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1、第十四章化学与技术 第1页/共57页第3讲 化学与材料制造和应用 第2页/共57页导 航 高 考考 点 突 破单元综合测试随 堂 演 练自 我 诊 断课 时 作 业第3页/共57页第4页/共57页 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，了解有关的生产原理。 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。考纲解读考纲解读 第5页/共57页 1传统无机非金属材料硅酸盐材料的生产原理、主要成分、性能及应用。 2新型无机非金

2、属材料的性能、功能及应用。 3金属冶炼原理、腐蚀与防护。 4高分子材料、复合材料的特点及应用。考向分析考向分析 第6页/共57页第7页/共57页 一、无机非金属材料基础知识梳理基础知识梳理第8页/共57页第9页/共57页 二、金属材料 1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。 (2)原料：铁矿石、焦炭、石灰石和空气。 (3)设备：炼铁高炉。第10页/共57页第11页/共57页 3铝的生产流程示意图第12页/共57页 三、高分子化合物与材料 1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。 2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

3、热固性。第13页/共57页 3性能优异的合成材料 (1)塑料的改性 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 发展趋势是高性能化、功能化、复合化、精细化、智能化。第14页/共57页 (3)复合材料 构成：由基体和增强体两种材料构成。 性能：具有强度高、质量轻、耐腐蚀、抗冲击、绝缘性好等优良性能。 4环境中的高分子材料 (1)高分子材料的老化及其保护 (2)环境降解高分子材料的开发 降解主要涉及生物降解、光降解和化学降解三种过程。 (3)废旧高分子材料的回收利用。第15页/共57页 四、金属的腐蚀及防护 1金属腐蚀的本质是金属失电子被氧化，主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀。 (

4、1)化学腐蚀 金属材料与其表面接触的一些物质直接发生化学反应而引起的腐蚀叫化学腐蚀。第16页/共57页第17页/共57页 2金属腐蚀的防护和利用 将金属制品与周围物质隔离开。如电镀、发蓝、形成钝化膜等，控制和改善环境气体、液体介质，或采用牺牲阳极法和外加电流法等电化学保护法。 金属腐蚀会带来危害和损失，但也可以被利用来进行材料加工，如化学刻蚀。第18页/共57页第19页/共57页 1几种金属的冶炼 (1)钢铁的冶炼考点一考点一金属材料及其表面处理金属材料及其表面处理 炼铁炼铁炼钢炼钢原料原料铁矿石、焦炭、铁矿石、焦炭、空气、石灰石空气、石灰石生铁、氧化剂生铁、氧化剂(空气、纯空气、纯氧、氧化铁

5、等氧、氧化铁等)、生石、生石灰、脱氧剂灰、脱氧剂化学原化学原理理在高温下用还原在高温下用还原剂将铁从其氧化剂将铁从其氧化物中还原出来物中还原出来在高温下用氧化剂把生铁在高温下用氧化剂把生铁中过多的碳和其他杂质氧中过多的碳和其他杂质氧化成气体或炉渣除去化成气体或炉渣除去第20页/共57页第21页/共57页第22页/共57页 金属冶炼方法的选择与金属的活动性有关，处在金属活动性不同位置的金属其冶炼的方法可用下图表示： 当一种金属可用多种方法冶炼时，工业上一般采用经济效益高的方法。即：热解还原法优于焦炭还原法，焦炭还原法优于铝热还原法，铝热还原法优于电解还原法；从环保角度考虑，H2还原法又优于CO还

6、原法。特别提醒特别提醒 第23页/共57页 2金属材料的表面处理防护方法防护方法种类种类原理原理应用实例应用实例改变金属改变金属内部结构内部结构一般向一些易腐蚀的金属一般向一些易腐蚀的金属中加入某些特殊金属制成中加入某些特殊金属制成合金，增强其抗腐蚀能力合金，增强其抗腐蚀能力向普通钢中加铬、镍等向普通钢中加铬、镍等金属制不锈钢金属制不锈钢金属表面金属表面覆盖保护覆盖保护层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，从而使金属制品跟护层，从而使金属制品跟周围物质隔离开来周围物质隔离开来在钢铁表面涂矿物性油在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆、搪瓷、塑料脂、油漆、搪瓷、塑料等，或电镀、热镀、喷等，

7、或电镀、热镀、喷镀，使金属表面生成致镀，使金属表面生成致密稳定的氧化膜密稳定的氧化膜电化学保电化学保护法护法利用电化学原理将被保护利用电化学原理将被保护的金属作为原电池的正极的金属作为原电池的正极或电解池的阴极或电解池的阴极牺牲阳极保护法、外加牺牲阳极保护法、外加电流阴极保护法电流阴极保护法第24页/共57页 例1铝是地壳中含量最多的金属元素，1854年法国冶金学家戴维尔用金属钠还原氯化钠和氯化铝的复盐，获得了金属铝单质。1886年，美国人霍尔和法国人埃鲁，分别独立地电解熔融的氧化铝和冰晶石的混合物，制得了金属铝，奠定了今天大规模生产铝的基础。 工业生产金属铝的原料是铝土矿(主要成分为Al2O

8、3，另含有Fe2O3)，工业中得到较纯氧化铝的过程如图所示：第25页/共57页 试回答下列问题： (1)操作是一种重要的混合物分离方法，实验室进行该项操作用到的玻璃仪器有烧杯、_、_。 (2)经分析不溶物A的主要成分为_。 (3)工业上电解炼铝的化学方程式为：_。 若电路中通过1 mol电子，可以得到铝_ g。第26页/共57页 解析(1)操作的方法是过滤，所用玻璃仪器有玻璃棒、漏斗和烧杯。 (2)Fe2O3不与NaOH溶液反应，作为不溶物被滤出。 (3)根据化学方程式可知每生成1 mol Al转移3 mol电子，所以每转移1 mol电子，可生成9 g Al。第27页/共57页 1无机非金属材

9、料 (1)传统硅酸盐材料 陶瓷、水泥、玻璃等是传统硅酸盐材料，它们的比较如下：考点二考点二无机非金属材料及新型材料的应用无机非金属材料及新型材料的应用 陶瓷陶瓷玻璃玻璃水泥水泥主要原料主要原料黏土黏土纯碱、石灰纯碱、石灰石和石英石和石英黏土和石灰石黏土和石灰石(石石膏为辅助原料膏为辅助原料)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第28页/共57页陶瓷陶瓷玻璃玻璃水泥水泥生产生产过程过程混合、成型、干混合、成型、干燥、烧结、冷却燥、烧结、冷却原料粉碎，玻璃熔炉中强原料粉碎，玻璃熔炉中强热，成型冷却热，成型冷却高温煅烧得熟高温煅烧得熟料，再加石膏研料，再加石膏研成粉末得普通硅成粉末得

10、普通硅酸盐水泥酸盐水泥反应反应原理原理复杂的物理、化学复杂的物理、化学变化变化复杂的物理、化学变化，主复杂的物理、化学变化，主要反应：要反应：Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2CaCO3SiO2 CaSiO3CO2复杂的物理、化复杂的物理、化学变化学变化主要主要成分成分硅酸盐硅酸盐Na2SiO3CaSiO3SiO2(Na2OCaO6SiO2)3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3等等主要主要性能性能抗氧化、抗酸碱腐抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝蚀、耐高温、绝缘、易成型等优点缘、易成型等优点玻璃态物质，没有固定的熔玻璃态物质，没有固定的熔点，在一定温度范围内逐渐点，在一定

11、温度范围内逐渐软化软化水硬性水硬性第29页/共57页第30页/共57页第31页/共57页第32页/共57页 (2)复合材料 常见的复合材料：玻璃钢、碳纤维增强复合材料等。第33页/共57页 (3)塑料制品结构和性能 线型高分子：分子呈长链状，可溶于有机溶剂，受热软化，熔融，有热塑性。 体型高分子：高分子链之间形成化学键产生交联，形成立体网状结构。不易溶于有机溶剂，受热不熔化，有热固性。 (4)新材料的发展方向 具有复合化、设计化、智能化、仿生化、轻量化、高性能化、高功能化等特点。第34页/共57页 例2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，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1

12、300 反应制得。 (1)根据性质，推测氮化硅的用途是_(填序号)。 制汽轮机叶片制有色玻璃制永久性模具制柴油机 (2)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应，试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式_。第35页/共57页 (3)四氯化硅和氮气在氢气的气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为_。第36页/共57页 解析解答(1)的关键是信息的利用根据“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”即可得出答案；书写(2)中氮化硅陶瓷和氢氟酸反应的方程式，要注意产物的判定，应该生成SiF4。第37页/共57页第38页/共57页第39页/共57

13、页 C普通水泥的主要成分是硅酸钙 D黏土的主要成分是三氧化二铝第40页/共57页 答案AC 解析本题是对常见化工原理及工业原材料的考查，突出考查学生对化工原理以及原材料的掌握情况。海水中加入的是生石灰CaO，生石灰与水反应生成Ca(OH)2，从而使得海水中的Mg2生成Mg(OH)2沉淀，电解氯化镁溶液得不到金属镁，只有电解氯化镁熔液才能制取单质镁，故B错；普通水泥的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙，说普通水泥的主要成分是硅酸钙正确，C正确；黏土的主要成分是二氧化硅，还有氧化镁、碳酸钙和三氧化二铝，D错。第41页/共57页 2下列有关材料的说法不正确的是() A传统的无机非金属材料虽有不少

14、优点，但质脆，经不起热冲击 B新型无机非金属材料虽然克服了传统无机材料的缺点，但强度比较差 C高温结构材料具有耐高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点 D新型无机非金属材料特性之一是具有电学特性第42页/共57页 答案B 解析质地较脆、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。第43页/共57页 3世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关玻璃的说法不正确的是() A制普通玻璃的原料主要是

15、纯碱、石灰石和石英 B玻璃在加热熔化时有固定的熔点 C普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙 D盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起第44页/共57页 答案B 解析本题考查玻璃的制法与性质。A项正确；玻璃不是晶体，它没有固定熔点，B项错误；普通玻璃的主要成分是硅酸钠、硅酸钙，C项正确；玻璃中含有SiO2，它能够被烧碱溶液腐蚀：SiO22NaOH=Na2SiO3H2O，故盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，D项正确。第45页/共57页 4在钢铁腐蚀过程中，下列六种变化可能发生的是() O2被还原产生H2Fe(OH)3失水形成Fe2O3xH2O杂质碳

16、被氧化镀层破损后，镀锌铁板比镀锡铁板更耐腐蚀 AB CD第46页/共57页 答案C 解析钢铁腐蚀可分为吸氧腐蚀(还原O2)和析氢腐蚀(析出H2)，其中电化学腐蚀时杂质碳为电源的正极，故、正确，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ZnFeSn，故正确。第47页/共57页 5社会的进步、经济的腾飞离不开材料的发展，请回答下列问题： (1)玻璃、水泥是两种传统的硅酸盐产品，钢铁是当前应用最广泛的金属材料。 玻璃、水泥的生产以及生铁的冶炼中都用到的原料是_。 焦炭在炼铁中的作用为_。第48页/共57页 全世界每年因生锈而损失的钢铁

17、大约占其产量的1/4。钢铁腐蚀的主要类型为_；钢铁的腐蚀给我们带来了巨大损失，但也不是一无是处，请说出一种利用金属腐蚀原理进行材料加工的方法：_。 (2)单晶硅是现代信息的基础材料，三氯硅烷法是目前生产高纯硅的主要方法。即先将粗硅在一定条件下与_反应生成三氯硅烷，提纯后的三氯硅烷用高纯度的_还原，得到高纯硅。第49页/共57页 (3)离子交换树脂是人类使用的第一种功能高分子材料，其主要用途为_。 (4)北京时间2009年12月16日凌晨，波音787梦幻客机首飞成功，该飞机最大的亮点是其主要结构由碳纤维复合材料与钛材料代替了传统材料，请简述这项改进的重要意义：使飞机更加坚固；_。第50页/共57

18、页 答案(1)石灰石作燃料和还原剂，同时对整个高炉内的料柱起支撑和疏松作用吸氧腐蚀金属的化学蚀刻(2)HClH2(3)用于硬水的软化 (4)使飞机的质量大大减轻，在远航时能节省大量的燃料，排放的温室气体更少(合理即可)第51页/共57页 解析生产玻璃的主要原料为石英砂、石灰石、纯碱；生产水泥的主要原料为石灰石、黏土；冶炼生铁的原料为铁矿石、焦炭、石灰石、空气，这些过程的原料中都有石灰石。炼铁时，焦炭燃烧提供还原铁矿石需要的热量和还原剂CO。钢铁腐蚀分化学腐蚀和电化学腐蚀，以电化学腐蚀为主。电化学腐蚀又分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀，以吸氧腐蚀为主。如果在金属表面均匀地涂上一层蜡，然后刻上花纹，利用金属腐蚀的原理将裸露部分腐蚀掉一部分，即实现了“金属的化学蚀刻”。第52页/共57页 粗硅的提纯有多种办法，三氯硅烷法是其中的一种，要填入的物质可根据常识，或根据元素守恒判断。飞机使用新材料，不仅更坚固、而且更轻，节约燃料的同时也就减少了CO2的排放。第53页/共57页第54页/共57页 (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；电解时所消耗的电极是_(填“阳极”或“阴极”)。 (4)铝是高耗能产品，废旧铝材的回收利用十