1、第三讲 化学与材料的制造和应用选修2 化学与技术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36T；2014，卷36T；2013，卷36T 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
2、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。选修2 化学与技术炼铁 炼钢 原料 化学原理 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 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 考点一 金属材料一、几种金属的冶炼1钢铁的冶炼炼铁 炼钢 有关反应(1)氧化剂的生成：2FeO2=高温 2FeO(2)降碳，
3、除杂，调硅、锰；如CFeO=高温 COFe(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 2FeOSi=高温 2FeSiO2(1)还原剂的生成：CO2=CO2，CO2C=高温 2CO(2)铁的还原：Fe2O33CO=高温 2Fe3CO2(3)炉渣的生成：CaCO3=高温CaOCO2，SiO2CaO=高温 CaSiO3高炉炼铁 炼钢 主要设备 转炉 2.铝的冶炼(1)原料：铝土矿(主要成分为 Al2O3)。(2)提纯 Al2O3Al2O32NaOH=2NaAlO2H2O，NaAlO2CO22H2O=Al(OH)3NaHCO3，2Al(OH)3=Al2
4、O33H2O。(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=950970 通电，Na3AlF64Al3O2。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
5、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：合金的性能优于它的组分。D 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()MgCl2Mg MnO2Mn ZnOZnHgOHg 磁铁矿Fe KClKA BCD解析：用电解法，用热分解法。D 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
6、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：铜矿石 选矿 铜精矿砂焙烧和除渣反射炉冰铜 还原转炉 粗铜 精炼电解槽电解铜(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。2CuFeS2O2=高温 Cu2S2Fe
7、SSO22FeS3O2=高温 2FeO2SO2FeSiO3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_、_；2Cu2S3O2=高温 2Cu2O2SO22Cu2OCu2S=高温 6CuSO2(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_。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解析(1
8、)Cu 与 Fe 的低价硫化物为 Cu2S 和 FeS，所以发生的 反 应 为 2CuFeS2 O2=高温 Cu2S 2FeS SO2,2FeS3O2=高温 2FeO2SO2，反射炉内有矿砂(含 SiO2)，生成的FeO 与 SiO2 反应：FeOSiO2=高温 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2Cu2S3O2=高温 2Cu2O2SO2,2Cu2OCu2S=高温 6CuSO2。(3)粗铜精炼中，粗铜作阳极发生：Cu2e
9、=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：Fe2e=Fe2，进入电解液，所以粗铜为电极 c，电极 d 上发生：Cu22e=Cu。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 D 解析：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
10、剂，C错。22015高考全国卷，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)步骤中得到的氧化产物是_，溶解温度应控制在 6070，原因是_。(2)写出步骤中主要反应的离子方程式：_。CuSO4(或 Cu2)温度低溶解速度慢、温度过高硝酸铵分解2Cu2SO232ClH2O=2CuClSO242H(3)步骤包括用 pH2 的酸洗、水洗两步操作，酸洗采用的酸是_(写名称)。(
11、4)上述工艺中，步骤不能省略，理由是_。(5)步骤、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框式压滤机硫酸醇洗有利加快去除 CuCl 表面水分，防止其水解氧化而变质BD解析：(1)酸性条件下，NO3 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 应在步骤中生成。SO23 具有还原性，可将 Cu2还原，反应的离子方程式为 2Cu2SO232ClH2O=2CuClSO242H。(3)因步骤最终得到的是(NH4)2SO4，且洗涤液要循
12、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。考点二 无机非金属材料一、传统硅酸盐材料 陶瓷以 为原料高温烧结而成特性：耐酸、碱及热冲击玻璃 主要原料：原理Na2CO3SiO2=高温Na2SiO3CO2CaCO3SiO2=高温CaSiO3CO2主要成分：Na2SiO3、CaSiO3特性：无固定熔点 黏土石灰石、纯碱、石英砂水泥主要原料：石灰石、黏土、辅助原料主要成分：2CaOSiO2、3CaOSiO2
13、、3CaOAl2O3、4CaOAl2O3Fe2O3特性：水硬性二、新型无机非金属材料新型无机非金属材料 性能与应用 新型陶瓷 碳化硅(SiC)氮化硅(Si3N4)单晶硅 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 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 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 1 000 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
14、金 C 解析：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-60f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。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
15、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：_。4KSiF4=Si4KF(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：4Al3K2SiF6=高温 3Si2KAlF42K2AlF5，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 SiD铝元素在 KAlF4 和 K2
16、AlF5 中化合价不同AC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_。2MgSiO2=高温 Si2MgO晶体结构完美的单质比无定形单质性质稳定(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：_
17、。2FeOSi=高温 2FeSiO2Si2NaOHCa(OH)2=高温 Na2SiO3CaO2H2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，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 SiCa(OH)22NaOH=高温 Ca
18、ONa2SiO32H2。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B2(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
19、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_。基体骨架作用(或支撑作用)石灰石(或 CaCO3)(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 4.2103 kg 的聚乙烯，则需要投料(乙烯)_mol。(假设反应过程不存在损失)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单体1.5105解析：(1)复合材料是由基体和增强体组成的，其
20、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)4.2106g28 gmol115105mol。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 1 200 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
21、以 CaO-Na2O-SiO2-P2O5为主要成分的生物陶瓷可以制作人造骨加成聚合反应 缩合聚合反应 含义 单体特征 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 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 考点三 高分子材料的合成及特点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 单体种类数 高聚物特征 产物种类 相同或不同的单体 相同或不同的单体 链节与单体的组成相同 链节与单体的组成不同 只有高聚物 高聚物和小分子 加成聚合反应 缩合聚合反应 举例
22、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 结构特点 性质特点 合成纤维、部分塑料(如聚乙烯)部分塑料(如电木)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 具有弹性和可塑性，在溶剂中能溶解,加热能熔融,硬度、脆性较小,不能导电 没有弹性和可塑性，不能溶解或熔融，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()高分子膜 生物高分子材料 隐形材料 液晶高分子材料 光敏高分子材料 智能高分子材料A BCD全部D2合成结构简式为2CH2CH2CH=CHCH2的高聚物
23、，其单体是()苯乙烯 丁烯 丁二烯 丙炔 乙烯ABCDC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)H3177 kJmol1。镧-镍合金的熔点
24、比镧、镍的熔点_(填“高”“低”或“介于两者之间”)。低根 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_。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)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_、_。水解反应(或取代反应)缩聚反应解析(1)合金的熔点比各单
25、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。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_。缓慢冷却纯碱 SiO2 Na2CO3=高温 Na2SiO3 CO2，SiO2 CaCO3=高温
26、 CaSiO3CO2(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，回收树脂增强作用(或骨架作用)质量轻、强度高、抗腐蚀、抗冲击、绝缘性好等(任意答出两点即可)b解析：(1)为防止温度过高，应间歇性加入甲醛，并且有散热(冷却)装置。(2)利用石灰石、纯碱、石英砂制玻璃的化学方程式为Na2CO3SiO2=高温 Na2SiO3CO2，CaCO3SiO2=高温CaSiO3CO2。(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，其中玻璃纤维的作用是增强体，酚醛树脂是基体；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。(4)废旧合成材料的再生利用主要有三条途径：通过再生和改性，重新做成多种有用的材料和制品；采用热裂解或化学处理方法使其分解，用于制备多种化工原料；将废旧的聚合物作为燃料回收利用热能，但热固性酚醛塑料不易燃烧；故 b 正确，c 错；因为塑料深埋地下一百年也不会腐烂，造成严重的白色污染，故 a 错；酚醛塑料不能溶解于有机溶剂，故 d 错。(1)由高分子判断单体的方法掌握不好，容易出现错误。(2)缩合聚合反应中有小分子生成，这是区别于加成聚合反应的特征之一。本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放