鞏固練習42化學與材料制造和應用時間：45分鐘分值：100分1．(10分)鋼鐵工業對促進經濟和社會發展起了重要作用。(1)煉鐵高爐分為五部分，鐵礦石與高溫煤氣主要在______部分發生反應，在________部分開始生成生鐵和爐渣。(2)煉鋼時，除磷的化學方程式為____________________；加入硅、錳和鋁的目的是__________________________________________________。(3)不銹鋼含有的Cr元素是在煉鋼過程的氧吹________加入(填“前”或“后”)，原因是__________________________________________________。(4)煉鐵和煉鋼生產中，尾氣均含有的主要污染物是______________。從環保和經濟角度考慮，上述尾氣經處理可用作__________________________。[答案](1)爐身爐腰(2)2P＋5FeO＋3CaOeq\o(=,\s\up7(高溫))Ca3(3)后避免Cr被氧化(或“氧吹前加入Cr會形成爐渣被除去”)(4)CO燃料(或還原劑)[解析]高爐煉鐵時，從底部生成的煤氣在爐身部分與鐵礦石發生反應，在下部即爐腰生成生鐵和爐渣。2．(12分)下面是高爐煉鐵及工業煉鋼的工藝示意圖：根據上面的示意圖回答下列問題：(1)煉鐵的原料Ⅰ為固體混合物，其中除鐵礦石、焦炭外，還有________________，原料Ⅱ為________________。(2)高爐氣是煉鐵過程中的尾氣，該氣體對環境有害，而現代工業提倡節能降耗，所以可以從高爐氣中提取回收氣體________用作燃氣。(3)寫出煉鐵高爐中發生的氧化還原反應的化學方程式：______________________________________________________________________________________________________________________________。(4)百煉成鋼是一個俗語，百煉成鋼的原料是生鐵，產物為鋼。百煉成鋼的冶煉爐名稱是________，該冶煉過程需要吹入氧氣，主要目的是除去生鐵中的________。(5)寫出高爐煉鐵的爐渣的一種用途：______________________________。[答案](1)石灰石空氣(2)CO(3)C＋O2eq\o(=,\s\up7(點燃))CO2、CO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))2CO、3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2(4)煉鋼轉爐碳(5)制造水泥(或鋪路等)[解析](1)煉鐵原料中鐵礦石提供鐵元素，焦炭是還原劑并提供熱量，石灰石造渣，除去鐵礦石中的脈石，空氣中的氧氣與焦炭反應生成還原劑CO。(2)高爐氣中的成分是二氧化碳、一氧化碳和氮氣等。(3)煉鐵高爐中反應很多，其中既有氧化還原反應，又有非氧化還原反應。(4)煉鋼是一個復雜的工藝，利用的原料是煉鐵所得的生鐵，由于生鐵中含有較多的碳及其他雜質，需要除去這些雜質。向煉鋼轉爐中吹入氧氣，碳與氧氣反應生成二氧化碳。(5)爐渣的主要成分是硅酸鈣。3．(12分)重晶石礦的主要成分為硫酸鋇，純凈的硫酸鋇才能供醫用作“鋇餐”，在對某些內臟器官進行X射線透視時服用。硫化鋇是可溶于水的鹽。討論用重晶石礦制硫酸鋇，設計流程如下：(1)寫出步驟①的化學反應方程式__________________，該反應產生的氣體具有________等用途。(2)為進行②反應先要分離出硫化鋇溶液，采用的方法是________。在此之前要在溶液中滴入少量Ba(OH)2溶液，其作用是：__________________________。(3)若B物質在該生產過程中可循環使用，則③反應的化學方程式是：________________________________________________________________________。(4)有人提出②反應產生了有臭雞蛋氣味的有毒氣體，可采用改變反應物的方法使無該氣體產生，則改變后的②反應的化學方程式是：____________________。此時若要B物質還能循環使用，則C為________(寫化學式)。(5)BaSO4是因為具有______________、________________等性質而可用作“鋇餐”的。[答案](1)BaSO4＋4Ceq\o(=,\s\up7(高溫))BaS＋4CO↑作燃料、冶煉金屬(2)溶解、過濾防止BaS發生水解(3)BaCl2＋H2SO4=BaSO4↓＋2HCl(4)BaS＋CuCl2=CuS↓＋BaCl2CuSO4(合理即可)(5)既不溶于水也不溶于酸不能被X射線透過[解析](1)反應物是BaSO4、焦炭，由元素守恒可知還原性有毒氣體是CO：BaSO4＋4Ceq\o(=,\s\up7(高溫))BaS＋4CO↑。(2)因BaS可溶于水，而S2－能夠發生水解，故為防止其水解應滴入少量Ba(OH)2。(3)根據流程圖知B應為HCl，故C為H2SO4。(4)為防止產生有毒氣體，可將S2－轉化為沉淀的方式，故可向其中加入CuCl2進行轉化。此時溶液A為BaCl2溶液，加入C(CuSO4)生成BaSO4和物質B(CuCl2)，B能循環使用，符合題意。符合本題還有其他答案，合理即可。4．(14分)(1)寫出下列冶煉金屬的化學反應方程式：①用紅鋅礦(ZnO)冶煉鋅_____________________________________________________________；②用磁鐵礦(Fe3O4)冶煉鐵____________________________________________________________________；③用食鹽(NaCl)冶煉鈉_____________________________________________________________________。(2)高溫灼燒孔雀石[Cu2(OH)2CO3]和木炭的混合物可得到一種紫紅色光澤的金屬，其反應的化學方程式為_____________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)用純凈的鋁土礦(Al2O3)、冰晶石和二氧化錳作原料可制取金屬錳(冰晶石作Al2O3的溶劑)，其化學反應方程式為____________，____________。(4)請簡述幾種常見的防止金屬腐蝕的方法_____________________________________________________________________________________________________________________________________________(不低于三種)。[答案](1)①ZnO＋COeq\o(=,\s\up7(△))Zn＋CO2②Fe3O4＋4COeq\o(=,\s\up7(△))3Fe＋4CO2③2NaCleq\o(=,\s\up7(通電))2Na＋Cl2↑(2)Cu2(OH)2CO3eq\o(=,\s\up7(△))2CuO＋H2O＋CO2↑2CuO＋Ceq\o(=,\s\up7(△))2Cu＋CO2↑(3)2Al2O3eq\o(=,\s\up7(通電),\s\do5(冰晶石))4Al＋3O2↑3MnO2＋4Aleq\o(=,\s\up7(高溫))3Mn＋2Al2O3(4)發藍、電鍍、犧牲陽極法、外加電流法等(任寫三種)5．(9分)現在的鋼鐵廠主要采用高爐煉鐵，高爐煉鐵基本流程圖如下：煉鐵時將經過處理的鐵礦石、焦炭和石灰石從爐頂裝入，從高爐下部吹入1000℃～1300℃的熱空氣，煉鐵時發生的主要反應為：C＋O2eq\o(=,\s\up7(點燃))CO2，C＋CO2eq\o(=,\s\up7(高溫))2CO，Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2(1)鐵礦石、焦炭和石灰石從爐頂裝入而空氣從高爐下部吹入是為了________________________________________________________________。(2)焦炭是煙煤在隔絕空氣的條件下，加熱到950℃～1050(3)石灰石主要用于除去鐵礦石中的SiO2和生成的SO2等雜質，生成爐渣，請用化學方程式表示該過程_________________________________________________________________________________________________________________________________________。[答案](1)使反應物充分接觸，提高原料利用率(2)減少焦炭用量，降低成本(3)CaCO3eq\o(=,\s\up7(高溫))CaO＋CO2↑，CaO＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3，CaO＋SO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSO3[解析](2)焦炭和煤的主要成分都是碳，根據題中信息焦炭由煤隔絕空氣加強熱得到，所以焦炭的價格肯定比煤高，現代高爐煉鐵在吹入熱空氣的同時也噴入一些煤粉、油或天然氣等含碳物質代替部分焦炭從而降低成本。6．(15分)(2023·廣東，32)由熔融鹽電解法獲得的粗鋁含一定量的金屬鈉和氫氣，這些雜質可采用吹氣精煉法除去，產生的尾氣經處理后可用于鋼材鍍鋁。工藝流程如下：(注：NaCl熔點為801℃；AlCl3在181(1)精煉前，需清除坩堝表面的氧化鐵和石英砂，防止精煉時它們分別與鋁發生置換反應產生新的雜質，相關的化學方程式為①______________和②______________。(2)將Cl2連續通入坩堝中的粗鋁熔體，雜質隨氣泡上浮除去。氣泡的主要成分除Cl2外還含有________；固態雜質粘附于氣泡上，在熔體表面形成浮渣，浮渣中肯定存在________。(3)在用廢堿液處理氣體A的過程中，所發生反應的離子方程式為________________________________________________________________________。(4)鍍鋁電解池中，金屬鋁為________極，熔融鹽電鍍液中鋁元素和氯元素主要以AlCleq\o\al(－,4)和Al2Cleq\o\al(－,7)形式存在，鋁電極的主要電極反應式為________________________________________________________________________。(5)鋼材鍍鋁后，表面形成的致密氧化鋁膜能防止鋼材腐蝕，其原因是________________________________________________________________________。[答案](1)Fe2O3＋2Aleq\o(=,\s\up7(高溫))Al2O3＋2Fe3SiO2＋4Aleq\o(=,\s\up7(高溫))2Al2O3＋3Si(2)HCl、AlCl3NaCl(3)Cl2＋2OH－=ClO－＋Cl－＋H2O、H＋＋OH－=H2O(4)陽Al－3e－＋7AlCleq\o\al(－,4)=4Al2Cleq\o\al(－,7)(5)致密的氧化鋁膜將內層金屬與外界隔離[解析]本題以工業上粗鋁的提純為載體考查了元素化合物的性質，電解原理的應用以及金屬的防護等知識。(1)Fe2O3、SiO2和金屬Al在高溫下發生置換反應；(2)由題意雜質中還存在H2，H2與Cl2結合形成HCl，高溫下Cl2也能與Na和Al反應生成NaCl和AlCl3(700℃時升華形成氣體)。(3)冷凝后的氣體Cl2和HCl均能與堿液反應；(4)電鍍時，鍍層金屬作陽極，失電子形成陽離子，即Al失電子形成Al3＋，Al3＋再與AlCleq\o\al(－,4)結合形成Al2Cleq\o\al(－,7)；(5)致密的氧化膜附著在鋼材表面，阻止了內部金屬與空氣的接觸。7．(14分)無論是從在國民經濟中的地位來看，還是從科學發展的角度來看，硅都發揮著重要的作用。(1)人類使用硅酸鹽產品(陶瓷等)的歷史已經快一萬年了，但在1823年才獲得單質硅，瑞典化學家貝采利烏斯用金屬鉀還原SiF4獲得單質硅，寫出化學方程式_________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)由于制取方法和條件的不同，得到的單質硅形態不同，其性質也不同。①用鋁熱法還原氟硅酸鉀制得較純凈的晶體硅：4Al＋3K2SiF6eq\o(=,\s\up7(高溫))3Si＋2KAlF4＋2K2AlF5，關于該反應的說法正確的是________(填序號)。A．Al是還原劑B．氧化產物只有KAlF4C．每轉移6NA電子，得到42gSiD．Al元素在KAlF4和K2AlF5中化合價不同②用白砂子與鎂粉混合在高溫條件下得到無定形硅，反應的化學方程式為__________________________________________________________________。③無定形硅和晶體硅的結構有很大的差別，無定形硅為棕色粉末，而晶體硅是純灰色、不透明而有光澤的等軸八面晶體，無定形硅的化學性質比晶體硅活潑得多。通過上述描述你能得出的結論是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)硅在煉鋼時用作脫氧劑，還原在冶煉過程中所形成的FeO，化學方程式為_________________________________________________________________。(4)在野外，為了迅速得到氫氣，用硅粉與干燥的Ca(OH)2和NaOH混合，并加強熱，即可迅速得到H2、Na2SiO3、CaO。這種混合物叫做生氫劑。請寫出該反應的化學方程式：________________________________________________________________________。(5)單晶硅制作的半導體元件表面鍍膜，使各元件之間彼此絕緣，以防短路，表面氧化(生成一氧化硅)技術前景廣闊。以上信息說明一氧化硅具有________性，用電解法對硅表面處理生成SiO薄膜時，硅應作電解池的________極。(6)硅橡膠是一種耐高溫、低溫，耐油，化學性質穩定的高分子合成材料，用于制造衛星部件、人體器官等。現以為原料合成硅橡膠()，需要發生反應的主要類型有________、________。[答案](1)4K＋SiF4=Si＋4KF(2)①A、C②2Mg＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2MgO③晶體結構完美的單質比無定形單質穩定(3)CaO＋2FeO＋Sieq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋CaSiO3(4)Si＋2NaOH＋Ca(OH)2eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CaO＋2H2↑(5)電絕緣陽(6)水解反應(或取代反應)縮聚反應[解析](1)K可與SiF4發生置換反應生成Si。(2)①在反應中Al是還原劑，KAlF4和K2AlF5都是氧化產物，每轉移12mol電子，生成3molSi，所以轉移6NA電子，得到42gSi，在KAlF4和K2AlF5中Al均為＋3價。②Mg在高溫下置換SiO2中的硅。③同素異形體之間結構差異很大，因此性質也大不一樣。(3)FeO與Si反應生成Fe和SiO2，SiO2與加入的生石灰反應生成CaSiO3隨鋼渣除去。(4)由題意可知Si與Ca(OH)2、NaOH混合物加強熱的化學反應方程式為：Si＋Ca(OH)2＋2NaOHeq\o(=,\s\up7(高溫))CaO＋Na2SiO3＋2H2↑。(5)利用SiO的絕緣性使元件之間不發生短路或擊穿；由Si到SiO的過程是氧化反應，電解時應作陽極。(6)先水解生成，再經縮聚生成。8．(14分)隨著科技的進步，新材料在生活中的應用越來越廣泛，并已經滲透到人們生活中的各個方面。(1)應用納米新材料能給人民幣進行殺菌、消毒。我國納米專家王雪發明的