高考化学总复习：选修2.3《化学与材料的制造和应用》跟踪监测(含答案)

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1.无论是从在国民经济中的地位来看，还是从科学发展的角度来看，硅都发挥着重要的作用。

(1)人类使用硅酸盐产品(陶瓷等)的历史已经快一万年了，但在1823年才获得单质硅，瑞典化学家贝采利乌斯用金属钾还原SiF4获得单质硅，写出化学方程式：_______________________________________________。

(2)由于制取方法和条件的不同，得到的单质硅形态不同，其性质也不同。

①用铝热法还原氟硅酸钾制得较纯净的晶体硅：4Al+3K2SiF63Si+2KAlF4
+2K2AlF5，关于该反应的说法正确的是________(填序号)。

A.Al是还原剂
B.氧化产物只有KAlF4
C.每转移6N A电子，得到42 g Si
D.铝元素在KAlF4和K2AlF5中化合价不同
②用白砂子与镁粉混合在高温条件下得到无定形硅，反应的化学方程式为____
__________________。

③无定形硅和晶体硅的结构有很大的差别，无定形硅为棕色粉末，而晶体硅是纯灰色、不透明而有光泽的等轴八面晶体，无定形硅的化学性质比晶体硅活泼得多。

通过上述描述你能得出的结论是______________________________。

(3)硅在炼钢时用作脱氧剂，还原在冶炼过程中所形成的FeO，化学方程式为
___________________________________________。

(4)在野外，为了迅速得到氢气，用硅粉与干燥的Ca(OH)2和NaOH混合，并加强热，即可迅速得到H2、Na2SiO3、CaO。

这种混合物叫做生氢剂。

请写出该反应的化学方程式：___________________________________________。

(5)硅橡胶是一种耐高温、低温，耐油，化学性质稳定的高分子合成材料，用于制造卫星部件、人体器官等，现
以为原料合成硅橡胶()，需要发生反应的主要类型有________、________。

【解析】(1)K可与SiF4发生置换反应生成Si。

(2)①在反应3Si+2KAlF4+2K2AlF5中Al是还原剂，KAlF4和K2AlF5都是氧化产物，每转移12 mol 电子，生成3 mol Si，在KAlF4和K2AlF5中，Al均为+3价。

②Mg在高温下置换SiO2中的硅。

③同素异形体之间结构差异很大，因此性质也不相同。

(3)FeO与Si反应生成Fe和SiO2，SiO2与加入的生石灰反应生成CaSiO3随钢渣除去。

(4)由题意可知Si与Ca(OH)2、NaOH混合物加强热的化学反应方程式为Si+Ca(OH)2+2NaOH CaO+Na2SiO3+2H2↑。

(5)先水解生成，再经缩聚生成。

答案：(1)4K+SiF4Si+4KF
(2)①A、C ②2Mg+SiO2Si+2MgO
③晶体结构完美的单质比无定形单质性质稳定
(3)CaO+2FeO+Si2Fe+CaSiO3
(4)Si+2NaOH+Ca(OH)2Na2SiO3+CaO+2H2↑
(5)水解反应(或取代反应) 缩聚反应
【易错提醒】新型无机非金属材料与传统无机非金属材料的区别
(1)成分——前者为非金属单质或非金属与非金属、非金属与金属的化合物；后者主要是硅酸盐。

(2)用途——前者用于光电子、航空航天、军工等领域；后者用作玻璃、陶瓷、水泥、砖瓦以及耐火材料。

【加固训练】(2018·西安模拟)材料是人类生存和发展的重要物质基础，随着科学技术的发展，人们使用材料的种类、数量和质量也随着不断地发展，生产、生活的条件和质量也随之发生深刻的变化。

请回答下列问题：(1)无机非金属材料包括传统无机非金属材料和新型无机非金属材料，下列属于新型无机非金属材料的是________(选字母代号)。

a.复合材料
b.单晶硅
c.金刚石
d.石墨
e.碳-60
f.玻璃
(2)撑杆跳项目中运动员使用的撑杆材料是复合材料。

这种材料由________和增强体两部分组成，其中增强体的作用是_________________________________
____________________________________。

(3)玻璃和水泥是两种用途极为广泛的材料。

工业上制备这两种材料使用的共同原料是__________________。

(4)铁是重要的金属材料，用铁矿石(主要成分是Fe2O3)冶炼铁是在________(填写工业生产设备名称)中完成的，这种方法冶炼出来的产品是生铁，该产品是炼钢的原料，炼钢的原理是________________________________。

(5)合成高分子材料的小分子叫________。

某聚乙烯车间打算合成 4.2×103kg的聚乙烯，则需要投料(乙烯)_______ _mol。

(假设反应过程不存在损失)
【解析】(1)复合材料中可以有有机材料；玻璃属于传统的无机非金属材料。

(2)复合材料由起黏结作用的基体和起骨架作用的增强体两部分组成。

(3)制备玻璃的原料是石灰石、纯碱和石英；制备水泥的材料是黏土、石灰石。

(4)铁矿石与还原剂在炼铁高炉中反应，生成含有杂质的生铁，生铁除去过多杂质，并适当调整碳的含量就可以得到钢。

(5)乙烯合成聚乙烯的反应中乙烯中的原子完全转化为聚乙烯中的原子，原子转化率为100%，故聚乙烯的质量就是乙烯的质量。

答案：(1)b、c、d、e
(2)基体骨架作用(或答“支撑作用”)
(3)石灰石(或答“CaCO3”)
(4)炼铁高炉在高温下用氧化剂除去生铁中的杂质，调整碳的含量，再添加其他硅、锰等元素调整其成分
(5)单体 1.5×105
2.材料是人类生存和社会进步的物质基础，不同的材料功能各不相同。

以下都是有关材料的内容，试根据所给内容回答问题。

(1)氢能是未来能源最佳选择之一，氢能的利用涉及氢的储存、输送和使用。

贮氢合金是解决氢的储存等问题的重要材料。

贮氢合金中最具代表性的是镧镍合金(LaNi5)，已知LaNi5(s)+3H2(g)LaNi5H6(s) ΔH＝-31.77 kJ·mol-1；
镧镍合金的熔点比镧、镍的熔点________(填“高”“低”或“介于两者之间”)，根据反应原理，形成LaNi5H6的化学反应条件是________，最近有人提出可以研制出一种性能优越的催化剂，可以大大提高贮氢合金的贮氢能力，你认为该讲法可信吗？________(填“可信”或“不可信”)，其理由是_________
_______________。

(2)无机非金属材料是日常生活中不可缺少的物质，它们往往具有高强度，耐高温，耐腐蚀的特点。

Si3N4就是一种重要的精细陶瓷，合成氮化硅的方法之一为3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO。

Si3N4属于____________晶体，在上述反应中氧化剂为____________。

(3)有机高分子材料形式多样，ABS树脂广泛用于制造电讯器材，汽车、飞机零部件和各种仪器的外壳，它的结
构可以表示为，
试写出对应单体的结构简式CH2＝CH—CN、______________、________________。

【解析】(1)合金的熔点比各单一组分的熔点低；根据反应方程式可知生成贮氢合金的反应是气体体积减小的放热反应，加大压强、降低温度有利于合金的生成，但催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡，更不能提高合金的贮氢能力。

(2)由反应方程式可知氮元素化合价降低，碳元素化合价升高，故N2为氧化剂，Si3N4强度高，耐高温，应属于原子晶体。

(3)由高聚物的链节的结构特点分析可知应由三种单体聚合生成，单体有
CH2＝CH—CN、CH2＝CH—CH＝CH2、。

答案：(1)低低温、高压不可信该反应是可逆反应，使用催化剂只能改变反应速率，不能使平衡移动，更不可能大大提高贮氢合金的贮氢能力
(2)原子N2
(3)CH2＝CH—CH＝CH2
3.(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+SiO2CaSiO3+CO2↑，若在上述条件下，把1 000ag CaCO3和60ag 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，反应的化学方程式为2ZnS+3O22ZnO+2SO2；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，反应的化学方程式为2C+O22CO或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(饱和)NaHCO3↓+NH4Cl；2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O；CO2是制碱工业的重要原料，联合制碱法中CO2于合成氨工业的废气。

(4)1 000ag CaCO3的物质的量为＝10amol，在高温下加热SiO2和CaCO3固体混合物发生反应
CaCO3CaO+CO2↑，CaO+SiO2CaSiO3，反应生成二氧化碳的物质的量等于碳酸钙的物质的量，即10amol二氧化碳，标准状况下二氧化碳的体积为22.4 L·mol-1×10amol＝224aL。

答案：(1)①2ZnS+3O22ZnO+2SO2
2C+O22CO或ZnO+CO Zn+CO2
②将烟道气净化，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，熔化后不导电
(3)NH3+CO2+H2O+NaCl(饱和)NaHCO3↓+NH4Cl、
2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O 合成氨厂
(4)224aL
【加固训练】化学工艺的实现涉及很多问题，如化学反应原理、原料的选择、工艺流程、综合经济效益等。

请回答下列有关问题：
(1)氨是最重要的氮肥，其合成原理为N 2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH＝
-92.4 kJ·mol-1。

1998年希腊科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+)，实现了高温常压下高转化率的电化学合成氨。

其实验装置如图，则正极的电极反应式为____________________。

(2)已知热化学方程式：
Mg(OH)2(s)MgO(s)+H2O(g) ΔH1＝+81.5 kJ·mol-1
Al(OH)3(s)Al2O3(s)+H2O(g) ΔH＝+87.7 kJ·mol-1
①Mg(OH)2和Al(OH)3起阻燃作用的主要原因是 __。

②等质量Mg(OH)2和Al(OH)3相比，阻燃效果较好的是___________________，原因是__________________________________。

(3)工业上，铝的生产流程如图所示：
①写出从铝土矿(主要成分是氧化铝，含量低)中获得符合要求的氧化铝(纯度高)的化学方程式：________________________________________________。

②电解氧化铝时，加入________(填物质名称)帮助降低熔点。

【解析】(1)正极上N2发生还原反应，且H+向正极移动参与反应。

(3)①首先铝土矿与NaOH溶液反应，分离出Fe2O3，Al2O3转化为NaAlO2，然后通入CO2，NaAlO2转化为Al(OH)3，最后Al(OH)3受热分解得到Al2O3。

答案：(1)N2+6H++6e-2NH3
(2)①Mg(OH)2和Al(OH)3受热分解时吸收大量的热，使环境温度下降；同时生成的耐高温、稳定性好的MgO、Al2O3覆盖在可燃物表面，阻燃效果更佳
②Mg(OH)2
Mg(OH)2吸热效率为81.5 kJ·mol-1÷58 g·mol-1＝1.41 kJ·g-1，Al(OH)3吸热效率为87.7 kJ·mol-1÷78 g·mol-1＝1.12 kJ·g-1，等质量的Mg(OH)2比Al(OH)3吸热多
(3)①Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2O，
NaAlO2+2H2O+CO2Al(OH)3↓+NaHCO3，
2Al(OH)3Al2O3+3H2O
②冰晶石(六氟合铝酸钠)(或氟化钙)
4.(2018·遵义模拟)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：
该工艺的主要流程如下：
请回答下列问题。

(1)工业上由V 2O 5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H 2C 2O 4溶液，滴定(VO 2)2SO 4溶液，以测定反应②后溶液中含钒量：V
+H
2C 2O 4+H
+
VO 2+
+CO 2+X 。

X 为____________(写化学式)。

(5)经过热重分析测得：NH 4VO 3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NH 4VO 3在分解过程中________________(填序号)。

A.先分解失去H 2O ，再分解失去NH 3 B.先分解失去NH 3，再分解失去H 2O C.同时分解失去H 2O 和NH 3 D.同时分解失去H 2、N 2和H 2O
【解析】(1)由V 2O 5冶炼金属钒常用铝热剂法，即铝与V 2O 5反应生成V ： 3V 2O 5+10Al
6V+5Al 2O 3。

(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VOSO 4，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V 2O 5，将V 2O 5转化为可溶性的VOSO 4。

(3)根据NH4VO3难溶于水，利用复分解反应沉淀V，反应为N+V
NH4VO3↓。

(4)根据得失电子相等可写出的离子方程式为2V+H2C2O4+2H+2VO2++2CO2
+2H2O。

(5)若NH4VO3焙烧分解放出氨气和水，反应为
2NH4VO3V2O5+2NH3↑+H2O
234 g 34 g 18 g
放出的氨气质量与水的质量比为34∶18，与图象两段固体的减少值之比接近(开始为0～32.0 g多一点，曲线到200℃时曲线开始平直；到约为300℃时又开始减少，到350℃时减少约48 g-32 g＝16 g时就不再变化)，所以NH4VO3在焙烧过程中先分解失去NH3，再分解失去H2O。

答案：(1)3V2O5+10Al6V+5Al2O3
(2)将V2O5转化为可溶性的VOSO4
(3)N+V NH4VO3↓(4)H2O (5)B
5.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。

(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
SiHCl3(粗)SiHCl3(纯)高纯硅。

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-x Al x O x N y(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：SiHCl 3+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价，Al为+3价，O为-2价，N为-3价，利用化合价的代数和为0可求得关系式。

答案：(1)①d ②P
(2)①Si+3HCl SiHCl3+H2
②H2发生爆炸(或产品不纯)
(3)①3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl
②8-x 耐高温、热稳定性好、高强度、高硬度、耐磨损等(合理答案均可，写其中两种即可)
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