高中化学：《化学与材料的制造和应用》课件 鲁科版选修2

欢迎进入化学课堂 专题二化学与材料的制造和应用 一 无机非金属材料1 传统硅酸盐材料 1 陶釉料中主要含有一些金属及金属氧化物 如红色Cu2O 2 石膏的作用是调节水泥硬化速度 2 新型无机非金属材料 1 碳化硅 SiC 又称金刚砂 结构与金刚石相似 硬度大 耐高温 可作航天器的涂层材料 工业上制备碳化硅的化学方程式为 二 金属材料1 金属冶炼的原理金属的冶炼是把金属从矿石中提炼出来 由于矿石中的金属元素绝大多数都是以正化合价存在的 所以金属冶炼的实质是通过一定的措施将化合态的金属成单质 2 金属冶炼的方法 1 热分解法在常见金属活动性顺序表的右端区域 如Hg Ag 如 还原 2 热还原法可用热还原法冶炼的金属 其金属性比较强 在常见金属活动性顺序表中居于中间区域 3 电解法在金属活动性顺序表中 钾 钙 钠 镁 铝等几种金属的还原性很强 这些金属都很容易失去电子 较难用还原剂还原 通常采用电解熔融金属化合物的方法冶炼活泼金属 例如 1 电解法缺点是耗电量大 成本较高 值得一提的是 冶炼铝不能用电解熔融AlCl3的方法 因共价化合物在熔融时不导电 2 在高温下 阳极产生的氧气会跟碳电极发生反应 生成二氧化碳 所以在电解中要定时补充碳块 铝的熔点是660 C 电解铝反应的温度是1000 C左右 电解生成的铝呈液态 从电解装置的底部流出 三 金属的腐蚀与防护1 金属腐蚀的本质 1 化学腐蚀和电化学腐蚀的比较 金属单质电子生成金属离子 M Mn ne 失去 2 炼铁 1 原理 利用氧化还原反应原理 高温下利用还原剂 主要是CO 从铁矿石中把Fe还原出来 2 原料 铁矿石 赤铁矿Fe2O3 磁铁矿Fe3O4 褐铁矿2Fe2O3 3H2O 菱铁矿FeCO3 焦炭 熔剂 石灰石 空气 3 生产过程 还原剂的生成 炉腹 3 炼钢 1 原理 利用氧化还原反应 在高温下用氧化剂 O2 Fe2O3等 把生铁中过多碳及其他杂质 S P等 氧化除去 2 原料 生铁 空气 造渣材料 CaO 脱氧剂 硅铁 锰铁或铝 3 生产过程 4 设备 平炉 转炉 电炉 1 炼钢开始和熔炼完毕都发生的反应是 开始时是利用FeO将生铁中的Mn和Si氧化 将它们的含量降低到规定的范围 生成的二氧化硅 氧化锰 氧化亚铁互相作用成为炉渣浮在钢水面上 炼钢将要结束时 加入锰铁 硅铁等 目的是除去钢液中多余的氧 并且调整钢的成分 2 在炼铁高炉内 铁矿石和CO在炉身发生反应 在炉腰开始生成生铁和炉渣 3 在炼铁和炼钢的过程中都有碳参加反应 其作用不同 在炼铁过程中碳被氧化 既起产生热量的作用 又起产生还原剂一氧化碳的作用 炼钢过程中 碳参加反应 从而达到降低含碳量的作用 4 在炼铁过程中用石灰石 CaCO3 做造渣材料 而在炼钢过程中用生石灰 CaO 做造渣材料 2008年山东理综 钢铁工业对促进经济和社会发展起了重要作用 1 炼铁高炉分为五部分 铁矿石与高温煤气主要在 部分发生反应 在 部分开始生成生铁和炉渣 2 炼钢时 除磷的化学方程式为 加入硅 锰和铝的目的是 3 不锈钢含有Cr元素是在炼钢过程中的氧吹 填 前 或 后 加入 原因是 解析 1 炼铁高炉内 铁矿石的还原和生铁的生成 主要在炉身和炉腰部分 2 除磷的反应是FeO氧化P成P2O5再与CaO生成Ca3 PO4 2 形成炉渣 炼钢时加入硅 锰和铝的目的是脱除过量的氧 调整钢中的硅 锰含量 3 加Cr是为了改变合金成分 若在氧吹前加Cr 则Cr会被氧化除去 故应在氧吹后加入 4 炼铁和炼钢尾气中均含有CO气体 会污染大气 应回收利用 可用做燃料或做还原剂 4 炼铁和炼钢生产中 尾气均含有的主要污染物是 从环保和经济角度考虑 上述尾气经处理可用作 答案 1 炉身炉腰脱氧和调整钢的成分 3 后避免Cr被氧化 或 氧吹前加入Cr会形成炉渣被除去 4 CO燃料 或还原剂 1 1 写出下列冶炼金属的化学反应方程式 用红锌矿 ZnO 冶炼锌 用磁铁矿 Fe3O4 冶炼铁 用食盐 NaCl 冶炼钠 2 高温灼烧孔雀石 Cu2 OH 2CO3 和木炭的混合物可得到一种紫红色光泽的金属 其反应的化学方程式为 3 用纯净的铝土矿 Al2O3 冰晶石和二氧化锰作原料可制取金属锰 冰晶石作Al2O3的熔剂 其化学反应方程式为 4 请简述几种常见的防止金属腐蚀的方法 不低于3种 材料的生产1 无机非金属材料的性质和生产 见基础知识梳理 2 合成高分子化合物的主要化学反应有加聚反应和缩聚反应 对照比较如下 1 加聚反应中高聚物的相对分子质量为单体相对分子质量的整数倍 2 加聚反应中的聚合度n值不同 所以高聚物的相对分子质量是个平均值 3 高聚物是混合物 无固定熔 沸点 4 缩合聚合反应中有小分子生成 这是区别于加成聚合反应的特征之一 3 高分子化合物单体的推断 首先需判断聚合类型 1 加聚型高分子单体的推断 一般用 两碳分段法 A 凡链节的主链上只有两个碳原子 无其他原子 的高聚物 其合成单体必为一种 将两半键闭合即可 B 凡链节主链只有四个碳原子 无其他原子 且链节无双键的高聚物 其单体必为两种 在正中央划线断开后将四个半键闭合即可 C 若高聚物中含有碳碳双键 则单体中必有一种二烯烃或炔烃 推断单体时 按两碳分段法 第一步 将聚合物的链节中的单 双键互换 即单键改为双键 双键改为单键 第二步 按碳四价检查 超过四价的相邻两碳原子中间断开 每一部分即为一单体 2 缩聚型高分子单体的推断一般说来 缩聚产物的单体多含有两个能相互发生反应的官能团 A 主链上有酯基或肽键时 破此键 哪里来回哪里去 按水解规律 加 OH成酸 加 H成醇或氨基 B 主链上有 C6H4 OH C 一般为醛类和酚类的缩聚产物 苯环补氢 另一部分的碳上加氧 3 下列有关材料的组成或结构的表示中 不正确的是 A 光导纤维 SiO2B 陶瓷 由Na2SiO3 CaSiO3 SiO2组成的混合物C 包装食品的塑料 D 天然橡胶 解析 陶瓷的主要成分是复杂的硅酸盐 而玻璃是由Na2SiO3 CaSiO3 SiO2组成的混合物 答案 B 解析 由Fe3O4 8e 3Fe 4O2 知1molFe3O4 磁铁矿 被还原为Fe时应转移8mol电子 1 氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼 下列说法不正确的是 A 电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中 钠离子被还原 氯离子被氧化B 湿法炼铜与火法炼铜的反应中 铜元素都发生还原反应C 用磁铁矿炼铁的反应中 1molFe3O4被CO还原成Fe 转移9mole D 铝热法还原铁的反应中 放出的热量能使铁熔化 答案 C 2 下列有关生铁炼钢的叙述错误的是 A 添加必要的元素 改善钢材的组织结构和性能B 适当降低生铁中的含碳量 除去大部分硫 磷等杂质C 加入硅 锰 铝等合金元素调整成分并脱去钢水中的氧D 除去生铁中的非金属元素 解析 生铁炼钢时适当地降低含碳量 除去大部分硫 磷并不能全部除去生铁中的C Si等非金属 答案 D 解析 新型无机非金属材料如Si3N4陶瓷 Al2O3陶瓷 SiC C60等均不属于硅酸盐 3 下列有关材料的说法不正确的是 A 金属材料是指金属及其合金 且合金的性能优于纯金属B 传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐C 复合材料是由基体和增强体两部分组成的D C60也是一种材料 答案 B 4 现代战场上有一种破坏供电系统的非金属细纤维炸弹 这种炸弹爆炸后 非金属细纤维落到电线上 引起短路 损坏发电机或变压器 从而使其电力系统瘫痪 这种纤维是 A 硫纤维B 木纤维C 碳纤维D 棉纤维 解析 在非金属单质中 石墨可以导电 所以该纤维最可能是碳纤维 答案 C 5 从铝土矿制备铝所涉及的下列有关反应中 属于氧化还原反应的是 A 铝土矿溶于NaOH溶液中B 四羟基合铝酸钠溶液通CO2酸化C 灼烧氢氧化铝固体D 电解熔融的氧化铝 6 海水中镁的总储量约为2 1 1015t 目前世界上60 的镁来自海水 工业规模海水中提取镁的流程如图所示 试回答下列问题 1 请写出从海水提取镁的过程中 反应的化学方程式 2 工业上采用电解MgCl2的方法制得金属镁 电解槽中阴极的电极反应式为 3 工业上制取金属铝时不用电解AlCl3的方法而是用电解熔融Al2O3的方法 试解释铝电解槽中的阳极炭块为何要定期更换 解析 生产原理为利用CaCO3分解得到的CaO溶于水生成Ca OH 2 利用Ca OH 2将Mg2 沉淀下来 Mg OH 2与盐酸反应生成MgCl2 得到MgCl2晶体后在熔融条件下进行电解 得到Mg单质 工业上制Al要电解Al2O3 是因为AlCl3为共价化合物 3 阳极材料中的炭与阳极产生的氧气发生反应而不断地被消耗 一 选择题 每小题6分 共36分 1 根据陶瓷的生产原理 可以得出硅酸盐工业的一般特点是 以含硅物质作为原料 主要产物是硅酸盐 反应条件是高温 反应原理是复杂的物理变化和化学变化A 只有 B 只有 C D 只有 解析 陶瓷是利用黏土在高温条件下烧制 得结构致密的多晶烧结体 其生产过程中发生复杂的化学变化和物理变化 故 正确 应选C 答案 C 2 下列叙述正确的是 工业上合成非氧化物陶瓷氮化硅 Si3N4 需要在高温 空气气氛中进行 钢铁制品锈蚀主要是因为钢铁中含有碳而发生原电池反应 因此生铁炼钢时要尽可能完全除去生铁中的碳 建设三峡大坝需要使用大量水泥 水泥是硅酸盐材料 夏天人们佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛 太阳能电池可采用硅材料制作 其应用有利于环保 节能 解析 本题考查化学与工农业生产的关系 生产Si3N4陶瓷若在空气气氛中会生成SiO2等 生铁炼钢的目的是改善其机械性能 为此要尽可能地除去P S等杂质 调整其含碳量 添加Cu2O的玻璃呈红色 不具有变色性能 A B C D 答案 D 4 在炼铁 炼钢过程中都有碳参加反应 下列有关碳参加反应的叙述正确的是 A 两个过程中碳原子都被氧化 都只起着提供热源的作用B 炼铁过程中碳被氧化 既起产生热量的作用 又起产生CO的作用C 炼钢过程中碳被还原 从而达到降低含碳量的目的D 炼铁过程中碳参加反应 只起产生CO的作用 解析 炼铁过程中碳被氧化 既起产生热量的作用 又起产生CO的作用 炼钢过程中碳被氧化 从而达到降低含碳量的目的 故选B 答案 B 5 角膜接触镜俗称隐形眼镜 其性能要有良好的透气性和亲水性 目前大量使用的软性隐形眼镜常用材料是 A 聚乙烯B 聚氯乙烯C D 解析 羟基 OH 有亲水性 答案 C 6 二十世纪化学合成技术的发展对人类健康水平和生活质量的提高作出了巨大贡献 下列各组物质全部由化学合成得到的是 A 玻璃纤维素青霉素B 尿素食盐聚乙烯C 涤纶洗衣粉阿司匹林D 石英橡胶磷化铟 解析 A项中纤维素 B项中食盐 D项中石英均不需人工合成 答案 C 解析 Al2O3的熔 沸点很高 但电解必须在熔融状态下进行 故用冰晶石降低Al2O3的熔化温度 阴 阳极材料只起导电的作用 不参与电极反应 选用石墨 电解时 阳极发生氧化反应 生成的O2与石墨反应而不断消耗 最能体现节能减排思想的是通过物理变化的方式将废旧铝材回收利用 答案 1 降低Al2O3的熔化温度 2 下层 3 碳素 或石墨 阳极 4 c 8 16分 钢铁依然是现代社会重要的材料 联合钢铁工业的基本生产流程示意图如下 1 请任意写出一种常用铁矿石的化学式 2 铁矿石中含有脉石 SiO2 向炼铁炉中加入石灰石的主要作用是形成炉渣而将脉石除去 该步反应的化学方程式为 3 采用固体原料 铁矿石 焦炭 石灰石 从上口投入 热空气 含N2 O2 从进风口通入 是利用 原理 得到高炉煤气的主要成分 其中 可以回收利用 4 生铁中含有较多的碳而使得生铁变得质脆而不宜锻造 炼钢的目的之一是降低生铁中碳的含量 在炼钢过程中降碳的主要反应是 5 某探究学习小组取炼出的生铁样品28 12g 假设只含Fe和C 在氧气流中充分反应后得到标准状况下CO2气体224mL 另取三份不同质量的同种样品分别加到100mL相同浓度的H2SO4溶液中 充分反应后 测得如表所示的实验数据 解析 1 常见的铁矿石有 赤铁矿 Fe2O3 磁铁矿 Fe3O4 褐铁矿 2Fe2O3 3H2O 菱铁矿 FeCO3 等 2 铁矿石里含有难熔化的脉石 如果不把它们除去 就会影响生铁的冶炼 加入石灰石目的是除去脉石 因为石灰石在高温下分解生成的氧化钙 能跟脉石里的二氧化硅起反应而生成熔点较低的硅酸钙 从矿石里分离出来 计算 样品中铁和炭的物质的量之比 所用硫酸溶液的物质的量浓度 9 18分 氯碱工业中 通过电解饱和食盐水获得重要的化工原料 其中氯气用途十分广泛 除用于净水 环境消毒外 还用于生产盐酸 聚氯乙烯 氯苯等 1 电解饱和食盐水的化学方程式为 2 氯气用于生产半导体材料硅的流程如下 石英砂的主要成分是 在制备粗硅时 焦炭的作用是 由四氯化硅得到高纯硅的化学方程式是 3 用于制造塑料薄膜 人造革 塑料管材和板材的聚氯乙烯 PVC塑料 就是以氯气和乙烯为主要原料通过 消去和 三步主要反应生产的 生产聚氯乙烯的有关反应的化学方程式为 4 上述两种生产过程可得到同一种副产品 该副产品是 10 18分 原创 无论是从在国民经济中的地位来看 还是从学科发展的角度来看 硅都发挥着重要的作用 1 人类使用硅酸盐产品 陶瓷等 的历史已经快一万年了 但在1823年才获得单质硅 瑞典化学家贝采利乌斯用金属钾还原SiF4获得单质硅 写出化学方程式 2 由于制取方法和条件的不同 得到的单质硅形态不同 其性质也不同 D Al元素在KAlF4和K2AlF5中化合价不同 用白砂子与镁粉混合在高温条件下得到无定形硅 反应的化学方程式为 无定形硅和晶体硅的结构有很大的差别 无定形硅为棕色粉末 而晶体硅是纯灰色 不透明而有光泽的等轴八面晶体 无定形硅的化学性质比晶体硅活泼得多 通过上述描述你能得出的结论是 3 硅在炼钢时用作去氧剂 还原在冶炼过程中所形成的FeO 化学方程式为 4 在野外 为了迅速得到氢气 用硅粉与干燥的Ca OH 2和NaOH混合 并加强热 即可迅速得到H2 Na2SiO3 CaO 这种混合物叫做生氢剂 请写出该反应的化学方程式 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全