1、第二單元化學與材料的制造、應用 考點一考點一 材料的組成與優化材料的組成與優化 【核心知識通關】【核心知識通關】1.1.制造合金制造合金: :(1)(1)制造目的制造目的: :通過改變材料的組成獲得具有通過改變材料的組成獲得具有_的金屬材料。的金屬材料。特殊性能特殊性能(2)(2)合金的分類。合金的分類。相互溶解相互溶解, ,形成金屬固溶體形成金屬固溶體, ,如黃銅合金。如黃銅合金。相互起化學作用相互起化學作用, ,形成金屬化合物形成金屬化合物, ,如如Al-TiAl-Ti合金。合金。相互混合相互混合, ,形成機械混合物形成機械混合物, ,如焊錫。如焊錫。(3)(3)鑭鑭- -鎳合金鎳合金(L

2、aNi(LaNi5 5) )。LaNiLaNi5 5+3H+3H2 2 LaNi LaNi5 5H H6 6利用貯氫合金可精制利用貯氫合金可精制H H2 2。200 300kPa2.2.傳統硅酸鹽材料傳統硅酸鹽材料: :陶瓷陶瓷玻璃玻璃水泥水泥主要原料主要原料黏土黏土_和石英砂和石英砂黏土、黏土、_和石膏和石膏( (輔助原料輔助原料) )主要設備主要設備玻璃熔爐玻璃熔爐水泥回轉窯水泥回轉窯純堿、石灰石純堿、石灰石石灰石石灰石陶瓷陶瓷玻璃玻璃水泥水泥反應反應原理原理復雜的復雜的物理、物理、化學變化學變化化復雜的物理、化學變化，主要反復雜的物理、化學變化，主要反應應NaNa2 2COCO3 3+S

3、iO+SiO2 2 _ _CaCOCaCO3 3+SiO+SiO2 2 _ _復雜的物理、復雜的物理、化學變化化學變化主要主要成分成分硅酸鹽硅酸鹽NaNa2 2SiOSiO3 3CaSiOCaSiO3 34SiO4SiO2 2(Na(Na2 2OCaO6SiOOCaO6SiO2 2) )3CaOSiO3CaOSiO2 2、2CaOSiO2CaOSiO2 2、3CaOAl3CaOAl2 2O O3 3等等232Na SiOCO高溫高溫=高溫高溫=32CaSiOCO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、抗酸堿腐蝕、酸堿腐蝕、耐高溫、絕耐高溫、絕緣、易成型緣、易成型等優點等優點玻

4、璃態物質，沒有玻璃態物質，沒有固定的熔點，在一固定的熔點，在一定溫度范圍內逐漸定溫度范圍內逐漸軟化軟化水硬性水硬性3.3.新型無機非金屬材料新型無機非金屬材料: :(1)(1)分類及應用。分類及應用。類型類型性能與應用性能與應用新新型型陶陶瓷瓷碳化硅碳化硅(SiC)(SiC)硬度大、熔點高、化學性質穩定，硬度大、熔點高、化學性質穩定，可作優質磨料和航天器涂層材料可作優質磨料和航天器涂層材料氮化硅氮化硅(Si(Si3 3N N4 4) )硬度大、熔點高、化學性質穩定，硬度大、熔點高、化學性質穩定，可用于制造軸承、汽輪機葉片、發可用于制造軸承、汽輪機葉片、發動機受熱面等動機受熱面等類型類型性能與應

5、用性能與應用單晶硅單晶硅半導體材料，制作計算機芯片、集半導體材料，制作計算機芯片、集成電路成電路碳碳單單質質金剛石金剛石 新一代信息材料新一代信息材料石墨石墨電的良導體、化學性質穩定，用作電的良導體、化學性質穩定，用作電極電極C C6060在新型儲氫材料、復合材料、納米在新型儲氫材料、復合材料、納米材料、超導體的制造方面前景廣闊材料、超導體的制造方面前景廣闊(2)(2)制備反應。制備反應。物質物質化學方程式化學方程式碳化硅碳化硅SiOSiO2 2+3C _+3C _氮化硅氮化硅3Si+2N3Si+2N2 2 Si Si3 3N N4 4；3SiCl3SiCl4 4+2N+2N2 2+6H+6H

6、2 2=_=_硅硅_；Si+3HCl SiHClSi+3HCl SiHCl3 3+H+H2 2；SiHClSiHCl3 3+H+H2 2 Si+3HCl Si+3HClSiC+2COSiC+2COSiSi3 3N N4 4+12HCl+12HClSiOSiO2 2+2C=Si+2CO+2C=Si+2CO1 6001 6001 800 1 800 = 1300。C【特別提醒】【特別提醒】(1)(1)向普通硅酸鹽水泥中加入石膏向普通硅酸鹽水泥中加入石膏, ,是為了調節水泥的是為了調節水泥的硬化速率。硬化速率。(2)(2)鋼化玻璃與普通玻璃在成分上沒有區別鋼化玻璃與普通玻璃在成分上沒有區別, ,把普

7、通玻把普通玻璃放入電爐中加熱至軟化璃放入電爐中加熱至軟化, ,然后急速冷卻即得鋼化玻璃。然后急速冷卻即得鋼化玻璃。(3)(3)水泥、玻璃、陶瓷都是混合物水泥、玻璃、陶瓷都是混合物, ,且玻璃不是晶體。且玻璃不是晶體。(4)(4)制造玻璃的反應屬于復分解反應制造玻璃的反應屬于復分解反應, ,不是氧化還原反不是氧化還原反應應, ,該反應不能說明該反應不能說明H H2 2SiOSiO3 3的酸性比的酸性比H H2 2COCO3 3的強。的強。【高考模擬精練】【高考模擬精練】1.(20161.(2016延安模擬延安模擬) )硅及其化合物的開發由來已久硅及其化合物的開發由來已久, ,在在現代生活中有廣泛

8、應用。回答下列問題現代生活中有廣泛應用。回答下列問題: :氮化硅氮化硅(Si(Si3 3N N4 4) )是一種高溫結構材料是一種高溫結構材料, ,粉末狀態的粉末狀態的SiSi3 3N N4 4可以由可以由SiClSiCl4 4的蒸氣和的蒸氣和NHNH3 3反應制取。粉末狀反應制取。粉末狀SiSi3 3N N4 4遇空遇空氣和水都不穩定。但將粉末狀的氣和水都不穩定。但將粉末狀的SiSi3 3N N4 4和適量氧化鎂在和適量氧化鎂在2302301.011.0110105 5PaPa和和185185的密閉容器中進行熱處理的密閉容器中進行熱處理, ,可以制備結構十分緊密、對空氣和水都相當穩定的固可以

9、制備結構十分緊密、對空氣和水都相當穩定的固體材料體材料, ,同時還得到遇水不穩定的同時還得到遇水不穩定的MgMg3 3N N2 2。(1)(1)由由SiClSiCl4 4和和NHNH3 3反應制取反應制取SiSi3 3N N4 4的化學方程式為的化學方程式為_。(2)(2)四氯化硅和氮氣在氫氣氣氛保護下，加強熱發生反四氯化硅和氮氣在氫氣氣氛保護下，加強熱發生反應，使生成的應，使生成的SiSi3 3N N4 4沉積在石墨表面可得較高純度的氮沉積在石墨表面可得較高純度的氮化硅，該反應的化學方程式為化硅，該反應的化學方程式為_。(3)Si(3)Si3 3N N4 4和適量氧化鎂在和適量氧化鎂在230

10、2301.011.0110105 5PaPa和和185185的的密閉容器中進行熱處理的過程中密閉容器中進行熱處理的過程中, ,除生成除生成MgMg3 3N N2 2外外, ,還可還可能生成能生成_(_(填化學式填化學式) )。【解析】【解析】(1)(1)由由SiClSiCl4 4和和NHNH3 3反應制取反應制取SiSi3 3N N4 4相當于相當于“復分復分解反應解反應”, ,化學方程式為化學方程式為3SiCl3SiCl4 4+4NH+4NH3 3 Si Si3 3N N4 4+12HCl+12HCl。(2)(2)四氯化硅和氮氣在氫氣氣氛保護下四氯化硅和氮氣在氫氣氣氛保護下, ,加強熱相當于

11、加強熱相當于先發生反應生成氨氣先發生反應生成氨氣, ,然后然后SiClSiCl4 4與與NHNH3 3反應生成反應生成SiSi3 3N N4 4, ,該反應的化學方程式為該反應的化學方程式為3SiCl3SiCl4 4+2N+2N2 2+6H+6H2 2 Si Si3 3N N4 4+ +12HCl12HCl。(3)(3)根據信息根據信息,Si,Si3 3N N4 4和適量氧化鎂在一定條件下反應除和適量氧化鎂在一定條件下反應除生成生成MgMg3 3N N2 2外外, ,還可能生成還可能生成SiOSiO2 2或或MgSiOMgSiO3 3。高溫高溫=高溫高溫=答案答案: :(1)3SiCl(1)3

12、SiCl4 4+4NH+4NH3 3 Si Si3 3N N4 4+12HCl+12HCl(2)3SiCl(2)3SiCl4 4+2N+2N2 2+6H+6H2 2 Si Si3 3N N4 4+12HCl+12HCl(3)SiO(3)SiO2 2( (或或MgSiOMgSiO3 3) )高溫高溫=高溫高溫=2.(20162.(2016唐山模擬唐山模擬) )以硼鎂礦以硼鎂礦(2MgOB(2MgOB2 2O O3 3HH2 2O O、SiOSiO2 2及少量及少量FeFe3 3O O4 4、CaCOCaCO3 3、AlAl2 2O O3 3) )為原料生產硼酸的工藝流為原料生產硼酸的工藝流程如下

13、程如下: :已知已知: :表一表一: :不同溫度下不同溫度下H H3 3BOBO3 3的溶解度的溶解度溫度溫度/202040406060100100溶解度溶解度/g/g5.05.08.78.714.814.840.240.2表二：不同物質沉淀完全時的表二：不同物質沉淀完全時的pHpH(1)(1)由于礦粉中含有由于礦粉中含有CaCOCaCO3 3，“浸取浸取”時容易產生大量時容易產生大量泡沫使物料從反應器中溢出，應采取的措施是泡沫使物料從反應器中溢出，應采取的措施是_。物質物質Fe(OH)Fe(OH)3 3Al(OH)Al(OH)3 3Fe(OH)Fe(OH)2 2Mg(OH)Mg(OH)2 2

14、pHpH3.23.25.25.29.79.712.412.4(2)“(2)“浸出液浸出液”顯酸性顯酸性, ,含有含有H H3 3BOBO3 3、MgMg2+2+和和 , ,還含有還含有FeFe3+3+、FeFe2+2+、CaCa2+2+、AlAl3+3+等雜質。等雜質。“除雜除雜”時時, ,向浸出液向浸出液中依次加入適量中依次加入適量H H2 2O O2 2和和MgO,MgO,可以除去的雜質離子為可以除去的雜質離子為_,H_,H2 2O O2 2的作用為的作用為_(_(用離子方程式表示用離子方程式表示) )。(3)“(3)“浸取浸取”后，采用后，采用“熱過濾熱過濾”的目的為的目的為_。24SO

15、(4)“(4)“母液母液”可用于回收硫酸鎂可用于回收硫酸鎂, ,已知硫酸鎂的溶解度已知硫酸鎂的溶解度隨溫度變化的曲線如下圖所示隨溫度變化的曲線如下圖所示, ,且溶液的沸點隨壓強增且溶液的沸點隨壓強增大而升高。為了從大而升高。為了從“母液母液”中充分回收中充分回收MgSOMgSO4 4HH2 2O,O,應應采取的措施是將采取的措施是將“母液母液”蒸發濃縮蒸發濃縮,_,_。(5)(5)已知已知2525時時, ,硼酸硼酸(H(H3 3BOBO3 3) )溶液中存在如下平衡溶液中存在如下平衡: :H H3 3BOBO3 3(aq)+H(aq)+H2 2O(l) B(OH)O(l) B(OH)4 4 -

16、 -(aq)+H(aq)+H+ +(aq)(aq)K=5.7=5.71010-10-10;25;25時時,0.7 molL,0.7 molL-1-1硼酸溶液中硼酸溶液中c(Hc(H+ +)_molL)_molL-1-1。(6)(6)已知已知2525時時: :化學化學式式H H2 2COCO3 3CHCH3 3COOHCOOH電離電離常數常數K1 1=4.4=4.41010-7-7K2 2=4.7=4.71010- -1111K=1.75=1.751010-5-5下列說法正確的是下列說法正確的是_(_(填選項字母填選項字母) )。A.A.碳酸鈉溶液滴入硼酸溶液中能觀察到有氣泡產生碳酸鈉溶液滴入硼

17、酸溶液中能觀察到有氣泡產生B.B.碳酸鈉溶液滴入醋酸溶液中能觀察到有氣泡產生碳酸鈉溶液滴入醋酸溶液中能觀察到有氣泡產生C.C.等濃度碳酸溶液和硼酸溶液的等濃度碳酸溶液和硼酸溶液的pH:pH:前者前者 后者后者D.D.等濃度碳酸鈉溶液和醋酸鈉溶液的等濃度碳酸鈉溶液和醋酸鈉溶液的pH:pH:前者前者 后者后者【解析】【解析】(1)(1)“浸取浸取”時容易產生大量泡沫使物料從反時容易產生大量泡沫使物料從反應器中溢出，說明反應比較快，所以采取的措施是慢應器中溢出，說明反應比較快，所以采取的措施是慢慢加入硫酸，或邊加入邊攪拌。慢加入硫酸，或邊加入邊攪拌。(2)(2)根據表二中各物質沉淀完全時的根據表二中

18、各物質沉淀完全時的pHpH可知，加入雙氧可知，加入雙氧水將水將FeFe2+2+氧化為氧化為FeFe3+3+，加入，加入MgOMgO，pHpH增大，增大，FeFe3+3+、AlAl3+3+會會沉淀。沉淀。(3)(3)由表一數據可知熱過濾是為防止溫度降低時由表一數據可知熱過濾是為防止溫度降低時H H3 3BOBO3 3析出。析出。(4)(4)由圖象及沸點隨壓強增大而升高可知采用加壓升溫由圖象及沸點隨壓強增大而升高可知采用加壓升溫的方法。的方法。(5)(5)由由“三段式三段式”：H H3 3BOBO3 3+H+H2 2O B(OH)O B(OH)4 4 - -+H+H+ +起始濃度起始濃度(mol(

19、molL L-1-1) ) 0.7 0 0 0.7 0 0轉化濃度轉化濃度(mol(molL L-1-1) x x x) x x x平衡濃度平衡濃度(mol(molL L-1-1) ) 0.7-x0.7 0.7-x0.7 x x x x可由可由 =5.7=5.71010-10-10，求得求得c(Hc(H+ +) )。2433c B OH c Hxc H BO0.7K(6)(6)由信息知由信息知K(CH(CH3 3COOH) COOH) K(H(H2 2COCO3 3) ) K(H(H3 3BOBO3 3)K( )( )，由強酸制弱酸原理可知，由強酸制弱酸原理可知A A錯誤，錯誤，B B正確；正

20、確；由由K值可知值可知C C錯誤；弱酸的酸性越強，其鈉鹽水解程錯誤；弱酸的酸性越強，其鈉鹽水解程度越弱，堿性越弱，度越弱，堿性越弱，pHpH越小，越小，D D正確。正確。3HCO答案：答案：(1)(1)分批慢慢加入硫酸分批慢慢加入硫酸( (或邊加入邊攪拌或邊加入邊攪拌) )(2)Fe(2)Fe3+3+、FeFe2+2+、AlAl3+3+2Fe2Fe2+2+2H+2H+ +H+H2 2O O2 2=2Fe=2Fe3+3+2H+2H2 2O O(3)(3)防止因溫度降低時防止因溫度降低時H H3 3BOBO3 3從溶液中析出從溶液中析出(4)(4)加壓升溫結晶加壓升溫結晶( (或加壓升溫結晶過濾或

21、加壓升溫結晶過濾) )(5)2(5)21010-5-5(6)B(6)B、D D【加固訓練】【加固訓練】1.1.工業上用自然界存在的角膜硼鎂礦工業上用自然界存在的角膜硼鎂礦( (主要成分為主要成分為MgMg2 2B B2 2O O5 55H5H2 2O)O)制取金屬鎂和粗硼制取金屬鎂和粗硼, ,工藝流程如圖工藝流程如圖: :根據以上信息回答下列問題根據以上信息回答下列問題: :(1)(1)硼砂中硼的化合價為硼砂中硼的化合價為_;_;溶于熱水后溶于熱水后, ,常需調常需調節節pH=2pH=23 3制取硼酸制取硼酸, ,寫出該反應的離子方程式寫出該反應的離子方程式:_:_。(2)(2)從氯化鎂晶體中

22、制取無水氯化鎂的條件是從氯化鎂晶體中制取無水氯化鎂的條件是_；其理由是；其理由是_。若用惰性電極電解若用惰性電極電解MgClMgCl2 2溶液，寫出電解過程的離子方溶液，寫出電解過程的離子方程式程式_。(3)(3)制得的粗硼可在一定條件下與制得的粗硼可在一定條件下與I I2 2作用生成作用生成BIBI3 3，再，再提純提純BIBI3 3，BIBI3 3沸點較低，提純可采用沸點較低，提純可采用_，高溫時高溫時BIBI3 3即可分解，得到高純度硼。根據分解生成碘即可分解，得到高純度硼。根據分解生成碘的量還可以測定粗硼的純度。方法如下：的量還可以測定粗硼的純度。方法如下：稱取稱取0.04 g0.04

23、 g粗硼轉化成純粗硼轉化成純BIBI3 3，再完全分解，生成的碘，再完全分解，生成的碘用用0.3 molL0.3 molL-1-1的的NaNa2 2S S2 2O O3 3溶液滴定至終點，消耗標準溶液滴定至終點，消耗標準液液36.00 mL(36.00 mL(滴定原理：滴定原理：I I2 2+2 +2 =2I=2I- -+ )+ )。223S O246S O滴定終點判斷應用滴定終點判斷應用_作指示劑。作指示劑。標準液應盛裝在標準液應盛裝在_滴定管中。滴定管中。該粗硼的純度為該粗硼的純度為_。【解析】【解析】(1)(1)硼砂中硼砂中NaNa為為+1+1價，價，O O為為-2-2價，所以價，所以B

24、 B為為+ +3 3價。價。(2)(2)為防止鎂離子水解，應該在為防止鎂離子水解，應該在HClHCl氣流中加熱。氣流中加熱。(3)(3)二者沸點不同，所以可以用蒸餾的方法提純。二者沸點不同，所以可以用蒸餾的方法提純。溶液中含有碘單質，所以用淀粉溶液作指示劑。溶液中含有碘單質，所以用淀粉溶液作指示劑。NaNa2 2S S2 2O O3 3溶液顯堿性，所以應該放在堿式滴定管中。溶液顯堿性，所以應該放在堿式滴定管中。由原子守恒，由原子守恒，B BBIBI3 3 I I2 23 3 ，可知，可知32223S On( )=0.3n( )=0.336361010-3-3molmol，所以，所以n(B)=3

25、.6n(B)=3.61010-3-3molmol，m(B)=0.039 6 gm(B)=0.039 6 g，B B的純度為的純度為 100%=99%100%=99%。223S O0.0396 g0.04 g答案：答案：(1)+3(1)+3 +2H +2H+ +5H+5H2 2O=4HO=4H3 3BOBO3 3(2)(2)在在HClHCl氣流中加熱防止氣流中加熱防止MgClMgCl2 2水解水解MgMg2+2+2Cl+2Cl- -+2H+2H2 2O Mg(OH)O Mg(OH)2 2+H+H2 2+Cl+Cl2 2(3)(3)蒸餾法淀粉溶液堿式蒸餾法淀粉溶液堿式99%99%247B O2.2

26、.新型無機非金屬材料是新型無機非金屬材料是2020世紀中期以后發展起來的世紀中期以后發展起來的一類具有特殊性能和用途的材料一類具有特殊性能和用途的材料, ,它們為現代高新技術、它們為現代高新技術、新興產業和傳統工業技術改造等開辟了廣闊的前景。新興產業和傳統工業技術改造等開辟了廣闊的前景。(1)(1)多晶硅可用于制造光電池。多晶硅可用于制造光電池。光電池的能量轉換形式正確的是光電池的能量轉換形式正確的是_。a.a.化學能轉換為電能化學能轉換為電能b.b.光能轉換為化學能再轉換為電能光能轉換為化學能再轉換為電能c.c.光能轉換為熱能再轉換為電能光能轉換為熱能再轉換為電能d.d.光能轉換為電能光能轉

27、換為電能如圖是光電池板經太陽光照射前后內部電子的變化如圖是光電池板經太陽光照射前后內部電子的變化情況，圖乙中燈泡變亮，其中情況，圖乙中燈泡變亮，其中_(_(填填“N”N”或或“P”)P”)是正極。是正極。(2)(2)高純硅是目前半導體工業最重要的基礎材料，高純硅是目前半導體工業最重要的基礎材料，制備流程如下：制備流程如下： 寫出由粗硅轉化為寫出由粗硅轉化為SiHClSiHCl3 3( (粗粗) )時的化學方程式：時的化學方程式：_。整個制備過程必須在無水、無氧條件下進行，因為整個制備過程必須在無水、無氧條件下進行，因為SiHClSiHCl3 3遇水會劇烈反應生成遇水會劇烈反應生成H H2 2S

28、iOSiO3 3、HClHCl和和M M，則，則M M的化的化學式是學式是_，若該制備過程中混入氧氣，其后果，若該制備過程中混入氧氣，其后果是是_。(3)(3)新型氮化硅陶瓷新型氮化硅陶瓷(Si(Si3 3N N4 4) )通常用于制造軸承、汽輪通常用于制造軸承、汽輪機葉片、發動機受熱面等。機葉片、發動機受熱面等。工業上可用化學氣相沉積法工業上可用化學氣相沉積法(CVD)(CVD)，在，在H H2 2保護下，使保護下，使SiClSiCl4 4與與N N2 2反應來制備。寫出該反應的化學方程式：反應來制備。寫出該反應的化學方程式：_。在氮化硅中添加氧化鋁，通過常壓燒結即成為新一在氮化硅中添加氧化

29、鋁，通過常壓燒結即成為新一代無機非金屬材料賽倫，其化學名稱叫氧氮化硅鋁，代無機非金屬材料賽倫，其化學名稱叫氧氮化硅鋁，化學通式為化學通式為SiSi6-x6-xAlAlx xO Ox xN Ny y(x=2(x=24)4)。化學通式里。化學通式里y y值為值為_(_(用含用含x x的表達式表示的表達式表示) )；寫出賽倫具有的兩種；寫出賽倫具有的兩種特性：特性：_、_。【解析】【解析】(2)(2)石英砂的主要成分是石英砂的主要成分是SiOSiO2 2，用焦炭還原，用焦炭還原時得到單質硅，硅與時得到單質硅，硅與HClHCl反應生成反應生成SiHClSiHCl3 3的同時得到的同時得到H H2 2。

30、在在SiHClSiHCl3 3水解方程式中，設水解方程式中，設SiHClSiHCl3 3的化學計量數的化學計量數為為1 1，利用，利用SiSi、ClCl、O O守恒可得方程式：守恒可得方程式：SiHClSiHCl3 3+3H+3H2 2O O H H2 2SiOSiO3 3+3HCl+M+3HCl+M，由此可知，由此可知M M為為H H2 2；混入；混入O O2 2后能與后能與生成的生成的H H2 2劇烈反應而爆炸。劇烈反應而爆炸。(3)(3)SiClSiCl4 4中的中的SiSi與與N N結合生成氮化硅，而結合生成氮化硅，而ClCl與與H H結合結合生成生成HClHCl。在化合物中在化合物中

31、SiSi為為+4+4價，價，AlAl為為+3+3價，價，O O為為-2-2價，價，N N為為-3-3價，利用化合價的代數和為價，利用化合價的代數和為0 0可求得關系式。可求得關系式。答案：答案：(1)(1)d dP P(2)(2)Si+3HCl SiHClSi+3HCl SiHCl3 3+H+H2 2H H2 2發生爆炸發生爆炸( (或產品不純或產品不純) )(3)(3)3SiCl3SiCl4 4+2N+2N2 2+6H+6H2 2=Si=Si3 3N N4 4+12HCl+12HCl8-x8-x耐高溫、熱穩定性好、高強度、高硬度、耐磨耐高溫、熱穩定性好、高強度、高硬度、耐磨損等損等( (合理

32、答案均可，寫其中兩種即可合理答案均可，寫其中兩種即可) )HCL/250 300 C催化劑考點二考點二 金屬材料金屬材料 【核心知識通關】【核心知識通關】1.1.鋼鐵的冶煉：鋼鐵的冶煉：煉鐵煉鐵煉鋼煉鋼原料原料_、_、空氣、石灰石空氣、石灰石_、氧化劑、氧化劑( (空氣、純氧、空氣、純氧、氧化鐵等氧化鐵等) )、生石灰、脫氧劑、生石灰、脫氧劑化學化學原理原理在高溫下用在高溫下用_將鐵從其氧化將鐵從其氧化物中還原出來物中還原出來在高溫下用在高溫下用_將過多的將過多的碳和其他雜質氧化成氣體或碳和其他雜質氧化成氣體或爐渣除去爐渣除去鐵礦石鐵礦石焦炭焦炭生鐵生鐵還原還原劑劑氧化劑氧化劑煉鐵煉鐵煉鋼煉鋼

33、有關有關反應反應(1)(1)還原劑的生成：還原劑的生成：C+OC+O2 2=CO=CO2 2、_(2)(2)鐵的還原：鐵的還原：_ _ _(3)(3)爐渣的生成：爐渣的生成：CaCOCaCO3 3=CaO+CO=CaO+CO2 2SiOSiO2 2+CaO=CaSiO+CaO=CaSiO3 3(1)(1)氧化劑的生成：氧化劑的生成：_(2)(2)除碳，除雜，調硅、錳；除碳，除雜，調硅、錳；如如C+FeO=CO+FeC+FeO=CO+Fe(3)(3)造渣：生成的硅、錳氧化造渣：生成的硅、錳氧化物及鐵水中的硫、磷跟造渣材物及鐵水中的硫、磷跟造渣材料反應形成爐渣排出料反應形成爐渣排出(4)(4)脫氧

34、并調整成分：脫氧并調整成分：2FeO+Si=2Fe+SiO2FeO+Si=2Fe+SiO2 2高溫高溫 COCO2 2+C=2CO+C=2CO2Fe+3CO2Fe+3CO2 2FeFe2 2O O3 3+3CO=+3CO=高溫高溫 高溫高溫 高溫高溫 高溫高溫 高溫高溫 高溫高溫 2Fe+O2Fe+O2 2=2FeO=2FeO煉鐵煉鐵煉鋼煉鋼主要主要設備設備高爐高爐轉爐轉爐2.2.鋁的冶煉：鋁的冶煉：(1)(1)原料：鋁土礦原料：鋁土礦( (主要成分為主要成分為AlAl2 2O O3 3) )。(2)(2)提純提純AlAl2 2O O3 3。AlAl2 2O O3 3+2NaOH=2NaAlO

35、+2NaOH=2NaAlO2 2+H+H2 2O O，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 O(3)(3)電解：加入冰晶石及少量螢石降低電解：加入冰晶石及少量螢石降低AlAl2 2O O3 3的熔點。的熔點。化學方程式：化學方程式：_。36950970232Na AlF2Al O4Al3O通電、3.3.金屬的腐蝕與防止：金屬的腐蝕與防止：(1)(1)金屬腐蝕的類型。金屬腐蝕的類型。化學腐蝕：金屬材料跟其表面接觸到

36、的物質化學腐蝕：金屬材料跟其表面接觸到的物質( (如如O O2 2、ClCl2 2等等) )直接發生化學反應而引起的腐蝕。直接發生化學反應而引起的腐蝕。電化學腐蝕：不同金屬或不純金屬跟電解質溶液接電化學腐蝕：不同金屬或不純金屬跟電解質溶液接觸時，發生觸時，發生_反應，比較活潑的金屬失去電子而反應，比較活潑的金屬失去電子而被氧化引起的腐蝕。被氧化引起的腐蝕。原電池原電池(2)(2)金屬腐蝕的防止和利用。金屬腐蝕的防止和利用。金屬腐蝕的防護方法。金屬腐蝕的防護方法。外加電流的陰極保護法外加電流的陰極保護法金屬腐蝕的利用。金屬腐蝕的利用。金屬的化學蝕刻、印刷電路的腐蝕、電子元件與集成金屬的化學蝕刻、

37、印刷電路的腐蝕、電子元件與集成電路的精細加工都是利用了金屬腐蝕的原理。電路的精細加工都是利用了金屬腐蝕的原理。【特別提醒】【特別提醒】(1)(1)煉鐵高爐中與鐵礦石反應的還原劑是煉鐵高爐中與鐵礦石反應的還原劑是COCO而不是而不是C C。(2)(2)煉鐵高爐產生的廢氣、廢渣會嚴重污染環境煉鐵高爐產生的廢氣、廢渣會嚴重污染環境, ,應結應結合它們的成分和余熱進行綜合利用。合它們的成分和余熱進行綜合利用。(3)(3)為防止輪船腐蝕為防止輪船腐蝕, ,通常在輪船船體上鑲嵌一些鋅塊。通常在輪船船體上鑲嵌一些鋅塊。【高考模擬精練】【高考模擬精練】1.(20151.(2015海南高考海南高考).).下列有

38、關海水綜合利用的說法下列有關海水綜合利用的說法正確的是正確的是( () )A.A.電解飽和食鹽水可制得金屬鈉電解飽和食鹽水可制得金屬鈉B.B.海帶提碘只涉及物理變化海帶提碘只涉及物理變化C.C.海水提溴涉及氧化還原反應海水提溴涉及氧化還原反應D.D.海水提鎂涉及復分解反應海水提鎂涉及復分解反應.鐵在自然界分布廣泛鐵在自然界分布廣泛, ,在工業、農業和國防科技中在工業、農業和國防科技中有重要應用。有重要應用。回答下列問題回答下列問題: :(1)(1)用鐵礦石用鐵礦石( (赤鐵礦赤鐵礦) )冶煉生鐵的高爐如圖冶煉生鐵的高爐如圖(a)(a)所示。所示。原料中除鐵礦石和焦炭外還有原料中除鐵礦石和焦炭外

39、還有_。除去鐵礦石。除去鐵礦石中脈石中脈石( (主要成分為主要成分為SiOSiO2 2) )的化學反應方程式為的化學反應方程式為_、_;_;高爐排出氣體的主要成分有高爐排出氣體的主要成分有N N2 2、COCO2 2和和_(_(填化填化學式學式) )。(2)(2)已知：已知：FeFe2 2O O3 3(s)+3C(s)=2Fe(s)+3CO(g)(s)+3C(s)=2Fe(s)+3CO(g)H1 1=+494 kJmol=+494 kJmol-1-1CO(g)+ OCO(g)+ O2 2(g)=CO(g)=CO2 2(g)(g)H2 2=-283 kJmol=-283 kJmol-1-1C(s

40、)+ OC(s)+ O2 2(g)=CO(g)(g)=CO(g)H3 3=-110 kJmol=-110 kJmol-1-11212則反應則反應FeFe2 2O O3 3(s)+3C(s)+ O(s)+3C(s)+ O2 2(g)=2Fe(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2 2(g)(g)的的H=_kJmol=_kJmol-1-1。理論上反應。理論上反應_放出的放出的熱量足以供給反應熱量足以供給反應_所需要的熱量所需要的熱量( (填上述方程填上述方程式序號式序號) )。32(3)(3)有人設計出有人設計出“二步熔融還原法二步熔融還原法”煉鐵工藝煉鐵工藝, ,其流程其流程如圖如圖(b)(

41、b)所示所示, ,其中其中, ,還原豎爐相當于高爐的還原豎爐相當于高爐的_部部分分, ,主要反應的化學方程式為主要反應的化學方程式為_;_;熔融造氣爐相當于高爐的熔融造氣爐相當于高爐的_部分。部分。(4)(4)鐵礦石中常含有硫鐵礦石中常含有硫, ,使高爐氣中混有使高爐氣中混有SOSO2 2污染空氣污染空氣, ,脫脫SOSO2 2的方法是的方法是_。【解析】【解析】.電解飽和食鹽水生成氫氧化鈉、氯氣和氫電解飽和食鹽水生成氫氧化鈉、氯氣和氫氣氣,A,A錯誤錯誤; ;海帶中碘元素以離子形式存在海帶中碘元素以離子形式存在, ,提取碘涉及提取碘涉及化學變化化學變化,B,B錯誤錯誤; ;海水中溴元素以離子

42、形式存在海水中溴元素以離子形式存在, ,海水海水提溴涉及氧化還原反應提溴涉及氧化還原反應,C,C正確正確; ;海水提鎂涉及復分解反海水提鎂涉及復分解反應應, ,鎂離子變為氫氧化鎂沉淀鎂離子變為氫氧化鎂沉淀, ,進而轉化為氯化鎂都屬進而轉化為氯化鎂都屬于復分解反應于復分解反應,D,D正確。正確。.(1).(1)用鐵礦石用鐵礦石( (赤鐵礦赤鐵礦) )冶煉生鐵的高爐如圖冶煉生鐵的高爐如圖(a)(a)所所示，原料中除鐵礦石和焦炭外還有石灰石，用以除去示，原料中除鐵礦石和焦炭外還有石灰石，用以除去鐵礦石中脈石鐵礦石中脈石( (主要成分為主要成分為SiOSiO2 2) )的化學反應方程式為的化學反應方程

43、式為CaCOCaCO3 3 CaO+CO CaO+CO2 2、CaO+SiOCaO+SiO2 2 CaSiO CaSiO3 3；高爐排出；高爐排出氣體的主要成分有氣體的主要成分有N N2 2、COCO2 2和和COCO。高溫高溫=高溫高溫=(2)(2)反應反應FeFe2 2O O3 3(s)+3C(s)+ O(s)+3C(s)+ O2 2(g)=2Fe(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2 2(g)(g)可以通過可以通過+ +3 3得到，則反應的得到，則反應的H=H1 1+3+3H2 2= = +494 kJ+494 kJmolmol-1-1+3+3(-283 kJ(-283 kJmol

44、mol-1-1)=-355 kJ)=-355 kJmolmol-1-1。理論上反應理論上反應放出的熱量足以供給反應放出的熱量足以供給反應所需的熱所需的熱量。量。32(3)(3)“二步熔融還原法二步熔融還原法”煉鐵工藝中還原豎爐相當于高煉鐵工藝中還原豎爐相當于高爐的爐身部分，主要反應的化學方程式為爐的爐身部分，主要反應的化學方程式為FeFe2 2O O3 3+3CO+3CO 2Fe+3CO 2Fe+3CO2 2；熔融造氣爐相當于高爐的爐腹部分。；熔融造氣爐相當于高爐的爐腹部分。(4)(4)脫脫SOSO2 2的方法是用堿液的方法是用堿液( (或氫氧化鈉溶液或氨水等或氫氧化鈉溶液或氨水等) )吸收。

45、吸收。高溫高溫=答案：答案：.C.C、D D.(1).(1)石灰石石灰石CaCOCaCO3 3 CaO+CO CaO+CO2 2CaO+SiOCaO+SiO2 2 CaSiOCaSiO3 3COCO(2)-355(2)-355(3)(3)爐身爐身FeFe2 2O O3 3+3CO 2Fe+3CO+3CO 2Fe+3CO2 2爐腹爐腹(4)(4)用堿液用堿液( (或氫氧化鈉溶液或氨水等或氫氧化鈉溶液或氨水等) )吸收吸收高溫高溫=高溫高溫=高溫高溫=2.(20142.(2014海南高考節選海南高考節選) )鋅是一種應用廣泛的金屬鋅是一種應用廣泛的金屬, ,目目前工業上主要采用前工業上主要采用“濕

46、法濕法”工藝冶煉鋅工藝冶煉鋅, ,某含鋅礦的主某含鋅礦的主要成分為要成分為ZnS(ZnS(還含少量還含少量FeSFeS等其他成分等其他成分),),以其為原料冶以其為原料冶煉鋅的工藝流程如圖所示煉鋅的工藝流程如圖所示: :回答下列問題回答下列問題: :(1)(1)硫化鋅精礦的焙燒在氧氣氣氛的沸騰爐中進行硫化鋅精礦的焙燒在氧氣氣氛的沸騰爐中進行, ,所所產生焙砂的主要成分的化學式為產生焙砂的主要成分的化學式為_。(2)(2)焙燒過程中產生的含塵煙氣可凈化制酸焙燒過程中產生的含塵煙氣可凈化制酸, ,該酸可用該酸可用于后續的于后續的_操作。操作。(3)(3)浸出液浸出液“凈化凈化”過程中加入的主要物質

47、為過程中加入的主要物質為_,_,其作用是其作用是_。(4)(4)電解沉積過程中的陰極采用鋁板電解沉積過程中的陰極采用鋁板, ,陽極采用陽極采用Pb-AgPb-Ag合合金惰性電極金惰性電極, ,陽極逸出的氣體是陽極逸出的氣體是_。(5)(5)改進的鋅冶煉工藝改進的鋅冶煉工藝, ,采用了采用了“氧壓酸浸氧壓酸浸”的全濕法的全濕法流程流程, ,既省略了易導致空氣污染的焙燒過程既省略了易導致空氣污染的焙燒過程, ,又可獲得又可獲得一種有工業價值的非金屬單質。一種有工業價值的非金屬單質。“氧壓酸浸氧壓酸浸”中發生中發生主要反應的離子方程式為主要反應的離子方程式為_。(6)(6)我國古代曾采用我國古代曾采

48、用“火法火法”工藝冶煉鋅工藝冶煉鋅, ,明代宋應星明代宋應星著的著的天工開物天工開物中有關于中有關于“升煉倭鉛升煉倭鉛”的記載的記載:“:“爐爐甘石十斤甘石十斤, ,裝載入一泥罐內裝載入一泥罐內,然后逐層用煤炭餅墊然后逐層用煤炭餅墊盛盛, ,其底鋪薪其底鋪薪, ,發火煅紅發火煅紅,冷淀冷淀, ,毀罐取出毀罐取出,即即倭鉛也。倭鉛也。”該煉鋅工藝過程主要反應的化學方程式為該煉鋅工藝過程主要反應的化學方程式為_。( (注注: :爐甘石的主要成分為碳酸鋅爐甘石的主要成分為碳酸鋅, ,倭鉛是指金屬鋅倭鉛是指金屬鋅) )【解析】【解析】(1)(1)硫化鋅在焙燒過程中發生氧化還原反應硫化鋅在焙燒過程中發生

49、氧化還原反應, ,生成氧化鋅和二氧化硫生成氧化鋅和二氧化硫, ,所以得到的焙砂主要成分為氧所以得到的焙砂主要成分為氧化鋅。化鋅。(2)(2)含塵煙氣主要是二氧化硫含塵煙氣主要是二氧化硫, ,可以用來制備硫酸可以用來制備硫酸, ,而在而在焙砂中需要浸出鋅離子焙砂中需要浸出鋅離子, ,所以氧化鋅變為鋅離子最好用所以氧化鋅變為鋅離子最好用硫酸溶解氧化鋅硫酸溶解氧化鋅( (同時氧化鐵也被溶解同時氧化鐵也被溶解) )。(3)(3)后續需要凈化浸出液后續需要凈化浸出液, ,就是把鐵離子除去而不引入就是把鐵離子除去而不引入新的雜質新的雜質, ,用單質鋅來除去鐵。用單質鋅來除去鐵。(4)(4)電解硫酸鋅電解硫

50、酸鋅, ,陽極氫氧根離子失電子生成氧氣。陽極氫氧根離子失電子生成氧氣。(5)(5)焙燒過程中產生了污染大氣的二氧化硫氣體焙燒過程中產生了污染大氣的二氧化硫氣體, ,而采而采用用“氧壓酸浸氧壓酸浸”法就可以避免生成二氧化硫氣體而變法就可以避免生成二氧化硫氣體而變為非金屬單質即單質硫為非金屬單質即單質硫, ,所以化學方程式為所以化學方程式為2ZnS+4H2ZnS+4H+ +O+O2 2=2Zn=2Zn2+2+2H+2H2 2O+2SO+2S。(6)(6)“火法火法”冶煉鋅主要是碳酸鋅和煤炭餅冶煉鋅主要是碳酸鋅和煤炭餅( (主要成分主要成分是碳是碳) )在高溫下發生反應生成一氧化碳和單質鋅，反應在高

51、溫下發生反應生成一氧化碳和單質鋅，反應方程式為方程式為ZnCOZnCO3 3+2C Zn+3CO+2C Zn+3CO。高溫高溫=答案：答案：(1)ZnO(1)ZnO(2)(2)浸出浸出(3)(3)鋅粉置換出鋅粉置換出FeFe等等(4)O(4)O2 2(5)2ZnS+4H(5)2ZnS+4H+ +O+O2 2=2Zn=2Zn2+2+2S+2H+2S+2H2 2O O(6)ZnCO(6)ZnCO3 3+2C Zn+3CO+2C Zn+3CO高溫高溫=【加固訓練】【加固訓練】1.1.某種鋰離子電池的正極材料是將含有鈷酸鋰某種鋰離子電池的正極材料是將含有鈷酸鋰(LiCoO(LiCoO2 2) )的正極

52、粉均勻涂覆在鋁箔上制成的的正極粉均勻涂覆在鋁箔上制成的, ,可以再生利用。某可以再生利用。某校研究小組嘗試回收廢舊正極材料中的鈷。校研究小組嘗試回收廢舊正極材料中的鈷。(1)25(1)25時時, ,用圖甲所示裝置進行電解用圖甲所示裝置進行電解, ,有一定量的鈷以有一定量的鈷以CoCo2+2+的形式從正極粉中浸出的形式從正極粉中浸出, ,且兩極均有氣泡產生且兩極均有氣泡產生, ,一一段時間后正極粉與鋁箔剝離。段時間后正極粉與鋁箔剝離。陰極的電極反應式為陰極的電極反應式為LiCoOLiCoO2 2+4H+4H+ +e+e- -=Li=Li+ +Co+Co2+2+ + 2H2H2 2O O、_。陽極

53、的電極反應式為陽極的電極反應式為_。該研究小組發現硫酸濃度對鈷的浸出率有較大影響，該研究小組發現硫酸濃度對鈷的浸出率有較大影響，一定條件下，測得其變化曲線如圖乙所示。當一定條件下，測得其變化曲線如圖乙所示。當c(Hc(H2 2SOSO4 4)0.4 molL)0.4 molL-1-1時，鈷的浸出率下降，其原因時，鈷的浸出率下降，其原因可能為可能為_。(2)(2)電解完成后得到含電解完成后得到含CoCo2+2+的浸出液，且有少量正極粉的浸出液，且有少量正極粉沉積在電解槽底部。用以下步驟繼續回收鈷。沉積在電解槽底部。用以下步驟繼續回收鈷。寫出寫出“酸浸酸浸”過程中正極粉發生反應的化學方程式：過程中

54、正極粉發生反應的化學方程式：_。該步驟一般在該步驟一般在8080以下進行，溫度不能太高的原因是以下進行，溫度不能太高的原因是_。已知已知(NH(NH4 4) )2 2C C2 2O O4 4溶液呈弱酸性，下列關系中正確的溶液呈弱酸性，下列關系中正確的是是_(_(填字母序號填字母序號) )。a.c( )c( a.c( )c( )c(H)c(H+ +)c(OH)c(OH- -) )b.c(Hb.c(H+ +)+c( )=c(OH)+c( )=c(OH- -)+c( )+c( )+c( )+c( ) )c.c( )+c(NHc.c( )+c(NH3 3HH2 2O)=2c( O)=2c( )+c(

55、)+c( )+)+c(Hc(H2 2C C2 2O O4 4)4NH224C O4NH224C O4NH224C O24HC O24HC O(3)(3)已知所用鋰離子電池的正極材料為已知所用鋰離子電池的正極材料為xg,xg,其中其中LiCoOLiCoO2 2(M=98 gmol(M=98 gmol-1-1) )的質量分數為的質量分數為a%,a%,則回收后得到則回收后得到CoCCoC2 2O O4 42H2H2 2O(M=183 gmolO(M=183 gmol-1-1) )的質量不高于的質量不高于_g_g。【解析】【解析】(1)(1)陰極發生得電子的還原反應陰極發生得電子的還原反應, ,當當L

56、iCoOLiCoO2 2放電完畢后是放電完畢后是H H+ +放電生成氫氣。陽極是放電生成氫氣。陽極是OHOH- -放電生成氧放電生成氧氣。氣。硫酸濃度大硫酸濃度大, ,則則c(Hc(H+ +) )大大,H,H+ +優先放電優先放電, ,使鈷的浸使鈷的浸出率下降。出率下降。(2)(2)LiCoOLiCoO2 2中中CoCo是是+3+3價，根據流程加入價，根據流程加入H H2 2O O2 2后變為后變為CoCo2+2+，則，則H H2 2O O2 2表現氧化性，反應生成氧氣。表現氧化性，反應生成氧氣。根據組成根據組成知知c( )c( )c( )c( )，溶液呈酸性，則，溶液呈酸性，則c(Hc(H+

57、 +)c(OH)c(OH- -) )，由于水解是微弱的，則由于水解是微弱的，則c( c( )c(H)c(H+ +) )，a a正確；正確；b b中是中是電荷守恒式，電荷守恒式，c( c( ) )前的化學計量數應是前的化學計量數應是2 2，錯誤；，錯誤；c c滿足物料守恒，正確。滿足物料守恒，正確。224C O4NH224C O224C O(3)LiCoO(3)LiCoO2 2的物質的量是的物質的量是 molmol，根據鈷原子守，根據鈷原子守恒，則生成的恒，則生成的CoCCoC2 2O O4 42H2H2 2O O的質量是的質量是 g g，再考慮，再考慮回收過程中鈷的損失，所得回收過程中鈷的損失

58、，所得CoCCoC2 2O O4 42H2H2 2O O的質量不高的質量不高于于 。x a%98183x a%98183x a%98答案：答案：(1)(1)2H2H+ +2e+2e- -=H=H2 24OH4OH- -4e-4e- -=O=O2 2+2H+2H2 2O(O(或或2H2H2 2O-4eO-4e- -=O=O2 2+4H+4H+ +) )H H+ +與與LiCoOLiCoO2 2在陰極的還原反應相互競爭，當在陰極的還原反應相互競爭，當c(Hc(H+ +) )增增大時，參與放電的大時，參與放電的H H+ +增多增多( (或有利于或有利于H H+ +放電放電) )，所以鈷，所以鈷的浸出

59、率下降的浸出率下降(2)(2)2LiCoO2LiCoO2 2+H+H2 2O O2 2+3H+3H2 2SOSO4 4=Li=Li2 2SOSO4 4+2CoSO+2CoSO4 4+O+O2 2+4H+4H2 2O O防止防止H H2 2O O2 2受熱分解受熱分解a a、c c(3)(3)183x a%982.(20162.(2016泉州模擬泉州模擬) )回收利用煉銅工業產生的排放物，回收利用煉銅工業產生的排放物，既能節約資源，又能保護環境。既能節約資源，又能保護環境。(1)(1)用氨水吸收尾氣中的用氨水吸收尾氣中的SOSO2 2后后, ,再加入硫酸再加入硫酸, ,可獲得可獲得SOSO2 2

60、和和(NH(NH4 4) )2 2SOSO4 4兩種產品。相關反應的化學方程式為兩種產品。相關反應的化學方程式為_。(2)(2)煙灰中金屬元素以硫酸鹽和氧化物形態存在煙灰中金屬元素以硫酸鹽和氧化物形態存在, ,其中其中鋅、鉛的含量最大鋅、鉛的含量最大, ,其次為銅、鐵等。煙灰的回收利用其次為銅、鐵等。煙灰的回收利用工藝如下工藝如下: :“沉銅沉銅”可得到單質銅可得到單質銅, ,該步驟應加入的試劑是該步驟應加入的試劑是_。“一次浸取一次浸取”銅浸出率較低銅浸出率較低, ,原因是煙灰中部分銅元原因是煙灰中部分銅元素以素以_(_(填化學式填化學式) )殘留在浸出渣中殘留在浸出渣中,“,“二次浸取二次