2020高考化学一轮复习 专题64 新材料 新能源学案（无答案）苏教版

新材料 新能源一知识串联：（一）高新技术简介 1原子、原子核的研究及应用 原子及原子核的研究是当今社会科技研究的前沿，能源、材料、现代科技新发展等与原子核的研究密切相关，所涉及到的内容主要有原子能的开发和利用，放射线的综合应用，如测定矿石、生物年代，在医学领域及工业上的应用，农业上的育种，放射性元素作为示踪原子等。所涉及到的重要概念和规律有：原子结构学说、玻尔理论、天然放射现象、原子核的组成、放射性同位素、核的人工转变、爱因斯坦方程等。特别要注意将原子物理学知识与化学学科、生物学科相关知识结合起来，灵活的综合应用所学知识解题。 2纳米技术 纳米(nm)是一种长度单位，在数值上等于十亿分之一米，即1nm等于10-9m。纳米尺度是指1 nm到100 nm(即10-910-7m)之间的空间尺度。纳米技术是指研究微观世界(包括原子、分子)的特性和相互作用，以及利用这些特性的一门综合性学科。目前纳米技术包括纳米物质学、纳米光学、纳米电子学、纳米生物学、纳米和机械学等许多分支。 纳米技术的诱人之处是它能按照人类的意志直接操纵单个原子、单个分子，从而制造出具有特殊功能的产品。美国和日本的科学家已采用纳米技术研制成功了单个电子晶体管，这种新型晶体管可以控制单个电子的移动并完成特定的使命，其功耗比传统电子管降低1 000倍。人们借助特殊的探针对传统的材料进行原子手术，从而提高信息存储器的数据密度。据悉，一张纳米光盘的信息储量是传统光盘的100万倍。 3超导技术 自从荷兰科学家海伊克凯米林昂纳斯于1911年首次发现汞在42 K以下失去电阻的现象，并称之为超导现象以来，科学家们对低温超导体和高温超导体的研究已取得了辉煌的成就，超导体主要有两个基本特性，即：(1)零电阻性或完全导电性；(2)完全抗磁性，因此，它在科研、生产的各个领域都有广泛的应用。 （二）求新材料问题的思维方法 1新材料的研究与开发方面的问题涉及的知识较多，就材料的类型而言，主要有新型无机非金属材料、有机合成材料、新型光学材料、新型仿生材料、纳米材料的开发与研究等；从问题的设置看，主要涉及物质的结构、性质、制备、用途等；从思维的角度看，主要有分析、判断、评价、设计等层次。而这些问题的解决，首先必须具备扎实的学科基础知识，具备基本的思维方法与技巧。因此在复习过程中要按照一定的知识体系对有关知识进行系统的归纳整理，并在此基础上形成解决此类问题的初步方法与解题思路。 2要注意根据材料问题自身固有的逻辑关系，灵活运用多学科知识，从不同角度，不同层面分析问题和解决问题。例如以纯净水生产线为背景材料的问题，超导材料、纳米材料、仿生材料的研究等，均要求学生能综合运用生物、化学、物理、数学等学科知识多角度、多层面地分析解决问题。 3新材料方面的综合题较好地体现了以下三点能力测试目标：理解事物发展变化过程的能力，综合运用知识的创新意识和能力，体现基本的科学精神和人文精神。其中特别应引起注意的是综合能力，即综合运用学科知识的能力，它是在学科知识和学科能力基础上形成的，是改造和重组学科知识、建立新的知识结构的结果。鉴于目前尚属于“3+综合”考试改革的适应期，对综合能力的测试必须控制难度，从而真正体现能够淘汰部分不适应大学学习的学生的功能。因此，综合题的命题一般采用较为通用的两种方式：一种是以某一学科为主线，其他学科将相应的考点搭配上去，这是一种“串联式”的命题思路；另一种是针对某种现象，从几个学科出发进行讨论，同时挖掘有关学科的问题，这是一种“并联式”的命题思路。在复习时要对这两种命题思路进行认真的分析，找出规律，形成能力。4本专题中简答题或填空与简答的复合题型较多，要养成认真审题的好习惯，要注意学科解题方法与思路的及时切换，在充分理解题意的基础上，抓住关键点，用精炼、准确的语言表达。太阳能 太阳光可以通过许多大镜子被聚焦到一个塔上，用以烧水，产生的水蒸气驱动涡轮机。太阳能电池也能聚集太阳能，并将太阳能直接转化为电能。 原子核中贮存着巨大的能量。当原子核分裂时，释放出来的能量被用来加热水，水变成水蒸气，水蒸气膨胀驱动涡轮机。 化石燃料能 在发电厂里，燃烧煤、天然气和石油产生蒸汽，蒸汽推动涡轮机的叶片，使涡轮机转动。 能源危机的发生，促使人们对石油、天然气、煤炭等常规能源的蕴藏量和开采量进行了一番认真的调查研究。结论是认为世界石油的可采储量约900亿吨，按照目前的生产水平，仅能开采50年左右；天然气资源的总储量也很有限，预测它将比石油晚20年开采完毕，煤的总储量比较丰富，尚可供人类开采和使用200300年之久，但由于环境保护的限制，预计煤的生产量在2l世纪即将达到高峰，能源消费的大幅度增长以及石油资源的短缺，将成为世界能源问题的焦点。因此，新能源的开发利用，就日益受到世界各国的重视，越来越多的人力、物力、财力和科学技术被投入到新能源的开发和利用的研究上去。 由于人们长期使用煤和石油，这两种传统能源已被大量消耗，同时燃煤、燃油已经对环境造成了严重的危害。因此人们不得不逐渐把关注的重点转移到新能源的开发和利用上去，探索能替代煤和石油的高效、洁净的新能源。预计在2l世纪内，新能源将在世界能源的消费构成中占据越来越重要的地位。有人曾把原子核能和太阳能(特别是后者)称为2l世纪的能源。目前，有关新能源的研究和开发主要在如下几个方面： 1光电池已在一些领域(如计算器、广告牌照明等)中广泛使用。 2太阳能已开始用于一些居民住宅和发电，以太阳能电池为能源的汽车也在实验中。 3用汽油、天然气和氢做燃料的燃料电池也正在大力研制之中，研究员正在设法提高燃料电池的工作效率。 4核能发电面临着一场革命，核反应器的设计将全面创新，未来的核反应器将具有自动防止故障的能力而且体积将大大缩小。 5再生能源的使用也在不断发展和扩大。根据美国能源部的报告，现在美国再生能源的供应量占美国总能源量的10，据估计到2030年将增加到28。 6生物能发电的研究和应用。二重点探究：【例1】 电子工业制造光电管时，需要一种经强光照射就失去电子的材料。下列材料中符合此条件的是( ) A放射性元素 B溴化银 C铝 D铯【解析】 制造光电管的材料是活泼的金属，它经光照后失去电子；放射性元素的变化是核内中子数和子数的变化，而不是失去电子；溴化银见光易分解，但并不发射出电子。【答案】 D【例3】氮化硅是一种新型的耐高温耐磨材料。 已知氮化硅的晶体结构中。原子间都以单键相连，且 N原子和N原子、Si原子和Si原子不直接相连，同时 每个原子都满足8电子稳定结构。在氮化硅中添加 氧化铝，用氧原子取代一部分氮，用铝原子取代一部 分硅，通过常压烧结即成为新一代无机非金属材料叫氧氮化硅铝，即赛伦(Sialon)，化学通式为：Si6-xA1x0xNy(x：24)。 (1)氮化硅属于 晶体类型，其化学式为 (2)判断赛伦属于 晶体类型，并且有 等特性(至少写出三种)。 (3)化学通式里Y值为 (用含x的表达式表示)。 【解析】依据氮化硅的物质及结构特征不难判断其为原子晶体，化学式为Si3N4。在氮化硅晶体中用氧原子取代一部分氮，用铝原子取代一部分硅不会改变晶体的类型，故赛伦仍为原子晶体。其特性应紧扣教材作答；要求其通式中Y的值，则要依据化合价规则进行判断。 【答案】 (1)原子晶体Si3N4 (2)原子晶体，能承受高温、强度高 具有电学特性、光学特性及生物功能 (3)y=8-x例2 我国科学家前不久成功合成了3 mm长的管状定向碳纳米管，长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高，刚度(抵抗变形的能力)大、密度小(只有钢的四分之一)，熔点高，化学稳定性好的特点，因而被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法中不正确的是( )。 A它是制造飞机的理想材料 B它的主要组成元素是碳 C它的结构与石墨不同 D碳纤维复合材料为一种高分子化合物 【考查目的】本题以碳纳米材料为知识载体，考查学生的自学能力、利用题给信息结合教材知识解决实际问题的能力。 【例题详解】碳纤维显然是主要由碳元素组成，B正确；由于碳纤维具有“强度高，刚度、密度小，熔点高，化学稳定性好”的特点，显然A正确；由于碳纤维的物理性质明显不同于石墨，所以它们结构不同，C正确；碳纤维主要成分为碳，熔点高，不可能是一种高分子的复合材料，故D错。 【答案】D 【启迪迁移】氮化硅(Si3N4)是一种新型的耐高温耐磨材料，在工业上有广泛用途，它属于( )。 A原子晶体 B分子晶体 C。金属晶体 D离子晶体 解析：Si3N4耐高温又耐磨，这是原子晶体的性质。答案：A例3有一种广泛用于汽车、家电产品上的高分子涂料，是按下列流程图生产的。图中M(C3H40)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的烃基上一氯取代位置有三种： (1)试写出物质的结构简式：A_，物质A的同类别的同分异构体为 _； (2)写出N+BD的化学方程式：_ D高分子涂料的化学方程式_，反应类型：X _ ，Y_ 。 【考查目的】本题考查学生对有机化合物的认识，理解它们的分子结构及相应性质的关系，题目的知识覆盖面较广，并引入了一些新信息。试题事实上较全面地考查了学生的观察能力、思维能力和自学能力。CH2=CHCOOHCH2=CHCHO 【特别提示】 解好本题的突破口有二，其中之一是 M(C3H4O)的分子式和性质(可以发生银镜反应)，故M的结构简式为 ；其中之二，B和N( )在浓H2SO4作用下生成C7H12O2，再结合丙烯到B的两次变化可推出B的结构简式为CH3CH2CH2CH2OH。 【启迪迁移】 以石油产品乙烯为起始原料合成高分子化合物F和G，合成路线如图所示：三高考回眸：.（2020年北京高考题）“可燃冰”又称“天然气水合物”，它是在海底的高压、低温条件下形成的，外观象冰。1体积“可燃冰”可贮载100200体积的天然气。下面关于“可燃冰”的叙述不正确的是A“可燃冰”有可能成为人类未来的重要能源B“可燃冰”是一种比较洁净的能源C“可燃冰”提供了水可能变成油的例证D“可燃冰”的主要可燃成份是甲烷答案：（2020年广东高考题）一种新燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O2-。下列对该燃料说法正确的是A、在熔融电解质中，O2由负极移向正极B、电池的总反应是：2C4H10 + 13O2 8CO2 + 10H2OC、通入空气的一极是正极，电极反应为：O2 + 4e- = 2O2-D、通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10 + 26e- + 13O2 = 4CO2 + 5H2O答案：（2020年江苏高考题）我国的“神舟五号”载人飞船已发射成功，“嫦娥”探月工程也已正式启动。据科学家预测，月球的土壤中吸附着数百万吨的，每百吨核聚变所释放出的能量相当于目前人类一年消耗的能量。在地球上，氮元素主要以的形式存在。下列说法正确的是 A原子核内含有4个质子 B和互为同位素 C原子核内含有3个中子 D的最外层电子数为2，所以具有较强的金属性答案：2020年上海高考题）聚丙烯酸酯类涂料是目前市场上流行的墙面涂料之一，它具有弹性好，不易老化、耐擦洗、色泽亮丽等优点。右边是聚丙烯酸酯的结构简式，它属于（ ）。无机化合物 有机化合物 高分子化人合物 离子化合物 共价化合物A B C D答案：四专题训练：（一）选择题1下列哪些材料是新型无机材料?( )。 氧化铝陶瓷 氮化硅陶瓷碳化硅陶瓷 氮化铝陶瓷 氮化钛陶瓷硅化硼陶瓷 二硅化铜陶瓷 A B C D全部2新型无机金属材料具有下列性质中的( )。 耐高温、强度高 具有特殊电学特性 光学特性生物功能 A和 B和 C D 3高层建筑物外墙大量使用幕墙玻璃，在白天时，外 面的人看不见室内的物体，而室内的人却能看见外面的景物，其原因是在玻璃外面涂有( ) A增透膜 B高反膜(即对光的反射率远大于透射率的物质) C能大量吸收光的物质 D不透光的采色薄膜 4具有单双键交替长链(如 )的高分子有可能成为导电塑料。2000年诺贝尔(Nobel)化学奖即授予开辟此领域的3位科学家。下列高分子中可能成为导电塑料的是( ) A聚乙烯 B聚丁二烯 C聚苯乙烯 D聚乙炔 5氮化硼是一种新合成的结构材料，它是一种超硬、耐磨、耐高温的材料，下列各组物质熔化时，所克服的粒子间作用力与氮化硼熔化所克服的粒子间的作用力都相同的是( ) A硝酸钠和金刚石 B硅晶和水晶 C冰和干冰 D苯和萘 6在雷达的微波过滤里使用的铁氧磁性体，如钇铁石榴石Y3Fe5012，其中Y是IIIB族稀土元素，下面有关叙述中正确的是( ) A可表示为3Y033FeOFe203 B可表示为Y305Fe304Fe203 c其中钇、铁的化合价均为+3价 D其中钇、铁的化合价均有+2、+3价 7最近，科学家发现N60和C60一样都具有空心的类似足球状的结构。对于N60的下列说法中正确的是 ( ) A它没有同素异形体 B它是氮元素的一种同位素 C它是由60个氮原子构成的原子晶体 D它可能是一种很好的火箭燃料 8氮化铝(A1N)不导电，常用作砂轮及耐高温材料，由此可知，它属于( )。 A离子晶体 B原子晶体 C分子晶体 D无法判断 9.不粘锅的内壁有一薄层为聚四氟乙烯的涂层，用不粘锅 烹烧菜时不易粘锅、烧焦。下列关于聚四氟乙烯的说法正确的是( )。 A聚四氟乙烯分子中含有双键 B聚四氟乙烯的单体是不饱和烃 C聚四氟乙烯中氟的质量分数是76D聚四氟乙烯的化学活动性较大 11绿色材料是指与生态环境和谐共存并有利于人类健康 的材料，被定为21世纪人类要实现的目标之一，包括循环材料、净化材料、绿色能源材料和绿色建材，下列有关 绿色材料的叙述中不正确的是( )。 A再生纸、再生塑料、再生金属及循环利用混凝土等是利用固体废物制造、再生循环制备和使用的循 环材料 B美国研制尾气催化剂材料可把汽车尾气中有害气体NOx、CO、碳氢化合物转化为N2、CO2和H2O，此催化剂材料是一种净化材料 C太阳能、风能、水能、潮汐能及地热、垃圾发电等这些 洁净能源是绿色能源材料 D建筑材料中的墙体和水泥，其原料来源于土地，是绿色建材12. (2020启东中学化学高考模拟试题)下列说法中不正确的 是( )。 A人类历史上使用最早的合金是青铜，目前世界上使 用量最大的合金是钢 B从金属矿石中提炼金属的一般步骤依次是：矿石的富集、精炼、冶炼C硫酸的消费量常被视为一个国家工业发达水平的一种标志 D能源、材料、信息通常被称作新科技革命的三大支柱 13. 2020年10月15日，我国成功地实现了“神舟五号”宇宙飞船载人飞行。发射飞船的运载火箭，其推进剂引燃后发生剧烈反应，产生大量高温气体从火箭尾部喷出。引燃后的高温气体主要是CO2、H2O、N2、NO，这些气体均为无色，但在卫星发射现场看到火箭喷射大量红烟，产生红烟的原因是( )。 A高温下N2遇空气生成NO2 BNO遇空气生成NO2 CCO2与NO反应生成NO2 DNO与H2O反应生成NO2 14.纳米材料的表面粒子占总粒子数比 例极大，这是它有许多特殊性质的原因。假设某氯化钠纳米颗粒的大小 和形状恰好与氯化钠晶胞的大小和形状相同(如右图所示)，则这种纳米 颗粒的表面粒子数与总粒子数的比值为( )。 A7：8 B13：14 C.25：26 D26：27 15. (2020江苏高三第一次调研考)阎体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。它以固体 氧化锆氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允 许氧离子(02-)在其间通过。该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是( )。 A有O2参加反应的a极为电池的负极 B有H2参加反应的b极为电池的正极 Ca极对应的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-D该电池的总反应方程式为：2H2+O2=2H2O 16. (2020南京市高三化学第二次质量检测)通过核裂变产生 核能而用于发电的核燃料是2琵U，下列说法错误的是( )。 AU元素的相对原子质量为235 B23592U中中子数比质子数多51 C23592U与12C的质量比约为235：12 D23592U与23892U互为同位素 17.下列说法正确的是( )。 A纳米材料是指一种称为“纳米”的新物质制成的材料 B绿色食品是指不含任何化学物质的食品 C生物固氮是指植物通过叶面直接吸收空气中的氮气 D光导纤维是以二氧化硅为主要原料制成的 18.人造象牙的主要成分的结构是 它是通过加聚反应制得的，则合成象牙的单体为( )。 A(CH3)2O BCH3CHO CHCHO DC2H2和H2019. 1933年一位名叫Carlson的农民偶然发现他的一一头母牛食用腐败草料后，血液不会凝固。威斯康星大学的化学家由此得到启发，从腐败草料中提取出结构简式为的双香豆素。关于双香豆素的下列推论中错误的是（ ）A有望将它发展制得一种抗凝血药 B它无嗅并略具芳香味，因而可用来配制致命性出血 型的杀鼠药C它极易溶于水、乙醇、乙醚等有机溶剂D.它可以由化合物和甲醛（HCHO）缩合反应制得 20.用于重返火箭发动机、航天飞机制动闸的金属要求有良好的热学性能，比如：熔点高、比热高、热导率高、适宜的热膨胀等优异性能。根据下表，可选择出最佳金属材料为()。 21.强化地板是在具有天然木纹图案的密度板上覆盖一层薄膜，使其具有良好的耐磨性能。目前强化地板由于价廉物美已成为人们家庭装饰的新宠。你认为薄膜的化学成分是( )。 A氧化铝 B金刚石 C氯化钠 D晶体硅 22.钛白粉(TiO2)通常用于制造白漆和牙膏，最近科学家正在将它研制成具有光催化能力的建筑材料，可有效地消除大气中的氮氧化物。制造牙膏的二氧化钛的宽度大约为20250 nm，而对付污染用的氧化钛的宽度仅约为7nm，其主要原因是( )。 A制牙膏用小颗粒的二氧化钛晶体将大大增加成本 B。颗粒大小不同的二氧化钛晶体的化学性质不同 C大颗粒的二氧亿钛晶体对氮氧化物没有催化能力D小颗粒的二氧化钛晶体具有很大的表面积，催化能力强23.一种新型燃料电池，它是用两根金属做电极插入KOH溶液中，然后向两极上分别通甲烷和氧气，其电池反应为 下列关于此燃料电池的有关说法中错误的是( )。 A通过甲烷的电极(X)为电池的负极，通过氧气的电 极(Y)为电池正极 B放电一段时间后，电解质溶液中KOH的物质的量 改变 C在标准状况下，通过56 L氧气完全反应后有10 mol 的电子发生转移 D放电时，通过甲烷的一极附近的pH升高 24.近年来，有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”的观点。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，关于其有利因素的下列说法中，你认为不妥当 的是( )。 A硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料B硅的来源丰富，易于开采，且可再生C硅燃烧放出的热量多，且燃烧产物对环境污染较低，容易有效控制 D寻找高效催化剂，使二氧化硅分解产生硅的同时释放热量，是硅能源大规模开发利用的一项关键技术 25.鲨鱼是世界上惟一不患癌症的动物，科学研究表明，鲨 鱼体内含有一种角鲨烯，具有抗癌性。已知角鲨烯分子中含有30个碳原子及6个C-C且不含环状结构，则其分子式为( )。 AC30H60 BC30H56 CC30H52 DC30H50 26.现代的防晒霜中含有能吸收紫外线的防晒剂，例如对氨基苯甲酸丁酯，它能吸收99到达皮肤上的紫外线，具有理想的防晒效果。下列关于对氨基苯甲酸丁酯的说法正确的是( )。 A从有机物分类角度，它属于氨基酸类、酯类、芳香 烃类 B它能与氢氧化钠溶液反应，但不能与盐酸反应 C甲酸丁酯基(-COOC4H9)有3种不同的结构 D它的分子式为C11H15NO2 （二）填空题27.近年来，对未来动力燃料氢能源的研究获得了迅速发展。 (1)为了有效地发展民用氢能源，首先必须制得廉价的 氢气，下列可供开发又较经济且资源可持续利用的制氢方法是( )。 A电解水 B锌和稀硫酸反应 C光解海水D以石油、天然气为原料 (2)氢气燃烧时耗氧量小，发热量大。已知热化学方程 式为： C(g)+02(g)=C02(g)+3935 kJ 2H2(g)+02(g)=2H20(1)+5716 kJ 试通过计算说明等质量的氢气和碳燃烧时发热量的大小关系。 (3)氢能源有可能实现能量的储存，也有可能实现经济、高效的输送。研究表明，过渡金属元素与氢可生成储氢材料金属氢化物(又称间充氢化物)，在这类氢化物中，氢原子填充在金属的晶格间隙，其组成不固定，通常是非化学计量的，如：LaH2.76、TiH1.73、CeH2.69、ZrH1.98、PrH2.85、TaH0.78。在标准状况下，1体积钯粉大约可吸附896体积氢气(钯粉密度为1064 g/cm3 ，相对原子质量为1064)，试写出钯 (Pd)的氢化物的“化学式”：_ 。 28.随着材料科学的发展，金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用，并被誉为“合金维生素”。已知钒的原子序数为23，回答下列问题： (1)钒被认为是种稀土元素，广泛分散于各种矿物中。钾钒铀矿中的钒原子最外层已达8电子稳定结构，其化学式为K2H6U2V2O15若用氧化物的形式表示，该化合物的化学式为 _。 (2)测定钒含量的方法是先把钒转化成V205，V2O5在 酸性溶液里转变成VO2+再用盐酸、硫酸亚铁、草酸等测定钒。总反应式可表示为：VO2+H2C204V0+C02+H20(未配平) 其中还原剂是_ 。若消耗09 g草酸，所对应钒元素质量是 _g。 29.酒精是-一种优质液体燃料，它燃烧值高，无污染，无固体残留物但携带或运输则不如固体物质方便。如在酒精中加入定的添加剂，可制出固体酒精。其配制方法如下： 将l kg