第三讲 化学与材料的制造和应用
一、选择题
1．(2016·天津高三质检)化学与生活、生产、社会关系密切。下列叙述正确的是( ) A．铁制管道涂铝粉可防锈蚀 B．黑色铅笔芯的主要成分是铅 C．焊锡中加铅的目的是提高熔点 D．长期饮用纯净水有利于身体健康
解析：选A。铁制管道涂铝粉，形成原电池时铁作为正极得到保护，A对；黑色铅笔芯的主要成分是石墨，B错；焊锡中加铅的目的是降低熔点，C错；长期饮用纯净水，机体获取的无机盐、矿物质等营养元素较少，不利于身体健康，D错。 2．下列物质不属于复合材料的是( ) A．碳化硅纤维 B．隔热陶瓷瓦 C．玻璃钢 D．氮化硅陶瓷 答案：D
3．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①③ B．只有②③ C．①②③④ D．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。
4．我国科学家合成的3 nm长的管状碳纳米管，长度居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小(只有钢的1/4)、熔点高，化学稳定性好的特点，因此被称为“超级纤维”。下列对碳纤维的说法中不正确的是( ) A．它是制造飞机的理想材料 B．它的主要组成元素是碳元素 C．它的结构与石墨相似 D．碳纤维复合材料耐高温
解析：选C。石墨的内部结构是层状的，碳纳米管是管状的。 5．下列物质属于纯净物的是( ) A．纯净的汽油 B．甲苯 C．聚乙烯 D．酚醛树脂
解析：选B。汽油属于混合物；C、D项均属于高聚物，均为混合物。 6．下列不属于有机高分子材料的基本性质的是( ) A．热塑性和热固性 B．延展性 C．高强度 D．电绝缘性
解析：选B。有机高分子化合物的结构是稳定的，原子之间不能随便移动，故不具有延展性。 7．某复合材料是由碳纤维为增强体、金属钛为基体复合而成的。估计这种材料( ) ①耐高温 ②不耐热 ③导电、导热 ④不导电、不导热 ⑤可用于飞机机翼 ⑥可用于导弹的壳体
A．①③⑤⑥ B．②③⑤⑥ C．②③④ D．③④⑤ 答案：A
8．(2016·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。 二、非选择题
9．(1)火法炼锌是将闪锌矿(主要成分是ZnS)通过浮选焙烧使它转化为氧化锌，再把氧化锌和焦炭混合，在鼓风炉中加热到1 100～1 300 ℃，使锌蒸馏出来。
①写出火法炼锌的主要反应：焙烧反应：________________________________________________________________________。 鼓风炉中可能发生的反应：________________________________________________________________________(任写一个)。
②从保护环境和充分利用原料角度看如何处理和利用产生的烟气？________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)工业上冶炼铝就是电解氧化铝。
①冶炼铝的电解槽中的阴极和阳极材料均用石油炼制和煤的干馏产品：____________(填物质名称)。
②氧化铝的熔点很高，在铝的冶炼中要加入冰晶石(Na3AlF6)，其作用是________________________________________________________________________。
③工业上冶炼铝时用的原料是Al2O3，而不是AlCl3，其原因是________________________________________________________________________。
(3)工业上“联合制碱法”中主要反应的化学方程式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 其中的CO2来源于________________________________________________________________________。 (4)碳酸钙是制玻璃的原料之一，工业上制玻璃是在玻璃熔炉中进行，其中反应之一为CaCO3
高温
＋SiO2=====CaSiO3＋CO2↑，若在上述条件下，把1 000a g CaCO3和60a g SiO2混合，则生成的CO2在标准状况下的体积为____________(用含a的代数式表示)。
解析：(1)①由题中信息可知，闪锌矿(主要成分是ZnS)通过浮选焙烧使它转化为氧化锌，
高温
反应的化学方程式为2ZnS＋3O2=====2ZnO＋2SO2；氧化锌和焦炭混合，在鼓风炉中加热到1
高温高温
100～1 300 ℃，使锌蒸馏出来，反应的化学方程式为2C＋O2=====2CO、ZnO＋CO=====Zn＋CO2。②闪锌矿主要含ZnS，在焙烧时生成二氧化硫气体，如随意排放会污染环境，用氨水吸收烟气中的SO2生成(NH4)2SO3或NH4HSO3，再让(NH4)2SO3或NH4HSO3与硫酸反应产生SO2，收集SO2用于生产硫酸。
(2)①电解法冶炼金属铝需要使用惰性电极，石油炼制和煤的干馏产品中石墨(或碳)可以作为惰性电极电解冶炼铝。
②由于氧化铝熔点高，为了降低氧化铝熔化温度，节约能源，在铝的冶炼中要加入冰晶石(Na3AlF6)。
③由于氧化铝为离子化合物，熔化后能够导电，而氯化铝是共价化合物，熔化后不导电，无法电解氯化铝获得金属铝。
(3)联合制碱法是在氨的饱和NaCl溶液中通入二氧化碳气体，反应生成碳酸氢钠，加热碳酸氢钠即可制备碳酸钠，反应的有关方程式为NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl、
△
2NaHCO3=====Na2CO3＋CO2↑＋H2O；CO2是制碱工业的重要原料，联合制碱法中CO2来源于合成氨工业的废气。
1 000a g
(4)1 000a g CaCO3的物质的量为－1＝10a mol，在高温下加热SiO2和CaCO3固体
100 g·mol
高温高温
混合物发生反应CaCO3=====CaO＋CO2↑、CaO＋SiO2=====CaSiO3，反应生成二氧化碳的物质的量等于碳酸钙的物质的量，即10a mol二氧化碳，标准状况下二氧化碳的体积为22.4 L·mol
－1
×10a mol＝224a L。
高温高温高温
答案：(1)①2ZnS＋3O2=====2ZnO＋2SO2 2C＋O2=====2CO(或ZnO＋CO=====Zn＋CO2) ②将烟气净化，用于生产硫酸
(2)①石墨(或碳) ②降低氧化铝熔化温度，节约能源
③氧化铝熔化后能够导电，氯化铝是共价化合物，熔化后不能导电
△
(3)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl、2NaHCO3=====Na2CO3＋CO2↑＋H2O 合成氨厂 (4)224a L
10．(2014·高考广东卷)石墨在材料领域有重要应用，某初级石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等杂质，设计的提纯与综合利用工艺如下：
(注：SiCl4的沸点为57.6 ℃，金属氯化物的沸点均高于150 ℃) (1)向反应器中通入Cl2前，需通一段时间N2，主要目的是
________________________________________________________________________。
(2)高温反应后，石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物，气体Ⅰ中的碳氧化物主要为________，由气体Ⅱ中某物质得到水玻璃的化学反应方程式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)步骤①为搅拌、________，所得溶液Ⅳ中的阴离子有
__________________。
(4)由溶液Ⅳ生成沉淀Ⅴ的总反应的离子方程式为____________________，100 kg初级石墨最多可获得Ⅴ的质量为________ kg。
(5)石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成如图防腐示意图，并作相应标注。 解析：(1)若装置中混有空气，在1 500 ℃时初级石墨与O2反应，故通入Cl2前，先通一段时间N2，排出装置内的空气，防止初级石墨电极被O2氧化。(2)当石墨中的氧化物均转化为氯化物时，氧元素与碳元素结合，而此时碳的含量较多，所以气体Ⅰ中的碳氧化物主要为一氧化碳；根据信息“SiCl4的沸点为57.6 ℃，金属氯化物的沸点均高于150 ℃”和“含水玻璃的混合溶液”，气体Ⅱ的温度为80 ℃，所以气体Ⅱ为SiCl4气体。根据已知的反应物和生成物，结合原子个数守恒可写出得到水玻璃的化学方程式为SiCl4＋6NaOH===Na2SiO3＋4NaCl＋3H2O。(3)固体Ⅲ中含有的是氯化铁、氯化铝和氯化镁，加入过量的氢氧化钠溶液后， 会生成氢氧化铁和氢氧化镁沉淀，所以需要过滤才能得到溶液Ⅳ，而得到的溶液Ⅳ中含有的
－－－
阴离子为AlO2、Cl和过量的OH。(4)沉淀Ⅴ应该是氢氧化铝，反应物包括偏铝酸根离子和乙酸乙酯，根据乙酸乙酯可水解的性质，进一步判断生成物中除氢氧化铝外，还应该有
－－
CH3COO和C2H5OH。即AlO2＋CH3COOC2H5＋2H2O
===Al(OH)3↓＋CH3COO＋C2H5OH。100 kg初级石墨中含有5.1 kg氧化铝，其物质的量为50 mol，根据铝原子个数守恒可知，能生成100 mol氢氧化铝，其质量为7.8 kg。(5)要用石墨通过电化学腐蚀保护铜，只能用电解池原理，所以装置如图所示。 答案：(1)排出系统中的氧气，防止氧化初级石墨电极 (2)CO SiCl4＋6NaOH===Na2SiO3＋4NaCl＋3H2O
－－－
(3)过滤 AlO2、Cl和OH
－－
(4)AlO2＋CH3COOC2H5＋2H2O===Al(OH)3↓＋CH3COO＋C2H5OH 7.8 (5)见解析 11．(2016·遵义高三模拟)随着材料科学的发展，金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用，并被誉为“合金的维生素”。为回收利用含钒催化剂(含有V2O5、VOSO4及不溶性残渣)，科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺，回收率在91.7%以上。部分含钒物质在水中的溶解性如下表所示： 物质 VOSO4 V2O5 NH4VO3 (VO2)2SO4 溶解性 可溶 难溶 难溶 易溶 该工艺的主要流程如下： －
请回答下列问题。
(1)工业上由V2O5冶炼金属钒常用铝热剂法，用化学方程式表示为________________________________________________________________________。 (2)反应①的目的是________________________________________________________________________。
(3)该工艺中反应③的沉淀率(又称沉钒率)是回收钒的关键之一，写出该步发生反应的离子方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
(4)用已知浓度的硫酸酸化的H2C2O4溶液，滴定(VO2)2SO4溶液，以测定反应②后溶液中含钒
＋＋2＋
量：VO2＋H2C2O4＋H―→VO＋CO2＋X。X为________________________________________________________________________ (写化学式)。
(5)经过热重分析测得：NH4VO3在焙烧过程中，固体质量的减少值(纵坐标)随温度变化的曲线如上图所示。则NH4VO3在分解过程中________(填序号)。 A．先分解失去H2O，再分解失去NH3 B．先分解失去NH3，再分解失去H2O C．同时分解失去H2O和NH3 D．同时分解失去H2、N2和H2O
高温
解析：(1)由V2O5冶炼金属钒常用铝热剂法，即铝与V2O5反应生成V：3V2O5＋10Al=====6V＋5Al2O3。
(2)根据流程含钒催化剂粉碎、水浸、过滤得到的滤液和反应①的滤液为反应②的反应物，
因此反应①的滤液含VOSO4，即反应①加入硫酸和亚硫酸钠，目的是利用氧化还原反应，用亚硫酸钠还原V2O5，将V2O5转化为可溶性的VOSO4。
－＋－
(3)根据NH4VO3难溶于水，利用复分解反应沉淀VO3，反应为NH4＋VO3===NH4VO3↓。
＋＋2＋
(4)根据得失电子相等可写出的离子方程式为2VO2＋H2C2O4＋2H===2VO＋2CO2↑＋2H2O。 (5)NH4VO3焙烧分解放出氨气和水，反应为 2NH4VO3===V2O5＋2NH3↑＋H2O
234 g 34 g 18 g
放出的氨气质量与水的质量比为34∶18，与图像两段固体的减少值之比接近，所以NH4VO3在焙烧过程中先分解失去NH3，再分解失去H2O。
高温
答案：(1)3V2O5＋10Al=====6V＋5Al2O3 (2)将V2O5转化为可溶性的VOSO4
＋－
(3)NH4＋VO3===NH4VO3↓ (4)H2O (5)B
12．新型无机非金属材料是20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，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。 (1)多晶硅可用于制造光电池。
①光电池的能量转换形式正确的是________。 a．化学能转换为电能
b．光能转换为化学能再转换为电能 c．光能转换为热能再转换为电能 d．光能转换为电能
②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________(填“N”或“P”)是正极。
高纯焦炭
(2)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：石英砂――→粗硅高温HCl/催化剂精馏H2
――→SiHCl―→SiHCl――→高纯硅。 3(粗)―3(纯)250～300 ℃1 100～1 200 ℃
①写出由粗硅转化为SiHCl3(粗)时的化学方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
②整个制备过程必须在无水、无氧条件下进行，因为SiHCl3 遇水会剧烈反应生成H2SiO3、HCl和M，则M的化学式是________，若该制备过程中混入氧气，其后果是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)新型氮化硅陶瓷(Si3N4)通常用于制造轴承、汽轮机叶片、发动机受热面等。
①工业上可用化学气相沉积法(CVD)，在H2保护下，使SiCl4与N2反应来制备。写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②在氮化硅中添加氧化铝，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，化学通式为Si6－xAlxOxNy(x＝2～4)。化学通式里y值为________(用含x的表达式表示)；写出赛伦具有的两种特性：____________________、____________________。 解析：(2)①石英砂的主要成分是SiO2，用焦炭还原时得到单质硅，硅与HCl反应生成SiHCl3的同时得到H2。②在SiHCl3水解方程式中，设SiHCl3的化学计量数为1，利用Si、Cl、O守恒可得方程式：SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋3HCl＋M，由此可知M为H2；混入O2后能与生成的H2剧烈反应而爆炸。
(3)①SiCl4中的Si与N结合生成氮化硅，而Cl与H结合生成HCl。②在化合物中Si为＋4
高考化学大一轮复习 第三讲 化学与材料的制造和应用课后达标检测(选修2)
