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第 三 章化学与材料的制造和应用考考纲纲要要求求1.1.了解社会发展和科技进步对材料的要求。了解化学对材了解社会发展和科技进步对材料的要求。了解化学对材料科学发展的促进作用。料科学发展的促进作用。2.2.了解金属材料、无机非金属材料、高分子合成材料、复了解金属材料、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合材料和其他新材料的特点, ,了解有关的生产原理。了解有关的生产原理。3.3.了解用化学方法进行金属材料表面处理的原理。了解用化学方法进行金属材料表面处理的原理。4.4.了解我国现代材料研究和材料工业的发展情况。了解新了解我国现代材料研究和材料工业的发展情况。了解新材料的发展方向。材料的发展方向。一、无机非金属材料一、无机非金属材料1.1.传统硅酸盐材料。传统硅酸盐材料。陶瓷陶瓷玻璃玻璃水泥水泥主要主要原料原料黏土黏土_和石英砂和石英砂_、_和石膏和石膏( (辅助原料辅助原料) )主要主要设备设备玻璃熔炉玻璃熔炉水泥回转窑水泥回转窑纯碱、石灰石纯碱、石灰石黏土黏土石灰石石灰石陶瓷陶瓷玻璃玻璃水泥水泥反应反应原理原理复杂的物理、复杂的物理、化学变化化学变化复杂的物理、化学变化复杂的物理、化学变化, ,主要反应主要反应NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2_CaCOCaCO3 3+SiO+SiO2 2_复杂的物理、复杂的物理、化学变化化学变化主要主要成分成分_NaNa2 2SiOSiO3 3CaSiOCaSiO3 34SiO4SiO2 2(Na(Na2 2O OCaOCaO6SiO6SiO2 2) )_、_、_等等高温高温=高温高温=NaNa2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2CaSiOCaSiO3 3+CO+CO2 23CaO3CaOSiOSiO2 22CaO2CaOSiOSiO2 23CaO3CaOAlAl2 2O O3 3硅酸盐硅酸盐陶瓷陶瓷玻璃玻璃水泥水泥主要主要性能性能抗氧化、抗抗氧化、抗酸碱腐蚀、酸碱腐蚀、耐高温、绝耐高温、绝缘、易成型缘、易成型等优点等优点玻璃态物质玻璃态物质, ,没有固定的没有固定的熔点熔点, ,在一定温度范围内在一定温度范围内逐渐软化逐渐软化水硬性水硬性2.2.新型无机非金属材料新型无机非金属材料: :(1)(1)分类及应用。分类及应用。类型类型性能与应用性能与应用新新型型陶陶瓷瓷碳化硅碳化硅( (SiCSiC) )硬度大、熔点高、化学性质稳定硬度大、熔点高、化学性质稳定, ,可作优质磨料可作优质磨料和航天器涂层材料和航天器涂层材料氮化硅氮化硅(Si(Si3 3N N4 4) )硬度大、熔点高、化学性质稳定硬度大、熔点高、化学性质稳定, ,可用于制造轴可用于制造轴承、汽轮机叶片、发动机受热面等承、汽轮机叶片、发动机受热面等单晶硅单晶硅半导体材料半导体材料, ,制作计算机芯片、集成电路制作计算机芯片、集成电路碳碳单单质质金刚石金刚石新一代信息材料新一代信息材料石墨石墨电的良导体、化学性质稳定电的良导体、化学性质稳定, ,用作电极用作电极C C6060在新型储氢材料、复合材料、纳米材料、超导体在新型储氢材料、复合材料、纳米材料、超导体的制造方面前景广阔的制造方面前景广阔(2)(2)制备反应。制备反应。物质物质化学方程式化学方程式碳化硅碳化硅SiOSiO2 2+3C=SiC+2CO+3C=SiC+2CO氮化硅氮化硅3Si+2N3Si+2N2 2=Si=Si3 3N N4 43SiCl3SiCl4 4+2N+2N2 2+6H+6H2 2=Si=Si3 3N N4 4+12HCl+12HCl硅硅SiOSiO2 2+2C=Si+2CO+2C=Si+2COSi+3HCl=SiHClSi+3HCl=SiHCl3 3+H+H2 2SiHClSiHCl3 3+H+H2 2=Si+3HCl=Si+3HCl1 900 1 900 1 300 1 300 1 6001 6001 800 1 800 250250300 300 CuCu粉或粉或AgAg粉粉1 1001 1001 200 1 200 (1)(1)向普通硅酸盐水泥中加入石膏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。是为了调节水泥的硬化速率。(2)(2)钢化玻璃与普通玻璃在成分上没有区别钢化玻璃与普通玻璃在成分上没有区别, ,把普通玻璃放入电把普通玻璃放入电炉中加热至软化炉中加热至软化, ,然后急速冷却即得钢化玻璃。然后急速冷却即得钢化玻璃。二、金属材料二、金属材料1.1.钢铁的冶炼。钢铁的冶炼。炼铁炼铁炼钢炼钢原料原料_、_、空气、空气、石灰石石灰石_、氧化剂、氧化剂( (空气、纯空气、纯氧、氧化铁等氧、氧化铁等) )、生石灰、生石灰、脱氧剂脱氧剂化学化学原理原理在高温下用在高温下用_中还原出来中还原出来在高温下用在高温下用_氧化氧化成气体或炉渣除去成气体或炉渣除去铁矿石铁矿石焦炭焦炭生铁生铁还原剂将铁还原剂将铁从其氧化物从其氧化物氧化剂将过氧化剂将过多的碳和其他杂质多的碳和其他杂质炼铁炼铁炼钢炼钢有关有关反应反应(1)(1)还原剂的生成还原剂的生成: :_、_(2)(2)铁的还原铁的还原: :_(3)(3)炉渣的生成炉渣的生成: :CaCOCaCO3 3 CaO+CO CaO+CO2 2SiOSiO2 2+CaO CaSiO+CaO CaSiO3 3(1)(1)氧化剂的生成氧化剂的生成: :_(2)(2)除碳除碳, ,除杂除杂, ,调硅、锰调硅、锰; ;如如C+FeOC+FeO CO+FeCO+Fe(3)(3)造渣造渣: :生成的硅、锰氧化生成的硅、锰氧化物及铁水中的硫、磷跟造渣物及铁水中的硫、磷跟造渣材料反应形成炉渣排出材料反应形成炉渣排出(4)(4)脱氧并调整成分脱氧并调整成分: :2FeO+Si 2Fe+SiO2FeO+Si 2Fe+SiO2 2主要主要设备设备高炉高炉转炉转炉C+OC+O2 2=CO=CO2 2COCO2 2+C 2CO+C 2CO高温高温=FeFe2 2O O3 3+3CO+3CO2Fe+3CO2Fe+3CO2 2高温高温=高温高温=高温高温=2Fe+O2Fe+O2 2 2FeO 2FeO高温高温=高温高温=高温高温=2.2.铝的冶炼铝的冶炼: :(1)(1)原料原料: :铝土矿铝土矿( (主要成分为主要成分为AlAl2 2O O3 3) )。(2)(2)提纯提纯AlAl2 2O O3 3: :AlAl2 2O O3 3+2NaOH=2NaAlO+2NaOH=2NaAlO2 2+H+H2 2O,O,_,_,_。(3)(3)电解电解: :加入冰晶石及少量萤石降低加入冰晶石及少量萤石降低AlAl2 2O O3 3的熔点。化学方程的熔点。化学方程式式:_:_。NaAlONaAlO2 2+CO+CO2 2+2H+2H2 2O=Al(OH)O=Al(OH)3 3+NaHCO+NaHCO3 3=2Al(OH)2Al(OH)3 3 Al Al2 2O O3 3+3H+3H2 2O O36950 970232Na AlF2Al O4Al 3O通电、3.3.金属的腐蚀与防护金属的腐蚀与防护: :(1)(1)金属腐蚀的类型。金属腐蚀的类型。化学腐蚀化学腐蚀: :金属材料跟其表面接触到的物质金属材料跟其表面接触到的物质( (如如O O2 2、ClCl2 2等等) )_而引起的腐蚀。而引起的腐蚀。电化学腐蚀电化学腐蚀: :不同金属或不同金属或_金属跟金属跟_接触时接触时, ,发生发生_反应反应, ,比较活泼的金属失去电子而被氧化引起的比较活泼的金属失去电子而被氧化引起的腐蚀。腐蚀。直接发生化学反应直接发生化学反应不纯不纯电解质溶液电解质溶液原电池原电池(2)(2)金属腐蚀的防止和利用。金属腐蚀的防止和利用。金属腐蚀的防护方法金属腐蚀的防护方法金属腐蚀的利用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。细加工都是利用了金属腐蚀的原理。(1)(1)炼铁高炉产生的废气、废渣会严重污染环境炼铁高炉产生的废气、废渣会严重污染环境, ,应结合它们的应结合它们的成分和余热进行综合利用。成分和余热进行综合利用。(2)(2)不锈钢是在普通钢的基础上加入不锈钢是在普通钢的基础上加入12%12%以上的铬元素和适量镍以上的铬元素和适量镍熔合而成。熔合而成。三、高分子化合物与材料三、高分子化合物与材料1.1.高分子化合物的分类。高分子化合物的分类。2.2.新型高分子材料新型高分子材料: :(1)(1)功能高分子材料功能高分子材料: :具有某种特定功能的高分子材料具有某种特定功能的高分子材料, ,常见的常见的有导电塑料有导电塑料( (如聚乙炔如聚乙炔) )、离子交换树脂或交换膜、高分子医药、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。材料、人造器官、高分子吸水材料、导电高分子化合物等。(2)(2)复合材料。复合材料。常见的复合材料常见的复合材料:_:_、_等。等。玻璃钢玻璃钢碳纤维增强复合材料碳纤维增强复合材料黏结黏结增强增强3.3.废旧高分子材料的回收利用废旧高分子材料的回收利用: :(1)(1)再生和改性再生和改性; ;(2)(2)生物降解或热裂解生成小分子化工原料生物降解或热裂解生成小分子化工原料; ;(3)(3)焚烧利用热能。焚烧利用热能。(1)(1)用同一个化学式表示的高分子化合物用同一个化学式表示的高分子化合物, ,由于聚合度由于聚合度n n大小不大小不同同, ,故不是纯净物。故不是纯净物。(2)(2)白色污染是指由农用薄膜、包装用塑料膜、塑料袋和一次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料包装物大多呈白色, ,因此称之为因此称之为“白色污染白色污染”。考点一考点一 金属冶炼的方法金属冶炼的方法由于金属的化学活动性不同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金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同子的能力也就不同, ,因此冶炼不同的金属必须采用不同的冶炼因此冶炼不同的金属必须采用不同的冶炼方法。方法。金属类型金属类型AuAuPtPtAgAgHgHgCu(H)PbCu(H)PbSnSn Fe Zn Fe ZnAl Mg NaAl Mg NaCa KCa K冶炼方法冶炼方法直接开采直接开采热分解法热分解法热还原法热还原法电解法电解法(1)(1)热分解法热分解法: :对于金属活动性顺序表中对于金属活动性顺序表中HgHg、AgAg等金属可用热分等金属可用热分解法冶炼。解法冶炼。如如2HgO 2Hg+O2HgO 2Hg+O2 22Ag2Ag2 2O 4Ag+OO 4Ag+O2 2(2)(2)热还原法热还原法: :对于金属活动性顺序表对于金属活动性顺序表ZnZn到到CuCu之间的大部分金属之间的大部分金属可用碳、可用碳、H H2 2、COCO、AlAl等还原剂高温下还原制备。等还原剂高温下还原制备。如如3CO+Fe3CO+Fe2 2O O3 3 2Fe+3CO 2Fe+3CO2 2FeFe2 2O O3 3+2Al 2Fe+Al+2Al 2Fe+Al2 2O O3 3( (铝热法炼铁铝热法炼铁) )=高温高温=高温高温=(3)(3)电解法电解法: :对于非常活泼的金属对于非常活泼的金属(Al(Al及其前面的金属及其前面的金属) )一般用一般用电解法冶炼。电解法冶炼。MgClMgCl2 2( (熔融熔融) Mg+Cl) Mg+Cl2 22NaCl(2NaCl(熔融熔融) 2Na+Cl) 2Na+Cl2 2通电通电=通电通电=【高考警示高考警示】(1)(1)冶炼铝不能用电解熔融冶炼铝不能用电解熔融AlClAlCl3 3的方法的方法, ,原因是原因是AlClAlCl3 3为共价化为共价化合物合物, ,熔融时不导电。熔融时不导电。(2)(2)冶炼镁不能用电解熔融冶炼镁不能用电解熔融MgOMgO的方法的方法, ,原因是原因是MgOMgO的熔点高的熔点高, ,使使其熔化要消耗大量能量其熔化要消耗大量能量, ,应电解熔融应电解熔融MgClMgCl2 2。(3)(3)工业炼铁加入的是铁矿石和焦炭工业炼铁加入的是铁矿石和焦炭, ,但还原剂并不是焦炭而是但还原剂并不是焦炭而是COCO。【典题通关典题通关1 1】金属热还原法广泛用于冶金过程中。用金属金属热还原法广泛用于冶金过程中。用金属A(A(或其合金或其合金) )作还原剂在高温下将另一种金属作还原剂在高温下将另一种金属B B的化合物还原的化合物还原以制取金属以制取金属B(B(或其合金或其合金) )的方法。通常是按还原剂来命名。的方法。通常是按还原剂来命名。(1)(1)用铝作还原剂生产金属铬用铝作还原剂生产金属铬, ,称为铝热法。化学方程式为称为铝热法。化学方程式为 。铝的亲氧性除用于冶炼难熔金属外铝的亲氧性除用于冶炼难熔金属外, ,还用于制取耐高温的金属还用于制取耐高温的金属陶瓷。例如陶瓷。例如, ,将铝粉、石墨和二氧化钛或其他高熔点金属的氧将铝粉、石墨和二氧化钛或其他高熔点金属的氧化物按一定比例混合均匀化物按一定比例混合均匀, ,然后在高温下煅烧然后在高温下煅烧, ,即生成耐热的即生成耐热的( (TiCTiC),),该反应的化学方程式为该反应的化学方程式为_ 。(2)(2)用硅作还原剂还原用硅作还原剂还原V V2 2O O3 3冶炼钒冶炼钒, ,称为硅热法。化学方程式为称为硅热法。化学方程式为_ 。硅硅( (特别是硅铁特别是硅铁) )的价格比铝低的价格比铝低, ,所以硅热法在铁合金及某些金所以硅热法在铁合金及某些金属的生产中占有重要地位。但硅的还原能力不如铝。为使硅热属的生产中占有重要地位。但硅的还原能力不如铝。为使硅热还原更易进行还原更易进行, ,常加入常加入CaOCaO作溶剂作溶剂, ,试分析加入试分析加入CaOCaO的作用的作用_ 。(3)(3)试写出克劳尔法用镁热还原试写出克劳尔法用镁热还原TiClTiCl4 4生产海绵钛的方程式生产海绵钛的方程式 。【解题指南解题指南】解答本题的关键是解答本题的关键是: :(1)(1)应用氧化还原以及化学平衡移动的有关原理应用氧化还原以及化学平衡移动的有关原理, ,合理解释涉及合理解释涉及的化学反应及现象。的化学反应及现象。(2)(2)质量守恒定律也是解答该题的理论依据。质量守恒定律也是解答该题的理论依据。【解析解析】(1)(1)铝和三氧化二铬的铝热反应方程式为铝和三氧化二铬的铝热反应方程式为2Al+Cr2Al+Cr2 2O O3 3 2Cr+Al 2Cr+Al2 2O O3 3, ,反应物铝、石墨和二氧化钛在高温下反应反应物铝、石墨和二氧化钛在高温下反应, ,碳碳与钛结合为与钛结合为TiCTiC, ,由铝的亲氧性可知由铝的亲氧性可知, ,铝与氧结合为铝与氧结合为AlAl2 2O O3 3。反应。反应方程式为方程式为4Al+3TiO4Al+3TiO2 2+3C 2Al+3C 2Al2 2O O3 3+3TiC+3TiC。(2)(2)硅热法中硅作还原剂硅热法中硅作还原剂, ,化学方程式为化学方程式为3Si+2V3Si+2V2 2O O3 34V+3SiO4V+3SiO2 2, ,加入氧化钙与生成的二氧化硅结合加入氧化钙与生成的二氧化硅结合, ,有利于反应正向有利于反应正向进行。进行。(3)(3)克劳尔法用镁热还原克劳尔法用镁热还原TiClTiCl4 4生产海绵钛的反应中镁作还原剂生产海绵钛的反应中镁作还原剂, ,化学方程式为化学方程式为2Mg+TiCl2Mg+TiCl4 4 2MgCl 2MgCl2 2+Ti+Ti。高温高温=高温高温=高温高温=高温高温=答案答案: :(1)2Al+Cr(1)2Al+Cr2 2O O3 3 2Cr+Al 2Cr+Al2 2O O3 34Al+3TiO4Al+3TiO2 2+3C 2Al+3C 2Al2 2O O3 3+3TiC+3TiC(2)3Si+2V(2)3Si+2V2 2O O3 3 4V+3SiO 4V+3SiO2 2使之与反应产物使之与反应产物SiOSiO2 2结合成结合成CaSiOCaSiO3 3, ,使反应更容易进行使反应更容易进行(3)2Mg+TiCl(3)2Mg+TiCl4 4 2MgCl 2MgCl2 2+Ti+Ti高温高温=高温高温=高温高温=高温高温=【互动探究互动探究】在用铝粉、石墨、二氧化钛混合物高温下反应在用铝粉、石墨、二氧化钛混合物高温下反应制取制取TiCTiC的反应中氧化剂、还原剂分别是哪种物质的反应中氧化剂、还原剂分别是哪种物质? ?提示提示: :在在3TiO3TiO2 2+3C+4Al 3TiC+2Al+3C+4Al 3TiC+2Al2 2O O3 3中中,Ti,Ti与与O O的化合价没的化合价没有变化有变化, ,只是只是AlAl的化合价升高了的化合价升高了,C,C的化合价降为的化合价降为-4-4价价, ,故故AlAl是是还原剂还原剂,C,C是氧化剂。是氧化剂。高温高温=【变式训练变式训练】冶炼金属一般有下列方法冶炼金属一般有下列方法: :焦炭法焦炭法; ;水煤气水煤气( (或氢气或一氧化碳或氢气或一氧化碳) )法法; ;活泼金属置换法活泼金属置换法; ;电解法。四种方电解法。四种方法在工业生产中均有运用。法在工业生产中均有运用。(1)(1)请对下表中的金属冶炼方法进行分析请对下表中的金属冶炼方法进行分析, ,从上述四种方法中选从上述四种方法中选择相应的序号填入表中空格。择相应的序号填入表中空格。火烧孔雀石炼铜所发生反应的化学方程式为火烧孔雀石炼铜所发生反应的化学方程式为( (写主要的两个写主要的两个) ) 、 。火烧火烧孔雀石炼铜孔雀石炼铜湿法炼铜湿法炼铜铝热法炼铬铝热法炼铬从光卤石从光卤石中炼镁中炼镁(2)(2)请再举出使用上述方法冶炼金属的例子各一个请再举出使用上述方法冶炼金属的例子各一个( (用化学方程用化学方程式表示式表示):): ; ; ; ; ; ; 。【解析解析】(1)(1)火烧孔雀石是用焦炭与孔雀石混合焙烧火烧孔雀石是用焦炭与孔雀石混合焙烧, ,应属于应属于焦炭法焦炭法; ;湿法炼铜和铝热法炼铬都属于活泼金属置换法湿法炼铜和铝热法炼铬都属于活泼金属置换法; ;由于由于镁比较活泼镁比较活泼, ,一般不能用还原剂还原一般不能用还原剂还原, ,只可以用电解法冶炼。只可以用电解法冶炼。(2)(2)金属锌可用焦炭法冶炼金属锌可用焦炭法冶炼, ,化学方程式为化学方程式为2ZnO+C 2ZnO+C 2Zn+CO2Zn+CO2 2;氢气还原法冶炼活泼性较差的金属氢气还原法冶炼活泼性较差的金属, ,如如3H3H2 2+WO+WO3 3 W+3HW+3H2 2O;O;活泼金属可以从不活泼金属的盐溶液中置换出不活泼金属活泼金属可以从不活泼金属的盐溶液中置换出不活泼金属, ,也可以通过铝热反应冶炼高熔点金属也可以通过铝热反应冶炼高熔点金属, ,如如4Al+3MnO4Al+3MnO2 2 3Mn+2Al3Mn+2Al2 2O O3 3; ;高温高温=高温高温=高温高温=电解法适用于冶炼活泼性强的金属电解法适用于冶炼活泼性强的金属, ,如如2NaCl(2NaCl(熔融熔融) ) 2Na+Cl2Na+Cl2 2。通电通电=答案答案: :(1)(1)CuCu2 2(OH)(OH)2 2COCO3 3 2CuO+CO2CuO+CO2 2+H+H2 2O OC+2CuO C+2CuO 2Cu+CO2Cu+CO2 2(2)(2)2ZnO+C 2ZnO+C 2Zn+CO 2Zn+CO2 23H3H2 2+WO+WO3 3 W+3H W+3H2 2O O4Al+3MnO4Al+3MnO2 2 3Mn+2Al3Mn+2Al2 2O O3 32NaCl(2NaCl(熔融熔融) ) 2Na+Cl2Na+Cl2 2(合理即可合理即可) )=高温高温=高温高温=高温高温=通电通电=【加固训练加固训练】1.1.如图所示是传统的工业生产金属铝的基本流程图。如图所示是传统的工业生产金属铝的基本流程图。请回答下列问题请回答下列问题: :(1)(1)金属铝常用来制造容器金属铝常用来制造容器, ,但铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间但铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性、碱性等食物存放酸性、碱性等食物, ,写出铝与氢氧化钠溶液反应的离子方写出铝与氢氧化钠溶液反应的离子方程式程式_ 。石油炼制和煤的干馏产品石油炼制和煤的干馏产品( (填物质名称填物质名称) )作电解铝的阴作电解铝的阴极和阳极材料。极和阳极材料。(2)(2)在冶炼过程中在冶炼过程中, ,阳极材料需要定期进行更换阳极材料需要定期进行更换, ,原因是该极材原因是该极材料不断被消耗料不断被消耗, ,产生这种现象的原因是产生这种现象的原因是_ ( (用化学方程式表示用化学方程式表示) )。(3)(3)工业上通过电解熔融的工业上通过电解熔融的MgClMgCl2 2制取金属镁制取金属镁, ,电解反应方程式电解反应方程式为为_ 。镁和铝都是活泼金属镁和铝都是活泼金属, ,为什么在电解冶炼过程中为什么在电解冶炼过程中, ,一个用氯化物一个用氯化物, ,一个用氧化物一个用氧化物, ,请说明理由请说明理由_ 。【解析解析】(1)(1)铝与氢氧化钠溶液反应可生成氢气和偏铝酸钠铝与氢氧化钠溶液反应可生成氢气和偏铝酸钠, ,离离子方程式为子方程式为2Al+2OH2Al+2OH- -+2H+2H2 2O=2Al +3HO=2Al +3H2 2电解冶炼铝两极材料均为石墨电解冶炼铝两极材料均为石墨, ,可用石油炼制所得石油焦以及可用石油炼制所得石油焦以及煤干馏生成的焦炭制取。煤干馏生成的焦炭制取。(2)(2)阳极生成氧气阳极生成氧气, ,在高温下可与石墨发生反应生成二氧化碳在高温下可与石墨发生反应生成二氧化碳, ,电极被消耗电极被消耗, ,化学反应方程式为化学反应方程式为C+OC+O2 2 CO CO2 2(3)(3)电解熔融氯化镁可制得金属镁电解熔融氯化镁可制得金属镁, ,化学方程式为化学方程式为MgClMgCl2 2( (熔融熔融) ) Mg+Cl Mg+Cl2 2氯化铝是共价化合物氯化铝是共价化合物, ,熔融时不电离熔融时不电离, ,不能导电不能导电, ,无法电解无法电解; ;氧化氧化镁熔点太高镁熔点太高, ,不易熔化不易熔化, ,难以操作。难以操作。2O高温高温=通电通电=答案答案: :(1)2Al+2OH(1)2Al+2OH- -+2H+2H2 2O=2Al +3HO=2Al +3H2 2焦炭焦炭(2)C+O(2)C+O2 2 CO CO2 2(3)MgCl(3)MgCl2 2( (熔融熔融) Mg+Cl) Mg+Cl2 2氯化铝是共价化合物氯化铝是共价化合物, ,熔融时熔融时不电离不电离, ,不能导电不能导电, ,无法电解无法电解; ;氧化镁熔点太高氧化镁熔点太高, ,不易熔化不易熔化, ,难以难以操作操作2O高温高温=通电通电=2.2.铝生产产业链由铝土矿开采、氧化铝制取、铝的冶炼和铝材铝生产产业链由铝土矿开采、氧化铝制取、铝的冶炼和铝材加工等环节构成。请回答下列问题加工等环节构成。请回答下列问题: :(1)(1)工业上采用电解氧化铝工业上采用电解氧化铝冰晶石冰晶石(Na(Na3 3AlFAlF6 6) )熔融体的方法冶熔融体的方法冶炼得到金属铝炼得到金属铝: :2Al2Al2 2O O3 3=4Al+3O=4Al+3O2 2加入冰晶石的作用加入冰晶石的作用:_:_ 。通电通电冰晶石冰晶石(2)(2)上述工艺所得铝材中往往含有少量上述工艺所得铝材中往往含有少量FeFe和和SiSi等杂质等杂质, ,可用电解可用电解方法进一步提纯方法进一步提纯, ,该电解池中阳极的电极反应为该电解池中阳极的电极反应为_ , ,下列可作阴极材料的是下列可作阴极材料的是。A.A.铝材铝材B.B.石墨石墨C.C.铅板铅板D.D.纯铝纯铝(3)(3)阳极氧化能使金属表面生成致密的氧化膜。以稀硫酸为电阳极氧化能使金属表面生成致密的氧化膜。以稀硫酸为电解液解液, ,铝阳极发生的电极反应为铝阳极发生的电极反应为_ 。(4)(4)在铝阳极氧化过程中在铝阳极氧化过程中, ,需要不断地调整电压需要不断地调整电压, ,理由是理由是_ 。(5)(5)下列说法正确的是下列说法正确的是。A.A.阳极氧化是应用原电池原理进行金属材料表面处理的技术阳极氧化是应用原电池原理进行金属材料表面处理的技术B.B.铝的阳极氧化可增强铝表面的绝缘性能铝的阳极氧化可增强铝表面的绝缘性能C.C.铝的阳极氧化可提高金属铝及其合金的耐腐蚀性铝的阳极氧化可提高金属铝及其合金的耐腐蚀性, ,但耐磨性但耐磨性下降下降D.D.铝的阳极氧化膜富有多孔性铝的阳极氧化膜富有多孔性, ,具有很强的吸附性能具有很强的吸附性能, ,能吸附染能吸附染料而呈各种颜色料而呈各种颜色【解析解析】(1)(1)三氧化二铝熔点很高三氧化二铝熔点很高, ,加入冰晶石可使其熔于熔点加入冰晶石可使其熔于熔点低的液态冰晶石中便于电解。低的液态冰晶石中便于电解。(2)(2)类似于铜的电解精炼类似于铜的电解精炼, ,将粗铝作阳极电解熔融三氧化二铝将粗铝作阳极电解熔融三氧化二铝, ,阳极反应式为阳极反应式为2Al-6e2Al-6e- -=2Al=2Al3+3+, ,阴极材料为纯铝。阴极材料为纯铝。(3)(3)将铝表面钝化的电极反应式为将铝表面钝化的电极反应式为2Al-6e2Al-6e- -+3H+3H2 2O=O=AlAl2 2O O3 3+6H+6H+ +。(4)(4)三氧化二铝不导电三氧化二铝不导电, ,随氧化膜的增厚随氧化膜的增厚, ,电阻增大电阻增大, ,升高电压可升高电压可维持电流稳定。维持电流稳定。(5)(5)阳极氧化是电解原理阳极氧化是电解原理; ;氧化铝有更大的硬度氧化铝有更大的硬度, ,更具有耐磨性。更具有耐磨性。答案答案: :(1)(1)降低熔点降低熔点(2)Al-3e(2)Al-3e- -=Al=Al3+3+D D(3)2Al-6e(3)2Al-6e- -+3H+3H2 2O=AlO=Al2 2O O3 3+6H+6H+ +(4)(4)铝阳极表面不断生成氧化物铝阳极表面不断生成氧化物, ,电阻增大电阻增大, ,为了保持稳定的电为了保持稳定的电流流, ,需要不断提高电压需要不断提高电压(5)B(5)B、D D考点二考点二有机高分子材料的合成有机高分子材料的合成1.1.合成有机高分子材料的化学反应。合成有机高分子材料的化学反应。加成聚合反应加成聚合反应缩合聚合反应缩合聚合反应含义含义许多小分子许多小分子( (含不饱和键含不饱和键) )通过加成反应形成高聚通过加成反应形成高聚物的聚合反应物的聚合反应许多小分子通过缩合形成许多小分子通过缩合形成高聚物高聚物, ,同时有小分子生同时有小分子生成的聚合反应成的聚合反应单体单体特征特征含不饱和键如碳碳双键、含不饱和键如碳碳双键、碳碳三键或环状结构碳碳三键或环状结构含有能够相互反应的官能含有能够相互反应的官能团团, ,如如COOHCOOH和和OHOH、NHNH2 2等等单体种单体种类数类数相同或不同的单体相同或不同的单体相同或不同的单体相同或不同的单体高聚物高聚物特征特征链节与单体的组成相同链节与单体的组成相同链节与单体的组成不同链节与单体的组成不同加成聚合反应加成聚合反应缩合聚合反应缩合聚合反应产物产物种类种类只有高聚物只有高聚物高聚物和小分子高聚物和小分子举例举例2.2.线型结构、体型结构高分子材料的比较。线型结构、体型结构高分子材料的比较。合成合成材料材料线型高分子材料线型高分子材料体型高分子材料体型高分子材料常见常见物质物质合成纤维、部分塑料合成纤维、部分塑料( (如聚如聚乙烯乙烯) )部分塑料部分塑料( (如电木如电木) )结构结构特点特点以共价键结合成高分子链以共价键结合成高分子链, ,链与链之间以分子间作用链与链之间以分子间作用力相结合力相结合以共价键构成高分子链以共价键构成高分子链, ,链链与链之间以共价键大量交与链之间以共价键大量交联联性质性质特点特点具有弹性、可塑性具有弹性、可塑性, ,在溶剂在溶剂中能溶解中能溶解, ,加热能熔融加热能熔融, ,硬硬度、脆性较小度、脆性较小, ,不能导电不能导电没有弹性和可塑性没有弹性和可塑性, ,不能溶不能溶解或熔融解或熔融, ,在溶剂中能溶胀在溶剂中能溶胀, ,硬度和脆性较大硬度和脆性较大, ,不能导电不能导电【方法指南方法指南】判断高聚物的单体的方法判断高聚物的单体的方法(1)(1)加聚物单体判断方法。加聚物单体判断方法。凡链节的主碳链为两个碳原子凡链节的主碳链为两个碳原子, ,其单体必为一种。将链节的其单体必为一种。将链节的两个半键闭合即为单体。两个半键闭合即为单体。凡链节中主碳链为凡链节中主碳链为4 4个碳原子个碳原子, ,无碳碳双键结构无碳碳双键结构, ,其单体必为其单体必为两种两种, ,从主链中间断开后从主链中间断开后, ,再分别将两个半键闭合即得单体。再分别将两个半键闭合即得单体。凡链节中主碳链为凡链节中主碳链为4 4个碳原子个碳原子, ,含有碳碳双键结构含有碳碳双键结构, ,单体为一单体为一种种, ,属二烯烃。属二烯烃。凡链节中主碳链为凡链节中主碳链为6 6个碳原子个碳原子, ,含有碳碳双键结构含有碳碳双键结构, ,单体为两单体为两种种: :单烯烃和二烯烃。单烯烃和二烯烃。凡链节中主碳链为凡链节中主碳链为8 8个碳原子个碳原子, ,含有一个碳碳双键结构时含有一个碳碳双键结构时, ,其其单体可为一种二烯烃单体可为一种二烯烃, ,两种单烯烃。含有两个碳碳双键时两种单烯烃。含有两个碳碳双键时, ,其单其单体为两种二烯烃。体为两种二烯烃。(2)(2)缩聚物单体的判断方法。缩聚物单体的判断方法。凡链节中含有酯基结构的凡链节中含有酯基结构的, ,从酯基中间断开从酯基中间断开, ,在羰基上加羟基在羰基上加羟基, ,在氧原子上加氢原子得到羧酸和醇。在氧原子上加氢原子得到羧酸和醇。凡链节中含有酰胺键结构的凡链节中含有酰胺键结构的, ,断开碳氮键断开碳氮键, ,亚氨基上加氢原亚氨基上加氢原子、羰基上加羟基子、羰基上加羟基, ,所得氨基酸为单体。所得氨基酸为单体。凡链节中含有类似凡链节中含有类似 , ,其单体一定是酚类和醛类。其单体一定是酚类和醛类。【典题通关典题通关2 2】在国际环境问题中在国际环境问题中, ,聚苯乙烯等材料的一次性使聚苯乙烯等材料的一次性使用带来的用带来的“白色污染白色污染”是极为严重的环境问题之一是极为严重的环境问题之一, ,最近研制最近研制的一种可降解塑料的一种可降解塑料, ,代号为代号为3HB,3HB,结构简式为结构简式为 , ,其具有良好的生物适应性其具有良好的生物适应性, ,能在自然界中自行降解能在自然界中自行降解, ,回答回答: :(1)(1)可降解塑料可降解塑料3HB,3HB,在自然界中通过在自然界中通过( (填序号填序号) )反应降反应降解为该聚合物的单体。解为该聚合物的单体。A.A.加成加成B.B.消去消去C.C.水解水解D.D.氧化氧化(2)(2)该聚合物的单体为该聚合物的单体为, ,单体中具有的官能团的名称单体中具有的官能团的名称为为 。(3)(3)各取各取1 mol1 mol该单体分别与钠和碳酸氢钠溶液完全反应时该单体分别与钠和碳酸氢钠溶液完全反应时, ,分分别消耗钠和碳酸氢钠的物质的量之比为别消耗钠和碳酸氢钠的物质的量之比为。(4)(4)写出由单体生成降解塑料写出由单体生成降解塑料3HB3HB的化学方程式的化学方程式:_:_ 。(5)(5)合成合成3HB3HB的单体的单体, ,还可以经一系列反应得一种工程塑料还可以经一系列反应得一种工程塑料, ,其结其结构简式为构简式为 。试写出有关化学方程式。试写出有关化学方程式: : 。【解题指南解题指南】解答本题的关键是解答本题的关键是: :(1)(1)明确明确3HB3HB是一种聚酯是一种聚酯, ,存在酯基可水解。存在酯基可水解。(2)(2)氢原子的活泼程度氢原子的活泼程度: :羧基氢羧基氢 醇羟基氢。醇羟基氢。【解析解析】(1)3HB(1)3HB是一种聚酯是一种聚酯, ,通过水解可得单体通过水解可得单体 。(2) (2) 中含有两种官能团中含有两种官能团, ,分别是羟基和羧基。分别是羟基和羧基。(3)(3)OHOH和和COOHCOOH都能与都能与NaNa反应反应, ,而与而与NaHCONaHCO3 3反应的只有反应的只有COOH,COOH,故故1 mol 1 mol 消耗消耗NaNa与与NaHCONaHCO3 3的物质的量之比为的物质的量之比为2121。(4) (4) 可发生缩聚反应生成可发生缩聚反应生成3HB3HB。(5)(5)由正推和逆推相结合由正推和逆推相结合, ,可得出合成路线如下可得出合成路线如下: :答案答案: :(1)C(1)C【变式训练变式训练】耐纶是一种重要的合成纤维耐纶是一种重要的合成纤维, ,用它可制取具有光用它可制取具有光泽、耐拉和耐化学腐蚀的人造丝和人造毛。下面是高聚物耐纶泽、耐拉和耐化学腐蚀的人造丝和人造毛。下面是高聚物耐纶分子的一部分分子的一部分: :NH(CHNH(CH2 2) )6 6NHCO(CHNHCO(CH2 2) )4 4COCO(1)(1)合成耐纶的单体有合成耐纶的单体有种。种。(2)(2)具有碱性的单体的结构简式为具有碱性的单体的结构简式为 。(3)(3)合成耐纶的反应称为合成耐纶的反应称为 反应。反应。【解析解析】 , ,从从 处断键处断键, ,氮原子上加氢原子氮原子上加氢原子, ,羰基上加羟基得羰基上加羟基得H H2 2N(CHN(CH2 2) )6 6NHNH2 2和和 。耐纶是缩聚产物。耐纶是缩聚产物。答案答案: :(1)2(1)2(2)H(2)H2 2N N(CH(CH2 2) )6 6NHNH2 2(3)(3)缩聚缩聚【加固训练加固训练】1.1.橡胶树是热带植物橡胶树是热带植物, ,在我国海南已大面积种植。从橡胶树的在我国海南已大面积种植。从橡胶树的胶乳中可以提取天然橡胶胶乳中可以提取天然橡胶, ,天然橡胶的成分是聚异戊二烯天然橡胶的成分是聚异戊二烯, ,其结其结构简式为构简式为试回答下列问题试回答下列问题: :(1)(1)天然橡胶能溶于汽油的根本原因是天然橡胶能溶于汽油的根本原因是_,_,天然橡胶加入适量的硫进行硫化后天然橡胶加入适量的硫进行硫化后, ,其结构由其结构由变成变成, ,因而硫化橡胶因而硫化橡胶( (填填“能能”或或“不能不能”) )溶溶于汽油。于汽油。(2)(2)天然橡胶的单体是一种无色液体天然橡胶的单体是一种无色液体, ,将该无色液体加入溴水中将该无色液体加入溴水中, ,溴水溴水( (填填“能能”或或“不能不能”) )褪色。褪色。【解析解析】(1)(1)从天然橡胶成分的结构简式可知天然橡胶为线型从天然橡胶成分的结构简式可知天然橡胶为线型结构的高分子结构的高分子, ,能溶于汽油等有机溶剂。天然橡胶硫化后能溶于汽油等有机溶剂。天然橡胶硫化后, ,引入引入的硫原子可通过形成共价键的硫原子可通过形成共价键, ,从而使高分子链发生交联从而使高分子链发生交联, ,形成网形成网状结构状结构, ,故硫化橡胶不能溶于汽油。故硫化橡胶不能溶于汽油。(2)(2)天然橡胶的单体中含有天然橡胶的单体中含有两个碳碳双键两个碳碳双键, ,能发生加成反应能发生加成反应, ,使溴水褪色。使溴水褪色。答案答案: :(1)(1)天然橡胶是线型结构线型结构网状结构天然橡胶是线型结构线型结构网状结构( (或体型或体型结构结构) )不能不能(2)(2)能能2.(1)2.(1)两种或两种以上单体的聚合反应叫共聚反应两种或两种以上单体的聚合反应叫共聚反应, ,如乙烯与如乙烯与异戊二烯的加成聚合异戊二烯的加成聚合: :比比1111发生加成聚合反应的化学方程式发生加成聚合反应的化学方程式:_:_ 。(2)(2)氯丁橡胶的化学结构可表示为氯丁橡胶的化学结构可表示为CHCH2 2CClCClCHCHCHCH2 2CHCH2 2CClCClCHCHCHCH2 2CHCH2 2CClCClCHCHCHCH2 2则其链节为则其链节为, ,单体为单体为_。【解析解析】若单体为含若单体为含1 1个双键的有机物个双键的有机物, ,则加聚时此双键打开则加聚时此双键打开, ,成为链节为成为链节为2 2个碳原子的主碳链个碳原子的主碳链; ;若单体为含若单体为含2 2个双键的有机物个双键的有机物( (例如二烯烃例如二烯烃),),加聚时加聚时2 2个双键均打开个双键均打开, ,但在但在2 2个双键的中间位置个双键的中间位置又生成一个新的双键又生成一个新的双键, ,因此高聚物的链节为因此高聚物的链节为4 4个碳原子的主碳链个碳原子的主碳链, ,且此主碳链上还有双键。若是不同分子间的加聚且此主碳链上还有双键。若是不同分子间的加聚, ,将上述两种将上述两种情况综合应用即可。情况综合应用即可。答案答案: :
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