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第3讲化学与材料的发展[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。
考点一无机非金属材料1．传统无机非金属材料2.题组一传统无机非金属材料的性能与生产1．陶瓷是传统硅酸盐产品，根据陶瓷的生产原理，可以得出硅酸盐工业的一般特点是()①以含硅物质作为原料②主要产物是硅酸盐③反应条件是高温④反应原理是复杂的物理变化和化学变化A．只有①③B．只有②③C．只有③④D．①②③④答案 D解析陶瓷是利用黏土在高温条件下烧制，得结构致密的多晶烧结体；其生产过程中发生复杂的化学变化和物理变化。
故①②③④都正确，应选D。
2．用高岭土(主要成分是Al2O3·2SiO2·2H2O，并含少量的CaO、Fe2O3)研制新型净水剂(铝的化合物)。
其实验步骤如下：将土样和纯碱混匀，加热熔融，冷却后用水浸取熔块，过滤，弃去残渣，溶液用盐酸酸化，经过滤，分别得到沉淀和溶液，溶液即为净水剂。
(1)写出熔融时的主要成分与纯碱反应的化学方程式(Al2O3与纯碱反应和SiO2与纯碱反应原理相似)：____________。
(2)最后的沉淀物是________，生成该沉淀的离子方程式是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)实验中常用的有瓷坩埚、氧化铝坩埚和铁坩埚。
本实验在熔融高岭土时，应选________坩埚。
答案 (1)SiO 2＋Na 2CO 3=====高温Na 2SiO 3＋CO 2↑， Al 2O 3＋Na 2CO 3=====高温2NaAlO 2＋CO 2↑ (2)H 2SiO 3 SiO 2－3＋2H ＋===H 2SiO 3↓ (3)铁解析 (1)结合题中提示写出Al 2O 3和纯碱及SiO 2和纯碱反应的化学方程式：Al 2O 3＋Na 2CO 3=====高温2NaAlO 2＋CO 2↑，SiO 2＋Na 2CO 3=====高温Na 2SiO 3＋CO 2↑；(2)加盐酸酸化后NaAlO 2会转化为AlCl 3，而Na 2SiO 3会转化为H 2SiO 3沉淀，故最后的沉淀物是硅酸；(3)因本实验中加入纯碱来熔融高岭土，故不能选用能与纯碱反应的瓷坩埚和氧化铝坩埚，而应选用铁坩埚。
选考局部选修2-31．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3 000年以前，就已经使用玻璃了。
〞以下有关玻璃的说法不正确的选项是()A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、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、硅酸钙和二氧化硅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黏在一起答案： B2．根据陶瓷的生产原理，可以得出硅酸盐工业的一般特点是()①以含硅物质作为原料②主要产物是硅酸盐③反响条件是高温④反响原理是复杂的物理变化和化学变化A．只有①③B．只有②③C．①②③④D．只有③④解析：陶瓷是利用黏土在高温条件下烧制，得结构致密的多晶烧结体。
其生产过程中发生复杂的化学变化和物理变化。
故①②③④正确，应选C。
答案： C3．以下有关材料的说法不正确的选项是()A．传统的无机非金属材料虽有不少优点，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征答案： D4．以下表达正确的选项是()①工业上合成非氧化物陶瓷氮化硅(Si3N4)需要在高温、空气气氛中进行②钢铁制品锈蚀主要是因为钢铁中含有碳而发生原电池反响，因此生铁炼钢时要尽可能完全除去生铁中的碳③建设三峡大坝需要使用大量水泥，水泥是硅酸盐材料④夏天人们佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能A．①②③B．②④C．③④⑤D．③⑤答案： D5．开发新材料是现代科技开展的方向之一。
以下有关材料的说法正确的选项是()A．氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料B．C60属于原子晶体，用于制造纳米材料C．纤维素乙酸酯属于天然高分子材料D．单晶硅常用于制造光导纤维解析：C60为分子晶体，选项B错；纤维素乙酸酯属于人工合成的物质，选项C错；用于制造光导纤维的是二氧化硅晶体，选项D错。
【优化方案】2016届高考化学一轮复习第三讲化学与材料的制造和应用课后达标检测（选修2）一、选择题1．根据陶瓷的生产原理，可以得出硅酸盐工业的一般特点是( )①以含硅物质作为原料②主要产物是硅酸盐③反应条件是高温④反应原理是复杂的物理变化和化学变化A．只有①③B．只有②③C．①②③④D．只有③④解析：选C。
传统陶瓷多是将黏土与水的混合物通过高温烧结制成。
其生产过程中发生复杂的化学变化和物理变化。
故①②③④正确，应选C。
2．(2015·山东聊城高三月考)下列有关生铁炼钢的叙述错误的是( )A．添加必要的元素，改善钢材的组织结构和性能B．适当降低生铁中的含碳量，除去大部分硫、磷等杂质C．加入硅、锰、铝等合金元素调整成分并脱去钢水中的氧D．除去生铁中的非金属元素解析：选D。
生铁炼钢只能降低生铁中的含碳量，而不能全部除去，故D错。
3．石灰石、生石灰和熟石灰均是重要的化工原料，下列工业生产中，可能用到上述原料的是( )①炼铁②炼钢③从海水中提取镁④铝的冶炼⑤制水泥⑥制玻璃⑦制漂白粉⑧烧制陶瓷A．①②⑤⑥⑦⑧ B．①②③⑤⑥⑦C．③④⑤⑥⑦⑧D．全部解析：选B。
解答本题时注意以下三点：(1)炼铁、制水泥、制玻璃要用石灰石作原料；(2)炼钢要用生石灰除硫、磷；(3)从海水中提取镁、制漂白粉要用熟石灰。
4．有许多单质或化合物易溶于含同一元素的盐(或酸)溶液中，也可溶于其熔融体(或液体)中，如I2易溶于KI溶液，硫易溶于K2S溶液，KF易溶于液态HF中。
下列工业生产应用了上述溶解原理的是( )A．炼铝B．高炉炼铁C．工业上制烧碱D．工业上制硝酸解析：选A。
炼铝时为了降低Al2O3的熔点，加入熔点低的冰晶石(Na3AlF6)，就是利用上述原理，只有A符合。
5．下列叙述正确的是( )①工业上合成非氧化物陶瓷氮化硅(Si3N4)需要在高温、空气气氛中进行②建设三峡大坝需要使用大量水泥，水泥是硅酸盐材料③夏天人们使用由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛④太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能A．①②③ B．①②④C．③④D．②④解析：选D。
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)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=====△Al 2O 3＋3H 2O 。
(3)电解：加入冰晶石及少量的氟化钙降低Al 2O 3的熔点。
化学方程式：2Al 2O 3=====950～970 ℃通电，Na 3AlF 64Al ＋3O 2↑。
【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O 2、Cl 2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(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Al 2O 3为原料，在熔融状态下进行电解：2Al 2O 3=====950 ℃～970 ℃通电，Na 3AlF 64Al ＋3O 2↑请回答下列问题：(1)冰晶石(Na 3AlF 6)的作用是________________________________________________________________________。
【优化方案】2016届高考化学一轮复习（真题集训·把脉高考）第三讲化学与材料的制造和应用（选修2）1．(2013·高考海南卷)(双选)下列叙述正确的是( )A．合成氨的“造气”阶段会产生废气B．电镀的酸性废液用碱中和后就可以排放C．电解制铝的过程中，作为阳极材料的无烟煤不会消耗D．使用煤炭转化的管道煤气比直接燃煤可减少环境污染解析：选AD。
A中氨的造气用天然气或煤，必产生二氧化碳；B中电镀液含重金属离子，应处理后排放；C中铝的生产中阳极会产生二氧化碳，煤有消耗；D中煤的气化后作了脱硫处理，污染减少。
2．(2013·高考山东卷)废旧硬质合金刀具中含碳化钨(WC)、金属钴(Co)及少量杂质铁，利用电解法可回收WC和Co。
工艺流程简图如下：(1)电解时废旧刀具作阳极，不锈钢作阴极，HCl溶液为电解液。
阴极主要的电极反应式为________________________________________________________________________。
(2)净化步骤所得滤饼的主要成分是________。
回收的洗涤液代替水配制电解液，目的是回收利用其中的________。
(3)溶液Ⅰ的主要成分是________。
洗涤CoC2O4不充分对最终产品纯度并无明显影响，但焙烧时会造成环境污染，原因是________________________________________________________________________。
(4)将Co2O3还原成Co粉的化学反应方程式为____________________________。
解析：(1)HCl溶液为电解液，阴极上溶液中阳离子H＋发生还原反应，电极反应式为2H ＋＋2e－===H2↑。
(2)废旧刀具电解时，得到WC固体，阳极上Fe、Co发生氧化反应，生成Fe2＋、Co2＋，进入电解液。
电解液中加入H2O2可将Fe2＋氧化成Fe3＋，通入NH3后析出Fe(OH)3沉淀，过滤所得滤饼的主要成分为Fe(OH)3。
【优化方案】2016届高考化学一轮复习（真题集训·把脉高考）第三讲化学与材料的制造和应用（选修2）
1．(2013·高考海南卷)(双选)下列叙述正确的是( )
A．合成氨的“造气”阶段会产生废气
B．电镀的酸性废液用碱中和后就可以排放
C．电解制铝的过程中，作为阳极材料的无烟煤不会消耗
D．使用煤炭转化的管道煤气比直接燃煤可减少环境污染
解析：选AD。
A中氨的造气用天然气或煤，必产生二氧化碳；B中电镀液含重金属离子，应处理后排放；C中铝的生产中阳极会产生二氧化碳，煤有消耗；D中煤的气化后作了脱硫处理，污染减少。
2．(2013·高考山东卷)废旧硬质合金刀具中含碳化钨(WC)、金属钴(Co)及少量杂质铁，利用电解法可回收WC和Co。
工艺流程简图如下：
(1)电解时废旧刀具作阳极，不锈钢作阴极，HCl溶液为电解液。
阴极主要的电极反应式为________________________________________________________________________。
(2)净化步骤所得滤饼的主要成分是________。
回收的洗涤液代替水配制电解液，目的是回收利用其中的________。
(3)溶液Ⅰ的主要成分是________。
洗涤CoC2O4不充分对最终产品纯度并无明显影响，但焙烧时会造成环境污染，原因是________________________________________________________________________。
(4)将Co2O3还原成Co粉的化学反应方程式为____________________________。
解析：(1)HCl溶液为电解液，阴极上溶液中阳离子H＋发生还原反应，电极反应式为2H ＋＋2e－===H
2↑。
(2)废旧刀具电解时，得到WC固体，阳极上Fe、Co发生氧化反应，生成Fe2＋、Co2＋，进入电解液。
电解液中加入H2O2可将Fe2＋氧化成Fe3＋，通入NH3后析出Fe(OH)3沉淀，过滤所得滤饼的主要成分为Fe(OH)3。
滤饼洗涤液中含有Co2＋，回收洗涤液的目的是回收利用Co2＋(或Co)。
(3)加入(NH4)2C2O4溶液后发生反应：CoCl2＋(NH4)2C2O4===CoC2O4↓＋2NH4Cl，溶液Ⅰ中主要含有NH4Cl，若CoC2O4洗涤不充分，加热过程中，NH4Cl发生分解产生NH3和HCl气体。
(4)H 2与Co 2O 3发生氧化还原反应，生成Co 和H 2O ，反应的化学方程式为3H 2＋Co 2O 3===2Co ＋3H 2O 。
答案：(1)2H ＋＋2e －===H 2↑
(2)Fe(OH)3 Co 2＋(或Co)
(3)NH 4Cl 焙烧时NH 4Cl 分解产生NH 3和HCl
(4)Co 2O 3＋3H 2===2Co ＋3H 2O
3．(2013·高考海南卷)硅在地壳中的含量较高。
硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。
回答下列问题：
(1)1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。
这种“金属”可能是__________。
(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。
其中，生产普通玻璃的主要原料有____________。
(3)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。
工业上提纯硅有多种技术路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：
发生的主要反应 电弧炉
SiO 2＋2C =====1 600～1 800 ℃Si ＋2CO↑ 流化床反应器
Si ＋3HCl =====250～300 ℃SiHCl 3＋H 2 还原炉 SiHCl 3＋H 2=====1 100～1 200 ℃Si ＋3HCl
①用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为____________________；碳化硅又称________，其晶体结构与________相似。
②在流化床反应的产物中，SiHCl 3大约占85%，还有SiCl 4、SiH 2Cl 2、SiH 3Cl 等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl 3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和________。
物质
Si SiCl 4 SiHCl 3 SiH 2Cl 2 SiH 3Cl HCl SiH 4 沸点/℃ 2 355 57.6 31.8 8.2 －30.4 －84.9 －111.9 ③SiHCl 3极易水解，其完全水解的产物为
________________________________________________________________________。
(4)氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料，这些原料是
________________________________________________________________________。
解析：(1)反应物是二氧化硅、木炭和铁，所得“金属”应是铁的合金。
(2)生产普通玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英砂。
(3)①SiC 又名金刚砂，与金刚石或晶体硅具有相似的结构。
②在SiCl 4、SiH 2Cl 2、SiH 3Cl 中，SiCl 4在常温下呈液态，会成为杂质。
由于SiCl 4与SiHCl 3沸点相差较大，因此可用精馏(或蒸馏)的方法进行分离。
③SiHCl 3完全水解的化学方程式为SiHCl 3＋4H 2O===H 4SiO 4↓＋H 2↑＋3HCl↑。
(4)氯碱工业的产品是NaOH 、H 2、Cl 2，其中H 2、Cl 2反应可制备HCl 。
H 2、HCl 都是制备高纯硅工艺中的原料。
答案：(1)含有硅、碳的铁合金(或硅铁) (2)石英砂、纯碱和石灰石 (3)①SiO 2＋
3C=====高温SiC ＋2CO↑ 金刚砂 金刚石(或单晶硅) ②精馏(或蒸馏) ③H 4SiO 4(或H 2SiO 3)、H 2、HCl (4)H 2、HCl。
