高考化学 选修2.3 化学与材料的制造和应用课件 .ppt

第三章化学与材料的制造和应用 知识梳理 一 无机非金属材料1 传统硅酸盐材料 纯碱 石灰石 黏土 石灰石 高温 高温 na2sio3 co2 casio3 co2 硅酸盐 3cao sio2 2cao sio2 3cao al2o3 2 新型无机非金属材料 1 分类及应用 2 制备反应 1900 1300 1600 1800 250 300 cu粉或ag粉 1100 1200 sic 2co si3n4 12hcl sio2 2c si 2co 微点拨 1 向普通硅酸盐水泥中加入石膏 是为了调节水泥的硬化速率 2 钢化玻璃与普通玻璃在成分上没有区别 把普通玻璃放入电炉中加热至软化 然后急速冷却即得钢化玻璃 二 金属材料1 钢铁的冶炼 铁矿石 焦炭 生铁 还原剂将 铁从其氧化物 氧化剂将过多的碳 和其他杂质 高温 高温 高温 高温 高温 高温 高温 c o2 co2 co2 c 2co 2fe 3co2 fe2o3 3co 2fe o2 2feo 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 3 电解 加入冰晶石及少量萤石降低al2o3的熔点 化学方程式 naalo2 co2 2h2o al oh 3 nahco3 2al oh 3 al2o3 3h2o 3 金属的腐蚀与防止 1 金属腐蚀的类型 化学腐蚀 金属材料跟其表面接触到的物质 如o2 cl2等 而引起的腐蚀 电化学腐蚀 不同金属或 金属跟 接触时 发生 反应 比较活泼的金属失去电子而被氧化引起的腐蚀 直接发 生化学反应 不纯 电解质溶液 原电池 2 金属腐蚀的防止和利用 金属腐蚀的防护方法 内部结构 外加电流的阴极保护法 金属腐蚀的利用 金属的化学蚀刻 印刷电路的腐蚀 电子元件与集成电路的精细加工都是利用了金属腐蚀的原理 微点拨 1 炼铁高炉产生的废气 废渣会严重污染环境 应结合它们的成分和余热进行综合利用 2 不锈钢是在普通钢的基础上加入12 以上的铬元素和适量镍熔合而成 三 高分子化合物与材料1 高分子化合物的分类 2 新型高分子材料 1 功能高分子材料 具有某种特定功能的高分子材料 常见的有导电塑料 如聚乙炔 离子交换树脂或交换膜 高分子医药材料 人造器官 高分子吸水材料 导电高分子化合物等 2 复合材料 常见的复合材料 等 黏结 增强 玻璃钢 碳纤维增强复合材料 3 废旧高分子材料的回收利用 1 再生和改性 2 生物降解或热裂解生成小分子化工原料 3 焚烧利用热能 4 高分子化合物的合成反应 1 加成聚合反应 2 反应 缩合聚合 微点拨 1 用同一个化学式表示的高分子化合物 由于聚合度n大小不同 故高分子化合物都是混合物 2 白色污染是指由农用薄膜 包装用塑料膜 塑料袋和一次性塑料餐具等塑料制品的丢弃所造成的环境污染 由于废旧塑料包装物大多呈白色 因此称之为 白色污染 考点一金属冶炼的方法 自主训练 工业上采用电解纯净氧化铝的方法冶炼铝 冶炼铝的电解槽如图所示 用作槽池的碳块跟它下部的钢导电棒相连做阴极 阳极的材料也为碳块 电解在1000 左右进行 据图回答下列问题 1 工业上电解氧化铝采用碳单质做阳极的原因是 写出阳极的电极反应式 阳极材料碳可由 填工业生产名称 获得 2 纯氧化铝的熔点很高 高于2000 而氯化铝的熔点不到200 工业上不采用电解氯化铝的方法冶炼铝的原因是 金属铝的冶炼中加入冰晶石 其作用是 3 由铝土矿制取al2o3的过程中可能涉及了naalo2 al2o3的转化 该转化最少需要两步才能完成 写出第一步转化的离子方程式 4 铝粉和氧化铁的粉末混合后称为铝热剂 可用来进行野外无缝钢轨的焊接 请写出发生反应的化学方程式 5 铝是高耗能产品 废旧铝材的回收利用十分重要 在工业上 最能体现节能减排思想的是将回收铝做成 填字母代号 a 冰晶石b 氧化铝c 铝锭d 硫酸铝 解析 1 电解池的阳极发生氧化反应 碳块是惰性电极 但在高温下可与该极生成的o2反应而防止了al与o2的反应 阳极开始的反应是2o2 4e o2 而o2与c能继续反应 即2c o2 2co 碳过量 综合可得c o2 2e co 2 alcl3是共价化合物 熔融时无自由移动的阴阳离子 al2o3的熔点很高 要电解必须先使其熔化 加冰晶石作用是降低al2o3的熔化温度 节约能量 3 由naalo2 al2o3 可先向naalo2溶液中通入co2生成al oh 3沉淀 后过滤 再高温灼烧al oh 3得到al2o3 5 因为铝是高耗能产品 回收的铝材做成铝锭最能体现节能减排思想 答案 1 碳做阳极可与该极产生的o2发生反应 生成co 防止o2与熔融的al相遇发生反应o2 2e c co 石油炼制或煤的干馏 2 氯化铝为共价化合物 不导电降低al2o3的熔化温度 节约能量 3 2 co2 3h2o 2al oh 3 或 co2 2h2o al oh 3 4 2al fe2o3 2fe al2o3 5 c 高温 归纳总结 1 不同金属的冶炼方法 由于金属的化学活动性不同 金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同 因此冶炼不同的金属必须采用不同的冶炼方法 1 热分解法 对于金属活动性顺序表中hg ag等金属可用热分解法冶炼 如2hgo 2hg o2 2ag2o 4ag o2 2 热还原法 对于金属活动性顺序表zn到cu之间的大部分金属可用碳 h2 co al等还原剂高温下还原制备 如3co fe2o3 2fe 3co2 fe2o3 2al 2fe al2o3 铝热法炼铁 高温 高温 3 电解法 对于非常活泼的金属 al及其前面的金属 一般用电解法冶炼 如mgcl2 熔融 mg cl2 2nacl 熔融 2na cl2 通电 通电 2 炼铁和炼铝的比较 高温 加固训练 1 2015 长沙模拟 元素铝是在生产 生活中应用广泛的金属元素 1 从矿石提取氧化铝 矿石与naoh溶液高温反应 然后降温析出晶体 再经净化和高温煅烧得到氧化铝 降温析出晶体时的反应方程式为 2 氧化铝是工业电解冶炼铝的重要原料 生产中加入冰晶石 na3alf6 其作用是 工业冶炼铝的装置示意图如图所示 阴极的反应式 在电解池工作过程中 需要不断补充阳极材料 原因是 3 有资料介绍 溶液中铝元素以氢氧化物 用al oh 3表示 形式存在的ph范围是3 8 10 现有a b两种均含铝元素形成的某种离子的溶液 其ph分别为1 13 两溶液等体积混合时反应的离子方程式为 4 一种新型高效净水剂pafc 聚合氯化铁铝 alfe oh ncl6 n m 广泛用于日常生活用水和工业污水的处理 有关pafc的说法正确的是 填选项 a pafc中铁元素显 2价b pafc用于净水时 比用相同量的氯化铝和氯化铁对水的ph改变小c pafc可看作一定比例的氯化铁与氯化铝水解的中间产物d pafc在强酸性和强碱性溶液中都能稳定存在 解析 1 矿石与naoh溶液高温反应 然后降温析出晶体 再经净化和高温煅烧得到氧化铝 说明析出晶体为al oh 3 矿石中氧化铝溶于氢氧化钠生成四羟基合铝酸钠 高温分解生成氢氧化铝和氢氧化钠 析出晶体的反应为naal oh 4 al oh 3 naoh 2 氧化铝熔点高难以熔融电解 生产中加入冰晶石 na3alf6 降低氧化铝熔点 使其在1000 左右即可熔化 利于熔融电解 电解过程中阴极上铝得到电子生成铝 电极反应为al3 3e al 电解氧化铝阳极上是氧离子失电子发生氧化反应生成氧气 氧气和石墨电极反应生成二氧化碳 石墨电极不断被消耗 所以需要不断补充石墨电极 3 a b两种均含铝元素形成的某种离子的溶液 其ph分别为1 13 说明溶液呈酸性是因为al3 水解 溶液呈碱性为naal oh 4溶液水解显碱性 混合后水解相互促进反应生成氢氧化铝沉淀 反应的离子方程式为al3 3 al oh 4 4al oh 3 4 a项 阴离子总价态 6 n n 6 铝只有 3价 所以fe价态为 3价 外面的m只是表示聚合度 与价态无关 错误 b项 pafc用于净水时 氢氧根离子的存在对水的电离起抑制作用 比用相同量的氯化铝和氯化铁对水的ph改变小 正确 c项 pafc是碱式复盐 可看作一定比例的氯化铁与氯化铝水解的中间产物 正确 d项 pafc是碱式复盐 在强酸性和强碱性溶液中都不能稳定存在 错误 答案 1 naal oh 4 al oh 3 naoh 2 作 助 熔剂 降低氧化铝熔点 al3 3e al 电解阳极产生o2 在高温条件下 石墨阳极被不断地氧化为co2 3 al3 3 al oh 4 4al oh 3 或al3 3 6h2o 4al oh 3 4 b c 2 2015 银川模拟 高富氧底吹熔池炼铜新工艺反应炉如图 1 该新工艺的优点之一是混合矿料不需要干燥 磨细 烟气进入余热锅炉后 经静电除尘后进入酸厂回收利用 这样做体现化学的 思想 2 该新工艺的优点之二是首次投料需要添加少量的燃料 当反应充分启动后就不需要再投放燃料 说明反应炉中的反应总体来说是 反应 3 此法冶炼的矿石主要是黄铜矿 主要成分是cufes2 经过上面设备煅烧后最终化合态的铜生成铜和so2 在冶炼铜矿过程中存在的重要反应有 2cufes2 o2 cu2s 2fes so2 2cu2s 3o2 2cu2o 2so2 4 从放铜锍口放出的铜锍中还含有铁和硫必须除去 铜锍吹炼过程是火法冶炼生产粗铜的最后一道工序 吹炼过程分为两个阶段 第一阶段的任务是使铁氧化造渣 主要化学反应为 2fes 3o2 sio2 2feo sio2 2so2 第二阶段是使上一个阶段中没有反应彻底的cu2s氧化成粗铜 主要化学反应为 cu2s o2 2cu so2 下列关于反应 的分析正确的是 填序号 a 反应 氧化剂只有o2b 硫元素在 和 中均被氧化c 和 在反应过程中都有共价键破坏和共价键形成 5 图中渣包中的炉渣含有fe2o3 feo sio2等 选用提供的试剂设计实验验证炉渣中含有feo 提供的试剂 kmno4溶液 kscn溶液 naoh溶液 稀硫酸 稀盐酸 所选试剂为 实验现象是 解析 1 so2回收利用 防止污染环境 体现绿色化学思想 2 当反应充分启动后就不需要再投放燃料 说明反应炉中的反应能够保持一定的温度 反应是放热反应 3 化合态的铜生成铜和so2 这就要求前两步反应生成的cu2s和cu2o反应生成cu和so2 4 反应 中cu2s既是氧化剂又是还原剂 反应 中都存在o2中的共价键被破坏和so2中共价键的形成 5 feo h2so4 feso4 h2o fe2 具有还原性 可使酸性kmno4溶液褪色 答案 1 绿色化学 2 放热 3 2cu2o cu2s 6cu so2 4 b c 5 稀硫酸和kmno4溶液稀硫酸浸取炉渣所得的溶液使kmno4溶液褪色 考点二有机高分子材料的合成 自主训练 在国际环境问题中 聚苯乙烯等材料的一次性使用带来的 白色污染 是极为严重的环境问题之一 最近研制的一种可降解塑料 代号为3hb 结构简式为 其具有良好的生物适应性 能在自然界中自行降解 回答 1 可降解塑料3hb 在自然界中通过 填序号 反应降解为该聚合物的单体 a 加成b 消去c 水解d 氧化 2 该聚合物的单体为 单体中具有的官能团的名称为 3 各取1mol该单体分别与钠和碳酸氢钠溶液完全反应时 分别消耗钠和碳酸氢钠的物质的量之比为 4 写出由单体生成降解塑料3hb的化学方程式 5 合成3hb的单体 还可以经一系列反应得一种工程塑料 其结构简式为 试写出有关化学方程式 解析 1 3hb是一种聚酯 通过水解可得单体 2 中含有两种官能团 分别是羟基和羧基 3 oh和 cooh都能与na反应 而与nahco3反应的只有 cooh 故1mol消耗na与nahco3的物质的量之比为2 1 4 可发生缩聚反应生成3hb 5 由正推和逆推相结合 可得出合成路线如下 答案 归纳总结 1 合成有机高分子材料的化学反应 2 线型结构 体型结构高分子材料的比较 加固训练 1 你吃过 塑料餐具 吗 源于玉米的生物质材料 玉米塑料 制成的一次性餐具就可以食用 这种全新的生物质材料实际上是 聚乳酸 1 已知乳酸的结构简式为 写出生成聚乳酸的方程式 反应类型是 2 用聚乳酸制成的 玉米塑料 可以降解生成能够被环境所吸纳的物质 聚乳酸的降解可分为两个阶段 首先是水解生成乳酸单体 然后乳酸单体在微生物作用下被空气中的氧气完全氧化 这两步反应的化学方程式为 乳酸除了能够合成 玉米塑料 外 它也是合成许多医用功能高分子材料的原料 b是一种可以生物降解的合成高分子 是当前正在研究和开发的一种新的药物载体 它的合成流程如下 回答下列问题 3 单体a的结构简式为 4 c物质 也是以乳酸为原料制成的医用高分子材料 该材料具有良好的吸附液态水的功能 而b物质却没有 试从结构上分析二者为什么有这方面的差异 解析 3 b物质是通过缩聚反应得到的高分子化合物 把链节从虚线处断开 然后在氧上加氢 碳上加羟基得到单体为乳酸和hoch2cooh 4 c物质之所以能够吸附液态水 是因为结构中含有亲水基 oh 而b物质没有 答案 3 hoch2cooh 4 c物质之所以能够吸附液态水 是因为结构中含有亲水基 oh 而b物质没有 2 丙烯是三大合成材料的基本原料之一 一种广泛用于汽车 家电产品上的高分子涂料 是按下列流程图生产的 图中m c3h4o 和a都可以发生银镜反应 n和m的分子中碳原子数相等 a的烃基上的一氯取代位置有3种 已知烯烃跟co h2在催化剂作用下发生反应生成相应醛 如 rch ch2 co h2rch2ch2 cho 试写出 1 物质的结构简式 a m 物质a的同类别的同分异构体为 2 n b d的化学方程式 3 反应类型 x为 y为 4 高分子涂料的结构简式 解析 由题给信息 rch ch2 co h2rch2ch2 cho 知a为丁醛 则b为丁醇 d为酯 能生成高分子 应有不饱和键 由d逆推 可知n为酸 则m是丙烯醛ch2 ch cho 氧化产物为酸 答案 1 ch3ch2ch2choch2 ch cho ch3 2chcho 2 ch2 ch cooh ch3ch2ch2ch2ohch2 ch cooch2ch2ch2ch3 h2o 3 加成反应加聚反应 或加成聚合反应 4 3 玻璃钢可由酚醛树脂和玻璃纤维制成 1 酚