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1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=====高温2CO(2)铁的还原：Fe2O3＋3CO=====高温2Fe＋3CO2(3)炉渣的生成：CaCO3=====高温CaO＋(1)氧化剂的生成：2Fe＋O2=====高温2FeO(2)降碳，除杂，调硅、锰；如C＋FeO=====高温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2CO2↑，SiO2＋CaO=====高温CaSiO3形成炉渣排出(4)脱氧并调整成分：2FeO＋Si=====高温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Al2O3Al2O3＋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=====950～970℃通电，Na3AlF64Al＋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3(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=====950℃～970℃通电，Na3AlF64Al＋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)c2．由黄铜矿(主要成分是CuFeS2)炼制精铜的工艺流程示意图如下：铜矿石――→选矿铜精矿砂――→焙烧和除渣反射炉冰铜――→还原转炉粗铜――→精炼电解槽电解铜(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4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=====高温Cu2S＋2FeS＋SO2，2FeS＋3O2=====高温2FeO＋2SO2，反射炉内有矿砂(含SiO2)，生成的FeO与SiO2反应：FeO＋SiO2=====高温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=====高温2Cu2O＋2SO2，2Cu2O＋Cu2S=====高温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=====高温Cu2S＋2FeS＋SO22FeS＋3O2=====高温2FeO＋2SO2FeSiO3(2)2Cu2S＋3O2=====高温2Cu2O＋2SO22Cu2O＋Cu2S=====高温6Cu＋SO2↑5(3)cCu2＋＋2e－===CuAu、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、传统硅酸盐材料陶瓷以黏土为原料高温烧结而成特性：耐酸、碱及热冲击玻璃主要原料：石灰石、纯碱、石英砂原理Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2=====高温CaSiO3＋CO2↑主要成分：Na2SiO3、CaSiO3特性：无固定熔点水泥主要原料：石灰石、黏土、辅助原料主要成分：2CaO·SiO2、3CaO·SiO2、3CaO·Al2O3、4CaO·Al2O3·Fe2O3特性：水硬性二、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61．(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等单体种类相同或不同的单体相同或不同的单体7数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8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=====高温Na2SiO3＋CO2↑，CaCO3＋SiO2=====高温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