【正文】 晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。單質(zhì)硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。存在狀態(tài)：化合態(tài)。 硅的化學(xué)性質(zhì)：常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，在加熱條件下可發(fā)生反應(yīng)。 工業(yè)獲取硅：制得粗硅：SiO2+2CSi+2CO↑ 進(jìn)一步提純：Si+2Cl2SiCl4 SiCl4+2H2Si+4HCl 硅的用途：用做半導(dǎo)體材料，制造晶體管、集成電路、硅整流器和太陽能電池等。二、二氧化硅與光導(dǎo)纖維 二氧化硅的物理性質(zhì)：二氧化硅廣泛存在于自然界中，沙子、石英的主要成分是二氧化硅。二氧化硅的熔點(diǎn)高、硬度大，不溶于水。純凈的二氧化硅是無色透明的晶體。 二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)：SiO2+2CSi+2CO↑ SiO2+CaOCaSiO3 SiO2+2NaOH====Na2SiO3+H2O SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O（常被用來刻蝕玻璃） SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑ 二氧化硅的用途：二氧化硅常被用于制石英表中的壓電材料和高性能的現(xiàn)代通信材料——光導(dǎo)纖維。三、硅酸 硅酸的物理性質(zhì)：硅酸為白色粉末狀固體，不溶于水。 硅酸的化學(xué)性質(zhì)：H2SiO3H2O+SiO2 H2SiO3+2NaOH====Na2SiO3+2H2O 原硅酸：將較強(qiáng)酸溶液（或CO2氣體）加入（通入）可溶性硅酸鹽溶液中，即生成白色膠狀的原硅酸（H4SiO4）。原硅酸幾乎不溶于水，是弱酸，不穩(wěn)定。這種白色膠狀物在空氣里放置一段時(shí)間后，會(huì)失水變成硅酸。四、硅酸鹽與無機(jī)金屬材料 硅酸鹽制品性質(zhì)穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，大都難溶于水。 硅酸鹽的表示方法：硅酸鹽的組成比較復(fù)雜，常用氧化物的形式表示。表示順序：活潑金屬氧化物、較活潑金屬氧化物、二氧化硅、水。 玻璃： （1）主要原料：石灰石、純堿、石英 （2）制玻璃的反應(yīng)：Na2CO3+ SiO2 Na2SiO3+CO2↑ CaCO3+ SiO2 CaSiO3+CO2↑ （3）主要成分：Na2SiO3，CaSiO3，SiO2 （4）種類：普通玻璃、有色玻璃、鉛玻璃、鋼化玻璃 （5）主要性能：玻璃態(tài)物質(zhì)沒有固定的熔沸點(diǎn)，可在一定范圍內(nèi)軟化。 水泥： （1）主要原料：粘土、石灰石、石膏等 （2）主要成分：硅酸三鈣（3CaOSiO2）、硅酸二鈣（2CaOSiO2）、鋁酸三鈣（3CaOAl2O3） （3）主要性能：水硬性、不可逆性 陶瓷： （1）主要原料：粘土 （2）種類：土器、陶瓷、瓷器 （3）主要性能：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣 硅酸鈉的性質(zhì)：硅酸鈉是極少數(shù)可溶于水的硅酸鹽中的一種，其水溶液俗稱“水玻璃”，是建筑業(yè)的一種黏合劑。 Na2SiO3+2HCl====2NaCl+H2SiO3↓ Na2SiO3+CO2+H2O====Na2CO3+H2SiO3↓第4章 材料家族中的元素第2節(jié) 鋁 金屬材料一、鋁及鋁合金（一）鋁 鋁的物理性質(zhì)：鋁是一種銀白色金屬，℃，沸點(diǎn)為2467℃，cm3，導(dǎo)電性好。 鋁的化學(xué)性質(zhì)：（1）與非金屬反應(yīng)：4Al+3O22Al2O3 劇烈燃燒，放出大量的熱和耀眼的白光。 2Al+3Cl22AlCl3（2）與金屬氧化物反應(yīng)：2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe（鋁熱反應(yīng)） 劇烈反應(yīng)，火星四濺，放出大量的熱和耀眼的白光，生成液態(tài)鐵。（3）與非氧化性酸反應(yīng)：2Al+6HCl====2AlCl3+3H2↑ 2Al+3H2SO4====Al2(SO4)3+3H2↑ 常溫下與強(qiáng)氧化性酸作用，鋁表面形成致密的氧化膜而鈍化，不溶解。（4）與堿反應(yīng)：2Al+2NaOH+6H2O====2Na[Al(OH)4]+3H2↑鋁的工業(yè)制法：2Al2O34Al+3O2↑（二）氧化鋁 氧化鋁的物理性質(zhì)：氧化鋁為白色固體，難溶于水，熔點(diǎn)高。 氧化鋁的化學(xué)性質(zhì)：氧化鋁是兩性氧化物，既能與強(qiáng)酸反應(yīng)又能與強(qiáng)堿反應(yīng)。 （1）與酸反應(yīng)：Al2O3+6HCl====2AlCl3+3H2O （2）與堿反應(yīng)：Al2O3+2NaOH+3H2O====2Na[Al(OH)4]（三）氫氧化鋁 氫氧化鋁的物理性質(zhì)：氫氧化鋁是白色膠狀固體，難溶于水，具有吸附性，能凝聚水中的懸浮物，又能吸附色素。 氫氧化鋁的化學(xué)性質(zhì)：氫氧化鋁是兩性氫氧化物，既能與強(qiáng)酸反應(yīng)又能與強(qiáng)堿反應(yīng)。 （1）與酸反應(yīng)：Al(OH)3+3HCl====AlCl3+3H2O （2）與堿反應(yīng)：Al(OH)3+NaOH====Na[Al(OH)4] （3）受熱分解：2Al(OH)3Al2O3+3H2O 氫氧化鋁的制備：AlCl3+3NH3H2O====Al(OH)3↓+3NH4Cl Na[Al(OH)4]+CO2(過量)====NaHCO3+Al(OH)3↓ 氫氧化鋁的用途：可用做凈水劑和色素吸附劑。（四）鋁鹽、四羥基合鋁酸鹽 向AlCl3溶液中滴加NaOH至過量：AlCl3+3NaOH====3NaCl+Al(OH)3↓ Al(OH)3+NaOH====Na[Al(OH)4]沉淀NaOH 現(xiàn)象：先生成白色沉淀，后沉淀溶解。向AlCl3溶液中滴加NH3H2O至過量： AlCl3+3NH3H2O====Al(OH)3+3NH4Cl 現(xiàn)象：生成白色沉淀。沉淀NH3H2O 向Na[Al(OH)4]溶液中滴加HCl至過量： Na[Al(OH)4]+HCl====NaCl+H2O+Al(OH)3↓ Al(OH)3+3HCl====AlCl3+3H2O 現(xiàn)象：先生成白色沉淀，后沉淀溶解。沉淀HCl 向Na[Al(OH)4]溶液中通入CO2至過量： Na[Al(OH)4]+CO2====NaHCO3+Al(OH)3↓ 現(xiàn)象：生成白色沉淀。沉淀CO2（五）鋁合金及其制品 鋁合金具有密度小、強(qiáng)度高、塑性好等特點(diǎn)。因表面易形成致密的氧化物保護(hù)膜而具有一定的抗腐蝕能力。二、金屬與金屬材料 金屬的分類： （1）冶金工業(yè)上將金屬分為兩大類： 黑色金屬：包括鐵、錳、鉻以及它們的合金。 有色金屬：包括除黑色金屬以外的其它金屬材料及其合金。 （2）按密度分類： 輕金屬：密度＜：密度＞ 鋼鐵：鋼鐵種類其它元素含量性能生鐵含碳量2％—％硬度大，但較脆且不易機(jī)械加工鋼％—2％，增加了硅、錳等元素改善了鐵的性能，但易銹蝕不銹鋼在普通鋼基礎(chǔ)上，加入了鉻、鎳等元素在空氣中能保持金屬光澤，且有不生銹的特性 幾種有色金屬材料——金、銀、銅 （1）金、銀、銅的物理性質(zhì)：金是質(zhì)地柔軟的黃色金屬；銀是具有金屬光澤、質(zhì)地柔軟的銀白色金屬；銅是硬度較小的紫紅色金屬。它們都具有良好的延展性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。 （2）銅的化學(xué)性質(zhì)： ①與非金屬反應(yīng)：2Cu+O22CuO Cu+Cl2CuCl2 2Cu+SCu2S 銅在潮濕的空氣里，表面生成一層綠色的銅銹： 2Cu+O2+H2O+CO2====Cu2(OH)2CO3（堿式碳酸銅）②與鹽反應(yīng)：Cu+2Fe3+====Cu2++2Fe2+ Cu+2Ag+====2Ag+Cu2+③與氧化性酸反應(yīng)：Cu+4HNO3(濃) ====Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O3Cu+8HNO3(稀)====3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2OCu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O 與非氧化性酸不反應(yīng)。 （3）銅的化合物的性質(zhì)： ①銅及其化合物的顏色：物質(zhì)CuCuOCu2SCu2OCuSO4Cu(OH)2CuSO45H2OCu2(OH)2CO3顏色紫紅色黑色黑色紅色白色藍(lán)色藍(lán)色綠色 ②化學(xué)性質(zhì)：CuSO4+5H2O====CuSO45H2O CuSO45H2OCuSO4+5H2O 4CuO2Cu2O+O2↑ Cu2(OH)2CO32CuO+CO2↑+H2O （4）金、銀、銅在工業(yè)生產(chǎn)中和高科技領(lǐng)域里的應(yīng)用：金及其合金各種電子元件飛機(jī)和航天器部件銀有機(jī)合成中的催化劑化學(xué)電源：銀鎘電池、銀鐵電池、銀鎂電池、銀鋅電池銀鎵合金做牙齒填充材料銅電線、通訊電纜硅芯片上用銅布線制造水管及其他排水設(shè)施第4章 材料家族中的元素第3節(jié) 復(fù)合材料一、認(rèn)識(shí)復(fù)合材料 復(fù)合材料的概念和組成： （1）復(fù)合材料：將兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料經(jīng)特殊加工而制成的材料。 （2）復(fù)合材料由兩部分組成：一部分稱為基體，在復(fù)合材料中起黏結(jié)作用； 另一部分稱為增強(qiáng)體，在復(fù)合材料中起骨架作用。 復(fù)合材料的性質(zhì)：復(fù)合材料既保持了原有材料的特點(diǎn)，又使各組分之間協(xié)同作用，形成了優(yōu)于原材料的特性。 常見的復(fù)合材料：基體增強(qiáng)體性能金屬C耐酸堿，化學(xué)穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高，密度小，韌性好。陶瓷SiO2強(qiáng)度高，抗沖擊，絕緣性好，耐熱溫度高于300℃。合成樹脂SiOAl2OMgO耐高溫，強(qiáng)度高，導(dǎo)電性好，導(dǎo)熱性好。合成樹脂C耐1600℃以上高溫，強(qiáng)度高，密度小。 復(fù)合材料的分類： 二、形形色色的復(fù)合材料 生產(chǎn)生活中常用的復(fù)合材料：材料名稱基體增強(qiáng)體性質(zhì)玻璃鋼合成樹脂玻璃纖維強(qiáng)度高，密度小，有較好耐化學(xué)腐蝕、電絕緣性和機(jī)械加工性能。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料合成樹脂碳纖維韌性好，強(qiáng)度高而質(zhì)輕。 航空、航天領(lǐng)域中的復(fù)合材料： 飛機(jī)、火箭的機(jī)翼和機(jī)身以及導(dǎo)彈的殼體、尾翼中的復(fù)合材料，大多是以纖維為增強(qiáng)體、金屬為基體的復(fù)合材料，這些材料具有耐高溫、強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好、導(dǎo)熱性好、不吸濕和不易老化等優(yōu)點(diǎn)； 航天飛機(jī)機(jī)身上的隔熱陶瓷瓦是由纖維和陶瓷復(fù)合而成的。28