的离子，对本题反应过程应有清楚的分析：混合物中加入过量盐酸充分反应后，滤液中含有Mg2+、Al3+、H+；铜不溶解。在滤液中加入过量烧碱溶液后，滤液中含[Al(OH)4]－，沉淀为氢氧化镁。答案：A。7．某溶液中有Cu2+、NH4+、Fe2+和Al3+四种离子，若向其中加入过量的氢氧化钠溶液，微热并搅拌，再加入过量盐酸，溶液中大量减少的阳离子是A．Cu2+B．NH4+C．Fe2+D．Al3+7．研析：溶液中加入过量的氢氧化钠溶液后，四种离子分别转化为氢氧化铜沉淀、一水合氨、氢氧化亚铁沉淀、四羟基合铝酸钠。微热并搅拌后，氢氧化铜沉淀、四羟基合铝酸钠无变化，而一水合氨部分分解并挥发出氨气，氢氧化亚铁沉淀转化为氢氧化铁沉淀。再加入过量盐酸后，NH4+、Fe2+大量减少。答案：B、C。8．下列反应的离子方程式正确的是A．石英与烧碱溶液共热：SiO2＋2OH－SiO32－＋H2OB．在氯化铝溶液中滴加过量的氨水：Al3＋＋4OH－＝[Al(OH)4]－C．在氢氧化钠溶液中通入过量的CO2：2OH－＋CO2＝CO32－＋H2OD．在稀盐酸中滴加过量的硅酸钠溶液：SiO32－＋2H＋＋H2O＝H4SiO4↓8．研析：A体现出SiO2酸性氧化物的性质，D为强酸制弱酸，二者都是正确的。B项有两个错误：氨水是弱碱，不能拆开写；因为氢氧化铝不溶于氨水，因此，无论氨水过量与否，都生成氢氧化铝，不能生成[Al(OH)4]－。C项应该生成碳酸氢根离子，而不是CO32－。答案：A、D。9．常温下，下列不发生反应的一组物质是①硅与NaOH溶液②硅与盐酸③硅与氢氟酸④二氧化硅与碳酸钠⑤二氧化硅NaOH溶液⑥二氧化硅与浓硝酸A．①②④B．③④⑥C．②⑤⑥D．②④⑥9．研析：硅的化学性质稳定，常温下除了与氟气、氢氟酸、和强碱外，它不易与其他物质如氢气、氧气、氯气等反应。答案：D。10．有一根粗铝条含铁和硅两种杂质。取等质量的样品分别投入足量的稀盐酸和足量的稀氢氧化钠溶液中，放出等量的H2，则该粗铝中铁和硅的关系正确的是①物质的量之比为2∶1②物质的量之比为3∶1③质量之比为2∶1④质量之比为4∶1A．②④B．②③C．①④D．只有④10．研析：铝与稀盐酸和稀氢氧化钠溶液都反应并放出等量的氢气，由此不难推出，硅与稀氢氧化钠溶液反应放出的氢气与铁与稀盐酸反应放出的氢气相等。根据关系式Si——2H2；Fe——H2得：铁和硅的物质的量之比为2∶1，质量之比为4∶1。答案：C。11．高岭土的组成可表示为Al2Si2Ox(OH)y，其中x、y的数值分别是A．7，2B．5，4C．6，311．研析：根据总的化合价为零，有：2×（＋3）＋2×（＋4）＋x×（－2）＋y×（－1）＝0，化简得：2x＋y＝14，将选项代入求解，只有B选项适合。答案：B。12．飞机，火箭的机翼和机身以及导弹的壳体，尾翼中的复合材料是A．金属基复合材料B．树脂基复合材料C．绝缘基复合材料D．智能复合材料12．研析：飞机、火箭的机翼和机身以及导弹的壳体、尾翼中的复合材料大多以纤维为增强体、金属为基体的复合材料。作为增强体的纤维是碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维等耐热性好的纤维，作为基体的金属用得较多的是铝、镁、钛等密度小的轻金属。这类材料的特点是耐高温、强度高、导电性和导热性好，不吸湿，不易老化。答案：A。13．下列复合材料对应的性能正确的是序号复合材料可能的性能A金属；C强度高，抗冲击，绝缘性好，耐热温度低于300B陶瓷；SiO2耐1600℃C合成树脂；SiO2、Al2O3、MgO耐酸碱，化学稳定性好，强度高，密度小，韧性好D合成树脂；C耐高温，强度高，导电性好，导热性好13．研析：金属与C的复合材料具有耐高温，强度高，导电性好，导热性好的特点；陶瓷与SiO2的复合材料具有耐1600℃以上高温，强度高，密度小的特点；合成树脂与SiO2、Al2O3、MgO的复合材料具有强度高，抗冲击，绝缘性好，耐热温度低于300℃的特点；合成树脂与答案：B。14．工业上，常用Mg还原法制取金属Ti，反应原理如下：2Mg＋TiCl42MgCl2＋Ti。下列说法正确的是：①该反应属于置换反应；②该反应属于氧化还原反应；③该反应表明Mg比Ti活泼；④Ti被誉为“21世纪的金属”，在航天工业上有广泛用途。A．只有①②B．只有③④C．只有①②③D．全部14．研析：在置换反应中通常为活泼的金属在一定条件下能将不活泼的金属置换出来，在氧化还原反应中的规律为还原剂的还原性强于还原产物，因此，①②③都是正确的。至于④则属于常识性问题：金属Ti的机械强度高、密度小、抗蚀力强，被誉为“21世纪的金属”，④也是正确的。答案：D。15．将物质X逐渐加入Y溶液中，生成沉淀的物质的量n2与所加X的物质的量n1的关系如图4—1所示．符合图所示情况的是

ABCDXNaOHAlCl3HClNa[Al(OH)4]YAlCl3NaOHNa[Al(OH)4]HCl15．研析：A随着NaOH溶液的加入先后发生以下两个反应：Al3＋＋3OH－＝Al(OH)3↓(沉淀物质的量由0增至最大值)；Al(OH)3＋OH－＝[Al(OH)4]－（沉淀物质的量由最大值降为0）。两个反应中消耗的NaOH物质的量之比为3∶1，与题图不符。B随着AlCl3溶液的加入先后发生以下两个反应：Al3＋＋4OH－＝[Al(OH)4]－（不产生沉淀）；Al3＋＋3[Al(OH)4]－＝4Al(OH)3↓（沉淀物质的量由0增至最大值）。两个反应中消耗AlCl3物质的量之比为3∶1，与题图也不符。C随着盐酸的加入先后发生以下两个反应：H＋＋[Al(OH)4]－＝Al(OH)3↓＋H2O（沉淀物质的量由0增至最大值）；3H＋＋Al(OH)3＝Al3＋＋3H2O(沉淀物质的量由最大值降为0)．两个反应中消耗盐酸物质的量之比为1∶3，符合题图。D随着Na[Al(OH)4]溶液的加入先发生以下反应：[Al(OH)4]－＋4H＋＝Al3＋＋4H2O（不产生沉淀）；待盐酸耗尽发生Al3＋＋3[Al(OH)4]－＝4Al(OH)3↓的反应（沉淀物质的量由0增至最大值）。两个反应消耗Na[Al(OH)4]物质的量之比为1∶3，与题图也不符。答案：C。二、非选择题（55分）16．（10分）（1）有下列A～F六种试剂，它们的性质不同，选用的试剂瓶也不相同，请指出它们分别选用什么样的试剂瓶。A．二氧化硅B．硝酸银晶体C．氯水D．氢氟酸E．浓H2SO4F．（2）下列反应中，SiO2表现什么化学性质？①SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O；②SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑③SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑；④SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O16．研析：（1）一般，选择试剂瓶的原则为：固体放在广口瓶中，液体放在细口瓶中，见光易分解或变质的放在棕色瓶中，碱性溶液放在橡皮塞试剂瓶中，强氧化性物质放在玻璃塞试剂瓶中，氢氟酸由于与玻璃中的SiO2反应而不能放在玻璃瓶中。（2）SiO2是一种高熔点、沸点的酸性氧化物、除具有酸性氧化物的通性、弱氧化性外，还具有一些特性。答案：（1）A．广口瓶B．棕色广口瓶C．棕色磨砂玻璃塞细口瓶D．细口塑料瓶E．磨砂玻璃塞细口瓶F．橡皮塞细口瓶（2）①酸性氧化物的通性；②将挥发性酸酐从其盐酸中代换出来；③弱氧化性；④作为玻璃的成分被分解而使玻璃能雕刻。17．（8分）某无色透明溶液跟金属铝反应放出H2。试判断下列离子：Mg2＋、Cu2＋、Ba2＋、H＋、Ag＋、SO42－、SO32－、HCO3－、OH－、NO3－，在下列两种情况下何者能存在于溶液中。（1）当生成Al3＋时，可能大量存在。（2）当生成[Al(OH)4]－时，可能存在。17．研析：因溶液无色首先排除Cu2＋的存在。与Al反应放出H2的溶液，可能是强酸性溶液，也可能是强碱性溶液。Al与强酸或碱溶液反应的化学方程式为：2Al＋6H＋＝2Al3＋＋3H2↑；2Al＋2OH－＋6H2O＝[Al(OH)4]－＋3H2↑（1）生成Al3＋时，溶液为强酸性溶液，溶液中存在大量H＋，则弱酸根(SO32－、HCO3－)和OH－不能共存，NO3－也不存在，否则Al与稀HNO3反应不产生H2；这样，阴离子只剩SO42－，SO42－一定存在；溶液中有SO42－，则Ba2＋和Ag＋不能大量存在；Mg2＋可能大量存在．（2）当生成[Al(OH)4]－时，溶液为强碱溶液，一定存在大量OH－，有OH－则无Mg2＋、H＋、Ag＋和HCO3－；这样，阳离子只剩Ba2＋，有Ba2＋则无SO32－、SO42－,NO3－可能存在。答案：（1）H＋、Mg2＋、SO42－（2）OH－、Ba2＋、NO3－18．（8分）某科研小组，用含有少量的CaO和Fe2O3的高岭土（主要成分：Al2O3·2SiO2·2H2O）来研制新型净水剂，其实验方案如下：将土样和纯碱混合均匀，加热熔融，冷却后用水浸取熔块，过滤弃去残渣，滤液用盐酸酸化，经过滤，分别得到沉淀和溶液，溶液即是净水剂。（1）土样和纯碱混合均匀，加热熔融时，土样中的主要成分与纯碱反应的化学方程式为：①；②Al2O3＋Na2CO32NaAlO2＋CO2↑。（提示：NaAlO2易溶于水并转化为Na[Al(OH)4]）（2）最后得到的沉淀物是，生成沉淀的离子方程式为。（3）实验室中常备的坩埚有瓷坩埚，氧化铝坩埚和铁坩埚，本实验熔融土样时应选用坩埚。18．研析：这是一道信息给予题，根据题示情境分析：（1）高岭土熔化时，其成分中的SiO2和Al2O3与Na2CO3反应生成Na2SiO3和NaAlO2。（2）熔块加水使Na2SiO3和NaAlO2溶解与其他杂质分离，在过滤后的滤液中加入盐酸则使Na2SiO3、Na[Al(OH)4]分别与过量的盐酸反应，生成H4SiO4沉淀和AlCl3溶液，过滤得滤液即为净水剂。（3）因为瓷坩埚中含有SiO2，氧化铝坩埚主要成分是Al2O3，它们都能与Na2CO3在高温下发生反应，故熔融样品时只能用铁坩埚。答案：（1）SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑（2）H4SiO4；2H＋＋SiO32－＋H2O＝H4SiO4↓（3）铁19．（12分）在半导体工业中，有一道工序叫烧氢。烧氢的工艺流程如下图所示。工作时，是将石英管D出口处氢气点燃。半导体硅片、焊片和金属零件从石英管口送入加热区，在氢气还原气氛中加热使焊片熔化，将单晶硅与金属零件焊接在一起。焊接后再将零件拉至冷却区，冷却后取出。烧氢工艺中的氢气纯度要求极高，工业氢气虽含量达99.9%，但仍含有极微量的水蒸气和氧气，所以点燃氢气前应检验氢气的纯度。试回答下列问题：（1）装置B的作用是；B中发生反应的化学方程式是。（2）装置C中的物质是