试题库化学二轮复习届全程复习方略课时加固训练三 选修2 3化学与材料的制造和应用.docx

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试题库化学二轮复习届全程复习方略课时加固训练三选修23化学与材料的制造和应用

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课时加固训练（三）

化学与材料的制造和应用

（45分钟　100分）

1.（12分）生产普通硅酸盐水泥的原料主要有石灰质原料[如石灰石（含硫）]和黏土质原料,还有少量辅助原料（如铁矿石）。

其主要生产工艺如图所示。

请回答下列问题:

（1）普通硅酸盐水泥熟料的主要成分有 ____________和铁铝酸钙（填名称）。

（2）步骤②除了产生粉尘外,还可能产生　　　　（至少填两种）等污染性废气。

（3）预热器利用回转窑等装置排出废气的余热加热生料并使部分碳酸盐分解。

这样做的好处是 ___________________________________________________。

（4）铝率表示熟料中氧化铝与氧化铁的质量比。

已知某熟料中Al2O3和Fe2O3的质量分数分别为4.28%和4.53%,则该熟料的铝率为　　　　（计算结果保留两位小数）。

（5）熟料还需加入适量石膏（CaSO4·2H2O）。

180mg某石膏样品受热脱水过程的热重曲线（样品质量随温度变化的曲线）如图所示。

①样品在热天平中受热脱水时,往往要适速通入适量惰性气体,这样做的目的是 __________________________________________________________。

②加热到1400℃时生成的气体能使品红溶液褪色。

该温度下发生反应的化学方程式为 _____________________________________________________。

2.（12分）硅在材料王国中具有举足轻重的地位。

请解答下列试题。

（1）硅的制备方法是制约太阳能发展的瓶颈,石英与焦炭在高温电炉中反应可以制得硅。

该反应的化学方程式是　_______________________________。

该反应的气体产物是一氧化碳,不是二氧化碳,其原因是 __________________

　_____________________________________________________。

（2）氮化硅（Si3N4）是一种高温结构材料,粉末状态的Si3N4可以由SiCl4的蒸气和NH3反应制取。

粉末状的Si3N4遇空气和水都不稳定,但和适量氧化镁在230×1.01×105Pa和185℃的密闭容器中进行热处理,可以制得结构十分紧密,对空气和水都相当稳定的固体材料,同时还得到遇水不稳定的Mg3N2。

①写出由SiCl4和NH3反应制取Si3N4的化学方程式

　_________________________________________________________。

②现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下,加强热发生反应,使生成的Si3N4沉积在石墨表面可得较高纯度的氮化硅,该制造方法称为　　　　　;反应的化学方程式为　___________________________________________________________;

该法还可以以甲烷为原料制造金刚石薄膜,反应的化学方程式为 ___________

　________________________________________________________。

③Si3N4和适量氧化镁在230×1.01×105Pa和185℃的密闭容器中进行热处理的过程中,除生成Mg3N2外,还可能生成　　　　物质。

热处理后除去MgO和Mg3N2的方法是　　　　　　　　　　　　　。

3.（16分）（2014·西安模拟）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）不锈钢含有的铬元素是在炼钢过程的吹氧　　　（填“前”或“后”）加入,原因是 ___________________________________________________________。

（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　　　　。

4.（14分）（2014·合肥模拟）“材料”的发现和使用往往会极大地推动生产、生活的发展,一些材料的出现甚至具有划时代的意义。

请你回答以下问题。

（1）无机非金属材料。

高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料,又称“半导体”材料,它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。

这种材料可以按下列方法制备:

SiO2

Si（粗）

SiHCl3

Si（纯）

①写出步骤a的化学方程式 _________________________________________。

此反应不能证明C的非金属性比Si强,请你用一个化学方程式来说明C的非金属性比Si强的事实 ________________________________________________。

②步骤b经过冷凝得到的SiHCl3（沸点33.0℃）中含有少量的SiCl4（沸点57.6℃）和HCl（沸点-84.7℃）,提纯SiHCl3的主要化学操作的名称是　　　　。

（2）磁性材料。

这种材料一般含有铁元素,铁以化学性质活泼用途广泛而著称。

其中在工业上常用于印刷铜电路板工业,请写出反应的离子方程式 _________

　___________________________________________。

（3）激光材料。

我国是激光技术先进的国家,红宝石（Al2O3）是最早用于产生激光的材料,它是一种两性氧化物,请用离子方程式加以说明:

　_______________,

　___________________________________________。

（4）纳米材料。

胶体是一种物质以“纳米”颗粒的形式分散到另一种物质里形成的分散系,胶体粒子的直径大约是　　　　　　,区分胶体和溶液最经典的方法是_________________________________________　。

（5）高分子材料。

一种新型高效净水剂[AlFe（OH）nCl6-n]m属于无机高分子材料,广泛应用于生活用水和工业污水处理,其中铁元素的化合价为　　　_______　。

5.（14分）某学校化学兴趣小组为探索金属回收的综合利用,专门设计实验用含有铝、铁、铜的合金制取纯净的氯化铝溶液、绿矾晶体（FeSO4·7H2O）和胆矾晶体（CuSO4·5H2O）,其实验方案如下:

请回答下列问题:

（1）过滤用的玻璃仪器有 _____________________________________________。

（2）写出由沉淀Ⅱ转化为AlCl3溶液的离子方程式 ________________________

_________________________________________________　。

（3）小组成员经过检测,发现制得的绿矾不纯,试分析原因 _________________

　________________________________________________________________,

要想由沉淀Ⅰ最终制得纯度较高的绿矾,应如何改进_____________________

 ___________________________________________________。

（4）小组成员从资料中获知H2O2是一种绿色氧化剂,在滤渣B中加入稀硫酸和H2O2来制备胆矾晶体,则该反应的总化学方程式为 ___________________________

_________________________________________________　。

（5）有同学提出可将方案中最初溶解合金的盐酸改用烧碱,重新设计方案,也能最终制得三种物质,你认为后一种方案对于前一种方案　　　　（填“更合理”或“不合理”）,理由是 ______________________________________________

　________________________________________________。

6.（16分）玻璃钢可由酚醛树脂和玻璃纤维制成。

（1）酚醛树脂由苯酚和甲醛缩聚而成,反应有大量热放出,为防止温度过高,应向已有苯酚的反应釜中　　　　加入甲醛,且反应釜应装有　　　　装置。

（2）玻璃纤维由玻璃拉丝得到。

普通玻璃是由石英砂、　　　　和石灰石（或长石）高温熔融而成,主要反应的化学方程式为 _____________________________

　______________________________________________。

（3）玻璃钢中玻璃纤维的作用是______________________________________　。

玻璃钢具有______________________________　等优异性能（写出两点即可）。

（4）下列处理废旧热固性酚醛塑料的做法合理的是　　　_______________　。

a.深埋

b.粉碎后用作树脂填料

c.用作燃料

d.用有机溶剂将其溶解,回收树脂

7.（16分）（能力挑战题）从废钒催化剂（主要成分V2O5、Fe2O3和SiO2等）中回收V2O5的一种生产工艺流程示意图如下:

回答下列问题:

（1）①中滤渣的主要成分是　　　_______________　。

（2）②、③中的变化过程可简化为（下式中Rn+表示VO2+或Fe3+,HA表示有机萃取剂的主要成分）:

Rn+（水层）+nHA（有机层）

RAn（有机层）+nH+（水层）

②中萃取时必须加入适量碱,其原因是 __________________________________

　________________________________。

③中反萃取时加入的X试剂是　　　　。

（3）完成④中反应的离子方程式:

（4）25℃时,取样进行实验分析,得到钒沉淀率和溶液pH之间的关系如下:

pH

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

2.1

钒沉淀

率/%

88

92

93

95

95

95

93

90

87

根据上表数据判断,⑤中加入氨水,调节溶液pH最佳值为　　　　;若钒沉淀率为90%时不产生Fe（OH）3沉淀,则溶液中c（Fe3+）<　　　　　。

（已知:

25℃时,Ksp[Fe（OH）3]=4.0×10-39）

（5）在整个工艺流程中,可以循环利用的物质是水、　　　　和　　　　。

（6）写出废液Y中除H+之外的两种阳离子　　　　。

答案解析

1.【解析】

（1）普通硅酸盐水泥的成分有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸钙。

（2）水泥生料与煤在水泥回转窑中加热到1450℃时发生反应能生成污染性气体CO,煤燃烧还可产生污染性气体SO2。

（3）利用回转窑排出废气的余热来加热生料,使能源得到充分的利用。

（4）铝率=

=

≈0.94

（5）①利用惰性气体排出加热产生的水蒸气,防止水蒸气对测定产生误差。

②气体能使品红溶液褪色,则该气体为SO2。

从曲线图可以看出:

200℃～1400℃的范围内为CaSO4。

1400℃时,CaSO4生成了56mg的固体物质,该固体物质中一定含有Ca,故为CaO。

则反应方程式为2CaSO4

2CaO+2SO2↑+O2↑

答案:

（1）硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙

（2）二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物（写化学式也可）

（3）提高气固间的换热效率,实现整个煅烧系统的优质、高产、低消耗

（4）0.94

（5）①防止水蒸气对测定产生误差

②2CaSO4

2CaO+2SO2↑+O2↑

2.【解析】

（1）石英和焦炭在高温电炉中发生反应生成Si和CO,而不是Si和CO2;原因是在高温条件下焦炭和CO2发生反应:

C+CO2

2CO。

（2）①根据题目提供的信息可知:

SiCl4蒸气和NH3反应制得Si3N4,同时得到HCl,反应方程式为3SiCl4+4NH3====Si3N4+12HCl。

②SiCl4和N2在H2的环境中加强热反应得到Si3N4,同时得到另一种气体HCl,反应方程式为3SiCl4+2N2+6H2

Si3N4+12HCl;以甲烷为原料制金刚石薄膜（化学式为C）和另一种气体为H2,反应方程式为CH4

C+2H2。

③据原子守恒可知:

Si3N4与MgO在一定条件下进行热处理生成Mg3N2和SiO2（或硅酸镁）。

由于Si3N4的固体材料遇水稳定而Mg3N2遇水不稳定及MgO能溶于盐酸,故可用稀盐酸除去Si3N4中的MgO和Mg3N2。

答案:

（1）SiO2+2C

Si+2CO↑　高温条件下焦炭和二氧化碳不共存,即焦炭与二氧化碳反应生成一氧化碳

（2）①3SiCl4+4NH3====Si3N4+12HCl

②化学气相沉积法

3SiCl4+2N2+6H2

Si3N4+12HCl

CH4

C（金刚石）+2H2

③SiO2（写MgSiO3也可）　加足量稀盐酸过滤

3.【解析】

（1）炼铁高炉有五个组成部分:

炉缸、炉腹、炉腰、炉身和炉喉。

铁矿石与高温煤气主要在炉身内进行反应,炉腰处脉石和溶剂反应形成炉渣。

（2）脱磷是利用氧化剂和造渣材料共同与磷作用生成磷酸盐炉渣与铁水分离出去,化学方程式为2P+5FeO+3CaO

Ca3（PO4）2+5Fe,加入硅、锰和铝的目的是脱氧调整钢的成分。

（3）普通钢中加入铬获得不锈钢,为防止在吹氧过程中被氧化,应在吹氧后加入。

（4）炼钢过程大多数元素转化为固体炉渣,CO会作为尾气排出,可以用作气体燃料,以变废为宝。

答案:

（1）炉身　炉腰

（2）2P+5FeO+3CaO

Ca3（PO4）2+5Fe　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）

4.【解析】

（1）利用碳酸的酸性比硅酸的酸性强可判断C的非金属性比Si强。

两种液体的沸点不同,因此提纯SiHCl3的操作的名称为蒸馏（或分馏）。

（2）利用三价铁离子氧化铜去腐蚀铜电路板。

（3）氧化铝既能与酸反应,又能与碱反应。

（4）利用丁达尔效应区分溶液和胶体。

（5）根据化合价代数和等于零的原则可判断铁元素的化合价为+3。

答案:

（1）①SiO2+2C

Si+2CO↑

Na2SiO3+CO2+H2O====Na2CO3+H2SiO3↓

②蒸馏（或分馏）

（2）2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+

（3）Al2O3+6H+====2Al3++3H2O

Al2O3+2OH-====2Al

+H2O

（4）1～100nm　丁达尔效应　（5）+3

5.【解题指南】解答本题应注意两点:

（1）Fe2+易被氧化,制备绿矾时应加入足量铁粉。

（2）溶解合金时将盐酸改为烧碱,步骤少,节约药品。

【解析】（3）问在制备过程中Fe2+很容易被氧化为Fe3+,因此需加入铁粉防止Fe2+被氧化。

（4）H2O2作为绿色氧化剂,其还原产物为H2O,因此根据反应物和产物不难推出方程式。

（5）改盐酸为烧碱后,Al变为Al

然后过滤后加过量盐酸就得到AlCl3,沉淀中再加入足量H2SO4,过滤后溶液蒸发结晶得到绿矾,最终剩余的Cu再转化为胆矾,因此步骤简单,节省药品和操作时间。

答案:

（1）烧杯、漏斗、玻璃棒

（2）Al（OH）3+3H+====Al3++3H2O

（3）反应过程中部分二价铁转化成了三价铁　向滤液D中加入足量的铁粉,反应后过滤,取滤液蒸发结晶即可得纯度较高的绿矾

（4）Cu+H2O2+H2SO4+3H2O====CuSO4·5H2O（或Cu+H2O2+H2SO4====CuSO4+2H2O）

（5）更合理　因为前一种方案操作步骤多、时间长、消耗试剂量大

6.【解析】

（1）为防止温度过高,应间歇性地加入甲醛,并且有散热（冷却）装置。

（2）利用石灰石、纯碱、石英砂制玻璃的方程式为Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+

CO2↑,CaCO3+SiO2

CaSiO3+CO2↑。

（3）玻璃钢是将玻璃纤维和高分子材料复合而成的复合材料,其中玻璃纤维的作用是增强体,合成材料是基体;它具有强度高、质量轻、耐腐蚀、抗冲击、绝缘性能好等优良性能。

（4）废旧合成材料的再生利用主要有三条途径:

①通过再生和改性,重新做成多种有用的材料和制品;

②采用热裂解或化学处理方法使其分解,用于制备多种化工原料;

③将废旧的聚合物作为燃料回收利用热能,但热固性酚醛塑料不易燃烧,故b正确,c错误。

因为塑料深埋地下一百年也不腐烂,造成严重的“白色污染”,故a错;酚醛塑料不能溶解于有机溶剂,故d错。

答案:

（1）缓慢　冷却

（2）纯碱　SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑,

SiO2+CaCO3

CaSiO3+CO2↑

（3）增强作用（或骨架作用）　质量轻、强度高、抗腐蚀、抗冲击、绝缘性好等（任意答出两点即可）

（4）b

7.【解析】

（1）废钒催化剂的主要成分是V2O5、Fe2O3和SiO2,与酸作用时V2O5转化为VO2+,Fe2O3转化为Fe3+而SiO2不反应,故滤渣的主要成分是SiO2。

（2）萃取与反萃取的反应为Rn+（水层）+nHA（有机层）

RAn（有机层）+nH+（水层）

②中加入适量碱,与H+反应使平衡正移,从而提高钒的萃取率。

③中要使上述平衡逆移,可增大溶液中c（H+）,即加入H2SO4。

（3）

（4）由表格中的数据可知,当加入氨水使溶液的pH上升到1.6时,钒沉淀率达最高为95%,即调节溶液pH最佳值为1.6;

当钒沉淀率为90%时,pH=2.0,c（H+）=10-2mol·L-1,c（OH-）=

=10-12mol·L-1

要使溶液中不产生Fe（OH）3沉淀,则c（Fe3+）·c3（OH-）

（5）从流程图中可以看出,可循环使用的物质为有机萃取剂和氨水。

（6）酸性水溶液中含有VO2+、Fe3+、S

等,与KClO3发生第④步的反应生成VO3+和Cl-,再经过氨水调pH使钒沉淀率达95%,故废液Y中还含有K+、Fe3+、VO3+、N

及S

。

答案:

（1）SiO2

（2）加入碱中和产生的酸,平衡右移,提高钒的萃取率　硫酸

（3）1　6　6　6　1　3　H2O

（4）1.6　4.0×10-3mol·L-1

（5）有机萃取剂　氨气（或氨水）

（6）Fe3+、VO3+、N

、K+（任写2种）

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