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1、第 三 章化学与材料的制造和应用考考纲纲要要求求1.1.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。了解化学材料的要求。了解化学对对材材料科学料科学发发展的促展的促进进作用。作用。2.2.了解金属材料、无机非金属材料、高分子合成材料、复了解金属材料、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。3.3.了解用化学方法了解用化学方法进进行金属材料表面行金属材料表面处处理的原理。理的原理。4.4.了解我国了解我国现现代材料研究和材料工代材料研究和材料工业业的的发发展情况。了解新展情况。了解新材料的材料的发
2、发展方向。展方向。一、无机非金属材料一、无机非金属材料1.1.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主要原料原料黏土黏土_和石英砂和石英砂_、_和石膏和石膏(辅辅助原料助原料)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纯纯碱、石灰石碱、石灰石黏土黏土石灰石石灰石陶瓷陶瓷玻璃玻璃水泥水泥反反应应原理原理复复杂杂的物理、的物理、化学化学变变化化复复杂杂的物理、化学的物理、化学变变化化,主要反主要反应应NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2_CaCOCaCO3 3+SiO+SiO2 2_复复杂杂的物理、的物理、化学化学变变化化主要主要成分成分_NaNa2
3、2SiOSiO3 3CaSiOCaSiO3 34SiO4SiO2 2(Na(Na2 2O OCaOCaO6SiO6SiO2 2)_、_、_等等高温高温=高温高温=NaNa2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2CaSiOCaSiO3 3+CO+CO2 23CaO3CaOSiOSiO2 22CaO2CaOSiOSiO2 23CaO3CaOAlAl2 2O O3 3硅酸硅酸盐盐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、抗酸碱腐酸碱腐蚀蚀、耐高温、耐高温、绝绝缘缘、易成型、易成型等等优优点点玻璃玻璃态态物物质质,没有固定的熔没有固定的熔点点,在一定温度范在一定温度范围围内逐内逐渐渐
4、软软化化水硬性水硬性2.2.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。类类型型性能与性能与应应用用新新型型陶陶瓷瓷碳化硅碳化硅(SiCSiC)硬度大、熔点高、化学性硬度大、熔点高、化学性质稳质稳定定,可作可作优质优质磨料磨料和航天器涂和航天器涂层层材料材料氮化硅氮化硅(Si(Si3 3N N4 4)硬度大、熔点高、化学性硬度大、熔点高、化学性质稳质稳定定,可用于制造可用于制造轴轴承、汽承、汽轮轮机叶片、机叶片、发动发动机受机受热热面等面等单单晶硅晶硅半半导导体材料体材料,制作制作计计算机芯片、集成算机芯片、集成电电路路碳碳单单质质金金刚刚石石新一代信息材料新一代
5、信息材料石墨石墨电电的良的良导导体、化学性体、化学性质稳质稳定定,用作用作电电极极C C6060在新型在新型储氢储氢材料、复合材料、材料、复合材料、纳纳米材料、超米材料、超导导体体的制造方面前景广的制造方面前景广阔阔(2)(2)制备反应。制备反应。物物质质化学方程式化学方程式碳化硅碳化硅SiOSiO2 2+3C=SiC+2CO+3C=SiC+2CO氮化硅氮化硅3Si+2N3Si+2N2 2=Si=Si3 3N N4 43SiCl3SiCl4 4+2N+2N2 2+6H+6H2 2=Si=Si3 3N N4 4+12HCl+12HCl硅硅SiOSiO2 2+2C=Si+2CO+2C=Si+2CO
6、Si+3HCl=SiHClSi+3HCl=SiHCl3 3+H+H2 2SiHClSiHCl3 3+H+H2 2=Si+3HCl=Si+3HCl1 900 1 900 1 300 1 300 1 6001 6001 800 1 800 250250300 300 CuCu粉或粉或AgAg粉粉1 1001 1001 200 1 200(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,是为了调节水泥的硬化速率。是为了调节水泥的硬化速率。(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,把普通玻璃放入电把普通玻璃放入电炉中加热至软化炉中加热至软化,然后
7、急速冷却即得钢化玻璃。然后急速冷却即得钢化玻璃。二、金属材料二、金属材料1.1.钢铁的冶炼。钢铁的冶炼。炼炼铁铁炼炼钢钢原料原料_、_、空气、空气、石灰石石灰石_、氧化、氧化剂剂(空气、空气、纯纯氧、氧化氧、氧化铁铁等等)、生石灰、生石灰、脱氧脱氧剂剂化学化学原理原理在高温下用在高温下用_中中还还原出来原出来在高温下用在高温下用_氧化氧化成气体或炉渣除去成气体或炉渣除去铁矿铁矿石石焦炭焦炭生生铁铁还还原原剂剂将将铁铁从其氧化物从其氧化物氧化氧化剂剂将将过过多的碳和其他多的碳和其他杂质杂质炼炼铁铁炼炼钢钢有关有关反反应应(1)(1)还还原原剂剂的生成的生成:_、_(2)(2)铁铁的的还还原原:_
8、(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)氧化氧化剂剂的生成的生成:_(2)(2)除碳除碳,除除杂杂,调调硅、硅、锰锰;如如C+FeOC+FeO CO+FeCO+Fe(3)(3)造渣造渣:生成的硅、生成的硅、锰锰氧化氧化物及物及铁铁水中的硫、磷跟造渣水中的硫、磷跟造渣材料反材料反应应形成炉渣排出形成炉渣排出(4)(4)脱氧并脱氧并调调整成分整成分:2FeO+Si 2Fe+SiO2FeO+Si 2Fe+SiO2 2主要主要设备设备高炉高炉转转炉炉C+OC+O2 2=CO=C
9、O2 2COCO2 2+C 2CO+C 2CO高温高温=FeFe2 2O O3 3+3CO+3CO2Fe+3CO2Fe+3CO2 2高温高温=高温高温=高温高温=2Fe+O2Fe+O2 2 2FeO 2FeO高温高温=高温高温=高温高温=2.2.铝铝的冶的冶炼炼:(1)(1)原料原料:铝铝土土矿矿(主要成分主要成分为为AlAl2 2O O3 3)。(2)(2)提提纯纯AlAl2 2O O3 3:AlAl2 2O O3 3+2NaOH=2NaAlO+2NaOH=2NaAlO2 2+H+H2 2O,O,_,_,_。(3)(3)电电解解:加入冰晶石及少量加入冰晶石及少量萤萤石降低石降低AlAl2 2
10、O O3 3的熔点。化学方程的熔点。化学方程式式:_:_。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 O3.3.金属的腐金属的腐蚀蚀与防与防护护:(1)(1)金属腐金属腐蚀蚀的的类类型。型。化学腐化学腐蚀蚀:金属材料跟其表面接触到的物金属材料跟其表面接触到的物质质(如如O O2 2、ClCl2 2等等)_而引起的腐而引起的腐蚀蚀。电电化学腐化学腐蚀蚀:不同金属或不同金属或_金属跟金属跟_接触接触时时,发发生生_反反应应,比
11、比较较活活泼泼的金属失去的金属失去电电子而被氧化引起的子而被氧化引起的腐腐蚀蚀。直接直接发发生化学反生化学反应应不不纯纯电电解解质质溶液溶液原原电电池池(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、电子元件与集成电路的精金属的化学蚀刻、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。细加工都是利用了金属腐蚀的原理。(1)(1)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,应结合它们的应结合它们的成分和余热进行综合利用。成分和余热进行综合
12、利用。(2)(2)不锈钢是在普通钢的基础上加入不锈钢是在普通钢的基础上加入12%12%以上的铬元素和适量镍以上的铬元素和适量镍熔合而成。熔合而成。三、高分子化合物与材料三、高分子化合物与材料1.1.高分子化合物的分类。高分子化合物的分类。2.2.新型高分子材料新型高分子材料:(1)(1)功能高分子材料功能高分子材料:具有某种特定功能的高分子材料具有某种特定功能的高分子材料,常见的常见的有导电塑料有导电塑料(如聚乙炔如聚乙炔)、离子交换树脂或交换膜、高分子医药、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。材料、人造器官、高分子吸水材料、导电高分子化合物等。
13、(2)(2)复合材料。复合材料。常见的复合材料常见的复合材料:_:_、_等。等。玻璃钢玻璃钢碳纤维增强复合材料碳纤维增强复合材料黏结黏结增强增强3.3.废旧高分子材料的回收利用废旧高分子材料的回收利用:(1)(1)再生和改性再生和改性;(2)(2)生物降解或热裂解生成小分子化工原料生物降解或热裂解生成小分子化工原料;(3)(3)焚烧利用热能。焚烧利用热能。(1)(1)用同一个化学式表示的高分子化合物用同一个化学式表示的高分子化合物,由于聚合度由于聚合度n n大小不大小不同同,故不是纯净物。故不是纯净物。(2)(2)白色污染是指由农用薄膜、包装用塑料膜、塑料袋和一次白色污染是指由农用薄膜、包装用
14、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料包装物大多呈白色,因此称之为因此称之为“白色污染白色污染”。考点一考点一 金属冶炼的方法金属冶炼的方法由于金属的化学活动性不同由于金属的化学活动性不同,金属离子得到电子还原成金属原金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同子的能力也就不同,因此冶炼不同的金属必须采用不同的冶炼因此冶炼不同的金属必须采用不同的冶炼方法。方法。金属金属类类型型AuAuPtPtAgAgHgHgCu(H)PbCu(H)PbSnSn Fe Zn Fe ZnAl Mg NaA
15、l Mg NaCa KCa K冶冶炼炼方法方法 直接开采直接开采 热热分解法分解法 热还热还原法原法电电解法解法(1)(1)热热分解法分解法:对对于金属活于金属活动动性性顺顺序表中序表中HgHg、AgAg等金属可用等金属可用热热分分解法冶解法冶炼炼。如如2HgO 2Hg+O2HgO 2Hg+O2 22Ag2Ag2 2O 4Ag+OO 4Ag+O2 2(2)(2)热还热还原法原法:对对于金属活于金属活动动性性顺顺序表序表ZnZn到到CuCu之之间间的大部分金属的大部分金属可用碳、可用碳、H H2 2、COCO、AlAl等等还还原原剂剂高温下高温下还还原制原制备备。如如3CO+Fe3CO+Fe2
16、2O O3 3 2Fe+3CO 2Fe+3CO2 2FeFe2 2O O3 3+2Al 2Fe+Al+2Al 2Fe+Al2 2O O3 3(铝热铝热法法炼铁炼铁)=高温高温=高温高温=(3)(3)电电解法解法:对对于非常活于非常活泼泼的金属的金属(Al(Al及其前面的金属及其前面的金属)一般用一般用电电解法冶解法冶炼炼。MgClMgCl2 2(熔融熔融)Mg+Cl)Mg+Cl2 22NaCl(2NaCl(熔融熔融)2Na+Cl)2Na+Cl2 2通电通电=通电通电=【高考警示高考警示】(1)(1)冶炼铝不能用电解熔融冶炼铝不能用电解熔融AlClAlCl3 3的方法的方法,原因是原因是AlCl
17、AlCl3 3为共价化为共价化合物合物,熔融时不导电。熔融时不导电。(2)(2)冶炼镁不能用电解熔融冶炼镁不能用电解熔融MgOMgO的方法的方法,原因是原因是MgOMgO的熔点高的熔点高,使使其熔化要消耗大量能量其熔化要消耗大量能量,应电解熔融应电解熔融MgClMgCl2 2。(3)(3)工业炼铁加入的是铁矿石和焦炭工业炼铁加入的是铁矿石和焦炭,但还原剂并不是焦炭而是但还原剂并不是焦炭而是COCO。【典典题题通关通关1 1】金属金属热还热还原法广泛用于冶金原法广泛用于冶金过过程中。用金属程中。用金属A(A(或其合金或其合金)作作还还原原剂剂在高温下将另一种金属在高温下将另一种金属B B的化合物
18、的化合物还还原原以制取金属以制取金属B(B(或其合金或其合金)的方法。通常是按的方法。通常是按还还原原剂剂来命名。来命名。(1)(1)用用铝铝作作还还原原剂剂生生产产金属金属铬铬,称称为铝热为铝热法。化学方程式法。化学方程式为为 。铝铝的的亲亲氧性除用于冶氧性除用于冶炼难炼难熔金属外熔金属外,还还用于制取耐高温的金属用于制取耐高温的金属陶瓷。例如陶瓷。例如,将将铝铝粉、石墨和二氧化粉、石墨和二氧化钛钛或其他高熔点金属的氧或其他高熔点金属的氧化物按一定比例混合均匀化物按一定比例混合均匀,然后在高温下煅然后在高温下煅烧烧,即生成耐即生成耐热热的的(TiCTiC),),该该反反应应的化学方程式的化学
19、方程式为为_ 。(2)(2)用硅作用硅作还还原原剂还剂还原原V V2 2O O3 3冶冶炼钒炼钒,称称为为硅硅热热法。化学方程式法。化学方程式为为_ 。硅硅(特特别别是硅是硅铁铁)的价格比的价格比铝铝低低,所以硅所以硅热热法在法在铁铁合金及某些金属合金及某些金属的生的生产产中占有重要地位。但硅的中占有重要地位。但硅的还还原能力不如原能力不如铝铝。为为使硅使硅热还热还原更易原更易进进行行,常加入常加入CaOCaO作溶作溶剂剂,试试分析加入分析加入CaOCaO的作用的作用_ 。(3)(3)试试写出克写出克劳劳尔尔法用法用镁热还镁热还原原TiClTiCl4 4生生产产海海绵钛绵钛的方程式的方程式 。
20、【解题指南解题指南】解答本题的关键是解答本题的关键是:(1)(1)应用氧化还原以及化学平衡移动的有关原理应用氧化还原以及化学平衡移动的有关原理,合理解释涉及合理解释涉及的化学反应及现象。的化学反应及现象。(2)(2)质量守恒定律也是解答该题的理论依据。质量守恒定律也是解答该题的理论依据。【解析解析】(1)(1)铝和三氧化二铬的铝热反应方程式为铝和三氧化二铬的铝热反应方程式为2Al+Cr2Al+Cr2 2O O3 3 2Cr+Al 2Cr+Al2 2O O3 3,反应物铝、石墨和二氧化钛在高温下反应反应物铝、石墨和二氧化钛在高温下反应,碳碳与钛结合为与钛结合为TiCTiC,由铝的亲氧性可知由铝的
21、亲氧性可知,铝与氧结合为铝与氧结合为AlAl2 2O O3 3。反应。反应方程式为方程式为4Al+3TiO4Al+3TiO2 2+3C 2Al+3C 2Al2 2O O3 3+3TiC+3TiC。(2)(2)硅热法中硅作还原剂硅热法中硅作还原剂,化学方程式为化学方程式为3Si+2V3Si+2V2 2O O3 34V+3SiO4V+3SiO2 2,加入氧化钙与生成的二氧化硅结合加入氧化钙与生成的二氧化硅结合,有利于反应正向有利于反应正向进行。进行。(3)(3)克劳尔法用镁热还原克劳尔法用镁热还原TiClTiCl4 4生产海绵钛的反应中镁作还原剂生产海绵钛的反应中镁作还原剂,化学方程式为化学方程式
22、为2Mg+TiCl2Mg+TiCl4 4 2MgCl 2MgCl2 2+Ti+Ti。高温高温=高温高温=高温高温=高温高温=答案答案:(1)2Al+Cr(1)2Al+Cr2 2O O3 3 2Cr+Al 2Cr+Al2 2O O3 34Al+3TiO4Al+3TiO2 2+3C 2Al+3C 2Al2 2O O3 3+3TiC+3TiC(2)3Si+2V(2)3Si+2V2 2O O3 3 4V+3SiO 4V+3SiO2 2使之与反应产物使之与反应产物SiOSiO2 2结合成结合成CaSiOCaSiO3 3,使反应更容易进行使反应更容易进行(3)2Mg+TiCl(3)2Mg+TiCl4 4
23、2MgCl 2MgCl2 2+Ti+Ti高温高温=高温高温=高温高温=高温高温=【互互动动探究探究】在用在用铝铝粉、石墨、二氧化粉、石墨、二氧化钛钛混合物高温下反混合物高温下反应应制取制取TiCTiC的反的反应应中氧化中氧化剂剂、还还原原剂剂分分别别是哪种物是哪种物质质?提示提示:在在3TiO3TiO2 2+3C+4Al 3TiC+2Al+3C+4Al 3TiC+2Al2 2O O3 3中中,Ti,Ti与与O O的化合价没的化合价没有变化有变化,只是只是AlAl的化合价升高了的化合价升高了,C,C的化合价降为的化合价降为-4-4价价,故故AlAl是是还原剂还原剂,C,C是氧化剂。是氧化剂。高温
24、高温=【变变式式训练训练】冶冶炼炼金属一般有下列方法金属一般有下列方法:焦炭法焦炭法;水煤气水煤气(或或氢氢气或一氧化碳气或一氧化碳)法法;活活泼泼金属置金属置换换法法;电电解法。四种方法在解法。四种方法在工工业业生生产产中均有运用。中均有运用。(1)(1)请对请对下表中的金属冶下表中的金属冶炼炼方法方法进进行分析行分析,从上述四种方法中从上述四种方法中选选择择相相应应的序号填入表中空格。的序号填入表中空格。火烧孔雀石炼铜所发生反应的化学方程式为火烧孔雀石炼铜所发生反应的化学方程式为(写主要的两个写主要的两个)、。火火烧烧孔雀石孔雀石炼铜炼铜湿法湿法炼铜炼铜铝热铝热法法炼铬炼铬从光从光卤卤石石
25、中中炼镁炼镁(2)(2)请再举出使用上述方法冶炼金属的例子各一个请再举出使用上述方法冶炼金属的例子各一个(用化学方程用化学方程式表示式表示):):;。【解析解析】(1)(1)火烧孔雀石是用焦炭与孔雀石混合焙烧火烧孔雀石是用焦炭与孔雀石混合焙烧,应属于应属于焦炭法焦炭法;湿法炼铜和铝热法炼铬都属于湿法炼铜和铝热法炼铬都属于活泼金属置换法活泼金属置换法;由于由于镁比较活泼镁比较活泼,一般不能用还原剂还原一般不能用还原剂还原,只可以用只可以用电解法冶炼。电解法冶炼。(2)(2)金属锌可用焦炭法冶炼金属锌可用焦炭法冶炼,化学方程式为化学方程式为2ZnO+C 2ZnO+C 2Zn+CO2Zn+CO2 2
26、;氢气还原法冶炼活泼性较差的金属氢气还原法冶炼活泼性较差的金属,如如3H3H2 2+WO+WO3 3 W+3HW+3H2 2O;O;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,也可以通过铝热反应冶炼高熔点金属也可以通过铝热反应冶炼高熔点金属,如如4Al+3MnO4Al+3MnO2 2 3Mn+2Al3Mn+2Al2 2O O3 3;高温高温=高温高温=高温高温=电解法适用于冶炼活泼性强的金属电解法适用于冶炼活泼性强的金属,如如2NaCl(2NaCl(熔融熔融)2Na+Cl2Na+Cl2 2。通电通电=答案答案:(1)(1)CuCu2 2
27、(OH)(OH)2 2COCO3 3 2CuO+CO2CuO+CO2 2+H+H2 2O OC+2CuO C+2CuO 2Cu+CO2Cu+CO2 2(2)2ZnO+C (2)2ZnO+C 2Zn+CO 2Zn+CO2 23H3H2 2+WO+WO3 3 W+3H W+3H2 2O O4Al+3MnO4Al+3MnO2 2 3Mn+2Al3Mn+2Al2 2O O3 32NaCl(2NaCl(熔融熔融)2Na+Cl2Na+Cl2 2(合理即可合理即可)=高温高温=高温高温=高温高温=通电通电=【加固加固训练训练】1.1.如如图图所示是所示是传统传统的工的工业业生生产产金属金属铝铝的基本流程的基
28、本流程图图。请回答下列问题请回答下列问题:(1)(1)金属铝常用来制造容器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但铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性、碱性等食物存放酸性、碱性等食物,写出铝与氢氧化钠溶液反应的离子方写出铝与氢氧化钠溶液反应的离子方程式程式_ 。石油炼制和煤的干馏产品石油炼制和煤的干馏产品(填物质名称填物质名称)作电解铝的阴作电解铝的阴极和阳极材料。极和阳极材料。(2)(2)在冶炼过程中在冶炼过程中,阳极材料需要定期进行更换阳极材料需要定期进行更换,原因是该极材原因是该极材料不断被消耗料不断被消耗,产生这种现象的原因是产生这种现象的原因是_ (用化学方程式表示用化
29、学方程式表示)。(3)(3)工工业业上通上通过电过电解熔融的解熔融的MgClMgCl2 2制取金属制取金属镁镁,电电解反解反应应方程式方程式为为_ 。镁镁和和铝铝都是活都是活泼泼金属金属,为为什么在什么在电电解冶解冶炼过炼过程中程中,一个用一个用氯氯化物化物,一个用氧化物一个用氧化物,请说请说明理由明理由_ 。【解析解析】(1)(1)铝与氢氧化钠溶液反应可生成氢气和偏铝酸钠铝与氢氧化钠溶液反应可生成氢气和偏铝酸钠,离离子方程式为子方程式为2Al+2OH2Al+2OH-+2H+2H2 2O=2Al +3HO=2Al +3H2 2电解冶炼铝两极材料均为石墨电解冶炼铝两极材料均为石墨,可用石油炼制所
30、得石油焦以及可用石油炼制所得石油焦以及煤干馏生成的焦炭制取。煤干馏生成的焦炭制取。(2)(2)阳极生成氧气阳极生成氧气,在高温下可与石墨发生反应生成二氧化碳在高温下可与石墨发生反应生成二氧化碳,电极被消耗电极被消耗,化学反应方程式为化学反应方程式为C+OC+O2 2 CO CO2 2(3)(3)电解熔融氯化镁可制得金属镁电解熔融氯化镁可制得金属镁,化学方程式为化学方程式为MgClMgCl2 2(熔融熔融)Mg+Cl Mg+Cl2 2氯化铝是共价化合物氯化铝是共价化合物,熔融时不电离熔融时不电离,不能导电不能导电,无法电解无法电解;氧化氧化镁熔点太高镁熔点太高,不易熔化不易熔化,难以操作。难以操
31、作。高温高温=通电通电=答案答案:(1)2Al+2OH(1)2Al+2OH-+2H+2H2 2O=2Al +3HO=2Al +3H2 2焦炭焦炭(2)C+O(2)C+O2 2 CO CO2 2(3)MgCl(3)MgCl2 2(熔融熔融)Mg+Cl)Mg+Cl2 2氯化铝是共价化合物氯化铝是共价化合物,熔融时熔融时不电离不电离,不能导电不能导电,无法电解无法电解;氧化镁熔点太高氧化镁熔点太高,不易熔化不易熔化,难以难以操作操作高温高温=通电通电=2.2.铝铝生生产产业链产产业链由由铝铝土土矿矿开采、氧化开采、氧化铝铝制取、制取、铝铝的冶的冶炼炼和和铝铝材材加工等加工等环节环节构成。构成。请请回
32、答下列回答下列问题问题:(1)(1)工工业业上采用上采用电电解氧化解氧化铝铝冰晶石冰晶石(Na(Na3 3AlFAlF6 6)熔融体的方法冶熔融体的方法冶炼炼得到金属得到金属铝铝:2Al2Al2 2O O3 3=4Al+3O=4Al+3O2 2加入冰晶石的作用加入冰晶石的作用:_:_ 。通电通电冰晶石冰晶石(2)(2)上述工艺所得铝材中往往含有少量上述工艺所得铝材中往往含有少量FeFe和和SiSi等杂质等杂质,可用电解可用电解方法进一步提纯方法进一步提纯,该电解池中阳极的电极反应为该电解池中阳极的电极反应为_ ,下列可作阴极材料的是下列可作阴极材料的是。A.A.铝材铝材B.B.石墨石墨C.C.
33、铅板铅板D.D.纯铝纯铝(3)(3)阳极氧化能使金属表面生成致密的氧化膜。以稀硫酸为电阳极氧化能使金属表面生成致密的氧化膜。以稀硫酸为电解液解液,铝阳极发生的电极反应为铝阳极发生的电极反应为_ 。(4)(4)在铝阳极氧化过程中在铝阳极氧化过程中,需要不断地调整电压需要不断地调整电压,理由是理由是_ 。(5)(5)下列说法正确的是下列说法正确的是。A.A.阳极氧化是应用原电池原理进行金属材料表面处理的技术阳极氧化是应用原电池原理进行金属材料表面处理的技术B.B.铝的阳极氧化可增强铝表面的绝缘性能铝的阳极氧化可增强铝表面的绝缘性能C.C.铝的阳极氧化可提高金属铝及其合金的耐腐蚀性铝的阳极氧化可提高
34、金属铝及其合金的耐腐蚀性,但耐磨性但耐磨性下降下降D.D.铝的阳极氧化膜富有多孔性铝的阳极氧化膜富有多孔性,具有很强的吸附性能具有很强的吸附性能,能吸附染能吸附染料而呈各种颜色料而呈各种颜色【解析解析】(1)(1)三氧化二铝熔点很高三氧化二铝熔点很高,加入冰晶石可使其熔于熔点加入冰晶石可使其熔于熔点低的液态冰晶石中便于电解。低的液态冰晶石中便于电解。(2)(2)类似于铜的电解精炼类似于铜的电解精炼,将粗铝作阳极电解熔融三氧化二铝将粗铝作阳极电解熔融三氧化二铝,阳极反应式为阳极反应式为2Al-6e2Al-6e-=2Al=2Al3+3+,阴极材料为纯铝。阴极材料为纯铝。(3)(3)将铝表面钝化的电
35、极反应式为将铝表面钝化的电极反应式为2Al-6e2Al-6e-+3H+3H2 2O=O=AlAl2 2O O3 3+6H+6H+。(4)(4)三氧化二铝不导电三氧化二铝不导电,随氧化膜的增厚随氧化膜的增厚,电阻增大电阻增大,升高电压可升高电压可维持电流稳定。维持电流稳定。(5)(5)阳极氧化是电解原理阳极氧化是电解原理;氧化铝有更大的硬度氧化铝有更大的硬度,更具有耐磨性。更具有耐磨性。答案答案:(1)(1)降低熔点降低熔点(2)Al-3e(2)Al-3e-=Al=Al3+3+D D(3)2Al-6e(3)2Al-6e-+3H+3H2 2O=AlO=Al2 2O O3 3+6H+6H+(4)(4
36、)铝阳极表面不断生成氧化物铝阳极表面不断生成氧化物,电阻增大电阻增大,为了保持稳定的电为了保持稳定的电流流,需要不断提高电压需要不断提高电压(5)B(5)B、D D考点二考点二有机高分子材料的合成有机高分子材料的合成1.1.合成有机高分子材料的化学反应。合成有机高分子材料的化学反应。加成聚合反加成聚合反应应缩缩合聚合反合聚合反应应含含义义许许多小分子多小分子(含不含不饱饱和和键键)通通过过加成反加成反应应形成高聚形成高聚物的聚合反物的聚合反应应许许多小分子通多小分子通过缩过缩合形成合形成高聚物高聚物,同同时时有小分子生有小分子生成的聚合反成的聚合反应应单单体体特征特征含不含不饱饱和和键键如碳碳
37、双如碳碳双键键、碳碳三碳碳三键键或或环环状状结结构构含有能含有能够够相互反相互反应应的官能的官能团团,如如COOHCOOH和和OHOH、NHNH2 2等等单单体种体种类类数数相同或不同的相同或不同的单单体体相同或不同的相同或不同的单单体体高聚物高聚物特征特征链节链节与与单单体的体的组组成相同成相同链节链节与与单单体的体的组组成不同成不同加成聚合反加成聚合反应应缩缩合聚合反合聚合反应应产产物物种种类类只有高聚物只有高聚物高聚物和小分子高聚物和小分子举举例例2.2.线型结构、体型结构高分子材料的比较。线型结构、体型结构高分子材料的比较。合成合成材料材料线线型高分子材料型高分子材料体型高分子材料体型
38、高分子材料常常见见物物质质合成合成纤维纤维、部分塑料、部分塑料(如聚如聚乙乙烯烯)部分塑料部分塑料(如如电电木木)结结构构特点特点以共价以共价键结键结合成高分子合成高分子链链,链链与与链链之之间间以分子以分子间间作用作用力相力相结结合合以共价以共价键键构成高分子构成高分子链链,链链与与链链之之间间以共价以共价键键大量交大量交联联性性质质特点特点具有具有弹弹性、可塑性性、可塑性,在溶在溶剂剂中能溶解中能溶解,加加热热能熔融能熔融,硬度、硬度、脆性脆性较较小小,不能不能导电导电没有没有弹弹性和可塑性性和可塑性,不能溶不能溶解或熔融解或熔融,在溶在溶剂剂中能溶中能溶胀胀,硬度和脆性硬度和脆性较较大大
39、,不能不能导电导电【方法指南方法指南】判断高聚物的单体的方法判断高聚物的单体的方法(1)(1)加聚物单体判断方法。加聚物单体判断方法。凡链节的主碳链为两个碳原子凡链节的主碳链为两个碳原子,其单体必为一种。将链节的其单体必为一种。将链节的两个半键闭合即为单体。两个半键闭合即为单体。凡链节中主碳链为凡链节中主碳链为4 4个碳原子个碳原子,无碳碳双键结构无碳碳双键结构,其单体必为其单体必为两种两种,从主链中间断开后从主链中间断开后,再分别将两个半键闭合即得单体。再分别将两个半键闭合即得单体。凡链节中主碳链为凡链节中主碳链为4 4个碳原子个碳原子,含有碳碳双键结构含有碳碳双键结构,单体为一单体为一种种
40、,属二烯烃。属二烯烃。凡链节中主碳链为凡链节中主碳链为6 6个碳原子个碳原子,含有碳碳双键结构含有碳碳双键结构,单体为两单体为两种种:单烯烃和二烯烃。单烯烃和二烯烃。凡链节中主碳链为凡链节中主碳链为8 8个碳原子个碳原子,含有一个碳碳双键结构时含有一个碳碳双键结构时,其其单体可为一种二烯烃单体可为一种二烯烃,两种单烯烃。含有两个碳碳双键时两种单烯烃。含有两个碳碳双键时,其单其单体为两种二烯烃。体为两种二烯烃。(2)(2)缩聚物单体的判断方法。缩聚物单体的判断方法。凡链节中含有酯基结构的凡链节中含有酯基结构的,从酯基中间断开从酯基中间断开,在羰基上加羟基在羰基上加羟基,在氧原子上加氢原子得到羧酸
41、和醇。在氧原子上加氢原子得到羧酸和醇。凡链节中含有酰胺键结构的凡链节中含有酰胺键结构的,断开碳氮键断开碳氮键,亚氨基上加氢原亚氨基上加氢原子、羰基上加羟基子、羰基上加羟基,所得氨基酸为单体。所得氨基酸为单体。凡链节中含有类似凡链节中含有类似 ,其单体一定是酚类和醛类。其单体一定是酚类和醛类。【典典题题通关通关2 2】在国在国际环际环境境问题问题中中,聚苯乙聚苯乙烯烯等材料的一次性使等材料的一次性使用用带带来的来的“白色白色污污染染”是极是极为严为严重的重的环环境境问题问题之一之一,最近研制最近研制的一种可降解塑料的一种可降解塑料,代号代号为为3HB,3HB,结结构构简简式式为为 ,其具有良好的
42、生物适其具有良好的生物适应应性性,能在自然界中自行降解能在自然界中自行降解,回答回答:(1)(1)可降解塑料可降解塑料3HB,3HB,在自然界中通在自然界中通过过(填序号填序号)反反应应降降解解为该为该聚合物的聚合物的单单体。体。A.A.加成加成B.B.消去消去C.C.水解水解D.D.氧化氧化(2)(2)该聚合物的单体为该聚合物的单体为,单体中具有的官能团的名称单体中具有的官能团的名称为为 。(3)(3)各取各取1 mol1 mol该单体分别与钠和碳酸氢钠溶液完全反应时该单体分别与钠和碳酸氢钠溶液完全反应时,分分别消耗钠和碳酸氢钠的物质的量之比为别消耗钠和碳酸氢钠的物质的量之比为。(4)(4)
43、写出由单体生成降解塑料写出由单体生成降解塑料3HB3HB的化学方程式的化学方程式:_:_ 。(5)(5)合成合成3HB3HB的单体的单体,还可以经一系列反应得一种工程塑料还可以经一系列反应得一种工程塑料,其结其结构简式为构简式为 。试写出有关化学方程式。试写出有关化学方程式:。【解题指南解题指南】解答本题的关键是解答本题的关键是:(1)(1)明确明确3HB3HB是一种聚酯是一种聚酯,存在酯基可水解。存在酯基可水解。(2)(2)氢原子的活泼程度氢原子的活泼程度:羧基氢羧基氢 醇羟基氢。醇羟基氢。【解析解析】(1)3HB(1)3HB是一种聚酯是一种聚酯,通过水解可得单体通过水解可得单体 。(2)(
44、2)中含有两种官能团中含有两种官能团,分别是羟基和羧基。分别是羟基和羧基。(3)(3)OHOH和和COOHCOOH都能与都能与NaNa反应反应,而与而与NaHCONaHCO3 3反应的只有反应的只有COOH,COOH,故故1 mol 1 mol 消耗消耗NaNa与与NaHCONaHCO3 3的物质的量之比为的物质的量之比为2121。(4)(4)可发生缩聚反应生成可发生缩聚反应生成3HB3HB。(5)(5)由正推和逆推相结合由正推和逆推相结合,可得出合成路线如下可得出合成路线如下:答案答案:(1)C(1)C【变变式式训练训练】耐耐纶纶是一种重要的合成是一种重要的合成纤维纤维,用它可制取具有光用它
45、可制取具有光泽泽、耐拉和耐化学腐耐拉和耐化学腐蚀蚀的人造的人造丝丝和人造毛。下面是高聚物耐和人造毛。下面是高聚物耐纶纶分子分子的一部分的一部分:NH(CHNH(CH2 2)6 6NHCO(CHNHCO(CH2 2)4 4COCO(1)(1)合成耐合成耐纶纶的的单单体有体有种。种。(2)(2)具有碱性的具有碱性的单单体的体的结结构构简简式式为为 。(3)(3)合成耐合成耐纶纶的反的反应应称称为为 反反应应。【解析解析】,从从 处断键处断键,氮原子上加氢原子氮原子上加氢原子,羰基上加羟基得羰基上加羟基得H H2 2N(CHN(CH2 2)6 6NHNH2 2和和 。耐纶是缩聚产物。耐纶是缩聚产物。
46、答案答案:(1)2(1)2(2)H(2)H2 2N N(CH(CH2 2)6 6NHNH2 2(3)(3)缩聚缩聚【加固加固训练训练】1.1.橡胶橡胶树树是是热带热带植物植物,在我国海南已大面在我国海南已大面积积种植。从橡胶种植。从橡胶树树的的胶乳中可以提取天然橡胶胶乳中可以提取天然橡胶,天然橡胶的成分是聚异戊二天然橡胶的成分是聚异戊二烯烯,其其结结构构简简式式为为试试回答下列回答下列问题问题:(1)(1)天然橡胶能溶于汽油的根本原因是天然橡胶能溶于汽油的根本原因是_,_,天然橡胶加入适量的硫天然橡胶加入适量的硫进进行硫化后行硫化后,其其结结构由构由变变成成,因而硫化橡胶因而硫化橡胶(填填“能
47、能”或或“不能不能”)溶溶于汽油。于汽油。(2)(2)天然橡胶的单体是一种无色液体天然橡胶的单体是一种无色液体,将该无色液体加入溴水中将该无色液体加入溴水中,溴水溴水(填填“能能”或或“不能不能”)褪色。褪色。【解析解析】(1)(1)从天然橡胶成分的结构简式可知天然橡胶为线型从天然橡胶成分的结构简式可知天然橡胶为线型结构的高分子结构的高分子,能溶于汽油等有机溶剂。天然橡胶硫化后能溶于汽油等有机溶剂。天然橡胶硫化后,引入引入的硫原子可通过形成共价键的硫原子可通过形成共价键,从而使高分子链发生交联从而使高分子链发生交联,形成网形成网状结构状结构,故硫化橡胶不能溶于汽油。故硫化橡胶不能溶于汽油。(2
48、)(2)天然橡胶的单体中含有天然橡胶的单体中含有两个碳碳双键两个碳碳双键,能发生加成反应能发生加成反应,使溴水褪色。使溴水褪色。答案答案:(1)(1)天然橡胶是线型结构线型结构网状结构天然橡胶是线型结构线型结构网状结构(或体型或体型结构结构)不能不能(2)(2)能能2.(1)2.(1)两种或两种以上单体的聚合反应叫共聚反应两种或两种以上单体的聚合反应叫共聚反应,如乙烯与如乙烯与异戊二烯的加成聚合异戊二烯的加成聚合:比比1111发生加成聚合反应的化学方程式发生加成聚合反应的化学方程式:_:_ 。(2)(2)氯氯丁橡胶的化学丁橡胶的化学结结构可表示构可表示为为CHCH2 2CClCClCHCHCH
49、CH2 2CHCH2 2CClCClCHCHCHCH2 2CHCH2 2CClCClCHCHCHCH2 2则则其其链节为链节为,单单体体为为_。【解析解析】若单体为含若单体为含1 1个双键的有机物个双键的有机物,则加聚时此双键打开则加聚时此双键打开,成为链节为成为链节为2 2个碳原子的主碳链个碳原子的主碳链;若单体为含若单体为含2 2个双键的有机物个双键的有机物(例如二烯烃例如二烯烃),),加聚时加聚时2 2个双键均打开个双键均打开,但在但在2 2个双键的中间位置个双键的中间位置又生成一个新的双键又生成一个新的双键,因此高聚物的链节为因此高聚物的链节为4 4个碳原子的主碳链个碳原子的主碳链,且此主碳链上还有双键。若是不同分子间的加聚且此主碳链上还有双键。若是不同分子间的加聚,将上述两种将上述两种情况综合应用即可。情况综合应用即可。答案答案: