《材料組成的優(yōu)化》教案3

材料組成的優(yōu)化教案教學(xué)過程1、改變材料的組成合金【教師提問】什么叫合金？【學(xué)生回答】 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(zhì) 叫合金?！窘處熤v解】形成合金的一般條件是：存在一個溫度T,在該溫度下，其各組分金屬都呈液態(tài)?！窘處熖釂枴亢辖鹂煞譃槟娜N基本類型？舉例說明?！緦W(xué)生回答】相互溶解，形成固溶體。如黃銅 （Cu-Zn合金），外觀像黃金，舊稱 湯黃金：黃銅敲起 來音響很好，可用于制作鑼、錢、鈴、號等樂器。相互起化學(xué)作用，形成金屬化合物。如 Al-Ti合金，它的耐腐蝕性比不銹鋼高 100倍。相互混合，形成機械混合物。如焊錫（Sn-Pb合金）【教師提問】你還能舉出哪些合金？【學(xué)生回答】鋼（Fe-C合金）。是世界上最常見、用量最大的合金。生鐵（Fe-C合金）。生鐵的含碳量比鋼高。青銅（Cu-Sn合金）。我國商代的 司母戊大鼎”就是用青銅鑄造的。鈉鉀合金。在常溫下呈液態(tài)，是原子反應(yīng)堆的導(dǎo)熱劑。鎂合金、鋁合金。強度大，質(zhì)量輕，用于飛機、汽車、輪船等制造業(yè)，也用于現(xiàn)代建筑?！窘處熤v解】合金的硬度一般比組成它的各成分金屬的大，熔點一般比組成它的各成分金屬的低。【教師提問】稀土（周期表IIIB族中的Sc、丫例系元素，共17種）合金中的例-饃合金（LaNi5）屬于何種類型的合金（金屬固溶體、金屬化合物、機械混合物）?它有何應(yīng)用？【學(xué)生回答】例-饃合金（LaNi 5）屬于金屬化合物。其主要應(yīng)用有：作貯氫材料。 LaNi 5+3H24劉卜LaNi 5H6 AH=-31.77kJ m ol-1制造貯氫合金的空調(diào)器。精制氫氣。2、硅酸鹽材料和特種陶瓷【教師提問】下列物質(zhì)： NaOH（aq）；HNC>3（aq）；澳水；Na2s（aq）；KMnO4（a q）；Na2CO3（aq）；氫氟酸；水玻璃；石灰水；汽油。其中不能用玻璃試劑瓶盛放的是 ;盛放時可用玻璃瓶，但不能用玻塞的 是;盛放時可用玻璃瓶，但不能用橡皮塞的是 ?！緦W(xué)生回答】（略）【教師提問】常見的硅酸鹽材料有哪些？【學(xué)生回答】水泥、玻璃、陶瓷等。水泥【教師提問】生產(chǎn)水泥的原料是什么？【學(xué)生回答】石灰石和黏土 （主要成分是高嶺土）?！窘處熖釂枴克嗟闹饕煞质鞘裁?？【學(xué)生回答】硅酸三鈣（3CaOSiO2）、硅酸二鈣（2CaO SiO2）和鋁酸三鈣（3CaO Al 2O3）o【教師提問】水泥具有什么性質(zhì)？【學(xué)生回答】水硬性（與膠體的性質(zhì)有關(guān)）。【教師提問】水泥中為什么要加入石膏？【學(xué)生回答】調(diào)節(jié)水泥的硬化速率。玻璃【教師提問】玻璃態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征是什么？玻璃態(tài)物質(zhì)是混合物還是純凈物？有沒有固定的熔點？【學(xué)生回答】短程有序，遠(yuǎn)程無序；混合物；沒有?！窘處熖釂枴可a(chǎn)玻璃的原料是什么？【學(xué)生回答】純堿、石灰石和石英。【教師提問】普通玻璃的主要成分是什么？【學(xué)生回答】 Na2SiO3 CaSiO3 4SiO2或Na?。CaO 6SiO2【教師提問】玻璃是純凈物還是混合物？是晶體還是非晶體？【學(xué)生回答】混合物。非晶體。【教師提問】普通玻璃一般呈淡綠色，這是為什么？【學(xué)生回答】這是因為原料中混有二價鐵?！窘處熤v解】介紹幾種特種玻璃：鋼化玻璃：把普通玻璃放在電爐里加熱，使軟化，然后急速冷卻，得到鋼化玻璃。用作汽車、火車的窗玻璃等。（鋼化玻璃的成分與普通玻璃有無區(qū)別？）石英玻璃：將石英加熱熔化，然后迅速降溫，使粒子凍結(jié)”于無序狀態(tài)，得到石英玻璃。用作化學(xué)儀器、高壓水銀燈的燈殼等。（石英玻璃是原子晶體嗎？）硼酸鹽玻璃：原料中加入硼砂（Na2B4O7 10H2O）,制得硼酸鹽玻璃。硼酸鹽玻璃的膨脹系數(shù)小，化學(xué)穩(wěn)定性好，用于制化學(xué)儀器。鉛玻璃：原料中加入 PbO,制得鉛玻璃。鉛玻璃折光率強，作光學(xué)玻璃。有色玻璃：原料中加入氧化鉆（CO2O3）得藍(lán)色玻璃，加氧化亞銅（CU2O）得紅色玻璃。陶瓷（陶器、瓷器）【教師提問】制造陶瓷的主要原料是什么？【學(xué)生回答】黏土。【教師提問】精細(xì)陶瓷的化學(xué)組成已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了硅酸鹽的范圍。如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的化學(xué)組成是氮化硅。試寫出氮化硅的化學(xué)式?！緦W(xué)生板演】Si3N4【教師提問】氮化硅陶瓷被稱為像鋼一樣強，像金剛石一樣硬，像鋁一樣輕”的新型陶 瓷。試問氮化硅屬于何種晶體類型？【學(xué)生回答】原子晶體。【教師提問】舉例說明新型陶瓷的兩大類型。【學(xué)生回答】新型陶瓷可分為結(jié)構(gòu)陶瓷（工程陶瓷）和功能陶瓷。如氮化硅（Si3N4）屬于結(jié)構(gòu)陶瓷，氧化鋁、氧化錯生物陶瓷屬于功能陶瓷。【教師提問】合成氮化硅的方法有三種：純硅粉與純氮氣在13000c時直接反應(yīng)；SiO2在N2中用碳還原氮化； SiCl4與NH3反應(yīng)。試寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式?！緦W(xué)生板演】3Si+2N -Si3N4 3SiO2+6C+2N2Si3N4+6COT3SiCl4+4NH 3= Si3N4+12HCl3、提高材料的純度用超純硅制造單晶硅【教師提問】什么叫單晶？【學(xué)生回答】整塊晶體由一顆晶粒組成。粗硅提純采用如下方法：方法一：將粗硅在高溫下跟 C12反應(yīng)生成SiCl4,經(jīng)精儲提純后再用 “還原得到純硅。方法二：將粗硅在2803000c下跟HCl反應(yīng)生成SiHCl3,經(jīng)精儲提純后再在110012000c 下用H2還原得到純硅。試寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。【學(xué)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【教師講解】將高純度的硅熔融拉制成單晶硅，單晶硅是制造芯片的材料。光纖的制造【教師提問】制取光纖的主要原料是什么？【學(xué)生回答】二氧化硅。4、研制納米材料【教師講解】目前，材料的尺寸已由三維塊狀向二維薄膜、一維纖維和準(zhǔn)零維的納米材料尺度的方向發(fā)展?！窘處熖釂枴考{米材料的顆粒尺寸為多少？【學(xué)生回答】1700nm（與膠體微粒的直徑相當(dāng)）【教師提問】納米顆粒無法用機械粉碎法獲得，可通過物理或化學(xué)方法制得。加熱草酸亞鐵后所得的黑色粉末中含有可自燃的納米鐵。試寫出草酸亞鐵加熱后生成納米鐵的化學(xué)方程式。【學(xué)生板演】FeC2O4 生 FeO+COT +2CO2 TFeO+COFe+CO2課堂練習(xí)1、（多選）一些金屬的熔點和沸點數(shù)據(jù)如下表:金屬熔沸點FeCuZnAgAuW熔點15351083419.5960.810633380沸點30002595907221227075627上表中金屬難與表中其它金屬形成二元合金的是：A、ZnB、FeC、WD、Ag【答案】A、C2、用氧化物的形式表示下列硅酸鹽的組成：鎂橄欖石 Mg2SiO4鈉長石 NaAlSi 3。8高嶺土（瓷土）Al 2（Si2O5）（OH） 4綠 柱石 Be3Al2Si6O183、寫出生產(chǎn)玻璃的有關(guān)反應(yīng)方程式?！敬鸢浮縉a2CO3+SiO2 JO! Na2SiO3+CO2 TCaCO3+SiO2 砸CaSiO3+CO2 T4、已知周期表中，元素Q、R、W、Y與元素X相鄰。Y的最高價氧化物的水化物是強酸。 回答下列問題：W與Q可以形成一種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料。W的氯化物分子呈正四面體結(jié)構(gòu)，W的氧化物的晶體類型是；Q的具有相同化合價且可以相互轉(zhuǎn)變的氧化物是;R和Y形成的二元化合物中，R呈現(xiàn)最高化合價的化合物的化學(xué)式是 ;這5種元素的氫化物分子中，立體結(jié)構(gòu)類型相同的氫化物的沸點從高到低排列次序 是（填化學(xué)式），其原因是；電子總數(shù)相同的氫化物的化學(xué)式和立體結(jié)構(gòu)分別是;W和Q所形成的結(jié)構(gòu)陶瓷材料的一種合成方法如下：W的氯化物與Q的氫化物加熱反應(yīng)，生成化合物 W(QH2)4和HCl氣體；W(QH2)4在高溫下分解生成 Q的氫化物和該陶瓷材料。 上述相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式 (各物質(zhì)用化學(xué)式表示)是：。5、隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了許多新型無機材料，如可植入生物體內(nèi)的生物陶 瓷HAPCam(PO4)n(OH)2,已被醫(yī)療上用于修補人體的骨骼和牙組織。HAP的化學(xué)式中m為:A、3n 223nNC、2n-23D、n+16、寫出制取粗硅的化學(xué)反應(yīng)式?！敬鸢浮縎iO2+2C型.Si+2CO T生成純度很高的二氧化硅，然后熔化拉制,7、工業(yè)上用氧氣和四氯化硅在高溫下反應(yīng), 得到光纖。試寫出制取二氧化硅的反應(yīng)方程式?！敬鸢浮縎iCK+O2SiO2+2Cl 2課后作業(yè)1、教科書 /P.79/3.2、超細(xì)氧化鋁是一種重要的功能陶瓷原料。實驗室常以NH4Al(SO4)2和NH4HCO3為原料，在一定條件下先反應(yīng)生成沉淀NH4AIO(OH)HCO 3,該沉淀高溫分解即得超細(xì) Al 2O3 0 NH 4AlO(OH)HCO 3熱分解的化學(xué)反應(yīng)方程式為NH4Al(SO4/12H2O的相對分子質(zhì)量為453。欲配制100mLPH為2、濃度約為0.1mol L1的NH4Al(SO4)2溶液，配制過程為：用托盤天平稱量 NH 4Al(SO 4)2 12H 2O固體 g ；將上述固體置于燒杯中，。在0.1mol L-1NH4Al(SO4)2溶液中，鋁各形態(tài)的濃度 (以Al3+計)的對數(shù)(lgc)隨溶液pH變化的關(guān)系見右圖：用NaOH溶液調(diào)節(jié)中溶液pH至7,該過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式有：；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請在下圖中，畫出0.01molLNH4Al(SO4)2溶液中鋁各形態(tài)的濃度的對數(shù)lgc隨溶液pH變化的關(guān)系圖，并進(jìn)行必要的標(biāo)&-1注。 %3、單晶硅是信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎(chǔ)材料。通常用碳在高：溫下還原二氧化硅制得粗硅 (含鐵、鋁、硼、磷等雜質(zhì) ),粗硅 與氯氣反應(yīng)生成四氯化硅(反應(yīng)溫度450500C),四氯化硅經(jīng)提 純后用氫氣還原可得高純硅。以下是實驗室制備四氯化硅的裝置示意圖。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相關(guān)信息如下:接氣理 浮尾處裝a、四氯化硅遇水極易水解;b、硼、鋁、鐵、磷在高溫下均能與氯氣直接反應(yīng)生成相應(yīng)的氯化物;c、有關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)見下表：物質(zhì)SiCl4BCl3AlCl 3FeCl3PCl3沸點/oC57.712.8-315-熔點/oC-70.0-107.2-升華溫度/oC-180300162請回答下列問題:寫出裝置A中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：裝置A中g(shù)管的作用是 ；裝置C中的試劑是 ；裝置E中的h瓶需要冷卻的理 由是。裝置E中h瓶收集到的粗產(chǎn)物可通過精儲（類似多次蒸儲）得到高純度四氯化硅，精儲后 的殘留物中，除鐵元素外可能還含有的雜質(zhì)元素是（填元素符號）。為了分析殘留物中鐵元素的含量，先將殘留物預(yù)處理，使鐵元素還原成Fe2+,再用KMnO 4標(biāo)準(zhǔn)溶液在酸性條件下進(jìn)行氧化還原滴定，反應(yīng)的離子方程式是：5Fe2+MnO 4-+8H+5Fe3+Mn 2+4H2。滴定前是否要滴加指示劑？（填 是"或 否”）請說明理由 。某同學(xué)稱取5.000g殘留物，經(jīng)預(yù)處理后在容瓶中配制成100mL溶液，移取25.00mL試樣溶液，用1.000 M0-2mol L-1KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。達(dá)到滴定終點時，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL,則殘留物中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是_。