1、课时作业42化学与材料制造和应用时间：45分钟分值：100分1(10分)钢铁工业对促进经济和社会发展起了重要作用。(1)炼铁高炉分为五部分，铁矿石与高温煤气主要在_部分发生反应，在_部分开始生成生铁和炉渣。(2)炼钢时，除磷的化学方程式为_；加入硅、锰和铝的目的是_。(3)不锈钢含有的Cr元素是在炼钢过程的氧吹_加入(填“前”或“后”)，原因是_。(4)炼铁和炼钢生产中，尾气均含有的主要污染物是_。从环保和经济角度考虑，上述尾气经处理可用作_。答案(1)炉身炉腰(2)2P5FeO3CaOCa3(PO4)25Fe脱氧和调整钢的成分(3)后避免Cr被氧化(或“氧吹前加入Cr会形成炉渣被除去”)(4
2、)CO燃料(或还原剂)解析高炉炼铁时，从底部生成的煤气在炉身部分与铁矿石发生反应，在下部即炉腰生成生铁和炉渣。2(12分)下面是高炉炼铁及工业炼钢的工艺示意图：根据上面的示意图回答下列问题：(1)炼铁的原料为固体混合物，其中除铁矿石、焦炭外，还有_，原料为_。(2)高炉气是炼铁过程中的尾气，该气体对环境有害，而现代工业提倡节能降耗，所以可以从高炉气中提取回收气体_用作燃气。(3)写出炼铁高炉中发生的氧化还原反应的化学方程式：_。(4)百炼成钢是一个俗语，百炼成钢的原料是生铁，产物为钢。百炼成钢的冶炼炉名称是_，该冶炼过程需要吹入氧气，主要目的是除去生铁中的_。(5)写出高炉炼铁的炉渣的一种用途
3、：_。答案(1)石灰石空气(2)CO(3)CO2CO2、CO2C2CO、3COFe2O32Fe3CO2(4)炼钢转炉碳(5)制造水泥(或铺路等)解析(1)炼铁原料中铁矿石提供铁元素，焦炭是还原剂并提供热量，石灰石造渣，除去铁矿石中的脉石，空气中的氧气与焦炭反应生成还原剂CO。(2)高炉气中的成分是二氧化碳、一氧化碳和氮气等。(3)炼铁高炉中反应很多，其中既有氧化还原反应，又有非氧化还原反应。(4)炼钢是一个复杂的工艺，利用的原料是炼铁所得的生铁，由于生铁中含有较多的碳及其他杂质，需要除去这些杂质。向炼钢转炉中吹入氧气，碳与氧气反应生成二氧化碳。(5)炉渣的主要成分是硅酸钙。3(12分)重晶石矿
4、的主要成分为硫酸钡，纯净的硫酸钡才能供医用作“钡餐”，在对某些内脏器官进行X射线透视时服用。硫化钡是可溶于水的盐。讨论用重晶石矿制硫酸钡，设计流程如下： (1)写出步骤的化学反应方程式_，该反应产生的气体具有_等用途。(2)为进行反应先要分离出硫化钡溶液，采用的方法是_。在此之前要在溶液中滴入少量Ba(OH)2溶液，其作用是：_。(3)若B物质在该生产过程中可循环使用，则反应的化学方程式是：_。(4)有人提出反应产生了有臭鸡蛋气味的有毒气体，可采用改变反应物的方法使无该气体产生，则改变后的反应的化学方程式是：_。此时若要B物质还能循环使用，则C为_(写化学式)。(5)BaSO4是因为具有_、_
5、等性质而可用作“钡餐”的。答案(1)BaSO44CBaS4CO作燃料、冶炼金属(2)溶解、过滤防止BaS发生水解(3)BaCl2H2SO4=BaSO42HCl(4)BaSCuCl2=CuSBaCl2CuSO4(合理即可)(5)既不溶于水也不溶于酸不能被X射线透过解析(1)反应物是BaSO4、焦炭，由元素守恒可知还原性有毒气体是CO：BaSO44CBaS4CO。(2)因BaS可溶于水，而S2能够发生水解，故为防止其水解应滴入少量Ba(OH)2。(3)根据流程图知B应为HCl，故C为H2SO4。(4)为防止产生有毒气体，可将S2转化为沉淀的方式，故可向其中加入CuCl2进行转化。此时溶液A为BaC
6、l2溶液，加入C(CuSO4)生成BaSO4和物质B(CuCl2)，B能循环使用，符合题意。符合本题还有其他答案，合理即可。4(14分)(1)写出下列冶炼金属的化学反应方程式：用红锌矿(ZnO)冶炼锌_；用磁铁矿(Fe3O4)冶炼铁_；用食盐(NaCl)冶炼钠_。(2)高温灼烧孔雀石Cu2(OH)2CO3和木炭的混合物可得到一种紫红色光泽的金属，其反应的化学方程式为_。(3)用纯净的铝土矿(Al2O3)、冰晶石和二氧化锰作原料可制取金属锰(冰晶石作Al2O3的溶剂)，其化学反应方程式为_，_。(4)请简述几种常见的防止金属腐蚀的方法_(不低于三种)。答案(1)ZnOCOZnCO2Fe3O44C
7、O3Fe4CO22NaCl2NaCl2(2)Cu2(OH)2CO32CuOH2OCO22CuOC2CuCO2(3)2Al2O34Al3O23MnO24Al3Mn2Al2O3(4)发蓝、电镀、牺牲阳极法、外加电流法等(任写三种)5(9分)现在的钢铁厂主要采用高炉炼铁，高炉炼铁基本流程图如下：炼铁时将经过处理的铁矿石、焦炭和石灰石从炉顶装入，从高炉下部吹入1000 1300 的热空气，炼铁时发生的主要反应为：CO2CO2，CCO22CO，Fe2O33CO2Fe3CO2(1)铁矿石、焦炭和石灰石从炉顶装入而空气从高炉下部吹入是为了_。(2)焦炭是烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950 1 050 下制
8、得的。现代炼铁在鼓入空气的同时会喷入煤粉，请分析原因_。(3)石灰石主要用于除去铁矿石中的SiO2和生成的SO2等杂质，生成炉渣，请用化学方程式表示该过程_。答案(1)使反应物充分接触，提高原料利用率(2)减少焦炭用量，降低成本(3)CaCO3CaOCO2，CaOSiO2CaSiO3，CaOSO2CaSO3解析(2)焦炭和煤的主要成分都是碳，根据题中信息焦炭由煤隔绝空气加强热得到，所以焦炭的价格肯定比煤高，现代高炉炼铁在吹入热空气的同时也喷入一些煤粉、油或天然气等含碳物质代替部分焦炭从而降低成本。6(15分)(2011广东，32)由熔融盐电解法获得的粗铝含一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹
9、气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用于钢材镀铝。工艺流程如下： (注：NaCl熔点为801 ；AlCl3在181 升华)(1)精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，相关的化学方程式为_和_。(2)将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮除去。气泡的主要成分除Cl2外还含有_；固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在_。(3)在用废碱液处理气体A的过程中，所发生反应的离子方程式为_。(4)镀铝电解池中，金属铝为_极，熔融盐电镀液中铝元素和氯元素主要以AlCl 和Al2Cl形式存在，铝电极的主要电极反应式为_。(5)钢材镀铝
10、后，表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀，其原因是_。答案(1)Fe2O32AlAl2O32Fe3SiO24Al2Al2O33Si (2)HCl、AlCl3NaCl (3)Cl22OH=ClOClH2O 、HOH=H2O (4)阳Al3e7AlCl=4Al2Cl(5)致密的氧化铝膜将内层金属与外界隔离解析本题以工业上粗铝的提纯为载体考查了元素化合物的性质，电解原理的应用以及金属的防护等知识。(1) Fe2O3、SiO2和金属Al在高温下发生置换反应；(2)由题意杂质中还存在H2，H2与Cl2结合形成HCl，高温下Cl2也能与Na和Al反应生成NaCl和AlCl3(700 时升华形成气体)。(3
11、)冷凝后的气体Cl2和HCl均能与碱液反应；(4)电镀时，镀层金属作阳极，失电子形成阳离子，即Al失电子形成Al3，Al3再与AlCl结合形成Al2Cl；(5)致密的氧化膜附着在钢材表面，阻止了内部金属与空气的接触。7(14分)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。用铝热法还原氟硅酸钾制得较纯净的晶体硅：4Al3K2SiF63Si2K
12、AlF42K2AlF5，关于该反应的说法正确的是_(填序号)。AAl是还原剂B氧化产物只有KAlF4C每转移6NA电子，得到42 g SiDAl元素在KAlF4和K2AlF5中化合价不同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_。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H
13、2、Na2SiO3、CaO。这种混合物叫做生氢剂。请写出该反应的化学方程式：_。(5)单晶硅制作的半导体元件表面镀膜，使各元件之间彼此绝缘，以防短路，表面氧化(生成一氧化硅)技术前景广阔。以上信息说明一氧化硅具有_性，用电解法对硅表面处理生成SiO薄膜时，硅应作电解池的_极。(6)硅橡胶是一种耐高温、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_、_。答案(1)4KSiF4=Si4KF(2)A、C2MgSiO2Si2MgO晶体结构完美的单质比无定形单质稳定(3)CaO2FeOSi2FeCaSiO3(4)Si2NaOH
14、Ca(OH)2Na2SiO3CaO2H2(5)电绝缘阳(6)水解反应(或取代反应)缩聚反应解析(1)K可与SiF4发生置换反应生成Si。(2)在反应中Al是还原剂，KAlF4和K2AlF5都是氧化产物，每转移12 mol电子，生成3 mol Si，所以转移6 NA电子，得到42 g Si，在KAlF4和K2AlF5中Al均为3价。Mg在高温下置换SiO2中的硅。同素异形体之间结构差异很大，因此性质也大不一样。(3)FeO与Si反应生成Fe和SiO2，SiO2与加入的生石灰反应生成CaSiO3随钢渣除去。(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：SiCa(OH
15、)22NaOHCaONa2SiO32H2。(5)利用SiO的绝缘性使元件之间不发生短路或击穿；由Si到SiO的过程是氧化反应，电解时应作阳极。(6) 先水解生成，再经缩聚生成。8(14分)随着科技的进步，新材料在生活中的应用越来越广泛，并已经渗透到人们生活中的各个方面。(1)应用纳米新材料能给人民币进行杀菌、消毒。我国纳米专家王雪发明的“WXP复合纳米材料”主要化学成分是氨基二氯代戊二醛的含硅衍生物，它能保持长期杀菌作用。鉴于此，35位人大代表联名提交了一份议案，要求加快将此新技术应用到人民币制造中去。该材料属于_。(2)一种新型净水剂PAFC(聚合氯化铁铝，化学式可表示为AlFe(OH)nC
16、l6nm，n5，m10)，广泛用于生活用水的净化和废水的净化。下列有关PAFC的说法正确的是_(填编号)。APAFC用于净化饮用水时，比用相同量的氯化铝或氯化铁对水的pH改变大BPAFC中铁为2价CPAFC可看作一定比例的氯化铝和氯化铁的水解产物DPAFC在强酸性或强碱性溶液中都能稳定存在(3)如图所示的ECC水泥是最新研制出来的，其最明显的特征是可以在弯曲状态下承受相当大的压力，因为材料里面有特殊制成的聚合体纤维微粒，所以ECC水泥可以在承受较大压力的状态下弯曲而不破裂。ECC水泥已经用于建造一座美国密执安州桥梁的延伸工程，并在日本横滨一次大地震后用于加固一座41层楼的支柱。水泥属于_(填材料名称，下同)，ECC水泥属于_，聚合体纤维微粒在该材料中的作用是_。答案(1)复合材料(2)C(3)无机非金属材料复合材料做增强体，起骨架作用解析(1)题干中已经提示该材料是WXP复合纳米材料，切不可从氨基二氯代戊二醛的含硅衍生物出发而误判断其为有机高分子材料。(2)PAFC用于净化饮用水时，因为Al3和Fe3水解时相互抑制，比用相同量的氯化铝或氯化铁对水的pH改变小；PAFC中铁显3价；PAFC在强酸性或强碱性溶液中都不能稳定存在。(3)传统水泥属于无机非金属材料，而ECC水泥由性质不同的材料经特殊加工而成，水泥做基体，而聚合体纤维微粒应该做增强体，属于复合材料。
