2019届一轮复习人教版探索生活材料学案

2019届一轮复习人教版探索生活材料学案

‎2019年全国卷高考化学总复习《探索生活材料》专题突破 ‎【考纲要求】 　　1、了解合金、概念、组成、性能、用途； 　　2、能描述金属腐蚀的化学原理、金属防护的常用方法； 　　3、了解水泥、玻璃和陶瓷的主要生产原料、化学成分及其用途；认识光导纤维和高温结构陶瓷等新型材料； 　　4、生活中常用合成高分子材料的化学成分、性能以及高分子材料的使用对人类生活质量和环境质量的影响； 　　学习重点： 　　1、各种生活材料的成分、用途及性能 　　2、玻璃陶瓷和水泥的主要成分和生产原理 　　学习难点：析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应方程式 【考点梳理】 考点一、合金 　　1．合金：由两种或两种以上金属(或与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。 　　2．合金的物理性质 　　（1）一般情况下，合金比纯金属硬度大。原因：合金内加入了其他元素或大或小的原子，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难。因此，在一般情况下，合金比纯金属硬度大。 　　（2）多数合金的熔点一般比各成分金属的低 　　（3）合金具有良好的物理、化学和机械的性能。‎ 要点诠释：‎ ‎①合金具有固定的熔沸点（有别于其他混合物）。不要认为合金为几种物质的简单混合。‎ ‎②不要认为只有不同的金属间能形成合金，金属与非金属熔合也可能形成合金，如生铁主要由铁和石墨组成。 ③合金的硬度一般比纯金属大，但钠、钾合金在常温下为液态。‎ ‎④一般来说，合金的性质并不是各成分金属性质的总和，而是“取长补短”；合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节。‎ ‎　3．使用合金 　　（1）铁合金 根据含碳量的不同，将铁的合金分为生铁和钢。‎ 生铁 钢 含碳量 ‎2％～4.3％‎ ‎0.3％～2％‎ 硅、锰含量 较多 较少 硫、磷含量 少量 几乎不含 性质 生铁硬度大、抗压、性脆，可铸不可锻 有良好的延展性，机械性能好，可铸可锻 分类 炼钢生铁 铸造生铁 球墨铸铁 碳素钢 合金钢 用途 制造机座、管道等 制造机械和交通工具等 ‎　　碳素钢和合金钢的比较 ‎　‎ 相同点 成分不同 性能 碳素钢 合金 铁的合金 含碳量高，硬度大；含碳量低，韧性较强 合金钢（如：不锈钢）‎ 在铁的合金中加入铬和镍 不锈钢在空气中比较稳定，不容易生锈，具有很强的抗腐蚀能力 ‎（2）铝合金 ‎　‎ 成分 性能 铝合金（硬铝）‎ 向Al中加入少量的合金元素如：Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素 ‎1、抗腐蚀能力强，强度高，密度较小，如：高压锅是由铝合金制造的 2、硬铝的性能 ‎　（3）铜合金——青铜，黄铜 　　青铜是我国使用最早的合金，含有铜、锡、铅等金属元素，用于制造机械零件；黄铜含有锌及少量的锡、铅、铝等，常用于制造船舶机械零件。 　（4）新型合金 　　包括贮氢合金、耐热合金、形状记忆合金等。 要点诠释：常见合金的组成、性能 组成 主要性质 主要用途 合金名称 镁铝合金 含有10％～30％的镁 强度和硬度都比纯铝和纯镁大 火箭、飞机、轮船等制造业 硬铝 含铜4％、镁0.5％、锰0.5％、硅0.7％‎ 强度和硬度都比纯铝大 火箭、飞机、轮船等制造业 合金钢 加入硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铜、稀土元素等 多种优良性能 用途广泛 锰钢 含锰9％～14％‎ 硬度和强度很大 制造粉碎机、球磨机、钢轨 黄铜 含锌20％～36％，常加入少量锡、铅、铝 有良好的强度和塑性、易加工、耐腐蚀 机器零件、仪表和日用品 青铜 含锡10％～30％‎ 有良好的强度和塑性、耐磨、耐腐蚀 机械零件如轴承、齿轮等 钛合金 含铝6％、钒4％‎ 耐高温、耐腐蚀、高强度 用于宇航、飞机、造船、化学工业 金合金 加入银、铜、稀土元素等 有光泽、易加工、耐磨、耐腐蚀、易导电 金饰品、电子元件、钱币、笔尖 考点二、金属的腐蚀与防护 　1．金属腐蚀的本质：金属原子（M）失去电子生成金属阳离子。‎ ‎ M－ne－==Mn+‎ ‎　2．化学腐蚀和电化学腐蚀的比较。‎ 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属跟接触的物质直接反应 不纯金属或合金跟电解质溶液接触 现象 不产生电流 有微弱的电流产生 反应 金属被氧化 较活泼的金属被氧化 相互关系 化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生 ‎　3．钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀。‎ ‎（1）吸氧腐蚀和析氢腐蚀的比较。‎ ‎ 类型 吸氧腐蚀 析氢腐蚀 条件 水膜呈弱酸性或中性 水膜呈酸性 正极反应（O2）‎ O2+2H2O+4e－==4OH－‎ ‎2H++2e－==H2↑‎ 负极反应（Fe）‎ Fe－2e－==Fe2+‎ Fe－2e－==Fe2+‎ 总反应式 ‎4Fe+3O2+6H2O==4Fe(OH)3‎ Fe+2H+==Fe2++H2↑‎ ‎（2）铁锈（Fe2O3·nH2O）的生成过程：钢铁发生吸氧腐蚀而生锈。发生的化学反应为：‎ ‎ 正极：O2+2H2O+4e－==4OH－‎ ‎ 负极：2Fe－4e－==2Fe2+‎ ‎ Fe2++2OH－==Fe(OH)2↓‎ ‎ 4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3‎ ‎ 2Fe(OH)3==Fe2O3·H2O+2H2O ‎ 要点诠释：‎ ‎①金属的腐蚀主要是电化学腐蚀。‎ ‎ ②在金属活动顺序表中H以后的金属只能发生吸氧腐蚀。‎ ‎ ③钢铁表面呈弱酸性的原因：H2O+CO2H2CO3、H2CO3HCO3－+H+。‎ ‎4．金属腐蚀的防护方法 　　(1)改变金属内部组成结构，可以增强金属耐腐蚀的能力。如将Cr、Ni等金属加进钢里制成合金钢。 　　(2)在金属表面覆盖一层保护层，以断绝金属与外界物质接触，达到耐腐蚀的效果如油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀（Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化物薄膜）金属。 　　(3)电化学保护法 　　①牺牲阳极的阴极保护法：形成原电池反应时，让被保护金属做正极、不反应、被保护；而活泼金属做负极、被氧化。例如：轮船外壳贴锌块，并及时更换。 　　注：牺牲阳极的阴极保护法实则消耗负极（如锌）、保护正极（如铁）。 　　②外加电源的阴极保护法，如大型水坝的船闸的保护就是让铁闸门和电源负极相连。 考点三、玻璃、陶瓷和水泥 　1．玻璃 　　（1）主要原料 　　纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)和石英(SiO2)。 ‎ ‎　　（2）生产原理：复杂的物理、化学变化，主要反应是：‎ Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑  　　CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑ 　　（3）玻璃的主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 　2．陶瓷 　　（1）主要原料：黏土； 　　（2）反应原理：复杂的物理、化学变化 　　（3）陶瓷的性质：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型。 　3．水泥 　　（1）主要原料：粘土和石灰石；辅助原料：石膏—作用是调节水泥硬化速度。 　　（2）反应原理：复杂的物理、化学变化 　　（3）主要成分：硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)等。 　　（4）主要性质：①水硬性；②吸水性。 　4．玻璃和陶瓷的新发展 　　（1）光导纤维 　　光导纤维简称光纤，是一种能高质量传导光的玻璃纤维。特点：传导光的能力非常强，信息量大，抗干扰性能好。不发生电辐射，防窃听，不怕腐蚀，铺设方便等。 　　（2）高温结构陶瓷 　　①氧化铝陶瓷：又称人造刚玉，具有熔点很高、硬度高的优点。可用于作坩埚、高温炉管、球磨机、高压钠灯的灯管等。 　　②氮化硅陶瓷 　　③碳化硅陶瓷等 考点四、塑料、纤维和橡胶 　1．合成材料 　　（1）塑料 　　①塑料：主要成分是合成树脂。 　　②树脂：是指还没有跟各种添加剂混合的高聚物。 　　③分类：按受热特征 ‎ ‎　　a：热塑性塑料—线型，受热软化，可反复塑制 　　b：热固性塑料—体型，加工成型后不受热熔化 　　（2）纤维 　　常见纤维的种类及主要性能如表 常见纤维 化学组成 主要性能 天然纤维 棉纤维 纤维素 吸水性好，易干，穿着舒适，不起静电，不耐磨 蚕丝 蛋白质 吸水性好，手感柔和，有光泽，不起静电，不起球 羊毛 蛋白质 弹性强，隔热性、保暖性好；水洗后收缩，易起球 化学纤维 人造纤维 纤维素 吸水性好，穿着舒适，不起静电，不耐洗；不耐穿 合成纤维 各种线性有机高分子 强度高，耐磨，不易染色；吸湿性、透气性差 ‎　　（3）橡胶 　　①天然橡胶：天然橡胶是一种以聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物。 　　②合成橡胶：以异戊二烯为单体进行聚合反应，就制得合成橡胶——异戊橡胶。随着石油化工的发展，人们开发了一系列的合成橡胶。常用的有丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等，它们都是通用橡胶。特种橡胶有耐热和耐酸碱的氟橡胶、耐高温和耐严寒的硅橡胶等。 　　③硫化橡胶：用硫与橡胶分子作用，使线性橡胶分子间通过硫桥交联起来，形成体型网状结构。‎ ‎2．复合材料 　　复合材料是以一种材料为基体，另一种材料为增强体组合而成的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。玻璃钢就是玻璃纤维和合成树脂组成的复合材料。 【典型例题】 类型一：合金 　例1．有关合金的叙述不正确的是（　　） 　　A．合金的熔点比它的各成分金属的熔点低 　　　B．合金一定是金属熔合而成的物质 　　C．合金的硬度和强度一般比纯金属高 　　　　　D．硬铝、黄铜、钢等均为合金 【思路点拨】合金是由两种或两种以上金属(或与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。‎ ‎【答案】B 　　【解析】合金有如下三个特征：熔、沸点一般比任一组分低，硬度比任一组分大，密度介于两者之间。 　　【总结升华】通过添加合金元素的种类、含量和生成合金的条件等调节其性能，使合金具有良好的物理、化学和机械的性能。其硬度比纯金属大、熔点一般比各成分金属的低。总之，合金的性质优于金属单质。另外根据人们的需要还研制出具有特殊功能、性质的新型合金。 　　举一反三：‎ ‎【变式1】以下叙述不正确的是（　　） 　　A．不锈钢是化合物　　　　　　　　　　　　　　　 ‎ B．黄铜是合金 　　C．钛和钛合金是制造飞机轮胎的重要材料 　　　　　‎ D．铝是地壳中含量最多的金属元素 【答案】A 　　【解析】不锈钢和黄铜都是合金，属于混合物。钛和钛合金因具有强度高、耐蚀性好等特点，被广泛用于各个领域。地壳中元素含量的前五位是氧、硅、铝、铁、钙。‎ ‎【变式2】下列说法不正确的是（　　）‎ ‎ A．我国最早使用的合金是由铜锌合金制成的青铜器 ‎ B．储氢合金是一类能大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料 ‎ C．一般汽车配件中的发动机使用的是密度小、强度大且耐腐蚀的铝合金材料 ‎ D．钛合金、形状记忆合金、耐热合金以及储氢合金都属于新型合金 ‎【答案】A ‎【解析】青铜器是指铜锡合金。‎ ‎ 类型二：金属的腐蚀与防护 例2．以下现象与电化学腐蚀无关的是（　　）‎ ‎ A．黄铜（铜锌合金）制作的锅锣不易产生铜绿 ‎ B．生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈 ‎ C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈 ‎ D．银质奖牌久置后表面变暗 ‎【思路点拨】电化学腐蚀发生的前提是：必须满足组成原电池的条件。‎ ‎【答案】D ‎ ‎【解析】A项中黄铜（铜锌合金）可以构成原电池，被腐蚀的金属应是金属性较强的锌而不是铜，所以不会产生铜绿。B项中生铁中含有碳，可以构成原电池从而使铁腐蚀生锈。C项中铁与铜接触构成原电池，铁比铜活泼，铁就被腐蚀生成铁锈。D项中银质奖牌是由较纯的银制作的，不构成原电池，久置后变暗是跟空气中的物质发生氧化还原反应造成的 ‎【总结升华】金属的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀，两者的本质区别是有无电流产生，这两种腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀要普遍得多；而电化学腐蚀中吸氧腐蚀发生的要多一些。 举一反三： 【变式1】有关钢铁腐蚀的说法正确的是（　　） 　　A．无论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，都是铁被腐蚀　 　　　‎ B．吸氧腐蚀时，负极放出氧气 　　C．析氢腐蚀时，正极放出氢气　　　　　　　　　　　　 ‎ D．化学腐蚀超过电化学腐蚀速度 　　【答案】AC ‎【变式2】钢铁闸门易被腐蚀，发生的原电池反应为：2Fe+2H2O+O2==2Fe(OH)2。以下说法正确的是（　　）‎ ‎ A．负极发生的反应为：Fe－3e－==Fe3+‎ ‎ B．正极发生的反应为：2H2O+O2+2e－==4OH－‎ ‎ C．可将闸门与锌块相连接以保护闸门不被腐蚀 ‎ D．钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易被腐蚀 ‎【答案】C ‎ ‎【解析】负极中铁失电子只能生成Fe2+；而不会生成Fe3+，A错；正极反应式为O2+2H2O+4e－==4OH－，B错；将铁闸门与锌连接后，锌为负极，首先被腐蚀，C对；钢柱在水下部分接触到的氧气少，不如在空气与水的交界处更容易被腐蚀，D错。‎ ‎【变式3】钢铁的锈蚀过程中，下列五种变化可能发生的是（　　）‎ ‎ ①Fe由+2价转化为+3价 ②O2被还原 ③H+被还原 ④有Fe2O3·H2O生成 ⑤杂质碳被氧化除去 A．①② B．③④ C．①②③④ D．①②③④⑤‎ ‎【答案】C ‎ ‎【解析】钢铁在发生电化学腐蚀时，依据介质的不同可以发生两类原电池反应，（1）当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时，发生析氢腐蚀，电极反应为：正极：2H++2e－==H2↑，负极：Fe－2e－==Fe2+；（2）当钢铁表面的电解质溶液酸性很弱或呈中性时，钢铁发生吸氧腐蚀，电极反应为：正极：O2+2H2O+4e－==4OH－，负极：2Fe－4e－==2Fe2+。同时在电解质溶液中还发生了如下一系列反应：Fe2++2OH－==Fe(OH)2↓，4Fe(OH)2+2H2O+O2==4Fe(OH)3，2Fe(OH)3==Fe2O3·H2O+2H2O。‎ 类型三：无机非金属材料 例3．有关材料的用途不正确的是（　　） 　　A．高温结构陶瓷可以制作耐酸设备 　　B．氧化铝陶瓷不可以用于制作耐高温设备 　　C．氮化硅陶瓷可以制造轴承　　　　 　D．光导纤维可用于传能传像、照明等 【思路点拨】高温结构陶瓷、氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、光导纤维等新型无机非金属材料具有很多优点，如耐高温、高硬度、不怕氧化等。 ‎ ‎【答案】B 　 【解析】高温结构陶瓷、氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷都是新型结构陶瓷，具有耐高温、耐酸碱、高硬度、不怕氧化等特点，AC正确，B错；光导纤维传导光的能力强，可用于通信、 传能传像、照明等。 　 【总结升华】制造玻璃、陶瓷、水泥等产品的工业都属硅酸盐工业，硅酸盐材料是传统无机非金属材料。硅酸盐制品性质稳定，熔点较高，大都难溶于水；缺点为质地较脆，经不起热冲击。注意记忆水泥、玻璃和陶瓷的主要化学成分、生产原料及生产原理。而新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的弱点，本身还具有很多优点，如耐高温、高硬度、不怕氧化等，如新型陶瓷——高温结构陶瓷。 举一反三： 【变式1】与普通玻璃成分相同的是（　　） 　　A．有色玻璃　　　　　B．钢化玻璃　　 　　C．光学玻璃　 　　　D．石英玻璃 ‎ ‎ 【答案】B 　　【解析】有色玻璃的成分是在原料中加入了一些金属氧化物（如氧化钴等），使玻璃有色；钢化玻璃是普通玻璃经加热、急速冷却得到的，所以成分与普通玻璃相同，但机械性能与普通玻璃不同；光学玻璃是指硼酸盐玻璃等；石英玻璃是指由较纯净的石英制得的玻璃。故本题选B。‎ ‎【变式2】下列说法正确的是（　　）‎ ‎ A．氮化硅、氧化铝均为高温结构材料 B．汽油、乙烯均为石油分馏产品 ‎ C．明矾、漂白粉均为自来水消毒剂 ‎ D．光导纤维、涤纶均为合成高分子材料 ‎【答案】A ‎【变式3】氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃反应获得。 　　①根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是____________（填序号） 　　A、制汽轮机叶片　　 　B、制有色玻璃 　　　C、制永久性模具 　　　D、制造柴油机 　　②写出N的原子结构示意图：__________，根据元素周期律知识，请写出氮化硅的化学式：_________。 　　③氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应。试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式：____________。 　　④现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为____________。 　　【答案】 　　①A、C、D 　　② ；Si3N4  　　③Si3N4+12HF=3SiF4+4NH3  　　④3SiCl4+2N2+6H2 Si3N4+12HCl