南方新高考高中化学一轮复习 第六单元 第31讲 化学与材料的发展课件.ppt

第31讲 化学与材料的发展 考纲导视 考纲定位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 基础反馈 正误判断 正确的画 错误的画 1 玻璃成分是硅酸盐 有一定的熔点 2 新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料 的缺点 但强度比较差 3 金属铜一般用电解法进行冶炼 4 铝可用金属钠还原的方法大量生产 5 电解熔融的氯化铝制铝 6 高温下用h2还原氧化镁制镁 7 金属在潮湿情况下的腐蚀实质是m nh2o m oh n h2 8 某高聚物 是缩聚反应的产 物 9 复合材料既保持了原材料的优点 又优于原材料的特点 10 线型结构和体型结构的有机高分子都可以溶解在适当 的溶剂里 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 考点一 无机非金属材料 知识梳理 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 黏土 石英 钾长石 钠长石 四面体形 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 黏土 水 炻器 瓷器 土器 石英砂 纯碱 石灰石 na2sio3 casio3 na2co3 sio2 na2sio3 co2 石灰石 黏土 石膏 3cao sio2 2cao sio2 3cao al2o3 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 si 金刚砂 o sio2 3c sic 2co 3si 2n2 si3n4 3sicl4 2n2 6h2 si3n4 12hcl sio2 2c si 2co si 3hcl sihcl3 h2 h2 si 3hcl sihcl3 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 1300 1400 6 106kpa 7 106kpa 等作催化剂 fe co ni ch4 c 金刚石 2h2 考点集训 例1 用高岭土 主要成分是al2o3 2sio2 2h2o 并含少量的cao fe2o3 研制新型净水剂 铝的化合物 其实验步骤如下 将土样和纯碱混匀 加热熔融 冷却后用水浸取熔块 过滤 弃去残渣 溶液用盐酸酸化 经过滤 分别得到沉淀和溶液 溶液即为净水剂 1 写出熔融时的主要成分与纯碱反应的化学方程式 al2o3与纯碱反应和sio2与纯碱反应原理相似 2 最后的沉淀物是 生成该沉淀的离子方程式是 3 实验中常用的有瓷坩埚 氧化铝坩埚和铁坩埚 本实验 在熔融高岭土时 应选 坩埚 解析 2 加盐酸酸化后naalo2会转化为alcl3 而na2sio3会转化为h2sio3沉淀 故最后的沉淀物是硅酸 3 因本实验中加入纯碱来熔融高岭土 故不能选用能与纯碱反应的瓷坩埚和氧化铝坩埚 而应选用铁坩埚 答案 1 sio2 na2co3 na2sio3 co2 al2o3 na2co3 2naalo2 co2 例2 2013年海南卷 硅在地壳中的含量较高 硅及其化合物的开发由来已久 在现代生活中有广泛应用 回答下列问题 1 1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂 木炭和铁时 得到一种 金属 这种 金属 可能是 2 陶瓷 水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料 其中 生产普通玻璃的主要原料有 3 高纯硅是现代信息 半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料 工业上提纯硅有多种技术路线 其中一种工艺流程示意图及主要反应如下 用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅 该反应的化学方程式为 碳化硅又称 其晶体结构与 相似 在流化床反应的产物中 sihcl3大约占85 还有sicl4 sih2cl2 sih3cl等 有关物质的沸点数据如下表 提纯sihcl3的主要工艺操作依次是沉降 冷凝和 sihcl3极易水解 其完全水解的产物为 4 氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料 这些原料是 解析 1 反应物是二氧化硅 木炭和铁 所得 金属 应是铁的合金 2 生产普通玻璃的原料是纯碱 石灰石和石英砂 3 sic又名金刚砂 与金刚石或晶体硅具有相似的结构 sicl4在常温下呈液态 会成为杂质 由于sicl4与sihcl3沸点相差较大 因此可用精馏 或蒸馏 的方法进行分离 sihcl3完全水解的化学方程式为sihcl3 3h2o h2sio3 h2 3hcl 4 氯碱工业的产品是naoh h2 cl2 其中h2 cl2反应可制备hcl h2 hcl都是制备高纯硅工艺中的原料 答案 1 含有硅 碳的铁合金 或硅铁 2 石英砂 纯碱和石灰石 3 sio2 3c sic 2co 金刚砂 金刚石 或单 h2sio3 h2 hcl 晶硅 精馏 或蒸馏 4 h2 hcl 2fe 3co2 制造生铁 caco3 sio2casio3 考点二 金属材料 知识梳理 一 金属的冶炼1 钢铁的冶炼 1 工业炼铁 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单质铁 主要原料为铁矿石 焦炭 石灰石 空气 主要设备为高炉 主要反应为 c o2 co2 提 供热能 制造co2 co2 c 2co 制造还原剂 fe2o3 3co co2 除去sio2 2 工业炼钢 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 o2 2co 2fe o2 2feo feo c co fe 脱碳 fes cao feo cas 脱硫 炼钢的主要设备是转炉 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 使炼出的钢达到设计要求 氧化 生铁 氧气 生石灰 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 铝土矿 al2o3 2naoh 2naalo2 h2o naalo2 co2 2h2o al oh 3 nahco3 2al oh 3 al2o3 3h2o 2al2o3 4al 3o2 降低al2o3熔化时的温度 二 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 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 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 考点集训 例3 下列与金属腐蚀有关的说法正确的是 a b c d a 图a中 插入海水中的铁棒 越靠近底端腐蚀越严重b 图b中 开关由m改置于n时 cu zn合金的腐蚀速率减小c 图c中 接通开关时zn腐蚀速率增大 zn上放出气体的速率也增大d 图d中 zn mno2干电池自放电腐蚀主要是由mno2的氧化作用引起的 解析 图a中铁棒发生化学腐蚀 靠近底端的部分与氧气接触少 腐蚀程度较轻 故a错误 图b中开关由m置于n cu zn作正极 腐蚀速率减小 故b正确 图c中接通开关时zn作负极 腐蚀速率增大 但氢气在pt上放出 故c错误 图d中氯化铵水解呈酸性 锌被腐蚀 与二氧化锰的催化作用无关 故d错误 答案 b 例4 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1000 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为 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1200 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为 3 粗铜的电解精炼下图所示 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 例5 对金属制品进行抗腐蚀处理 可延长其使用寿命 1 以下为铝材表面处理的一种方法 碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜 碱洗时常有气泡冒出 原因是 用离子方程式表示 为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收 最好向槽液中加入下列试剂中的 填字母序号 a nh3 b co2 c naoh d hno3 以铝材为阳极 在h2so4溶液中电解 铝材表面形成氧化膜 阳极电极反应式为 取少量废电解液加入nahco3溶液后产生气泡和白色沉淀 产生沉淀的原因是 2 镀铜可防止铁制品腐蚀 电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是 3 利用下图装置 可以模拟铁的电化学防护 若x为碳棒 为减缓铁的腐蚀 开关k应置于 处 填 m 或 n 若x为锌 开关k置于m处 该电化学防护法称为 考点三 高分子化合物与材料 知识梳理 1 概述 高分子化合物按来源可分为 和 合成高分子化合物是由小分子通过聚合反应制得的 所以也称为 或高聚物 天然高分子化合物 合成高分子化合物 聚合物 2 线型结构 体型结构高分子材料比较 热塑 热固 3 合成高分子化合物的主要化学反应 相同 不同 续表 4 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 直接聚合 功能化 玻璃纤维 合成树脂 基团 5 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 再生 改性 热裂解 化学处理 热能 考点集训 例6 下列关于材料的说法中 正确的是 a 三大合成材料是指塑料 合成纤维和复合材料b 热塑性塑料与热固性塑料均具有线型结构 加热到一定温度都能软化 熔化c 复合材料一般是以一种材料作为基体 另一种材料作为增强体d 钢化玻璃与普通玻璃的主要成分不同 解析 三大合成材料指塑料 合成纤维和合成橡胶 热固性塑料加热情况复杂 钢化玻璃成分不变 制造过程不同 答案 c lani5h6 g h 31 77kj mol 1 镧 镍合金的熔 例7 2015年浙江台州模拟 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 点比镧 镍的熔点 填 高 低 或 介于两者之间 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 2 无机非金属材料是日常生活中不可缺少的物质 它们往往具有高强度 耐高温 耐腐蚀的特点 si3n4就是一种重要的精细陶瓷 合成氮化硅的方法之一为3sio2 6c 2n2 si3n4 6co si3n4属于 晶体 在上述反应中 氧化剂为 3 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 需要发生反