优化方案版高考化学大一轮复习第三讲化学与材料的制造和应用讲义选修2.docx

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优化方案版高考化学大一轮复习第三讲化学与材料的制造和应用讲义选修2

第三讲　化学与材料的制造和应用

[2017高考导航]

考纲要求

真题统计

命题趋势

1.了解社会发展和科技进步对材料的要求。

了解化学对材料科学发展的促进作用。

2．了解金属材料、无机非金属材料、高分子合成材料、复合材料和其他新材料的特点及有关的生产原理。

3．了解用化学方法进行金属材料表面处理的原理。

4．了解我国现代材料研究和材料工业的发展情况。

了解新材料的发展方向。

5．了解化学对废旧物资再生与综合利用的作用。

2015，卷Ⅰ36T；

2014，卷Ⅰ36T；

2013，卷Ⅱ36T

　　对本部分的考查主要有：

（1）以无机非金属材料为背景考查新型无机非金属材料的制备、性质与用途。

（2）高分子材料特别是新型高分子材料的制备和回收利用的相关考查。

预计2017年高考将会以新材料的制备为背景考查与之相关的化学基础知识为主。

复习时有意识地强化应用基本化学知识解释、解决有关技术问题的能力。

另外本部分内容与实际工业生产生活密切联系，所以还要关注社会新闻、了解科技动态。

考点一　金属材料[学生用书P285]

一、几种金属的冶炼

1．钢铁的冶炼

炼铁

炼钢

原料

铁矿石、焦炭、空气、石灰石

生铁、氧化剂（空气、纯氧、氧化铁等）、生石灰、脱氧剂

化学原理

在高温下用还原剂将铁从其氧化物中还原出来

在高温下用氧化剂把生铁中过多的碳和其他杂质氧化成气体或炉渣除去

有关反应

（1）还原剂的生成：

C＋O2

CO2，CO2＋C

2CO

（2）铁的还原：

Fe2O3＋3CO

2Fe＋3CO2

（3）炉渣的生成：

CaCO3

CaO＋CO2↑，SiO2＋CaO

CaSiO3

（1）氧化剂的生成：

2Fe＋O2

2FeO

（2）降碳，除杂，调硅、锰；如C＋FeO

CO↑＋Fe

（3）造渣：

生成的硅、锰氧化物及铁水中的硫、磷跟造渣材料反应形成炉渣排出（4）脱氧并调整成分2FeO＋Si

2Fe＋SiO2

主要设备

高炉

转炉

2.铝的冶炼

（1）原料：

铝土矿（主要成分为Al2O3）。

（2）提纯Al2O3

Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O，

NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al（OH）3↓＋NaHCO3，

2Al（OH）3

Al2O3＋3H2O。

（3）电解：

加入冰晶石及少量的氟化钙降低Al2O3的熔点。

化学方程式：

2Al2O3

4Al＋3O2↑。

二、金属的腐蚀及防止

1．金属的腐蚀

（1）化学腐蚀

金属材料与其表面接触的一些物质（如O2、Cl2等）直接发生化学反应而引起的腐蚀，受温度的影响较大。

（2）电化学腐蚀

不同金属或不纯金属与电解质溶液接触，因发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化。

2．金属腐蚀的防止及利用

（1）金属腐蚀的防止方法

（2）金属腐蚀的利用

金属的化学蚀刻、印刷电路的铜布钱腐蚀、半导体器件与集成电路制造中的精细加工都是利用了金属腐蚀的原理。

1．下列说法正确的是（　　）

A．所有不锈钢都只含有金属元素

B．我国流通的硬币材质是金属单质

C．明代沉船上存在大量铝制餐具

D．镁合金的硬度和强度均高于纯镁

解析：

选D。

合金的性能优于它的组分。

2．以下金属的冶炼（“―→”前为原料，“―→”后为所得的金属），其中最适宜用热还原法冶炼的是（　　）

①MgCl2―→Mg　②MnO2―→Mn　③ZnO―→Zn

④HgO―→Hg　⑤磁铁矿―→Fe　⑥KCl―→K

A．①②④　　　　　　　　B．③④

C．②③⑤⑥D．②③⑤

解析：

选D。

①⑥用电解法，④用热分解法。

名师点拨

1炼铁高炉产生的废气、废渣会严重污染环境，应结合它们的成分进行综合利用和余热的利用。

2炼钢的目的是降低生铁中碳的含量，除去P、S等有害元素，调整Si、Mn、Cr等合金元素的含量。

所以在炼钢时常根据需要加入适量的Si、Mn、Cr、Ni等元素，既起到脱氧作用，又能调整合金成分的含量。

　由黄铜矿（主要成分是CuFeS2）炼制精铜的工艺流程示意图如下：

（1）在反射炉中，把铜精矿砂和石英砂混合加热到1000℃左右，黄铜矿与空气反应生成Cu和Fe的低价硫化物，且部分Fe的硫化物转变为低价氧化物。

该过程中两个主要反应的化学方程式分别是______________________、______________________________，反射炉内生成炉渣的主要成分是__________；

（2）冰铜（Cu2S和FeS互相熔合而成）含Cu量为20%～50%。

转炉中，将冰铜加熔剂（石英砂）在1200℃左右吹入空气进行吹炼。

冰铜中的Cu2S被氧化为Cu2O，生成的Cu2O与Cu2S反应，生成含Cu量约为98.5%的粗铜，该过程发生反应的化学方程式分别是________________________________、______________________________；

（3）粗铜的电解精炼如右图所示。

在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极____（填图中的字母）；在电极d上发生的电极反应式为

________________________________________________________________________；

若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

[解析]　

（1）Cu与Fe的低价硫化物为Cu2S和FeS，所以发生的反应为2CuFeS2＋O2

Cu2S＋2FeS＋SO2,2FeS＋3O2

2FeO＋2SO2，反射炉内有矿砂（含SiO2），生成的FeO与SiO2反应：

FeO＋SiO2

FeSiO3。

（2）题目给出Cu2S与吹入的空气反应生成Cu2O，则S元素被氧化为SO2，Cu2O与Cu2S反应生成Cu，根据原子守恒，另一产物为SO2，所以该过程中发生反应的化学方程式为2Cu2S＋3O2

2Cu2O＋2SO2,2Cu2O＋Cu2S

6Cu＋SO2↑。

（3）粗铜精炼中，粗铜作阳极发生：

Cu－2e－===Cu2＋，比Cu不活泼的Au、Ag不发生反应而以单质的形式沉积下来，比铜活泼的Fe发生氧化反应：

Fe－2e－===Fe2＋，进入电解液，所以粗铜为电极c，电极d上发生：

Cu2＋＋2e－===Cu。

[答案]　

（1）2CuFeS2＋O2

Cu2S＋2FeS＋SO2

2FeS＋3O2

2FeO＋2SO2　FeSiO3

（2）2Cu2S＋3O2

2Cu2O＋2SO2

2Cu2O＋Cu2S

6Cu＋SO2↑

（3）c　Cu2＋＋2e－===Cu

Au、Ag以单质的形式沉积在c（阳极）下方，Fe以Fe2＋的形式进入电解液中

题组　金属材料

1．下列有关铁、铝的冶炼的说法中，正确的是（　　）

A．冶金工业中，金属铁的冶炼主要采用电解法

B．炼铁过程中铁的氧化物被焦炭还原生成单质铁，电解冶炼铝的过程中，阳极生成铝单质，阴极生成氧气

C．炼铁的主要原料是铁矿石、焦炭、生石灰和空气，电解冶炼铝只用氧化铝即可

D．铁、铝冶炼设备分别是炼铁高炉和铝电解槽

解析：

选D。

铁的冶炼用热还原法，A错；冶炼铝阳极生成氧气，阴极生成铝单质，B错；冶炼铝还需冰晶石作为助熔剂，C错。

2．[2015·高考全国卷Ⅰ，36－

（1）～（5）]氯化亚铜（CuCl）广泛应用于化工、印染、电镀等行业。

CuCl难溶于醇和水，可溶于氯离子浓度较大的体系。

在潮湿空气中易水解氧化。

以海绵铜（主要成分是Cu和少量CuO）为原料，采用硝酸铵氧化分解技术生产CuCl的工艺过程如下：

回答下列问题：

（1）步骤①中得到的氧化产物是________，溶解温度应控制在60～70℃，原因是________________________________________________________________________。

（2）写出步骤③中主要反应的离子方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）步骤⑤包括用pH＝2的酸洗、水洗两步操作，酸洗采用的酸是________（写名称）。

（4）上述工艺中，步骤⑥不能省略，理由是________________________________________________________________________。

（5）步骤②、④、⑤、⑧都要进行固液分离。

工业上常用的固液分离设备有________（填字母）。

A．分馏塔　　　　　　　B．离心机

C．反应釜D．框式压滤机

解析：

（1）酸性条件下，NO

3具有强氧化性，可将Cu氧化为Cu2＋。

温度低，固体溶解较慢，因此温度不宜过低；NH4NO3不稳定，受热易分解，因此温度不宜过高。

（2）由工艺过程图可知，CuCl应在步骤③中生成。

SO

3具有还原性，可将Cu2＋还原，反应的离子方程式为2Cu2＋＋SO

3＋2Cl－＋H2O===2CuCl↓＋SO

4＋2H＋。

（3）因步骤⑤最终得到的是（NH4）2SO4，且洗涤液要循环使用，故此处酸洗采用的酸应为硫酸。

（4）由题中信息知，CuCl在潮湿的空气中易水解氧化，因此步骤⑥醇洗的目的是去除CuCl表面的水分，防止CuCl因水解氧化而变质。

（5）工业上固液分离，根据不同情况可选择离心机分离或框式压滤机分离。

答案：

（1）CuSO4（或Cu2＋）　温度低溶解速度慢、温度过高硝酸铵分解

（2）2Cu2＋＋SO

3＋2Cl－＋H2O===2CuCl↓＋SO

4＋2H＋

（3）硫酸

（4）醇洗有利加快去除CuCl表面水分，防止其水解氧化而变质

（5）BD

考点二　无机非金属材料[学生用书P286]

一、传统硅酸盐材料

二、新型无机非金属材料

新型无机非金属材料

性能与应用

新型

碳化硅（SiC）

硬度大、熔点高、化学性质稳定，可作优质磨料和航天器的涂层材料

陶瓷

氮化硅（Si3N4）

硬度大、熔点高、化学性质稳定，可用于制造轴承、汽轮机叶片、发动机受热面等

单晶硅

半导体材料，制作计算机芯片、集成电路

1．（2016·甘肃高三诊断）当航天飞机返回地球大气层时，由于与空气的剧烈摩擦，飞机尖端的温度可达1000℃以上，为了防止高温将其烧毁，科学家给航天飞机的相应部位安装了可靠的保护层。

制作保护层的材料是（　　）

A．塑料

B．合成纤维

C．新型陶瓷和碳纤维的复合材料

D．镁铝合金

解析：

选C。

制作保护层的材料应该具有硬度大、熔点高、机械性能强等性质，只有C项符合要求。

2．无机非金属材料包括传统无机非金属材料和新型无机非金属材料，下列属于新型无机非金属材料的是________（选字母代号）。

a．复合材料　b．单晶硅　c．金刚石　d．石墨　e．碳60

f．玻璃

解析：

复合材料一般为有机高分子材料；玻璃属于传统无机非金属材料，只有b、c、d、e属于新型无机非金属材料。

答案：

bcde

名师点拨

新型无机非金属材料与传统无机非金属材料的区别

（1）成分——前者为非金属单质或非金属与非金属、非金属与金属的化合物；后者主要是硅酸盐。

（2）用途——前者用于光电子、航空航天等领域；后者用作玻璃、陶瓷、水泥、砖瓦以及耐火材料。

　无论是从在国民经济中的地位来看，还是从科学发展的角度来看，硅都发挥着重要的作用。

（1）人类使用硅酸盐产品（陶瓷等）的历史已经快一万年了，但在1823年才获得单质硅，瑞典化学家贝采利乌斯用金属钾还原SiF4获得单质硅，写出该过程的化学方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）由于制取方法和条件的不同，得到的单质硅形态不同，其性质也不同。

①用铝热法还原氟硅酸钾制得较纯净的晶体硅：

4Al＋3K2SiF6

3Si＋2KAlF4＋2K2AlF5，关于该反应的说法正确的是________（填序号）。

A．Al是还原剂

B．氧化产物只有KAlF4

C．每转移6NA电子，得到42gSi

D．铝元素在KAlF4和K2AlF5中化合价不同

②用白砂子与镁粉混合在高温条件下得到无定形硅，反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

③无定形硅和晶体硅的结构有很大的差别，无定形硅为棕色粉末，而晶体硅是纯灰色、不透明而有光泽的等轴八面晶体，无定形硅的化学性质比晶体硅活泼得多。

通过上述描述你能得出的结论是________________________________________________________________________。

（3）硅在炼钢时用作脱氧剂，还原在冶炼过程中所形成的FeO，化学方程式为________________________________________________________________________。

（4）在野外，为了迅速得到氢气，用硅粉与干燥的Ca（OH）2和NaOH混合，并加强热，即可迅速得到H2、Na2SiO3、CaO。

这种混合物叫做生氢剂。

请写出该反应的化学方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

[解析]　

（1）K可与SiF4发生置换反应生成Si。

（2）①在反应

中Al是还原剂，KAlF4和K2AlF5都是氧化产物，每转移12mol电子，生成3molSi，在KAlF4和K2AlF5中，Al均为＋3价。

②Mg在高温下置换SiO2中的硅。

③同素异形体之间结构差异很大，因此性质也不相同。

（3）FeO与Si反应生成Fe和SiO2。

（4）由题意可知Si与Ca（OH）2、NaOH混合物加强热的化学反应方程式为Si＋Ca（OH）2＋2NaOH

CaO＋Na2SiO3＋2H2↑。

[答案]　

（1）4K＋SiF4===Si＋4KF

（2）①AC　②2Mg＋SiO2

Si＋2MgO

③晶体结构完美的单质比无定形单质性质稳定

（3）2FeO＋Si

2Fe＋SiO2

（4）Si＋2NaOH＋Ca（OH）2

Na2SiO3＋CaO＋2H2↑

题组　无机非金属材料

1．下列有关材料的说法不正确的是（　　）

A．传统的无机非金属材料虽有不少优点，但质脆，经不起热冲击

B．新型无机非金属材料虽然克服了传统无机材料的缺点，但强度比较差

C．高温结构材料具有耐高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点

D．新型无机非金属材料特性之一是具有电学特性

答案：

B

2．（2016·西安高三模拟）材料是人类生存和发展的重要物质基础，随着科学技术的发展，人们使用材料的种类、数量和质量也不断地发展，生产、生活的条件和质量也随之发生深刻的变化。

请回答下列问题：

（1）撑杆跳项目中运动员使用的撑杆材料是复合材料。

这种材料由________和增强体两部分组成，其中增强体的作用是________________。

（2）玻璃和水泥是两种用途极为广泛的材料。

工业上制备这两种材料使用的共同原料是________________。

（3）铁是重要的金属材料，用铁矿石（主要成分是Fe2O3）冶炼铁是在________（填写工业生产设备名称）中完成的，这种方法冶炼出来的产品是生铁，该产品是炼钢的原料，炼钢的原理是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）合成高分子材料的小分子叫________。

某聚乙烯车间打算合成4.2×103kg的聚乙烯，则需要投料（乙烯）________mol。

（假设反应过程不存在损失）

解析：

（1）复合材料是由基体和增强体组成的，其中增强体起骨架作用。

（2）工业上制备玻璃、水泥使用的共同原料是石灰石。

（3）在炼铁高炉中冶炼铁；炼钢的原理是在高温下用氧化剂除去生铁中的杂质，调整含碳量，再添加其他硅、锰等元素调整其成分。

（4）合成高分子材料的小分子叫单体。

n（乙烯）＝

＝1.5×105mol。

答案：

（1）基体　骨架作用（或支撑作用）

（2）石灰石（或CaCO3）

（3）炼铁高炉　在高温下用氧化剂除去生铁中的杂质，调整碳的含量，再添加其他硅、锰等元素调整其成分

（4）单体　1.5×105

新型无机非金属材料的特点

特点

举例

耐高温、强度高

氮化硅（Si3N4）在1200℃下仍具高强度，可做轴承、永久性模具

电学特性

如半导体、导体、超导体及作为集成电路基板的绝缘材料

光学特性

某些新型材料能够穿过红外线、雷达射线，甚至可见光都可透过

生物功能

如氧化锆（ZrO2）陶瓷可制作人造骨、假牙、骨关节等；用熔融法制得的以CaONa2OSiO2P2O5为主要成分的生物陶瓷可以制作人造骨

考点三　高分子材料的合成及特点[学生用书P287]

1．合成高分子化合物的重要化学反应

加成聚合反应

缩合聚合反应

含义

许多小分子（含不饱和键）通过加成反应形成高聚物的聚合反应

许多小分子通过缩合形成高聚物，同时有小分子生成的聚合反应

单体特征

含不饱和键，如碳碳双键、碳碳三键或环状结构

含有能够相互反应的官能团，如—OH、—COOH、—NH2等

单体种类数

相同或不同的单体

相同或不同的单体

高聚物特征

链节与单体的组成相同

链节与单体的组成不同

产物种类

只有高聚物

高聚物和小分子

举例

2.线型结构、体型结构高分子材料的比较

合成材料

线型高分子材料

体型高分子材料

常见物质

合成纤维、部分塑料（如聚乙烯）

部分塑料（如电木）

结构特点

以共价键结合成高分子链，链与链之间以分子间作用力相结合

以共价键构成高分子链，链与链之间以共价键大量交联

性质特点

具有弹性和可塑性，在一些有机溶剂中能溶解，加热能熔融，硬度、脆性较小，不能导电

没有弹性和可塑性，不易溶于有机溶剂，加热也不会熔融，在溶剂中能溶胀，硬度和脆性较大，不能导电

1．下列材料中属于功能高分子材料的是（　　）

①高分子膜　②生物高分子材料　③隐形材料　④液晶高分子材料　⑤光敏高分子材料　⑥智能高分子材料

A．①②⑤　　　　　　　　B．②④⑤⑥

C．③④⑤D．全部

答案：

D

2．合成结构简式为CH2—CH2—CH2—CH===CH—CH2的高聚物，其单体是（　　）

①苯乙烯　②丁烯　③丁二烯　④丙炔　⑤乙烯

A．①②B．④⑤

C．③⑤D．①③

答案：

C

名师点拨

1高分子的单体和链节区分不清，是失分的一个重要方面。

2高分子都是混合物，认识不到位时容易失分。

判断高分子是否是混合物的方法是测定其有没有固定的熔点。

　（2016·台州高三模拟）材料是人类生存和社会进步的物质基础，不同的材料功能各不相同。

以下都是有关材料的内容，试根据所给内容回答问题。

（1）氢能是未来能源最佳选择之一，氢能的利用涉及氢的储存、输送和使用。

贮氢合金是解决氢的储存等问题的重要材料。

贮氢合金中最具代表性的是镧镍合金（LaNi5）。

已知LaNi5（s）＋3H2（g）

LaNi5H6（g）　ΔH＝－31.77kJ·mol－1。

镧镍合金的熔点比镧、镍的熔点________（填“高”“低”或“介于两者之间”）。

根据反应原理，形成LaNi5H6的化学反应条件是____________。

最近有人提出可以研制出一种性能优越的催化剂，可以大大提高贮氢合金的贮氢能力，你认为该说法可信吗？

______________（填“可信”或“不可信”），其理由是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）硅橡胶是一种耐高温、耐低温、耐油，化学性质稳定的高分子合成材料，用于制造卫星部件、人体器官等。

现以

为原料合成硅橡胶（

，需要发生反应的主要类型有____________、____________。

[解析]　

（1）合金的熔点比各单一组分的熔点低；根据反应方程式可知生成贮氢合金的反应是气体体积减小的放热反应，增大压强、降低温度有利于合金的生成；但催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡，更不能提高合金的贮氢能力。

（2）

先水解生成

，再经缩聚生成

。

[答案]　

（1）低　低温、高压　不可信　该反应是可逆反应，使用催化剂只能改变反应速率，不能使平衡移动，更不可能大大提高贮氢合金的贮氢能力

（2）水解反应（或取代反应）　缩聚反应

题组　高分子材料

　玻璃钢可由酚醛树脂和玻璃纤维制成。

（1）酚醛树脂由苯酚和甲醛缩聚而成，反应有大量热放出，为防止温度过高，应向已有苯酚的反应釜中________加入甲醛，且反应釜应装有__________装置。

（2）玻璃纤维由玻璃拉丝得到。

普通玻璃是由石英砂、__________和石灰石高温熔融而成，主要反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

（3）玻璃钢中玻璃纤维的作用是________________________________________________________________________。

玻璃钢具有________________等优异性能（写出两点即可）。

（4）下列处理废旧热固性酚醛塑料的做法合理的是________________________________________________________________________。

a．深埋

b．粉碎后用作树脂填料

c．用作燃料

d．用有机溶剂将其溶解，回收树脂

解析：

（1）为防止温度过高，应间歇