【志鸿优化设计】2014届高考化学一轮复习 化学与技术第3节化学与材料的发展教学案 新人教版选修2

1 第第 3 3 节节 化学与材料的发展化学与材料的发展 考考纲纲点点击击 1 讨论社会发展和科技进步对材料的要求 认识化学对材料科学发展的促进作用 2 举例说明金属材料 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 了解有关的生产原理 3 举例说明用化学方法进行金属材料表面处理的原理 4 收集我国现代材料研究和材料工业发展情况的资料 认识新材料的发展方向 一 无机非金属材料 1 传统硅酸盐材料 传统硅酸盐材料一般是以 等为原料生产的 这些 原料一般都含有 空间结构为 结构的特殊性决定硅酸盐材料大多具有 稳定性强 硬度高 熔点高 难溶于水 绝缘 耐腐蚀等特点 因此由它们制造的陶瓷 玻璃 水泥等材料 被广泛地应用于生产和生活中 1 陶瓷 传统陶瓷大多是将 和 的混合物通过高温烧结制成的 陶瓷种类很多 主要分为 等 2 玻璃 普通玻璃是以 为主要原料 经过若干工序制成 它的主要成分为 和 制造过程中发生的主要反应是 3 水泥 普通硅酸盐水泥的原料是 在窑中煅烧得到熟料再配以适 量的 即得产品 水泥的主要成分是 等 2 新型无机非金属材料 1 新型陶瓷 新型陶瓷突破了以 和 两种元素为主 如 SiC 又称 其 制备反应方程式为 再如氮化硅 有多种制造方法 写出制备反应方 程式 2 单晶硅 高纯度硅制备的主要反应 3 石墨 金刚石和 C60 20 世纪 50 年代石墨转变成金刚石的生产条件是 化学气相沉积法制造金刚石 薄膜的原理为 C60材料是碳的另一类单质 类似 的还有 C70 C240 C540 C960等 C60可能成为新型贮氢材料 而 K3C60具有超导性 可开发 出高温超导材料 碳纳米管则具有更大的韧性 即时训练即时训练 1 1 下列说法中正确的是 陶瓷 玻璃 水泥均属于硅酸盐材料 玻璃是纯净物 陶瓷是混合物 黏土 石英中均含有硅氧四面体结构 粗硅提纯过程中不涉及氧化还原反应 Si3N4属于新型陶瓷 太阳能电池板的主要成分是 SiO2 陶瓷的主要原料是黏土及石英 二 金属的冶炼 1 钢铁的冶炼 1 工业炼铁 主要原料 铁矿石 焦炭 石灰石 空气 主要设备 高炉 反应原理 化合态铁较易被还原 在高温下 一氧化碳气体可将化合态的铁还原为 2 单质铁 C O2CO2 提供热能 制造 CO2 点燃 CO2 C2CO 制造还原剂 高温 Fe2O3 3CO2Fe 3CO2 制造生铁 高温 CaCO3 SiO2CaSiO3 CO2 除去 SiO2 高温 2 工业炼钢 炼钢原理 炼钢就是在高温下用 剂将生铁中过多的碳和其他杂质氧化成气体或炉渣除去 在炼钢的过程中要发生多而复杂的氧化还原反应 例如 2C O22CO 高温 2Fe O22FeO 高温 FeO CCO Fe 脱碳 高温 FeS CaOFeO CaS 脱硫 高温 炼钢的主要设备 炼钢的主要设备是转炉 炼钢的主要原料 炼钢的主要原料是 和合金元素 3 实际生产中的作用 实际生产中 控制氧及各种元素含量是炼钢中的一项关键技术 用计算机控制过程 实现根据样品中碳等元素的含量及钢水的温度等数据 及时调节氧气的供应量 准确添加 必要的元素 使炼出的钢水达到设计要求 2 铝的冶炼 1 原料 主要成分为 Al2O3 2 提纯 Al2O3 相关化学方程式 3 电解 Al2O3 化学方程式 加入冰晶石及少量萤石的目的是 即时训练即时训练 2 2 下列叙述中不正确的是 金属的冶炼过程一定涉及氧化还原反应 炼铁与炼钢的原理相同 都是使用还原剂在高温下把铁从其矿石中还原出来 冶炼金属一定要加入还原剂 生铁的冶炼一般在高炉中进行 原料为铁矿石 焦炭 石灰石 空气 炼铁中加入石灰石的主要目的是除去铁矿石中的脉石 工业上从铝土矿中提取三氧化二铝 需要三步反应 且均不是氧化还原反应 冶炼铝时加入冰晶石 Na3AlF6 是为了提供铝元素 使电解能顺利进行 工业上还可以用电解熔融 AlCl3冶炼铝 电解 Al2O3时 阴极需要定期更换碳块 三 金属的腐蚀与防护 1 金属腐蚀的类型 1 化学腐蚀 金属跟其表面接触到的物质 如 O2 Cl2 SO2 酸雨等 直接发生化学反 应而引起的腐蚀 3 2 电化学腐蚀 不同金属或不纯金属跟电解质溶液接触时 会发生原电池反应 比较 活泼的金属失去电子而被氧化引起的腐蚀 3 常见的电化学腐蚀 方式发生条件反应原理 析氢腐蚀金属表面电解质溶液显强酸性 负极 M ne Mn 正极 2H 2e H2 吸氧腐蚀 金属表面电解质溶液酸性很弱或 显中性 负极 M ne Mn 正极 2H2O O2 4e 4OH 2 金属腐蚀的防止和利用 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 即时训练即时训练 3 3 下列说法中正确的是 金属的腐蚀以电化学腐蚀为主 金属腐蚀的本质是金属失去电子 被氧化 为防止轮船腐蚀 通常在轮船船身上装一定数量的铅块 为防止铁被腐蚀 在铁表面镀铜 镀铜时 铁与电源正极相连 四 高分子化合物与材料 1 线型结构 体型结构高分子材料比较 合成材料线型高分子材料体型高分子材料 常见物质合成纤维 部分塑料 如聚乙烯 部分塑料 如电木 结构特点 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 性质特点 具有弹性 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 属于 性材料 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 属于 性材料 2 合成高分子化合物的主要化学反应 加成聚合反应缩合聚合反应 含义 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 单体特征含不饱和键如碳碳双键 碳碳三键 含特征官能团如 OH COOH 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 链节与单体的组成 产物种类只有高聚物高聚物和小分子 4 举例 3 新型高分子材料 1 功能高分子材料的特定功能主要通过以下三种途径获得 由含有某种特定功能官能团的单体 如能导电的高分子化合物等 通过化学反应在高分子主链或侧链上引入某些具有特定功能的 如高吸水性树 脂等 通过合理的加工成型实现材料的 如微胶囊等 2 复合材料一般是由两种或两种以上性质不同的材料组合而成的 玻璃纤维增强塑料 玻璃钢 就是 和 复合而成的复合材料 4 废旧高分子材料的回收利用 1 通过 和 利用 做成多种有用的材料和制品 2 采用 或 的方法使其分解 用于制备多种化工原料 3 将废旧的聚合物作为燃料回收利用 即时训练即时训练 4 4 下列说法中不正确的是 塑料有固定的熔点 所有的塑料加热后均能熔化 腈纶毛线属于人造纤维 塑料制品容易被微生物分解 所以废弃塑料制品不会对环境造成严重的污染 聚乙烯是通过加聚反应得到的 玻璃钢属于复合材料 一 金属的冶炼和应用 1 矿石的提纯 金属冶炼前 一定要对金属矿石进行提纯与富集 如把铝土矿提纯为纯净的 Al2O3等 2 冶炼方法 1 金属的冶炼和金属的活泼性有很大关系 活泼性不同 对应的冶炼方法不同 常见 方法 热分解法 热还原法 电解法 2 方法选择 位于金属活动性顺序前面的活泼金属一般用电解法冶炼 位于中部的金属一般可用热 还原法冶炼 位于后面的不活泼金属一般用热分解法 在选择工业冶炼金属的方法时 除 了要考虑金属的活泼性外 还应考虑成本 热分解法 热还原法 电解法越来越难 成本越来越高 所以在选择冶炼方法时 能用热分解法不用热还原法 能用热还原法不用 电解法 还原剂的选择 冶炼铁时一般选择 CO 作还原剂 而不用 Al H2 因为使用 Al H2的成本远远高于 CO 3 节能与环保 在进行金属冶炼时 矿石的选择 冶炼方法的选择及金属的回收利用 一定要注意节 能与环保 例 1 金属铝的生产是以 Al2O3为原料 在熔融状态下进行电解 2Al2O3 5 4Al 3O2 请回答下列问题 950 970 通电 Na3AlF6 1 冰晶石 Na3AlF6 的作用是 2 电解生成的金属铝是在熔融液的 填 上层 或 下层 3 阴极和阳极均由 做成 电解时不断消耗的电极是 填 阳极 或 阴极 4 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 填代号 a 冰晶石 b 氧化铝 c 铝锭 d 硫酸铝 二 材料的生产 应用及环保 1 材料的生产 1 材料的生产中要注意原材料的来源及价格 注意生产过程中的能量的充分利用 绿 色化学及环保 2 高分子材料大多是通过加聚反应和缩聚反应生成的 发生加聚反应的物质必须是 含有双键 三键等不饱和键的化合物 例如 烯 炔 醛等含不饱和键的化合物 发生加 聚反应时无副产物生成 缩聚反应的单体往往是含双官能团的化合物 例如 OH COOH NH2 X 及活泼的 H 或多官能团的小分子 发生缩聚反应时生成聚合物的同时还 有小分子生成 2 材料的应用及回收利用 材料的应用及回收利用时 要结合材料的性质如官能团的性质 线型结构与体型结构 的性质 例 2 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 反应时放出大量热 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 或长石 高温熔 融而成 主要反应的化学方程式为 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 1 2012 课标全国理综 36 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 6 Au Ag Fe 它们在电解槽中的存在形式和位置为 硫酸铜溶液 2 普通纸张的主要成分是纤维素 在早期的纸张生产中 常采用纸张表面涂敷明矾的 工艺 以填补其表面的微孔 防止墨迹扩散 请回答下列问题 1 人们发现纸张会发生酸性腐蚀而变脆 破损 严重威胁纸质文物的保存 经分析检 验 发现酸性腐蚀主要与造纸中涂敷明矾的工艺有关 其中的化学原理是 为了防止纸张的酸性腐蚀 可在纸浆中加入碳酸钙等添加剂 该工艺 原理的化学 离子 方程式为 2 为了保护这些纸质文物 有人建议采取下列措施 喷洒碱性溶液 如稀氢氧化钠溶液或氨水等 这样操作产生的主要问题是 喷洒 Zn C2H5 2 Zn C2H5 2可以与水反应生成氧化锌和乙烷 用化学 离子 方程式表 示该方法生成氧化锌及防止酸性腐蚀的原理 3 现代造纸工艺常用钛白粉 TiO2 替代明矾 钛白粉的一种工业制法是以钛铁矿 主 要成分为 FeTiO3 为原料按下列过程进行的 请完成下列化学方程式 FeTiO3 C Cl2TiCl4 FeCl3 CO 900 TiCl4 O2TiO2 Cl2 1 000 1 400 3 往有机聚合物中添加阻燃剂 可增加聚合物的使用安全性 扩大其应用范围 例如 在某聚乙烯树脂中加入等质量由特殊工艺制备的阻燃型 Mg OH 2 树脂可燃性大大降低 该 Mg OH 2的生产工艺如下 Error 合成水热处理过滤水洗表面处理过滤水洗干燥 1 精制卤水中的 MgCl2与适量石灰乳反应合成碱式氯化镁 Mg OH 2 xClx mH2O 反 应的化学方程式为 2 合成反应后 继续在 393 K 523 K 下水热处理 8 h 发生反应 Mg OH 2 xClx mH2O 1 Mg OH 2 MgCl2 mH2O 水热处理后 过滤 水洗 水 x 2 x 2 洗的目的是 3 阻燃型 Mg OH 2具有晶粒大 易分散 与高分子材料相容性好等特点 上述工艺流 程中与此有关的步骤是 4 已知热化学方程式 Mg OH 2 s MgO s H2O g H1 81 5 kJ mol 1 Al OH 3 s Al2O3 s H2O g H2 87 7 kJ mol 1 1 2 3 2 Mg OH 2和 Al OH 3起阻燃作用的主要原因是 等质量 Mg OH 2和 Al OH 3相比 阻燃效果较好的是 原因是 5 常用阻燃剂主要有三类 A 卤系 如四溴乙烷 B 磷系 如磷酸三苯酯 C 无机类 Mg OH 2和 Al OH 3 从环保的角度考虑 应用时较理想的阻燃剂是 理由是 7 8 参考答案参考答案 基础梳理整合基础梳理整合 一 1 黏土 石英 钾长石 钠长石 SiO4 4 四面体 1 黏土 水 土器 炻器 瓷器 2 石英砂 石灰石 纯碱 Na2SiO3 CaSiO3 Na2CO3 SiO2Na2SiO3 CO2 CaCO3 SiO2CaSiO3 CO2 高温 高温 3 石灰石 黏土 石膏 3CaO SiO2 2CaO SiO2 3CaO Al2O3 2 1 Si O 金刚砂 SiO2 3CSiC 2CO 3Si 2N2 1 900 Si3N4 3SiCl4 2N2 6H2Si3N4 12HCl 1 300 一定条件 2 SiO2 2C1 600 1 800 Si 2CO Si 3HCl SiHCl3 H2 SiHCl3 H2 250 300 Cu粉或Ag粉 Si 3HCl 1 100 1 200 3 1 300 1 400 6 106 kPa 7 106 kPa Fe Co Ni 等作催化剂 CH4 C 金刚石 2H2 微波或直流放电 基体温度约950 H2 稀有气体 即时训练 1 二 1 2 氧化 生铁 氧气 生石灰 2 1 铝土矿 2 Al2O3 2NaOH 2NaAlO2 H2O NaAlO2 CO2 2H2O Al OH 3 NaHCO3 2Al OH 3 Al2O3 3H2O 3 2Al2O3电解 4Al 3O2 降低 Al2O3的熔点 即时训练 2 即时训练 3 四 1 热塑 热固 2 相同 不同 3 1 直接聚合 基团 功能化 2 玻璃纤维 高分子化合物 4 1 再生 改性 2 热裂解 化学处理 3 热能 即时训练 4 核心归纳突破核心归纳突破 例 1 答案 答案 1 降低 Al2O3的熔化温度 2 下层 3 碳块 或石墨 阳极 4 c 例 2 答案 答案 1 缓慢 冷却 2 纯碱 SiO2 Na2CO3高温 Na2SiO3 CO2 SiO2 CaCO3高温 CaSiO3 CO2 3 增强作用 或骨架作用 密度小 强度高 抗腐蚀 抗冲击 绝缘性好 任选两点 4 b 演练巩固提升演练巩固提升 1 答案 答案 1