2013新课标化学高三一轮总复习讲与练14-第2讲 化学与材料制造和应用(精品).ppt

课课 堂堂 反反 馈馈课课 堂堂 探探 究究考考 点点 突突 破破 课课 时时 作作 业业 堂堂课课探探 究究解读考纲解读考纲考点考点考考纲纲解解读读化学与材料化学与材料制造和制造和应应用用1.了解社会了解社会发发展和科技展和科技进进步步对对材料的要求，材料的要求，了解化学了解化学对对材料科学材料科学发发展的促展的促进进作用作用。2了解金属材料、无机非金属材料、高分了解金属材料、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，子合成材料、复合材料和其他新材料的特点，了解有关的生了解有关的生产产原理。原理。3了解用化学方法进行金属材料表面处理了解用化学方法进行金属材料表面处理的原理。的原理。4了解我国现代材料研究和材料工业的发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。展情况，了解新材料的发展方向。基础回扣基础回扣 一、无机非金属材料一、无机非金属材料二、金属材料二、金属材料1铁的冶炼铁的冶炼(1)原理：高温下用还原剂将铁从其氧化物中还原出来。原理：高温下用还原剂将铁从其氧化物中还原出来。(2)原料：铁矿石、焦炭、石灰石和空气。原料：铁矿石、焦炭、石灰石和空气。(3)设备：炼铁高炉。设备：炼铁高炉。2钢的冶炼钢的冶炼(1)原原理理：高高温温下下用用氧氧化化剂剂将将过过多多的的碳碳和和其其他他杂杂质质氧氧化化成成气气体体或或炉炉渣渣除除去去，再再添添加加硅硅、锰锰、铝铝等等其其他他合合金金作作为为脱脱氧氧剂剂，以以调整钢水的成分制成符合规格的钢材。调整钢水的成分制成符合规格的钢材。3铝铝的生的生产产流程示意流程示意图图三、高分子化合物与材料三、高分子化合物与材料1高分子化合物的合成高分子化合物的合成一般通过加成聚合或缩合聚合反应得到高分子化合物。一般通过加成聚合或缩合聚合反应得到高分子化合物。2塑料制品的加工塑料制品的加工线型结构的塑料具有热塑性，体型结构的塑料有热固性。线型结构的塑料具有热塑性，体型结构的塑料有热固性。3性能性能优优异的合成材料异的合成材料(1)塑料的改性塑料的改性常用方法有填充改性、共混改性、共聚改性。常用方法有填充改性、共混改性、共聚改性。(2)功能高分子材料功能高分子材料发发展展趋势趋势是高性能化、功能化、复合化、精是高性能化、功能化、复合化、精细细化、智能化。化、智能化。(3)复合材料复合材料构成：由基体和增构成：由基体和增强强体两种材料构成。体两种材料构成。性性能能：具具有有强强度度高高、质质量量轻轻、耐耐腐腐蚀蚀、抗抗冲冲击击、绝绝缘缘性性好等好等优优良性能。良性能。4环环境中的高分子材料境中的高分子材料(1)高分子材料的老化及其保高分子材料的老化及其保护护(2)环环境降解高分子材料的开境降解高分子材料的开发发降解主要涉及生物降解、光降解和化学降解三种降解主要涉及生物降解、光降解和化学降解三种过过程。程。(3)废废旧高分子材料的回收利用。旧高分子材料的回收利用。四、金属的腐蚀及防护四、金属的腐蚀及防护1金金属属腐腐蚀蚀的的本本质质是是金金属属失失电电子子被被氧氧化化，主主要要包包括括化化学学腐腐蚀和电化学腐蚀。蚀和电化学腐蚀。(1)化学腐蚀化学腐蚀金金属属材材料料与与其其表表面面接接触触的的一一些些物物质质直直接接发发生生化化学学反反应应而而引引起的腐蚀叫化学腐蚀。起的腐蚀叫化学腐蚀。(2)电化学腐蚀电化学腐蚀不不同同金金属属或或不不纯纯金金属属与与电电解解质质溶溶液液接接触触，因因发发生生原原电电池池反反应应，比比较较活活泼泼的的金金属属失失电电子子而而被被氧氧化化，这这种种腐腐蚀蚀叫叫电电化化学学腐腐蚀蚀。钢铁腐蚀通常分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀。钢铁腐蚀通常分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀。2金属腐金属腐蚀蚀的防的防护护和利用和利用将将金金属属制制品品与与周周围围物物质质隔隔离离开开。如如电电镀镀、发发蓝蓝、形形成成钝钝化化膜膜等等，控控制制和和改改善善环环境境气气体体、液液体体介介质质，或或采采用用牺牺牲牲阳阳极极法法和和外加外加电电流法等流法等电电化学保化学保护护法。法。金金属属腐腐蚀蚀会会带带来来危危害害和和损损失失，但但也也可可以以被被利利用用来来进进行行材材料料加工，如化学加工，如化学蚀蚀刻。刻。点点考考突突 破破1几种金属的冶几种金属的冶炼炼(1)钢铁钢铁的冶的冶炼炼炼铁炼铁炼钢炼钢原料原料铁矿铁矿石、焦炭、空石、焦炭、空气、石灰石气、石灰石生生铁铁、氧化、氧化剂剂(空气、空气、纯纯氧、氧、氧化氧化铁铁等等)、生石灰、脱氧、生石灰、脱氧剂剂化学原理化学原理在高温下用在高温下用还还原原剂剂将将铁铁从其氧化物中从其氧化物中还还原出来原出来在高温下用氧化在高温下用氧化剂剂把生把生铁铁中中过过多的碳和其他多的碳和其他杂质杂质氧化成氧化成气体或炉渣除去气体或炉渣除去特别提醒特别提醒金金属属冶冶炼炼方方法法的的选选择择与与金金属属的的活活动动性性有有关关，处处在在金金属属活活动动性不同位置的金属其冶炼的方法可用下图表示：性不同位置的金属其冶炼的方法可用下图表示：当当一一种种金金属属可可用用多多种种方方法法冶冶炼炼时时，工工业业上上一一般般采采用用经经济济效效益益高高的的方方法法。即即：热热解解还还原原法法优优于于焦焦炭炭还还原原法法，焦焦炭炭还还原原法法优优于于铝铝热热还还原原法法，铝铝热热还还原原法法优优于于电电解解还还原原法法；从从环环保保角角度度考考虑虑，H2还原法又优于还原法又优于CO还原法。还原法。2金属材料的表面金属材料的表面处处理理防防护护方方法种法种类类原理原理应应用用实实例例改改变变金属金属内部内部结结构构一般向一些易腐一般向一些易腐蚀蚀的金属中加入的金属中加入某些特殊金属制成合金，增某些特殊金属制成合金，增强强其其抗腐抗腐蚀蚀能力能力向普通向普通钢钢中加中加铬铬、镍镍等金属等金属制不制不锈钢锈钢金属表面金属表面覆盖保覆盖保护层护层在金属表面覆盖致密的保在金属表面覆盖致密的保护层护层，从而使金属制品跟周从而使金属制品跟周围围物物质质隔离隔离开来开来在在钢铁钢铁表面涂表面涂矿矿物性油脂、物性油脂、油漆、搪瓷、塑料等，或油漆、搪瓷、塑料等，或电电镀镀、热镀热镀、喷镀喷镀，使金属表，使金属表面生成致密面生成致密稳稳定的氧化膜定的氧化膜电电化学化学保保护护法法利用利用电电化学原理将被保化学原理将被保护护的金属的金属作作为为原原电电池的正极或池的正极或电电解池的阴解池的阴极极牺牺牲阳极保牲阳极保护护法、外加法、外加电电流流阴极保阴极保护护法法例例1铝铝是是地地壳壳中中含含量量最最多多的的金金属属元元素素，1854年年法法国国冶冶金金学学家家戴戴维维尔尔用用金金属属钠钠还还原原氯氯化化钠钠和和氯氯化化铝铝的的复复盐盐，获获得得了了金金属属铝铝单单质质。1886年年，美美国国人人霍霍尔尔和和法法国国人人埃埃鲁鲁，分分别别独独立立地地电电解解熔熔融融的的氧氧化化铝铝和和冰冰晶晶石石的的混混合合物物，制制得得了了金金属属铝铝，奠奠定定了了今今天天大大规规模生模生产铝产铝的基的基础础。工工业业生生产产金金属属铝铝的的原原料料是是铝铝土土矿矿(主主要要成成分分为为Al2O3，另另含含有有Fe2O3)，工，工业业中得到中得到较纯较纯氧化氧化铝铝的的过过程如程如图图所示：所示：试试回答下列回答下列问题问题：(1)操操作作是是一一种种重重要要的的混混合合物物分分离离方方法法，实实验验室室进进行行该该项项操作用到的玻璃操作用到的玻璃仪仪器有器有烧烧杯、杯、_、_。(2)经经分析不溶物分析不溶物A的主要成分的主要成分为为_。(3)工工业业上上电电解解炼铝炼铝的化学方程式的化学方程式为为：_。若若电电路中通路中通过过1 mol电电子，可以得到子，可以得到铝铝_ g。解解析析(1)操操作作的的方方法法是是过过滤滤，所所用用玻玻璃璃仪仪器器有有玻玻璃璃棒棒、漏斗和烧杯。漏斗和烧杯。(2)Fe2O3不与不与NaOH溶液反应，作为不溶物被滤出。溶液反应，作为不溶物被滤出。(3)根根据据化化学学方方程程式式可可知知每每生生成成1 mol Al转转移移3 mol电电子子，所所以每转移以每转移1 mol电子，可生成电子，可生成9 g Al。1无机非金属材料无机非金属材料(1)传统传统硅酸硅酸盐盐材料材料陶瓷、水泥、玻璃等是陶瓷、水泥、玻璃等是传统传统硅酸硅酸盐盐材料，它材料，它们们的比的比较较如下：如下：陶瓷陶瓷玻璃玻璃水泥水泥主要主要原料原料黏土黏土纯纯碱、石灰石碱、石灰石和石英和石英黏土和石灰石黏土和石灰石(石膏石膏为为辅助原料辅助原料)主要主要设备设备玻璃熔炉玻璃熔炉水泥回水泥回转转窑窑主要成分主要成分硅酸硅酸盐盐Na2SiO3CaSiO3SiO2(Na2OCaO6SiO2)3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3等等主要主要性能性能抗氧化、抗酸抗氧化、抗酸碱腐碱腐蚀蚀、耐高、耐高温、温、绝缘绝缘、易、易成型等成型等优优点点玻璃玻璃态态物物质质，没，没有固定的熔点，有固定的熔点，在一定温度范在一定温度范围围内逐内逐渐软渐软化化水硬性水硬性(2)复合材料复合材料常常见见的复合材料：玻璃的复合材料：玻璃钢钢、碳、碳纤维纤维增增强强复合材料等。复合材料等。(3)塑料制品塑料制品结结构和性能构和性能线线型型高高分分子子：分分子子呈呈长长链链状状，可可溶溶于于有有机机溶溶剂剂，受受热热软软化，熔融，有化，熔融，有热热塑性。塑性。体体型型高高分分子子：高高分分子子链链之之间间形形成成化化学学键键产产生生交交联联，形形成成立体网状立体网状结结构。不易溶于有机溶构。不易溶于有机溶剂剂，受，受热热不熔化，有不熔化，有热热固性。固性。(4)新材料的新材料的发发展方向展方向具具有有复复合合化化、设设计计化化、智智能能化化、仿仿生生化化、轻轻量量化化、高高性性能能化、高功能化等特点。化、高功能化等特点。例例2氮氮化化硅硅是是一一种种高高温温陶陶瓷瓷材材料料，它它熔熔点点高高、硬硬度度大大、化化学学性性质质稳稳定定，工工业业上上曾曾普普遍遍采采用用高高纯纯硅硅与与纯纯氮氮在在1 300 反反应应制制得。得。(1)根据性根据性质质，推，推测测氮化硅的用途是氮化硅的用途是_(填序号填序号)。制制汽汽轮轮机机叶叶片片制制有有色色玻玻璃璃制制永永久久性性模模具具制制柴油机柴油机(2)氮氮化化硅硅陶陶瓷瓷抗抗腐腐蚀蚀能能力力强强，除除氢氢氟氟酸酸外外，它它不不与与其其他他无无机机 酸酸 反反 应应，试试 推推 测测 该该 陶陶 瓷瓷 被被 氢氢 氟氟 酸酸 腐腐 蚀蚀 的的 化化 学学 方方 程程 式式_。(3)四四氯氯化化硅硅和和氮氮气气在在氢氢气气的的气气氛氛保保护护下下，加加强强热热发发生生反反应应，可可 得得 较较 高高 纯纯 度度 的的 氮氮 化化 硅硅，反反 应应 的的 化化 学学 方方 程程 式式 为为_。解析解析解答解答(1)的关键是信息的利用根据的关键是信息的利用根据“氮化硅是一种高氮化硅是一种高温陶瓷材料，它熔点高、硬度大、化学性质稳定温陶瓷材料，它熔点高、硬度大、化学性质稳定”即可得出答即可得出答案；书写案；书写(2)中氮化硅陶瓷和氢氟酸反应的方程式，要注意产物中氮化硅陶瓷和氢氟酸反应的方程式，要注意产物的判定，应该生成的判定，应该生成SiF4。堂堂课课反反 馈馈1下列有关材料的下列有关材料的说说法不正确的是法不正确的是()A传传统统的的无无机机非非金金属属材材料料虽虽有有不不少少优优点点，但但质质脆脆，经经不不起起热热冲冲击击B新新型型无无机机非非金金属属材材料料虽虽然然克克服服了了传传统统无无机机材材料料的的缺缺点点，但但强强度比度比较较差差C高高温温结结构构材材料料具具有有耐耐高高温温、不不怕怕氧氧化化、耐耐酸酸碱碱腐腐蚀蚀、硬度大、耐磨硬度大、耐磨损损、密度小等、密度小等优优点点D新型无机非金属材料特性之一是具有新型无机非金属材料特性之一是具有电电学特性学特性答案答案B解析解析质地较脆、经不起热冲击是传统的无机非金属材料质地较脆、经不起热冲击是传统的无机非金属材料的缺点；新型无机非金属材料不但克服了传统的无机非金属材的缺点；新型无机非金属材料不但克服了传统的无机非金属材料的缺点，而且同时还具有了能承受高温、强度较高、具有电料的缺点，而且同时还具有了能承受高温、强度较高、具有电学性能等若干优点。学性能等若干优点。2世世界界著著名名的的科科技技史史专专家家、英英国国剑剑桥桥大大学学的的李李约约瑟瑟博博士士考考证证说说：“中中国国至至少少在在距距今今3000年年以以前前，就就已已经经使使用用玻玻璃璃了了。”下列有关玻璃的下列有关玻璃的说说法不正确的是法不正确的是()A制普通玻璃的原料主要是制普通玻璃的原料主要是纯纯碱、石灰石和石英碱、石灰石和石英B玻璃在加玻璃在加热热熔化熔化时时有固定的熔点有固定的熔点C普通玻璃的成分主要是硅酸普通玻璃的成分主要是硅酸钠钠、硅酸、硅酸钙钙D盛盛放放烧烧碱碱溶溶液液的的试试剂剂瓶瓶不不能能用用玻玻璃璃塞塞，是是为为了了防防止止烧烧碱跟二氧化硅生成硅酸碱跟二氧化硅生成硅酸钠钠而使瓶塞与瓶口粘在一起而使瓶塞与瓶口粘在一起答案答案B解解析析本本题题考考查查玻玻璃璃的的制制法法与与性性质质。A项项正正确确；玻玻璃璃不不是是晶晶体体，它它没没有有固固定定熔熔点点，B项项错错误误；普普通通玻玻璃璃的的主主要要成成分分是是硅硅酸酸钠钠、硅硅酸酸钙钙，C项项正正确确；玻玻璃璃中中含含有有SiO2，它它能能够够被被烧烧碱碱溶溶液液腐腐蚀蚀：SiO22NaOH=Na2SiO3H2O，故故盛盛放放烧烧碱碱溶溶液液的的试试剂剂瓶瓶不不能用玻璃塞，能用玻璃塞，D项正确。项正确。3在在钢铁钢铁腐腐蚀过蚀过程中，下列六种程中，下列六种变变化可能化可能发发生的是生的是()O2被被还还原原产产生生H2Fe(OH)3失失水水形形成成Fe2O3xH2O杂杂质质碳碳被被氧氧化化镀镀层层破破损损后后，镀镀锌锌铁铁板板比比镀镀锡锡铁铁板板更更耐耐腐腐蚀蚀ABC D答案答案C解析解析钢铁腐蚀可分为吸氧腐蚀钢铁腐蚀可分为吸氧腐蚀(还原还原O2)和析氢腐蚀和析氢腐蚀(析出析出H2)，其中电化学腐蚀时杂质碳为电源的正极，故，其中电化学腐蚀时杂质碳为电源的正极，故、正确，正确，不正确；铁锈形成过程中物质转化为不正确；铁锈形成过程中物质转化为FeFe2Fe(OH)2Fe(OH)3Fe2O3xH2O，正确；金属的活泼性正确；金属的活泼性ZnFeSn，故，故正确。正确。4社社会会的的进进步步、经经济济的的腾腾飞飞离离不不开开材材料料的的发发展展，请请回回答答下下列列问题问题：(1)玻玻璃璃、水水泥泥是是两两种种传传统统的的硅硅酸酸盐盐产产品品，钢钢铁铁是是当当前前应应用用最广泛的金属材料。最广泛的金属材料。玻玻璃璃、水水泥泥的的生生产产以以及及生生铁铁的的冶冶炼炼中中都都用用到到的的原原料料是是_。焦炭在焦炭在炼铁炼铁中的作用中的作用为为_。全全世世界界每每年年因因生生锈锈而而损损失失的的钢钢铁铁大大约约占占其其产产量量的的1/4。钢钢铁铁腐腐蚀蚀的的主主要要类类型型为为_；钢钢铁铁的的腐腐蚀蚀给给我我们们带带来来了了巨巨大大损损失失，但但也也不不是是一一无无是是处处，请请说说出出一一种种利利用用金金属属腐腐蚀蚀原原理理进进行材料加工的方法：行材料加工的方法：_。(2)单单晶硅是晶硅是现现代信息的基代信息的基础础材料，三材料，三氯氯硅硅烷烷法是目前生法是目前生产产高高纯纯硅的主要方法。即先将粗硅在一定条件下与硅的主要方法。即先将粗硅在一定条件下与_反反应应生成三生成三氯氯硅硅烷烷，提，提纯纯后的三后的三氯氯硅硅烷烷用高用高纯纯度的度的_还还原，原，得到高得到高纯纯硅。硅。(3)离离子子交交换换树树脂脂是是人人类类使使用用的的第第一一种种功功能能高高分分子子材材料料，其其主要用途主要用途为为_。(4)北北京京时时间间2009年年12月月16日日凌凌晨晨，波波音音787梦梦幻幻客客机机首首飞飞成成功功，该该飞飞机机最最大大的的亮亮点点是是其其主主要要结结构构由由碳碳纤纤维维复复合合材材料料与与钛钛材材料料代代替替了了传传统统材材料料，请请简简述述这这项项改改进进的的重重要要意意义义：使使飞飞机机更加更加坚坚固；固；_。答答案案(1)石石灰灰石石作作燃燃料料和和还还原原剂剂，同同时时对对整整个个高高炉炉内内的的料料柱柱起起支支撑撑和和疏疏松松作作用用吸吸氧氧腐腐蚀蚀金金属属的的化化学学蚀蚀刻刻(2)HClH2(3)用于硬水的用于硬水的软软化化(4)使使飞飞机机的的质质量量大大大大减减轻轻，在在远远航航时时能能节节省省大大量量的的燃燃料料，排放的温室气体更少排放的温室气体更少(合理即可合理即可)解解析析生生产产玻玻璃璃的的主主要要原原料料为为石石英英砂砂、石石灰灰石石、纯纯碱碱；生生产产水水泥泥的的主主要要原原料料为为石石灰灰石石、黏黏土土；冶冶炼炼生生铁铁的的原原料料为为铁铁矿矿石石、焦焦炭炭、石石灰灰石石、空空气气，这这些些过过程程的的原原料料中中都都有有石石灰灰石石。炼炼铁铁时时，焦焦炭炭燃燃烧烧提提供供还还原原铁铁矿矿石石需需要要的的热热量量和和还还原原剂剂CO。钢钢铁铁腐腐蚀蚀分分化学腐蚀和电化学腐蚀，以电化学腐蚀为主。化学腐蚀和电化学腐蚀，以电化学腐蚀为主。电电化化学学腐腐蚀蚀又又分分为为吸吸氧氧腐腐蚀蚀和和析析氢氢腐腐蚀蚀，以以吸吸氧氧腐腐蚀蚀为为主主。如如果果在在金金属属表表面面均均匀匀地地涂涂上上一一层层蜡蜡，然然后后刻刻上上花花纹纹，利利用用金金属属腐腐蚀蚀的的原原理理将将裸裸露露部部分分腐腐蚀蚀掉掉一一部部分分，即即实实现现了了“金金属属的的化化学学蚀蚀刻刻”。粗粗硅硅的的提提纯纯有有多多种种办办法法，三三氯氯硅硅烷烷法法是是其其中中的的一一种种，要要填填入入的的物物质质可可根根据据常常识识，或或根根据据元元素素守守恒恒判判断断。飞飞机机使使用用新新材材料料，不不仅仅更更坚坚固固、而而且且更更轻轻，节节约约燃燃料料的的同同时时也也就就减减少少了了CO2的排放。的排放。(1)冰晶石冰晶石(Na3AlF6)的作用是的作用是_。(2)电电解解生生成成的的金金属属铝铝是是在在熔熔融融液液的的_(填填“上上层层”或或“下下层层”)。(3)阴阴极极和和阳阳极极均均由由_材材料料做做成成；电电解解时时所所消消耗耗的的电电极是极是_(填填“阳极阳极”或或“阴极阴极”)。(4)铝铝是是高高耗耗能能产产品品，废废旧旧铝铝材材的的回回收收利利用用十十分分重重要要。在在工工业业上上，最最能能体体现现节节能能减减排排思思想想的的是是将将回回收收铝铝做做成成_(填填代代号号)。a冰晶石冰晶石b氧化氧化铝铝c铝锭铝锭d硫酸硫酸铝铝答案答案(1)降低降低Al2O3的熔化温度的熔化温度(2)下下层层(3)碳棒碳棒(或石墨或石墨)阳极阳极(4)c解解析析(1)Al2O3的的熔熔点点很很高高，熔熔化化需需要要较较多多能能量量，加加入入助助熔熔剂就可降低熔化温度，节约能量。剂就可降低熔化温度，节约能量。(2)由由于于冰冰晶晶石石(Na3AlF6)与与氧氧化化铝铝熔熔融融物物的的密密度度比比铝铝的的小小，所以铝在熔融液的下层。所以铝在熔融液的下层。(3)阴阴、阳阳极极材材料料只只起起导导电电作作用用，不不参参与与电电极极反反应应，故故可可选选碳棒；电解时阳极的碳棒被生成的氧气氧化。碳棒；电解时阳极的碳棒被生成的氧气氧化。(4)最最能能体体现现节节能能减减排排思思想想的的是是通通过过物物理理变变化化的的方方式式将将废废旧旧铝材回收利用。铝材回收利用。温温示示提提馨馨请做：课时作业（请做：课时作业（43）课时作业课时作业堂堂清堂堂清 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