化學(xué)與材料的發(fā)展

第三章化學(xué)與材料的發(fā)展材料是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)沒有半導(dǎo)體材料，就沒有目前的計(jì)算機(jī)技術(shù)；沒有耐高溫、高強(qiáng)度的特殊結(jié)構(gòu)材料，就沒有今天的宇航技術(shù)；沒有光導(dǎo)纖維，就沒有現(xiàn)代的光纜通訊；沒有有機(jī)高分子材料，就沒有人類生活的豐富多彩；材料是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)；化學(xué)是材料科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。材料金屬材料非金屬材料復(fù)合材料無機(jī)非金屬材料有機(jī)非金屬材料傳統(tǒng)材料新型材料天然材料合成材料材料的分類：二、玻璃一、陶瓷三、水泥

以含硅物質(zhì)為原料經(jīng)加熱制成硅酸鹽材料的制造工業(yè)叫硅酸鹽工業(yè)。思考：硅酸鹽的表示方法1、鹽的形式：2、氧化物的形式：Na2SiO3

:Na2O·SiO2高嶺土Al2(Si2O5)(OH)4

:

Al2O3·2SiO2·2H2O1、下列說法正確的是（）A、SiO2是酸性氧化物，它不溶于水也不溶于任何酸B、SiO2分子是由一個硅原子和兩個氧原子構(gòu)成C、因高溫時(shí)SiO2與Na2CO3反應(yīng)放出CO2，所以H2SiO3酸性比H2CO3強(qiáng)D、CO2通入水玻璃中可得硅酸E、SiO2在常溫下與NaOH溶液不反應(yīng)，可以用帶玻璃塞的試劑裝NaOH溶液練習(xí)：D課本P48硅氧四面體結(jié)構(gòu)二氧化硅（SiO2）天然的二氧化硅也叫硅石。砂、石英、水晶的主要成分都是SiO2堅(jiān)硬難熔的固體，不溶于水。常溫下，二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，不與水、酸（HF除外）反應(yīng)，能與堿性氧化物或強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽。1.物理性質(zhì)：2.化學(xué)性質(zhì)：1、與氫氟酸反應(yīng)：2、與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O3、與堿性氧化物反應(yīng)：SiO2+CaO====CaSiO3高溫4、與碳反應(yīng)：SiO2+2C==Si+2CO高溫SiO2+4HF==SiF4+2H2O陶瓷一、陶瓷原料粘土生產(chǎn)過程粘土混合成型干燥燒結(jié)成品冷卻性質(zhì)抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型用途藝術(shù)品、餐具、化學(xué)儀器等純堿、石灰石、石英反應(yīng)原理Na2SiO3、CaSiO3、SiO2熔合在一起而形的玻璃態(tài)物質(zhì)（或者Na2O·CaO·6SiO2）Na2CO3+SiO2====Na2SiO3+CO2↑高溫CaCO3+SiO2====CaSiO3+CO2↑高溫普通玻璃的成分設(shè)備玻璃的性質(zhì)物性：硬而脆，沒有固定熔點(diǎn)化性：性質(zhì)穩(wěn)定，但易被氫氟酸和強(qiáng)堿腐蝕二、玻璃主要生產(chǎn)原料玻璃窯幾種常見玻璃簡介普通玻璃因混有二價(jià)鐵的化合物顯淺綠色藍(lán)玻璃紅玻璃化學(xué)儀器玻璃光學(xué)儀器玻璃加入PbO鋼化玻璃光導(dǎo)纖維加入Co2O3加入Cu2O提高SiO2的含量或加入B2O3加熱到軟化溫度時(shí)急速冷卻變色玻璃加入AgBr和微量CuO石英玻璃纖維（高純度的SiO2）鋼化玻璃石英玻璃三、水泥性能水泥具有水硬性原料石灰石、粘土生產(chǎn)過程普通水泥的成分硅酸三鈣3CaO.SiO2硅酸二鈣2CaO.SiO2鋁酸三鈣3CaO.Al2O3原料研磨混合

煅燒(回轉(zhuǎn)窯)成品加入石膏2、熔融燒堿應(yīng)選用的儀器是：（）

A、石英坩堝B、普通玻璃坩堝

C、生鐵坩堝D、陶瓷坩堝練習(xí)：C課本 P50實(shí)驗(yàn)3-1溶液變紅。粉末中硅酸鈉溶于水，溶液呈堿性。硅酸鈉堿性比碳酸鈉強(qiáng)。新型無機(jī)非金屬材料碳化硅俗名：結(jié)構(gòu)：性質(zhì)：金剛砂類似金剛石硬度大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定新型陶瓷—氮化硅（高溫結(jié)構(gòu)陶瓷）性能用途耐高溫、抗氧化、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等制造發(fā)動機(jī)制造航天飛機(jī)的防護(hù)片高溫結(jié)構(gòu)陶瓷氧化鋁陶瓷氮化硅陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷硅（Si）硅有晶體硅和無定形硅兩種同素異形體①灰黑色，有金屬光澤，硬而脆的固體②熔、沸點(diǎn)高、硬度大③晶體硅是良好的半導(dǎo)體常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，除氫氟酸、氟氣、強(qiáng)堿外不跟其他物質(zhì)如：氧氣、氯氣、硫酸、硝酸等起反應(yīng)，但在加熱情況下，硅也能跟一些非金屬反應(yīng)。1.物理性質(zhì)：2.化學(xué)性質(zhì)：3.存在在自然界中，無游離態(tài)的硅（親氧元素）。硅以化合態(tài)存在于自然界，在地殼中含量居第二位。4.用途集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體材料，還可以制成太陽能電池、硅的合金可用來制造變壓器鐵芯等。集成電路晶體管5、工業(yè)上制備硅：SiO2

粗硅SiCl4Si+C+Cl2

精餾+H2高溫高溫高溫SiO2+2C====2CO+Si(含雜質(zhì)的粗硅)Si+3HCl2====H2+SiHCl3生成的SiHCl3經(jīng)精餾、除硼、砷等，再用H2還原SiHCl3+H2====3HCl+Si(純度高的多晶硅)高溫高溫高溫足球烯C60是一種由60個碳原子構(gòu)成的分子(物質(zhì)一般不由原子構(gòu)成)，形似足球，又名足球烯。C60是單純由碳原子結(jié)合形成的穩(wěn)定分子，它具有60個頂點(diǎn)和32個面，其中12個為正五邊形，20個為正六邊形。其相對分子質(zhì)量約為720。思考：C60與金剛石、石墨有什么關(guān)系？同素異形體化學(xué)氣相沉積法它是把一種或幾種含有構(gòu)成薄膜元素的化合物、單質(zhì)氣體通入放置有基材的反應(yīng)室，反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，進(jìn)而制得固體材料的工藝技術(shù)。它本質(zhì)上屬于原子范疇的氣態(tài)傳質(zhì)過程。是近幾十年發(fā)展起來的制備無機(jī)材料的新技術(shù)?；瘜W(xué)氣相淀積法已經(jīng)廣泛用于提純物質(zhì)、研制新晶體、淀積各種單晶、多晶或玻璃態(tài)無機(jī)薄膜材料。金屬材料思考：金屬有哪些特性？導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性。金屬礦物的開發(fā)利用自然界中的金屬大都以化合態(tài)存在用化學(xué)的方法把化合態(tài)的金屬變成游離態(tài)要考慮的問題礦石的富集合適的冶煉方法如何精煉冶煉方法的選擇簡單，實(shí)用，節(jié)省的原則1、熱分解法

有些不活潑金屬僅用熱分解法就能制得。

在金屬活動性順序表中，位于氫后面的某些金屬的氧化物受熱就能分解。2HgO==2Hg+O2↑2Ag2O==4Ag+O2↑2．熱還原法多數(shù)金屬的冶煉過程屬于熱還原法。常用的還原劑有焦炭、一氧化碳、氫氣和活潑金屬等。高溫高溫Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2WO3+3H2==W+3H2O鋁熱反應(yīng)反應(yīng)現(xiàn)象：劇烈反應(yīng)，發(fā)出強(qiáng)光，紙漏斗被燒穿，沙子上落有黑色鐵珠。鎂條的作用：鎂條燃燒提供熱量，并促使KClO3發(fā)生分解。氯酸鉀的作用：KClO3分解放出O2，鎂條劇烈燃燒，單位時(shí)間內(nèi)放出更多的熱量，以引發(fā)Al與Fe2O3的反應(yīng)Fe2O3+2Al===2Fe+Al2O3高溫?zé)掕F2、主要原料：鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣。1、原理：高溫下用還原劑（主要是一氧化碳）從鐵礦石中把鐵還原出來。

3、主要設(shè)備：高爐4、廢氣：高爐煤氣

廢渣：硅酸鈣煉鋼1、原理：高溫下用氧化劑（主要是氧氣）從鐵水中把雜質(zhì)氧化除去，再添加其他合金作為脫氧劑。

2、主要設(shè)備：氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐MgCl2(熔融)===Mg+Cl2↑2Al2O3(熔融)====4Al+3O2↑2NaCl(熔融)====2Na+Cl2↑3．電解法在金屬活動性順序中，鉀、鈉、鈣、鋁等幾種金屬的還原性很強(qiáng)，這些金屬都很容易失去電子，因此不能用一般的方法和還原劑使其從化合物中還原出來，而只能用通電分解其熔融鹽或氧化物的方法來冶煉。電解電解冰晶石電解鋁的冶煉鋁土礦的成分：主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3雜質(zhì)銨明礬晶體[NH4Al(SO4)2·12H2O認(rèn)識合金1、合金的概念合金是由兩種或兩種以上的金屬（或金屬與非金屬）熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。2、合金的性能：(1)硬度較大(2)熔點(diǎn)一般比各成分金屬低(3)合金的性能可以通過所添加的元素的種類、含量和生成合金的條件等來加以控制。

思考：為什么我們使用的金屬材料主要是合金，而不是純金屬？

合金與金屬相比，除具有金屬的特性外，還具有許多比各成分金屬更優(yōu)良的物理、化學(xué)或機(jī)械的性能。如：硬度大、熔點(diǎn)低、密度小、耐磨、耐腐蝕等。思考：1、為什么合金的性能與純金屬有很大的差異呢？金屬與合金的結(jié)構(gòu)比較：改變了金屬原子有規(guī)則的層狀結(jié)構(gòu)思考：2、為什么多數(shù)合金的熔點(diǎn)一般比各成分金屬的低？

在純金屬內(nèi)，所有的原子大小相同，排列十分規(guī)整。而合金內(nèi)原子的大小不一，排列沒有純金屬那樣整齊，使得原子之間的相互作用力減小。所以，多數(shù)合金的熔點(diǎn)一般比各成分金屬的低。

金屬的腐蝕及防止一、金屬的腐蝕

指金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的過程。1、定義：2、本質(zhì)：金屬失去電子被氧化M-ne-=Mn+3、分類：化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕根據(jù)接觸的介質(zhì)和反應(yīng)原理可分為

金屬跟接觸到的物質(zhì)（如O2、CI2、SO2等）直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕

定義：影響因素：金屬的活潑性環(huán)境的溫度氧化劑濃度等化學(xué)腐蝕原理：氧化還原反應(yīng)例如：鐵與氯氣直接反應(yīng)而被腐蝕鋼管被原油中的含硫化合物腐蝕電化學(xué)腐蝕定義：不純的金屬（或合金）跟電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，會發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失去電子而被氧化。原理：原電池反應(yīng)本質(zhì)：氧化還原反應(yīng)例如：鋼鐵在潮濕的空氣中被腐蝕鋼鐵的腐蝕為什么鋼鐵在潮濕的空氣中更容易腐蝕？原因：Fe和C構(gòu)成原電池的兩極形成了原電池加快金屬的腐蝕鋼鐵的電化學(xué)腐蝕：吸氧腐蝕：條件：鋼鐵在很弱的酸性或中性環(huán)境下的腐蝕。特點(diǎn)：有氧氣參加反應(yīng)。負(fù)極：＿＿，電極反應(yīng)式：正極：＿＿，電極反應(yīng)式：總反應(yīng)式：2Fe－4e-＝2Fe2+2H2O+O2+4e-＝4OH-2Fe+2H2O+O2＝2Fe(OH)2鐵碳鋼鐵的電化學(xué)腐蝕：析氫腐蝕：條件：鋼鐵在潮濕空氣中形成酸性環(huán)境下的腐蝕。特點(diǎn)：有氫氣產(chǎn)生。負(fù)極：＿＿，電極反應(yīng)式：正極：＿＿，電極反應(yīng)式：總反應(yīng)式：Fe－2e-＝Fe2+2H++2e-＝H2↑Fe+2H+＝Fe2++H2↑鐵碳H2O+CO2H2CO3H++

HCO3-二、金屬的防護(hù)1、影響金屬腐蝕的因素

①本性金屬越活潑，就越容易失去電子而被腐蝕，如果金屬中能導(dǎo)電的雜質(zhì)不如該金屬活潑，則容易形成原電池而使金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

②介質(zhì)金屬在潮濕的空氣中、接觸腐蝕性氣體或電解質(zhì)溶液，都容易被腐蝕。

2、金屬防護(hù)的常用方法——排除造成腐蝕的因素（1）在金屬表面覆蓋保護(hù)層，如：涂油漆、鍍Zn、鍍Sn、鍍Cr等，或制成氧化膜。（2）改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，如：將鋼鐵制成不銹鋼。電化學(xué)保護(hù)法（消除引起金屬發(fā)生電化腐蝕的原電池反應(yīng)的方