2015最新版高三化学总复习课件：选修2-3化学与材料的制造和应用

第三章化学与材料的制造和应用考纲要求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。一、无机非金属材料1.传统硅酸盐材料。陶瓷玻璃水泥主要原料黏土_____________和石英砂_____、_______和石膏(辅助原料)主要设备玻璃熔炉水泥回转窑纯碱、石灰石黏土石灰石陶瓷玻璃水泥反应原理复杂的物理、化学变化复杂的物理、化学变化,主要反应Na2CO3+SiO2_____________CaCO3+SiO2____________复杂的物理、化学变化主要成分_______Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2(Na2O·CaO·6SiO2)__________、__________、___________等高温====高温====Na2SiO3+CO2↑CaSiO3+CO2↑3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·Al2O3硅酸盐陶瓷玻璃水泥主要性能抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等优点玻璃态物质,没有固定的熔点,在一定温度范围内逐渐软化水硬性2.新型无机非金属材料:(1)分类及应用。类型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(2)制备反响。物质化学方程式碳化硅SiO2+3C=========SiC+2CO↑氮化硅3Si+2N2========Si3N43SiCl4+2N2+6H2====Si3N4+12HCl硅SiO2+2C==============Si+2CO↑Si+3HCl==========SiHCl3+H2SiHCl3+H2=============Si+3HCl>1900℃1300℃1600～1800℃250～300℃Cu粉或Ag粉1100～1200℃(1)向一般硅酸盐水泥中参加石膏,是为了调整水泥的硬化速率。(2)钢化玻璃与一般玻璃在成分上没有区分,把一般玻璃放入电炉中加热至软化,然后急速冷却即得钢化玻璃。二、金属材料1.钢铁的冶炼。炼铁炼钢原料_______、_____、空气、石灰石_____、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______________________中还原出来在高温下用____________________________氧化成气体或炉渣除去铁矿石焦炭生铁复原剂将铁从其氧化物氧化剂将过多的碳和其他杂质炼铁炼钢有关反应(1)还原剂的生成:___________、_____________(2)铁的还原:______________________(3)炉渣的生成:CaCO3CaO+CO2↑SiO2+CaOCaSiO3(1)氧化剂的生成:_______________(2)除碳,除杂,调硅、锰;如C+FeOCO↑+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+Si2Fe+SiO2主要设备高炉转炉C+O2====CO2CO2+C2CO高温====Fe2O3+3CO2Fe+3CO2高温====高温====高温====2Fe+O22FeO高温====高温====高温====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,__________________________________,______________________。(3)电解:参加冰晶石及少量萤石降低Al2O3的熔点。化学方程式:______________________。NaAlO2+CO2+2H2O====Al(OH)3↓+NaHCO3△====2Al(OH)3Al2O3+3H2O3.金属的腐蚀与防护:(1)金属腐蚀的类型。①化学腐蚀:金属材料跟其外表接触到的物质(如O2、Cl2等)_________________而引起的腐蚀。②电化学腐蚀:不同金属或_____金属跟___________接触时,发生_______反响,比较活泼的金属失去电子而被氧化引起的腐蚀。直接发生化学反响不纯电解质溶液原电池(2)金属腐蚀的防止和利用。①金属腐蚀的防护方法②金属腐蚀的利用金属的化学蚀刻、印刷电路的腐蚀、电子元件与集成电路的精细加工都是利用了金属腐蚀的原理。(1)炼铁高炉产生的废气、废渣会严峻污染环境,应结合它们的成分和余热进展综合利用。(2)不锈钢是在一般钢的根底上参加12%以上的铬元素和适量镍熔合而成。三、高分子化合物与材料1.高分子化合物的分类。2.新型高分子材料:(1)功能高分子材料:具有某种特定功能的高分子材料,常见的有导电塑料(如聚乙炔)、离子交换树脂或交换膜、高分子医药材料、人造器官、高分子吸水材料、导电高分子化合物等。(2)复合材料。②常见的复合材料:_______、___________________等。玻璃钢碳纤维增加复合材料黏结增加3.废旧高分子材料的回收利用:(1)再生和改性;(2)生物降解或热裂解生成小分子化工原料;(3)燃烧利用热能。(1)用同一个化学式表示的高分子化合物,由于聚合度n大小不同,故不是纯洁物。(2)白色污染是指由农用薄膜、包装用塑料膜、塑料袋和一次性塑料餐具等塑料制品的丢弃所造成的环境污染。由于废旧塑料包装物大多呈白色,因此称之为“白色污染”。考点一金属冶炼的方法

由于金属的化学活动性不同,金属离子得到电子复原成金属原子的力量也就不同,因此冶炼不同的金属必需承受不同的冶炼方法。金属类型AuPtAgHgCu(H)PbSnFeZnAlMgNaCaK冶炼方法直接开采热分解法热还原法电解法(1)热分解法:对于金属活动性挨次表中Hg、Ag等金属可用热分解法冶炼。如2HgO2Hg+O2↑2Ag2O4Ag+O2↑(2)热复原法:对于金属活动性挨次表Zn到Cu之间的大局部金属可用碳、H2、CO、Al等复原剂高温下复原制备。如3CO+Fe2O32Fe+3CO2Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3(铝热法炼铁)△====△====高温====高温====(3)电解法:对于特别活泼的金属(Al及其前面的金属)一般用电解法冶炼。MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑通电====通电====【高考警示】(1)冶炼铝不能用电解熔融AlCl3的方法,缘由是AlCl3为共价化合物,熔融时不导电。(2)冶炼镁不能用电解熔融MgO的方法,缘由是MgO的熔点高,使其熔化要消耗大量能量,应电解熔融MgCl2。(3)工业炼铁参加的是铁矿石和焦炭,但复原剂并不是焦炭而是CO。【典题通关1】金属热复原法广泛用于冶金过程中。用金属A(或其合金)作复原剂在高温下将另一种金属B的化合物复原以制取金属B(或其合金)的方法。通常是按复原剂来命名。(1)用铝作复原剂生产金属铬,称为铝热法。化学方程式为。铝的亲氧性除用于冶炼难熔金属外,还用于制取耐高温的金属陶瓷。例如,将铝粉、石墨和二氧化钛或其他高熔点金属的氧化物按肯定比例混合均匀,然后在高温下煅烧,即生成耐热的(TiC),该反响的化学方程式为_________________________。(2)用硅作复原剂复原V2O3冶炼钒,称为硅热法。化学方程式为_________________________________________________。硅(特殊是硅铁)的价格比铝低,所以硅热法在铁合金及某些金属的生产中占有重要地位。但硅的复原力量不如铝。为使硅热复原更易进展,常参加CaO作溶剂,试分析参加CaO的作用__。(3)试写出克劳尔法用镁热复原TiCl4生产海绵钛的方程式。【解题指南】解答此题的关键是:(1)应用氧化复原以及化学平衡移动的有关原理,合理解释涉及的化学反响及现象。(2)质量守恒定律也是解答该题的理论依据。【解析】(1)铝和三氧化二铬的铝热反响方程式为2Al+Cr2O32Cr+Al2O3,反响物铝、石墨和二氧化钛在高温下反响,碳与钛结合为TiC,由铝的亲氧性可知,铝与氧结合为Al2O3。反响方程式为4Al+3TiO2+3C2Al2O3+3TiC。(2)硅热法中硅作复原剂,化学方程式为3Si+2V2O34V+3SiO2,参加氧化钙与生成的二氧化硅结合,有利于反响正向进展。(3)克劳尔法用镁热复原TiCl4生产海绵钛的反响中镁作复原剂,化学方程式为2Mg+TiCl42MgCl2+Ti。高温====高温====高温====高温====答案:(1)2Al+Cr2O32Cr+Al2O34Al+3TiO2+3C2Al2O3+3TiC(2)3Si+2V2O34V+3SiO2使之与反响产物SiO2结合成CaSiO3,使反响更简洁进展(3)2Mg+TiCl42MgCl2+Ti高温====高温====高温====高温====【互动探究】在用铝粉、石墨、二氧化钛混合物高温下反响制取TiC的反响中氧化剂、复原剂分别是哪种物质?提示:在3TiO2+3C+4Al3TiC+2Al2O3中,Ti与O的化合价没有变化,只是Al的化合价上升了,C的化合价降为-4价,故Al是复原剂,C是氧化剂。高温====【变式训练】冶炼金属一般有以下方法:①焦炭法;②水煤气(或氢气或一氧化碳)法;③活泼金属置换法;④电解法。四种方法在工业生产中均有运用。(1)请对下表中的金属冶炼方法进展分析,从上述四种方法中选择相应的序号填入表中空格。火烧孔雀石炼铜所发生反响的化学方程式为(写主要的两个)、。火烧孔雀石炼铜湿法炼铜铝热法炼铬从光卤石中炼镁(2)请再举出访用上述方法冶炼金属的例子各一个(用化学方程式表示):①;②;③;④。【解析】(1)火烧孔雀石是用焦炭与孔雀石混合焙烧,应属于①焦炭法;湿法炼铜和铝热法炼铬都属于③活泼金属置换法;由于镁比较活泼,一般不能用复原剂复原,只可以用④电解法冶炼。(2)①金属锌可用焦炭法冶炼,化学方程式为2ZnO+C2Zn+CO2↑;②氢气复原法冶炼活泼性较差的金属,如3H2+WO3W+3H2O;③活泼金属可以从不活泼金属的盐溶液中置换出不活泼金属,也可以通过铝热反响冶炼高熔点金属,如4Al+3MnO23Mn+2Al2O3;高温====高温====高温====④电解法适用于冶炼活泼性强的金属,如2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。通电====答案:(1)①③③④Cu2(OH)2CO32CuO+CO2↑+H2OC+2CuO2Cu+CO2↑(2)①2ZnO+C2Zn+CO2↑②3H2+WO3W+3H2O③4Al+3MnO23Mn+2Al2O3④2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑(合理即可)△====△====高温====高温====高温====通电====【加固训练】1.如下图是传统的工业生产金属铝的根本流程图。请答复以下问题:(1)金属铝常用来制造容器,但铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性、碱性等食物,写出铝与氢氧化钠溶液反响的离子方程式______________________________________________。石油炼制和煤的干馏产品(填物质名称)作电解铝的阴极和阳极材料。(2)在冶炼过程中,阳极材料需要定期进展更换,缘由是该极材料不断被消耗,产生这种现象的缘由是_________________(用化学方程式表示)。(3)工业上通过电解熔融的MgCl2制取金属镁,电解反响方程式为_________________________________________________。镁和铝都是活泼金属,为什么在电解冶炼过程中,一个用氯化物,一个用氧化物,请说明理由____________________________。【解析】(1)铝与氢氧化钠溶液反响可生成氢气和偏铝酸钠,离子方程式为2Al+2OH-+2H2O====2Al+3H2↑电解冶炼铝两极材料均为石墨,可用石油炼制所得石油焦以及煤干馏生成的焦炭制取。(2)阳极生成氧气,在高温下可与石墨发生反响生成二氧化碳,电极被消耗,化学反响方程式为C+O2CO2(3)电解熔融氯化镁可制得金属镁,化学方程式为MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑氯化铝是共价化合物,熔融时不电离,不能导电,无法电解;氧化镁熔点太高,不易熔化,难以操作。高温====通电====答案:(1)2Al+2OH-+2H2O====2Al+3H2↑焦炭(2)C+O2CO2(3)MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑氯化铝是共价化合物,熔融时不电离,不能导电,无法电解;氧化镁熔点太高,不易熔化,难以操作高温====通电====2.铝生产产业链由铝土矿开采、氧化铝制取、铝的冶炼和铝材加工等环节构成。请答复以下问题:(1)工业上承受电解氧化铝—冰晶石(Na3AlF6)熔融体的方法冶炼得到金属铝:2Al2O3======4Al+3O2↑参加冰晶石的作用:__________________________________。通电冰晶石(2)上述工艺所得铝材中往往含有少量Fe和Si等杂质,可用电解方法进一步提纯,该电解池中阳极的电极反响为__________,以下可作阴极材料的是。A.铝材B.石墨C.铅板D.纯铝(3)阳极氧化能使金属外表生成致密的氧化膜。以稀硫酸为电解液,铝阳极发生的电极反响为_________________________。(4)在铝阳极氧化过程中,需要不断地调整电压,理由是_____。(5)以下说法正确的选项是。A.阳极氧化是应用原电池原理进展金属材料外表处理的技术B.铝的阳极氧化可增加铝外表的绝缘性能C.铝的阳极氧化可提高金属铝及其合金的耐腐蚀性,但耐磨性下降D.铝的阳极氧化膜富有多孔性,具有很强的吸附性能,能吸附染料而呈各种颜色【解析】(1)三氧化二铝熔点很高,参加冰晶石可使其熔于熔点低的液态冰晶石中便于电解。(2)类似于铜的电解精炼,将粗铝作阳极电解熔融三氧化二铝,阳极反响式为2Al-6e-====2Al3+,阴极材料为纯铝。(3)将铝外表钝化的电极反响式为2Al-6e-+3H2O====Al2O3+6H+。(4)三氧化二铝不导电,随氧化膜的增厚,电阻增大,上升电压可维持电流稳定。(5)阳极氧化是电解原理;氧化铝有更大的硬度,更具有耐磨性。答案:(1)降低熔点(2)Al-3e-====Al3+D(3)2Al-6e-+3H2O====Al2O3+6H+(4)铝阳极外表不断生成氧化物,电阻增大,为了保持稳定的电流,需要不断提高电压(5)B、D考点二有机高分子材料的合成

1.合成有机高分子材料的化学反响。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—COOH和—OH、—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加成聚合反应缩合聚合反应产物种类只有高聚物高聚物和小分子举例2.线型构造、体型构造高分子材料的比较。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、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【方法指南】推断高聚物的单体的方法(1)加聚物单体推断方法。①凡链节的主碳链为两个碳原子,其单体必为一种。将链节的两个半键闭合即为单体。②凡链节中主碳链为4个碳原子,无碳碳双键构造,其单体必为两种,从主链中连续开后,再分别将两个半键闭合即得单体。③凡链节中主碳链为4个碳原子,含有碳碳双键构造,单体为一种,属二烯烃。④凡链节中主碳链为6个碳原子,含有碳碳双键构造,单体为两种:单烯烃和二烯烃。⑤凡链节中主碳链为8个碳原子,含有一个碳碳双键构造时,其单体可为一种二烯烃,两种单烯烃。含有两个碳碳双键时,其单体为两种二烯烃。(2)缩聚物单体的推断方法。①凡链节中含有酯基构造的,从酯基中连续开,在羰基上加羟基,在氧原子上加氢原子得到羧酸和醇。②凡链节中含有酰胺键构造的,断开碳氮键,亚氨基上加氢原子、羰基上加羟基,所得氨基酸为单体。③凡链节中含有类似,其单体肯定是酚类和醛类。【典题通关2】在国际环境问题中,聚苯乙烯等材料的一次性使用带来的“白色污染”是极为严峻的环境问题之一,最近研制的一种可降解塑料,代号为3HB,构造简式为,其具有良好的生物适应性,能在自然界中自行降解,答复:(1)可降解塑料3HB,在自然界中通过(填序号)反响降解为该聚合物的单体。A.加成B.消去C.水解D.氧化(2)该聚合物的单体为,单体中具有的官能团的名称为。(3)各取1mol该单体分别与钠和碳酸氢钠溶液完全反响时,分别消耗钠和碳酸氢钠的物质的量之比为。(4)写出由单体生成降解塑料3HB的化学方程式:___________。(5)合成3HB的单体,还可以经一系列反响得一种工程塑料,其结构简式为。试写出有关化学方程式:。【解题指南】解答此题的关键是:(1)明确3HB是一种聚酯,存在酯基可水解。(2)氢原子的活泼程度:羧基氢>醇羟基氢。【解析】(1)3HB是一种聚酯,通过水解可得单体。(2)中含有两种官能团,分别是羟基和羧基。(3)—OH和—COOH都能与Na反响,而与NaHCO3反响的只有—COOH,故1mol消耗Na与NaHCO3的物质的量之比为2∶1。(4)可发生缩聚反响生成3HB。(5)由正推和逆推相结合,可得出合成路线如下:答案:(1)C【变式训练】耐纶是一种重要的合成纤维,用它可制取具有光泽、耐拉和耐化学腐蚀的人造丝和人造毛。下面是高聚物耐纶分子的一局部:……NH(CH