【志鴻優(yōu)化設(shè)計(jì)】2014屆高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 化學(xué)與技術(shù)第3節(jié)化學(xué)與材料的發(fā)展教學(xué)案 新人教版選修2

第3節(jié)化學(xué)與材料的發(fā)展eq\a\vs4\al(考綱點(diǎn)擊)1．討論社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步對(duì)材料的要求，認(rèn)識(shí)化學(xué)對(duì)材料科學(xué)發(fā)展的促進(jìn)作用。2．舉例說(shuō)明金屬材料、無(wú)機(jī)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(diǎn)，了解有關(guān)的生產(chǎn)原理。3．舉例說(shuō)明用化學(xué)方法進(jìn)行金屬材料表面處理的原理。4．收集我國(guó)現(xiàn)代材料研究和材料工業(yè)發(fā)展情況的資料，認(rèn)識(shí)新材料的發(fā)展方向。一、無(wú)機(jī)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(qiáng)、硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、絕緣、耐腐蝕等特點(diǎn)。因此由它們制造的陶瓷、玻璃、水泥等材料，被廣泛地應(yīng)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(guò)高溫?zé)Y(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(guò)若干工序制成。它的主要成分為_____________和__________，制造過(guò)程中發(fā)生的主要反應(yīng)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(wú)機(jī)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(yīng)方程式為____________________。再如氮化硅，有多種制造方法(寫出制備反應(yīng)方程式)：①______________________；②______________________________。(2)單晶硅：高純度硅制備的主要反應(yīng)：①__________________________________；②__________________________________；③__________________________________。(3)石墨、金剛石和C60：20世紀(jì)50年代石墨轉(zhuǎn)變成金剛石的生產(chǎn)條件是______________、__________________、________________；化學(xué)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(dǎo)性，可開發(fā)出高溫超導(dǎo)材料，碳納米管則具有更大的韌性。即時(shí)訓(xùn)練1下列說(shuō)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(guò)程中不涉及氧化還原反應(yīng)⑤Si3N4屬于新型陶瓷⑥太陽(yáng)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(shè)備：高爐。③反應(yīng)原理：化合態(tài)鐵較易被還原。在高溫下，一氧化碳?xì)怏w可將化合態(tài)的鐵還原為單質(zhì)鐵。C＋O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)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(guò)多的碳和其他雜質(zhì)氧化成氣體或爐渣除去。在煉鋼的過(guò)程中要發(fā)生多而復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)，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(shè)備煉鋼的主要設(shè)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(shí)際生產(chǎn)中的作用實(shí)際生產(chǎn)中，控制氧及各種元素含量是煉鋼中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，用計(jì)算機(jī)控制過(guò)程，實(shí)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(shí)調(diào)節(jié)氧氣的供應(yīng)量，準(zhǔn)確添加必要的元素，使煉出的鋼水達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2．鋁的冶煉(1)原料：________(主要成分為Al2O3)。(2)提純Al2O3相關(guān)化學(xué)方程式：_______________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)電解Al2O3化學(xué)方程式：____________________________；加入冰晶石及少量螢石的目的是__________________。即時(shí)訓(xùn)練2下列敘述中不正確的是________。①金屬的冶煉過(guò)程一定涉及氧化還原反應(yīng)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(lái)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(jìn)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(yīng)，且均不是氧化還原反應(yīng)⑦冶煉鋁時(shí)加入冰晶石(Na3AlF6)是為了提供鋁元素，使電解能順利進(jìn)行⑧工業(yè)上還可以用電解熔融AlCl3冶煉鋁⑨電解Al2O3時(shí)，陰極需要定期更換碳?jí)K三、金屬的腐蝕與防護(hù)1．金屬腐蝕的類型(1)化學(xué)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(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。(2)電化學(xué)腐蝕：不同金屬或不純金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng)，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(xué)腐蝕方式發(fā)生條件反應(yīng)原理析氫腐蝕金屬表面電解質(zhì)溶液顯強(qiáng)酸性負(fù)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(fù)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(xué)蝕刻、印刷電路的腐蝕、電子元件與集成電路的精細(xì)加工都是利用了金屬腐蝕的原理。即時(shí)訓(xùn)練3下列說(shuō)法中正確的是______。①金屬的腐蝕以電化學(xué)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(shí)，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(diǎn)以共價(jià)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(jià)鍵構(gòu)成高分子鏈，鏈與鏈之間以共價(jià)鍵大量交聯(lián)性質(zhì)特點(diǎn)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(dǎo)電，屬于______性材料沒(méi)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(dǎo)電，屬于__________性材料2．合成高分子化合物的主要化學(xué)反應(yīng)加成聚合反應(yīng)縮合聚合反應(yīng)含義許多小分子(含不飽和鍵)通過(guò)加成反應(yīng)形成高聚物的聚合反應(yīng)許多小分子通過(guò)縮合形成高聚物，同時(shí)有小分子生成的聚合反應(yīng)單體特征含不飽和鍵如碳碳雙鍵、碳碳三鍵含特征官能團(tuán)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(guò)以下三種途徑獲得：①由含有某種特定功能官能團(tuán)的單體__________(如能導(dǎo)電的高分子化合物等)；②通過(guò)化學(xué)反應(yīng)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(guò)合理的加工成型實(shí)現(xiàn)材料的______(如微膠囊等)。(2)復(fù)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(qiáng)塑料(玻璃鋼)就是________和________復(fù)合而成的復(fù)合材料。4．廢舊高分子材料的回收利用(1)通過(guò)______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(shí)訓(xùn)練4下列說(shuō)法中不正確的是________。①塑料有固定的熔點(diǎn)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(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染⑤聚乙烯是通過(guò)加聚反應(yīng)得到的⑥玻璃鋼屬于復(fù)合材料一、金屬的冶煉和應(yīng)用1．礦石的提純金屬冶煉前，一定要對(duì)金屬礦石進(jìn)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(guān)系，活潑性不同，對(duì)應(yīng)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(dòng)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(shí)，除了要考慮金屬的活潑性外，還應(yīng)考慮成本，熱分解法→熱還原法→電解法越來(lái)越難，成本越來(lái)越高，所以在選擇冶煉方法時(shí)，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(shí)一般選擇CO作還原劑，而不用Al、H2，因?yàn)槭褂肁l、H2的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于CO。3．節(jié)能與環(huán)保在進(jìn)行金屬冶煉時(shí)，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。【例1】金屬鋁的生產(chǎn)是以Al2O3為原料，在熔融狀態(tài)下進(jìn)行電解：2Al2O3eq\o(=,\s\up7(950～970℃),\s\do5(通電，Na3AlF6))4Al＋3O2↑，請(qǐng)回答下列問(wèn)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(yáng)極均由________做成；電解時(shí)不斷消耗的電極是________(填“陽(yáng)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(hào))。a．冰晶石 b．氧化鋁 c．鋁錠 d．硫酸鋁二、材料的生產(chǎn)、應(yīng)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(lái)源及價(jià)格，注意生產(chǎn)過(guò)程中的能量的充分利用、綠色化學(xué)及環(huán)保。(2)高分子材料大多是通過(guò)加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)生成的。①發(fā)生加聚反應(yīng)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(yīng)時(shí)無(wú)副產(chǎn)物生成。②縮聚反應(yīng)的單體往往是含雙官能團(tuán)的化合物，例如：—OH、—COOH、—NH2、—X及活潑的H或多官能團(tuán)的小分子。發(fā)生縮聚反應(yīng)時(shí)生成聚合物的同時(shí)還有小分子生成。2．材料的應(yīng)用及回收利用材料的應(yīng)用及回收利用時(shí)，要結(jié)合材料的性質(zhì)如官能團(tuán)的性質(zhì)、線型結(jié)構(gòu)與體型結(jié)構(gòu)的性質(zhì)?！纠?】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(yīng)時(shí)放出大量熱，為防止溫度過(guò)高，應(yīng)向已有苯酚的反應(yīng)釜中______加入甲醛，且反應(yīng)釜應(yīng)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(zhǎng)石)高溫熔融而成，主要反應(yīng)的化學(xué)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(diǎn)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(jī)溶劑將其溶解，回收樹脂1．(2012課標(biāo)全國(guó)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(yīng)生成Cu和Fe的低價(jià)硫化物，且部分Fe的硫化物轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛢r(jià)氧化物。該過(guò)程中兩個(gè)主要反應(yīng)的化學(xué)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(jìn)行吹煉。冰銅中的Cu2S被氧化為Cu2O，生成的Cu2O與Cu2S反應(yīng)，生成含Cu量約為98.5%的粗銅，該過(guò)程發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)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(guò)程中，粗銅板應(yīng)是圖中電極______(填圖中的字母)；在電極d上發(fā)生的電極反應(yīng)式為________________；若粗銅中還含有Au、Ag、Fe，它們?cè)陔娊獠壑械拇嬖谛问胶臀恢脼開_______。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(bǔ)其表面的微孔，防止墨跡擴(kuò)散。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)人們發(fā)現(xiàn)紙張會(huì)發(fā)生酸性腐蝕而變脆、破損，嚴(yán)重威脅紙質(zhì)文物的保存。經(jīng)分析檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)酸性腐蝕主要與造紙中涂敷明礬的工藝有關(guān)，其中的化學(xué)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(xué)(離子)方程式為________________________________________________________________________。(2)為了保護(hù)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(wèn)題是__________________________________________________________________________________；②噴灑Zn(C2H5)2。Zn(C2H5)2可以與水反應(yīng)生成氧化鋅和乙烷。用化學(xué)(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(guò)程進(jìn)行的，請(qǐng)完成下列化學(xué)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(jī)聚合物中添加阻燃劑，可增加聚合物的使用安全性，擴(kuò)大其應(yīng)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(guò)濾)→eq\x(水洗)→eq\x(表面處理)→eq\x(過(guò)濾水洗)→eq\x(干燥)(1)精制鹵水中的MgCl2與適量石灰乳反應(yīng)合成堿式氯化鎂[Mg(OH)2－xClx·mH2O]，反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________________________。(2)合成反應(yīng)后，繼續(xù)在393K～523K下水熱處理8h，發(fā)生反應(yīng)：[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(guò)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(diǎn)。上述工藝流程中與此有關(guān)的步驟是____________。(4)已知熱化學(xué)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－1①M(fèi)g(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(wú)機(jī)類Mg(OH)2和Al(OH)3。從環(huán)保的角度考慮，應(yīng)用時(shí)較理想的阻燃劑是______，理由是___________________________________________________________________________________。

參考答案基礎(chǔ)梳理整合一、1.黏土石英鉀長(zhǎng)石鈉長(zhǎng)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(shí)訓(xùn)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(diǎn)即時(shí)訓(xùn)練2②③⑦⑧⑨即時(shí)訓(xùn)練3①②四、1.熱塑熱固2．相同不同3．(1)直接聚合基團(tuán)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(xué)處理(3)熱能即時(shí)訓(xùn)練4①②④核心歸納突破【例1】答案：(1)降低Al2O3的熔化溫度(2)下層(