2022年高二化学选修2寒假知识纲要与发散思维训练：03化学与材料的发展 Word版含解析
展开03化学与材料的发展
一、无机非金属材料
【知识纲要】
要点1. 传统无机非金属材料
| 水泥 | 玻璃 | 陶瓷 |
原料 | 黏土、石灰石、石膏及其他混合材料 | 纯碱、石灰石、石英砂 | 黏土、水 |
设备 | 水泥回转窑 | 玻璃熔窑 | 烧结窑 |
条件 | 高温煅烧 | 高温熔融 | 高温烧结 |
生成过程 | ①配制生料；②煅烧；③熟料磨粉(产品) | 加热熔融、澄清成型和缓冷(玻璃制品) | 混合、成型、干燥烧结、冷却(即得成品) |
发生的反应 | 复杂的物理、化学变化 | Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑ CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑ | 复杂的物理、化学变化 |
产品主要成分 | 2CaO·SiO2 3CaO·SiO2 3CaO·Al2O3 | Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 |
|
产品特性 | 有水硬性 | 无固定熔点 | 抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型 |
用途 | 水泥砂浆、混凝土、钢筋混凝土 | 用作装饰材料 | 日常生活用品 |
要点2. 新型无机非金属材料
特征 | 新型无机非金属材料举例 | 主要用途 |
耐高温 | 碳化硅陶瓷 碳化硅工业制法：SiO2＋3CSiC＋2CO↑ | 航天器的涂层、优质磨料 |
高硬度、抗冷热冲击 | 氮化硅陶瓷 氮化硅工业制法：3Si＋2N2Si3N4或3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl | 轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具、柴油机等 |
电学特征 | 超导体材料(K3C60) 半导体：Si | 电子元件、整流器、超导器件 |
光学特征 | 光导纤维(SiO2) | 通讯、信息处理、电视、医疗 |
生物功能 | 氧化铝陶瓷 | 人造骨、人造关节、人造血管等 |
【典例分析】
例题1当航天飞机返回地球大气层时，由于与空气的剧烈摩擦，飞机尖端的温度可达1 000 ℃以上，为了防止高温将其烧毁，科学家给航天飞机的相应部位安装了可靠的保护层。制作保护层的材料是( )
A．塑料 B．合成纤维 C．新型陶瓷和碳纤维的复合材料 D．镁铝合金
答案 | 解析 |
C
| 制作保护层的材料应该具有硬度高、熔点高。机械性能强等性质，只有C项符合要求 |
变式练习1. 下列有关材料的说法不正确的是 ( )
A．金属材料是指金属及合金，合金性能优于纯金属
B．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐
C．复合材料是由基体和增强体两部分组成的
D．C60也是一种材料
答案 | 解析 |
B | 传统无机非金属材料是硅酸盐材料，而新型无机非金属材料突破了传统的硅酸盐范围，而是指具有特殊性能的无机材料 |
例题2材料科学是人类社会发展的基石，材料科学的发展为信息技术的快速发展插上了翅膀。
(1)光缆通讯的基础是光导纤维，这种纤维能同时传输大量的信息。制造这种纤维的主要原材料是________(写化学式)，它属于________材料(选填“金属”、“非金属”或“有机”)。
(2)大规模集成电路、整流器等促进了信息产业的发展，该产业需要的材料是________(选填“二氧化硅”、“晶体硅”或“无定形硅”)。
(3)工业生产高纯硅的方法是SiO2SiSiHCl3(沸点：31.5 ℃)Si
上述第一步操作中就已经制得了单质硅，但还需要进行后面两步操作，其原因是_____。分离硅、SiHCl3混合物的方法是___________________________________________。
(4)工业生产中也可以用金属硅化物(如Mg2Si)与盐酸作用制得硅烷(SiH4，沸点：－111.9 ℃)，再通过热分解硅烷可得高纯硅。写出用这种方法生产高纯硅的两个化学反应方程式：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________。
答案 | 解析 |
(1)SiO2 非金属 (2)晶体硅 (3)由C还原SiO2得到的单质硅中，杂质含量过高，后面两步操作是为了提纯硅 加热蒸发 (4)①Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑②SiH4Si＋2H2
| (1)光导纤维的主要成分是二氧化硅，属于无机非金属材料。(2)集成电路、整流器采用的是晶体硅。(3)用碳还原SiO2得到的硅为粗硅，其中含有大量杂质，需要进一步纯化，方法就是先制得沸点低的SiHCl3，然后加热蒸发获得高纯度的SiHCl3，最后再用氢气还原得到纯度高的单质硅。(4)Mg2Si与盐酸反应生成SiH4和氯化镁，硅烷以气体的形式脱离反应体系，然后加热分解硅烷获得高纯硅 |
变式练习2. （科学家最新研究发现，不仅第ⅣA族某些元素的单质是优良的半导体材料，且第ⅣA族元素的部分互化物也可做半导体材料，这使碳与硅的互化物名声大振。
(1)写出碳硅互化物的化学式__________。
(2)该互化物的两个重要用途：________和________。
(3)该化合物是用SiO2和焦炭为原料在高温条件下反应生成，其化学方程式为_________ ，
其中氧化剂和还原剂分别为___________。若该反应在一密闭容器中进行，且反应可逆，则其化学平衡常数的数学表达式：Kc＝________，若升高温度Kc增大，说明该反应正方向是________热的。
(4)该化合物耐酸、碱腐蚀，但易溶于氢氟酸，写出反应的化学方程式：_____________。
答案 | 解析 |
(1)SiC (2)做高温结构陶瓷 半导体材料 (3)SiO2＋3CSiC＋2CO↑ 都是碳 c2(CO) 吸 (4)SiC＋4HF===SiF4↑＋CH4↑ | (1)据C、Si两元素原子成键特点可知其化学式为SiC。(2)SiC可作高温结构陶瓷，根据信息知也可作半导体材料。(3)反应物为SiO2与C，而产物为SiC，根据原子守恒即可配平：SiO2＋3CSiC＋2CO↑，其中氧化剂与还原剂均为碳，由反应特点知Kc＝c2(CO)，升高温度，Kc增大，说明正反应为吸热反应。(4)由Si或SiO2与氢氟酸的反应可知SiC与氢氟酸反应会生成SiF4，由原子守恒知，另一产物为CH4 |
二、金属材料
【知识纲要】
要点1. 金属冶炼的方法
由于金属的化学活动性不同，金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同，因此冶炼不同的金属必须采用不同的冶炼方法。
金属活动性反顺序 | Au Pt | Ag Hg | Cu(H)Pb Sn Fe Zn | Al Mg Na Ca K |
冶炼方法 | 直接开采 | 热分解法 | 热还原法 | 电解法 |
(1)热分解法：对于金属活动性顺序表中Hg及其以后的金属可用热分解法冶炼。如
2HgO2Hg＋O2↑ 2Ag2O4Ag＋O2↑
(2)热还原法：对于金属活动性顺序表Zn到Cu之间的大部分金属可用碳、H2、CO、Al等还原剂高温下还原制备。如
3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2
Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3(铝热法炼铁)
(3)电解法：对于非常活泼的金属(Al前面的金属)一般用电解法冶炼。如
MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
要点2. 钢铁的冶炼
| 炼铁 | 炼钢 |
原料 | 铁矿石、焦炭、空气、石灰石 | 生铁、氧化剂(空气、纯氧、氧化铁等)、生石灰、脱氧剂 |
化学原理 | 在高温下用还原剂将铁从其氧化物中还原出来 | 在高温下用氧化剂把生铁中过多的碳和其他杂质氧化成气体或炉渣除去 |
有关反应 | (1)还原剂的生成：C＋O2CO2，CO2＋C2CO (2)铁的还原：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 (3)炉渣的生成：CaCO3CaO＋CO2↑，SiO2＋CaOCaSiO3 | (1)氧化剂的生成：2Fe＋O22FeO (2)降碳，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 |
(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。
要点3. 铝的冶炼
(1)原料：铝土矿(主要成分为Al2O3)。
(2) 铝土矿提纯Al2O3：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O，NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3，2Al(OH)3Al2O3＋3H2O
(3)电解：加入冰晶石及少量的氟化钙降低Al2O3的熔点。2Al2O34Al＋3O2↑
要点4. 金属的腐蚀及防止
(1)金属腐蚀的类型
①化学腐蚀：金属材料跟其表面接触到的物质(如O2、Cl2等)直接发生化学反应而引起的腐蚀。
②电化学腐蚀：不同金属或不纯金属跟电解质溶液接触时，发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化引起的腐蚀。
方式 | 发生条件 | 反应原理 |
析氢腐蚀 | 金属表面电解质溶液显强酸性 | 负极：M－ne－===Mn＋ 正极：2H＋＋2e－===H2↑ |
吸氧腐蚀 | 金属表面电解质溶液酸性很弱或显中性 | 负极：M－ne－===Mn＋ 正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－ |
(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。
【典例分析】
例题3下列有关金属的说法中不正确的是
A．纯铁比生铁的抗腐蚀性强
B．青铜、不锈钢、硬铝都是合金
C．铝在空气中耐腐蚀，所以铝是不活泼金属
D．人体缺钙会引起骨质疏松症，缺铁会引起贫血
答案 | 解析 |
C | A、生铁中的铁和碳与潮湿的空气形成原电池会加快反应速率，故A正确；B、青铜、不锈钢、硬铝都是合金，B正确；C、铝是活泼金属，铝在空气中耐腐蚀是因为铝表面形成了一层致密的氧化膜，故C错误；D、人体缺钙会引起骨质疏松症，缺铁会引起贫血，D正确 |
变式练习3. 下列各工业生产中，石灰石、生石灰、熟石灰都不能作为原料的是( )
①炼铁 ②用生铁炼钢 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制硫酸
A．④⑧ B．⑤⑥ C．①②③ D．⑤⑥⑦
答案 | 解析 |
A | 炼铁中用石灰石造渣；炼钢中用生石灰造渣；用熟石灰富集海水中的镁；石灰石是制水泥、玻璃的主要原料；熟石灰是制漂白粉的原料 |
例题4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。请回答下列问题：
(1)工业上采用电解氧化铝冰晶石(Na3AlF6)熔融体的方法冶炼得到金属铝，加入冰晶石的作用：________________。
2Al2O34Al＋3O2↑
(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应式为________________，下列可作阴极材料的是____________。
A．铝材 B．石墨 C．铅板 D．纯铝
(3)阳极氧化能使金属表面生成致密的氧化膜。以稀硫酸为电解液，铝阳极发生的电极反应式为_________________。
(4)在铝阳极氧化过程中，需要不断地调整电压，理由是_______________________。
(5)下列说法正确的是________。
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
B．铝的阳极氧化可增强铝表面的绝缘性能
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
答案 | 解析 |
(1)主要是降低熔化温度 (2)Al－3e－====Al3＋ D (3)2Al＋3H2O－6e－ ===Al2O3＋6H＋ (4)铝阳极表面不断生成氧化物，电阻增大，为了保持稳定的电流，需要不断增大电压 (5)BD
| (1)由于Al2O3熔点很高，加入冰晶石可以降低Al2O3的熔点，冰晶石作助熔剂。(2)在电解池中阳极发生氧化反应，金属失去电子，电极反应式为Al－3e－====Al3＋，电解精炼铝应以纯铝作阴极材料。(3)根据阳极发生氧化反应可以得到电极反应式为：2Al＋3H2O－6e－====Al2O3＋6H＋。(4)铝阳极生成氧化物薄膜后会使电阻增大，为了保持稳定的电流，需要随电阻增大而不断增大电压。(5)阳极氧化应用的是电解原理，A项错误；由于氧化物的生成可以增强铝表面的绝缘性，B项正确；铝的阳极氧化可以提高铝及铝合金的耐腐蚀性，但耐磨性不下降，C项错误；氧化铝具有不同的晶型，其中的δAl2O3具有多孔性、强吸附性和催化活性，可做吸附剂和催化剂，D项正确 |
变式练习4. 硅及其化合物对人类现代文明具有特殊贡献。请回答下列有关问题：
(1)硅原子的结构示意图为：________。
(2)下列物品或设备所用材料属于硅酸盐的是___________________________。
①长江三峡水泥大坝 ②光导纤维 ③陶瓷坩埚④普通玻璃 ⑤硅太阳能电池
A．①②③ B．③④⑤ C．②③④ D．①③④
(3)下列说法正确的是________。
A．在粗硅的制取中发生2C＋SiO22CO↑＋Si，硅被还原，所以碳的还原性大于硅的还原性
B．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中
C．用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入CO2
D．由Na2CO3＋SiO2CO2↑＋Na2SiO3可知硅酸的酸性大于碳酸
(4)常温下，SiCl4为液态，沸点为57.6 ℃，在空气中冒白雾。制备高纯度硅的中间产物SiCl4中溶有液态杂质，若要得到高纯度SiCl4，应采用的方法是____________；用化学方程式及必要的文字解释SiCl4在空气中冒白雾的原因：_____________________。
答案 | 解析 |
(1) (2)D (3)C (4)在干燥条件下蒸馏 SiCl4＋3H2O===H2SiO3＋4HCl，HCl遇水蒸气产生白雾 | (2)长江三峡大坝的水泥中含有硅酸盐，光导纤维的主要成分是SiO2，不是硅酸盐，陶瓷坩埚中含有硅酸盐，玻璃中含有硅酸盐，硅太阳能电池中含有单质硅的成分，不含硅酸盐。(3)依据元素周期律，硅的还原性大于碳，A项反应能发生是因为CO气体不断逸出，使平衡向右移动；硅酸钠是一种黏合剂，能够把瓶塞和瓶颈黏合在一起，B错误；D选项中的反应不是在水溶液中进行的，且产物中有气体生成，与酸性强弱无关，D错误。(4)分离液体混合物可以选择蒸馏的方法，但因为SiCl4能够水解，所以必须选择无水(无水蒸气)的环境进行该操作；SiCl4在空气中与水蒸气反应生成H2SiO3和HCl，其中HCl在空气中遇到水蒸气产生白雾 |
三、高分子化合物与材料
【知识纲要】
要点1. 合成高分子化合物的重要化学反应
高分子材料大多是通过加聚反应和缩聚反应生成的。发生加聚反应的物质必须是含有双键、三键等不饱和键的化合物。例如：烯、炔、醛等含不饱和键的化合物。发生加聚反应时无副产物生成；缩聚反应的单体往往是含双官能团的化合物，例如：—OH、—COOH、—NH2、—X及活泼的H或多官能团的小分子。发生缩聚反应时生成聚合物的同时还有小分子生成。
| 加聚反应 | 缩聚反应 |
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—OH、—COOH、—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 |
产物种类 | 只有高聚物 | 高聚物和小分子 |
举例 |
要点2. 线型结构、体型结构高分子材料的比较
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 | 具有弹性和可塑性，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 |
要点3. 新型高分子材料
材料名称 | 功能高分子材料 | 复合材料 |
概念 | 既具有传统高分子材料的机械性能，又具有某些特殊功能的高分子材料 | 由起黏结作用的基体和增强作用的增强体两种材料构成 |
性能 | 不同功能的高分子材料，具有不同的特征性质 | 一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优良性能 |
应用 | 高分子分离膜、医疗器械、人造器官等 | 汽车工业、机械工业、体育用品、航空航天等 |
要点4. 废旧高分子材料的回收利用
(1)通过再生和改性利用，做成多种有用的材料和制品。
(2)采用热裂解或化学处理的方法使其分解，用于制备多种化工原料。
(3)将废旧的聚合物作为燃料回收利用热能。
【典例分析】
例题5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
答案 | 解析 |
B | 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 |
变式练习5. 生成高分子化合物的反应有加聚反应和缩聚反应，今有某高分子化合物的结构片断如下：…CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2…，生成该高分子化合物的反应类型肯定不是下列反应中的( )
A．加成反应 B．聚合反应 C．加聚反应 D．缩聚反应
答案 | 解析 |
D | 据高分子的结构判断，该物质属于加聚产物 |
例题6聚乳酸(PLA)是以有机酸——乳酸为原料生产的新型聚酯材料，性能胜于现有塑料聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等材料，是新世纪最具发展前途的新型包装材料，是环保包装材料中的一颗明星。该材料的强度、缓冲性、耐药性等与聚苯乙烯塑料相同，经焚烧后不污染环境，还可肥田。下列说法不正确的是( )
A．聚乳酸使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境
B．聚乳酸适用于吹塑、热塑等各种加工方法，加工方便，应用十分广泛
C．聚乳酸(PLA)是一种天然高分子、对环境友好的聚酯材料
D．聚乳酸是以淀粉发酵(或化学合成)得到的，以乳酸为基本原料制备的一种聚酯材料
答案 | 解析 |
C | 聚乳酸的结构为，其单体为，聚乳酸塑料可以由乳酸经缩聚反应得到，它是一种合成高分子材料而不是天然高分子材料 |
变式练习6. 下列对聚丙烯酸酯的说法中不正确的是( )
A．单体的结构简式为CH2==CH—COOR B．在一定条件下能发生加成反应
C．在一定条件下能发生水解反应 D．没有固定的熔沸点
答案 | 解析 |
B | 因为聚丙烯酸酯中并没有不饱和键，故不能发生加成反应 |
【强化练习】
一、选择题（本小题共7小题，每题只有一个选项正确，每题6分，共42分）
1. 材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是( )
| 材料 | 主要化学成分 |
A | 刚玉、金刚石 | 三氧化二铝 |
B | 大理石、石灰石 | 碳酸钙 |
C | 普通水泥、普通玻璃 | 硅酸盐 |
D | 沙子、石英 | 二氧化硅 |
2. 近几年我国载人飞船多次升空，显示出我国航天技术已进入世界一流，飞船应用了许多尖端的合成材料。据报道我国科学家近年来研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料，其主要成分是由碳化硅陶瓷和碳纤维复合而成的。下列相关叙述不正确的是( )
A．它耐高温抗氧化 B．它比钢铁轻，强度大，但质地较脆
C．它没有固定熔点 D．它是一种新型无机非金属材料
3. 下列关于金属的冶炼方法叙述不正确的是( )
| 金属 | 存在形式 | 冶炼方法 |
A | 金 | 游离态 | 金子比沙子密度大，利用水洗法直接分离 |
B | 银 | 化合态 | 银的金属性弱，用加热Ag2O的方法冶炼 |
C | 铁 | 化合态 | 铝的金属性比铁强，可用铝热法炼铁 |
D | 钠 | 化合态 | 钠的金属性强，一般还原剂很难将其还原出来，所以用电解饱和NaCl溶液的方法冶炼 |
4. 金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的应用。下列关于金属的一些说法不正确的是( )
A．合金的性质与其成分金属的性质不完全相同
B．工业上金属Mg、Cu都是用热还原法制得的
C．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子
D．越活泼的金属越难冶炼
5. 铝土矿的主要成分为氧化铝、氧化铁和二氧化硅，工业上经过下列工艺可以冶炼金属铝：
下列说法中错误的是( )
A．①②中除加试剂外，还需要进行过滤操作 B．a、b中铝元素的化合价相同
C．③中需要通入过量的氨气 D．④进行的操作是加热，而且d一定是氧化铝
6. 钛是航空、军工、电力等领域的重要原料。工业上用钛酸亚铁(FeTiO3)冶炼钛(Ti)的过程是：①2FeTiO3＋6C＋7Cl22TiCl4＋2FeCl3＋6CO②在氩气环境中，2Mg＋TiCl4Ti＋2MgCl2，下列判断不正确的是( )
A．反应②属于置换反应 B．反应②中氯化物的总质量保持不变
C．反应①、②中钛元素的化合价都改变 D．反应②中，氩气只作为保护气并不参加反应
7. 下列各方法中能对金属起到防止或减缓腐蚀作用的是( )
①金属表面涂抹油漆 ②改变金属的内部结构 ③保持金属表面清洁干燥 ④在金属表面进行电镀 ⑤使金属表面形成致密的氧化物薄膜
A．①②③④ B．①③④⑤ C．①②④⑤ D．全部
二、非选择题（本小题共4小题，共58分）
8. 铝是一种应用广泛的金属，工业上用Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)混合熔融电解制得。
①铝土矿的主要成分是Al2O3和SiO2等。从铝土矿中提炼Al2O3的流程如下：
②以萤石(CaF2)和纯碱为原料制备冰晶石的流程如下：
回答下列问题：
(1)写出反应1的化学方程式________________________________________________。
(2)滤液Ⅰ中加入CaO生成的沉淀是________，反应2的离子方程式为_________________。
(3)E可作为建筑材料，化合物C是________，写出由D制备冰晶石的化学方程式________。
(4)电解制铝的化学方程式是________________________________，以石墨为电极，阳极产生的混合气体的成分是__________________________。
9. 铁及其化合物与生产、生活关系密切。
（1）右图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。
①该电化腐蚀称为 。
②图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是 (填字母)。
（2）用废铁皮制取铁红(Fe2O3)的部分流程示意图如下：
①步骤I若温度过高，将导致硝酸分解。硝酸分解的化学方程式为 。
②步骤II中发生反应：4Fe(NO3)2＋O2＋(2n＋4)H2O＝2Fe2O3·nH2O＋8HNO3，反应产生的HNO3又将废铁皮中的铁转化为Fe(NO3)2，该反应的化学方程式为 。
③上述生产流程中，能体现“绿色化学”思想的是 (任写一项)。
（3）已知t℃时，反应FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g)的平衡常数K＝0.25。
①t℃时，反应达到平衡时n(CO)：n(CO2)＝ 。
②若在1 L密闭容器中加入0.02 mol FeO(s)，并通入xmolCO，t℃时反应达到平衡。此时FeO(s)转化率为50%，则x＝ 。
10. 工业品MnCl2溶液中含有杂质，利用锰粉、草酸、硫酸锰分别除去Pb2＋、Ca2＋、Mg2＋制得纯净的MnCl2，工艺流程如下，回答下列问题：
(1)过滤所需的玻璃仪器主要有________，加热搅拌的作用是________。
(2)弃渣Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的主要成分分别为________、________、________。反应①的离子方程式为__________________。
(3)利用草酸(H2C2O4，弱酸)除去Ca2＋的离子方程式为____________________。
(4)加入氯化钡溶液主要是为了除去________，检验该离子是否除尽的方法为____________。
(5)已知MnCl2溶液呈弱酸性，操作X为________(填字母序号)。
A．蒸发结晶 B．降温结晶 C．渗析 D．盐析
11. 生产普通硅酸盐水泥的原料主要有石灰质原料[如石灰石(含硫)]和黏土质原料，还有少量辅助原料(如铁矿石)。其主要生产工艺如图所示。请回答下列问题：
(1)普通硅酸盐水泥熟料的主要成分有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和________(填名称)。
(2)步骤②除了产生粉尘外，还可能产生________(至少填两种)等污染性废气。
(3)预热器利用回转窑等装置排出废气的余热加热生料并使部分碳酸盐分解。这样做的好处是___________。
(4)铝率表示熟料中氧化铝与氯化铁的质量比。已知某熟料中Al2O3和Fe2O3的质量分数分别为4.28%和4.53%，则该熟料的铝率为________(计算保留两位小数)。
(5)熟料还需加入适量石膏(CaSO4·2H2O)。180 mg某石膏样品受热脱水过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲线)如图所示。
①样品在热天平中受热脱水时，往往要适速通入适量惰性气体，这样做的目的是_________。
②加热到1 400 ℃时生成的气体能使品红溶液褪色。该温度下发生反应的化学方程式为________。
答案与解析
选择题
题号 | 答案 | 解析 |
1 | A | 刚玉的主要化学成分为三氧化二铝，而金刚石的主要化学成分为碳 |
2 | B | 航空材料具有质轻、高强度、耐高温、抗氧化等性能，又由题中信息可知，该材料具有一定的韧性，故B错，A正确；复合材料属于混合物，没有固定的熔点，碳化硅高温结构陶瓷和碳纤维复合而成的材料属于新型无机非金属材料，C、D正确 |
3 | D | 钠一般是由电解熔融NaCl的方法来制取，而电解饱和食盐水得到的是NaOH、H2和Cl2。同时注意，此题易误选C，一般认为铁是由CO还原Fe2O3制得，但在实际生活中，在铁轨焊接等方面时，是用铝热反应来制取的 |
4 | B | 合金的化学性质与成分金属的化学性质相似，物理性质略有不同，A正确；Mg在工业上用电解法冶炼，Cu用热还原法冶炼，B错误；金属冶炼的实质是Mn＋＋ne－===M，C正确；金属越活泼，则金属离子的氧化性越弱，越难被还原，D正确 |
5 | C | 反应①后的体系中含有固体二氧化硅，需要过滤除去，反应②后的体系中有氢氧化铁沉淀，需要过滤除去，A正确；a、b中Al元素分别以AlCl3和NaAlO2形式存在，其中铝元素的化合价都是＋3价，B正确；由NaAlO2制备氢氧化铝需要通入过量二氧化碳，C错误；由氢氧化铝制备氧化铝，加热即可，D正确 |
6 | C | 2Mg＋TiCl4Ti＋2MgCl2是由一种单质(Mg)和一种化合物(TiCl4)反应生成另一种单质(Ti)和另一种化合物(MgCl2)的反应，属于置换反应，A项正确；钛的相对原子质量为48，钛的相对原子质量等于镁的相对原子质量的2倍，结合反应方程式可知反应前后②中氯化物的总质量保持不变，B项正确；反应①中反应前后钛元素的化合价均为＋4，反应②中钛元素的化合价由＋4变为0，C项错误；反应②在氩气环境中进行，氩气只作为保护气并不参加反应，D项正确 |
7 | D | 金属表面涂油漆可以防止与水、O2接触；电镀和表面形成氧化膜均能隔绝空气；减缓腐蚀的方法就是防止空气中的H2O和O2与金属接触 |
非选择题
题号 | 答案 | 解析 |
8 | (1)2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O、2NaOH＋Al2O3===2NaAlO2＋H2O (2)CaSiO3 2AlO＋CO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO (3)浓H2SO4 12HF＋3Na2CO3＋2Al(OH)3===2Na3AlF6＋3CO2＋9H2O (4)2Al2O34Al＋3O2↑ O2、CO2(CO)
| (1)因为铝土矿的主要成分为二氧化硅、氧化铝，前者与NaOH反应生成硅酸钠，后者与NaOH反应生成偏铝酸钠(NaAlO2)。(2)CaO与水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙电离出的Ca2＋与SiO反应生成CaSiO3；反应2为偏铝酸钠与CO2反应生成氢氧化铝。(3)浓硫酸与萤石反应生成HF和硫酸钙，故C为浓硫酸，D为HF，E为硫酸钙；结合制备冰晶石的反应物HF、碳酸钠和氢氧化铝及生成物Na3AlF6，由元素守恒可知该反应的生成物中还有二氧化碳和水。(4)工业上通过电解熔融的氧化铝可制得单质铝，并有氧气生成；阳极生成物氧气可与石墨反应，生成碳的氧化物 |
9 |
（1）①吸氧腐蚀 ②B （2）①4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O ②4Fe+10HNO3=4Fe(NO3)3+NH4NO3+3H2O ③氮氧化物排放少（或其他合理答案） （3）① 4:1 ②0.05 | （1）由图看出，在海水中，该电化腐蚀属于吸氧腐蚀，在ABCD四个区域中，生成铁锈最多是B区，能接触到氧气。（2）浓硝酸分解的化学方程式为4HNO34NO2↑+O2↑+2H2O,硝酸氧化 废铁皮中铁的化学方程式为4Fe+10HNO3=4Fe(NO3)3+NH4NO3+3H2O，生产过程中体现绿色思想的是整个过程中氮氧化物排放减少。根据反应FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g)，平衡常数K为0.25，因为固体的浓度为1，则反应达到平衡时n(CO)：n(CO2)=4:1，若在1 L密闭容器中加入0.02 mol FeO(s)，并通入xmolCO，t℃时反应达到平衡。此时FeO(s)转化率为率为50%， FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g) 起始 0.02 x 0 0 变化 0.01 0.01 0.01 0.01 平衡时 0.01 x-0.01 0.01 0.01 根据平衡常数K=0.25得： ，解得x=0.05 |
10 | (1)漏斗、烧杯、玻璃棒 加快反应速率 (2)铅(或Pb) 硫酸镁(或MgSO4) 硫酸钡(或BaSO4) Mn＋Pb2＋===Mn2＋＋Pb (3)H2C2O4＋Ca2＋===CaC2O4↓＋2H＋ (4)SO 取少量上层澄清溶液于试管中，滴加BaCl2溶液，如无沉淀出现则说明SO已除尽，反之则没有除尽 (5)B | (1)过滤所需的玻璃仪器主要有漏斗、烧杯、玻璃棒，加热搅拌的作用是加快反应速率。(2)根据题意，结合流程图知，弃渣Ⅰ为金属铅，锰与Pb2＋发生置换反应；弃渣Ⅱ为硫酸镁，弃渣Ⅲ为硫酸钡。(3)草酸与Ca2＋反应生成草酸钙沉淀，注意草酸为弱酸，不能拆成离子。(4)加入BaCl2溶液主要是为了除去溶液中的SO。(5)蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出，叫蒸发结晶。MnCl2溶液呈弱酸性，是因为Mn2＋水解，则不能用蒸发结晶的方法，而用蒸发浓缩、冷却结晶(即降温结晶)的方法。渗析常用于提纯胶体；盐析常用于提纯蛋白质 |
11 | (1)铁铝酸钙(或铁铝酸四钙) (2)二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物(写化学式也可) (3)提高气固间的换热效率，实现整个煅烧系统的优质、高产、低消耗 (4)0.94 (5)①防止水蒸气对测定产生误差 ②2CaSO42CaO＋2SO2↑＋O2↑
| (1)普通硅酸盐水泥的成分除硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙外，还有铁铝酸钙。(2)生料与煤在水泥回转窑中加热到1 450 ℃时发生反应能生成污染性气体CO，煤燃料还可产生污染性气体SO2。(3)利用回转窑排出废气的余热来加热生料，使能源得到充分的利用。(4)铝率＝＝≈0.94(5)①利用惰性气体排出加热产生的水蒸气，防止水蒸气对测定产生误差。②气体能使品红溶液褪色，则该气体为SO2。从曲线图可以看出：200 ℃～1 400 ℃的范围内为CaSO4。1 400 ℃时，CaSO4(1×10－3 mol,140 mg)生成56 mg的固体物质，该固体物质中一定含有Ca，故为CaO。则反应方程式为2CaSO42CaO＋2SO2↑＋O2↑ |
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