1、化学与材料的制造和应用一、小试能力知多少(判断正误)(1)(2013山东高考)合成纤维、人造纤维及碳纤维都属于有机高分子材料()(2)(2012广东高考)新型复合材料使手机、电脑等电子产品更轻巧、实用和新潮()(3)(2009天津高考)制作航天服的聚酯纤维和用于光纤通信的光导纤维都是新型无机非金属材料()(4)(2013海淀模拟)在高炉炼铁过程中，增加炼铁高炉的高度能提高CO的转化率()(5)(2013济南模拟)航天飞机上的隔热陶瓷属于复合材料()二、必备知识掌握牢1新型无机非金属材料性能与应用新型陶瓷碳化硅(SiC)硬度大、熔点高、化学性质稳定，可作优质磨料和航天器涂层材料氮化硅(Si3N4
2、)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、集成电路碳单质金刚石新一代信息材料石墨电的良导体、化学性质稳定，用作电极C60在新型储氢材料、复合材料、纳米材料、超导体的制造方面前景广阔2炼铁与炼铝的比较炼铁炼铝原理在高温下用还原剂将铁从其氧化物中还原出来电解熔融的氧化铝阳极：6O212e=3O2阴极：4Al312e=4Al原料铁矿石、焦炭、石灰石和空气冰晶石(Na3AlF6)、氧化铝设备炼铁高炉电解槽主要化学反应Fe2O33CO2Fe3CO22Al2O34Al3O23合成有机高分子材料的化学反应加成聚合反应缩合聚合反应含义许多小分子
3、(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COOH和OH、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三、常考题型要明了考查金属的冶炼典例考查铁的冶炼演练1考查材料的制备和应用演练2典例(2012课标全国卷)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1 000左右，黄铜矿与空气反应生成Cu和Fe的低价硫
4、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1 200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)CuFeS2
5、与O2反应时，生成的Cu和Fe的低价硫化物分别是Cu2S、FeS，生成物中肯定含有SO2，用观察法即可配平该方程式；FeS与O2反应，生成FeO和SO2，用观察法也可快速配平；反射炉内发生反应：FeOSiO2FeSiO3，所以炉渣的主要成分是FeSiO3。(2)Cu2S与O2反应生成Cu2O，另一种生成物肯定是SO2，运用观察法可快速配平；Cu2O与Cu2S反应生成Cu和SO2。(3)电解精炼铜时，粗铜作阳极，即粗铜应为电极c；电极d是电解池的阴极，发生的电极反应为Cu22e=Cu；电解时，比铜活泼的金属，例如铁，优先放电生成Fe2进入电解液中，而比铜不活泼的金属会以阳极泥的形式沉积于阳极下方
6、。答案(1)2CuFeS2O2Cu2S2FeSSO22FeS3O22FeO2SO2FeSiO3(2)2Cu2S3O22Cu2O2SO22Cu2OCu2S6CuSO2(3)cCu22e=CuAu、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金属冶炼的方法演练1(2013德州模拟)联合钢铁工业的基本生产流程示意图如图所示，请回答相关问题。(1)工业上冶炼生铁的设备A的名称是_。(2)铁矿石中含有脉石(主要成分为SiO2)，冶炼生铁过程中炉渣在设备A的_中形成，化学方程式为_。(3)工业炼钢时用纯氧而不用空气的原因是_。(4)炼钢过程中添加合金材料的作用是_。解析：(1)冶炼
7、生铁的设备是炼铁高炉。(2)冶炼生铁过程中，石灰石分解为CaO和CO2，CaO和SiO2反应生成CaSiO3，在高炉的炉腰中形成炉渣。(3)工业炼钢时用纯氧，可以使反应更加剧烈，并获得更多的热量。(4)炼钢过程中添加合金材料，主要作用是充当脱氧剂，调整钢水的成分。答案：(1)炼铁高炉(2)炉腰CaCO3CaOCO2，CaOSiO2CaSiO3(3)促使反应更加剧烈，并获得更多的热量(4)作脱氧剂，调整钢水的成分演练2“材料”的发现和使用往往会极大地推动生产、生活的发展，一些材料的出现甚至具有里程碑式划时代的意义。请回答下列问题：SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)(1)无机非金属材料。高纯
8、度单晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。这种材料可以按下列方法制备：写出步骤的化学方程式：_。步骤经过冷凝得到的SiHCl3(沸点为33.0 )中含有少量的SiCl4(沸点为57.6 )和HCl(沸点为84.7 )，提纯SiHCl3的实验方法是_。(2)磁性材料。这种材料一般含有铁元素，铁是用途最为广泛的金属，也较为活泼，所以它的使用开始就不断实施着对它的防护。最常见的铁制品腐蚀是电化学腐蚀，请写出最为普遍的电化学腐蚀的负极反应式：_。(3)激光材料。我国是激光技术先进的国家，红宝石(Al2O3)是最早用于产生激光的材料，它是一种两性氧化物
9、，请用离子方程式加以说明：_。(4)高分子材料。它可以分成无机高分子材料和有机高分子材料。一种新型高效净水剂AlFe(OH)nCl6nm就属于无机高分子材料，它广泛应用于生活用水和工业污水的处理，其中铁元素的化合价为_；一种合成纤维腈纶，又称“人造羊毛”，由丙烯腈(CH2=CHCN)为原料聚合生成，请写出生成该有机高分子材料的化学方程式：_。(5)合金材料。14 g铜银合金与一定量某浓度的硝酸完全反应后，将放出的气体与1.12 L(标准状况下)O2混合通入水中，恰好全部被水吸收，则合金中铜的质量为_g。解析：(1)SiO2在高温条件下和C反应生成Si和CO。中三种物质的沸点不同，提纯SiHCl
10、3可以采用蒸馏(或分馏)的方法。(2)铁比较活泼，在最普遍的电化学腐蚀中铁为负极，失去电子发生氧化反应。(3)两性氧化物既可以和酸反应，也可以和碱反应。(4)设该净水剂中Fe的化合价为x，根据化合价代数和为0，有x36，所以铁的化合价为3价。(5)分析整个过程中各物质中元素的化合价可知，金属化合价升高，O2中O的化合价降低。根据得失电子相等，设Cu的物质的量是x，银的物质的量是y，则64x108y14,2xy0.2，解得x0.05 mol，所以Cu的质量是0.05 mol64 g/mol3.2 g。答案：(1)SiO22CSi2CO蒸馏(或分馏)(2)Fe2e=Fe2(3)Al2O36H=2A
11、l33H2OAl2O32OH=2AlOH2O (5)3.21(2013山东高考)废旧硬质合金刀具中含碳化钨(WC)、金属钴(Co)及少量杂质铁，利用电解法可回收WC和Co。工艺流程简图如下：(1)电解时废旧刀具做阳极，不锈钢做阴极，HCl溶液为电解液。阴极主要的电极反应式为_。(2)净化步骤所得滤饼的主要成分是_。回收的洗涤液代替水配制电解液，目的是回收利用其中的_。(3)溶液的主要成分是_。洗涤CoC2O4不充分对最终产品纯度并无明显影响，但焙烧时会造成环境污染，原因是_。(4)将Co2O3还原成Co粉的化学反应方程式为_。解析：本题考查电解原理、除杂、洗涤沉淀、氧化还原反应方程式的书写，意
12、在考查考生对化工流程的分析能力和综合运用知识的能力。(1)阴极发生还原反应，应是H放电生成氢气。(2)将废旧刀具电解时阳极产生Co2和Fe2，加入双氧水后Fe2被氧化生成Fe3，通入氨气后生成Fe(OH)3沉淀，即滤饼的主要成分是Fe(OH)3。洗涤液中含有Co2，可循环使用。(3)加入的草酸铵与CoCl2反应，生成草酸钴和氯化铵，则溶液中主要含有NH4Cl。若草酸钴表面的NH4Cl未洗净，则焙烧时NH4Cl分解产生NH3和HCl，造成环境污染。(4)方程式为Co2O33H2=2Co3H2O。答案：(1)2H2e=H2(2)Fe(OH)3Co2(或Co)(3)NH4Cl焙烧时NH4Cl分解产生
13、NH3和HCl(4)Co2O33H2=2Co3H2O2(2013大连模拟)水处理技术在生产、生活中应用广泛。(1)工业上常用绿矾作混凝剂除去天然水中含有的悬浮物和胶体，为了达到更好的效果，要将待处理水的pH调到9左右，再加入绿矾。请解释这一做法的原因：_。(用必要的离子方程式和文字做答)(2)根据水中Ca2、Mg2的多少，把天然水分为硬水和软水，硬水必须经过软化才能使用。硬水软化的方法通常有_、_和离子交换法。离子交换树脂使用一段时间后，逐渐由NaR型变为CaR2(或MgR2)型，而失去交换能力。把CaR2(或MgR2)型树脂置于_中浸泡一段时间，便可再生。当洗涤用水硬度较大时，洗衣粉与肥皂相
14、比，_洗涤效果较好，原因是_。(3)我国某地苯胺大量泄漏于生活饮用水的河道中，当地采取的应急措施之一是向河水中撒入大量的活性炭，活性炭的作用是_。(4)若生活污水中含大量的氮化合物，通常用生物膜脱氮工艺进行处理。首先在硝化细菌作用下将NH氧化为NO：_NH_O2=_NO_H_H2O，然后，加入甲醇与NO生成N2：_NO_CH3OH=_N2_CO2_H2O_OH。试配平以上两个离子方程式。解析：(1)在水中，绿矾(FeSO47H2O)中的Fe2会发生水解反应：Fe22H2OFe(OH)22H，水解生成的Fe(OH)2会很快被氧化成Fe(OH)3,4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，由
15、于得到的Fe(OH)3胶体有较好的吸附作用，所以常用作混凝剂。碱性条件下效果更好。(2)由于肥皂的主要成分为硬脂酸钠，其电离出的硬脂酸根离子易与Ca2、Mg2结合生成沉淀，而主要成分为表面活性剂的洗衣粉可以避免这种情况，所以洗涤用水硬度较大时，洗衣粉洗涤效果较好。(3)活性炭具有吸附作用。(4)根据得失电子守恒可以快速配平这两个方程式。答案：(1)4Fe2O22H2O8OH=4Fe(OH)3(胶体)，Fe2在碱性条件下，易被氧化成Fe3，进而水解生成Fe(OH)3(胶体)，起到较好的混凝作用(其他合理答案也可)(2)加热法药剂法5%8%的食盐水洗衣粉肥皂易与Ca2、Mg2生成沉淀(3)吸附泄漏
16、在河水中的有机物(4)121216535763(2013聊城模拟)化学在材料的发展过程中起着很重要的作用，2012年度国家最高科学技术奖授予郑哲敏院士、王小谟院士，两人均在材料方面作出了巨大贡献，为国家创造出较大的经济效益。(1)石灰石、生石灰和熟石灰均是重要的化工原料，下列工业生产中，不可能用到上述原料的是_(填序号)。炼铁炼钢从海水中提取镁铝的冶炼 制水泥制玻璃制漂白粉烧制陶瓷(2)神州八号与天宫一号的成功对接与分离，标志着我国航天工业发展进入了新阶段。下列选项中的描述与化学研究领域无关的是_。A燃料燃烧为神州八号升空提供动力B与地面指挥中心联系的无线电通讯C宇航服使用的合成纤维等新材料D
17、太空舱中利用NiFeO4处理呼出的废气(3)玻璃钢是将玻璃纤维和高分子材料复合而成的复合材料，它具有强度高、质量轻、耐腐蚀、抗冲击、绝缘性能好等优良性能，其中基体是_，增强体是_。(4)橄榄石型LiFePO4是一种锂离子电池正极材料，其中Fe元素显2价。常向LiFePO4中加入少量活性炭黑，其作用除了可以改善LiFePO4的导电性能外，还能_。解析：(1)炼铁的原料：铁矿石、焦炭、石灰石；炼钢主要原料是生铁以及废钢(废钢用于降温及降低成本)属于金属料(及其他合金比如泥铁，添加较少，价格较高)，造渣料用大量的石灰、白云石、莫来石等；从海水中提取镁的原料：海水、石灰乳；铝的冶炼原料：氧化铝；制水泥
18、的原料：石灰石和黏土；制玻璃的原料：石英砂、石灰石、长石、纯碱、硼酸等；制漂白粉的原料：用石灰石可以制得氧化钙进而得到消石灰，用氯气与消石灰反应得到漂白粉；烧制陶瓷的原料：黏土。故答案为：。(2)燃料燃烧是化学变化，与化学研究领域有关。A错误；无线电通讯利用的是电磁波，与化学研究领域无关，B正确；合成纤维是用化学方法合成的，与化学研究领域有关，C错误；利用NiFeO4处理呼出的废气是化学变化，与化学研究领域有关，D错误。(3)玻璃钢的基体是高分子材料，增强体是玻璃纤维。(4)高温成型前，常向LiFePO4中加入少量活性炭黑，其作用除了可以改善成型后的LiFePO4的导电性能外，还能消耗空气中的
19、氧气，保护Fe2，防止Fe2被氧化。答案：(1)(2)B(3)高分子材料玻璃纤维(4)与空气中的氧气反应，防止LiFePO4中的Fe2被氧化4(2013唐山模拟)某自来水厂利用河水处理成自来水的工艺流程示意图如下图所示：提供的试剂：饱和Na2CO3溶液、NaOH溶液、生石灰、CCl4、BaCl2溶液、KOH溶液(1)为除去水中含有的Ca2、Mg2、HCO、Cl、SO，试剂a代表两种化学物质，主要是除去水中SO、Mg2和HCO，这两种试剂是_和_(只填化学式)。(2)凝聚剂A常用FeSO47H2O，最终生成红褐色胶体沉淀，该胶状沉淀的化学式为_，可以除去其中的悬浮固体颗粒，该过程是_(填序号)。
20、A只有物理变化，无化学变化B只有化学变化，无物理变化C既有化学变化，又有物理变化(3)通入CO2的目的是_和_。(4)传统的氧化剂是Cl2，现代工艺用ClO2取代Cl2，通入ClO2的作用是_；优点是_。(5)离子交换柱X、Y中有一种是H型交换柱，另一种是OH型离子交换柱，目的是除去水中残留的杂质离子，则X应是哪种交换柱？_(填“H型”或“OH型”)；如果两个交换柱位置颠倒会产生什么后果？_。解析：该工艺流程是自来水的生产过程。(1)除去SO用Ba2，除去Mg2用OH，除去HCO用OH和Ca2，综合所给试剂和要求选用两种试剂，只能选BaCl2和生石灰。(2)氢氧化铁胶体可以吸附水中的悬浮物，使
21、之沉降下来，达到净水的目的，这是物理变化，氢氧化铁胶体是由FeSO4得到的，发生化学变化，选C。(3)由框图流程可知，通入CO2既可以除去Ca2，又可以降低溶液的pH。(4)Cl2和ClO2都起到杀菌、消毒的作用，ClO2具有高效、强力、无毒、无刺激性气味的优点。(5)应首先经过H型交换柱，如果先通过OH型交换柱，产生的OH会与水体中残留的Ca2、Mg2等作用生成难溶物而堵塞交换柱。答案：(1)BaCl2CaO(2)Fe(OH)3C(3)除去Ca2调节溶液的pH4.5(4)杀菌、消毒高效、强力、无毒、无刺激性气味(5)H型如果先通过OH型离子交换柱，产生的OH会与水体中残留的Ca2、Mg2等作
22、用生成难溶物而堵塞交换柱5(2013福州一中模拟)工业上用铝土矿(成分为氧化铝、氧化铁)制取铝的流程如下：请回答下列问题。(1)操作、操作、操作都用到的玻璃仪器有_。(2)写出由溶液B生成Al(OH)3的离子方程式：_。(3)工艺流程中涉及氧化还原反应的化学方程式为_。(4)生产过程中，除NaOH、H2O可以循环使用外，还可以循环使用的物质有_(填化学式)。用此法制取铝的副产品是_(填化学式)。解析：(1)操作、操作、操作都是过滤，过滤需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒。(2)NaAlO2溶液中通入CO2生成Al(OH)3沉淀和Na2CO3，反应的离子方程式为2AlOCO23H2O=2Al(O
23、H)3CO。(3)只有电解熔融Al2O3的反应属于氧化还原反应。(4)得到的CaCO3受热分解得到CaO、CO2，可见CaO、CO2可循环使用。操作所得的Fe2O3和电解熔融Al2O3得到的O2为副产品。答案：(1)烧杯、漏斗、玻璃棒(2)2AlOCO23H2O=2Al(OH)3CO(3)2Al2O3(熔融)4Al3O2(4)CaO和CO2Fe2O3和O26(2013河北模拟)海水是巨大的资源宝库，在海水淡化及综合利用方面，天津市位居全国前列。从海水中提取食盐和溴的过程如下：(1)请列举海水淡化的两种方法：_、_。(2)将NaCl溶液进行电解，在电解槽中可直接得到的产品有H2、_、_或H2、_
24、。(3)步骤中已获得Br2，步骤中又将Br2还原为Br，其目的为_。(4)步骤用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可达95%，有关反应的离子方程式为_。由此反应可知，除环境保护外，在工业生产中应解决的主要问题是_。(5)某化学研究性学习小组为了解从工业溴中提纯溴的方法，查阅了有关资料：Br2的沸点为59，微溶于水，有毒性和强腐蚀性。他们参观生产过程后，绘制了如下装置简图：请你参与分析讨论：图中仪器B的名称_。整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管，其原因是_。实验装置气密性良好，要达到提纯溴的目的，操作中如何控制关键条件_。解析：(2)由反应2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2可判断出产物
25、，但其中的Cl2有可能与NaOH溶液反应生成NaClO。(3)步骤溶液中Br2的浓度很小，若把其中的Br2蒸馏出来，耗能太大，所以要先把Br2富集。(5)蒸馏的目的，就是通过沸点不同而提纯Br2，所以要把温度控制在Br2的沸点，尽可能只蒸馏出Br2。答案：(1)蒸馏法、电渗析法、离子交换法(任写两种)(2)Cl2NaOHNaClO(3)富集溴元素(4)Br2SO22H2O=4HSO2Br强酸对设备的严重腐蚀(5)冷凝管Br2腐蚀橡胶控制温度计b7(2013黄冈模拟)如图是传统的工业生产金属铝的基本流程图。请回答：(1)金属铝常用来制造容器，但铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性、碱性等食物，写
26、出铝与氢氧化钠溶液反应的离子方程式：_。石油炼制和煤的干馏产品_(填物质名称)作电解铝的阴极和阳极材料。(2)在冶炼过程中，阳极材料需要定期进行更换，原因是该极材料不断被消耗，产生这种现象的原因是_(用化学方程式表示)。(3)工业上通过电解熔融的MgCl2制取金属镁，电解反应方程式为_。镁和铝都是活泼金属，为什么在电解冶炼过程中，一个用氯化物，一个用氧化物，请说明理由。_。解析：(1)Al与强碱溶液作用得到偏铝酸盐与氢气，故反应的离子方程式为2Al2OH2H2O=2AlO3H2。(2)电解过程中阳极产生氧气，在高温下氧气与电极材料(石墨)反应生成CO。答案：(1)2Al2OH2H2O=2AlO
27、3H2石墨(或碳)(2)2CO22CO(3)MgCl2(熔融)MgCl2MgO的溶点太高，而MgCl2的熔点较低，熔化时MgCl2能发生电离而导电；AlCl3是共价化合物，熔化时不能发生电离8(2013南昌模拟)电镀厂镀铜废水中含有CN和Cr2O，需要处理达标后才能排放。该厂拟定下列流程进行废水处理：回答下列问题：(1)上述处理废水流程中主要使用的方法是_。(2)中反应后无气体放出，该反应的离子方程式为_。(3)步骤中，每处理0.4 mol Cr2O时转移电子2.4 mol，该反应的离子方程式为_。(4)取少量待测水样于试管中，加入NaOH溶液，观察到有蓝色沉淀生成，再加Na2S溶液，蓝色沉淀
28、转化成黑色沉淀，请使用化学用语和文字解释产生该现象的原因：_。(5)目前处理酸性Cr2O废水多采用铁氧磁体法。该法是向废水中加入FeSO47H2O，将Cr2O还原成Cr3，调节pH，Fe、Cr转化成相当于FeFeCrO4(铁氧磁体，罗马数字表示元素价态)的沉淀。处理1 mol Cr2O，需加入a mol FeSO47H2O，下列结论正确的是_。Ax0.5，a8Bx0.5，a10Cx1.5，a8 Dx1.5，a10解析：(1)废水的处理方法有沉淀法、吸咐法、中和法、混凝法、氧化还原法等。由上述流程图中反应和反应加入的试剂并对比反应前后的物质，可以发现两个反应均为氧化还原反应，故上述处理废水的主要
29、方法是氧化还原法。(2)反应物为CN和NaClO，生成物有CNO，即CN生成CNO，相当于C由2价升高至4价，那么根据氧化还原反应得失电子守恒可知，ClO在反应中元素化合价降低，题目提示无气体生成，故其中的1价Cl转化为Cl，因此离子方程式为CNClO=CNOCl。(3)由反应物S2O转化为生成物SO可知，Cr2O被还原，其中Cr元素化合价降低，设Cr2O被还原后Cr的化合价为n，则有关系：12(6n)0.42.4，所以n3，即Cr2O被还原为Cr3，因此该反应的离子方程式为3S2O4Cr2O26H=6SO8Cr313H2O。(4)先生成Cu(OH)2沉淀，加入Na2S后，Cu(OH)2沉淀转化为CuS沉淀。这是因为Cu(OH)2的溶解度比CuS的溶解度大，或者说Cu(OH)2的溶度积大于CuS的溶度积，难溶的电解质转化为更难溶的电解质。(5)生成铁氧磁体的物质的量为 mol，根据得失电子守恒有x6，得x1.5，a(11.5)10。答案：(1)氧化还原法(2)CNClO=CNOCl(3)3S2O4Cr2O26H=6SO8Cr313H2O(4)Cu22OH=Cu(OH)2、Cu(OH)2(s)S2(aq)=CuS(s)2OH(aq)，因为Ksp(CuS)KspCu(OH)2(5)D
