高中化學：《化學與材料的制造和應用》課件 魯科版選修2

歡迎進入化學課堂 專題二化學與材料的制造和應用 一 無機非金屬材料1 傳統(tǒng)硅酸鹽材料 1 陶釉料中主要含有一些金屬及金屬氧化物 如紅色Cu2O 2 石膏的作用是調(diào)節(jié)水泥硬化速度 2 新型無機非金屬材料 1 碳化硅 SiC 又稱金剛砂 結(jié)構(gòu)與金剛石相似 硬度大 耐高溫 可作航天器的涂層材料 工業(yè)上制備碳化硅的化學方程式為 二 金屬材料1 金屬冶煉的原理金屬的冶煉是把金屬從礦石中提煉出來 由于礦石中的金屬元素絕大多數(shù)都是以正化合價存在的 所以金屬冶煉的實質(zhì)是通過一定的措施將化合態(tài)的金屬成單質(zhì) 2 金屬冶煉的方法 1 熱分解法在常見金屬活動性順序表的右端區(qū)域 如Hg Ag 如 還原 2 熱還原法可用熱還原法冶煉的金屬 其金屬性比較強 在常見金屬活動性順序表中居于中間區(qū)域 3 電解法在金屬活動性順序表中 鉀 鈣 鈉 鎂 鋁等幾種金屬的還原性很強 這些金屬都很容易失去電子 較難用還原劑還原 通常采用電解熔融金屬化合物的方法冶煉活潑金屬 例如 1 電解法缺點是耗電量大 成本較高 值得一提的是 冶煉鋁不能用電解熔融AlCl3的方法 因共價化合物在熔融時不導電 2 在高溫下 陽極產(chǎn)生的氧氣會跟碳電極發(fā)生反應 生成二氧化碳 所以在電解中要定時補充碳塊 鋁的熔點是660 C 電解鋁反應的溫度是1000 C左右 電解生成的鋁呈液態(tài) 從電解裝置的底部流出 三 金屬的腐蝕與防護1 金屬腐蝕的本質(zhì) 1 化學腐蝕和電化學腐蝕的比較 金屬單質(zhì)電子生成金屬離子 M Mn ne 失去 2 煉鐵 1 原理 利用氧化還原反應原理 高溫下利用還原劑 主要是CO 從鐵礦石中把Fe還原出來 2 原料 鐵礦石 赤鐵礦Fe2O3 磁鐵礦Fe3O4 褐鐵礦2Fe2O3 3H2O 菱鐵礦FeCO3 焦炭 熔劑 石灰石 空氣 3 生產(chǎn)過程 還原劑的生成 爐腹 3 煉鋼 1 原理 利用氧化還原反應 在高溫下用氧化劑 O2 Fe2O3等 把生鐵中過多碳及其他雜質(zhì) S P等 氧化除去 2 原料 生鐵 空氣 造渣材料 CaO 脫氧劑 硅鐵 錳鐵或鋁 3 生產(chǎn)過程 4 設備 平爐 轉(zhuǎn)爐 電爐 1 煉鋼開始和熔煉完畢都發(fā)生的反應是 開始時是利用FeO將生鐵中的Mn和Si氧化 將它們的含量降低到規(guī)定的范圍 生成的二氧化硅 氧化錳 氧化亞鐵互相作用成為爐渣浮在鋼水面上 煉鋼將要結(jié)束時 加入錳鐵 硅鐵等 目的是除去鋼液中多余的氧 并且調(diào)整鋼的成分 2 在煉鐵高爐內(nèi) 鐵礦石和CO在爐身發(fā)生反應 在爐腰開始生成生鐵和爐渣 3 在煉鐵和煉鋼的過程中都有碳參加反應 其作用不同 在煉鐵過程中碳被氧化 既起產(chǎn)生熱量的作用 又起產(chǎn)生還原劑一氧化碳的作用 煉鋼過程中 碳參加反應 從而達到降低含碳量的作用 4 在煉鐵過程中用石灰石 CaCO3 做造渣材料 而在煉鋼過程中用生石灰 CaO 做造渣材料 2008年山東理綜 鋼鐵工業(yè)對促進經(jīng)濟和社會發(fā)展起了重要作用 1 煉鐵高爐分為五部分 鐵礦石與高溫煤氣主要在 部分發(fā)生反應 在 部分開始生成生鐵和爐渣 2 煉鋼時 除磷的化學方程式為 加入硅 錳和鋁的目的是 3 不銹鋼含有Cr元素是在煉鋼過程中的氧吹 填 前 或 后 加入 原因是 解析 1 煉鐵高爐內(nèi) 鐵礦石的還原和生鐵的生成 主要在爐身和爐腰部分 2 除磷的反應是FeO氧化P成P2O5再與CaO生成Ca3 PO4 2 形成爐渣 煉鋼時加入硅 錳和鋁的目的是脫除過量的氧 調(diào)整鋼中的硅 錳含量 3 加Cr是為了改變合金成分 若在氧吹前加Cr 則Cr會被氧化除去 故應在氧吹后加入 4 煉鐵和煉鋼尾氣中均含有CO氣體 會污染大氣 應回收利用 可用做燃料或做還原劑 4 煉鐵和煉鋼生產(chǎn)中 尾氣均含有的主要污染物是 從環(huán)保和經(jīng)濟角度考慮 上述尾氣經(jīng)處理可用作 答案 1 爐身爐腰脫氧和調(diào)整鋼的成分 3 后避免Cr被氧化 或 氧吹前加入Cr會形成爐渣被除去 4 CO燃料 或還原劑 1 1 寫出下列冶煉金屬的化學反應方程式 用紅鋅礦 ZnO 冶煉鋅 用磁鐵礦 Fe3O4 冶煉鐵 用食鹽 NaCl 冶煉鈉 2 高溫灼燒孔雀石 Cu2 OH 2CO3 和木炭的混合物可得到一種紫紅色光澤的金屬 其反應的化學方程式為 3 用純凈的鋁土礦 Al2O3 冰晶石和二氧化錳作原料可制取金屬錳 冰晶石作Al2O3的熔劑 其化學反應方程式為 4 請簡述幾種常見的防止金屬腐蝕的方法 不低于3種 材料的生產(chǎn)1 無機非金屬材料的性質(zhì)和生產(chǎn) 見基礎知識梳理 2 合成高分子化合物的主要化學反應有加聚反應和縮聚反應 對照比較如下 1 加聚反應中高聚物的相對分子質(zhì)量為單體相對分子質(zhì)量的整數(shù)倍 2 加聚反應中的聚合度n值不同 所以高聚物的相對分子質(zhì)量是個平均值 3 高聚物是混合物 無固定熔 沸點 4 縮合聚合反應中有小分子生成 這是區(qū)別于加成聚合反應的特征之一 3 高分子化合物單體的推斷 首先需判斷聚合類型 1 加聚型高分子單體的推斷 一般用 兩碳分段法 A 凡鏈節(jié)的主鏈上只有兩個碳原子 無其他原子 的高聚物 其合成單體必為一種 將兩半鍵閉合即可 B 凡鏈節(jié)主鏈只有四個碳原子 無其他原子 且鏈節(jié)無雙鍵的高聚物 其單體必為兩種 在正中央劃線斷開后將四個半鍵閉合即可 C 若高聚物中含有碳碳雙鍵 則單體中必有一種二烯烴或炔烴 推斷單體時 按兩碳分段法 第一步 將聚合物的鏈節(jié)中的單 雙鍵互換 即單鍵改為雙鍵 雙鍵改為單鍵 第二步 按碳四價檢查 超過四價的相鄰兩碳原子中間斷開 每一部分即為一單體 2 縮聚型高分子單體的推斷一般說來 縮聚產(chǎn)物的單體多含有兩個能相互發(fā)生反應的官能團 A 主鏈上有酯基或肽鍵時 破此鍵 哪里來回哪里去 按水解規(guī)律 加 OH成酸 加 H成醇或氨基 B 主鏈上有 C6H4 OH C 一般為醛類和酚類的縮聚產(chǎn)物 苯環(huán)補氫 另一部分的碳上加氧 3 下列有關(guān)材料的組成或結(jié)構(gòu)的表示中 不正確的是 A 光導纖維 SiO2B 陶瓷 由Na2SiO3 CaSiO3 SiO2組成的混合物C 包裝食品的塑料 D 天然橡膠 解析 陶瓷的主要成分是復雜的硅酸鹽 而玻璃是由Na2SiO3 CaSiO3 SiO2組成的混合物 答案 B 解析 由Fe3O4 8e 3Fe 4O2 知1molFe3O4 磁鐵礦 被還原為Fe時應轉(zhuǎn)移8mol電子 1 氧化還原反應廣泛應用于金屬的冶煉 下列說法不正確的是 A 電解熔融氯化鈉制取金屬鈉的反應中 鈉離子被還原 氯離子被氧化B 濕法煉銅與火法煉銅的反應中 銅元素都發(fā)生還原反應C 用磁鐵礦煉鐵的反應中 1molFe3O4被CO還原成Fe 轉(zhuǎn)移9mole D 鋁熱法還原鐵的反應中 放出的熱量能使鐵熔化 答案 C 2 下列有關(guān)生鐵煉鋼的敘述錯誤的是 A 添加必要的元素 改善鋼材的組織結(jié)構(gòu)和性能B 適當降低生鐵中的含碳量 除去大部分硫 磷等雜質(zhì)C 加入硅 錳 鋁等合金元素調(diào)整成分并脫去鋼水中的氧D 除去生鐵中的非金屬元素 解析 生鐵煉鋼時適當?shù)亟档秃剂?除去大部分硫 磷并不能全部除去生鐵中的C Si等非金屬 答案 D 解析 新型無機非金屬材料如Si3N4陶瓷 Al2O3陶瓷 SiC C60等均不屬于硅酸鹽 3 下列有關(guān)材料的說法不正確的是 A 金屬材料是指金屬及其合金 且合金的性能優(yōu)于純金屬B 傳統(tǒng)無機非金屬材料和新型無機非金屬材料的主要成分都是硅酸鹽C 復合材料是由基體和增強體兩部分組成的D C60也是一種材料 答案 B 4 現(xiàn)代戰(zhàn)場上有一種破壞供電系統(tǒng)的非金屬細纖維炸彈 這種炸彈爆炸后 非金屬細纖維落到電線上 引起短路 損壞發(fā)電機或變壓器 從而使其電力系統(tǒng)癱瘓 這種纖維是 A 硫纖維B 木纖維C 碳纖維D 棉纖維 解析 在非金屬單質(zhì)中 石墨可以導電 所以該纖維最可能是碳纖維 答案 C 5 從鋁土礦制備鋁所涉及的下列有關(guān)反應中 屬于氧化還原反應的是 A 鋁土礦溶于NaOH溶液中B 四羥基合鋁酸鈉溶液通CO2酸化C 灼燒氫氧化鋁固體D 電解熔融的氧化鋁 6 海水中鎂的總儲量約為2 1 1015t 目前世界上60 的鎂來自海水 工業(yè)規(guī)模海水中提取鎂的流程如圖所示 試回答下列問題 1 請寫出從海水提取鎂的過程中 反應的化學方程式 2 工業(yè)上采用電解MgCl2的方法制得金屬鎂 電解槽中陰極的電極反應式為 3 工業(yè)上制取金屬鋁時不用電解AlCl3的方法而是用電解熔融Al2O3的方法 試解釋鋁電解槽中的陽極炭塊為何要定期更換 解析 生產(chǎn)原理為利用CaCO3分解得到的CaO溶于水生成Ca OH 2 利用Ca OH 2將Mg2 沉淀下來 Mg OH 2與鹽酸反應生成MgCl2 得到MgCl2晶體后在熔融條件下進行電解 得到Mg單質(zhì) 工業(yè)上制Al要電解Al2O3 是因為AlCl3為共價化合物 3 陽極材料中的炭與陽極產(chǎn)生的氧氣發(fā)生反應而不斷地被消耗 一 選擇題 每小題6分 共36分 1 根據(jù)陶瓷的生產(chǎn)原理 可以得出硅酸鹽工業(yè)的一般特點是 以含硅物質(zhì)作為原料 主要產(chǎn)物是硅酸鹽 反應條件是高溫 反應原理是復雜的物理變化和化學變化A 只有 B 只有 C D 只有 解析 陶瓷是利用黏土在高溫條件下燒制 得結(jié)構(gòu)致密的多晶燒結(jié)體 其生產(chǎn)過程中發(fā)生復雜的化學變化和物理變化 故 正確 應選C 答案 C 2 下列敘述正確的是 工業(yè)上合成非氧化物陶瓷氮化硅 Si3N4 需要在高溫 空氣氣氛中進行 鋼鐵制品銹蝕主要是因為鋼鐵中含有碳而發(fā)生原電池反應 因此生鐵煉鋼時要盡可能完全除去生鐵中的碳 建設三峽大壩需要使用大量水泥 水泥是硅酸鹽材料 夏天人們佩戴由添加氧化亞銅的二氧化硅玻璃制作的變色眼鏡來保護眼睛 太陽能電池可采用硅材料制作 其應用有利于環(huán)保 節(jié)能 解析 本題考查化學與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系 生產(chǎn)Si3N4陶瓷若在空氣氣氛中會生成SiO2等 生鐵煉鋼的目的是改善其機械性能 為此要盡可能地除去P S等雜質(zhì) 調(diào)整其含碳量 添加Cu2O的玻璃呈紅色 不具有變色性能 A B C D 答案 D 4 在煉鐵 煉鋼過程中都有碳參加反應 下列有關(guān)碳參加反應的敘述正確的是 A 兩個過程中碳原子都被氧化 都只起著提供熱源的作用B 煉鐵過程中碳被氧化 既起產(chǎn)生熱量的作用 又起產(chǎn)生CO的作用C 煉鋼過程中碳被還原 從而達到降低含碳量的目的D 煉鐵過程中碳參加反應 只起產(chǎn)生CO的作用 解析 煉鐵過程中碳被氧化 既起產(chǎn)生熱量的作用 又起產(chǎn)生CO的作用 煉鋼過程中碳被氧化 從而達到降低含碳量的目的 故選B 答案 B 5 角膜接觸鏡俗稱隱形眼鏡 其性能要有良好的透氣性和親水性 目前大量使用的軟性隱形眼鏡常用材料是 A 聚乙烯B 聚氯乙烯C D 解析 羥基 OH 有親水性 答案 C 6 二十世紀化學合成技術(shù)的發(fā)展對人類健康水平和生活質(zhì)量的提高作出了巨大貢獻 下列各組物質(zhì)全部由化學合成得到的是 A 玻璃纖維素青霉素B 尿素食鹽聚乙烯C 滌綸洗衣粉阿司匹林D 石英橡膠磷化銦 解析 A項中纖維素 B項中食鹽 D項中石英均不需人工合成 答案 C 解析 Al2O3的熔 沸點很高 但電解必須在熔融狀態(tài)下進行 故用冰晶石降低Al2O3的熔化溫度 陰 陽極材料只起導電的作用 不參與電極反應 選用石墨 電解時 陽極發(fā)生氧化反應 生成的O2與石墨反應而不斷消耗 最能體現(xiàn)節(jié)能減排思想的是通過物理變化的方式將廢舊鋁材回收利用 答案 1 降低Al2O3的熔化溫度 2 下層 3 碳素 或石墨 陽極 4 c 8 16分 鋼鐵依然是現(xiàn)代社會重要的材料 聯(lián)合鋼鐵工業(yè)的基本生產(chǎn)流程示意圖如下 1 請任意寫出一種常用鐵礦石的化學式 2 鐵礦石中含有脈石 SiO2 向煉鐵爐中加入石灰石的主要作用是形成爐渣而將脈石除去 該步反應的化學方程式為 3 采用固體原料 鐵礦石 焦炭 石灰石 從上口投入 熱空氣 含N2 O2 從進風口通入 是利用 原理 得到高爐煤氣的主要成分 其中 可以回收利用 4 生鐵中含有較多的碳而使得生鐵變得質(zhì)脆而不宜鍛造 煉鋼的目的之一是降低生鐵中碳的含量 在煉鋼過程中降碳的主要反應是 5 某探究學習小組取煉出的生鐵樣品28 12g 假設只含F(xiàn)e和C 在氧氣流中充分反應后得到標準狀況下CO2氣體224mL 另取三份不同質(zhì)量的同種樣品分別加到100mL相同濃度的H2SO4溶液中 充分反應后 測得如表所示的實驗數(shù)據(jù) 解析 1 常見的鐵礦石有 赤鐵礦 Fe2O3 磁鐵礦 Fe3O4 褐鐵礦 2Fe2O3 3H2O 菱鐵礦 FeCO3 等 2 鐵礦石里含有難熔化的脈石 如果不把它們除去 就會影響生鐵的冶煉 加入石灰石目的是除去脈石 因為石灰石在高溫下分解生成的氧化鈣 能跟脈石里的二氧化硅起反應而生成熔點較低的硅酸鈣 從礦石里分離出來 計算 樣品中鐵和炭的物質(zhì)的量之比 所用硫酸溶液的物質(zhì)的量濃度 9 18分 氯堿工業(yè)中 通過電解飽和食鹽水獲得重要的化工原料 其中氯氣用途十分廣泛 除用于凈水 環(huán)境消毒外 還用于生產(chǎn)鹽酸 聚氯乙烯 氯苯等 1 電解飽和食鹽水的化學方程式為 2 氯氣用于生產(chǎn)半導體材料硅的流程如下 石英砂的主要成分是 在制備粗硅時 焦炭的作用是 由四氯化硅得到高純硅的化學方程式是 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 就是以氯氣和乙烯為主要原料通過 消去和 三步主要反應生產(chǎn)的 生產(chǎn)聚氯乙烯的有關(guān)反應的化學方程式為 4 上述兩種生產(chǎn)過程可得到同一種副產(chǎn)品 該副產(chǎn)品是 10 18分 原創(chuàng) 無論是從在國民經(jīng)濟中的地位來看 還是從學科發(fā)展的角度來看 硅都發(fā)揮著重要的作用 1 人類使用硅酸鹽產(chǎn)品 陶瓷等 的歷史已經(jīng)快一萬年了 但在1823年才獲得單質(zhì)硅 瑞典化學家貝采利烏斯用金屬鉀還原SiF4獲得單質(zhì)硅 寫出化學方程式 2 由于制取方法和條件的不同 得到的單質(zhì)硅形態(tài)不同 其性質(zhì)也不同 D Al元素在KAlF4和K2AlF5中化合價不同 用白砂子與鎂粉混合在高溫條件下得到無定形硅 反應的化學方程式為 無定形硅和晶體硅的結(jié)構(gòu)有很大的差別 無定形硅為棕色粉末 而晶體硅是純灰色 不透明而有光澤的等軸八面晶體 無定形硅的化學性質(zhì)比晶體硅活潑得多 通過上述描述你能得出的結(jié)論是 3 硅在煉鋼時用作去氧劑 還原在冶煉過程中所形成的FeO 化學方程式為 4 在野外 為了迅速得到氫氣 用硅粉與干燥的Ca OH 2和NaOH混合 并加強熱 即可迅速得到H2 Na2SiO3 CaO 這種混合物叫做生氫劑 請寫出該反應的化學方程式 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全