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（一）碳化硅（SiC）

碳化硅的晶体结构和金刚石相近，属于原子晶体，它的熔点高（2827℃），硬度近似于金刚石，故又称为金刚砂。将石英和过量焦炭的混合物在电炉中锻烧可制得碳化硅。

纯碳化硅是无色、耐热、稳定性好的高硬度化合物。工业上因含杂质而呈绿色或黑色。

工业上碳化硅常用作磨料和制造砂轮或磨石的摩擦表面。常用的碳化硅磨料有两种不同的晶体，一种是绿碳化硅，含SiC 97%以上，主要用于磨硬质含金工具。另一种是黑碳化硅，有金属光泽，含SiC 95%以上，强度比绿碳化硅大，但硬度较低，主要用于磨铸铁和非金属材料。

（二）氮化硼（BN）

氮化硼是白色、难溶、耐高温的物质。将B2O3与NH4Cl共熔，或将单质硼在NH3中燃烧均可制得BN。通常制得的氮化硼是石墨型结构，俗称为白色石墨。另一种是金刚石型，和石墨转变为金刚石的原理类似，石墨型氮化硼在高温（1800℃）、高压（800Mpa）下可转变为金刚型氮化硼。这种氮化硼中B－N键长（156pm）与金刚石在C－C键长（154pm）相似，密度也和金刚石相近，它的硬度和金刚石不相上下，而耐热性比金刚石好，是新型耐高温的超硬材料，用于制作钻头、磨具和切割工具。

（三）硬质合金

IVB、VB、VIB族金属的碳化物、氮化物、硼化物等，由于硬度和熔点特别高，统称为硬质合金。下面以碳化物为重点来说明硬质含金的结构、特征和应用。

IVB、VB、VIB族金属与碳形成的金属型碳化物中，由于碳原子半径小，能填充于金属品格的空隙中并保留金属原有的晶格形式，形成间充固溶体。在适当条件下，这类固溶体还能继续溶解它的组成元素，直到达到饱和为止。因此，它们的组成可以在一定范围内变动（例如碳化钛的组成就在TiC0.5～TiC之间变动），化学式不符合化合价规则。当溶解的碳含量超过某个极限时（例如碳化钛中Ti:C＝1:1），晶格型式将发生变化，使原金属晶格转变成另一种形式的金属晶格，这时的间充固溶体叫做间充化合物。

金属型碳化物，尤其是IVB、VB、VIB族金属碳化物的熔点都在3273K以上，其中碳化铪、碳化钽分别为4160K和4150K，是当前所知道的物质中熔点最高的。大多数碳化物的硬度很大，它们的显微硬度大于1800kg·mm2（显微硬度是硬度表示方法之一，多用于硬质合金和硬质化合物，显微硬度1800kg·mm2相当于莫氏一金刚石一硬度9）。许多碳化物高温下不易分解，抗氧化能力比其组分金属强。碳化钛在所有碳化物中热稳定性最好，是一种非常重要的金属型碳化物。然而，在氧化气氛中，所有碳化物高温下都容易被氧化，可以说这是碳化物的一大弱点。

除碳原子外，氮原子、硼原子也能进入金属晶格的空隙中，形成间充固溶体。它们与间充型碳化物的性质相似，能导电、导热、熔点高、硬度大，同时脆性也大。

（四）金属陶瓷

随着火箭、人造卫星及原子能等尖端技术的发展，对耐高温材料提出了新的要求，希望既能在高温时有很高的硬度、强度，经得起激烈的机械震动和温度变化，又有耐氧化腐蚀、高绝缘等性能。无论高熔点金属或陶瓷都很难同时满足这些。金属具有良好的机械性能和韧性，但高温化学稳定性较差，易于氧化。陶瓷的特点是耐高温，化学稳定性好，但最大的缺点是脆性，抗机械冲击和热冲击能力低。金属陶瓷是由耐高温金属如Cr、Mo、W、Ti等和高温陶瓷如Al2O3、ZrO3、TiC等经过烧结而形成的一种新型高温材料，它兼有金属和陶瓷的优点，密度小，硬度大，耐磨，导热性好，不会由于骤冷骤热而脆裂。是具有综合性能的新型高温材料，适用于高速切削刀具、冲压冷拉模具、加热元件、轴承、耐蚀制件、无线电技术、火箭技术、原子能工业等。

二、新型陶瓷材料

传统陶瓷主要采用天然的岩石、矿物、粘土等材料做原料。而新型陶瓷则采用人工合成的高纯度无机化合物为原料，在严格控制的条件下经成型、烧结和其他处理而制成具有微细结晶组织的无机材料。它具有一系列优越的物理、化学和生物性能，其应用范围是传统陶瓷远远不能相比的，这类陶瓷又称为特种陶瓷或精细陶瓷。

新型陶瓷控化学成分主要分为两类：一类是纯氧化物陶瓷，

如Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、ThO2等；另一类是非氧化物系陶瓷，如碳化物、硼化物、氮化物和硅化物等。按照其性能与特征又可分为：高温陶瓷、超硬质陶瓷、高韧陶瓷、半导体陶瓷。电解质陶瓷、磁性陶瓷、导电性陶瓷等。随着成分、结构和I：艺的不断改进，新剂陶瓷层出不穷。按其应用不同又可将它们分为工程结构陶瓷和功能陶瓷两类。

在工程结构上使用的陶瓷称为工程陶瓷，它主要在高温下使用，也称高温结构陶瓷。这类陶瓷具有在高温下强度高、硬度大、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、耐烧蚀等优点，是空间技术、军事技术、原子能、业及化工设备等领域中的重要材料。工程陶瓷有许多种类，但目前世界上研究最多，认为最有发展前途的是氯化硅、碳化硅和增韧氧化物三类材料。

精密陶瓷氨化硅代替金属制造发动机的耐热部件，能大幅度提高工件温度，从而提高热效率，降低燃料消耗，节约能源，减少发动机的体积和重量，而且又代替了如镍、铬、钠等重要金属材料，所以，被人们认为是对发动机的一场革命。氮化硅可用多种方法制备，工业上普遍采用高纯硅与纯氮在1600K反应后获得：

3Si＋2N2 Si3N4

也可用化学气相沉积法，使SiCl4和N2在H2气氛保护下反应，产物Si3N4积在石墨基体上，形成一层致密的Si3N4层。此法得到的氮化硅纯度较高，其反应如下：

SiCl4＋2N2＋6H2→Si3N4＋12HCl

氯化硅、碳化硅等新型陶瓷还可用来制造发动机的叶片、切削刀具、机械密封件、轴承、火箭喷嘴、炉子管道等，具有非常广泛的用途。

利用陶瓷对声、光、电、磁、热等物理性能所具有的特殊功能而制造的陶瓷材料称为功能陶瓷。功能陶瓷种类繁多，用途各异。例如，根据陶瓷电学性质的差异可制成导电陶瓷、半导体陶瓷、介电陶瓷、绝缘陶瓷等电子材料，用于制作电容器、电阻器、电子工业中的高温高频器件，变压器等形形的电子零件。利用陶瓷的光学性能可制造固体激光材料、光导纤维、光储存材料及各种陶瓷传感器。此外，陶瓷还用作压电材料、磁性材料、基底材料等。总之，新剂陶瓷材料几乎遍及现代科技的每一个领域，应用前景十分广阔。

三、磁性材料

磁性材料是一种重要的电子材料。早期的磁性材料主要采用金属及合金系统，随着生产的发展，在电力工业、电讯工程及高频无线电技术等方面，迫切要求提供一种具有很高电阻率的高效能磁性材料。在重新研究磁铁矿及其他具有磁性的氧化物的基础上，研制出了一种新型磁性材料——铁氧体。铁氧体属于氧化物系统的磁性材料，是以氧化铁和其他铁族元素或稀土元素氧化物为主要成分的复合氧化物，可用于制造能量转换、传输和信息存储的各种功能器件。

铁氧体磁性材料按其晶体结构可分为：尖晶石型（MFe2O4）；石榴石型（R3Fe5O12）；磁铅石型（MFe12O19）；钙钛矿型（MFeO3）。其中M指离子半径与Fe2＋相近的二价金属离子，R为稀土元素。按铁氧体的用途不同，又可分为软磁、硬磁、矩磁和压磁等几类。

软磁材料是指在较弱的磁场下，易磁化也易退磁的一种铁氧体材料。有实用价值的软磁铁氧体主要是锰锌铁氧体Mn－ZnFe2O4和镍锌铁氧体Ni－ZnFeO4。软磁铁氧体的晶体结构一般都是立方晶系尖晶石型，这是目前各种铁氧体中用途较广，数量较大，品种较多，产值较高的一种材料。主要用作各种电感元件，如滤波器、变压器及天线的磁性和磁带录音、录像的磁头。

硬磁材料是指磁化后不易退磁而能长期保留磁性的一种铁氧体材料，也称为永磁材料或恒磁材料。硬磁铁氧体的晶体结构大致是六角晶系磁铅石型，其典型代表是钡铁氧体BaFe12O19。这种材料性能较好，成本较低，不仅可用作电讯器件如录音器、电话机及各种仪表的磁铁，而已在医学、生物和印刷显示等方面也得到了应用。

镁锰铁氧体Mg－MnFe3O4，镍钢铁氧体Ni－CuFe2O4及稀土石榴型铁氧体3Me2O3·5Fe2O3（Me为三价稀土金属离子，如Y3＋、Sm3＋、Gd3＋等）是主要的旋磁铁氧体材料。磁性材料的旋磁性是指在两个互相垂直的直流磁场和电磁波磁场的作用下，电磁波在材料内部按一定方向的传播过程中，其偏振面会不断绕传播方向旋转的现象。旋磁现象实际应用在微波波段，因此，旋磁铁氧体材料也称为微波铁氧体。主要用于雷达、通讯、导航、遥测、遥控等电子设备中。

重要的矩磁材料有锰锌铁氧体和温度特性稳定的Li－Ni－Zn铁氧体、Li－Mn－Zn铁氧体。矩磁材料具有辨别物理状态的特性，如电子计算机的"1"和"0"两种状态，各种开关和控制系统的"开"和"关"两种状态及逻辑系统的"是"和"否"两种状态等。几乎所有的电子计算机都使用矩磁铁氧体组成高速存贮器。另一种新近发展的磁性材料是磁泡材料。这是因为某些石榴石型磁性材料的薄膜在磁场加到一定大小时，磁畴会形成圆柱状的泡畴，貌似浮在水面上的水泡，泡的"有"和"无"可用来表示信息的"1"和"0"两种状态。由电路和磁场来控制磁泡的产生、消失、传输、分裂以及磁泡间的相互作用，即可实现信息的存储记录和逻辑运算等功能，在电子计算机、自动控制等科学技术中有着重要的应用。

压磁材料是指磁化时能在磁场方向作机械伸长或缩短的铁氧体材料。目前应用最多的是镍锌铁氧体，镍铜铁氧体和镍镁铁氧体等。压磁材料主要用于电磁能和机械能相互转换的超声器件、磁声器件及电讯器件、电子计算机、自动控制器件等。

四、超导材料

金属材料的电阻通常随着温度的降低而减小，当温度降低到一定数值的时候，某些金属及合金的电阻会完全消失，这种现象称为超导现象。具有超导性的物质称为超导体或超导材料。超导体电阻突然消失时的温度称为临界温度（Tc）。

荷兰物理学家H·K昂尼斯（Onnes）成功地制取了液体氦，获得了4.2K的低温。1911年他发现水银的电阻在4.2K附近突然下降到零，这就是人类第一次发现了超导现象。随着进一步的研究发现周期表中有26种金属具有超导性，单个金属的超导转变温度都很低，最高的超导金属是Nb，Tc一9.2K。因此，人们逐渐转向研究金属合金及化合物的超导性。

1986年4月瑞士科学家J．G贝德诺兹等发现由钡、镧、铜、氧组成的氧化物可能是高Tc的超导材料，并获得了Tc为30K的超导体，这是对超导材料的研究取得的第一次重大突破。在这之后，各国科学家对这一类材料进行了广泛研究。1987年2月美同科学家发现钡把铜氧材料的超导转变温度高达98K，从而突破了液氦温区而进入液氮温区。中国科学院物理所、化学所、北京大学等也都分别研制成功Tc为83.7K的超导线材和超导薄膜。日本研制成功钇一钡一铜一氧陶瓷高温超导材料，其成分为0.6Ba～0.4Y～1ICu～3O，在123K开始显示超导电性，在93K时出现零电阻。目前新的氧化物系列不断出现，如Bi－Sr-Ca－CuO，Tl－Ba－Ca－CuO等，它们的超导转变温度超过了120K。这些研究成果为超导材料早日付诸实用开辟了途径。

值得注意的是，人们发现碳的第三种同素异形体——C60碱金属作用形成AxC60（A代表钾、铷、铯等），它们都是超导体，其超导转变温度列于下表。从表中可看到，大多数AxC60超导体的转变温度比金属合金超导体高。这使人们看到C60这类有机超导体的巨大潜力，同时因其加上性能优于金属氧化物（陶瓷）超导体，因此AxC60类超导体将是很有发展前途的超导材料。

AxC60的超导转变温度

K2 C60：19 Tc／K

Rb3C60：28 Tc／K

Cs3C60：30 Tc／K

Rb2CsC60：30 Tc／K

RbCs2C60：33 Tc／K

超导材料的应用范围极为广泛，用超导材料制造的超导磁体，可产生很强的磁场，且体积小，重量轻，损耗电能小，比目前使用的常规电磁铁优异得多。应用超导材料还可以制造大功率超导发电机、磁流发电机、超导储能器、超导电缆等。超导技术最引人注目的应用是超导磁悬浮列车，其车速可高达500km/h。在海洋航行中利用超导电磁推进器，即不用电动机而实现高速、高效、无噪音航行。利用超导的完全抗磁性可制造超导无摩擦轴承。无论是在能源、电子、通讯、交通，还是由防军事技术、空间技术、受控热核反应以及医学等各个领域中，超导材料将以其特有的性能发挥出神奇的作用。

五、光导纤维与激光材料

（一）光导纤维

光导纤维简称光纤，是近10年来蓬勃发展起来的新型材料。光纤的中心是用高折射率的超纯石英或特种光学玻璃拉制成的晶莹细丝，称纤维芯。纤维芯的外皮是一层低折射率的玻璃或塑料制成的纤维皮。光纤具有传导光波的能力。

光纤的纤维芯是一种光密介质，外皮是一种光疏介质。当光线进入纤维芯，就只能在纤维芯内传播（全反射），经无数次全反射，呈锯齿形向前传播，最后到达纤维芯的另一端。这就是光纤传递信号的原理，如下图所示：

目前应用较多的有高纯石英光纤、组分玻璃光纤和塑料光纤。石英光纤所需的主要原料是经过精制的石英（SiO2），它由SiCl4水解而得到：

SiCl4＋2H2O＝SiO2＋4HCl

工业上通常将天然石英砂在电炉中以碳还原得到粗硅或结晶硅，其硅含量为95%～99%，然后再在结晶炉中用氯气与粗硅合成四氯化硅：

SiO2＋2C Si＋2CO↑ Si＋2Cl2 SiCl4

此法制得的SiCl4含有许多杂质，如BCl3、SiHCl3、PCl3等。需进一步精馏提纯。由于石英光纤原材料资源丰富，化学性能极其稳定，除氢氟酸外，对各种化学试剂有强的耐蚀性。因此，已实际应用在各种通讯线路上。除石英光纤外，其他类型的光纤材料也在大力开发之中。

目前光纤最大的应用是在通讯上，即光纤通讯，光纤通讯信息容量很大，如20根光纤组成的像铅笔一样大小的一支电缆每天可通话76200人次，而直径3英寸（3×2.54cm），由1800根铜线组成的电缆每天可只能通话900人次。此外，光纤通讯具有重量轻、抗干扰、耐腐蚀等优点，而且保密性好，原材料丰富，可大量节约有色金属。因此光纤是一种极为理想的通讯材料。

光纤制成的光学元器件，如传光纤维束，传像纤维束，纤维面板等，能发挥一般光学元件所不能起的特殊作用。此外，利用光导纤维与某些敏感元件组合或利用光导纤维本身的特性，可以做成各种传感器，用来测量温度、电流、压力、速度、声音等。它与现有的传感器相比，有许多独特的优点，特别适宜于在电磁干扰严重、空间狭小、易燃易爆等苛刻环境下使用。

（二）激光材料

激光是20世纪的重大发明之一，自1960年用红宝石作工作物质首次振荡出了激光之后，在激光的基础理论，激光的应用、激光材料和器件的研究等各个方面都有了迅速的发展。激光是利用受激辐射原理，在谐振腔内振荡出的一种特殊光。它同普通光相比，具有良好的单色性、相干性和高亮度的特点，在科学技术上有着广泛的用途。

用于生产激光的材料叫做激光11作物质，有固体、气体和液体二种，这里着重介绍固体激光材料。内体激光工作物质包括两个组成部分：激活离子（真正产生激光的离子）和基质材料（传播光束的介质）。形成激活离子的元素有三类：第一类是过渡元素如锰、铬、钴、镍、钒等；第二类是大多数稀土元素如钕、钬、镝、铒、铥、镱、镥、钆、铕、钐、镨等；第三类是个别的放射性元素如铀。目前应用最多的激活离子是Cr3＋和Nd3＋。基质材料有晶体和玻璃，每一种激活离子都有其对应的一种或几种基质材料。例如，Cr3＋渗入氧化铝晶体中有很好的发生激光的性能，但掺入到其他晶体或玻璃中发光性能就很差，甚至不会产生激光。目前已研制出的同体激光工作物质有上百种之多，但有实际使用价值的主要有：红宝石（Al2O3：Cr3＋），掺钕钇铝石榴石（Y3Al5O12：Nd3＋），掺钕铝酸钇（YAlO3：Nd3＋）和钕玻璃四种。

红宝石是最早振荡出激光的材料，输出激光波长为694.2nm的红色光。红宝石是以Al2O3晶体为基质材料，掺入质量分数为5×10－4的Cr2O3，激活离子是Cr3＋。制备红宝石单晶用的原料必须有很高的纯度，通常用重结晶法提纯后的铵明矾[NH4Al(SO4)2·12H2O]和重 铬酸铝[(NH4)2Cr2O7]，将它们以一定比例混合，加热到1050～1150℃，这时发生下列反应：

NH4Al(SO4)2·12H2O Al2(SO4)3＋2NH3↑＋SO3↑＋25H2O↑

Al2(SO4)3 Al2O3＋3SO3↑

2(NH4)2Cr2O7 4NH3↑＋2Cr2O3＋3O2↑＋2H2O↑

制得的Al2O3和Cr2O3的混合物，再用火焰法或引上法制成红宝石单晶。

掺钕钇铝石榴石和掺钕铝酸钇是分别以Y3Al5O12和YAlO3为基质材料，掺入不同浓度的Nd3＋的作为激活离子的激光工作物质。

钕玻璃的激活离子是Nd3＋，以K2O－BaO－SiO2成分的玻璃为基质材料时，产生激光的性能较好。用玻璃作同体激光工作物质的最大优点是，可以熔制出尺寸大、光学均匀性良好的材料，而且激活离子的质量分数可以提高到0.02～0.04。在核聚变的研究中，用钕玻璃激光器作为引发聚变反应的强光源取得了有效的成果。

六、纳米材料

材料绝大多数是固体物质，它的颗粒大小一般在微米数量级，一个颗粒包含着无数原子和分子，这时材料显示的是大量分子的宏观性质。当用特殊的方法把颗粒尺度加工到纳米数量级大小，则一个纳米级颗粒所含的分子数大为减小，这种由颗粒尺度为纳米数量级（1～100nm）的超细微颗粒组成的间体材料称为纳米材料。纳米材料在结构上与常规的晶态和非晶态材料有很大的差别。由于纳米材料的粒子是超细微的，粒子数多，表面积大，而且处于粒子界面上的原子比例极大，一般可占总原子数的50%左右，这就使纳米材料具有特殊的表面效应、界面效应、小尺寸效应、量子效应等，因而呈现出一系列独特的物理、化学性质，在电子、冶金、化学、生物和医学等领域展示了广泛的应用前景。

纳米材料熔点低，例如金的熔点是1064℃，而纳米金的熔点只有330℃，降低了近700℃；又如纳米级银粉的熔点由金属银的962℃降低为100℃。纳米金属熔点的降低不仅使低温烧结制备合金成为现实，还将为不互熔金属冶炼成合金创造条件。

纳米材料的表面积大，表面活性高，可制造各种高性能催化剂。例如，Ni或Cu－Zn化合物的纳米颗粒对某些有机化合物的氢化反应是极好的催化剂，可替代昂贵的铂或把催化剂；纳米铂黑催化剂可使乙烯氢化反应的温度从600℃降至室温；利用纳米镍粉作火箭固体燃料反应触媒，燃烧效率可提高100倍。此外，其催化的反应选择性还表现出特异性。如用硅载体镍催化剂对内醛的氧化反应表明，镍粒直径在5nm以下时，反应选择性发生急剧变化，醛分解反应得到有效控制，生成酒精的转化率急剧增大。

陶瓷材料由于性脆、烧结温度高等缺点，限制了其应用范围。而纳米陶瓷则具有很好的韧性和延展性能。研究表明：TiO2和CaF2纳米陶瓷材料在80～180℃范围内可产生约100%的塑性变形，韧性极好，而且烧结温度降低，能在比大晶粒样品低600℃的温度下达到类似于普通陶瓷的硬度。这些特性使纳米陶瓷材料在常温或次高温下进行冷加工成为可能。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成型，然后作表面退火处理，就可以得一种表面保持常规陶瓷硬度，而内部仍具有纳木材料延展性的高性能陶瓷。

纳米材料还可以广泛应用于生物医药领域，如进行细胞分离、细胞染色等。由于纳米粒子比红血球（6～9um）小得多，可以在血液里自由运动，因此，注入各种对机体无害的纳米粒子到人体的各部位，可检查病变和进行治疗。研究纳米生物学可以在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的关系，获取生命信息，特别是细胞内的各种信息。利用纳米传感器，可获取各种生化反应的生化信息和电化学信息。

纳米材料的出现给物理、化学、生物等许多学科带来了新的活力和挑战，纳米科学技术必将发展成为21世纪最重要的技术，人们将在纳米尺度上重新认识和改造客观世界。

11、金属的通性：导电、导热性，具有金属光泽，延展性，一般情况下除Hg外都是固态

12、金属冶炼的一般原理：

①热分解法：适用于不活泼金属，如Hg、Ag

②热还原法：适用于较活泼金属，如Fe、Sn、Pb等

③电解法：适用于活泼金属，如K、Na、Al等(K、Ca、Na、Mg都是电解氯化物，Al是电解Al2O3)

13、铝及其化合物

Ⅰ、铝

①物理性质：银白色，较软的固体，导电、导热，延展性

②化学性质：Al—3e-==Al3+

a、与非金属：4Al+3O2==2Al2O3，2Al+3S==Al2S3，2Al+3Cl2==2AlCl3

b、与酸：2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑，2Al+3H2SO4==Al2(SO4)3+3H2↑

常温常压下，铝遇浓硫酸或浓硝酸会发生钝化，所以可用铝制容器盛装浓硫酸或浓硝酸

c、与强碱：2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2(偏铝酸钠)+3H2↑ (2Al+2OH-+2H2O==2AlO2-+3H2↑)

大多数金属不与碱反应，但铝却可以

d、铝热反应：2Al+Fe2O3===2Fe+Al2O3，铝具有较强的还原性，可以还原一些金属氧化物

Ⅱ、铝的化合物

①Al2O3(典型的两性氧化物)

a、与酸：Al2O3+6H+==2Al3++3H2O b、与碱：Al2O3+2OH-==2AlO2-+H2O

②Al(OH)3(典型的两性氢氧化物)：白色不溶于水的胶状物质，具有吸附作用

a、实验室制备：AlCl3+3NH3?H2O==Al(OH)3↓+3NH4Cl，Al3++3NH3?H2O==Al(OH)3↓+3NH4+

b、与酸、碱反应：与酸 Al(OH)3+3H+==Al3++3H2O 与碱 Al(OH)3+OH-==AlO2-+2H2O

③KAl(SO4)2(硫酸铝钾)

KAl(SO4)2?12H2O，十二水和硫酸铝钾，俗名：明矾

KAl(SO4)2==K++Al3++2SO42-，Al3+会水解：Al3++3H2O Al(OH)3+3H+

因为Al(OH)3具有很强的吸附型，所以明矾可以做净水剂

14、铁

①物理性质：银白色光泽，密度大，熔沸点高，延展性，导电导热性较好，能被磁铁吸引。铁在地壳中的含量仅次于氧、硅、铝，排第四。

②化学性质：

a、与非金属：Fe+S==FeS，3Fe+2O2===Fe3O4，2Fe+3Cl2===2FeCl3

b、与水：3Fe+4H2O(g)===Fe3O4+4H2

c、与酸(非氧化性酸)：Fe+2H+==Fe2++H2 与氧化性酸，如硝酸、浓硫酸，会被氧化成三价铁

d、与盐：如CuCl2、CuSO4等，Fe+Cu2+==Fe2++Cu

Fe2+和Fe3+离子的检验：

①溶液是浅绿色的

Fe2+ ②与KSCN溶液作用不显红色，再滴氯水则变红

③加NaOH溶液现象：白色 灰绿色 红褐色

①与无色KSCN溶液作用显红色

Fe3+ ②溶液显**或棕**

③加入NaOH溶液产生红褐色沉淀

15、硅及其化合物

Ⅰ、硅

硅是一种亲氧元素，自然界中总是与氧结合，以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在。硅有晶体和无定型两种。晶体硅是带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高、硬度大、有脆性，常温下不活泼。晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料，可制成光电池等能源。

Ⅱ、硅的化合物

①二氧化硅

a、物理性质：二氧化硅具有晶体和无定形两种。熔点高，硬度大。

b、化学性质：酸性氧化物，是H2SiO3的酸酐，但不溶于水

SiO2+CaO===CaSiO3，SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O，SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O

c、用途：是制造光导纤维德主要原料；石英制作石英玻璃、石英电子表、石英钟等；水晶常用来制造电子工业的重要部件、光学仪器、工艺品等；石英砂常用作制玻璃和建筑材料。

②硅酸钠：硅酸钠固体俗称泡花碱，水溶液俗称水玻璃，是无色粘稠的液体，常作粘合剂、防腐剂、耐火材料。放置在空气中会变质：Na2SiO3+CO2+H2O==H2SiO3↓+Na2CO3。实验室可以用可溶性硅酸盐与盐酸反应制备硅酸：Na2SiO3+2HCl==2NaCl+H2SiO3↓

③硅酸盐：

a、是构成地壳岩石的主要成分，种类多，结构复杂，常用氧化物的形式来表示组成。其表示方式

活泼金属氧化物?较活泼金属氧化物?二氧化硅?水。如：滑石Mg3(Si4O10)(OH)2可表示为3MgO?4SiO2?H2O

b、硅酸盐工业简介：以含硅物质为原料，经加工制得硅酸盐产品的工业成硅酸盐工业，主要包括陶瓷工业、水泥工业和玻璃工业，其反应包含复杂的物理变化和化学变化。

水泥的原料是黏土和石灰石；玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英，成份是Na2SiO3?CaSiO3?4SiO2；陶瓷的原料是黏土。注意：三大传统硅酸盐产品的制备原料中，只有陶瓷没有用到石灰石。

16、氯及其化合物

①物理性质：通常是黄绿色、密度比空气大、有刺激性气味气体，能溶于水，有毒。

②化学性质：氯原子易得电子，使活泼的非金属元素。氯气与金属、非金属等发生氧化还原反应，一般作氧化剂。与水、碱溶液则发生自身氧化还原反应，既作氧化剂又作还原剂。

拓展1、氯水：氯水为黄绿色，所含Cl2有少量与水反应(Cl2+H2O==HCl+HClO)，大部分仍以分子形

式存在，其主要溶质是Cl2。新制氯水含Cl2、H2O、HClO、H+、Cl-、ClO-、OH-等微粒

拓展2、次氯酸：次氯酸(HClO)是比H2CO3还弱的酸，溶液中主要以HClO分子形式存在。是一种具有强氧化性(能杀菌、消毒、漂白)的易分解(分解变成HCl和O2)的弱酸。

拓展3、漂白粉：次氯酸盐比次氯酸稳定，容易保存，工业上以Cl2和石灰乳为原料制取漂白粉，其主要成分是CaCl2和Ca(ClO)2，有效成分是Ca(ClO)2，须和酸(或空气中CO2)作用产生次氯酸，才能发挥漂白作用。

17、溴、碘的性质和用途

溴 碘

物理

性质 深红棕色，密度比水大，液体，强烈刺激性气味，易挥发，强腐蚀性 紫黑色固体，易升华。气态碘在空气中显深紫红色，有刺激性气味

在水中溶解度很小，易溶于酒精、四氯化碳等有机溶剂

化学

性质 能与氯气反应的金属、非金属一般也能与溴、碘反应，只是反应活性不如

氯气。氯、溴、碘的氧化性强弱：Cl2＞Br2＞I2

18、二氧化硫

①物理性质：无色，刺激性气味，气体，有毒，易液化，易溶于水(1：40)，密度比空气大

②化学性质：

a、酸性氧化物：可与水反应生成相应的酸——亚硫酸(中强酸)：SO2+H2O H2SO3

可与碱反应生成盐和水：SO2+2NaOH==Na2SO3+H2O，SO2+Na2SO3+H2O==2NaHSO3

b、具有漂白性：可使品红溶液褪色，但是是一种暂时性的漂白

c、具有还原性：SO2+Cl2+2H2O==H2SO4+2HCl

18、硫酸

①物理性质：无色、油状液体，沸点高，密度大，能与水以任意比互溶，溶解时放出大量的热

②化学性质：酸酐是SO3，其在标准状况下是固态

物质

组成性质 浓硫酸 稀硫酸

电离情况

H2SO4==2H++SO42-

主要微粒 H2SO4 H+、SO42-、(H2O)

颜色、状态 无色粘稠油状液体 无色液体

性质 四大特性 酸的通性

浓硫酸的三大特性

a、吸水性：将物质中含有的水分子夺去(可用作气体的干燥剂)

b、脱水性：将别的物质中的H、O按原子个数比2：1脱出生成水

c、强氧化性：

ⅰ、冷的浓硫酸使Fe、Al等金属表面生成一层致密的氧化物薄膜而钝化

ⅱ、活泼性在H以后的金属也能与之反应(Pt、Au除外)：Cu+2H2SO4(浓)===CuSO4+SO2↑+2H2O

ⅲ、与非金属反应：C+2H2SO4(浓硫酸)===CO2↑+2SO2↑+2H2O

ⅳ、与较活泼金属反应，但不产生H2

d、不挥发性：浓硫酸不挥发，可制备挥发性酸，如HCl：NaCl+H2SO4(浓)==NaHSO4+HCl

三大强酸中，盐酸和硝酸是挥发性酸，硫酸是不挥发性酸

③酸雨的形成与防治

pH小于5.6的雨水称为酸雨，包括雨、雪、雾等降水过程，是由大量硫和氮的氧化物被雨水吸收而

形成。硫酸型酸雨的形成原因是化石燃料及其产品的燃烧、含硫金属矿石的冶炼和硫酸的生产等产

生的废气中含有二氧化硫：SO2 H2SO3 H2SO4。在防治时可以开发新能源，对含硫燃料进行脱硫处理，提高环境保护意识。

19、氮及其化合物

Ⅰ、氮气(N2)

a、物理性质：无色、无味、难溶于水、密度略小于空气，在空气中体积分数约为78%

b、分子结构：分子式——N2，电子式—— ，结构式——N≡N

c、化学性质：结构决定性质，氮氮三键结合非常牢固，难以破坏，所以但其性质非常稳定。

①与H2反应：N2+3H2 2NH3

②与氧气反应：N2+O2========2NO(无色、不溶于水的气体，有毒)

2NO+O2===2NO2(红棕色、刺激性气味、溶于水气体，有毒)

3NO2+H2O===2HNO3+NO，所以可以用水除去NO中的NO2

两条关系式：4NO+3O2+2H2O==4HNO3，4NO2+O2+2H2O==4HNO3

Ⅱ、氨气(NH3)

a、物理性质：无色、刺激性气味，密度小于空气，极易溶于水(1∶700)，易液化，汽化时吸收大量的热，所以常用作制冷剂

b、分子结构：分子式——NH3，电子式—— ，结构式——H—N—H

c、化学性质：

①与水反应：NH3+H2O NH3?H2O(一水合氨) NH4++OH-，所以氨水溶液显碱性

②与氯化氢反应：NH3+HCl==NH4Cl，现象：产生白烟

d、氨气制备：原理：铵盐和碱共热产生氨气

方程式：2NH4Cl+Ca(OH)2===2NH3↑+2H2O+CaCl2

装置：和氧气的制备装置一样

收集：向下排空气法(不能用排水法，因为氨气极易溶于水)

(注意：收集试管口有一团棉花，防止空气对流，减缓排气速度，收集较纯净氨气)

验证氨气是否收集满：用湿润的红色石蕊试纸靠近试管口，若试纸变蓝说明收集满

干燥：碱石灰(CaO和NaOH的混合物)

Ⅲ、铵盐

a、定义：铵根离子(NH4+)和酸根离子(如Cl-、SO42-、CO32-)形成的化合物，如NH4Cl，NH4HCO3等

b、物理性质：都是晶体，都易溶于水

c、化学性质：

①加热分解：NH4Cl===NH3↑+HCl↑，NH4HCO3===NH3↑+CO2↑+H2O

②与碱反应：铵盐与碱共热可产生刺激性气味并能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体即氨气，故可以用来检验铵根离子的存在，如：NH4NO3+NaOH===NH3↑+H2O+NaCl,，离子方程式为：NH4++OH-===NH3↑+H2O，是实验室检验铵根离子的原理。

d、NH4+的检验：NH4++OH-===NH3↑+H2O。操作方法是向溶液中加入氢氧化钠溶液并加热，用湿润的红色石蕊试纸靠近试管口，观察是否变蓝，如若变蓝则说明有铵根离子的存在。

20、硝酸

①物理性质：无色、易挥发、刺激性气味的液体。浓硝酸因为挥发HNO3产生“发烟”现象，故叫做发烟硝酸

②化学性质：a、酸的通性：和碱，和碱性氧化物反应生成盐和水

b、不稳定性：4HNO3=== 4NO2↑+2H2O+O2↑，由于HNO3分解产生的NO2溶于水，所以久置的硝酸会显**，只需向其中通入空气即可消除**

c、强氧化性：ⅰ、与金属反应：3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O

Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

常温下Al、Fe遇浓硝酸会发生钝化，所以可以用铝制或铁制的容器储存浓硝酸

ⅱ、与非金属反应：C+4HNO3(浓)===CO2↑+4NO2↑+2H2O

d、王水：浓盐酸和浓硝酸按照体积比3：1混合而成，可以溶解一些不能溶解在硝酸中的金属如Pt、Au等

21、元素周期表和元素周期律

①原子组成：

原子核 中子 原子不带电：中子不带电，质子带正电荷，电子带负电荷

原子组成 质子 质子数==原子序数==核电荷数==核外电子数

核外电子 相对原子质量==质量数

②原子表示方法：

A：质量数 Z：质子数 N：中子数 A=Z+N

决定元素种类的因素是质子数多少，确定了质子数就可以确定它是什么元素

③同位素：质子数相同而中子数不同的原子互称为同位素，如：16O和18O，12C和14C，35Cl和37Cl

④电子数和质子数关系：不带电微粒：电子数==质子数

带正电微粒：电子数==质子数—电荷数

带负电微粒：电子数==质子数+电荷数

⑤1—18号元素(请按下图表示记忆)

H He

Li Be B C N O F Ne

Na Mg Al Si P S Cl Ar

⑥元素周期表结构

短周期(第1、2、3周期，元素种类分别为2、8、8)

元 周期(7个横行) 长周期(第4、5、6周期，元素种类分别为18、18、32)

素 不完全周期(第7周期，元素种类为26，若排满为32)

周 主族(7个)(ⅠA—ⅦA)

期 族(18个纵行，16个族) 副族(7个)(ⅠB—ⅦB)

表 0族(稀有气体族：He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn)

Ⅷ族(3列)

⑦元素在周期表中的位置：周期数==电子层数，主族族序数==最外层电子数==最高正化合价

⑧元素周期律：

从左到右：原子序数逐渐增加，原子半径逐渐减小，得电子能力逐渐增强(失电子能力逐渐减弱)，非金属性逐渐增强(金属性逐渐减弱)

从上到下：原子序数逐渐增加，原子半径逐渐增大，失电子能力逐渐增强(得电子能力逐渐减弱)，金属性逐渐增强(非金属性逐渐减弱)

所以在周期表中，非金属性最强的是F，金属性最强的是Fr (自然界中是Cs，因为Fr是放射性元素)

判断金属性强弱的四条依据：

a、与酸或水反应的剧烈程度以及释放出氢气的难易程度，越剧烈则越容易释放出H2，金属性越强

b、最高价氧化物对应水化物的碱性强弱，碱性越强，金属性越强

c、金属单质间的相互置换(如：Fe+CuSO4==FeSO4+Cu)

d、原电池的正负极（负极活泼性＞正极）

判断非金属性强弱的三条依据：

a、与H2结合的难易程度以及生成气态氢化物的稳定性，越易结合则越稳定，非金属性越强

b、最高价氧化物对应水化物的酸性强弱，酸性越强，非金属性越强

c、非金属单质间的相互置换(如：Cl2+H2S==2HCl+S↓)

注意：“相互证明”——由依据可以证明强弱，由强弱可以推出依据

⑨化学键：原子之间强烈的相互作用

共价键 极性键

化学键 非极性键

离子键

共价键：原子之间通过共用电子对的形式形成的化学键，一般由非金属元素与非金属元素间形成。

非极性键：相同的非金属原子之间，A—A型，如：H2，Cl2，O2，N2中存在非极性键

极性键：不同的非金属原子之间，A—B型，如：NH3，HCl，H2O，CO2中存在极性键

离子键：原子之间通过得失电子形成的化学键，一般由活泼的金属(ⅠA、ⅡA)与活泼的非金属元素(ⅥA、ⅦA)间形成，如：NaCl，MgO，KOH，Na2O2，NaNO3中存在离子键

注：有NH4+离子的一定是形成了离子键；AlCl3中没有离子键，是典型的共价键

共价化合物：仅仅由共价键形成的化合物，如：HCl，H2SO4，CO2，H2O等

离子化合物：存在离子键的化合物，如：NaCl，Mg(NO3)2，KBr，NaOH，NH4Cl

22、化学反应速率

①定义：单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量，v==△C/△t

②影响化学反应速率的因素：

浓度：浓度增大，速率增大 温度：温度升高，速率增大

压强：压强增大，速率增大(仅对气体参加的反应有影响)

催化剂：改变化学反应速率 其他：反应物颗粒大小，溶剂的性质

23、原电池

负极(Zn)：Zn—2e-==Zn2+

正极(Cu)：2H++2e-==H2↑

①定义：将化学能转化为电能的装置

②构成原电池的条件：

a、有活泼性不同的金属(或者其中一个为碳棒)做电极，其中较活泼金属

做负极，较不活泼金属做正极

b、有电解质溶液

c、形成闭合回路

24、烃

①有机物

a、概念：含碳的化合物，除CO、CO2、碳酸盐等无机物外

b、结构特点：ⅰ、碳原子最外层有4个电子，一定形成四根共价键

ⅱ、碳原子可以和碳原子结合形成碳链，还可以和其他原子结合

ⅲ、碳碳之间可以形成单键，还可以形成双键、三键

ⅳ、碳碳可以形成链状，也可以形成环状

c、一般性质：ⅰ、绝大部分有机物都可以燃烧(除了CCl4不仅布燃烧，还可以用来灭火)

ⅱ、绝大部分有机物都不溶于水(乙醇、乙酸、葡萄糖等可以)

②烃：仅含碳、氢两种元素的化合物(甲烷、乙烯、苯的性质见表)

③烷烃：

a、定义：碳碳之间以单键结合，其余的价键全部与氢结合所形成的链状烃称之为烷烃。因为碳的所有价键都已经充分利用，所以又称之为饱和烃

b、通式：CnH2n+2，如甲烷(CH4)，乙烷(C2H6)，丁烷(C4H10)

c、物理性质：随着碳原子数目增加，状态由气态(1—4)变为液态(5—16)再变为固态(17及以上)

d、化学性质(氧化反应)：能够燃烧，但不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，同甲烷

CnH2n+2+(3n+1)/2O2 nCO2+(n+1)H2O

e、命名(习惯命名法)：碳原子在10个以内的，用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸命名

④同分异构现象：分子式相同，但结构不同的现象，称之为同分异构现象

同分异构体：具有同分异构现象的物质之间称为同分异构体

如C4H10有两种同分异构体：CH3CH2CH2CH3(正丁烷)，CH3CHCH3(异丁烷)

甲烷 乙烯 苯

分子式 CH4 C2H4 C6H6

结构式

不作要求

结构

简式 CH4

CH2=CH2 或

电子式

不作要求

空间

结构 正四面体结构 平面型 平面型(无单键，无双键，介于单、双键间特殊的键，大∏键)

物理

性质 无色、无味、难溶于水、密度比空气小的气体，是天然气、沼气、油田气、煤道坑气的主要成分 无色、稍有气味的气体，难溶于水，密度略小于空气 无色、有特殊香味的液体，不溶于水，密度比水小，有毒

化学

性质 ①氧化反应：

CH4+2O2 CO2+2H2O

②取代反应：

CH4+Cl2 CH3Cl+HCl

①氧化反应：

a．能使酸性高锰酸钾褪色

b．C2H4+3O2 2CO2+2H2O

②加成反应：

CH2=CH2+Br2

③加聚反应：

nCH2=CH2 —CH2—CH2—

产物为聚乙烯，塑料的主要成份，是高分子化合物 ①氧化反应：

a．不能使酸性高锰酸钾褪色

b．2C6H6+15O2 12CO2+6H2O

②取代反应：

a．与液溴反应：

+Br2 +HBr

b．与硝酸反应：

+HO-NO2 +H2O

③加成反应：

+3H2 (环己烷)

用途 可以作燃料，也可以作为原料制备氯仿(CH3Cl，)、四氯化碳、炭黑等 石化工业的重要原料和标志，水果催熟剂，植物生长调节剂，制造塑料，合成纤维等 有机溶剂，化工原料

注：取代反应——有机物分子中一个原子或原子团被其他原子或原子团代替的反应：有上有下 加成反应——有机物分子中不饱和键(双键或三键)两端的原子与其他原子直接相连的反应：只上不下

芳香烃——含有一个或多个苯环的烃称为芳香烃。苯是最简单的芳香烃(易取代，难加成)。

25、烃的衍生物

①乙醇：

a、物理性质：无色，有特殊气味，易挥发的液体，可和水以任意比互溶，良好的溶剂

b、分子结构：分子式——C2H6O，结构简式——CH3CH2OH或C2H5OH，官能团——羟基，—OH

c、化学性质：ⅰ、与活泼金属(Na)反应：

2CH3CH2OH+2Na 2CH3CH2ONa+H2↑

ⅱ、氧化反应：燃烧：C2H5OH+3O2 2CO2+3H2O

催化氧化：2CH3CH2OH+O2 2CH3CHO+2H2O

ⅲ、酯化反应：CH3COOH+CH3CH2OH CH3COOCH2CH3+H2O

d、乙醇的用途：燃料，医用消毒(体积分数75%)，有机溶剂，造酒

②乙酸：

a、物理性质：无色，，有强烈刺激性气味，液体，易溶于水和乙醇。纯净的乙酸称为冰醋酸。

b、分子结构：分子式——C2H4O2，结构简式——CH3COOH，官能团——羧基，—COOH

c、化学性质：ⅰ、酸性(具备酸的通性)：比碳酸酸性强

2CH3COOH+Na2CO3=2CH3COONa+H2O+CO2， CH3COOH+NaOH=CH3COONa+H2O

ⅱ、酯化反应(用饱和Na2CO3溶液来吸收，3个作用)

d、乙酸的用途：食醋的成分(3%—5%)

③酯：

a、物理性质：密度小于水，难溶于水。低级酯具有特殊的香味。

b、化学性质：水解反应

ⅰ、酸性条件下水解：CH3COOCH2CH3+H2O CH3COOH+CH3CH2OH

ⅱ、碱性条件下水解：CH3COOCH2CH3+NaOH CH3COONa+CH3CH2OH

26、煤、石油、天然气

①煤：由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，可通过干馏、气化和液化进行综合利用

蒸馏：利用物质沸点(相差在20℃以上)的差异将物质进行分离，物理变化，产物为纯净物

分馏：利用物质沸点(相差在5℃以内)的差异将物质分离，物理变化，产物为混合物

干馏：隔绝空气条件下对物质进行强热使其发生分解，化学变化

②天然气：主要成份是CH4，重要的化石燃料，也是重要的化工原料(可加热分解制炭黑和H2)

③石油：多种碳氢化合物(烷烃、环烷烃、芳香烃)的混合物，可通过分馏、裂化、裂解、催化重整进行综合利用

分馏的目的：得到碳原子数目不同的各种油，如液化石油气、汽油、煤油、柴油、重油等

裂化的目的：对重油进行裂化得到轻质油(汽油、煤油、柴油等)，产物一定是一个烷烃分子加一个烯烃分子

裂解的目的：得到重要的化工原料“三烯”(乙烯、丙烯、1，3—丁二烯)

催化重整的目的：得到芳香烃(苯及其同系物)

27、常见物质或离子的检验方法

物质(离子) 方法及现象

Cl- 先用硝酸酸化，然后加入硝酸银溶液，生成不溶于硝酸的白色沉淀

SO42- 先加盐酸酸化，然后加入氯化钡溶液，生成不溶于硝酸的白色沉淀

CO32- 加入硝酸钡溶液，生成白色沉淀，该沉淀可溶于硝酸(或盐酸)，并生成无色无味、能使澄清石灰水变浑浊的气体(CO2)

Al3+ 加入NaOH溶液产生白色沉淀，继续加入NaOH溶液，沉淀消失

Fe3+(★) 加入KSCN溶液，溶液立即变为血红色

NH4+(★) 与NaOH溶液共热，放出使湿润的红色石蕊试纸变蓝的刺激性气味的气体(NH3)

Na+ 焰色反应呈**

K+ 焰色反应呈浅紫色(透过蓝色钴玻璃)

I2 遇淀粉溶液可使淀粉溶液变蓝

蛋白质 灼烧，有烧焦的羽毛气味