9.3 金属材料的性能及应用（同步讲义）化学苏教版必修第二册

专题9 金属与人类文明 第三单元 金属材料的性能及应用 教学目标 1、 能准确辨识金属材料的四大核心性能：力学性能（硬度、延展性、塑性等）、物理性能（导电性、导热性、密度、熔点等）、化学性能（耐腐蚀性、抗氧化性等）、工艺性能（可铸性、可锻性等），明确各性能的实际应用场景。 2、 掌握合金的定义与本质，能列举常见合金（硬铝、不锈钢、钛合金、武德合金等）的组成、关键性能及典型应用，理解合金与纯金属的性能差异。 3、 能阐述金属材料性能与用途的内在逻辑关系，初步学会根据实际需求（如航空航天、医疗、电子设备等场景）科学选择金属材料。 重点和难点 重点：合金的组成、性能特点（硬度高于成分金属、熔点低于成分金属等）及常见合金（硬铝、不锈钢、钛合金、武德合金）的典型应用场景。 难点：金属腐蚀的原理（初步涉及电化学腐蚀）及针对性防护措施的选择，需结合材料性能与使用环境综合分析。 ◆知识点一 合金的定义及优点 1、合金的定义：合金是由两种或两种以上的金属(或金属和非金属)熔合而成的具有金属特性的物质 2、合金与纯金属的性能差异 (1)合金的硬度及机械性能一般优于各成分金属 (2)合金的熔点一般低于它的各成分金属 (3)合金具有各成分金属的化学性质，合金一定是混合物 特别提醒 1、构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素 2、合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加合；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质 3、并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金 4、合金一定是混合物，没有固定的熔点 5、常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体 即学即练 1．化学与社会、生活、科技密切相关。下列说法错误的是 A．在酱油中加入铁强化剂，有助于减少缺铁性贫血问题的发生 B．合金室温下可吸收氢气形成金属氢化物，可作储氢材料 C．将鸭蛋放入食盐水一段时间，和可以穿过半透膜，得到咸鸭蛋 D．生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金，生铁的含碳量比高碳钢的含碳量低 【答案】D 【详解】A．在酱油中加入铁强化剂（如硫酸亚铁）可补充铁元素，预防缺铁性贫血，A正确; B．Ti-Fe合金在室温下可吸收氢气形成金属氢化物，适当加热能释放氢气，是实际应用的储氢材料，B正确; C．蛋膜为半透膜，咸鸭蛋制作中，Na⁺和Cl⁻直径小于1nm，可通过蛋壳和蛋膜渗透进入鸭蛋内部，C正确; D．生铁含碳量（2%-4.3%）高于钢（0.02%-2%），高碳钢含碳量（0.6%-1.0%）低于生铁，D错误; 故答案选D。 2．铁是常见的金属材料。下列说法正确的是 A．铁是黑色的金属 B．铁与水蒸气反应生成三氧化二铁 C．生铁含碳量较高，硬度大、抗压，可用于铸造下水井盖 D．我国的超级钢研究已居于世界领先地位，超级钢中含碳量越高，韧性越好 【答案】C 【详解】A．纯铁是银白色金属，A错误； B．铁与水蒸气高温反应生成Fe3O4，不是Fe2O3，B错误； C．生铁含碳量高（2%-4.3%），硬度大且抗压，适合铸造下水井盖，C正确； D．钢的韧性随含碳量升高而降低，超级钢通过工艺优化性能，但含碳量高会降低韧性，D错误； 故答案选C。 3．材料是人类赖以生存的重要物质基础，材料种类很多，通常可分为金属材料、无机非金属材料、高分子合成材料及复合材料。 (1)合金是被广泛应用的金属材料。 ①在原子反应堆中得以广泛应用的钠钾合金在常温下呈液态，说明合金的熔点比其成分金属的熔点 (填“高”或者“低”)。 ②下列有关合金性质的说法不正确的是 (填字母)。 A．生铁和钢都属于铁碳合金，生铁的含碳量更高 B．不锈钢是在碳素钢中加入其他合金元素，改变钢的结构使其具有耐腐蚀性 C．硬铝的强度比纯铝小但耐腐蚀，可用于制造宇宙飞船等 D．储氢合金可有效解决氢能源的安全存储和运输等问题 E.铁在地壳中的含量比铜丰富，所以人类发展经历了从石器时代到铁器时代，再到青铜器时代 F.稀土元素被称为“冶金工业的维生素”，在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能 (2)镁、铝、铁的单质及其化合物在生产和生活中有广泛的用途。回答下列问题： ①铁元素的常见化合价有+2和+3价，元素有四种核素，它们互为 。 ②(过氧化镁)中，属于碱性氧化物的有(填化学式) 。 ③纳米铁粉可以高效地去除被污染水体中的等重金属离子，其本质是 (用离子方程式表示)。 ④纳米铁粉还可用于处理含氧酸性废水中的，反应原理如图所示。 该过程中体现了纳米铁粉的 性(填“氧化”或“还原”)，在铁粉总量一定的条件下，废水中的溶解氧过多不利于的去除，原因是 。 【答案】(1)低 CE (2)同位素 还原 氧气会将亚铁离子氧化为铁离子，亚铁离子的物质的量减少，消耗溶液中的物质的量减少 【详解】（1）①原本金属常温下为为固态，合金为液态说明其比成分金属熔点降低； ②A．生铁中碳含量为2.11%左右；而钢中碳含量为0.2%左右，故生铁含碳量更高，A正确； B．不锈钢是在碳素钢中加入其他合金元素，改变钢的结构使其具有耐腐蚀性，B正确； C．硬铝主要指铝铜合金，其不耐腐蚀，使用时不得不在外层包一层纯铝膜，C错误； D．储氢合金可以以很小的体积储存大量的氢气，可用于运输氢能源，并确保安全，D正确； E．人类先经历青铜器时代再经历铁器时代，原因是铜较铁更不活泼，易以单质的形式存在，更早被人类利用，E错误； F．稀土可大大改善合金性能，F正确； 故答案为：低；CE； （2）①质子数相同，中子数不同，故其互为同位素； ②碱性氧化物是指与酸反应只生成盐和水的氧化物，这其中，不仅可与酸反应也可以与碱反应，属于两性氧化物；中包含不同价态的Fe元素，属于复杂氧化物；与酸反应生成过氧化氢，不属于碱性氧化物；只有符合碱性氧化物的定义。 故答案为：； ③纳米铁粉可以高效地去除被污染水体中的等重金属离子，是由于铁粉将汞离子还原成汞单质除去。故答案为：； ④此过程铁粉将还原成氮气，体现铁粉的还原性；水中溶解氧增多，氧气会将亚铁离子氧化为铁离子，亚铁离子的物质的量减少，消耗溶液中的物质的量减少。 故答案为：还原；氧气会将亚铁离子氧化为铁离子，亚铁离子的物质的量减少，消耗溶液中的物质的量减少。 ◆知识点二 铁合金：生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金 1、生铁 (1)生铁的含碳量：2%～4.3% (2)性能及用途：生铁硬度大、抗压，性脆、可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料 2、钢：钢是用量最大，用途最广的合金 (1)钢的含碳量：0.03%～2% (2)性能及用途：钢有良好的延展性，机械性能好，可以锻轧和铸造，广泛用于制造机械和交通工具等 (3)钢根据化学成分，可分为两大类：碳素钢和合金钢 ①碳素钢根据含碳量不同可分为高碳钢、中碳钢和低碳钢，其性能和用途如下 含碳量 性能及用途 低碳钢 低于0.3% 韧性、焊接性好，但强度低，用于制造钢板，钢丝和钢管等 中碳钢 0.3%~0.6% 强度高，韧性及加工性好，用于制造钢轨、车轮和建材等 高碳钢 高于0.6% 硬而脆，热处理后弹性好，用于制造器械、弹簧和刀具等 ②合金钢也叫特种钢，是在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种特殊性能，如强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀等 名称 主要合金元素 主要特性 主要用途 不锈钢 铬、镍 大气中比较稳定，不容易生锈，具有很强的抗腐蚀能力 医疗器材、厨房用具和餐具、地铁列车的车体材质等 超级钢 Mn、C、Al、V 强度很大，在应用时能够实现钢板的轻薄化 汽车、航空和航天等领域 锰钢 锰 韧性好，硬度大 钢轨、轴承、钢模、挖掘机铲斗、坦克装甲 硅钢 硅 导磁性好 变压器、发电机和电动机中的铁芯 钨钢 钨 耐高温、硬度大 刀具 特别提醒 即学即练 1．钢是用量最大、用途最广的合金。钢中含量最高的元素是 A．铁 B．碳 C．硅 D．锰 【答案】A 【详解】钢是对含碳量质量百分比介于0.02%至2.11%之间的铁碳合金的统称，其含量最高的元素是铁，故答案选A。 2．铁是目前产量最大、使用最广泛的金属。工业上以赤铁矿(主要成分为)等为原料制备铁的设备如图，下列说法错误的是 A．在高炉中会发生反应：、 B．与钢相比，生铁的含碳量较高，硬度较大 C．高炉炼铁的尾气含有较多的粉尘和等有害物质，不可随意排放 D．的失电子能力较强，自然界中不存在铁单质 【答案】D 【详解】A．碳燃烧生成二氧化碳，高温下在高炉中会发生反应：，生成的一氧化碳还原氧化铁：，A正确； B．与钢相比，生铁的含碳量较高，硬度较大、抗压、性脆，B正确； C．由于高炉炼铁的尾气含有较多的粉尘和等有害物质，因此不可随意排放，需要进行回收处理，C正确； D．的失电子能力较强，但在自然界中也存在铁单质，即可以游离态的形式存在，D错误； 答案选D。 3．下列图片所展示的物品不是用合金材料制成的是 物品 选项 A．杭州亚运会“湖山”金属奖牌 B．青铜器“四羊方尊” C．液晶显示屏 D．不锈钢餐盘 A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【详解】A．杭州亚运会的金属奖牌主要由合金材料制成，A正确； B．青铜器由铜合金制成，B正确； C．液晶显示屏由无机非金属材料组成，不是由合金组成，C错误； D．不锈钢是铁和碳组成的合金，D正确； 故答案选C。 ◆知识点三 铝和铝合金 1、铝 (1)存在：铝是地壳中含量最多的金属元素 (2)化学性质 ①与O2反应 a、铝是一种活泼金属，在常温下就能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜并牢固地覆盖在铝表面，防止铝进一步被氧化，因此铝在空气中表现出良好的抗腐蚀性 b、热时，铝粉可在空气中燃烧，放出大量热，化学方程式：4Al＋3O22Al2O3 ②铝与酸的反应 a、与盐酸、稀H2SO4反应的离子方程式：2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑ b、常温下，遇浓硝酸、浓H2SO4时，在表面生成致密的氧化膜而发生钝化 ③铝与强碱(NaOH)溶液的反应：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑ 2、氧化铝的化学性质 (1)与H2SO4反应的化学方程式：Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O (2)与NaOH反应的化学方程式：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O (3)两性氧化物：既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的氧化物 3、铝及其合金的用途 (1)与其他金属(或非金属)熔合形成铝合金，铝的合金具有密度小、强度高、塑性好、制造工艺简单、成本低、抗腐蚀能力强等特点，主要用于建筑业、交通运输业以及电子行业。铝合金可做建筑外墙材料及房屋的门窗，可制成汽车车轮骨架和飞机构件，还可用于制造电子元件等 (2)利用其导电性，制造电线、电器元件等 (3)利用其强的还原性，冶炼熔点高的金属、焊接钢轨等 4、使用铝制品应注意的问题 (1)铝制品耐用是因为表面有致密的氧化铝保护膜，Al2O3是两性氧化物，既可以与酸反应又可以与碱反应，所以铝制品不宜盛放显酸性或碱性的物质 (2)含氯化钠的物质不能用铝制品盛放。这是因为铝制品表面虽然有致密的氧化膜保护层，但若遇到氯化钠溶液，其中的氯离子会破坏氧化膜的结构，加速铝制品的腐蚀。因此，铝制品不宜用来长时间盛放咸菜等腌制食品 即学即练 1．铁和铝及其化合物在日常生产生活中有着广泛的应用。 I．制备FeCl3晶体(实验装置如图所示) 氯化铁(FeCl3)是一种棕色结晶，易升华，极易吸收空气里的水分而潮解。实验室制备无水氯化铁并探究氯化铁性质的相关实验如下： (1)装置A中发生反应的离子方程式是 。 (2)实验装置接口的连接顺序是a→ →g，G中盛装的物质是 ，其作用是 。 (3)装置C的作用是 。 (4)实验开始应先点燃 (填“A”或“B”)处的酒精灯，当观察到 时(填现象)，再点燃另一处的酒精灯。 Ⅱ．测定铁铝合金中铝的质量分数(实验装置如图所示) (5)铝和NaOH溶液反应的化学方程式为 。 (6)装置中导管a的作用除了使分液漏斗中的NaOH溶液能顺利滴下以外，另一个作用是 。 (7)若实验用铁铝合金的质量为0.334g，测得气体体积为67.2mL(已转换成标准状况)，则合金中铝的质量分数为 (结果保留三位有效数字)。 【答案】(1) (2) d→e→i→h→b→c→f 碱石灰 尾气处理，防止氯气污染空气；防止空气中的水蒸气进入装置B (3)除去氯气中混有的氯化氢气体 (4) A 整套装置全部充满黄绿色气体 (5) (6)消除加入NaOH溶液排开空气的体积对测量氢气体积所带来的误差 (7)16.2% 【详解】（1）MnO2与浓盐酸在加热条件下制备氯气的离子方程式为： ； （2）根据分析，装置连接顺序为d→e→i→h→b→c→f；G中盛放碱石灰，尾气处理，防止氯气污染空气；防止空气中的水蒸气进入装置B； （3）装置C中的饱和食盐水除去氯气中混有的氯化氢气体； （4）实验开始先点燃A处的酒精灯，将装置中的空气排除后，再点燃B处的酒精灯，此时整个装置中都充满了黄绿色的气体； （5）铁铝合金中的铝与NaOH溶液反应产生H2，采用排水法收集H2，并测量H2的体积，根据反应方程式计算出铝的质量。铝和NaOH溶液发生反应； （6）由于滴加入锥形瓶的NaOH溶液体积等于进入分液漏斗的气体的体积。 装置中导管a的作用除了使分液漏斗中的NaOH溶液能顺利滴下以外，同时可消除加入NaOH溶液排开空气的体积对测量氢气体积所带来的误差； （7）标况下产生H2的体积为67.2mL，即0.003mol，则Al的物质的量为0.002mol，即0.054g，合金中铝的质量分数为。 2．近年来，我国科技事业成果显著，下列成果所涉及的材料不是金属材料的是 A．“蛟龙”号潜水器上的耐压球壳使用的材料——钛合金 B．超导量子计算机“本源悟空”的芯片材料——铝、铜和铌等 C．国产大飞机C919机身使用的复合材料——碳纤维和环氧树脂 D．首艘国产大型邮轮“爱达·魔都号”上层建筑材料——铝合金 【答案】C 【详解】A．钛合金是合金材料，属于金属材料，A不符合题意； B．铝、铜、铌等均为金属元素，则铝、铜和铌等均属于金属材料，B不符合题意； C．碳纤维主要成分为碳，属于无机非金属材料，环氧树脂为有机高分子聚合物，属于有机高分子材料，则碳纤维和环氧树脂都不属于金属材料，C符合题意； D．铝合金是合金材料，属于金属材料， D不符合题意； 故选C。 3．硬铝是一种铝合金，常用于制造飞机外壳。某硬铝中含、、，下列叙述错误的是 A．硬铝为化合物 B．硬铝具有导电性 C．硬铝的密度小、强度高 D．硬铝能与溶液反应 【答案】A 【详解】A．硬铝是铝合金，由铝、镁、铜等多种元素组成，属于混合物，而非化合物，A错误； B．硬铝含有金属元素（如Al、Mg、Cu），金属合金通常具有良好的导电性，B正确； C．硬铝常用于飞机外壳，其特性包括密度小（轻质）和强度高，C正确； D．硬铝中含有铝和镁，它们在金属活动性顺序中位于银之前，能与AgNO3溶液发生置换反应，D正确； 故答案为A。 ◆知识点四 常见的无机非金属材料 1、传统无机非金属材料 又称硅酸盐材料，包括陶瓷、水泥、玻璃。 2、半导体材料 硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料，被广泛用于电子工业的各个领域。工业上利用二氧化硅可以制得高纯度的硅。 3、光导纤维 光导纤维的主要成分是二氧化硅，可用来制造通讯光缆，用于光纤通信或传送高强度的激光等。 4、新型陶瓷材料 新型陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。 (1)结构陶瓷具有机械功能、热功能和部分化学功能，如高温结构陶瓷等，高温结构陶瓷主要有高温氧化物(如氧化铝陶瓷)和高温非氧化物(如氮化硅陶瓷)两大类。 (2)功能陶瓷具有光、电、磁、化学和生物等方面的特殊功能，如压电陶瓷等，压电陶瓷主要成分是钛酸钡和钛酸铅。 特别提醒 即学即练 1．随着科技发展，一系列新型无机非金属材料相继问世，下列物品没有使用新型无机非金属材料的是 A．碳化硅陶瓷轴承 B．超导陶瓷 C．石墨烯材质的超轻海绵 D．窗户上的玻璃 A．A B．B C．C D．D 【答案】D 【详解】A．碳化硅陶瓷是熔沸点高、硬度大的新型无机非金属材料，A不符合题意； B．超导陶瓷能导电，是新型无机非金属材料， B不符合题意； C．石墨烯为碳单质，属于新型无机非金属材料，C不符合题意； D．玻璃为硅酸盐制品，是传统无机非金属材料，D符合题意；故选D。 2．科技的发展离不开化学材料。下列属于新型无机非金属材料的是 A．光导纤维 B．青花瓷 C．聚乙烯 D．钛合金 【答案】A 【详解】A．光导纤维的主要成分是二氧化硅，属于新型无机非金属材料，用于通信等领域，故A正确； B．青花瓷属于传统陶瓷，是传统无机非金属材料，而非新型无机非金属材料，故B错误； C．聚乙烯是有机高分子材料，属于塑料类，故C错误； D．钛合金是金属材料，属于合金类别，故D错误；故答案为：A。 3．合金的应用促进了人类社会的发展。下列产品所用的主要材料不属于合金的是 A．山东航母船体 B．国产大飞机C919外壳 C．班级中的电脑台 D．中科院钽酸锂光子芯片 【答案】D 【详解】A．山东航母船体由钢铁制成，钢铁是铁和碳的合金，属于合金，A不符合题意； B．国产大飞机C919外壳由铝合金、钛合金制成，属于合金，B不符合题意； C．班级中的电脑台可以由铝合金等制成，属于合金，C不符合题意； D．中科院钽酸锂光子芯片由钽酸锂制成，钽酸锂是钽、锂、氧组成的离子化合物，属于陶瓷材料，不属于合金，D符合题意；故选D。 一、金属材料的性能及应用 1、金属材料的性能 从使用的要求和性能看，可以从以下几个方面来分析。 使用要求 材料性能 体现出一些力学性能 延展性、硬度、塑性等 起到导热和导电的作用，而且能够在一定温度范围内稳定工作 金属材料的密度、熔点、导电性、导热性等物理性能密切相关 在使用过程中不可避免地会暴露在空气中，或者接触到一些化学药品 具有抗氧化性、耐酸碱性等化学性能 从金属原材料到最后的金属产品，加工成型这一步骤必不可少 可铸性、可锻性、切削加工性等工艺性能 2、合金及其应用 (1)合金的概念：合金是将两种或两种以上的金属（或金属与非金属）共熔，制备出的金属材料。 (2)合金的性能 ①硬度一般比组成它的纯金属大。 ②多数合金的熔点低于组分金属。 ③导电性和导热性一般低于组分金属。 (3)常见的合金 名称 主要组成元素 用途或性能 硬铝 Al(Cu、Mg、Mn) 制造飞机和门窗 武德合金 Sn、Bi、Cd、Pb 熔点低，作保险丝 铝锂合金 Al、Li 制造航空飞行器 不锈钢 Fe(Cr) 抗氧化、耐腐蚀 钛合金 Ti与其他元素 强度高、密度小、耐热性好、易于加工、抗腐蚀性强 注意：合金的组成及性能 (1)合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素。 (2)合金是混合物，不是化合物。 (3)合金具有金属特性，如导电、导热等。 (4)合金形成后会影响各成分金属的物理性质，如合金的熔点一般比各成分金属低，而硬度、机械强度一般比各成分金属高；但一般来说各成分金属均保持了其原有的化学性质。 实践应用 1．目前我国炼钢行业产生的二氧化碳排放总量仅次于发电行业所产生的二氧化碳排放总量。为实现2030年前碳达峰，采用竖炉炼铁可以有效减少温室气体、烟尘的排放及减少水污染，提高能源的利用率。如图是竖炉炼铁的工艺流程示意图，请回答下列问题。 (1)赤铁矿的主要成分的化学式为 。 (2)在催化反应室中发生的反应之一为.。其中X的化学式为 ，存在化合价变化的元素是 (填元素符号)。 (3)写出还原反应室中进行的主要的化学反应的方程式 （任写一个）。 (4)该流程所得产品为生铁，经过冶炼后可以得到具有更多性能的钢，相比于生铁，钢的含碳量更 (选填“高”或“低”)。 (5)最后的烟囱中排出的尾气中依旧会有一些污染物，你对降低或消除其对环境的污染有何合理化的建议？ (任写一条)。 【答案】(1)Fe2O3 (2)CO2 C和H (3)或 (4)低 (5)尾气经净化处理后再排放(合理即可) 【详解】（1）赤铁矿的主要成分是氧化铁，化学式为：Fe2O3； （2）由反应的化学方程式CH4+X2CO+2H2可知，反应前碳、氢原子个数分别为1、4，反应后的生成物中碳、氢、氧原子个数分别为2、4、2，根据反应前后原子种类、数目不变，则每个X分子由1个碳原子和2个氧原子构成，则物质X的化学式为CO2，该反应的各物质中，根据化合物中化合价代数和为零，氢元素显+1价，则甲烷中碳元素显-4价；氧元素显-2价；二氧化碳中碳元素显+4价；一氧化碳中碳元素显+2价；氢气属于单质，氢元素显0价，化合价发生改变的元素有碳(C)、氢(H)两种元素，故答案为：CO2；C和H； （3）还原反应室一氧化碳和氢气分别还原氧化铁，氢气和氧化铁高温反应生成铁和水，反应的化学方程式为：Fe2O3+3H22Fe+3H2O，一氧化碳还原氧化铁生成铁和二氧化碳，化学方程式为Fe2O3+3CO2Fe+3CO2，故答案为：Fe2O3+3H22Fe+3H2O或Fe2O3+3CO2Fe+3CO2； （4）生铁的含碳量在2%～4.3%，钢的含碳量在0.03%～2%，所以钢的含碳量比生铁低，故答案为：低； （5）最后的烟囱中排出的尾气中依旧会有一些污染物如CO、粉尘等，可以尾气经净化处理后再排放，故答案为：尾气经净化处理后再排放(合理即可)。 2．下列所用材料不属于合金的是 A．旧自行车钢圈 B．不锈钢手术器械 C．青花瓷将军罐 D．不锈钢锅 A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【详解】A．自行车钢圈是铁合金材料，属于合金，A不符合题意； B．不锈钢器械是铁合金材料，属于合金，B不符合题意； C．青花瓷将军罐是硅酸盐材料，属于传统无机非金属材料，不属于合金，C符合题意； D．不锈钢锅是属于铁合金材料，属于合金，D不符合题意； 故答案为：C。 3．“大国重器”标注中国新高度。下列“大国重器”所涉及的材料中属于合金的是 A．福建舰使用的特种钢 B．“中国天眼”使用的碳化硅 C．登月国旗所用的玄武岩纤维 D．北斗卫星使用的隔热材料玻璃钢 A．A B．B C．C D．D 【答案】A 【详解】A．特种钢是铁基合金，属于金属材料，A符合题意； B．碳化硅（SiC）是由硅和碳组成的陶瓷材料，属于无机非金属材料，不属于合金，B不符合题意； C．玄武岩纤维是由玄武岩熔融拉制的无机纤维，主要成分为硅酸盐，属于无机非金属材料，不属于合金，C不符合题意； D．玻璃钢是玻璃纤维增强塑料，由树脂和玻璃纤维组成，属于复合材料，不属于合金，D不符合题意； 故选A。 考点一 金属材料的性能及应用 【例1】文物承载历史，传承文化。下列有关文物的主要成分不是金属材料的是 A．金錾花云龙纹执壶 B．白玉双龙云纹佩 C．银累丝圆盒 D．错赤铜狩猎纹豆 A．A B．B C．C D．D 【答案】B 【详解】A．金錾花云龙纹执壶为金合金，属于金属材料，A不符合题意； B．白玉双龙云纹佩主要成分为硅酸盐，不属于金属材料，B符合题意； C．银累丝圆盒主要成分为银，属于金属材料，C不符合题意； D．错赤铜狩猎纹豆为青铜制品，属于金属材料，D不符合题意； 故选B。 【变式1-1】北斗系统的全面建成彰显了中国航天的力量，在航天科技中会用到大量金属材料。下列有关金属材料的说法正确的是 A．合金中只含有金属元素 B．铁能制成铁丝利用了铁的延展性 C．钢是纯净物，生铁是合金 D．合金的熔点一般比其组成金属更高 【答案】B 【详解】A．合金是由金属与金属或非金属熔合而成的具有金属特性的混合物，可能含有非金属元素（如钢中含碳），A错误； B．延展性是金属的物理性质之一，铁具有良好的延展性，因此能通过拉伸制成铁丝，B正确； C．钢是铁与碳等元素组成的合金，属于混合物，而非纯净物；生铁也是铁碳合金，属于混合物，C错误； D．合金的熔点通常比其组成金属的熔点更低（如焊锡熔点低于纯锡或纯铅），D错误； 故选B。 【变式1-2】“9.3阅兵”展示的新装备彰显我国新型金属材料的硬实力，下列说法正确的是 A．检阅车扶手采用航空级铝合金材料，铝单质化学性质稳定，耐腐蚀 B．单兵作战系统采用钛合金构件，钛合金具有密度小、强度高等优势 C．某新型战机发动机使用稀土元素提升材料性能，稀土元素就是镧系元素 D．高压电气系统使用钨铜合金，该合金导电性差，但耐高温、抗烧损 【答案】B 【详解】A. 铝单质化学性质活泼，在空气中易形成氧化铝保护膜而耐腐蚀，但“化学性质稳定”的说法错误，因此A错误； B. 钛合金具有密度小（比钢轻）、强度高的特点，广泛应用于航空航天和军事装备，因此B正确； C. 稀土元素包括镧系元素（57-71号元素）以及钪和钇，不限于镧系元素，因此C错误； D. 钨铜合金结合了钨的高熔点和铜的良好导电性，常用于高压电气系统，导电性良好，选项说“导电性差”错误，因此D错误； 故选B。 考点二 常见的无机非金属材料 【例2】航空航天领域所用的材料中，主要成分属于无机非金属材料的是 A．高强度橡胶 B．铝合金 C．氮化硼陶瓷 D．合成纤维 【答案】C 【详解】A．高强度橡胶属于有机高分子材料，不属于无机非金属材料，A不符合题意； B．铝合金是金属材料，属于金属及其合金的范畴，B不符合题意； C．氮化硼陶瓷是新型无机非金属材料，具有耐高温、高硬度等特性，常用于航空航天领域，C符合题意； D．合成纤维属于有机高分子材料，D不符合题意； 故选C。 【变式2-1】神舟二十号飞船使用了多种先进材料。其中属于新型无机非金属材料的是 A．铝-钛合金 B．聚乙烯纤维 C．复合碳纤维 D．氮化硅陶瓷 【答案】D 【分析】新型无机非金属材料包括高性能陶瓷（如氮化硅陶瓷）、特种玻璃、碳材料（如石墨烯）等。 【详解】A．铝-钛合金为金属合金，故A项错误； B．聚乙烯纤维为有机高分子材料，故B项错误； C．复合碳纤维为复合材料，不属于新型无机非金属材料，故C项错误； D．氮化硅陶瓷具有耐高温、耐腐蚀等特性，是典型的新型无机非金属材料，故D项正确； 故答案选D。 【变式2-2】材料是人类赖以生存和发展的物质基础，下列关于材料的说法不正确的是 A．陶瓷、玻璃、水泥等无机非金属材料，主要化学成分是硅酸盐 B．氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料，具有耐高温抗氧化等优良性能 C．太阳能电池可采用二氧化硅制作，有利于环保节能 D．碳纳米材料主要包括富勒烯、石墨烯等，有广阔的应用前景 【答案】C 【详解】A．陶瓷、玻璃、水泥等无机非金属材料，主要化学成分是硅酸盐，A正确； B．氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料，具有耐高温抗氧化等优良性能，B正确； C．太阳能电池可采用硅制作，有利于环保节能，C错误； D．碳纳米材料主要包括富勒烯、石墨烯等，有广阔的应用前景，D正确。 故选C。 考点三 二氧化硅的性质及用途 【例3】牙膏中常见的摩擦剂是碳酸钙和二氧化硅，下列说法不正确的是 A．碳酸钙是难溶性盐 B．实验室用碳酸钙与盐酸反应制备二氧化碳 C．二氧化硅能与氢氧化钠反应生成盐和水 D．二氧化硅易溶于水 【答案】D 【详解】A．碳酸钙（）在水中溶解度极低，属于难溶性盐A，A正确； B．实验室通过与盐酸反应（）制备，是标准方法，B正确； C．为酸性氧化物，与反应生成（盐）和（），C正确； D．不溶于水，仅与强碱或氢氟酸等特定物质反应，无法直接溶于水，D错误； 故答案选D。 【变式3-1】2024年6月，中国自主研发、制造的机器狗在日本举办的国际顶级赛事中大放异彩。下列说法不正确的是 A．机器狗内部集成电路板芯片主要成分为二氧化硅 B．机器狗的关节所采用的不锈钢材料属于金属材料 C．摄像头镜片使用的铝硅玻璃属于无机非金属材料 D．机身所用铝合金材料具有硬度高、密度小等特点 【答案】A 【详解】A．集成电路板芯片主要成分为晶体硅，A错误； B．不锈钢材料是铁的合金属于金属材料，B正确； C．铝硅玻璃是硅酸盐，属于无机非金属材料，C正确； D．铝合金材料由铝与其他金属元素组成，具有硬度高、密度小等特点，D正确； 故答案选A。 【变式3-2】工业上利用菱镁矿(主要成分为，含少量、、)为原料制备高纯镁砂的工艺流程如下： 已知：金属阳离子以氢氧化物形成沉淀时溶液的pH见下表： 金属离子 开始沉淀的pH 9.1 7.0 1.9 3.5 完全沉淀的pH 11.1 9.0 3.2 4.6 (1)轻烧粉的主要成分是 。 (2)“浸出”涉及到的主要反应的化学方程式为 。 (3)滤渣中含有 、和，“浸出”时的pH范围为 。 (4)流程中可循环利用的物质有 (填化学式)。 (5)“沉镁”时反应的化学方程式为 。 【答案】(1)MgO (2) (3) 4.6-9.1 (4)NH3、NH4Cl (5) 【详解】（1）由分析可知，菱镁矿(主要成分为，含少量、、)煅烧，碳酸镁高温受热分解生成氧化镁，轻烧粉的主要成分是MgO。 （2）由分析可知，“浸出”操作中发生的主要反应为氧化镁与氯化铵溶液反应生成氯化镁、氨气和水，反应的化学方程式为：。 （3）“浸出”时不和氯化铵溶液反应，过滤后存在于滤渣中，氧化铝、氧化铁和氯化铵溶液反应生成和也存在于滤渣中，由表格数据可知，“浸出”时的pH范围为4.6-9.1，此时可使Fe3+和Al3+沉淀而Mg2+不沉淀。 （4）由分析可知，浸出时生成的NH3和沉镁时生成的NH4Cl可以循环使用。 （5）“沉镁”时加入氨水沉淀镁离子得到氢氧化镁沉淀和氯化铵，化学方程式为：。 考点四 硅酸钠的性质及用途 【例4】某同学为了比较碳酸和硅酸酸性的相对强弱，用下图所示装置进行实验(夹持仪器已略去，气密性已检验)。 资料： I．复分解反应中，酸性较强的酸可以与酸性较弱的酸对应的盐反应，生成酸性较弱的酸和酸性较强的酸对应的盐，即“强酸制弱酸”。例如：H2SO4酸性强于H2CO3，故H2SO4可以与Na2CO3反应生成H2CO3(继续分解为CO2和H2O)和Na2SO4. Ⅱ．硅酸为白色胶状沉淀，难溶于水。 实验操作步骤： ①打开弹簧夹1，关闭弹簧夹2，并打开活塞a，滴加盐酸。 ②A中看到白色沉淀时，关闭弹簧夹1，打开弹簧夹2，当……，关闭活塞a． 请回答： (1)A中反应的化学方程式是 ，B中反应的离子方程式是 。 (2)通过实验可知，盐酸具有的性质是___________(填字母序号)。 A．挥发性 B．还原性 C．氧化性 D．酸性 (3)X是NaHCO3，C装置的作用为 ，C中发生反应的离子方程式为 。 (4)为了验证碳酸的酸性强于硅酸，步骤②中未写出的现象是 。D中反应的化学方程式是 。 【答案】(1) HCl+AgNO3=AgCl↓+HNO3 CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O (2)AD (3)除去CO2气体中混有的HCl +H+= CO2↑+H2O (4)装置D内硅酸钠溶液中有白色沉淀生成 Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3 【详解】（1）由分析可知，A中HCl与AgNO3反应生成AgCl沉淀和HNO3，化学方程式是：HCl+AgNO3=AgCl↓+HNO3，B中，CaCO3与盐酸反应，生成CO2气体等，反应的离子方程式是：CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O。 （2）由A装置内产生的现象，说明盐酸具有挥发性，由C装置内气体与NaHCO3反应产物二氧化碳气体，说明盐酸具有酸性，故选AD。 （3）由分析可知，X是NaHCO3，C装置的作用为：除去CO2气体中混有的HCl，C中发生反应的离子方程式为：+H+= CO2↑+H2O。 （4）为了验证碳酸的酸性强于硅酸，步骤②中未写出的现象是：装置D内硅酸钠溶液中有白色沉淀生成。D中，硅酸钠与二氧化碳、水反应，生成硅酸沉淀和碳酸钠，化学方程式是Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3。 【变式4-1】不能正确表示下列变化的离子方程式是 A．Al与NaOH溶液反应： B．酸性碘化钾溶液中滴加适量双氧水： C．硅酸钠溶液和盐酸反应： D．硫酸铜溶液中加少量的铁粉： 【答案】D 【详解】A．铝与NaOH溶液反应生成四羟基合铝酸根和氢气，方程式正确，A不符合题意； B．酸性条件下双氧水氧化I−生成I2，电荷和原子守恒均正确，B不符合题意； C．硅酸钠与盐酸反应生成硅酸沉淀，离子方程式正确，C不符合题意； D．铜离子只能氧化Fe生成Fe2+，离子方程式为Cu2++Fe=Fe2++Cu，选项所给离子方程式错误，D符合题意； 故选D。 【变式4-2】硅及其化合物是重要的材料，应用范围很广。请回答下列问题： (1)一种制备高纯硅的工艺流程如图所示。 ①电弧炉中发生反应的化学方程式 ，当反应转移2mol电子时，参加反应的焦炭的质量为 g。 ②还原炉中发生反应的化学方程式为 。 (2)根据如图所示装置回答以下问题。 若要用此装置证明酸性：HNO3>H 2CO3>H2SiO3，从以下所给物质中选出甲同学设计的实验所用到的物质：①稀HNO3  ②稀盐酸  ③碳酸钙  ④Na 2SiO3溶液  ⑤SiO2，试剂A与C分别为 (填序号)；若试剂C足量，试管中发生反应的离子方程式为 。有同学认为此实验不能说明酸性强弱，你认为原因是 。 (3)硅酸钠溶液是一种粘稠的液体，这与硅酸根离子的长键结构有关：在硅酸根离子中每个Si原子都与四个O原子相连形成四面体，人们常称之为“硅氧四面体”，硅氧四面体通过共用O原子可以彼此相连形成长链。 俯视为简化为连成长链 用激光笔照射Na2SiO3溶液，发现有丁达尔现象。依据胶体微粒大小对其中所含原子数的估算，胶体微粒中大约会含有个原子。假设硅酸钠溶液中硅酸根离子含有1000个原子，那么在硅酸根离子的长链中，包含有 个硅氧四面体的结构单元。 【答案】(1) 12 (2)①、④(按顺序) CO2＋H2O＋SiO= H2SiO3↓＋CO 硝酸有挥发性，也会和硅酸钠反应生成硅酸 (3)250 【详解】（1）①电弧炉中发生反应的化学方程式为，当反应转移2mol电子时，参加反应的焦炭的质量为12g； ②还原炉中发生反应的化学方程式为； （2）证明酸性：HNO3＞H2CO3＞H2SiO3，进而证明非金属性：N＞C＞Si，可将放入A中的硝酸滴入盛有CaCO3固体的B中，发生复分解反应产生CO2气体，然后将CO2气体通入盛有Na2SiO3溶液的C试管中，发生反应：CO2＋H2O＋SiO= H2SiO3↓＋CO来证实，故试剂A与C序号分别为①、④；有同学认为此实验不能说明N、C、Si的非金属性强弱，这是由于HNO3有挥发性，挥发的硝酸蒸气也会和溶液中的硅酸钠反应生成硅酸沉淀； （3）根据图的一个结构单元中含有1个硅、2+2×=3个氧原子，Si与O的原子数之比为1：3，即一个结构单元中含有1个硅原子和3个氧原子，假设硅酸钠溶液中硅酸根离子含有1000个原子，那么在硅酸根离子的长链中，包含有=250个硅氧四面体的结构单元。 基础达标 1．非物质文化遗产是中华优秀传统文化的瑰宝，其作品的制作材质蕴含着独特的工艺智慧。下列贵州非物质文化遗产作品的制作材质，属于金属材料的是 A．大方漆器 B．玉屏箫笛 C．思州石砚 D．苗族银饰 A．A B．B C．C D．D 【答案】D 【详解】A．大方漆器采用大方天然生漆为主要漆料制作，生漆的主要成分为有机物，不属于金属材料，A不符合题意； B．玉屏箫笛以贵州玉屏侗族自治县特有的竹子为主要制作原料，竹子的主要成分为纤维素，不属于金属材料，B不符合题意； C．思州石砚的砚材取自岑巩县“星石潭”中的天然石材，石材的主要成分为硅酸盐等，不属于金属材料，C不符合题意； D．苗族银饰的核心制作原料为白银，银是金属单质，属于金属材料，D符合题意； 故选D。 2．中华民族有着悠久的历史文化。下列说法正确的是 A．青铜是一种混合物，其硬度小于纯铜 B．传统鎏金工艺是将金溶于汞中制成“金汞漆”，涂在器物表面，然后加火除汞，使金附着在器物表面。鎏金工艺利用了汞的挥发性 C．竹胎漆画颜料赭石的主要成分氧化铁，耐酸、碱 D．节日的烟花实质上是Fe、Cu、S等多种元素发生了焰色试验 【答案】B 【详解】A． 青铜是铜锡合金，属于混合物，但合金硬度通常高于纯金属，因此青铜硬度大于纯铜。A错误； B． 传统鎏金工艺通过金汞齐（金溶于汞）涂覆器物，加热后汞挥发，金层附着。汞的挥发性是该工艺的关键，B正确； C． 赭石主要成分为氧化铁（Fe2O3），氧化铁可与强酸反应（如生成FeCl3），不耐酸；在碱性环境中较稳定，但“耐酸、碱”表述不准确。C错误； D． 烟花色彩源于金属元素的焰色反应（如钠黄、锶红、钡绿），但硫（S）无焰色，且烟花涉及燃烧反应，非单纯焰色试验。D错误； 故选B。 3．下列不属于合金材料的是 A．不锈钢手术器械 B．制造飞机外壳的硬铝 C．出土文物青铜器 D．全碳纤维羽毛球拍 A．A B．B C．C D．D 【答案】D 【详解】A．不锈钢手术器械的主要成分是铁、铬、镍等，属于铁的合金，A不符合题意； B．制造飞机外壳的硬铝，是铝、铜、镁、锰等组成的铝合金，B不符合题意； C．出土文物青铜器，是铜和锡（或铅）组成的铜合金，C不符合题意； D．全碳纤维羽毛球拍的材料是碳纤维，属于无机非金属材料，不属于合金，D符合题意； 故答案选D。 4．生活离不开化学，下列有关物质用途的说法错误的是 A．：高效、低毒的消毒剂 B．稀土元素：冶金工业的维生素 C．硬铝：制造飞机 D．合金：形状记忆合金 【答案】D 【详解】A．ClO2是一种高效、低毒的消毒剂，广泛应用于水处理和消毒领域，A正确； B．稀土元素在冶金工业中作为添加剂，能显著改善合金性能，被誉为“冶金工业的维生素”，B正确； C．硬铝是一种高强度铝合金，常用于制造飞机等航空器，C正确； D．Ti-Fe合金主要用于储氢材料或结构应用，而非形状记忆合金；常见的形状记忆合金是镍钛合金，D错误； 故选D。 5．在生产和生活中，金属材料具有广泛的应用，以下关于金属材料的说法不合理的是 A．钠钾合金可用作核反应堆的传热介质 B．硬铝合金因为具有银白色可作为制造飞机的材料 C．常见的一些合金的硬度大于其成分金属 D．Ti-Fe合金具有良好的储氢功能 【答案】B 【详解】A．钠钾合金在室温下呈液态，具有良好的热传导性，确实被用作核反应堆的传热介质，A正确； B．硬铝合金用于制造飞机主要是因为其高强度、轻量化和耐腐蚀性等机械性能，而非银白色外观；强调颜色作为原因不合理，B错误； C．合金的硬度通常大于其成分金属，例如钢比纯铁更硬，这是合金的常见特性，C正确； D．Ti-Fe合金能可逆地吸收和释放氢气，是一种有效的储氢材料，D正确； 故选B。 6．化学与生产、生活、科技、环境保护息息相关。下列说法不正确的是 A．2019年1月3日中国嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆，探测器使用的合金材料具有密度小，强度大又耐高温的特性 B．La-Ni合金室温下可吸收氢气形成金属氢化物，可作储氢材料 C．《天工开物》中记载：“若造熟铁，则生铁流出时相连数天内……众人柳棍疾搅，即时炒成熟铁。”炒铁是为了降低铁水中碳含量，且熟铁比生铁质地更硬延展性稍差 D．纳米铁粉可以通过置换反应高效地除去被污染水体中的、等重金属离子 【答案】C 【详解】A．探测器使用的合金材料如钛合金或铝合金，具有密度小、强度大、耐高温的特性，符合航天器材料要求，A正确； B．La-Ni合金（镧镍合金）在室温下可逆吸放氢气，是已知的储氢材料，B正确； C．炒铁过程通过搅拌氧化降低生铁碳含量，得到熟铁（低碳钢），熟铁质地较软、延展性好，而生铁硬而脆；选项描述“熟铁比生铁质地更硬延展性稍差”错误，C错误； D．纳米铁粉通过置换反应（如Fe+Cu2+=Fe2++Cu）高效去除重金属离子，且纳米级增大表面积提高效率，D正确； 故答案选C。 7．某实验小组设计了如下装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。 已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO+PdCl2+H2O=CO2+2HCl+Pd↓(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。 (1)实验时要通入足够长时间的N2，其原因是 。 (2)装置B的作用是 。 (3)装置C、D中所盛试剂分别为澄清石灰水、 ，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为 。 【答案】(1)排尽装置内的空气，避免空气的O2、CO2、水蒸气对实验产生干扰 (2)作安全瓶，防止倒吸 (3)PdCl2溶液 3SiO2+4C2CO2↑+2CO↑+3Si 【详解】（1）碳与二氧化硅反应要在高温下进行，而高温下碳与空气中氧气、水蒸气反应，且空气中的二氧化碳对产物中是否含二氧化碳的检验造成干扰，所以实验时要通入足够长时间的N2目的是排除装置内空气，避免空气中的O2、CO2、水蒸气对实验产生干扰； （2）由分析可知B装置可以作安全瓶，防止倒吸； （3）根据元素守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，所以C装置用来检验有没有二氧化碳，D装置用来检验一氧化碳，所以装置C、D中所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液；若装置C、D中溶液均变浑浊，说明既有二氧化碳又有一氧化碳，检测两气体产物的物质的量相等，根据元素守恒可知化学方程式为3SiO2+4C2CO2↑+2CO↑+3Si。 综合应用 1．合金是由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的材料。下列不属于合金的是 A．用于磁性材料的四氧化三铁 B．用于制造飞机外壳的硬铝 C．用于地铁列车车体的铬钢 D．用于核反应堆导热的钠钾共晶 【答案】A 【详解】A. 四氧化三铁（Fe3O4）是铁的氧化物，属于化合物而非金属混合物，不具有合金的金属特性，A符合题意； B. 硬铝是铝与铜、镁等元素组成的金属混合物，具有金属特性，属于合金，B不符合题意； C. 铬钢是铁与碳、铬等元素组成的金属混合物，具有金属特性，属于合金，C不符合题意； D. 钠钾共晶是钠和钾组成的金属混合物，具有金属特性，属于合金，D不符合题意； 故选A。 2．化学与生活、科研密切相关，下列说法错误的是 A．铬酸作氧化剂可以使铝合金表面的氧化膜产生美丽的颜色 B．人体内的含铁化合物主要分为功能性铁和储存铁 C．牙膏中添加的氟化钠属于盐 D．中国“蛟龙”号载人潜水器的关键部件——耐压球壳是纯铁制造的 【答案】D 【详解】A．铬酸氧化铝合金表面形成致密氧化膜，并通过铬元素显色，符合工业应用，故A正确； B．生物学中，人体铁分为功能性铁(参与生理活动)和储存铁(储备形式)，分类正确，故B正确； C．氟化钠是离子化合物，属于典型的盐类，故C正确； D．纯铁机械强度低且耐腐蚀性差，深海装备需用钛合金等高性能材料，实际“蛟龙”号球壳为钛合金制造，故D错误； 答案选D。 3．下列说法中正确的是 A．合金的熔点一般低于成分金属 B．火星表土中赤铁矿主要成分为FeO C．新制氯水不能使干燥的有色布条褪色 D．过氧化钠是淡黄色固体，久置空气中变成白色氢氧化钠固体 【答案】A 【详解】A．一般来说，合金的熔点低于各成分金属，A正确； B．火星表土的赤铁矿主要成分为，B错误； C．新制氯水中含有次氯酸，次氯酸具有漂白性，能使干燥的有色布条褪色，C错误； D．过氧化钠为淡黄色固体，久置空气中，过氧化钠会与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钠，而不是生成氢氧化钠，D错误； 故选A 4．下列有关合金的说法不正确的是 A．生铁和钢是两种铁碳合金，含碳量生铁小于钢 B．硬铝合金密度小强度大，可用于制造飞机部件 C．合金与纯金属相比，结构发生变化 D．镧镍合金能吸收氢气，实现氢气的安全存储与运输 【答案】A 【详解】A．生铁含碳量(2%-4.3%)高于钢(0.03%-2%)，表述中“生铁小于钢”错误，故A不正确； B．硬铝合金(如Al-Cu-Mg系)密度低、强度高，广泛用于航空部件，故B正确； C．合金中异种原子混合导致晶格畸变或新相形成，结构变化是合金特性，故C正确； D．镧镍合金(LaNi5)通过吸附/解吸氢气实现安全储运，属功能合金应用，故D正确； 答案选A。 5．下列有关物质用途的解释错误的是 A．生铁比钢的硬度小，是制造管道的重要材料 B．硬铝的密度小、强度高，是制造飞机的理想材料 C．不锈钢不容易生锈，是制造厨房用具的材料 D．铝合金因坚硬、轻巧，可以用于制作窗框 【答案】A 【详解】A．生铁含碳量高硬度一般比钢高，生铁可用于管道制造，A错误； B．硬铝是铝合金，密度小、强度高，是制造飞机的理想材料，B正确； C．不锈钢含铬，形成钝化膜抗腐蚀，不易生锈，适合厨房环境，C正确； D．铝合金密度小轻质、强度好，广泛用于建筑窗框，D正确； 故选A。 6．我国古代冶金技术享誉世界，下列关于古代合金的说法，错误的是 A．《考工记》“六分其金而锡居一，为钟鼎之齐”——铜锡合金（青铜）熔点低于纯铜，易铸造，故可制礼器 B．汉代“铁犁牛耕”推广——生铁（铁碳合金）硬度大于纯铁，强度高，能适配农耕时翻土需求 C．战国“司南”（磁石勺+铜底座）稳定指示——纯铜磁性优于青铜（铜锡合金），能辅助磁石定位，故底座选用纯铜而非青铜 D．唐代银器盛行，“925银”广泛用于首饰——银铜合金硬度大于纯银，不易变形，更适配首饰加工与使用 【答案】C 【详解】A．青铜（铜锡合金）熔点低于纯铜，流动性好，易铸造大型礼器（如钟鼎），A正确； B．生铁（含碳量较高的铁碳合金）硬度、强度均高于纯铁，适合制作耐磨农具（如铁犁），B正确； C．纯铜为抗磁性材料（磁性极弱），青铜（铜锡合金）同样无磁性；司南底座需低摩擦、耐腐蚀材料以辅助磁勺自由旋转，选用铜是因物理性质而非磁性，C错误； D．925银（含7.5%铜的银合金）硬度高于纯银，不易变形，适合首饰加工，D正确； 故选C。 7．材料与生活，生产息息相关，目前使用的材料主要有：金属材料、传统无机非金属材料、新型无机非金属材料，高分子材料和复合材料等。回答下列问题： (1)下列不属于传统硅酸盐产品的是 (填序号)。 ①光导纤维   ②水泥   ③玻璃   ④陶瓷   ⑤锰钢   ⑥石墨烯 (2)玻璃是重要的建筑和装饰材料，有些玻璃的花纹是利用氢氟酸对普通玻璃中二氧化硅的腐蚀作用而形成的，写出该反应的化学方程式 。 (3)高纯硅是光伏发电技术中重要的基础原料。制备高纯硅的主要工艺流程如图所示： ①反应Ⅱ的化学方程式为 。 ②整个过程中必须严格控制无水无氧。在有氧环境下，除了有不安全因素外，还可能使产品中混有杂质 。 (4)用海边的石英砂(含氯化钠、氧化铝等杂质)制备二氧化硅粗产品的工艺流程如图所示： ①洗涤石英砂的目的是 。 ②将洗净的石英砂研磨成粉末，目的是 。 ③在以上流程中， (填“能”或“不能”)将盐酸改为NaOH溶液，并说明理由 。 【答案】(1)①⑤⑥ (2)SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O (3) SiO2 (4)除去石英砂中的NaCl杂质 增大反应物之间的接触面积，增大反应速率，提高生产效率 不能 二氧化硅能与NaOH溶液反应 【详解】（1）传统硅酸盐产品包括水泥、玻璃、陶瓷，则不属于传统硅酸盐产品的是①光导纤维、⑤锰钢、⑥石墨烯，故选①⑤⑥。 （2）氢氟酸与二氧化硅反应，生成四氟化硅气体和氢气，依据质量守恒，可得出该反应的化学方程式为SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O。 （3）①反应Ⅱ中，1373~1453K条件下，H2还原SiHCl3，生成Si和HCl，发生反应的化学方程式为。 ②Si是亲氧元素，H2与O2混合点燃易发生爆炸，则在有氧环境下，除了有不安全因素外，还可能使产品中混有杂质SiO2。 （4）海边的石英砂(含氯化钠、氧化铝等杂质)，水洗时可溶解氯化钠，氧化铝需使用酸除去，因为SiO2也能溶于碱。 ①洗涤石英砂的目的是：除去石英砂中的NaCl杂质。 ②固体与溶液反应时，接触面积越大，反应速率越快，转化率越大，则将洗净的石英砂研磨成粉末，目的是：增大反应物之间的接触面积，增大反应速率，提高生产效率。 ③由分析可知，SiO2、Al2O3都能溶于强碱，则在以上流程中，不能将盐酸改为NaOH溶液，理由：二氧化硅能与NaOH溶液反应。 8．高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下： (1)SiO2与CO2具有类似的性质，能与NaOH溶液反应，该反应的化学方程式： 。工业上用石英砂和过量焦炭在电弧炉中高温加热生成粗硅，当有1molC参与反应时，该反应转移的电子数是 。 (2)还原炉中发生的化学反应方程式为 。 (3)上述工艺生产中循环使用的物质除Si、SiHCl3外，还有 。 (4)工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃，该反应的化学方程式为 。 (5)工业上可利用水玻璃和盐酸反应制备硅酸凝胶，进一步脱水处理可得到硅胶，写出水玻璃和盐酸反应的离子方程式： 。 (6)关于硅及其相关化合物的叙述正确的是 。 A．自然界中存在天然游离的硅单质 B．已知C与Si的最高正价都是正四价，由于CO2＋H2O=H2CO3，用类比法得知，SiO2＋H2O=H2SiO3 C．Na[AlSi3O8]用氧化物形式表示为Na2O·Al2O3·6SiO2 D．硅元素在金属与非金属的分界线处，因此具有弱导电性，一般可用于作为半导体材料 E．SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物 F．玻璃、水泥、陶瓷都是传统的硅酸盐产品 【答案】(1)2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O 2NA (2)SiHCl3+H2Si+3HCl (3)H2、HCl (4)4HF+SiO2=SiF4↑+2H2O (5)+2H＋=H2SiO3 (6)CDF 【详解】（1）根据CO2与NaOH反应方程式可知，SiO2与CO2具有类似的性质，能与NaOH溶液反应，该反应的化学方程式为：2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O。 根据化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑，C由0价升高到+2价，当有1 mol C参与反应时，该反应转移的电子数是2NA。 （2）还原炉中用H2还原SiHCl3，生成高纯度的Si单质，发生的化学反应方程式为SiHCl3＋H2Si＋3HCl。 （3）流化床反应器中发生反应：Si＋3HCl=SiHCl3＋H2，还原炉中发生反应：SiHCl3＋H2Si＋3HCl，所以可以循环的物质还有H2、HCl。 （4）氢氟酸用于雕刻玻璃时，氢氟酸和二氧化硅反应，生成SiF4等，化学方程式为：4HF+SiO2=SiF4↑+2H2O。 （5）水玻璃为Na2SiO3的水溶液，和盐酸反应，制取硅酸等，离子方程式为+2H＋=H2SiO3。 （6）A．自然界中不存在天然游离的硅单质，硅是以二氧化硅和硅酸盐存在于自然界中，A错误； B．SiO2不溶于水，也不与水反应，B错误； C．根据硅酸盐改写成氧化物的方法，Na[AlSi3O8]用氧化物形式表示为Na2O·Al2O3·6SiO2，C正确； D．在周期表中，硅元素在金属与非金属的分界线处，则其具有一定的导电性，一般可用于作为半导体材料，D正确； E．SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，但SiO2不能与其他酸反应，为酸性氧化物，E错误； F．水泥、玻璃、陶瓷的主要成分中都含有硅酸盐，我国古代就以陶瓷文明世界，所以称玻璃、水泥、陶瓷是传统的硅酸盐产品，F正确； 故选CDF。 9．硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。二氧化硅又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料，部分转化过程如图所示。回答下面问题： (1)关于硅及其相关化合物的叙述正确的是 (填字母)。 A．碳元素和硅元素都位于周期表的IVA族，非金属性较强的是碳元素 B．自然界中存在天然游离的硅单质 C．玻璃、水泥、陶瓷都是传统的硅酸盐产品 D．SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物 E．硅元素在金属与非金属的分界线处，因此具弱导电性，一般可用作半导体材料 (2)光导纤维是一种良好的通讯材料，其成分是 (填化学式，下同)，高纯硅是制造半导体芯片的基础原材料，由SiO2制备高纯度硅的工业流程如上图所示，可以循环使用的物质为 和 ，写出第①步的化学方程式 。 (3)生产磨砂玻璃时可以用HF溶蚀玻璃，是因为HF溶液可与SiO2反应，其化学反应方程式为 。 (4)氮化硅是一种性能优异的无机非金属材料，它的熔点高，硬度大，电绝缘性好，化学性质稳定，但生产成本较高。 ①根据氮和硅的原子结构示意图、元素周期律的知识，写出氮化硅的化学式 。 ②根据以上描述，推测氮化硅可能有哪些用途： (填字母)。 a．制作坩埚　　b．用作建筑陶瓷　　c．制作耐高温轴承　　d．制作切削刀具 【答案】(1)ACE (2) SiO2 H2 HCl SiO2+2CSi+2CO↑ (3)SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O (4)Si3N4 acd 【详解】（1）A．碳元素和硅元素都位于元素周期表的IVA族，它们上下相邻，同主族元素从上到下，非金属性依次减弱，则非金属性较强的是碳元素，A正确； B．硅的非金属性虽然不强，但它是亲氧元素，所以自然界中不存在游离的硅单质，B不正确； C．玻璃、水泥、陶瓷都采用硅酸盐工业生产，主要成分都是硅酸盐，属于传统的硅酸盐产品，C正确； D．SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，但与氢氟酸反应没有盐生成，所以不是两性氧化物，D不正确； E．在元素周期表中，硅元素位于金属与非金属的分界线处，具有弱导电性，一般可用作半导体材料，E正确； 故选ACE。 （2）光导纤维以二氧化硅为原料生产而成，具有良好的导光性，是优良的通讯材料，其成分是SiO2。从图中可以看出，粗硅先与HCl反应生成H2等，SiHCl3再用H2还原生成高纯硅和HCl，则可以循环使用的物质为H2和HCl，第①步的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑。 （3）HF溶液与SiO2反应，可生产磨砂玻璃，其化学反应方程式为SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。 （4）①N原子的最外层电子数为5，Si原子的最外层电子数为4，且Si的非金属性比N弱，则在氮化硅中，Si显+4价，N显-3价，从而得出氮化硅的化学式为Si3N4。 ②氮化硅形成共价晶体，具有高硬度、高熔点、耐磨性好，由此可推测氮化硅的用途为：a．制作坩埚、c．制作耐高温轴承、d．制作切削刀具，故选acd。 10．硅在我们生活生产中用途非常广泛。一种制备高纯硅的工艺流程如图所示，请回答下列问题： (1)Si在元素周期表中的位置为 ；请写出Si的一种用途： 。 (2)石英砂和焦炭在电弧炉中高温反应可以得到硅，发生反应的化学方程式为 ，该反应中，氧化剂是 （写化学式）；在电弧炉中已经得到硅，但还要进行后续步骤的目的是 。 (3)得到的硅进入流化床反应器中，在250~300℃条件下反应得到SiHCl3，SiHCl3的结构式为 。 (4)整个工艺流程都要隔绝空气，目的是 。 (5)上述流程中，可以循环使用H2和HCl，X为 （填化学式）。 【答案】(1) 第三周期第ⅣA族 芯片(或太阳能电池，或半导体材料) (2) SiO2+2CSi(粗硅)+2CO↑ SiO2 提纯硅，得到高纯硅 (3) (4)防止SiHCl3发生水解，防止硅被氧化、防止可燃性气体与氧气反应而发生爆炸 (5)HCl 【详解】（1）Si为14号元素，原子结构示意图为，在元素周期表中的位置为：第三周期第ⅣA族；Si的一种用途：芯片(或太阳能电池，或半导体材料)。 （2）石英砂和焦炭在电弧炉中高温反应可以得到硅，同时生成一氧化碳，发生反应的化学方程式为SiO2+2CSi(粗硅)+2CO↑，该反应中，Si由+4价降低到0价，则氧化剂是SiO2；在电弧炉中已经得到硅，但它是粗硅，需除去混有的杂质，则还要进行后续步骤的目的是：提纯硅，得到高纯硅。 （3）Si与C为同主族元素，则SiHCl3与CHCl3的结构相似，所以SiHCl3的结构式为。 （4）SiHCl3极易水解，反应过程中会产生可燃性气体如CO，而空气中含有氧气和水蒸气，因此整个操作流程都需隔绝空气，原因是防止SiHCl3发生水解，防止硅被氧化、防止可燃性气体与氧气反应而发生爆炸； （5）由分析可知，上述流程中，可以循环使用H2和HCl，X为HCl。 拓展培优 1．新型储氢材料——镁铝合金(，)，其储氢反应为，所得产物能与水反应释放出大量氢气。下列说法正确的是 A．均为离子化合物 B．366 g的该合金能吸收190.4 L氢气 C．该镁铝合金的硬度比镁和铝的小 D．，该反应中水是氧化剂 【答案】D 【详解】A．是合金，不是离子化合物；是离子化合物，A错误； B．未明确是否处于标准状况，无法计算氢气的体积，B错误； C．合金的硬度通常大于其组分纯金属，镁铝合金硬度应比镁和铝大，C错误； D．反应中的被氧化（H从-1价升至0价），的被还原（H从+1价降至0价），水是氧化剂，D正确；故选D。 2．用石英砂和原料气(含和少量)制备的操作流程如图所示(粗硅中含有少量Fe、Cu的单质及化合物)： 下列叙述不正确的是 A．“还原”时，发生反应的化学方程式为 B．“高温氮化”合成反应中N2是氧化剂 C．“操作X”可将原料气通过灼热的铜粉 D．“稀酸Y”选用稀硫酸除去产物中的杂质 【答案】D 【详解】A．石英砂主要成分为，“还原”时焦炭将还原为Si，反应为，方程式正确，A正确； B．“高温氮化”中Si与反应生成，Si元素化合价从0升高到+4（被氧化），N元素从0降低到-3（被还原），为氧化剂，B正确； C．原料气含少量，“操作X”需除去，灼热铜粉与反应生成CuO，可有效除，C正确； D．粗硅中含Fe、Cu单质及化合物，酸洗需除去这些杂质。Fe单质与稀硫酸反应，但Cu单质与稀硫酸不反应（Cu活动性弱于H），无法除去Cu杂质，稀硫酸不适用，D错误；故答案选D。 3．在2025年央视春晚的舞台上，节目中机器人“桶分”带来的扭秧歌表演，令观众眼前一亮，机器人外壳采用了高性能的塑料材质，内部的核心控制依靠芯片，而动力则由锂电池提供，同时很多关键的支撑及传动部件选用了合适的金属材料。 (1)制造机器人外壳的塑料属于 (选“无机非金属材料”或“有机高分子材料”)。 (2)锂电池供电时将化学能转化为 能。 (3)芯片主要是用纯度极高的单质硅制成的，目前制备高纯硅最广泛采用的方法为三氯硅烷还原法，将和C在高温下反应生成硅和一氧化碳，该反应的化学方程式为 。 (4)某手机电路板中含有Fe、Cu、Ag、Ni等金属，如图是某工厂回收部分金属的流程图： 资料信息：，硫酸镍的化学式为。 ①金属板加入足量稀硫酸的目的是 。 ②滤渣①中所含金属的化学式为 。 【答案】(1)有机高分子材料 (2)电 (3)SiO2+2CSi+2CO↑ (4)将Fe、Ni转化为可溶的硫酸盐，从而与Cu、Ag分离 Cu、Ag 【详解】（1）塑料是通过人工合成的有机高分子化合物制成的材料，所以属于有机高分子材料。 （2）锂电池供电时，是通过内部发生化学反应产生电能，所以是将化学能转化为电能。 （3）SiO2与C在高温条件下反应生成硅和一氧化碳，化学方程式为：SiO2+2CSi+2CO↑。 （4）①金属板中Fe、Ni能与稀硫酸反应，而Cu、Ag不与稀硫酸反应，所以加入足量稀硫酸的目的是将Fe、Ni转化为可溶的硫酸盐，从而与Cu、Ag分离； ②金属板中Fe、Ni能与稀硫酸反应，而Cu、Ag不与稀硫酸反应，滤渣①中所含金属的化学式为Cu、Ag。 4．提纯工艺在化学生产中具有核心地位，直接影响产品质量、安全性、经济效益及环境可持续性。某小组学生以粗盐提纯和硅的提纯为例展开研究，回答下列问题： Ⅰ．粗盐提纯 已知：粗盐中含有、、等杂质。 方案1： (1)步骤①中要稍过量，如何检验是否过量： 。 (2)步骤④中用盐酸调节pH，除去的杂质离子有 。 方案2：向粗盐水中加入石灰乳除去，再通入含、的工业废气与生成沉淀除。 (3)写出通入工业废气后发生的化学反应方程式 。 Ⅱ．粗硅提纯 多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料。可以通过以下流程生成多晶硅。 (4)反应①制备粗硅的化学方程式为 。 (5)上述工艺生产中循环使用的物质除、外，还有 。 (6)关于硅及其相关化合物的叙述正确的是___________。 A．自然界中存在天然游离的硅单质 B．高纯多晶硅属于新型无机非金属材料 C．二氧化硅可用来生产光导纤维，因其具有较好的导电性 D．通过制粗硅的化学反应可以证明非金属性：C>Si 【答案】(1)静置，取少量上层清液于试管中，向其中滴加几滴稀硫酸(或硫酸钠溶液)，若有白色沉淀生成，则证明 BaCl2溶液已过量，反之，则未过量 (2)OH-、 (3) (4) (5)H2 、HCl (6)B 【详解】（1）步骤①中要稍过量，除去，使完全沉淀，检验过量的方法为取上层清液于试管，加入稀硫酸，若有白色沉淀生成，则已过量； （2）步骤②③中加入过量的除去使完全沉淀、加入过量的除去及过量的使完全沉淀，则过量的、需除去，故步骤④中用盐酸调节pH至酸性，除去的杂质有、； （3）方案2中通入工业废气的目的为与生成沉淀除Ca2+，故反应的化学方程式为； （4）工业上用石英砂和过量焦炭高温加热生成粗硅的化学方程式为； （5）粗硅与HCl发生反应Si+3HClSiHCl3+H2，生成氢气，还原炉中氢气还原SiHCl3得到纯硅，发生反应：SiHCl3+H2Si+3HCl，则上述工艺生产中循环使用的物质除Si、SiHCl3外，还有H2、HCl； （6）A．硅元素为亲氧元素，在自然界中主要以硅的氧化物和硅酸盐存在，A错误； B．高纯多晶硅广泛用于制造芯片领域，属于新型无机非金属材料，B正确； C．制造光导纤维的主要原因是其导光性好，C错误； D．炼粗硅的化学反应中C作为还原剂，体现其还原性，而不是非金属性，且该反应在高温条件下进行，反应的发生主要是因为生成了气态的CO，CO不断从反应体系中逸出，使反应能够向右进行，这是基于反应的熵变因素，而不是因为碳的非金属性比硅强，所以通过炼粗硅的化学反应不能证明非金属性：C>Si，D错误； 故选B。 5．硅是无机非金属材料的主角。请根据所学知识回答下列问题： Ⅰ．高纯Si的制备 (1)高温下，石英砂和焦炭反应生成粗硅的化学方程式为 ，每生成8.4gSi，生成的气体的体积为 L(标准状况下)。 (2)A中含有的共价键类型为 ；由SiHCl3 (H显-1价)制备高纯Si的反应中，氧化产物与还原产物的物质的量之比为 。 Ⅱ．含硅物质的转化如图所示，其中X、Y、Z、W、M均为纯净物，a、c均为酸，W的水溶液俗称水玻璃。 (3)上述物质转化中，存在 个氧化还原反应；Y转化为W的离子方程式为 。 (4)下列说法正确的是_______(填标号)。 A．a溶液能保存在玻璃瓶中 B．W的焰色为紫色 C．W可用作黏合剂和灭火剂 D．c可以是稀硫酸或稀盐酸 【答案】(1) SiO2+2CSi(粗硅)+2CO↑ 13.44 (2)极性共价键 3:1 (3)4 SiO2+2OH-=+H2O (4)CD 【详解】（1）高温下，石英砂和焦炭反应生成粗硅，同时生成一氧化碳，化学方程式为：SiO2+2CSi(粗硅)+2CO↑；每生成8.4gSi，n(Si)==0.3mol，生成的气体的体积为0.3mol ×2×22.4L/mol=13.44L(标准状况下)。 （2）A为HCl，含有的共价键类型为极性共价键；由SiHCl3 (H显-1价)制备高纯Si的反应为：SiHCl3+H2Si+3HCl，在反应中，SiHCl3中的Si由+4价降低到0价、H由-1价升高到+1价，H2中的H由0价升高到+1价，则SiHCl3既是氧化剂又是还原剂，H2是还原剂，氧化产物为HCl，还原产物为Si，则氧化产物与还原产物的物质的量之比为3:1。 （3）W的水溶液俗称水玻璃，则W为Na2SiO3；Y与焦炭反应可制得Z[SiO2+2CSi(粗硅)+2CO↑]，Y、Z都能与b(NaOH)溶液反应生成Na2SiO3(SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O、Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑)，则Y为SiO2、Z为Si；SiO2、Si都能与酸a反应，则a为氢氟酸(SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O、Si+4HF=SiF4↑+2H2↑)，X为SiF4；Na2SiO3与酸c反应可生成M(Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓)，则M为H2SiO3。另外，Z→Y时，发生反应Si+O2SiO2；M→W，发生反应H2SiO3SiO2+H2O。 由分析可知，上述物质转化中，存在SiO2→Si、Si→SiO2、Si→SiF4、Si→Na2SiO3共4个氧化还原反应；Y(SiO2)转化为W(Na2SiO3)时，发生反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O，离子方程式为SiO2+2OH-=+H2O。 （4）A．a溶液为氢氟酸，会腐蚀玻璃，不能保存在玻璃瓶中，A不正确； B．W为Na2SiO3，焰色为黄色，B不正确； C．W为Na2SiO3，其水溶液具有黏性，且不能着火，可用作黏合剂和灭火剂，C正确； D．c为酸，且其酸性应比硅酸的酸性强，所以可以是稀硫酸或稀盐酸，D正确； 故选CD。 6．硅单质及其化合物应用广泛。请回答下列问题： (1)传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，主要包括 、水泥和玻璃；下列物品含有的是 (填序号)。 ①水晶项链 ②玛瑙 ③石英钟 ④硅太阳能电池 ⑤光导纤维 ⑥计算机芯片 (2)SiO2是玻璃的主要成分之一，保存氢氧化钠溶液的玻璃瓶应该用橡胶塞而不用玻璃塞的原因是 (用化学方程式表示)。 (3)硅单质可作为硅半导体材料。三氯甲硅烷（SiHCl3）还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程如图： ①流程①焦炭体现了 (填“氧化性”或“还原性”)。 ②实验室模拟上述过程④制备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置略去)，下列说法正确的是 。 A．装置Ⅱ洗气瓶装的是浓硫酸 B．装置Ⅲ的烧杯中装的是热水 C．实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K D．为鉴定高纯硅中是否含微量铁单质，需要用的试剂为盐酸、硫氰化钾溶液 遇水发生剧烈的水解反应，生成H2SiO3、HCl和一种可燃性气体单质，写出该水解反应的化学方程式 。 ④在制备高纯硅的过程中都需隔绝空气，否则可能引起的后果是 (写出两条即可)。 【答案】(1)陶瓷 ①②③⑤ (2)2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O (3)还原性 AB 氢气与氧气混合发生爆炸；SiHCl3遇水水解 【详解】（1）传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，主要包括陶瓷、水泥和玻璃；①水晶项链、②玛瑙、③石英钟、⑤光导纤维中含有，④硅太阳能电池、⑥计算机芯片中含Si，故选：①②③⑤； （2）保存氢氧化钠溶液的玻璃瓶应该用橡胶塞而不用玻璃塞的原因是玻璃中SiO2与NaOH反应生成粘性硅酸钠，使瓶塞粘连：2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O； （3）①根据分析，流程①中C元素化合价升高，故焦炭体现了还原性； ②I中锌与稀硫酸反应制备氢气，Ⅱ中盛放浓硫酸，干燥氢气，Ⅲ中盛放热水，使SiHCl3变为气体，Ⅳ中SiHCl3与氢气反应制得Si。 A．根据分析，装置Ⅱ洗气瓶装的是浓硫酸，A正确； B．根据分析，装置Ⅲ的烧杯中装的是热水，B正确； C．实验时，应先将打开活塞K，用氢气将装置中的空气排干净，再加热管式炉，C错误； D．铁单质与稀盐酸反应的产物为氯化亚铁，应选用铁氰化钾溶液检验亚铁离子，故需要用的试剂为盐酸、铁氰化钾溶液，D错误； 故选AB； ③SiHCl3遇水发生剧烈的水解反应，生成H2SiO3、HCl和一种可燃性气体单质，应为H2，水解的化学方程式为：； ④H2遇O2受热时可能发生爆炸，所以H2还原SiHCl3过程中若混有O2，可能引起的后果是：氢气与氧气混合发生爆炸；SiHCl3遇水水解。 7．纯硅被誉为“信息革命的催化剂”，工业上有两种以粗硅为原料制备高纯硅的工艺。 已知：SiCl4沸点57.7 ℃，遇H2O会剧烈反应；SiHCl3沸点31.5 ℃，且也能与H2O强烈反应，并在空气中易自燃。 (1)制备粗硅的化学反应方程式为 。 (2)SiCl4和SiHCl3遇水都会剧烈反应，都会生成H2SiO3、HCl。但SiHCl3会多生成一种物质X，则物质X的名称为 。 (3)实验室用下图装置制备SiCl4。 ①装置F的作用是 ，实验开始应后点燃 (填“A”或“D”)装置的酒精灯。 ②A装置中的化学反应方程式为 。 (4)SiHCl3与过量H2制备纯硅的装置如图(热源及夹持装置已略去)。 ①装置B中的试剂是 (填名称)。 ②实验中先让稀硫酸与锌粒反应一段时间后，再加热C、D装置的理由是 。 ③装置D中发生反应的化学方程式为 。 【答案】(1)SiO2 + 2CSi + 2CO↑ (2)氢气 (3)吸收尾气 Cl2，并防止空气中的水蒸气进入E D MnO2 + 4HCl(浓)MnCl2 + Cl2↑ +2H2O (4)浓硫酸 让H2排尽装置中的空气，防止 SiHCl3与水反应和自燃 SiHCl3 + H2Si +3HCl 【详解】（1）工业用二氧化硅和碳在高温下反应制备粗硅，化学反应方程式为：SiO2+2CSi+2CO↑； （2）SiHCl3沸点31.5℃，且能与H2O强烈反应，并在空气中易自燃，则SiHCl3具有很强的还原性，因为SiHCl3中氢的化合价是-1价，与+1价的氢发生归中反应，故SiHCl3与水反应生成硅酸、HCl、H2，则SiHCl3多生成的这一种物质X的名称为氢气； （3）①SiCl4能与H2O强烈反应，氯气有毒。则实验中要防止E内进入水蒸气、进行尾气吸收；球形干燥管的作用为：吸收尾气Cl2，并防止空气中的水蒸气进入广口瓶装；加热下Si与氧气能反应，故实验时应先点燃装置A的酒精灯让氯气将装置内空气排尽； ②A装置中MnO2和浓HCl共热制得Cl2，化学反应方程式为：MnO2 + 4HCl(浓)MnCl2 + Cl2↑ +2H2O； （4）①锌和稀硫酸制备的氢气中含有水蒸气，装置B中的试剂是浓硫酸； ②装置C中的液态SiHCl3变为气体和氢气发生反应制备纯硅，所以烧瓶加热的目的是使进入烧瓶的液态SiHCl3变为气体；根据题中信息可知SiHCl3能与H2O强烈反应，并在空气中易自燃，实验中先让稀硫酸与锌粒反应一段时间后，再加热C、D装置可以让H2排尽装置中的空气，防止SiHCl3水解和自燃； ③装置D中氢气和SiHCl3发生反应制备高纯硅，化学方程式为：。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题9 金属与人类文明 第三单元 金属材料的性能及应用 教学目标 1、 能准确辨识金属材料的四大核心性能：力学性能（硬度、延展性、塑性等）、物理性能（导电性、导热性、密度、熔点等）、化学性能（耐腐蚀性、抗氧化性等）、工艺性能（可铸性、可锻性等），明确各性能的实际应用场景。 2、 掌握合金的定义与本质，能列举常见合金（硬铝、不锈钢、钛合金、武德合金等）的组成、关键性能及典型应用，理解合金与纯金属的性能差异。 3、 能阐述金属材料性能与用途的内在逻辑关系，初步学会根据实际需求（如航空航天、医疗、电子设备等场景）科学选择金属材料。 重点和难点 重点：合金的组成、性能特点（硬度高于成分金属、熔点低于成分金属等）及常见合金（硬铝、不锈钢、钛合金、武德合金）的典型应用场景。 难点：金属腐蚀的原理（初步涉及电化学腐蚀）及针对性防护措施的选择，需结合材料性能与使用环境综合分析。 ◆知识点一 合金的定义及优点 1、合金的定义：合金是由两种或两种以上的 熔合而成的具有 特性的物质 2、合金与纯金属的性能差异 (1)合金的硬度及机械性能一般 各成分金属 (2)合金的熔点一般 它的各成分金属 (3)合金具有各成分金属的 ，合金一定是 特别提醒 1、构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素 2、合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加合；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质 3、并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金 4、合金一定是混合物，没有固定的熔点 5、常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体 即学即练 1．化学与社会、生活、科技密切相关。下列说法错误的是 A．在酱油中加入铁强化剂，有助于减少缺铁性贫血问题的发生 B．合金室温下可吸收氢气形成金属氢化物，可作储氢材料 C．将鸭蛋放入食盐水一段时间，和可以穿过半透膜，得到咸鸭蛋 D．生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金，生铁的含碳量比高碳钢的含碳量低 2．铁是常见的金属材料。下列说法正确的是 A．铁是黑色的金属 B．铁与水蒸气反应生成三氧化二铁 C．生铁含碳量较高，硬度大、抗压，可用于铸造下水井盖 D．我国的超级钢研究已居于世界领先地位，超级钢中含碳量越高，韧性越好 3．材料是人类赖以生存的重要物质基础，材料种类很多，通常可分为金属材料、无机非金属材料、高分子合成材料及复合材料。 (1)合金是被广泛应用的金属材料。 ①在原子反应堆中得以广泛应用的钠钾合金在常温下呈液态，说明合金的熔点比其成分金属的熔点 (填“高”或者“低”)。 ②下列有关合金性质的说法不正确的是 (填字母)。 A．生铁和钢都属于铁碳合金，生铁的含碳量更高 B．不锈钢是在碳素钢中加入其他合金元素，改变钢的结构使其具有耐腐蚀性 C．硬铝的强度比纯铝小但耐腐蚀，可用于制造宇宙飞船等 D．储氢合金可有效解决氢能源的安全存储和运输等问题 E.铁在地壳中的含量比铜丰富，所以人类发展经历了从石器时代到铁器时代，再到青铜器时代 F.稀土元素被称为“冶金工业的维生素”，在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能 (2)镁、铝、铁的单质及其化合物在生产和生活中有广泛的用途。回答下列问题： ①铁元素的常见化合价有+2和+3价，元素有四种核素，它们互为 。 ②(过氧化镁)中，属于碱性氧化物的有(填化学式) 。 ③纳米铁粉可以高效地去除被污染水体中的等重金属离子，其本质是 (用离子方程式表示)。 ④纳米铁粉还可用于处理含氧酸性废水中的，反应原理如图所示。 该过程中体现了纳米铁粉的 性(填“氧化”或“还原”)，在铁粉总量一定的条件下，废水中的溶解氧过多不利于的去除，原因是 。 ◆知识点二 铁合金：生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金 1、生铁 (1)生铁的含碳量： (2)性能及用途：生铁硬度大、抗压，性脆、可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料 2、钢： 是用量最大，用途最广的合金 (1)钢的含碳量：0.03%～2% (2)性能及用途：钢有良好的延展性，机械性能好，可以锻轧和铸造，广泛用于制造机械和交通工具等 (3)钢根据化学成分，可分为两大类：碳素钢和合金钢 ①碳素钢根据含碳量不同可分为 、 和 ，其性能和用途如下 含碳量 性能及用途 低碳钢 低于0.3% 韧性、焊接性好，但强度低，用于制造钢板，钢丝和钢管等 中碳钢 0.3%~0.6% 强度高，韧性及加工性好，用于制造钢轨、车轮和建材等 高碳钢 高于0.6% 硬而脆，热处理后弹性好，用于制造器械、弹簧和刀具等 ②合金钢也叫特种钢，是在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种特殊性能，如强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀等 名称 主要合金元素 主要特性 主要用途 不锈钢 铬、镍 大气中比较稳定，不容易生锈，具有很强的抗腐蚀能力 医疗器材、厨房用具和餐具、地铁列车的车体材质等 超级钢 Mn、C、Al、V 强度很大，在应用时能够实现钢板的轻薄化 汽车、航空和航天等领域 锰钢 锰 韧性好，硬度大 钢轨、轴承、钢模、挖掘机铲斗、坦克装甲 硅钢 硅 导磁性好 变压器、发电机和电动机中的铁芯 钨钢 钨 耐高温、硬度大 刀具 特别提醒 即学即练 1．钢是用量最大、用途最广的合金。钢中含量最高的元素是 A．铁 B．碳 C．硅 D．锰 2．铁是目前产量最大、使用最广泛的金属。工业上以赤铁矿(主要成分为)等为原料制备铁的设备如图，下列说法错误的是 A．在高炉中会发生反应：、 B．与钢相比，生铁的含碳量较高，硬度较大 C．高炉炼铁的尾气含有较多的粉尘和等有害物质，不可随意排放 D．的失电子能力较强，自然界中不存在铁单质 3．下列图片所展示的物品不是用合金材料制成的是 物品 选项 A．杭州亚运会“湖山”金属奖牌 B．青铜器“四羊方尊” C．液晶显示屏 D．不锈钢餐盘 A．A B．B C．C D．D ◆知识点三 铝和铝合金 1、铝 (1)存在：铝是地壳中含量最多的金属元素 (2)化学性质 ①与O2反应 a、铝是一种 金属，在 就能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层致密的 薄膜并牢固地覆盖在铝表面，防止铝进一步被氧化，因此铝在空气中表现出良好的抗腐蚀性 b、热时，铝粉可在空气中燃烧，放出大量热，化学方程式： ②铝与酸的反应 a、与盐酸、稀H2SO4反应的离子方程式： b、常温下，遇浓硝酸、浓H2SO4时，在表面生成致密的氧化膜而发生钝化 ③铝与强碱(NaOH)溶液的反应： 2、氧化铝的化学性质 (1)与H2SO4反应的化学方程式： (2)与NaOH反应的化学方程式： (3)两性氧化物：既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的氧化物 3、铝及其合金的用途 (1)与其他金属(或非金属)熔合形成铝合金，铝的合金具有密度小、强度高、塑性好、制造工艺简单、成本低、抗腐蚀能力强等特点，主要用于建筑业、交通运输业以及电子行业。铝合金可做建筑外墙材料及房屋的门窗，可制成汽车车轮骨架和飞机构件，还可用于制造电子元件等 (2)利用其导电性，制造电线、电器元件等 (3)利用其强的还原性，冶炼熔点高的金属、焊接钢轨等 4、使用铝制品应注意的问题 (1)铝制品耐用是因为表面有致密的氧化铝保护膜，Al2O3是 氧化物，既可以与酸反应又可以与碱反应，所以铝制品不宜盛放 的物质 (2)含氯化钠的物质不能用 盛放。这是因为铝制品表面虽然有致密的氧化膜保护层，但若遇到氯化钠溶液，其中的氯离子会破坏氧化膜的结构，加速铝制品的腐蚀。因此，铝制品不宜用来长时间盛放咸菜等腌制食品 即学即练 1．铁和铝及其化合物在日常生产生活中有着广泛的应用。 I．制备FeCl3晶体(实验装置如图所示) 氯化铁(FeCl3)是一种棕色结晶，易升华，极易吸收空气里的水分而潮解。实验室制备无水氯化铁并探究氯化铁性质的相关实验如下： (1)装置A中发生反应的离子方程式是 。 (2)实验装置接口的连接顺序是a→ →g，G中盛装的物质是 ，其作用是 。 (3)装置C的作用是 。 (4)实验开始应先点燃 (填“A”或“B”)处的酒精灯，当观察到 时(填现象)，再点燃另一处的酒精灯。 Ⅱ．测定铁铝合金中铝的质量分数(实验装置如图所示) (5)铝和NaOH溶液反应的化学方程式为 。 (6)装置中导管a的作用除了使分液漏斗中的NaOH溶液能顺利滴下以外，另一个作用是 。 (7)若实验用铁铝合金的质量为0.334g，测得气体体积为67.2mL(已转换成标准状况)，则合金中铝的质量分数为 (结果保留三位有效数字)。 2．近年来，我国科技事业成果显著，下列成果所涉及的材料不是金属材料的是 A．“蛟龙”号潜水器上的耐压球壳使用的材料——钛合金 B．超导量子计算机“本源悟空”的芯片材料——铝、铜和铌等 C．国产大飞机C919机身使用的复合材料——碳纤维和环氧树脂 D．首艘国产大型邮轮“爱达·魔都号”上层建筑材料——铝合金 3．硬铝是一种铝合金，常用于制造飞机外壳。某硬铝中含、、，下列叙述错误的是 A．硬铝为化合物 B．硬铝具有导电性 C．硬铝的密度小、强度高 D．硬铝能与溶液反应 ◆知识点四 常见的无机非金属材料 1、传统无机非金属材料 又称硅酸盐材料，包括 、 、 。 2、半导体材料 硅的导电性介于 之间，是一种重要的半导体材料，被广泛用于电子工业的各个领域。工业上利用 可以制得高纯度的硅。 3、光导纤维 光导纤维的主要成分是 ，可用来制造通讯光缆，用于光纤通信或传送高强度的激光等。 4、新型陶瓷材料 新型陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。 (1)结构陶瓷具有机械功能、热功能和部分化学功能，如高温结构陶瓷等，高温结构陶瓷主要有高温氧化物(如氧化铝陶瓷)和高温非氧化物(如氮化硅陶瓷)两大类。 (2)功能陶瓷具有光、电、磁、化学和生物等方面的特殊功能，如压电陶瓷等，压电陶瓷主要成分是钛酸钡和钛酸铅。 特别提醒 即学即练 1．随着科技发展，一系列新型无机非金属材料相继问世，下列物品没有使用新型无机非金属材料的是 A．碳化硅陶瓷轴承 B．超导陶瓷 C．石墨烯材质的超轻海绵 D．窗户上的玻璃 A．A B．B C．C D．D 2．科技的发展离不开化学材料。下列属于新型无机非金属材料的是 A．光导纤维 B．青花瓷 C．聚乙烯 D．钛合金 3．合金的应用促进了人类社会的发展。下列产品所用的主要材料不属于合金的是 A．山东航母船体 B．国产大飞机C919外壳 C．班级中的电脑台 D．中科院钽酸锂光子芯片 一、金属材料的性能及应用 1、金属材料的性能 从使用的要求和性能看，可以从以下几个方面来分析。 使用要求 材料性能 体现出一些力学性能 延展性、硬度、塑性等 起到导热和导电的作用，而且能够在一定温度范围内稳定工作 金属材料的密度、熔点、导电性、导热性等物理性能密切相关 在使用过程中不可避免地会暴露在空气中，或者接触到一些化学药品 具有抗氧化性、耐酸碱性等化学性能 从金属原材料到最后的金属产品，加工成型这一步骤必不可少 可铸性、可锻性、切削加工性等工艺性能 2、合金及其应用 (1)合金的概念：合金是将两种或两种以上的金属（或金属与非金属）共熔，制备出的金属材料。 (2)合金的性能 ①硬度一般比组成它的纯金属大。 ②多数合金的熔点低于组分金属。 ③导电性和导热性一般低于组分金属。 (3)常见的合金 名称 主要组成元素 用途或性能 硬铝 Al(Cu、Mg、Mn) 制造飞机和门窗 武德合金 Sn、Bi、Cd、Pb 熔点低，作保险丝 铝锂合金 Al、Li 制造航空飞行器 不锈钢 Fe(Cr) 抗氧化、耐腐蚀 钛合金 Ti与其他元素 强度高、密度小、耐热性好、易于加工、抗腐蚀性强 注意：合金的组成及性能 (1)合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素。 (2)合金是混合物，不是化合物。 (3)合金具有金属特性，如导电、导热等。 (4)合金形成后会影响各成分金属的物理性质，如合金的熔点一般比各成分金属低，而硬度、机械强度一般比各成分金属高；但一般来说各成分金属均保持了其原有的化学性质。 实践应用 1．目前我国炼钢行业产生的二氧化碳排放总量仅次于发电行业所产生的二氧化碳排放总量。为实现2030年前碳达峰，采用竖炉炼铁可以有效减少温室气体、烟尘的排放及减少水污染，提高能源的利用率。如图是竖炉炼铁的工艺流程示意图，请回答下列问题。 (1)赤铁矿的主要成分的化学式为 。 (2)在催化反应室中发生的反应之一为.。其中X的化学式为 ，存在化合价变化的元素是 (填元素符号)。 (3)写出还原反应室中进行的主要的化学反应的方程式 （任写一个）。 (4)该流程所得产品为生铁，经过冶炼后可以得到具有更多性能的钢，相比于生铁，钢的含碳量更 (选填“高”或“低”)。 (5)最后的烟囱中排出的尾气中依旧会有一些污染物，你对降低或消除其对环境的污染有何合理化的建议？ (任写一条)。 2．下列所用材料不属于合金的是 A．旧自行车钢圈 B．不锈钢手术器械 C．青花瓷将军罐 D．不锈钢锅 A．A B．B C．C D．D 3．“大国重器”标注中国新高度。下列“大国重器”所涉及的材料中属于合金的是 A．福建舰使用的特种钢 B．“中国天眼”使用的碳化硅 C．登月国旗所用的玄武岩纤维 D．北斗卫星使用的隔热材料玻璃钢 A．A B．B C．C D．D 考点一 金属材料的性能及应用 【例1】文物承载历史，传承文化。下列有关文物的主要成分不是金属材料的是 A．金錾花云龙纹执壶 B．白玉双龙云纹佩 C．银累丝圆盒 D．错赤铜狩猎纹豆 A．A B．B C．C D．D 【变式1-1】北斗系统的全面建成彰显了中国航天的力量，在航天科技中会用到大量金属材料。下列有关金属材料的说法正确的是 A．合金中只含有金属元素 B．铁能制成铁丝利用了铁的延展性 C．钢是纯净物，生铁是合金 D．合金的熔点一般比其组成金属更高 【变式1-2】“9.3阅兵”展示的新装备彰显我国新型金属材料的硬实力，下列说法正确的是 A．检阅车扶手采用航空级铝合金材料，铝单质化学性质稳定，耐腐蚀 B．单兵作战系统采用钛合金构件，钛合金具有密度小、强度高等优势 C．某新型战机发动机使用稀土元素提升材料性能，稀土元素就是镧系元素 D．高压电气系统使用钨铜合金，该合金导电性差，但耐高温、抗烧损 考点二 常见的无机非金属材料 【例2】航空航天领域所用的材料中，主要成分属于无机非金属材料的是 A．高强度橡胶 B．铝合金 C．氮化硼陶瓷 D．合成纤维 【变式2-1】神舟二十号飞船使用了多种先进材料。其中属于新型无机非金属材料的是 A．铝-钛合金 B．聚乙烯纤维 C．复合碳纤维 D．氮化硅陶瓷 【变式2-2】材料是人类赖以生存和发展的物质基础，下列关于材料的说法不正确的是 A．陶瓷、玻璃、水泥等无机非金属材料，主要化学成分是硅酸盐 B．氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料，具有耐高温抗氧化等优良性能 C．太阳能电池可采用二氧化硅制作，有利于环保节能 D．碳纳米材料主要包括富勒烯、石墨烯等，有广阔的应用前景 考点三 二氧化硅的性质及用途 【例3】牙膏中常见的摩擦剂是碳酸钙和二氧化硅，下列说法不正确的是 A．碳酸钙是难溶性盐 B．实验室用碳酸钙与盐酸反应制备二氧化碳 C．二氧化硅能与氢氧化钠反应生成盐和水 D．二氧化硅易溶于水 【变式3-1】2024年6月，中国自主研发、制造的机器狗在日本举办的国际顶级赛事中大放异彩。下列说法不正确的是 A．机器狗内部集成电路板芯片主要成分为二氧化硅 B．机器狗的关节所采用的不锈钢材料属于金属材料 C．摄像头镜片使用的铝硅玻璃属于无机非金属材料 D．机身所用铝合金材料具有硬度高、密度小等特点 【变式3-2】工业上利用菱镁矿(主要成分为，含少量、、)为原料制备高纯镁砂的工艺流程如下： 已知：金属阳离子以氢氧化物形成沉淀时溶液的pH见下表： 金属离子 开始沉淀的pH 9.1 7.0 1.9 3.5 完全沉淀的pH 11.1 9.0 3.2 4.6 (1)轻烧粉的主要成分是 。 (2)“浸出”涉及到的主要反应的化学方程式为 。 (3)滤渣中含有 、和，“浸出”时的pH范围为 。 (4)流程中可循环利用的物质有 (填化学式)。 (5)“沉镁”时反应的化学方程式为 。 考点四 硅酸钠的性质及用途 【例4】某同学为了比较碳酸和硅酸酸性的相对强弱，用下图所示装置进行实验(夹持仪器已略去，气密性已检验)。 资料： I．复分解反应中，酸性较强的酸可以与酸性较弱的酸对应的盐反应，生成酸性较弱的酸和酸性较强的酸对应的盐，即“强酸制弱酸”。例如：H2SO4酸性强于H2CO3，故H2SO4可以与Na2CO3反应生成H2CO3(继续分解为CO2和H2O)和Na2SO4. Ⅱ．硅酸为白色胶状沉淀，难溶于水。 实验操作步骤： ①打开弹簧夹1，关闭弹簧夹2，并打开活塞a，滴加盐酸。 ②A中看到白色沉淀时，关闭弹簧夹1，打开弹簧夹2，当……，关闭活塞a． 请回答： (1)A中反应的化学方程式是 ，B中反应的离子方程式是 。 (2)通过实验可知，盐酸具有的性质是___________(填字母序号)。 A．挥发性 B．还原性 C．氧化性 D．酸性 (3)X是NaHCO3，C装置的作用为 ，C中发生反应的离子方程式为 。 (4)为了验证碳酸的酸性强于硅酸，步骤②中未写出的现象是 。D中反应的化学方程式是 。 【变式4-1】不能正确表示下列变化的离子方程式是 A．Al与NaOH溶液反应： B．酸性碘化钾溶液中滴加适量双氧水： C．硅酸钠溶液和盐酸反应： D．硫酸铜溶液中加少量的铁粉： 【变式4-2】硅及其化合物是重要的材料，应用范围很广。请回答下列问题： (1)一种制备高纯硅的工艺流程如图所示。 ①电弧炉中发生反应的化学方程式 ，当反应转移2mol电子时，参加反应的焦炭的质量为 g。 ②还原炉中发生反应的化学方程式为 。 (2)根据如图所示装置回答以下问题。 若要用此装置证明酸性：HNO3>H 2CO3>H2SiO3，从以下所给物质中选出甲同学设计的实验所用到的物质：①稀HNO3  ②稀盐酸  ③碳酸钙  ④Na 2SiO3溶液  ⑤SiO2，试剂A与C分别为 (填序号)；若试剂C足量，试管中发生反应的离子方程式为 。有同学认为此实验不能说明酸性强弱，你认为原因是 。 (3)硅酸钠溶液是一种粘稠的液体，这与硅酸根离子的长键结构有关：在硅酸根离子中每个Si原子都与四个O原子相连形成四面体，人们常称之为“硅氧四面体”，硅氧四面体通过共用O原子可以彼此相连形成长链。 俯视为简化为连成长链 用激光笔照射Na2SiO3溶液，发现有丁达尔现象。依据胶体微粒大小对其中所含原子数的估算，胶体微粒中大约会含有个原子。假设硅酸钠溶液中硅酸根离子含有1000个原子，那么在硅酸根离子的长链中，包含有 个硅氧四面体的结构单元。 基础达标 1．非物质文化遗产是中华优秀传统文化的瑰宝，其作品的制作材质蕴含着独特的工艺智慧。下列贵州非物质文化遗产作品的制作材质，属于金属材料的是 A．大方漆器 B．玉屏箫笛 C．思州石砚 D．苗族银饰 A．A B．B C．C D．D 2．中华民族有着悠久的历史文化。下列说法正确的是 A．青铜是一种混合物，其硬度小于纯铜 B．传统鎏金工艺是将金溶于汞中制成“金汞漆”，涂在器物表面，然后加火除汞，使金附着在器物表面。鎏金工艺利用了汞的挥发性 C．竹胎漆画颜料赭石的主要成分氧化铁，耐酸、碱 D．节日的烟花实质上是Fe、Cu、S等多种元素发生了焰色试验 3．下列不属于合金材料的是 A．不锈钢手术器械 B．制造飞机外壳的硬铝 C．出土文物青铜器 D．全碳纤维羽毛球拍 A．A B．B C．C D．D 4．生活离不开化学，下列有关物质用途的说法错误的是 A．：高效、低毒的消毒剂 B．稀土元素：冶金工业的维生素 C．硬铝：制造飞机 D．合金：形状记忆合金 5．在生产和生活中，金属材料具有广泛的应用，以下关于金属材料的说法不合理的是 A．钠钾合金可用作核反应堆的传热介质 B．硬铝合金因为具有银白色可作为制造飞机的材料 C．常见的一些合金的硬度大于其成分金属 D．Ti-Fe合金具有良好的储氢功能 6．化学与生产、生活、科技、环境保护息息相关。下列说法不正确的是 A．2019年1月3日中国嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆，探测器使用的合金材料具有密度小，强度大又耐高温的特性 B．La-Ni合金室温下可吸收氢气形成金属氢化物，可作储氢材料 C．《天工开物》中记载：“若造熟铁，则生铁流出时相连数天内……众人柳棍疾搅，即时炒成熟铁。”炒铁是为了降低铁水中碳含量，且熟铁比生铁质地更硬延展性稍差 D．纳米铁粉可以通过置换反应高效地除去被污染水体中的、等重金属离子 7．某实验小组设计了如下装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。 已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO+PdCl2+H2O=CO2+2HCl+Pd↓(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。 (1)实验时要通入足够长时间的N2，其原因是 。 (2)装置B的作用是 。 (3)装置C、D中所盛试剂分别为澄清石灰水、 ，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为 。 综合应用 1．合金是由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的材料。下列不属于合金的是 A．用于磁性材料的四氧化三铁 B．用于制造飞机外壳的硬铝 C．用于地铁列车车体的铬钢 D．用于核反应堆导热的钠钾共晶 2．化学与生活、科研密切相关，下列说法错误的是 A．铬酸作氧化剂可以使铝合金表面的氧化膜产生美丽的颜色 B．人体内的含铁化合物主要分为功能性铁和储存铁 C．牙膏中添加的氟化钠属于盐 D．中国“蛟龙”号载人潜水器的关键部件——耐压球壳是纯铁制造的 3．下列说法中正确的是 A．合金的熔点一般低于成分金属 B．火星表土中赤铁矿主要成分为FeO C．新制氯水不能使干燥的有色布条褪色 D．过氧化钠是淡黄色固体，久置空气中变成白色氢氧化钠固体 4．下列有关合金的说法不正确的是 A．生铁和钢是两种铁碳合金，含碳量生铁小于钢 B．硬铝合金密度小强度大，可用于制造飞机部件 C．合金与纯金属相比，结构发生变化 D．镧镍合金能吸收氢气，实现氢气的安全存储与运输 5．下列有关物质用途的解释错误的是 A．生铁比钢的硬度小，是制造管道的重要材料 B．硬铝的密度小、强度高，是制造飞机的理想材料 C．不锈钢不容易生锈，是制造厨房用具的材料 D．铝合金因坚硬、轻巧，可以用于制作窗框 6．我国古代冶金技术享誉世界，下列关于古代合金的说法，错误的是 A．《考工记》“六分其金而锡居一，为钟鼎之齐”——铜锡合金（青铜）熔点低于纯铜，易铸造，故可制礼器 B．汉代“铁犁牛耕”推广——生铁（铁碳合金）硬度大于纯铁，强度高，能适配农耕时翻土需求 C．战国“司南”（磁石勺+铜底座）稳定指示——纯铜磁性优于青铜（铜锡合金），能辅助磁石定位，故底座选用纯铜而非青铜 D．唐代银器盛行，“925银”广泛用于首饰——银铜合金硬度大于纯银，不易变形，更适配首饰加工与使用 7．材料与生活，生产息息相关，目前使用的材料主要有：金属材料、传统无机非金属材料、新型无机非金属材料，高分子材料和复合材料等。回答下列问题： (1)下列不属于传统硅酸盐产品的是 (填序号)。 ①光导纤维   ②水泥   ③玻璃   ④陶瓷   ⑤锰钢   ⑥石墨烯 (2)玻璃是重要的建筑和装饰材料，有些玻璃的花纹是利用氢氟酸对普通玻璃中二氧化硅的腐蚀作用而形成的，写出该反应的化学方程式 。 (3)高纯硅是光伏发电技术中重要的基础原料。制备高纯硅的主要工艺流程如图所示： ①反应Ⅱ的化学方程式为 。 ②整个过程中必须严格控制无水无氧。在有氧环境下，除了有不安全因素外，还可能使产品中混有杂质 。 (4)用海边的石英砂(含氯化钠、氧化铝等杂质)制备二氧化硅粗产品的工艺流程如图所示： ①洗涤石英砂的目的是 。 ②将洗净的石英砂研磨成粉末，目的是 。 ③在以上流程中， (填“能”或“不能”)将盐酸改为NaOH溶液，并说明理由 。 8．高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下： (1)SiO2与CO2具有类似的性质，能与NaOH溶液反应，该反应的化学方程式： 。工业上用石英砂和过量焦炭在电弧炉中高温加热生成粗硅，当有1molC参与反应时，该反应转移的电子数是 。 (2)还原炉中发生的化学反应方程式为 。 (3)上述工艺生产中循环使用的物质除Si、SiHCl3外，还有 。 (4)工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃，该反应的化学方程式为 。 (5)工业上可利用水玻璃和盐酸反应制备硅酸凝胶，进一步脱水处理可得到硅胶，写出水玻璃和盐酸反应的离子方程式： 。 (6)关于硅及其相关化合物的叙述正确的是 。 A．自然界中存在天然游离的硅单质 B．已知C与Si的最高正价都是正四价，由于CO2＋H2O=H2CO3，用类比法得知，SiO2＋H2O=H2SiO3 C．Na[AlSi3O8]用氧化物形式表示为Na2O·Al2O3·6SiO2 D．硅元素在金属与非金属的分界线处，因此具有弱导电性，一般可用于作为半导体材料 E．SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物 F．玻璃、水泥、陶瓷都是传统的硅酸盐产品 9．硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。二氧化硅又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料，部分转化过程如图所示。回答下面问题： (1)关于硅及其相关化合物的叙述正确的是 (填字母)。 A．碳元素和硅元素都位于周期表的IVA族，非金属性较强的是碳元素 B．自然界中存在天然游离的硅单质 C．玻璃、水泥、陶瓷都是传统的硅酸盐产品 D．SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物 E．硅元素在金属与非金属的分界线处，因此具弱导电性，一般可用作半导体材料 (2)光导纤维是一种良好的通讯材料，其成分是 (填化学式，下同)，高纯硅是制造半导体芯片的基础原材料，由SiO2制备高纯度硅的工业流程如上图所示，可以循环使用的物质为 和 ，写出第①步的化学方程式 。 (3)生产磨砂玻璃时可以用HF溶蚀玻璃，是因为HF溶液可与SiO2反应，其化学反应方程式为 。 (4)氮化硅是一种性能优异的无机非金属材料，它的熔点高，硬度大，电绝缘性好，化学性质稳定，但生产成本较高。 ①根据氮和硅的原子结构示意图、元素周期律的知识，写出氮化硅的化学式 。 ②根据以上描述，推测氮化硅可能有哪些用途： (填字母)。 a．制作坩埚　　b．用作建筑陶瓷　　c．制作耐高温轴承　　d．制作切削刀具 10．硅在我们生活生产中用途非常广泛。一种制备高纯硅的工艺流程如图所示，请回答下列问题： (1)Si在元素周期表中的位置为 ；请写出Si的一种用途： 。 (2)石英砂和焦炭在电弧炉中高温反应可以得到硅，发生反应的化学方程式为 ，该反应中，氧化剂是 （写化学式）；在电弧炉中已经得到硅，但还要进行后续步骤的目的是 。 (3)得到的硅进入流化床反应器中，在250~300℃条件下反应得到SiHCl3，SiHCl3的结构式为 。 (4)整个工艺流程都要隔绝空气，目的是 。 (5)上述流程中，可以循环使用H2和HCl，X为 （填化学式）。 拓展培优 1．新型储氢材料——镁铝合金(，)，其储氢反应为，所得产物能与水反应释放出大量氢气。下列说法正确的是 A．均为离子化合物 B．366 g的该合金能吸收190.4 L氢气 C．该镁铝合金的硬度比镁和铝的小 D．，该反应中水是氧化剂 2．用石英砂和原料气(含和少量)制备的操作流程如图所示(粗硅中含有少量Fe、Cu的单质及化合物)： 下列叙述不正确的是 A．“还原”时，发生反应的化学方程式为 B．“高温氮化”合成反应中N2是氧化剂 C．“操作X”可将原料气通过灼热的铜粉 D．“稀酸Y”选用稀硫酸除去产物中的杂质 3．在2025年央视春晚的舞台上，节目中机器人“桶分”带来的扭秧歌表演，令观众眼前一亮，机器人外壳采用了高性能的塑料材质，内部的核心控制依靠芯片，而动力则由锂电池提供，同时很多关键的支撑及传动部件选用了合适的金属材料。 (1)制造机器人外壳的塑料属于 (选“无机非金属材料”或“有机高分子材料”)。 (2)锂电池供电时将化学能转化为 能。 (3)芯片主要是用纯度极高的单质硅制成的，目前制备高纯硅最广泛采用的方法为三氯硅烷还原法，将和C在高温下反应生成硅和一氧化碳，该反应的化学方程式为 。 (4)某手机电路板中含有Fe、Cu、Ag、Ni等金属，如图是某工厂回收部分金属的流程图： 资料信息：，硫酸镍的化学式为。 ①金属板加入足量稀硫酸的目的是 。 ②滤渣①中所含金属的化学式为 。 4．提纯工艺在化学生产中具有核心地位，直接影响产品质量、安全性、经济效益及环境可持续性。某小组学生以粗盐提纯和硅的提纯为例展开研究，回答下列问题： Ⅰ．粗盐提纯 已知：粗盐中含有、、等杂质。 方案1： (1)步骤①中要稍过量，如何检验是否过量： 。 (2)步骤④中用盐酸调节pH，除去的杂质离子有 。 方案2：向粗盐水中加入石灰乳除去，再通入含、的工业废气与生成沉淀除。 (3)写出通入工业废气后发生的化学反应方程式 。 Ⅱ．粗硅提纯 多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料。可以通过以下流程生成多晶硅。 (4)反应①制备粗硅的化学方程式为 。 (5)上述工艺生产中循环使用的物质除、外，还有 。 (6)关于硅及其相关化合物的叙述正确的是___________。 A．自然界中存在天然游离的硅单质 B．高纯多晶硅属于新型无机非金属材料 C．二氧化硅可用来生产光导纤维，因其具有较好的导电性 D．通过制粗硅的化学反应可以证明非金属性：C>Si 5．硅是无机非金属材料的主角。请根据所学知识回答下列问题： Ⅰ．高纯Si的制备 (1)高温下，石英砂和焦炭反应生成粗硅的化学方程式为 ，每生成8.4gSi，生成的气体的体积为 L(标准状况下)。 (2)A中含有的共价键类型为 ；由SiHCl3 (H显-1价)制备高纯Si的反应中，氧化产物与还原产物的物质的量之比为 。 Ⅱ．含硅物质的转化如图所示，其中X、Y、Z、W、M均为纯净物，a、c均为酸，W的水溶液俗称水玻璃。 (3)上述物质转化中，存在 个氧化还原反应；Y转化为W的离子方程式为 。 (4)下列说法正确的是_______(填标号)。 A．a溶液能保存在玻璃瓶中 B．W的焰色为紫色 C．W可用作黏合剂和灭火剂 D．c可以是稀硫酸或稀盐酸 6．硅单质及其化合物应用广泛。请回答下列问题： (1)传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料，主要包括 、水泥和玻璃；下列物品含有的是 (填序号)。 ①水晶项链 ②玛瑙 ③石英钟 ④硅太阳能电池 ⑤光导纤维 ⑥计算机芯片 (2)SiO2是玻璃的主要成分之一，保存氢氧化钠溶液的玻璃瓶应该用橡胶塞而不用玻璃塞的原因是 (用化学方程式表示)。 (3)硅单质可作为硅半导体材料。三氯甲硅烷（SiHCl3）还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程如图： ①流程①焦炭体现了 (填“氧化性”或“还原性”)。 ②实验室模拟上述过程④制备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置略去)，下列说法正确的是 。 A．装置Ⅱ洗气瓶装的是浓硫酸 B．装置Ⅲ的烧杯中装的是热水 C．实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K D．为鉴定高纯硅中是否含微量铁单质，需要用的试剂为盐酸、硫氰化钾溶液 遇水发生剧烈的水解反应，生成H2SiO3、HCl和一种可燃性气体单质，写出该水解反应的化学方程式 。 ④在制备高纯硅的过程中都需隔绝空气，否则可能引起的后果是 (写出两条即可)。 7．纯硅被誉为“信息革命的催化剂”，工业上有两种以粗硅为原料制备高纯硅的工艺。 已知：SiCl4沸点57.7 ℃，遇H2O会剧烈反应；SiHCl3沸点31.5 ℃，且也能与H2O强烈反应，并在空气中易自燃。 (1)制备粗硅的化学反应方程式为 。 (2)SiCl4和SiHCl3遇水都会剧烈反应，都会生成H2SiO3、HCl。但SiHCl3会多生成一种物质X，则物质X的名称为 。 (3)实验室用下图装置制备SiCl4。 ①装置F的作用是 ，实验开始应后点燃 (填“A”或“D”)装置的酒精灯。 ②A装置中的化学反应方程式为 。 (4)SiHCl3与过量H2制备纯硅的装置如图(热源及夹持装置已略去)。 ①装置B中的试剂是 (填名称)。 ②实验中先让稀硫酸与锌粒反应一段时间后，再加热C、D装置的理由是 。 ③装置D中发生反应的化学方程式为 。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $