浙江省高考化学一轮复习导航 第10单元第42讲 让有机反应为人类造福 材料加工与性能优化课件 新课标.pptVIP

第42讲让有机反应为人类造福材料加工与性能优化 一 石油 煤和天然气的综合利用1 石油和天然气 1 石油的炼制和石油化工 石油的组成 主要是由各种烷烃 环烷烃和芳香烃所组成的混合物 石油的冶炼 a 裂化 裂化就是在一定的条件下 将相对分子质量较大 沸点较高的烃分解为相对分子质量较小 沸点较低的烃的过程 例如 在加热 加压和催化剂存在的条件下 十六烷裂化为辛烷和辛烯 c16h34c8h18 c8h16 裂化的目的 为了提高汽油的产量 裂化有热裂化和催化裂化 b 裂解 采用比裂化更高的温度 使长链烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃的方法叫做石油的裂解 石油的裂解气是一种复杂的混合气体 它除了主要含有乙烯 丙烯 丁烯等不饱和烃外 还含有甲烷 氢气 硫化氢等 裂解气里烯烃含量比较高 因此 常把乙烯的产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的标志之一 2 天然气的利用 2 煤的综合利用煤是由有机物和无机物组成的复杂的混合物 主要含c元素 还含有少量的h n s o等元素以及无机矿物质 1 煤的干馏 定义 将煤隔绝空气加强热使其分解的过程 主要产品 焦炭 煤焦油 焦炉气 粗氨水和粗苯等 2 煤的气化和液化 气化 把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程 主要化学反应方程式 c h2o g co h2 液化 煤的液化是将煤转化为液体燃料的过程 煤的液化分直接液化和间接液化 直接液化 把煤与适当的溶剂混合后 在高温 高压和有催化剂的条件下 使煤与氢气作用生成液体燃料 间接液化 先把煤转化成一氧化碳和氢气 合成气 然后再经过催化合成得到烃类燃料 醇类燃料及化学品等 高温 3 煤化工和天然气化工的发展 一碳化学一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物 如co co2 ch4 ch3oh等 为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学 1 煤气化的主要反应有 2c o2 2co c h2o co h2 co h2o co2 h2 高温 2 天然气重整的反应方程式 ch4 h2o co 3h2 使用不同的催化剂 从合成气制出不同的产物 叫做合成气化学 由ch4通过催化反应直接生成新的化合物 叫做甲烷化学 由ch3oh通过催化反应直接生成新的化合物 叫做甲醇化学 电解 二 高分子化合物与材料1 高分子化合物的合成 1 定义 高分子化合物 指的是相对分子质量很大的有机物质 相对分子质量一般在10000以上就称为高分子化合物 高分子化合物可分为天然高分子化合物和合成高分子化合物 合成高分子化合物是由小分子通过聚合反应制得 所以也称为聚合物或高聚物 2 加成聚合 加聚 通常是在催化剂的存在下 含有双键的单体打开双键 相互连接而得到聚合物长链分子 加聚反应生成的高分子化合物称为聚合树脂 它们多在原始单体名称前冠以 聚 字命名 加聚反应的特点是反应过程中不产生副产物 写出聚乙烯的 结构式 链节 ch2 ch2 单体 ch2 ch2 3 缩合聚合 缩聚 反应 由含有活性官能团的两个或两个以上的单体 在加热和催化剂的作用下 经缩合反应 相互连接而得到相对分子质量高的聚合物 并同时析出水 氨 醇等副产物 低分子化合物 4 纤维素 植物纤维由纤维素和木质素 一种含苯环的芳香族化合物 非纤维素 构成 植物纤维在一定的压强与亚硫酸钠作用下 木质素溶解 纤维素制成纸浆 木质素加入适量固化剂后喷洒在沙丘表面有固沙保水的功能 且易降解 纤维素酯的制造 纤维素高分子长链由许多葡萄糖单元构成 每个葡萄糖单元中含有3个羟基 能与硝酸或醋酸酐发生酯化反应 生成纤维素硝酸酯或纤维醋酸酯 了解硝酸纤维 火棉 胶棉 醋酸纤维 黏胶纤维 人造丝 人造棉 铜氨纤维的制造和简单用途 5 天然橡胶与合成橡胶 天然橡胶是由许多蜷曲的线型高分子 聚异戊二烯分子 组成的 二烯烃的性质与乙烯相似 异戊二烯分子加聚时能发生1 4加聚 2 塑料制品的加工线型结构 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 可溶 但溶解速度比小分子化合物慢 最后形成的高分子溶液具有良好的热塑性 受热软化成液体 冷却后又变固体 如合成纤维 塑料 如聚乙烯 体型结构 以共价键结合成高分子链 链与链之间以共价键产生交联而成网状结构 不易溶解 长期浸泡在溶剂中只能发生溶胀 具有热固性 加热成型后受热不熔化 如酚醛树脂 电木 塑料 3 性能优异的合成材料 1 塑料的改性 常用方法有填充改性 共混改性 共聚改性 2 功能高分子材料发展趋势是高性能化 功能化 复合化 精细化 智能化 3 复合材料 具有强度高 质量轻 耐高温 耐腐蚀等优异性能 在综合性能上超过单一材料 高分子链的结构与性质 三 表面活性剂精细化学品1 肥皂的去污原理肥皂的化学成分为高级脂肪酸的钠盐或钾盐 能在水中电离成rcoo 和na 或k rcoo 中具有极性的coo 部分易溶于水而不易溶于油 称为亲水基 非极性的 r部分不易溶于水而易溶于油 称为亲油基或憎水基 在洗涤衣物时 肥皂 油污与水之间发生润湿 乳化和起泡三种主要作用而达到去污的目的 2 肥皂的生产原理制造肥皂的主要原料是油脂和烧碱 制造原理是酯类的水解 工业上通常将油脂跟碱共热水解成肥皂和甘油 加入食盐使肥皂析出 再经过一系列工序制成肥皂 酯类在碱性条件下的水解反应通称为皂化反应 如硬脂酸甘油酯的皂化 其中 硬脂酸钠是肥皂的有效成分 3 合成洗涤剂的制造和性能优化 1 合成洗涤剂的制造原理合成洗涤剂是以石油裂解产品 硫酸 氢氧化钠等为原料合成的 在它们分子中都同时具有亲水基和亲油基 市场上的合成洗涤剂多为烷基苯磺酸钠 2 合成洗涤剂的性能优化 确定合适的碳链长度 所含碳原子个数以12 18为最佳 选择不含支链的烃基 合成洗涤剂含有支链烃基时 通常难以被生物降解 合理配方 为提高合成洗涤剂的综合性能 生产中要配入多种助洗剂和辅助剂 如纯碱 硅酸钠 硫酸钠和含磷化合物等 含磷化合物是一种较好的助洗剂 但大量含磷污水的任意排放会造成赤潮和水华等环境污染问题 4 精细化学品及其生产特点 1 精细化学品具有品种多 批量小 产值高等特点 2 精细化工具有技术密集 附加值高等特点 四 无机非金属材料1 传统硅酸盐材料 1 陶瓷 传统陶瓷大多是将黏土和水的混合物通过高温烧结制成的 陶瓷种类很多 主要分为土器 炻器 瓷器等 原料及烧制温度是影响陶瓷品种和性能的关键技术 陶瓷色彩丰富 这是釉料中含有的一些金属及其化合物 因发生不同的氧化还原反应 而形成不同的颜色 3 水泥 普通硅酸盐水泥的生料是石灰石 黏土 在窑中煅烧得到熟料再配以适量的石膏即得产品 水泥的主要成分是3cao sio2 2cao sio2 3cao al2o3等 2 新型无机非金属材料 1 新型陶瓷 新型陶瓷突破了以si和o两种元素为主 如sic又称金刚砂 其制备反应方程式为sio2 3c sic 2co 1900 2 单晶硅 高纯度硅制备的主要反应 sio2 2c si 2co si 3hcl sihcl3 h2 sihcl3 h2 si 3hcl 1600 1800 250 300 ag 1100 1200 五 金属材料1 从矿石中获得金属 1 金属冶炼所依据的原理是用氧化还原反应将金属从其化合物中还原出来 冶金工业的两种主要方法是火法和湿法 2 铁元素主要以氧化物 硫化物等形式存在 如磁铁矿 褐铁矿 赤铁矿 黄铁矿 工业上一般以铁矿石 焦炭 石灰石和空气等为原料在高炉中炼制而成 炼钢过程中发生的化学反应主要有2c o2 2co 2fe o2 2feo feo c co fe fes cao cas feo 高炉炼铁时 高炉煤气的成分为n2 co co2 炉渣形成的反应方程式为sio2 caco3 casio3 co2 铸铁根据碳在铸铁中存在形态或石墨形状的不同 可分为白口铸铁 灰口铸铁和球墨铸铁 高温 2 金属的腐蚀及防护 1 金属腐蚀的本质是金属失电子被氧化 主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀 金属材料与其表面接触的一些物质直接发生化学反应而引起的腐蚀叫化学腐蚀 2 电化学腐蚀是指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 比较活泼的金属失电子而被氧化 钢铁腐蚀通常分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀 3 钢铁吸氧腐蚀的负极反应为fe 2e fe2 正极反应为o2 g h2o l 2e 2oh aq 析氢腐蚀的负极反应为fe 2e fe2 正极反应为2h aq 2e h2 g 绝大多数金属腐蚀属于电化学腐蚀 4 金属的防护主要是从金属 与金属接触的物质及两者相互反应的条件等方面来考虑的 将金属制品与周围物质隔离开是一种普遍采用的防护方法 例如发蓝 钝化 另外采用离子注入 表面渗镀等方式也可以形成钝化膜 考点一新型无机非金属材料 例1获取知识和信息是现代人不可缺少的素质 信息产业的飞速发展离不开材料科学的推动 信息产业的核心材料是高纯度的硅 单晶硅可用来制作大规模集成电路 整流器等 硅纯度越高 大规模集成电路的性能就越好 高纯度的单晶硅生产方法有 方法一 三氯甲硅烷 sihcl3 还原法是当前制备高纯硅的主要方法 生产过程示意图如下 方法二 用金属硅化物 mg2si 与盐酸作用制得硅烷 再热分解硅烷可得高纯硅 根据上述信息回答以下问题 1 从方法一生产单晶硅的过程看 由焦碳还原得到的硅为何还要进一步处理 2 写出方法二中 生产高纯硅的两个化学反应方程式 3 写出由纯sihcl3制备高纯硅的化学方程式 4 在方法一中 整个制备过程必须严格控制无水无氧 sihcl3遇水剧烈反应生成h2sio3 hcl和另一种物质 写出配平的化学反应方程式 h2还原sihcl3过程中若混入o2 可能引起的后果是 5 比较方法一和方法二 分析一下各自的优缺点 6 下列有关硅材料的说法正确的是 填字母 a 碳化硅化学性质稳定 可用于生产耐高温水泥b 氮化硅硬度大 熔点高 可用于制作高温陶瓷和轴承c 高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料 光导纤维d 普通玻璃是由纯碱 石灰石和石英砂制成的 其熔点很高e 盐酸可以与硅反应 故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅 解析 1 c还原sio2得到的单质硅是粗硅 杂质的含量高 需要进一步的提纯处理 2 mg2si与盐酸作用生成硅烷 同时生成mgcl2 3 注意副产物为hcl 4 sihcl3遇水剧烈反应生成h2sio3 hcl和另一种物质 写出配平的化学反应方程式sihcl3 3h2o h2sio3 h2 3hcl h2还原sihcl3过程中若混入o2 可能引起的后果是 高温下 h2遇o2发生爆炸 6 sic和si3n4均为原子晶体 熔点高 性质稳定 ab正确 光导纤维的材料 为sio2 c正确 普通玻璃的主要成分为na2sio3和casio3 它是以石英砂 sio2 石灰石 caco3 和纯碱 na2co3 为主要原料反应制成的 na2co3 sio2 na2sio3 co2 caco3 sio2 casio3 co2 d正确 常温下 si只能与唯一一种酸hf反应 不与hcl反应 e错 高温 高温 方法技巧点拨 本题虽然提供的信息很多 但是考生只要掌握了教材中所讲的制备硅的三个反应方程式 再根据信息提示进行拓展延伸 就很容易解决此题 所以高考题并不高深 研究教材最为关键 考点二高分子材料的结构特点和基本性质 例2根据系统命名法 天然橡胶应称聚2 甲基 1 3 丁二烯 其结构简式为 单体为2 甲基 1 3 丁二烯 该加聚反应的化学方程式为 合成橡胶就是根据以上原理生产的 1 以为单体生产氯丁橡胶 试 写出该反应的化学方程式 2 1 3 丁二烯 ch2 ch ch ch2 和苯乙烯 按物质的量之比为1 1加聚 可生产丁苯橡胶 试写出丁苯橡胶的结构简式 单烯烃打开双键 二烯烃的两个双键也同时打开 彼此相互连接而二烯烃又形成一个新双键 3 根据加聚产物单体的推断方法 取出链节 单键改为双键 双键改为单键 断开错误的键 丁腈橡胶的单体推断过程为 故单体为ch2 ch ch ch2和ch2 ch cn 答案 3 ch2 ch ch ch2和ch2 ch cn 方法技巧点拨 合成橡胶利用的是加聚反应的原理 可以根据加聚反应的规律分析合成橡胶的制备原理 包括根据单体书写合成橡胶的结构 根据合成橡胶的结构推断单体等 关于单体的判断 需要注意的是 加聚产物的单体推断中 断开错误的键 是指超过 碳四键 的两个相邻碳原子之间的碳碳键 例如根据 ch2 ch2 ch2 ch ch ch2 推断单体 取出链节为ch2 ch2 ch2 ch ch ch2 单键改双键 双键改单键为ch2 ch2 ch2 ch ch ch2 其中 表示的碳原子超过 碳四键 断开错误的键即可得到单体为 ch2 ch2和ch2 ch ch ch2 考点三洗涤剂的去污原理 1 十二烷基苯磺酸钠分子在水溶液表面分布的结构示意图 应是下列各图中的图 填写序号 理由是 c 链烃基在液面上 极性基团在液面之下与水相亲 可使体系能量降低 2 进入水内部的十二烷基苯磺酸钠分子 可能会以下列结构形式图中的结构形式存在 填写序号 ad 解析 1 水分子为极性分子 根据相似相溶原理 洗衣粉分子的极性基 端 应溶解于水中 亲水基 链烃基 端 不应溶于水中 憎水基 c符合要求 2 a中极性基交替排列 可减少分子之间的斥力 d中极性基 端 向外 链烃基 端 向内的排列 在一定程度上使憎水基团脱离与水的接触 使体系能量最低 a d为其可能的存在形式 方法技巧点拨 本题据洗涤剂的去污原理 链烃基属于憎水基 so3na属于亲水基 是 相似相溶 原理应用的实例 现象是结构和性质的反映 分子的排列要以体系能量处于最低为原则 考查学生对洗涤剂去污原理的理解能力 用水作为主要清洁剂去污时 一般要加入适量的肥皂或者洗涤剂 它是利用了相似相容原理 洗涤过程中 污垢中油脂与肥皂或洗涤剂接触后 烃基部分插入油滴使油污被包围起来 再经过摩擦 振动 大的油污便分散成小的油珠 脱离被洗物分散到水中形成乳浊液 1 已知苯和卤代烷烃在催化剂作用下 发生烷基化反应 取代 生成苯的同系物 如 工业上以苯 浓h2so4 十二烷 nacl和h2o为原料制取 洗衣粉的主要成分 依据合理途径写出有关反应的化学方程式 可不填满 也可补充 解析 逆推法 要合成 用题给信息 知 须有 和h2so4 已提供 要合成 用题给信息 知 须有 已提供 和c12h25 cl 而c12h25 cl可由c12h26 已提供 和cl2光照反应制取 cl2可由电解饱和食盐水制得 2 2010 江苏卷 高纯mnco3是制备高性能磁性材料的主要原料 实验室以mno2为原料制备少量高纯mnco3的操作步骤如下 1 制备mnso4溶液 在烧瓶中 装置见上图 加入一定量mno2和水 搅拌 通入so2和n2混合气体 反应3h 停止通入so2 继续反应片刻 过滤 已知mno2 h2so3 mnso4 h2o 石灰乳参与反应的化学方程式为 反应过程中 为使so2尽可能转化完全 在通入so2和n2比例一定 不改变固液投料的条件下 可采取的合理措施有 ca oh 2 so2 caso3 h2o 控制适当的温度 缓慢通入混合气体 若实验中将n2换成空气 测得反应液中mn2 的浓度随反应时间t变化如上图 导致溶液中mn2 浓度变化产生明显差异的原因是 mn2 催化o2与h2so3反应生成h2so4 2 制备高纯mnco3固体 已知mnco3难溶于水 乙醇 潮湿时易被空气氧化 100 开始分解 mn oh 2开始沉淀的ph 7 7 请补充由 1 制得的mnso4溶液制备高纯mnco3的操作步骤 实验中可选用的试剂 ca oh 2 nahco3 na2co3 c2h5oh 低于100 干燥 边搅拌边加入nahco3 或na2co3 并控制溶液ph 7 7 过滤 用少量水洗涤2 3次 检验是否被洗涤除去 用少量c2h5oh洗涤 凡合理答案均可 解析 1 防止有毒气体so2逸出污染空气 故石灰乳的作用是吸收过量的so2 防止污染空气 要使so2尽可能的转化 可以适当控制反应温度 通入混合气体需缓慢 充分搅拌 使反应物之间充分接触等 该实验中的n2是保护气 防止h2so3被氧化成h2so4而较低so2的利用率 2 该题mnco3固体的洗涤实际是转化为离子的检验 只需检验最后一次洗涤液中没有 即洗干净 方法是 取少量最后一次洗涤的洗液于试管中 加入过量盐酸酸化后 滴入几滴bacl2溶液 若产生白色沉淀 则mnco3固体未洗涤干净 若不产生白色沉淀 则mnco3固体已经洗涤干净 3 2011 杭州月考 百年新药 阿司匹林自问世以来 一直作为解热镇痛药用于头痛 发热 神经痛 风湿热等疾病的治疗 20世纪70年代以后阿司匹林在其他领域的防治功能被逐步开发 如阿司匹林可增进大脑血液循环 对冠心病有预防作用 药品 阿司匹林泡腾片 说明书上标明 阿司匹林的有效成分是乙酰水杨酸 结构简式为 每片含乙酰水杨酸0 3g 某研究性学习小组看了市售阿司匹林的药品说明书 为了验证乙酰水杨酸的官能团和测定市售阿司匹林的有效成分含量 进行了下列实验探究 1 阿司匹林有效成分中羧基和酯基官能团的验证 试剂 是 现象为 该方案通过检验乙酰水杨酸水解生成的 并通过分析间接验证酯基的存在 石蕊试液 石蕊变红色 酚羟基 2 市售阿司匹林的有效成分含量的测定用酸碱滴定法测定市售阿司匹林有效成分的真实含量 实验步骤如下 取6片市售阿司匹林药片放入锥形瓶中 再加入1 500mol l 1的氢氧化钠溶液 为确保阿司匹林和氢氧化钠溶液充分反应 加入1 500mol l 1的氢氧化钠溶液的体积应大于 ml 将反应后的溶液冷却 加入几滴 用0 5000mol l 1的标准盐酸滴定过量的氢氧化钠 至 20 酚酞 红色刚好变无色 并保持半分钟不褪色 重复步骤 和步骤 问题讨论 为什么不用氢氧化钠溶液直接滴定乙酰水杨酸 为什么要进行两次滴定 滴定过程中酯的水解影响滴定结果 减小实验误差 解析 1 羧基的检验可以利用酸碱指示剂 如石蕊 现象是变红色 加入的试剂 是稀硫酸 通过检验乙酰水杨酸水解后生成酚羟基 再利用酚羟基的显色反应 验证酚羟基的存在 间接地证明酯基的存在 2 乙酰水杨酸的质量是6 0 3g 1 8g 物质的量 0 01mol 已知1mol乙酰水杨酸完全水解时要消耗3mol氢氧化钠 则消耗的氢氧化钠的物质的量是0 03mol v naoh 20ml 用酚酞为指示剂 通过标 准盐酸溶液滴定过量的氢氧化钠溶液 到达终点时的现象是红色刚好变无色 不用氢氧化钠溶液直接滴定乙酰水杨酸的原因是乙酰水杨酸中有酯基 在碱性条件下水解 影响滴定的准确性 多次滴定是为了减小误差 4 2011 湖州统测 重晶石矿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 讨论用矿石制硫酸钡 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 作燃料 冶炼金属