化学与材料的制造、应用

1、第二单元化学与材料的制造、应用 考点一考点一 材料的组成与优化材料的组成与优化 【核心知识通关】【核心知识通关】1.1.制造合金制造合金: :(1)(1)制造目的制造目的: :通过改变材料的组成获得具有通过改变材料的组成获得具有_的金属材料。的金属材料。特殊性能特殊性能(2)(2)合金的分类。合金的分类。相互溶解相互溶解, ,形成金属固溶体形成金属固溶体, ,如黄铜合金。如黄铜合金。相互起化学作用相互起化学作用, ,形成金属化合物形成金属化合物, ,如如Al-TiAl-Ti合金。合金。相互混合相互混合, ,形成机械混合物形成机械混合物, ,如焊锡。如焊锡。(3)(3)镧镧- -镍合金镍合金(L

2、aNi(LaNi5 5) )。LaNiLaNi5 5+3H+3H2 2 LaNi LaNi5 5H H6 6利用贮氢合金可精制利用贮氢合金可精制H H2 2。200 300kPa2.2.传统硅酸盐材料传统硅酸盐材料: :陶瓷陶瓷玻璃玻璃水泥水泥主要原料主要原料黏土黏土_和石英砂和石英砂黏土、黏土、_和石膏和石膏( (辅助原料辅助原料) )主要设备主要设备玻璃熔炉玻璃熔炉水泥回转窑水泥回转窑纯碱、石灰石纯碱、石灰石石灰石石灰石陶瓷陶瓷玻璃玻璃水泥水泥反应反应原理原理复杂的复杂的物理、物理、化学变化学变化化复杂的物理、化学变化，主要反复杂的物理、化学变化，主要反应应NaNa2 2COCO3 3+S

3、iO+SiO2 2 _ _CaCOCaCO3 3+SiO+SiO2 2 _ _复杂的物理、复杂的物理、化学变化化学变化主要主要成分成分硅酸盐硅酸盐NaNa2 2SiOSiO3 3CaSiOCaSiO3 34SiO4SiO2 2(Na(Na2 2OCaO6SiOOCaO6SiO2 2) )3CaOSiO3CaOSiO2 2、2CaOSiO2CaOSiO2 2、3CaOAl3CaOAl2 2O O3 3等等232Na SiOCO高温高温=高温高温=32CaSiOCO陶瓷陶瓷玻璃玻璃水泥水泥主要主要性能性能抗氧化、抗抗氧化、抗酸碱腐蚀、酸碱腐蚀、耐高温、绝耐高温、绝缘、易成型缘、易成型等优点等优点玻

4、璃态物质，没有玻璃态物质，没有固定的熔点，在一固定的熔点，在一定温度范围内逐渐定温度范围内逐渐软化软化水硬性水硬性3.3.新型无机非金属材料新型无机非金属材料: :(1)(1)分类及应用。分类及应用。类型类型性能与应用性能与应用新新型型陶陶瓷瓷碳化硅碳化硅(SiC)(SiC)硬度大、熔点高、化学性质稳定，硬度大、熔点高、化学性质稳定，可作优质磨料和航天器涂层材料可作优质磨料和航天器涂层材料氮化硅氮化硅(Si(Si3 3N N4 4) )硬度大、熔点高、化学性质稳定，硬度大、熔点高、化学性质稳定，可用于制造轴承、汽轮机叶片、发可用于制造轴承、汽轮机叶片、发动机受热面等动机受热面等类型类型性能与应

5、用性能与应用单晶硅单晶硅半导体材料，制作计算机芯片、集半导体材料，制作计算机芯片、集成电路成电路碳碳单单质质金刚石金刚石 新一代信息材料新一代信息材料石墨石墨电的良导体、化学性质稳定，用作电的良导体、化学性质稳定，用作电极电极C C6060在新型储氢材料、复合材料、纳米在新型储氢材料、复合材料、纳米材料、超导体的制造方面前景广阔材料、超导体的制造方面前景广阔(2)(2)制备反应。制备反应。物质物质化学方程式化学方程式碳化硅碳化硅SiOSiO2 2+3C _+3C _氮化硅氮化硅3Si+2N3Si+2N2 2 Si Si3 3N N4 4；3SiCl3SiCl4 4+2N+2N2 2+6H+6H

6、2 2=_=_硅硅_；Si+3HCl SiHClSi+3HCl SiHCl3 3+H+H2 2；SiHClSiHCl3 3+H+H2 2 Si+3HCl Si+3HClSiC+2COSiC+2COSiSi3 3N N4 4+12HCl+12HClSiOSiO2 2+2C=Si+2CO+2C=Si+2CO1 6001 6001 800 1 800 = 1300。C【特别提醒】【特别提醒】(1)(1)向普通硅酸盐水泥中加入石膏向普通硅酸盐水泥中加入石膏, ,是为了调节水泥的是为了调节水泥的硬化速率。硬化速率。(2)(2)钢化玻璃与普通玻璃在成分上没有区别钢化玻璃与普通玻璃在成分上没有区别, ,把普

7、通玻把普通玻璃放入电炉中加热至软化璃放入电炉中加热至软化, ,然后急速冷却即得钢化玻璃。然后急速冷却即得钢化玻璃。(3)(3)水泥、玻璃、陶瓷都是混合物水泥、玻璃、陶瓷都是混合物, ,且玻璃不是晶体。且玻璃不是晶体。(4)(4)制造玻璃的反应属于复分解反应制造玻璃的反应属于复分解反应, ,不是氧化还原反不是氧化还原反应应, ,该反应不能说明该反应不能说明H H2 2SiOSiO3 3的酸性比的酸性比H H2 2COCO3 3的强。的强。【高考模拟精练】【高考模拟精练】1.(20161.(2016延安模拟延安模拟) )硅及其化合物的开发由来已久硅及其化合物的开发由来已久, ,在在现代生活中有广泛

8、应用。回答下列问题现代生活中有广泛应用。回答下列问题: :氮化硅氮化硅(Si(Si3 3N N4 4) )是一种高温结构材料是一种高温结构材料, ,粉末状态的粉末状态的SiSi3 3N N4 4可以由可以由SiClSiCl4 4的蒸气和的蒸气和NHNH3 3反应制取。粉末状反应制取。粉末状SiSi3 3N N4 4遇空遇空气和水都不稳定。但将粉末状的气和水都不稳定。但将粉末状的SiSi3 3N N4 4和适量氧化镁在和适量氧化镁在2302301.011.0110105 5PaPa和和185185的密闭容器中进行热处理的密闭容器中进行热处理, ,可以制备结构十分紧密、对空气和水都相当稳定的固可以

9、制备结构十分紧密、对空气和水都相当稳定的固体材料体材料, ,同时还得到遇水不稳定的同时还得到遇水不稳定的MgMg3 3N N2 2。(1)(1)由由SiClSiCl4 4和和NHNH3 3反应制取反应制取SiSi3 3N N4 4的化学方程式为的化学方程式为_。(2)(2)四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，使生成的应，使生成的SiSi3 3N N4 4沉积在石墨表面可得较高纯度的氮沉积在石墨表面可得较高纯度的氮化硅，该反应的化学方程式为化硅，该反应的化学方程式为_。(3)Si(3)Si3 3N N4 4和适量氧化镁在和适量氧化镁在230

10、2301.011.0110105 5PaPa和和185185的的密闭容器中进行热处理的过程中密闭容器中进行热处理的过程中, ,除生成除生成MgMg3 3N N2 2外外, ,还可还可能生成能生成_(_(填化学式填化学式) )。【解析】【解析】(1)(1)由由SiClSiCl4 4和和NHNH3 3反应制取反应制取SiSi3 3N N4 4相当于相当于“复分复分解反应解反应”, ,化学方程式为化学方程式为3SiCl3SiCl4 4+4NH+4NH3 3 Si Si3 3N N4 4+12HCl+12HCl。(2)(2)四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下, ,加强热相当于

11、加强热相当于先发生反应生成氨气先发生反应生成氨气, ,然后然后SiClSiCl4 4与与NHNH3 3反应生成反应生成SiSi3 3N N4 4, ,该反应的化学方程式为该反应的化学方程式为3SiCl3SiCl4 4+2N+2N2 2+6H+6H2 2 Si Si3 3N N4 4+ +12HCl12HCl。(3)(3)根据信息根据信息,Si,Si3 3N N4 4和适量氧化镁在一定条件下反应除和适量氧化镁在一定条件下反应除生成生成MgMg3 3N N2 2外外, ,还可能生成还可能生成SiOSiO2 2或或MgSiOMgSiO3 3。高温高温=高温高温=答案答案: :(1)3SiCl(1)3

12、SiCl4 4+4NH+4NH3 3 Si Si3 3N N4 4+12HCl+12HCl(2)3SiCl(2)3SiCl4 4+2N+2N2 2+6H+6H2 2 Si Si3 3N N4 4+12HCl+12HCl(3)SiO(3)SiO2 2( (或或MgSiOMgSiO3 3) )高温高温=高温高温=2.(20162.(2016唐山模拟唐山模拟) )以硼镁矿以硼镁矿(2MgOB(2MgOB2 2O O3 3HH2 2O O、SiOSiO2 2及少量及少量FeFe3 3O O4 4、CaCOCaCO3 3、AlAl2 2O O3 3) )为原料生产硼酸的工艺流为原料生产硼酸的工艺流程如下

13、程如下: :已知已知: :表一表一: :不同温度下不同温度下H H3 3BOBO3 3的溶解度的溶解度温度温度/202040406060100100溶解度溶解度/g/g5.05.08.78.714.814.840.240.2表二：不同物质沉淀完全时的表二：不同物质沉淀完全时的pHpH(1)(1)由于矿粉中含有由于矿粉中含有CaCOCaCO3 3，“浸取浸取”时容易产生大量时容易产生大量泡沫使物料从反应器中溢出，应采取的措施是泡沫使物料从反应器中溢出，应采取的措施是_。物质物质Fe(OH)Fe(OH)3 3Al(OH)Al(OH)3 3Fe(OH)Fe(OH)2 2Mg(OH)Mg(OH)2 2

14、pHpH3.23.25.25.29.79.712.412.4(2)“(2)“浸出液浸出液”显酸性显酸性, ,含有含有H H3 3BOBO3 3、MgMg2+2+和和 , ,还含有还含有FeFe3+3+、FeFe2+2+、CaCa2+2+、AlAl3+3+等杂质。等杂质。“除杂除杂”时时, ,向浸出液向浸出液中依次加入适量中依次加入适量H H2 2O O2 2和和MgO,MgO,可以除去的杂质离子为可以除去的杂质离子为_,H_,H2 2O O2 2的作用为的作用为_(_(用离子方程式表示用离子方程式表示) )。(3)“(3)“浸取浸取”后，采用后，采用“热过滤热过滤”的目的为的目的为_。24SO

15、(4)“(4)“母液母液”可用于回收硫酸镁可用于回收硫酸镁, ,已知硫酸镁的溶解度已知硫酸镁的溶解度随温度变化的曲线如下图所示随温度变化的曲线如下图所示, ,且溶液的沸点随压强增且溶液的沸点随压强增大而升高。为了从大而升高。为了从“母液母液”中充分回收中充分回收MgSOMgSO4 4HH2 2O,O,应应采取的措施是将采取的措施是将“母液母液”蒸发浓缩蒸发浓缩,_,_。(5)(5)已知已知2525时时, ,硼酸硼酸(H(H3 3BOBO3 3) )溶液中存在如下平衡溶液中存在如下平衡: :H H3 3BOBO3 3(aq)+H(aq)+H2 2O(l) B(OH)O(l) B(OH)4 4 -

16、 -(aq)+H(aq)+H+ +(aq)(aq)K=5.7=5.71010-10-10;25;25时时,0.7 molL,0.7 molL-1-1硼酸溶液中硼酸溶液中c(Hc(H+ +)_molL)_molL-1-1。(6)(6)已知已知2525时时: :化学化学式式H H2 2COCO3 3CHCH3 3COOHCOOH电离电离常数常数K1 1=4.4=4.41010-7-7K2 2=4.7=4.71010- -1111K=1.75=1.751010-5-5下列说法正确的是下列说法正确的是_(_(填选项字母填选项字母) )。A.A.碳酸钠溶液滴入硼酸溶液中能观察到有气泡产生碳酸钠溶液滴入硼

17、酸溶液中能观察到有气泡产生B.B.碳酸钠溶液滴入醋酸溶液中能观察到有气泡产生碳酸钠溶液滴入醋酸溶液中能观察到有气泡产生C.C.等浓度碳酸溶液和硼酸溶液的等浓度碳酸溶液和硼酸溶液的pH:pH:前者前者 后者后者D.D.等浓度碳酸钠溶液和醋酸钠溶液的等浓度碳酸钠溶液和醋酸钠溶液的pH:pH:前者前者 后者后者【解析】【解析】(1)(1)“浸取浸取”时容易产生大量泡沫使物料从反时容易产生大量泡沫使物料从反应器中溢出，说明反应比较快，所以采取的措施是慢应器中溢出，说明反应比较快，所以采取的措施是慢慢加入硫酸，或边加入边搅拌。慢加入硫酸，或边加入边搅拌。(2)(2)根据表二中各物质沉淀完全时的根据表二中

18、各物质沉淀完全时的pHpH可知，加入双氧可知，加入双氧水将水将FeFe2+2+氧化为氧化为FeFe3+3+，加入，加入MgOMgO，pHpH增大，增大，FeFe3+3+、AlAl3+3+会会沉淀。沉淀。(3)(3)由表一数据可知热过滤是为防止温度降低时由表一数据可知热过滤是为防止温度降低时H H3 3BOBO3 3析出。析出。(4)(4)由图象及沸点随压强增大而升高可知采用加压升温由图象及沸点随压强增大而升高可知采用加压升温的方法。的方法。(5)(5)由由“三段式三段式”：H H3 3BOBO3 3+H+H2 2O B(OH)O B(OH)4 4 - -+H+H+ +起始浓度起始浓度(mol(

19、molL L-1-1) ) 0.7 0 0 0.7 0 0转化浓度转化浓度(mol(molL L-1-1) x x x) x x x平衡浓度平衡浓度(mol(molL L-1-1) ) 0.7-x0.7 0.7-x0.7 x x x x可由可由 =5.7=5.71010-10-10，求得求得c(Hc(H+ +) )。2433c B OH c Hxc H BO0.7K(6)(6)由信息知由信息知K(CH(CH3 3COOH) COOH) K(H(H2 2COCO3 3) ) K(H(H3 3BOBO3 3)K( )( )，由强酸制弱酸原理可知，由强酸制弱酸原理可知A A错误，错误，B B正确；正

20、确；由由K值可知值可知C C错误；弱酸的酸性越强，其钠盐水解程错误；弱酸的酸性越强，其钠盐水解程度越弱，碱性越弱，度越弱，碱性越弱，pHpH越小，越小，D D正确。正确。3HCO答案：答案：(1)(1)分批慢慢加入硫酸分批慢慢加入硫酸( (或边加入边搅拌或边加入边搅拌) )(2)Fe(2)Fe3+3+、FeFe2+2+、AlAl3+3+2Fe2Fe2+2+2H+2H+ +H+H2 2O O2 2=2Fe=2Fe3+3+2H+2H2 2O O(3)(3)防止因温度降低时防止因温度降低时H H3 3BOBO3 3从溶液中析出从溶液中析出(4)(4)加压升温结晶加压升温结晶( (或加压升温结晶过滤或

21、加压升温结晶过滤) )(5)2(5)21010-5-5(6)B(6)B、D D【加固训练】【加固训练】1.1.工业上用自然界存在的角膜硼镁矿工业上用自然界存在的角膜硼镁矿( (主要成分为主要成分为MgMg2 2B B2 2O O5 55H5H2 2O)O)制取金属镁和粗硼制取金属镁和粗硼, ,工艺流程如图工艺流程如图: :根据以上信息回答下列问题根据以上信息回答下列问题: :(1)(1)硼砂中硼的化合价为硼砂中硼的化合价为_;_;溶于热水后溶于热水后, ,常需调常需调节节pH=2pH=23 3制取硼酸制取硼酸, ,写出该反应的离子方程式写出该反应的离子方程式:_:_。(2)(2)从氯化镁晶体中

22、制取无水氯化镁的条件是从氯化镁晶体中制取无水氯化镁的条件是_；其理由是；其理由是_。若用惰性电极电解若用惰性电极电解MgClMgCl2 2溶液，写出电解过程的离子方溶液，写出电解过程的离子方程式程式_。(3)(3)制得的粗硼可在一定条件下与制得的粗硼可在一定条件下与I I2 2作用生成作用生成BIBI3 3，再，再提纯提纯BIBI3 3，BIBI3 3沸点较低，提纯可采用沸点较低，提纯可采用_，高温时高温时BIBI3 3即可分解，得到高纯度硼。根据分解生成碘即可分解，得到高纯度硼。根据分解生成碘的量还可以测定粗硼的纯度。方法如下：的量还可以测定粗硼的纯度。方法如下：称取称取0.04 g0.04

23、 g粗硼转化成纯粗硼转化成纯BIBI3 3，再完全分解，生成的碘，再完全分解，生成的碘用用0.3 molL0.3 molL-1-1的的NaNa2 2S S2 2O O3 3溶液滴定至终点，消耗标准溶液滴定至终点，消耗标准液液36.00 mL(36.00 mL(滴定原理：滴定原理：I I2 2+2 +2 =2I=2I- -+ )+ )。223S O246S O滴定终点判断应用滴定终点判断应用_作指示剂。作指示剂。标准液应盛装在标准液应盛装在_滴定管中。滴定管中。该粗硼的纯度为该粗硼的纯度为_。【解析】【解析】(1)(1)硼砂中硼砂中NaNa为为+1+1价，价，O O为为-2-2价，所以价，所以B

24、 B为为+ +3 3价。价。(2)(2)为防止镁离子水解，应该在为防止镁离子水解，应该在HClHCl气流中加热。气流中加热。(3)(3)二者沸点不同，所以可以用蒸馏的方法提纯。二者沸点不同，所以可以用蒸馏的方法提纯。溶液中含有碘单质，所以用淀粉溶液作指示剂。溶液中含有碘单质，所以用淀粉溶液作指示剂。NaNa2 2S S2 2O O3 3溶液显碱性，所以应该放在碱式滴定管中。溶液显碱性，所以应该放在碱式滴定管中。由原子守恒，由原子守恒，B BBIBI3 3 I I2 23 3 ，可知，可知32223S On( )=0.3n( )=0.336361010-3-3molmol，所以，所以n(B)=3

25、.6n(B)=3.61010-3-3molmol，m(B)=0.039 6 gm(B)=0.039 6 g，B B的纯度为的纯度为 100%=99%100%=99%。223S O0.0396 g0.04 g答案：答案：(1)+3(1)+3 +2H +2H+ +5H+5H2 2O=4HO=4H3 3BOBO3 3(2)(2)在在HClHCl气流中加热防止气流中加热防止MgClMgCl2 2水解水解MgMg2+2+2Cl+2Cl- -+2H+2H2 2O Mg(OH)O Mg(OH)2 2+H+H2 2+Cl+Cl2 2(3)(3)蒸馏法淀粉溶液碱式蒸馏法淀粉溶液碱式99%99%247B O2.2

26、.新型无机非金属材料是新型无机非金属材料是2020世纪中期以后发展起来的世纪中期以后发展起来的一类具有特殊性能和用途的材料一类具有特殊性能和用途的材料, ,它们为现代高新技术、它们为现代高新技术、新兴产业和传统工业技术改造等开辟了广阔的前景。新兴产业和传统工业技术改造等开辟了广阔的前景。(1)(1)多晶硅可用于制造光电池。多晶硅可用于制造光电池。光电池的能量转换形式正确的是光电池的能量转换形式正确的是_。a.a.化学能转换为电能化学能转换为电能b.b.光能转换为化学能再转换为电能光能转换为化学能再转换为电能c.c.光能转换为热能再转换为电能光能转换为热能再转换为电能d.d.光能转换为电能光能转

27、换为电能如图是光电池板经太阳光照射前后内部电子的变化如图是光电池板经太阳光照射前后内部电子的变化情况，图乙中灯泡变亮，其中情况，图乙中灯泡变亮，其中_(_(填填“N”N”或或“P”)P”)是正极。是正极。(2)(2)高纯硅是目前半导体工业最重要的基础材料，高纯硅是目前半导体工业最重要的基础材料，制备流程如下：制备流程如下： 写出由粗硅转化为写出由粗硅转化为SiHClSiHCl3 3( (粗粗) )时的化学方程式：时的化学方程式：_。整个制备过程必须在无水、无氧条件下进行，因为整个制备过程必须在无水、无氧条件下进行，因为SiHClSiHCl3 3遇水会剧烈反应生成遇水会剧烈反应生成H H2 2S

28、iOSiO3 3、HClHCl和和M M，则，则M M的化的化学式是学式是_，若该制备过程中混入氧气，其后果，若该制备过程中混入氧气，其后果是是_。(3)(3)新型氮化硅陶瓷新型氮化硅陶瓷(Si(Si3 3N N4 4) )通常用于制造轴承、汽轮通常用于制造轴承、汽轮机叶片、发动机受热面等。机叶片、发动机受热面等。工业上可用化学气相沉积法工业上可用化学气相沉积法(CVD)(CVD)，在，在H H2 2保护下，使保护下，使SiClSiCl4 4与与N N2 2反应来制备。写出该反应的化学方程式：反应来制备。写出该反应的化学方程式：_。在氮化硅中添加氧化铝，通过常压烧结即成为新一在氮化硅中添加氧化

29、铝，通过常压烧结即成为新一代无机非金属材料赛伦，其化学名称叫氧氮化硅铝，代无机非金属材料赛伦，其化学名称叫氧氮化硅铝，化学通式为化学通式为SiSi6-x6-xAlAlx xO Ox xN Ny y(x=2(x=24)4)。化学通式里。化学通式里y y值为值为_(_(用含用含x x的表达式表示的表达式表示) )；写出赛伦具有的两种；写出赛伦具有的两种特性：特性：_、_。【解析】【解析】(2)(2)石英砂的主要成分是石英砂的主要成分是SiOSiO2 2，用焦炭还原，用焦炭还原时得到单质硅，硅与时得到单质硅，硅与HClHCl反应生成反应生成SiHClSiHCl3 3的同时得到的同时得到H H2 2。

30、在在SiHClSiHCl3 3水解方程式中，设水解方程式中，设SiHClSiHCl3 3的化学计量数的化学计量数为为1 1，利用，利用SiSi、ClCl、O O守恒可得方程式：守恒可得方程式：SiHClSiHCl3 3+3H+3H2 2O O H H2 2SiOSiO3 3+3HCl+M+3HCl+M，由此可知，由此可知M M为为H H2 2；混入；混入O O2 2后能与后能与生成的生成的H H2 2剧烈反应而爆炸。剧烈反应而爆炸。(3)(3)SiClSiCl4 4中的中的SiSi与与N N结合生成氮化硅，而结合生成氮化硅，而ClCl与与H H结合结合生成生成HClHCl。在化合物中在化合物中

31、SiSi为为+4+4价，价，AlAl为为+3+3价，价，O O为为-2-2价，价，N N为为-3-3价，利用化合价的代数和为价，利用化合价的代数和为0 0可求得关系式。可求得关系式。答案：答案：(1)(1)d dP P(2)(2)Si+3HCl SiHClSi+3HCl SiHCl3 3+H+H2 2H H2 2发生爆炸发生爆炸( (或产品不纯或产品不纯) )(3)(3)3SiCl3SiCl4 4+2N+2N2 2+6H+6H2 2=Si=Si3 3N N4 4+12HCl+12HCl8-x8-x耐高温、热稳定性好、高强度、高硬度、耐磨耐高温、热稳定性好、高强度、高硬度、耐磨损等损等( (合理

32、答案均可，写其中两种即可合理答案均可，写其中两种即可) )HCL/250 300 C催化剂考点二考点二 金属材料金属材料 【核心知识通关】【核心知识通关】1.1.钢铁的冶炼：钢铁的冶炼：炼铁炼铁炼钢炼钢原料原料_、_、空气、石灰石空气、石灰石_、氧化剂、氧化剂( (空气、纯氧、空气、纯氧、氧化铁等氧化铁等) )、生石灰、脱氧剂、生石灰、脱氧剂化学化学原理原理在高温下用在高温下用_将铁从其氧化将铁从其氧化物中还原出来物中还原出来在高温下用在高温下用_将过多的将过多的碳和其他杂质氧化成气体或碳和其他杂质氧化成气体或炉渣除去炉渣除去铁矿石铁矿石焦炭焦炭生铁生铁还原还原剂剂氧化剂氧化剂炼铁炼铁炼钢炼钢

33、有关有关反应反应(1)(1)还原剂的生成：还原剂的生成：C+OC+O2 2=CO=CO2 2、_(2)(2)铁的还原：铁的还原：_ _ _(3)(3)炉渣的生成：炉渣的生成：CaCOCaCO3 3=CaO+CO=CaO+CO2 2SiOSiO2 2+CaO=CaSiO+CaO=CaSiO3 3(1)(1)氧化剂的生成：氧化剂的生成：_(2)(2)除碳，除杂，调硅、锰；除碳，除杂，调硅、锰；如如C+FeO=CO+FeC+FeO=CO+Fe(3)(3)造渣：生成的硅、锰氧化造渣：生成的硅、锰氧化物及铁水中的硫、磷跟造渣材物及铁水中的硫、磷跟造渣材料反应形成炉渣排出料反应形成炉渣排出(4)(4)脱氧

34、并调整成分：脱氧并调整成分：2FeO+Si=2Fe+SiO2FeO+Si=2Fe+SiO2 2高温高温 COCO2 2+C=2CO+C=2CO2Fe+3CO2Fe+3CO2 2FeFe2 2O O3 3+3CO=+3CO=高温高温 高温高温 高温高温 高温高温 高温高温 高温高温 2Fe+O2Fe+O2 2=2FeO=2FeO炼铁炼铁炼钢炼钢主要主要设备设备高炉高炉转炉转炉2.2.铝的冶炼：铝的冶炼：(1)(1)原料：铝土矿原料：铝土矿( (主要成分为主要成分为AlAl2 2O O3 3) )。(2)(2)提纯提纯AlAl2 2O O3 3。AlAl2 2O O3 3+2NaOH=2NaAlO

35、+2NaOH=2NaAlO2 2+H+H2 2O O，NaAlONaAlO2 2+CO+CO2 2+2H+2H2 2O=Al(OH)O=Al(OH)3 3+NaHCO+NaHCO3 3，_。2Al(OH)2Al(OH)3 3=Al=Al2 2O O3 3+3H+3H2 2O O(3)(3)电解：加入冰晶石及少量萤石降低电解：加入冰晶石及少量萤石降低AlAl2 2O O3 3的熔点。的熔点。化学方程式：化学方程式：_。36950970232Na AlF2Al O4Al3O通电、3.3.金属的腐蚀与防止：金属的腐蚀与防止：(1)(1)金属腐蚀的类型。金属腐蚀的类型。化学腐蚀：金属材料跟其表面接触到

36、的物质化学腐蚀：金属材料跟其表面接触到的物质( (如如O O2 2、ClCl2 2等等) )直接发生化学反应而引起的腐蚀。直接发生化学反应而引起的腐蚀。电化学腐蚀：不同金属或不纯金属跟电解质溶液接电化学腐蚀：不同金属或不纯金属跟电解质溶液接触时，发生触时，发生_反应，比较活泼的金属失去电子而反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化引起的腐蚀。被氧化引起的腐蚀。原电池原电池(2)(2)金属腐蚀的防止和利用。金属腐蚀的防止和利用。金属腐蚀的防护方法。金属腐蚀的防护方法。外加电流的阴极保护法外加电流的阴极保护法金属腐蚀的利用。金属腐蚀的利用。金属的化学蚀刻、印刷电路的腐蚀、电子元件与集成金属的化学蚀刻、

37、印刷电路的腐蚀、电子元件与集成电路的精细加工都是利用了金属腐蚀的原理。电路的精细加工都是利用了金属腐蚀的原理。【特别提醒】【特别提醒】(1)(1)炼铁高炉中与铁矿石反应的还原剂是炼铁高炉中与铁矿石反应的还原剂是COCO而不是而不是C C。(2)(2)炼铁高炉产生的废气、废渣会严重污染环境炼铁高炉产生的废气、废渣会严重污染环境, ,应结应结合它们的成分和余热进行综合利用。合它们的成分和余热进行综合利用。(3)(3)为防止轮船腐蚀为防止轮船腐蚀, ,通常在轮船船体上镶嵌一些锌块。通常在轮船船体上镶嵌一些锌块。【高考模拟精练】【高考模拟精练】1.(20151.(2015海南高考海南高考).).下列有

38、关海水综合利用的说法下列有关海水综合利用的说法正确的是正确的是( () )A.A.电解饱和食盐水可制得金属钠电解饱和食盐水可制得金属钠B.B.海带提碘只涉及物理变化海带提碘只涉及物理变化C.C.海水提溴涉及氧化还原反应海水提溴涉及氧化还原反应D.D.海水提镁涉及复分解反应海水提镁涉及复分解反应.铁在自然界分布广泛铁在自然界分布广泛, ,在工业、农业和国防科技中在工业、农业和国防科技中有重要应用。有重要应用。回答下列问题回答下列问题: :(1)(1)用铁矿石用铁矿石( (赤铁矿赤铁矿) )冶炼生铁的高炉如图冶炼生铁的高炉如图(a)(a)所示。所示。原料中除铁矿石和焦炭外还有原料中除铁矿石和焦炭外

39、还有_。除去铁矿石。除去铁矿石中脉石中脉石( (主要成分为主要成分为SiOSiO2 2) )的化学反应方程式为的化学反应方程式为_、_;_;高炉排出气体的主要成分有高炉排出气体的主要成分有N N2 2、COCO2 2和和_(_(填化填化学式学式) )。(2)(2)已知：已知：FeFe2 2O O3 3(s)+3C(s)=2Fe(s)+3CO(g)(s)+3C(s)=2Fe(s)+3CO(g)H1 1=+494 kJmol=+494 kJmol-1-1CO(g)+ OCO(g)+ O2 2(g)=CO(g)=CO2 2(g)(g)H2 2=-283 kJmol=-283 kJmol-1-1C(s

40、)+ OC(s)+ O2 2(g)=CO(g)(g)=CO(g)H3 3=-110 kJmol=-110 kJmol-1-11212则反应则反应FeFe2 2O O3 3(s)+3C(s)+ O(s)+3C(s)+ O2 2(g)=2Fe(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2 2(g)(g)的的H=_kJmol=_kJmol-1-1。理论上反应。理论上反应_放出的放出的热量足以供给反应热量足以供给反应_所需要的热量所需要的热量( (填上述方程填上述方程式序号式序号) )。32(3)(3)有人设计出有人设计出“二步熔融还原法二步熔融还原法”炼铁工艺炼铁工艺, ,其流程其流程如图如图(b)(

41、b)所示所示, ,其中其中, ,还原竖炉相当于高炉的还原竖炉相当于高炉的_部部分分, ,主要反应的化学方程式为主要反应的化学方程式为_;_;熔融造气炉相当于高炉的熔融造气炉相当于高炉的_部分。部分。(4)(4)铁矿石中常含有硫铁矿石中常含有硫, ,使高炉气中混有使高炉气中混有SOSO2 2污染空气污染空气, ,脱脱SOSO2 2的方法是的方法是_。【解析】【解析】.电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氯气和氢电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氯气和氢气气,A,A错误错误; ;海带中碘元素以离子形式存在海带中碘元素以离子形式存在, ,提取碘涉及提取碘涉及化学变化化学变化,B,B错误错误; ;海水中溴元素以离子

42、形式存在海水中溴元素以离子形式存在, ,海水海水提溴涉及氧化还原反应提溴涉及氧化还原反应,C,C正确正确; ;海水提镁涉及复分解反海水提镁涉及复分解反应应, ,镁离子变为氢氧化镁沉淀镁离子变为氢氧化镁沉淀, ,进而转化为氯化镁都属进而转化为氯化镁都属于复分解反应于复分解反应,D,D正确。正确。.(1).(1)用铁矿石用铁矿石( (赤铁矿赤铁矿) )冶炼生铁的高炉如图冶炼生铁的高炉如图(a)(a)所所示，原料中除铁矿石和焦炭外还有石灰石，用以除去示，原料中除铁矿石和焦炭外还有石灰石，用以除去铁矿石中脉石铁矿石中脉石( (主要成分为主要成分为SiOSiO2 2) )的化学反应方程式为的化学反应方程

43、式为CaCOCaCO3 3 CaO+CO CaO+CO2 2、CaO+SiOCaO+SiO2 2 CaSiO CaSiO3 3；高炉排出；高炉排出气体的主要成分有气体的主要成分有N N2 2、COCO2 2和和COCO。高温高温=高温高温=(2)(2)反应反应FeFe2 2O O3 3(s)+3C(s)+ O(s)+3C(s)+ O2 2(g)=2Fe(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2 2(g)(g)可以通过可以通过+ +3 3得到，则反应的得到，则反应的H=H1 1+3+3H2 2= = +494 kJ+494 kJmolmol-1-1+3+3(-283 kJ(-283 kJmol

44、mol-1-1)=-355 kJ)=-355 kJmolmol-1-1。理论上反应理论上反应放出的热量足以供给反应放出的热量足以供给反应所需的热所需的热量。量。32(3)(3)“二步熔融还原法二步熔融还原法”炼铁工艺中还原竖炉相当于高炼铁工艺中还原竖炉相当于高炉的炉身部分，主要反应的化学方程式为炉的炉身部分，主要反应的化学方程式为FeFe2 2O O3 3+3CO+3CO 2Fe+3CO 2Fe+3CO2 2；熔融造气炉相当于高炉的炉腹部分。；熔融造气炉相当于高炉的炉腹部分。(4)(4)脱脱SOSO2 2的方法是用碱液的方法是用碱液( (或氢氧化钠溶液或氨水等或氢氧化钠溶液或氨水等) )吸收。

45、吸收。高温高温=答案：答案：.C.C、D D.(1).(1)石灰石石灰石CaCOCaCO3 3 CaO+CO CaO+CO2 2CaO+SiOCaO+SiO2 2 CaSiOCaSiO3 3COCO(2)-355(2)-355(3)(3)炉身炉身FeFe2 2O O3 3+3CO 2Fe+3CO+3CO 2Fe+3CO2 2炉腹炉腹(4)(4)用碱液用碱液( (或氢氧化钠溶液或氨水等或氢氧化钠溶液或氨水等) )吸收吸收高温高温=高温高温=高温高温=2.(20142.(2014海南高考节选海南高考节选) )锌是一种应用广泛的金属锌是一种应用广泛的金属, ,目目前工业上主要采用前工业上主要采用“湿

46、法湿法”工艺冶炼锌工艺冶炼锌, ,某含锌矿的主某含锌矿的主要成分为要成分为ZnS(ZnS(还含少量还含少量FeSFeS等其他成分等其他成分),),以其为原料冶以其为原料冶炼锌的工艺流程如图所示炼锌的工艺流程如图所示: :回答下列问题回答下列问题: :(1)(1)硫化锌精矿的焙烧在氧气气氛的沸腾炉中进行硫化锌精矿的焙烧在氧气气氛的沸腾炉中进行, ,所所产生焙砂的主要成分的化学式为产生焙砂的主要成分的化学式为_。(2)(2)焙烧过程中产生的含尘烟气可净化制酸焙烧过程中产生的含尘烟气可净化制酸, ,该酸可用该酸可用于后续的于后续的_操作。操作。(3)(3)浸出液浸出液“净化净化”过程中加入的主要物质

47、为过程中加入的主要物质为_,_,其作用是其作用是_。(4)(4)电解沉积过程中的阴极采用铝板电解沉积过程中的阴极采用铝板, ,阳极采用阳极采用Pb-AgPb-Ag合合金惰性电极金惰性电极, ,阳极逸出的气体是阳极逸出的气体是_。(5)(5)改进的锌冶炼工艺改进的锌冶炼工艺, ,采用了采用了“氧压酸浸氧压酸浸”的全湿法的全湿法流程流程, ,既省略了易导致空气污染的焙烧过程既省略了易导致空气污染的焙烧过程, ,又可获得又可获得一种有工业价值的非金属单质。一种有工业价值的非金属单质。“氧压酸浸氧压酸浸”中发生中发生主要反应的离子方程式为主要反应的离子方程式为_。(6)(6)我国古代曾采用我国古代曾采

48、用“火法火法”工艺冶炼锌工艺冶炼锌, ,明代宋应星明代宋应星著的著的天工开物天工开物中有关于中有关于“升炼倭铅升炼倭铅”的记载的记载:“:“炉炉甘石十斤甘石十斤, ,装载入一泥罐内装载入一泥罐内,然后逐层用煤炭饼垫然后逐层用煤炭饼垫盛盛, ,其底铺薪其底铺薪, ,发火煅红发火煅红,冷淀冷淀, ,毁罐取出毁罐取出,即即倭铅也。倭铅也。”该炼锌工艺过程主要反应的化学方程式为该炼锌工艺过程主要反应的化学方程式为_。( (注注: :炉甘石的主要成分为碳酸锌炉甘石的主要成分为碳酸锌, ,倭铅是指金属锌倭铅是指金属锌) )【解析】【解析】(1)(1)硫化锌在焙烧过程中发生氧化还原反应硫化锌在焙烧过程中发生

49、氧化还原反应, ,生成氧化锌和二氧化硫生成氧化锌和二氧化硫, ,所以得到的焙砂主要成分为氧所以得到的焙砂主要成分为氧化锌。化锌。(2)(2)含尘烟气主要是二氧化硫含尘烟气主要是二氧化硫, ,可以用来制备硫酸可以用来制备硫酸, ,而在而在焙砂中需要浸出锌离子焙砂中需要浸出锌离子, ,所以氧化锌变为锌离子最好用所以氧化锌变为锌离子最好用硫酸溶解氧化锌硫酸溶解氧化锌( (同时氧化铁也被溶解同时氧化铁也被溶解) )。(3)(3)后续需要净化浸出液后续需要净化浸出液, ,就是把铁离子除去而不引入就是把铁离子除去而不引入新的杂质新的杂质, ,用单质锌来除去铁。用单质锌来除去铁。(4)(4)电解硫酸锌电解硫

50、酸锌, ,阳极氢氧根离子失电子生成氧气。阳极氢氧根离子失电子生成氧气。(5)(5)焙烧过程中产生了污染大气的二氧化硫气体焙烧过程中产生了污染大气的二氧化硫气体, ,而采而采用用“氧压酸浸氧压酸浸”法就可以避免生成二氧化硫气体而变法就可以避免生成二氧化硫气体而变为非金属单质即单质硫为非金属单质即单质硫, ,所以化学方程式为所以化学方程式为2ZnS+4H2ZnS+4H+ +O+O2 2=2Zn=2Zn2+2+2H+2H2 2O+2SO+2S。(6)(6)“火法火法”冶炼锌主要是碳酸锌和煤炭饼冶炼锌主要是碳酸锌和煤炭饼( (主要成分主要成分是碳是碳) )在高温下发生反应生成一氧化碳和单质锌，反应在高

51、温下发生反应生成一氧化碳和单质锌，反应方程式为方程式为ZnCOZnCO3 3+2C Zn+3CO+2C Zn+3CO。高温高温=答案：答案：(1)ZnO(1)ZnO(2)(2)浸出浸出(3)(3)锌粉置换出锌粉置换出FeFe等等(4)O(4)O2 2(5)2ZnS+4H(5)2ZnS+4H+ +O+O2 2=2Zn=2Zn2+2+2S+2H+2S+2H2 2O O(6)ZnCO(6)ZnCO3 3+2C Zn+3CO+2C Zn+3CO高温高温=【加固训练】【加固训练】1.1.某种锂离子电池的正极材料是将含有钴酸锂某种锂离子电池的正极材料是将含有钴酸锂(LiCoO(LiCoO2 2) )的正极

52、粉均匀涂覆在铝箔上制成的的正极粉均匀涂覆在铝箔上制成的, ,可以再生利用。某可以再生利用。某校研究小组尝试回收废旧正极材料中的钴。校研究小组尝试回收废旧正极材料中的钴。(1)25(1)25时时, ,用图甲所示装置进行电解用图甲所示装置进行电解, ,有一定量的钴以有一定量的钴以CoCo2+2+的形式从正极粉中浸出的形式从正极粉中浸出, ,且两极均有气泡产生且两极均有气泡产生, ,一一段时间后正极粉与铝箔剥离。段时间后正极粉与铝箔剥离。阴极的电极反应式为阴极的电极反应式为LiCoOLiCoO2 2+4H+4H+ +e+e- -=Li=Li+ +Co+Co2+2+ + 2H2H2 2O O、_。阳极

53、的电极反应式为阳极的电极反应式为_。该研究小组发现硫酸浓度对钴的浸出率有较大影响，该研究小组发现硫酸浓度对钴的浸出率有较大影响，一定条件下，测得其变化曲线如图乙所示。当一定条件下，测得其变化曲线如图乙所示。当c(Hc(H2 2SOSO4 4)0.4 molL)0.4 molL-1-1时，钴的浸出率下降，其原因时，钴的浸出率下降，其原因可能为可能为_。(2)(2)电解完成后得到含电解完成后得到含CoCo2+2+的浸出液，且有少量正极粉的浸出液，且有少量正极粉沉积在电解槽底部。用以下步骤继续回收钴。沉积在电解槽底部。用以下步骤继续回收钴。写出写出“酸浸酸浸”过程中正极粉发生反应的化学方程式：过程中

54、正极粉发生反应的化学方程式：_。该步骤一般在该步骤一般在8080以下进行，温度不能太高的原因是以下进行，温度不能太高的原因是_。已知已知(NH(NH4 4) )2 2C C2 2O O4 4溶液呈弱酸性，下列关系中正确的溶液呈弱酸性，下列关系中正确的是是_(_(填字母序号填字母序号) )。a.c( )c( a.c( )c( )c(H)c(H+ +)c(OH)c(OH- -) )b.c(Hb.c(H+ +)+c( )=c(OH)+c( )=c(OH- -)+c( )+c( )+c( )+c( ) )c.c( )+c(NHc.c( )+c(NH3 3HH2 2O)=2c( O)=2c( )+c(

55、)+c( )+)+c(Hc(H2 2C C2 2O O4 4)4NH224C O4NH224C O4NH224C O24HC O24HC O(3)(3)已知所用锂离子电池的正极材料为已知所用锂离子电池的正极材料为xg,xg,其中其中LiCoOLiCoO2 2(M=98 gmol(M=98 gmol-1-1) )的质量分数为的质量分数为a%,a%,则回收后得到则回收后得到CoCCoC2 2O O4 42H2H2 2O(M=183 gmolO(M=183 gmol-1-1) )的质量不高于的质量不高于_g_g。【解析】【解析】(1)(1)阴极发生得电子的还原反应阴极发生得电子的还原反应, ,当当L

56、iCoOLiCoO2 2放电完毕后是放电完毕后是H H+ +放电生成氢气。阳极是放电生成氢气。阳极是OHOH- -放电生成氧放电生成氧气。气。硫酸浓度大硫酸浓度大, ,则则c(Hc(H+ +) )大大,H,H+ +优先放电优先放电, ,使钴的浸使钴的浸出率下降。出率下降。(2)(2)LiCoOLiCoO2 2中中CoCo是是+3+3价，根据流程加入价，根据流程加入H H2 2O O2 2后变为后变为CoCo2+2+，则，则H H2 2O O2 2表现氧化性，反应生成氧气。表现氧化性，反应生成氧气。根据组成根据组成知知c( )c( )c( )c( )，溶液呈酸性，则，溶液呈酸性，则c(Hc(H+

57、 +)c(OH)c(OH- -) )，由于水解是微弱的，则由于水解是微弱的，则c( c( )c(H)c(H+ +) )，a a正确；正确；b b中是中是电荷守恒式，电荷守恒式，c( c( ) )前的化学计量数应是前的化学计量数应是2 2，错误；，错误；c c满足物料守恒，正确。满足物料守恒，正确。224C O4NH224C O224C O(3)LiCoO(3)LiCoO2 2的物质的量是的物质的量是 molmol，根据钴原子守，根据钴原子守恒，则生成的恒，则生成的CoCCoC2 2O O4 42H2H2 2O O的质量是的质量是 g g，再考虑，再考虑回收过程中钴的损失，所得回收过程中钴的损失

58、，所得CoCCoC2 2O O4 42H2H2 2O O的质量不高的质量不高于于 。x a%98183x a%98183x a%98答案：答案：(1)(1)2H2H+ +2e+2e- -=H=H2 24OH4OH- -4e-4e- -=O=O2 2+2H+2H2 2O(O(或或2H2H2 2O-4eO-4e- -=O=O2 2+4H+4H+ +) )H H+ +与与LiCoOLiCoO2 2在阴极的还原反应相互竞争，当在阴极的还原反应相互竞争，当c(Hc(H+ +) )增增大时，参与放电的大时，参与放电的H H+ +增多增多( (或有利于或有利于H H+ +放电放电) )，所以钴，所以钴的浸出

59、率下降的浸出率下降(2)(2)2LiCoO2LiCoO2 2+H+H2 2O O2 2+3H+3H2 2SOSO4 4=Li=Li2 2SOSO4 4+2CoSO+2CoSO4 4+O+O2 2+4H+4H2 2O O防止防止H H2 2O O2 2受热分解受热分解a a、c c(3)(3)183x a%982.(20162.(2016泉州模拟泉州模拟) )回收利用炼铜工业产生的排放物，回收利用炼铜工业产生的排放物，既能节约资源，又能保护环境。既能节约资源，又能保护环境。(1)(1)用氨水吸收尾气中的用氨水吸收尾气中的SOSO2 2后后, ,再加入硫酸再加入硫酸, ,可获得可获得SOSO2 2

60、和和(NH(NH4 4) )2 2SOSO4 4两种产品。相关反应的化学方程式为两种产品。相关反应的化学方程式为_。(2)(2)烟灰中金属元素以硫酸盐和氧化物形态存在烟灰中金属元素以硫酸盐和氧化物形态存在, ,其中其中锌、铅的含量最大锌、铅的含量最大, ,其次为铜、铁等。烟灰的回收利用其次为铜、铁等。烟灰的回收利用工艺如下工艺如下: :“沉铜沉铜”可得到单质铜可得到单质铜, ,该步骤应加入的试剂是该步骤应加入的试剂是_。“一次浸取一次浸取”铜浸出率较低铜浸出率较低, ,原因是烟灰中部分铜元原因是烟灰中部分铜元素以素以_(_(填化学式填化学式) )残留在浸出渣中残留在浸出渣中,“,“二次浸取二次