【志鴻優(yōu)化設計】2014屆高考化學一輪復習 化學與技術第3節(jié)化學與材料的發(fā)展教學案 新人教版選修2

第3節(jié)化學與材料的發(fā)展eq\a\vs4\al(考綱點擊)1．討論社會發(fā)展和科技進步對材料的要求，認識化學對材料科學發(fā)展的促進作用。2．舉例說明金屬材料、無機非金屬材料、高分子合成材料、復合材料和其他新材料的特點，了解有關的生產(chǎn)原理。3．舉例說明用化學方法進行金屬材料表面處理的原理。4．收集我國現(xiàn)代材料研究和材料工業(yè)發(fā)展情況的資料，認識新材料的發(fā)展方向。一、無機非金屬材料1．傳統(tǒng)硅酸鹽材料傳統(tǒng)硅酸鹽材料一般是以______、______、______、________等為原料生產(chǎn)的。這些原料一般都含有________，空間結(jié)構(gòu)為________，結(jié)構(gòu)的特殊性決定硅酸鹽材料大多具有穩(wěn)定性強、硬度高、熔點高、難溶于水、絕緣、耐腐蝕等特點。因此由它們制造的陶瓷、玻璃、水泥等材料，被廣泛地應用于生產(chǎn)和生活中。(1)陶瓷：傳統(tǒng)陶瓷大多是將____和____的混合物通過高溫燒結(jié)制成的；陶瓷種類很多，主要分為______、______、______等。(2)玻璃：普通玻璃是以________、________、______為主要原料，經(jīng)過若干工序制成。它的主要成分為_____________和__________，制造過程中發(fā)生的主要反應是_________、______________________________。(3)水泥：普通硅酸鹽水泥的原料是________、______；在窯中煅燒得到熟料再配以適量的__________即得產(chǎn)品；水泥的主要成分是___________、__________、___________等。2．新型無機非金屬材料(1)新型陶瓷：新型陶瓷突破了以______和____兩種元素為主，如SiC又稱______，其制備反應方程式為____________________。再如氮化硅，有多種制造方法(寫出制備反應方程式)：①______________________；②______________________________。(2)單晶硅：高純度硅制備的主要反應：①__________________________________；②__________________________________；③__________________________________。(3)石墨、金剛石和C60：20世紀50年代石墨轉(zhuǎn)變成金剛石的生產(chǎn)條件是______________、__________________、________________；化學氣相沉積法制造金剛石薄膜的原理為____________________________________。C60材料是碳的另一類單質(zhì)，類似的還有C70、C240、C540、C960等。C60可能成為新型貯氫材料，而K3C60具有超導性，可開發(fā)出高溫超導材料，碳納米管則具有更大的韌性。即時訓練1下列說法中正確的是__________。①陶瓷、玻璃、水泥均屬于硅酸鹽材料②玻璃是純凈物，陶瓷是混合物③黏土、石英中均含有硅氧四面體結(jié)構(gòu)④粗硅提純過程中不涉及氧化還原反應⑤Si3N4屬于新型陶瓷⑥太陽能電池板的主要成分是SiO2⑦陶瓷的主要原料是黏土及石英二、金屬的冶煉1．鋼鐵的冶煉(1)工業(yè)煉鐵①主要原料：鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣。②主要設備：高爐。③反應原理：化合態(tài)鐵較易被還原。在高溫下，一氧化碳氣體可將化合態(tài)的鐵還原為單質(zhì)鐵。C＋O2eq\o(=,\s\up7(點燃))CO2(提供熱能，制造CO2)CO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))2CO(制造還原劑)Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2(制造生鐵)CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑(除去SiO2)(2)工業(yè)煉鋼①煉鋼原理煉鋼就是在高溫下用______劑將生鐵中過多的碳和其他雜質(zhì)氧化成氣體或爐渣除去。在煉鋼的過程中要發(fā)生多而復雜的氧化還原反應，例如：2C＋O2eq\o(=,\s\up7(高溫))2CO2Fe＋O2eq\o(=,\s\up7(高溫))2FeOFeO＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))CO↑＋Fe(脫碳)FeS＋CaOeq\②煉鋼的主要設備煉鋼的主要設備是轉(zhuǎn)爐。③煉鋼的主要原料煉鋼的主要原料是______、______、______和合金元素。(3)實際生產(chǎn)中的作用實際生產(chǎn)中，控制氧及各種元素含量是煉鋼中的一項關鍵技術，用計算機控制過程，實現(xiàn)根據(jù)樣品中碳等元素的含量及鋼水的溫度等數(shù)據(jù)，及時調(diào)節(jié)氧氣的供應量，準確添加必要的元素，使煉出的鋼水達到設計要求。2．鋁的冶煉(1)原料：________(主要成分為Al2O3)。(2)提純Al2O3相關化學方程式：_______________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)電解Al2O3化學方程式：____________________________；加入冰晶石及少量螢石的目的是__________________。即時訓練2下列敘述中不正確的是________。①金屬的冶煉過程一定涉及氧化還原反應②煉鐵與煉鋼的原理相同，都是使用還原劑在高溫下把鐵從其礦石中還原出來③冶煉金屬一定要加入還原劑④生鐵的冶煉一般在高爐中進行，原料為鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣⑤煉鐵中加入石灰石的主要目的是除去鐵礦石中的脈石⑥工業(yè)上從鋁土礦中提取三氧化二鋁，需要三步反應，且均不是氧化還原反應⑦冶煉鋁時加入冰晶石(Na3AlF6)是為了提供鋁元素，使電解能順利進行⑧工業(yè)上還可以用電解熔融AlCl3冶煉鋁⑨電解Al2O3時，陰極需要定期更換碳塊三、金屬的腐蝕與防護1．金屬腐蝕的類型(1)化學腐蝕：金屬跟其表面接觸到的物質(zhì)(如O2、Cl2、SO2、酸雨等)直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕。(2)電化學腐蝕：不同金屬或不純金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時，會發(fā)生原電池反應，比較活潑的金屬失去電子而被氧化引起的腐蝕。(3)常見的電化學腐蝕方式發(fā)生條件反應原理析氫腐蝕金屬表面電解質(zhì)溶液顯強酸性負極：M－ne－=Mn＋正極：2H＋＋2e－=H2↑吸氧腐蝕金屬表面電解質(zhì)溶液酸性很弱或顯中性負極：M－ne－=Mn＋正極：2H2O＋O2＋4e－=4OH－2．金屬腐蝕的防止和利用(1)金屬腐蝕的防止方法(2)金屬腐蝕的利用金屬的化學蝕刻、印刷電路的腐蝕、電子元件與集成電路的精細加工都是利用了金屬腐蝕的原理。即時訓練3下列說法中正確的是______。①金屬的腐蝕以電化學腐蝕為主②金屬腐蝕的本質(zhì)是金屬失去電子，被氧化③為防止輪船腐蝕，通常在輪船船身上裝一定數(shù)量的鉛塊④為防止鐵被腐蝕，在鐵表面鍍銅，鍍銅時，鐵與電源正極相連四、高分子化合物與材料1．線型結(jié)構(gòu)、體型結(jié)構(gòu)高分子材料比較合成材料線型高分子材料體型高分子材料常見物質(zhì)合成纖維、部分塑料(如聚乙烯)部分塑料(如電木)結(jié)構(gòu)特點以共價鍵結(jié)合成高分子鏈，鏈與鏈之間以分子間作用力相結(jié)合以共價鍵構(gòu)成高分子鏈，鏈與鏈之間以共價鍵大量交聯(lián)性質(zhì)特點具有彈性、可塑性，在溶劑中能溶解，加熱能熔融，硬度、脆性較小，不能導電，屬于______性材料沒有彈性和可塑性，不能溶解或熔融，在溶劑中能溶脹，硬度和脆性較大，不能導電，屬于__________性材料2．合成高分子化合物的主要化學反應加成聚合反應縮合聚合反應含義許多小分子(含不飽和鍵)通過加成反應形成高聚物的聚合反應許多小分子通過縮合形成高聚物，同時有小分子生成的聚合反應單體特征含不飽和鍵如碳碳雙鍵、碳碳三鍵含特征官能團如—OH、—COOH、—NH2等單體種類數(shù)相同或不同的單體相同或不同的單體高聚物特征鏈節(jié)與單體的組成______鏈節(jié)與單體的組成______產(chǎn)物種類只有高聚物高聚物和小分子舉例3．新型高分子材料(1)功能高分子材料的特定功能主要通過以下三種途徑獲得：①由含有某種特定功能官能團的單體__________(如能導電的高分子化合物等)；②通過化學反應在高分子主鏈或側(cè)鏈上引入某些具有特定功能的______(如高吸水性樹脂等)；③通過合理的加工成型實現(xiàn)材料的______(如微膠囊等)。(2)復合材料一般是由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料組合而成的。玻璃纖維增強塑料(玻璃鋼)就是________和________復合而成的復合材料。4．廢舊高分子材料的回收利用(1)通過______和______利用，做成多種有用的材料和制品。(2)采用________或__________的方法使其分解，用于制備多種化工原料。(3)將廢舊的聚合物作為燃料回收利用______。即時訓練4下列說法中不正確的是________。①塑料有固定的熔點②所有的塑料加熱后均能熔化③腈綸毛線屬于人造纖維④塑料制品容易被微生物分解，所以廢棄塑料制品不會對環(huán)境造成嚴重的污染⑤聚乙烯是通過加聚反應得到的⑥玻璃鋼屬于復合材料一、金屬的冶煉和應用1．礦石的提純金屬冶煉前，一定要對金屬礦石進行提純與富集，如把鋁土礦提純?yōu)榧儍舻腁l2O3等。2．冶煉方法(1)金屬的冶煉和金屬的活潑性有很大關系，活潑性不同，對應的冶煉方法不同。常見方法：熱分解法、熱還原法、電解法。(2)方法選擇位于金屬活動性順序前面的活潑金屬一般用電解法冶煉；位于中部的金屬一般可用熱還原法冶煉；位于后面的不活潑金屬一般用熱分解法。在選擇工業(yè)冶煉金屬的方法時，除了要考慮金屬的活潑性外，還應考慮成本，熱分解法→熱還原法→電解法越來越難，成本越來越高，所以在選擇冶煉方法時，能用熱分解法不用熱還原法、能用熱還原法不用電解法。還原劑的選擇：冶煉鐵時一般選擇CO作還原劑，而不用Al、H2，因為使用Al、H2的成本遠遠高于CO。3．節(jié)能與環(huán)保在進行金屬冶煉時，礦石的選擇、冶煉方法的選擇及金屬的回收利用，一定要注意節(jié)能與環(huán)保?！纠?】金屬鋁的生產(chǎn)是以Al2O3為原料，在熔融狀態(tài)下進行電解：2Al2O3eq\o(=,\s\up7(950～970℃),\s\do5(通電，Na3AlF6))4Al＋3O2↑，請回答下列問題：(1)冰晶石(Na3AlF6)的作用是______________；(2)電解生成的金屬鋁是在熔融液的________(填“上層”或“下層”)；(3)陰極和陽極均由________做成；電解時不斷消耗的電極是________(填“陽極”或“陰極”)；(4)鋁是高耗能產(chǎn)品，廢舊鋁材的回收利用十分重要。在工業(yè)上，最能體現(xiàn)節(jié)能減排思想的是將回收鋁做成____(填代號)。a．冰晶石 b．氧化鋁 c．鋁錠 d．硫酸鋁二、材料的生產(chǎn)、應用及環(huán)保1．材料的生產(chǎn)(1)材料的生產(chǎn)中要注意原材料的來源及價格，注意生產(chǎn)過程中的能量的充分利用、綠色化學及環(huán)保。(2)高分子材料大多是通過加聚反應和縮聚反應生成的。①發(fā)生加聚反應的物質(zhì)必須是含有雙鍵、三鍵等不飽和鍵的化合物。例如：烯、炔、醛等含不飽和鍵的化合物。發(fā)生加聚反應時無副產(chǎn)物生成。②縮聚反應的單體往往是含雙官能團的化合物，例如：—OH、—COOH、—NH2、—X及活潑的H或多官能團的小分子。發(fā)生縮聚反應時生成聚合物的同時還有小分子生成。2．材料的應用及回收利用材料的應用及回收利用時，要結(jié)合材料的性質(zhì)如官能團的性質(zhì)、線型結(jié)構(gòu)與體型結(jié)構(gòu)的性質(zhì)。【例2】玻璃鋼可由酚醛樹脂和玻璃纖維制成。(1)酚醛樹脂由苯酚和甲醛縮聚而成，反應時放出大量熱，為防止溫度過高，應向已有苯酚的反應釜中______加入甲醛，且反應釜應裝有______裝置。(2)玻璃纖維由玻璃拉絲得到。普通玻璃是由石英砂、______和石灰石(或長石)高溫熔融而成，主要反應的化學方程式為_________________________________________________。(3)玻璃鋼中玻璃纖維的作用是______。玻璃鋼具有____________等優(yōu)異性能(寫出兩點即可)。(4)下列處理廢舊熱固性酚醛塑料的做法合理的是______。a．深埋b．粉碎后用作樹脂填料c．用作燃料d．用有機溶劑將其溶解，回收樹脂1．(2012課標全國理綜，36)由黃銅礦(主要成分是CuFeS2)煉制精銅的工藝流程示意圖如下：(1)在反射爐中，把銅精礦砂和石英砂混合加熱到1000℃左右，黃銅礦與空氣反應生成Cu和Fe的低價硫化物，且部分Fe的硫化物轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛢r氧化物。該過程中兩個主要反應的化學方程式分別是________________________、__________________________，反射爐內(nèi)生成爐渣的主要成分是____________；(2)冰銅(Cu2S和FeS互相熔合而成)含Cu量為20%～50%。轉(zhuǎn)爐中，將冰銅加熔劑(石英砂)在1200℃左右吹入空氣進行吹煉。冰銅中的Cu2S被氧化為Cu2O，生成的Cu2O與Cu2S反應，生成含Cu量約為98.5%的粗銅，該過程發(fā)生反應的化學方程式分別是__________________________________、________________________________；(3)粗銅的電解精煉如圖所示。在粗銅的電解過程中，粗銅板應是圖中電極______(填圖中的字母)；在電極d上發(fā)生的電極反應式為________________；若粗銅中還含有Au、Ag、Fe，它們在電解槽中的存在形式和位置為________。硫酸銅溶液2．普通紙張的主要成分是纖維素。在早期的紙張生產(chǎn)中，常采用紙張表面涂敷明礬的工藝，以填補其表面的微孔，防止墨跡擴散。請回答下列問題：(1)人們發(fā)現(xiàn)紙張會發(fā)生酸性腐蝕而變脆、破損，嚴重威脅紙質(zhì)文物的保存。經(jīng)分析檢驗，發(fā)現(xiàn)酸性腐蝕主要與造紙中涂敷明礬的工藝有關，其中的化學原理是________________；為了防止紙張的酸性腐蝕，可在紙漿中加入碳酸鈣等添加劑，該工藝原理的化學(離子)方程式為________________________________________________________________________。(2)為了保護這些紙質(zhì)文物，有人建議采取下列措施：①噴灑堿性溶液，如稀氫氧化鈉溶液或氨水等。這樣操作產(chǎn)生的主要問題是__________________________________________________________________________________；②噴灑Zn(C2H5)2。Zn(C2H5)2可以與水反應生成氧化鋅和乙烷。用化學(離子)方程式表示該方法生成氧化鋅及防止酸性腐蝕的原理_________________________________________、________________________________________________________________________。(3)現(xiàn)代造紙工藝常用鈦白粉(TiO2)替代明礬。鈦白粉的一種工業(yè)制法是以鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3)為原料按下列過程進行的，請完成下列化學方程式：①eq\x()FeTiO3＋eq\x()C＋eq\x()Cl2eq\o(→,\s\up7(900℃))eq\x()TiCl4＋eq\x()FeCl3＋eq\x()CO②eq\x()TiCl4＋eq\x()O2eq\o(→,\s\up7(1000～1400℃))eq\x()TiO2＋eq\x()Cl23．往有機聚合物中添加阻燃劑，可增加聚合物的使用安全性，擴大其應用范圍。例如，在某聚乙烯樹脂中加入等質(zhì)量由特殊工藝制備的阻燃型Mg(OH)2，樹脂可燃性大大降低。該Mg(OH)2的生產(chǎn)工藝如下：eq\b\lc\\rc\](\a\vs4\al\co1(石灰乳,精制鹵水))→eq\x(合成)→eq\x(水熱處理)→eq\x(過濾)→eq\x(水洗)→eq\x(表面處理)→eq\x(過濾水洗)→eq\x(干燥)(1)精制鹵水中的MgCl2與適量石灰乳反應合成堿式氯化鎂[Mg(OH)2－xClx·mH2O]，反應的化學方程式為____________________________________。(2)合成反應后，繼續(xù)在393K～523K下水熱處理8h，發(fā)生反應：[Mg(OH)2－xClx·mH2O]=(1－eq\f(x,2))Mg(OH)2＋eq\f(x,2)MgCl2＋mH2O水熱處理后，過濾、水洗。水洗的目的是________________________________。(3)阻燃型Mg(OH)2具有晶粒大，易分散、與高分子材料相容性好等特點。上述工藝流程中與此有關的步驟是____________。(4)已知熱化學方程式：Mg(OH)2(s)=MgO(s)＋H2O(g)ΔH1＝＋81.5kJ·mol－1Al(OH)3(s)=eq\f(1,2)Al2O3(s)＋eq\f(3,2)H2O(g)ΔH2＝＋87.7kJ·mol－1①Mg(OH)2和Al(OH)3起阻燃作用的主要原因是________________________________________________________________________。②等質(zhì)量Mg(OH)2和Al(OH)3相比，阻燃效果較好的是______，原因是_____________________________________________________________________________。(5)常用阻燃劑主要有三類：A.鹵系，如四溴乙烷；B.磷系，如磷酸三苯酯；C.無機類Mg(OH)2和Al(OH)3。從環(huán)保的角度考慮，應用時較理想的阻燃劑是______，理由是___________________________________________________________________________________。

參考答案基礎梳理整合一、1.黏土石英鉀長石鈉長石[SiO4]4－四面體(1)黏土水土器炻器瓷器(2)石英砂石灰石純堿Na2SiO3CaSiO3Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑(3)石灰石黏土石膏3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·Al2O32．(1)SiO金剛砂SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(>1900℃))SiC＋2CO↑3Si＋2N2eq\o(=,\s\up7(1300℃))Si3N43SiCl4＋2N2＋6H2eq\o(=,\s\up7(一定條件))Si3N4＋12HCl(2)①SiO2＋2C1600～1800℃,Si＋2CO↑②Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(250～300℃),\s\do5(Cu粉或Ag粉))SiHCl3＋H2③SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1100～1200℃))Si＋3HCl(3)1300～1400℃6×106kPa～7×106kPaFe、Co、Ni等作催化劑CH4eq\o(→,\s\up7(微波或直流放電),\s\do5(基體溫度約950℃，H2、稀有氣體))C(金剛石)＋2H2即時訓練1①③⑤二、1.(2)①氧化③生鐵氧氣生石灰2．(1)鋁土礦(2)Al2O3＋2NaOH=2NaAlO2＋H2O，NaAlO2＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋NaHCO3,2Al(OH)3△,Al2O3＋3H2O(3)2Al2O3電解,4Al＋3O2↑降低Al2O3的熔點即時訓練2②③⑦⑧⑨即時訓練3①②四、1.熱塑熱固2．相同不同3．(1)直接聚合基團功能化(2)玻璃纖維高分子化合物4．(1)再生改性(2)熱裂解化學處理(3)熱能即時訓練4①②④核心歸納突破【例1】答案：(1)降低Al2O3的熔化溫度(2)下層(