化學(xué)變化主要成分硅酸鹽

化學(xué)變化主要成分硅酸鹽第1頁/共58頁第十四章化學(xué)與技術(shù)第2頁/共58頁第3講化學(xué)與材料制造和應(yīng)用第3頁/共58頁導(dǎo)航高考考點突破單元綜合測試隨堂演練自我診斷課時作業(yè)第4頁/共58頁第5頁/共58頁1．了解社會發(fā)展和科技進步對材料的要求，了解化學(xué)對材料科學(xué)發(fā)展的促進作用。2．了解金屬材料、無機非金屬材料、高分子合成材料、復(fù)合材料和其他新材料的特點，了解有關(guān)的生產(chǎn)原理。3．了解用化學(xué)方法進行金屬材料表面處理的原理。4．了解我國現(xiàn)代材料研究和材料工業(yè)的發(fā)展情況，了解新材料的發(fā)展方向?？季V解讀第6頁/共58頁1．傳統(tǒng)無機非金屬材料——硅酸鹽材料的生產(chǎn)原理、主要成分、性能及應(yīng)用。2．新型無機非金屬材料的性能、功能及應(yīng)用。3．金屬冶煉原理、腐蝕與防護。4．高分子材料、復(fù)合材料的特點及應(yīng)用?？枷蚍治龅?頁/共58頁第8頁/共58頁一、無機非金屬材料基礎(chǔ)知識梳理第9頁/共58頁第10頁/共58頁二、金屬材料1．鐵的冶煉(1)原理：高溫下用還原劑將鐵從其氧化物中還原出來。(2)原料：鐵礦石、焦炭、石灰石和空氣。(3)設(shè)備：煉鐵高爐。第11頁/共58頁第12頁/共58頁3．鋁的生產(chǎn)流程示意圖第13頁/共58頁三、高分子化合物與材料1．高分子化合物的合成一般通過加成聚合或縮合聚合反應(yīng)得到高分子化合物。2．塑料制品的加工線型結(jié)構(gòu)的塑料具有熱塑性，體型結(jié)構(gòu)的塑料有熱固性。第14頁/共58頁3．性能優(yōu)異的合成材料(1)塑料的改性常用方法有填充改性、共混改性、共聚改性。(2)功能高分子材料發(fā)展趨勢是高性能化、功能化、復(fù)合化、精細化、智能化。第15頁/共58頁(3)復(fù)合材料①構(gòu)成：由基體和增強體兩種材料構(gòu)成。②性能：具有強度高、質(zhì)量輕、耐腐蝕、抗沖擊、絕緣性好等優(yōu)良性能。4．環(huán)境中的高分子材料(1)高分子材料的老化及其保護(2)環(huán)境降解高分子材料的開發(fā)降解主要涉及生物降解、光降解和化學(xué)降解三種過程。(3)廢舊高分子材料的回收利用。第16頁/共58頁四、金屬的腐蝕及防護1．金屬腐蝕的本質(zhì)是金屬失電子被氧化，主要包括化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。(1)化學(xué)腐蝕金屬材料與其表面接觸的一些物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕叫化學(xué)腐蝕。第17頁/共58頁第18頁/共58頁2．金屬腐蝕的防護和利用將金屬制品與周圍物質(zhì)隔離開。如電鍍、發(fā)藍、形成鈍化膜等，控制和改善環(huán)境氣體、液體介質(zhì)，或采用犧牲陽極法和外加電流法等電化學(xué)保護法。金屬腐蝕會帶來危害和損失，但也可以被利用來進行材料加工，如化學(xué)刻蝕。第19頁/共58頁第20頁/共58頁1．幾種金屬的冶煉(1)鋼鐵的冶煉考點一金屬材料及其表面處理

煉鐵煉鋼原料鐵礦石、焦炭、空氣、石灰石生鐵、氧化劑(空氣、純氧、氧化鐵等)、生石灰、脫氧劑化學(xué)原理在高溫下用還原劑將鐵從其氧化物中還原出來在高溫下用氧化劑把生鐵中過多的碳和其他雜質(zhì)氧化成氣體或爐渣除去第21頁/共58頁第22頁/共58頁第23頁/共58頁金屬冶煉方法的選擇與金屬的活動性有關(guān)，處在金屬活動性不同位置的金屬其冶煉的方法可用下圖表示：當(dāng)一種金屬可用多種方法冶煉時，工業(yè)上一般采用經(jīng)濟效益高的方法。即：熱解還原法優(yōu)于焦炭還原法，焦炭還原法優(yōu)于鋁熱還原法，鋁熱還原法優(yōu)于電解還原法；從環(huán)保角度考慮，H2還原法又優(yōu)于CO還原法。特別提醒第24頁/共58頁2．金屬材料的表面處理防護方法種類原理應(yīng)用實例改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般向一些易腐蝕的金屬中加入某些特殊金屬制成合金，增強其抗腐蝕能力向普通鋼中加鉻、鎳等金屬制不銹鋼金屬表面覆蓋保護層在金屬表面覆蓋致密的保護層，從而使金屬制品跟周圍物質(zhì)隔離開來在鋼鐵表面涂礦物性油脂、油漆、搪瓷、塑料等，或電鍍、熱鍍、噴鍍，使金屬表面生成致密穩(wěn)定的氧化膜電化學(xué)保護法利用電化學(xué)原理將被保護的金屬作為原電池的正極或電解池的陰極犧牲陽極保護法、外加電流陰極保護法第25頁/共58頁[例1]鋁是地殼中含量最多的金屬元素，1854年法國冶金學(xué)家戴維爾用金屬鈉還原氯化鈉和氯化鋁的復(fù)鹽，獲得了金屬鋁單質(zhì)。1886年，美國人霍爾和法國人埃魯，分別獨立地電解熔融的氧化鋁和冰晶石的混合物，制得了金屬鋁，奠定了今天大規(guī)模生產(chǎn)鋁的基礎(chǔ)。工業(yè)生產(chǎn)金屬鋁的原料是鋁土礦(主要成分為Al2O3，另含有Fe2O3)，工業(yè)中得到較純氧化鋁的過程如圖所示：第26頁/共58頁試回答下列問題：(1)操作Ⅰ是一種重要的混合物分離方法，實驗室進行該項操作用到的玻璃儀器有燒杯、________、________。(2)經(jīng)分析不溶物A的主要成分為__________________________________________。(3)工業(yè)上電解煉鋁的化學(xué)方程式為：__________________________________________。若電路中通過1mol電子，可以得到鋁________g。第27頁/共58頁[解析](1)操作Ⅰ的方法是過濾，所用玻璃儀器有玻璃棒、漏斗和燒杯。(2)Fe2O3不與NaOH溶液反應(yīng)，作為不溶物被濾出。(3)根據(jù)化學(xué)方程式可知每生成1molAl轉(zhuǎn)移3mol電子，所以每轉(zhuǎn)移1mol電子，可生成9gAl。第28頁/共58頁1．無機非金屬材料(1)傳統(tǒng)硅酸鹽材料陶瓷、水泥、玻璃等是傳統(tǒng)硅酸鹽材料，它們的比較如下：考點二無機非金屬材料及新型材料的應(yīng)用

陶瓷玻璃水泥主要原料黏土純堿、石灰石和石英黏土和石灰石(石膏為輔助原料)主要設(shè)備玻璃熔爐水泥回轉(zhuǎn)窯第29頁/共58頁陶瓷玻璃水泥生產(chǎn)過程混合、成型、干燥、燒結(jié)、冷卻原料粉碎，玻璃熔爐中強熱，成型冷卻高溫煅燒得熟料，再加石膏研成粉末得普通硅酸鹽水泥反應(yīng)原理復(fù)雜的物理、化學(xué)變化復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，主要反應(yīng)：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑復(fù)雜的物理、化學(xué)變化主要成分硅酸鹽Na2SiO3·CaSiO3·SiO2(Na2O·CaO·6SiO2)3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3等主要性能抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等優(yōu)點玻璃態(tài)物質(zhì)，沒有固定的熔點，在一定溫度范圍內(nèi)逐漸軟化水硬性第30頁/共58頁第31頁/共58頁第32頁/共58頁第33頁/共58頁(2)復(fù)合材料②常見的復(fù)合材料：玻璃鋼、碳纖維增強復(fù)合材料等。第34頁/共58頁(3)塑料制品結(jié)構(gòu)和性能①線型高分子：分子呈長鏈狀，可溶于有機溶劑，受熱軟化，熔融，有熱塑性。②體型高分子：高分子鏈之間形成化學(xué)鍵產(chǎn)生交聯(lián)，形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。不易溶于有機溶劑，受熱不熔化，有熱固性。(4)新材料的發(fā)展方向具有復(fù)合化、設(shè)計化、智能化、仿生化、輕量化、高性能化、高功能化等特點。第35頁/共58頁[例2]氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它熔點高、硬度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上曾普遍采用高純硅與純氮在1300℃反應(yīng)制得。(1)根據(jù)性質(zhì)，推測氮化硅的用途是________(填序號)。①制汽輪機葉片②制有色玻璃③制永久性模具④制柴油機(2)氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強，除氫氟酸外，它不與其他無機酸反應(yīng)，試推測該陶瓷被氫氟酸腐蝕的化學(xué)方程式____________________________________。第36頁/共58頁(3)四氯化硅和氮氣在氫氣的氣氛保護下，加強熱發(fā)生反應(yīng)，可得較高純度的氮化硅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________________。第37頁/共58頁[解析]解答(1)的關(guān)鍵是信息的利用根據(jù)“氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它熔點高、硬度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定”即可得出答案；書寫(2)中氮化硅陶瓷和氫氟酸反應(yīng)的方程式，要注意產(chǎn)物的判定，應(yīng)該生成SiF4。第38頁/共58頁第39頁/共58頁第40頁/共58頁C．普通水泥的主要成分是硅酸鈣D．黏土的主要成分是三氧化二鋁第41頁/共58頁[答案]AC[解析]本題是對常見化工原理及工業(yè)原材料的考查，突出考查學(xué)生對化工原理以及原材料的掌握情況。海水中加入的是生石灰CaO，生石灰與水反應(yīng)生成Ca(OH)2，從而使得海水中的Mg2＋生成Mg(OH)2沉淀，電解氯化鎂溶液得不到金屬鎂，只有電解氯化鎂熔液才能制取單質(zhì)鎂，故B錯；普通水泥的主要成分是硅酸三鈣、硅酸二鈣和鋁酸三鈣，說普通水泥的主要成分是硅酸鈣正確，C正確；黏土的主要成分是二氧化硅，還有氧化鎂、碳酸鈣和三氧化二鋁，D錯。第42頁/共58頁2．下列有關(guān)材料的說法不正確的是(

)A．傳統(tǒng)的無機非金屬材料雖有不少優(yōu)點，但質(zhì)脆，經(jīng)不起熱沖擊B．新型無機非金屬材料雖然克服了傳統(tǒng)無機材料的缺點，但強度比較差C．高溫結(jié)構(gòu)材料具有耐高溫、不怕氧化、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點D．新型無機非金屬材料特性之一是具有電學(xué)特性第43頁/共58頁[答案]B[解析]質(zhì)地較脆、經(jīng)不起熱沖擊是傳統(tǒng)的無機非金屬材料的缺點；新型無機非金屬材料不但克服了傳統(tǒng)的無機非金屬材料的缺點，而且同時還具有了能承受高溫、強度較高、具有電學(xué)性能等若干優(yōu)點。第44頁/共58頁3．世界著名的科技史專家、英國劍橋大學(xué)的李約瑟博士考證說：“中國至少在距今3000年以前，就已經(jīng)使用玻璃了?！毕铝杏嘘P(guān)玻璃的說法不正確的是(

)A．制普通玻璃的原料主要是純堿、石灰石和石英B．玻璃在加熱熔化時有固定的熔點C．普通玻璃的成分主要是硅酸鈉、硅酸鈣D．盛放燒堿溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，是為了防止燒堿跟二氧化硅生成硅酸鈉而使瓶塞與瓶口粘在一起第45頁/共58頁[答案]B[解析]本題考查玻璃的制法與性質(zhì)。A項正確；玻璃不是晶體，它沒有固定熔點，B項錯誤；普通玻璃的主要成分是硅酸鈉、硅酸鈣，C項正確；玻璃中含有SiO2，它能夠被燒堿溶液腐蝕：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，故盛放燒堿溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，D項正確。第46頁/共58頁4．在鋼鐵腐蝕過程中，下列六種變化可能發(fā)生的是(

)①O2被還原②產(chǎn)生H2③Fe(OH)3失水形成Fe2O3·xH2O④雜質(zhì)碳被氧化⑤鍍層破損后，鍍鋅鐵板比鍍錫鐵板更耐腐蝕A．①② B．②③④C．①②③⑤ D．①②③④⑤第47頁/共58頁[答案]C[解析]鋼鐵腐蝕可分為吸氧腐蝕(還原O2)和析氫腐蝕(析出H2)，其中電化學(xué)腐蝕時雜質(zhì)碳為電源的正極，故①、②正確，④不正確；鐵銹形成過程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化為Fe→Fe2＋→Fe(OH)2→Fe(OH)3→Fe2O3·xH2O，③正確；金屬的活潑性Zn>Fe>Sn，故⑤正確。第48頁/共58頁5．社會的進步、經(jīng)濟的騰飛離不開材料的發(fā)展，請回答下列問題：(1)玻璃、水泥是兩種傳統(tǒng)的硅酸鹽產(chǎn)品，鋼鐵是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的金屬材料。①玻璃、水泥的生產(chǎn)以及生鐵的冶煉中都用到的原料是__________________________。②焦炭在煉鐵中的作用為__________________________________________。第49頁/共58頁③全世界每年因生銹而損失的鋼鐵大約占其產(chǎn)量的1/4。鋼鐵腐蝕的主要類型為____________；鋼鐵的腐蝕給我們帶來了巨大損失，但也不是一無是處，請說出一種利用金屬腐蝕原理進行材料加工的方法：__________________________________________。(2)單晶硅是現(xiàn)代信息的基礎(chǔ)材料，三氯硅烷法是目前生產(chǎn)高純硅的主要方法。即先將粗硅在一定條件下與________反應(yīng)生成三氯硅烷，提純后的三氯硅烷用高純度的________還原，得到高純硅。第50頁/共58頁(3)離子交換樹脂是人類使用的第一種功能高分子材料，其主要用途為__________________________。(4)北京時間2009年12月16日凌晨，波音787夢幻客機首飛成功，該飛機最大的亮點是其主要結(jié)構(gòu)由碳纖維復(fù)合材料與鈦材料代替了傳統(tǒng)材料，請簡述這項改進的重要意義：①使飛機更加堅固；②__________________________________________。第51頁/共58頁[答案](1)①石灰石②作燃料和還原劑，同時對整個高爐內(nèi)的料柱起支撐和疏松作用③吸氧腐蝕金屬的化學(xué)蝕刻(2)HCl

H2

(3)用于硬水的軟化(4)使飛機的質(zhì)量大大減輕，在遠航時能節(jié)省大量的燃料，排放的溫室氣體更少(合理即可)第52頁/共58頁[解析]生產(chǎn)玻璃的主要原料為石英砂、石灰石、純堿；生產(chǎn)水泥的主要原料為石灰石、黏土；冶煉生鐵的原料為鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣，這些過程的原料中都有石灰石。煉鐵時，焦炭燃燒提供還原鐵礦石需要的熱量和還原劑CO。鋼鐵腐蝕分化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，以電化學(xué)腐蝕為主。電化學(xué)腐蝕又分為吸氧腐蝕和析氫腐蝕，以吸氧腐蝕為主。如果在金屬表面均勻地涂上一層蠟，然后刻上花紋，利