高考化学二轮习题化学与材料的制造和应用.docx
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高考化学二轮习题化学与材料的制造和应用
第三讲 化学与材料的制造和应用
[考纲展示]
1．了解社会发展和科技进步对材料的要求。
了解化学对材料科学发展的促进作用。
2.了解金属材料、无机非金属材料、高分子合成材料、复合材料和其他新材料的特点及有关的生产原理。
3.了解用化学方法进行金属材料表面处理的原理。
4.了解我国现代材料研究和材料工业的发展情况。
了解新材料的发展方向。
5.了解化学对废旧物资再生与综合利用的作用。
考点一 金属材料
一、几种金属的冶炼
1．钢铁的冶炼
炼铁
炼钢
原料
铁矿石、焦炭、空气、石灰石
生铁、氧化剂（空气、纯氧、氧化铁等）、生石灰、脱氧剂
化学原理
在高温下用还原剂将铁从其氧化物中还原出来
在高温下用氧化剂把生铁中过多的碳和其他杂质氧化成气体或炉渣除去
有关反应
（1）还原剂的生成：
C＋O2
CO2，CO2＋C
2CO
（2）铁的还原：
Fe2O3＋3CO
2Fe＋3CO2
（3）炉渣的生成：
CaCO3
CaO＋CO2↑，SiO2＋CaO
CaSiO3
（1）氧化剂的生成：
2Fe＋O2
2FeO
（2）降碳，除杂，调硅、锰；如C＋FeO
CO↑＋Fe
（3）造渣：
生成的硅、锰氧化物及铁水中的硫、磷跟造渣材料反应形成炉渣排出
（4）脱氧并调整成分：
2FeO＋Si
2Fe＋SiO2
主要设备
高炉
转炉
2.铝的冶炼
（1）原料：
铝土矿（主要成分为Al2O3）。
（2）提纯Al2O3
Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O，
NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al（OH）3↓＋NaHCO3，
2Al（OH）3
Al2O3＋3H2O。
（3）电解：
加入冰晶石及少量的氟化钙降低Al2O3的熔点。
化学方程式：
2Al2O3
4Al＋3O2↑。
【特别提醒】
（1）炼铁高炉产生的废气、废渣会严重污染环境，应结合它们的成分进行综合利用和余热的利用。
（2）炼钢的目的是降低生铁中碳的含量，除去P、S等有害元素，调整Si、Mn、Cr等合金元素的含量。
所以在炼钢时常根据需要加入适量的Si、Mn、Cr、Ni等元素，既起到脱氧作用，又能调整合金成分的含量。
二、金属的腐蚀及防止
1．金属的腐蚀
（1）化学腐蚀
金属材料与其表面接触的一些物质（如O2、Cl2等）直接发生化学反应而引起的腐蚀，受温度的影响较大。
（2）电化学腐蚀
不同金属或不纯金属与电解质溶液接触，因发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化。
2．金属腐蚀的防止及利用
（1）金属腐蚀的防止方法
（2）金属腐蚀的利用
金属的化学蚀刻、印刷电路的铜布钱腐蚀、半导体器件与集成电路制造中的精细加工都是利用了金属腐蚀的原理。
1．（教材改编）金属铝的生产是以Al2O3为原料，在熔融状态下进行电解：
2Al2O3
4Al＋3O2↑
请回答下列问题：
（1）冰晶石（Na3AlF6）的作用是________________________________________________________________________。
（2）电解生成的金属铝是在熔融液的________（填“上层”或“下层”）。
（3）阴极和阳极均由________材料做成；电解时不断消耗的电极是________（填“阳极”或“阴极”）。
（4）废旧铝材的回收利用十分重要。
在工业上，最能体现节能减排思想的是将回收铝做成________（填代号）。
a．冰晶石 b．氧化铝 c．铝锭 d．硫酸铝
解析：
（1）Al2O3的熔点很高，熔化需要较多能量，加入助熔剂就可节约能量，降低熔化温度。
（2）由于冰晶石（Na3AlF6）与氧化铝熔融物密度比铝的小，所以铝在熔融液的下层。
（3）电解时阳极的碳棒被生成的氧气氧化。
（4）电解产生的铝要尽量以单质形式存在，所以将回收铝做成铝锭最好。
答案：
（1）降低Al2O3的熔化温度
（2）下层 （3）碳棒（或石墨） 阳极 （4）c
2．由黄铜矿（主要成分是CuFeS2）炼制精铜的工艺流程示意图如下：
（1）在反射炉中，把铜精矿砂和石英砂混合加热到1000℃左右，黄铜矿与空气反应生成Cu和Fe的低价硫化物，且部分Fe的硫化物转变为低价氧化物。
该过程中两个主要反应的化学方程式分别是______________________、________________________________，反射炉内生成炉渣的主要成分是__________；
（2）冰铜（Cu2S和FeS互相熔合而成）含Cu量为20%～50%。
转炉中，将冰铜加熔剂（石英砂）在1200℃左右吹入空气进行吹炼。
冰铜中的Cu2S被氧化为Cu2O，生成的Cu2O与Cu2S反应，生成含Cu量约为98.5%的粗铜，该过程发生反应的化学方程式分别是________________________________、______________________________；
（3）粗铜的电解精炼如右图所示。
在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极______（填图中的字母）；在电极d上发生的电极反应式为________________________________________________________________________；
若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
（1）Cu与Fe的低价硫化物为Cu2S和FeS，所以发生的反应为2CuFeS2＋O2
Cu2S＋2FeS＋SO2，2FeS＋3O2
2FeO＋2SO2，反射炉内有矿砂（含SiO2），生成的FeO与SiO2反应：
FeO＋SiO2
FeSiO3。
（2）题目给出Cu2S与吹入空气反应生成Cu2O，则S被氧化为SO2，Cu2O与Cu2S反应生成Cu，根据原子守恒，另一产物为SO2，所以该过程中发生反应的化学方程式为2Cu2S＋3O2
2Cu2O＋2SO2，2Cu2O＋Cu2S
6Cu＋SO2↑。
（3）粗铜精炼中，粗铜作阳极发生：
Cu－2e－===Cu2＋，比Cu不活泼的Au、Ag不发生反应而以单质的形式沉积下来，比铜活泼的Fe发生氧化反应：
Fe－2e－===Fe2＋，进入电解液，所以粗铜为c，d发生：
Cu2＋＋2e－===Cu。
答案：
（1）2CuFeS2＋O2
Cu2S＋2FeS＋SO2
2FeS＋3O2
2FeO＋2SO2 FeSiO3
（2）2Cu2S＋3O2
2Cu2O＋2SO2
2Cu2O＋Cu2S
6Cu＋SO2↑
（3）c Cu2＋＋2e－===Cu
Au、Ag以单质的形式沉积在c（阳极）下方，Fe以Fe2＋的形式进入电解液中
考点二 无机非金属材料[学生用书P270]
一、传统硅酸盐材料
二、新型无机非金属材料
性能与应用
新型陶瓷
碳化硅（SiC）
硬度大、熔点高、化学性质稳定，可作优质磨料和航天器的涂层材料
氮化硅（Si3N4）
硬度大、熔点高、化学性质稳定，可用于制造轴承、汽轮机叶片、发动机受热面等
单晶硅
半导体材料，制作计算机芯片、集成电路
碳单质
金刚石
新一代信息材料
石墨
电的良导体、化学性质稳定，用作电极
C60
在新型储氢材料、复合材料、纳米材料、超导体的制造方面前景广阔
1．（2015·甘肃诊断）当航天飞机返回地球大气层时，由于与空气的剧烈摩擦，飞机尖端的温度可达1000℃以上，为了防止高温将其烧毁，科学家给航天飞机的相应部位安装了可靠的保护层。
制作保护层的材料是（ ）
A．塑料
B．合成纤维
C．新型陶瓷和碳纤维的复合材料
D．镁铝合金
解析：
选C。
制作保护层的材料应该具有硬度高、熔点高。
机械性能强等性质，只有C项符合要求。
2．（2015·天津质检）化学与生活、生产、社会关系密切。
下列叙述正确的是（ ）
A．铁制管道涂铝粉可防锈蚀
B．黑色铅笔芯的主要成分是铅
C．焊锡中加铅的目的是提高熔点
D．长期饮用纯净水有利于身体健康
解析：
选A。
铁制管道涂铝粉，形成原电池时铁作为正极得到保护，A对；黑色铅笔芯的主要成分是石墨，B错；焊锡中加铅的目的是降低熔点，C错；长期饮用纯净水，机体获取的无机盐、矿物质等营养元素较少，不利于身体健康，D错。
考点三 高分子材料的合成及特点
一、合成高分子化合物的重要化学反应
加成聚合反应
缩合聚合反应
含义
许多小分子（含不饱和键）通过加成反应形成高聚物的聚合反应
许多小分子通过缩合形成高聚物，同时有小分子生成的聚合反应
单体特征
含不饱和键，如碳碳双键、碳碳三键或环状结构
含有能够相互反应的官能团，如—OH、—COOH、—NH2等
单体种类数
相同或不同的单体
相同或不同的单体
高聚物特征
链节与单体的组成相同
链节与单体的组成不同
产物种类
只有高聚物
高聚物和小分子
举例
二、线型结构、体型结构高分子材料的比较
合成材料
线型高分子材料
体型高分子材料
常见物质
合成纤维、部分塑料（如聚乙烯）
部分塑料（如电木）
结构特点
以共价键结合成高分子链，链与链之间以分子间作用力相结合
以共价键构成高分子链，链与链之间以共价键大量交联
性质特点
具有弹性和可塑性，在溶剂中能溶解，加热能熔融，硬度、脆性较小，不能导电
没有弹性和可塑性，不能溶解或熔融，在溶剂中能溶胀，硬度和脆性较大，不能导电
【特别提醒】
（1）高分子的单体和链节区分不清，是失分的一个重要方面。
（2）高分子都是混合物，认识不到位时容易失分。
判断高分子是否是混合物的方法是测定其有没有固定的熔点。
（3）由高分子判断单体的方法掌握不好，容易出现错误。
（4）缩合聚合反应中有小分子生成，这是区别于加成聚合反应的特征之一。
1．（教材改编）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
解析：
（1）为防止温度过高，应间歇性加入甲醛，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会腐烂，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
2．（2015·浙江台州模拟）材料是人类生存和社会进步的物质基础，不同的材料功能各不相同。
以下都是有关材料的内容，试根据所给内容回答问题。
（1）氢能是未来能源最佳选择之一，氢能的利用涉及氢的储存、输送和使用。
贮氢合金是解决氢的储存等问题的重要材料。
贮氢合金中最具代表性的是镧镍合金（LaNi5）。
已知LaNi5（s）＋3H2（g）
LaNi5H6（g） ΔH＝－31.77kJ·mol－1。
镧镍合金的熔点比镧、镍的熔点________（填“高”、“低”或“介于两者之间”），根据反应原理，形成LaNi5H6的化学反应条件是____________。
最近有人提出可以研制出一种性能优越的催化剂，可以大大提高贮氢合金的贮氢能力，你认为该说法可信吗？
______________（填“可信”或“不可信”），其理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）无机非金属材料是日常生活中不可缺少的物质，它们往往具有高强度、耐高温、耐腐蚀的特点。
Si3N4就是一种重要的精细陶瓷，合成氮化硅的方法之一为3SiO2＋6C＋2N2
Si3N4＋6CO。
Si3N4属于________晶体，在上述反应中氧化剂为________。
（3）硅橡胶是一种耐高温、耐低温、耐油，化学性质稳定的高分子合成材料，用于制造卫星部件、人体器官等。
现以
为原料合成硅橡胶（
），需要发生反应的主要类型有____________、____________。
（4）高分子吸水树脂可以由聚乙烯醇（
）和聚丙烯酸盐（
）交联得到，从结构上看该高分子吸水材料具有吸水性，原因为它们都具有________基团。
解析：
（1）合金的熔点比各单一组分的熔点低；根据反应方程式可知生成贮氢合金的反应是气体体积减小的放热反应，增大压强、降低温度有利于合金的生成；但催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡，更不能提高合金的贮氢能力。
（2）由反应方程式可知N元素化合价降低，C元素化合价升高，故N2为氧化剂，Si3N4强度高、耐高温，应属于原子晶体。
（3）
先水解生成
，再经缩聚生成
。
（4）由结构分析知该吸水材料的分子中有—OH和—COO－都属于亲水基团。
答案：
（1）低 低温、高压 不可信 该反应是可逆反应，使用催化剂只能改变反应速率，不能使平衡移动，更不可能大大提高贮氢合金的贮氢能力
（2）原子 N2
（3）水解反应（或取代反应） 缩聚反应
（4）亲水
1．（2013·高考海南卷）（双选）下列叙述正确的是（ ）
A．合成氨的“造气”阶段会产生废气
B．电镀的酸性废液用碱中和后就可以排放
C．电解制铝的过程中，作为阳极材料的无烟煤不会消耗
D．使用煤炭转化的管道煤气比直接燃煤可减少环境污染
解析：
选AD。
A中氨的造气用天然气或煤，必产生二氧化碳；B中电镀液含重金属离子，应处理后排放；C中铝的生产中阳极会产生二氧化碳，煤有消耗；D中煤的气化后作了脱硫处理，污染减少。
2．（2013·高考山东卷）废旧硬质合金刀具中含碳化钨（WC）、金属钴（Co）及少量杂质铁，利用电解法可回收WC和Co。
工艺流程简图如下：
（1）电解时废旧刀具作阳极，不锈钢作阴极，HCl溶液为电解液。
阴极主要的电极反应式为________________________________________________________________________。
（2）净化步骤所得滤饼的主要成分是________。
回收的洗涤液代替水配制电解液，目的是回收利用其中的________。
（3）溶液Ⅰ的主要成分是________。
洗涤CoC2O4不充分对最终产品纯度并无明显影响，但焙烧时会造成环境污染，原因是________________________________________________________________________。
（4）将Co2O3还原成Co粉的化学反应方程式为____________________________。
解析：
（1）HCl溶液为电解液，阴极上溶液中阳离子H＋发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。
（2）废旧刀具电解时，得到WC固体，阳极上Fe、Co发生氧化反应，生成Fe2＋、Co2＋，进入电解液。
电解液中加入H2O2可将Fe2＋氧化成Fe3＋，通入NH3后析出Fe（OH）3沉淀，过滤所得滤饼的主要成分为Fe（OH）3。
滤饼洗涤液中含有Co2＋，回收洗涤液的目的是回收利用Co2＋（或Co）。
（3）加入（NH4）2C2O4溶液后发生反应：
CoCl2＋（NH4）2C2O4===CoC2O4↓＋2NH4Cl，溶液Ⅰ中主要含有NH4Cl，若CoC2O4洗涤不充分，加热过程中，NH4Cl发生分解产生NH3和HCl气体。
（4）H2与Co2O3发生氧化还原反应，生成Co和H2O，反应的化学方程式为3H2＋Co2O3===2Co＋3H2O。
答案：
（1）2H＋＋2e－===H2↑
（2）Fe（OH）3 Co2＋（或Co）
（3）NH4Cl 焙烧时NH4Cl分解产生NH3和HCl
（4）Co2O3＋3H2===2Co＋3H2O
3．（2013·高考海南卷）硅在地壳中的含量较高。
硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。
回答下列问题：
（1）1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。
这种“金属”可能是__________。
（2）陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。
其中，生产普通玻璃的主要原料有____________。
（3）高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。
工业上提纯硅有多种技术路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：
发生的主要反应
电弧炉
SiO2＋2C
Si＋2CO↑
流化床反应器
Si＋3HCl
SiHCl3＋H2
还原炉
SiHCl3＋H2
Si＋3HCl
①用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为____________________；碳化硅又称________，其晶体结构与________相似。
②在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和________。
物质
Si
SiCl4
SiHCl3
SiH2Cl2
SiH3Cl
HCl
SiH4
沸点/℃
2355
57.6
31.8
8.2
－30.4
－84.9
－111.9
③SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为________________________________________________________________________。
（4）氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料，这些原料是________________________________________________________________________。
解析：
（1）反应物是二氧化硅、木炭和铁，所得“金属”应是铁的合金。
（2）生产普通玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂。
（3）①SiC又名金刚砂，与金刚石或晶体硅具有相似的结构。
②在SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl中，SiCl4在常温下呈液态，会成为杂质。
由于SiCl4与SiHCl3沸点相差较大，因此可用精馏（或蒸馏）的方法进行分离。
③SiHCl3完全水解的化学方程式为SiHCl3＋4H2O===H4SiO4↓＋H2↑＋3HCl↑。
（4）氯碱工业的产品是NaOH、H2、Cl2，其中H2、Cl2反应可制备HCl。
H2、HCl都是制备高纯硅工艺中的原料。
答案：
（1）含有硅、碳的铁合金（或硅铁）
（2）石英砂、纯碱和石灰石 （3）①SiO2＋3C
SiC＋2CO↑ 金刚砂 金刚石（或单晶硅） ②精馏（或蒸馏） ③H4SiO4（或H2SiO3）、H2、HCl （4）H2、HCl
一、选择题
1．根据陶瓷的生产原理，可以得出硅酸盐工业的一般特点是（ ）
①以含硅物质作为原料
②主要产物是硅酸盐
③反应条件是高温
④反应原理是复杂的物理变化和化学变化
A．只有①③ B．只有②③
C．①②③④D．只有③④
解析：
选C。
传统陶瓷多是将黏土与水的混合物通过高温烧结制成。
其生产过程中发生复杂的化学变化和物理变化。
故①②③④正确，应选C。
2．（2015·山东聊城高三月考）下列有关生铁炼钢的叙述错误的是（ ）
A．添加必要的元素，改善钢材的组织结构和性能
B．适当降低生铁中的含碳量，除去大部分硫、磷等杂质
C．加入硅、锰、铝等合金元素调整成分并脱去钢水中的氧
D．除去生铁中的非金属元素
解析：
选D。
生铁炼钢只能降低生铁中的含碳量，而不能全部除去，故D错。
3．石灰石、生石灰和熟石灰均是重要的化工原料，下列工业生产中，可能用到上述原料的是（ ）
①炼铁 ②炼钢 ③从海水中提取镁 ④铝的冶炼
⑤制水泥 ⑥制玻璃 ⑦制漂白粉 ⑧烧制陶瓷
A．①②⑤⑥⑦⑧B．①②③⑤⑥⑦
C．③④⑤⑥⑦⑧D．全部
解析：
选B。
解答本题时注意以下三点：
（1）炼铁、制水泥、制玻璃要用石灰石作原料；
（2）炼钢要用生石灰除硫、磷；
（3）从海水中提取镁、制漂白粉要用熟石灰。
4．有许多单质或化合物易溶于含同一元素的盐（或酸）溶液中，也可溶于其熔融体（或液体）中，如I2易溶于KI溶液，硫易溶于K2S溶液，KF易溶于液态HF中。
下列工业生产应用了上述溶解原理的是（ ）
A．炼铝B．高炉炼铁
C．工业上制烧碱D．工业上制硝酸
解析：
选A。
炼铝时为了降低Al2O3的熔点，加入熔点低的冰晶石（Na3AlF6），就是利用上述原理，只有A符合。
5．下列叙述正确的是（ ）
①工业上合成非氧化物陶瓷氮化硅（Si3N4）需要在高温、空气气氛中进行
②建设三峡大坝需要使用大量水泥，水泥是硅酸盐材料
③夏天人们使用由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛
④太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能
A．①②③B．①②④
C．③④D．②④
解析：
选D。
合成Si3N4应隔绝空气，防止生成SiO2，①错；Cu2O制造红色玻璃，变色眼镜中添加的是AgBr，③错。
6．下列有关金属材料的说法正确的是（ ）
A．纳米铜能在氧气中燃烧，说明了纳米铜比普通铜的还原性强
B．“辽宁舰”上用于舰
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