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第6节 材料的利用与发展
考点一、材料与人类社会发展
材料的发展历程：石器→陶器→青铜器→钢铁→合成材料→新型材料。
人类对金属材料的使用不仅与金属的活动性有关，还与金属冶炼的难易程度有关。如人类最早使用的金属材料是铜，目前使用最多的金属材料是铁及铁的合金。虽然地壳中含量最多的金属元素是铝，但由于铝的金属活动性较强，冶炼具有一定的难度，因而铝的利用比铜和铁晚的多。
典例1：（2023九上·余姚期末）随着计算机的日益普及和不断更新，废电脑中材料的回收利用逐渐引起人们的重视。写出电脑配件中两种常用材料的类别（填“金属材料”“矿物质材料”“高分子材料”）：
材料 铜 塑料
类别
【答案】金属材料；高分子材料
【解析】金属材料是指具有光泽、延展性、容易导电、传热等性质的材料。矿物材料是指天然产出的具有一种或几种可资利用的物理化学性能或经过加工后达到以上条件的矿物。常见的高分子材料有：塑料，橡胶，纤维等。
【解答】金属铜属于常见的一种金属，是制作电器的重要材料，应属于常见的金属材料，而塑料则是使用很广的有机高分子合成材料。
变式1：（2022九上·金华月考）金华市“创全国文明城市”活动进行得如火如荼，其中垃圾分类回收利用是检查项目之一。垃圾分类既能节约资源，又能减少污染，符合可持续发展的要求。例如：废弃易拉罐、旧电线、铝材下脚料等可归为一类回收，它们均属于（ ）
A．有机合成材料 B．金属材料
C．非金属材料 D．氧化物
【答案】B
【解析】根据易拉罐、电线、铝材都属于金属材料分析。
【解答】 废弃易拉罐、旧电线、铝材下脚料等都属于废弃的金属材料；
变式2：（2023九上·长兴期末）目前，铁在生活和生产中都有着非常重要的作用。
（1）铁与铬(Cr)、镍(Ni) 等金属熔合可形成“不锈钢”，用不锈钢丝和聚乙烯纤维为原料可制作耐酸防护服材料。以上叙述中不涉及到 (选填序号)。
A．合金 B．无机非金属材料
C．合成材料 D．复合材料
（2）某品牌的麦片中含微量铁粉，食用后可在胃酸的作用下转化为人体可吸收的铁元素，胃酸的主要成分是 (填化学式)。
【答案】（1）B （2）HCl
【解析】（1）根据各种材料的定义和分类解答；（2）根据胃酸的成分解答。
【解答】（1）不锈钢属于合金，聚乙烯纤维属于合成材料，而防护服材料属于合成材料，就是没有无机非金属材料，故选B。
（2）胃酸的主要成分为稀盐酸，化学式为HCl。
变式3：（2023·路桥模拟）芯片制造是半导体工业中重要的一环，如图中铜板、硅、塑料板、氢氟酸(HF)都是芯片制造工业中的常用材料，请按要求回答下列问题：
（1）如图半导体工业材料中，属于有机材料的是 。
（2）芯片制造过程中的蚀刻要用到氢氟酸(HF)，HF中F元素的化合价 ，它也能蚀刻玻璃，其中一个反应的化学方程式是：CaSiO3+6HF=CaF2+SiF4↑+3X，X的化学式为
【答案】（1）C （2）-1；H2O
【解析】常见的材料有：金属材料，如：生铁，钢，白铜，黄铜等；无机非金属材料，如 ：陶瓷，水泥，玻璃等。有机高分子材料，如：天然纤维，天然橡胶等；塑料，如聚乙烯，聚氯乙烯等；合成纤维，如涤纶，晴纶，尼龙等；合成橡胶，如丁苯橡胶，顺丁橡胶等；氢元素的化合价为正一价。可根据质量守恒定律：化学反应前后，原子的种类与数目保持不变来分析反应前后物质元素的组成。
【解答】（1）A、铜属于金属材料；B、硅是一种非金属单质；C、塑料属于有机合成材料；D、氢氟酸是一种酸。故答案为：C或塑料板；
（2）由质量守恒定律可知，化学反应前后，原子的种类与数目保持不变，反应前：1个钙原子、1个硅原子、3个氧原子、6个氢原子、6个氟原子；反应后：1个硅原子、4个氟原子、6个氢原子、3个氧原子，所以X 中含有1个钙原子和2个氟原子，其化学式为CaF2；故答案为：CaF2。
考点二、新型材料
新型材料：指新出现或正在发展中的、具有优异特性和功能并能满足技术进步所需的材料。
特点：具有优异特性和功能，与普通材料的性质差别很大。
当前，最引人注目的新型材料有：光电子信息材料、先进复合材料、超级陶瓷材料、新型金属材料新型高分子材料、超导材料、纳米材料等。
纳米材料：指其基本颗粒在1 ~ 100纳米范围内的材料。如：纳米陶瓷、新型纳米油墨、纳米铅粉等。纳米材料在机械强度、磁、光、声、热等方面和普通材料都有很大的不同。如纳米陶瓷具有很好的韧性；新型纳米油墨的色调更浓，书写的字迹色泽更好；将纳米铅粉加入固体燃料中，会使火箭推进器的前进速度加快好几倍。
典例1：（2023九上·金华期末）下列冬奥会比赛用品的材料不属于合成材料的是（ ）
A．冰壶壶体----花岗石
B．滑雪板基础材料-----聚乙烯
C．护目镜镜片----聚碳酸酯
D．冰 球----合成橡胶
【答案】A
【解析】根据合成材料包括塑料、合成纤维、合成橡胶分析。
【解答】花岗石属于无机非金属材料；
变式1：（2022九上·镇海区期末）石墨烯是单层碳原子面材料，由其制成的石墨烯薄膜，具有超薄超轻，超强导热性、导电性和超优光敏性等优点。下列说法错误的是（ ）
A．石墨烯是一种碳单质，可用于新型电池电极
B．石墨烯由碳元素组成，完全燃烧只生成CO
C．石墨烯薄膜材料可用于智能手机、平板电脑等设备的散热层
D．石墨烯薄膜材料可用于穿戴设备和无线传感等领域
【答案】B
【解析】根据文中所给石墨烯的特点分析。
【解答】A.石墨烯是一种碳单质，具有导电性，可用于新型电池电极 ，不符合题意；
B.石墨烯由碳元素组成，完全燃烧生成CO2 ，符合题意；
C.石墨烯薄膜材料超薄超轻，超强导热性，可用于智能手机、平板电脑等设备的散热层，不符合题意；
D.石墨烯薄膜材料具有超优光敏性等优点 ，可用于穿戴设备和无线传感等领域 ，不符合题意；
变式2：（2023·浙江模拟）自行车作为常用的代步工具，既轻便灵活，又符合环保要求，下图是一款自行车的示意图。请回答：
（1）所标物质中，属于有机合成材料的有 。
（2）车架表面刷漆主要是为了防锈，其原理是 。
【答案】（1）塑料、橡胶（2）隔绝空气（或氧气）和水
【解析】（1）根据合成材料包括塑料、合成纤维、合成橡胶分析；
（2）根据隔绝水和氧气的防锈原理分析。
【解答】（1）所标物质中，钢、不锈钢都属于金属材料，塑料、橡胶属于合成材料；
（2） 车架表面刷漆是隔绝空气中氧气和水，以达到防锈目的；
变式3：（2022九上·舟山期中）2021年3月26日，我国首次通过天问一号探测器拍摄到南、北半球火星侧身影像，化学材料在其中起到了重要的作用。
（1）探测器天线骨架涂有一层聚酯纤维网，聚酯纤维属于 （填“金属材料”、“合成材料”或“复合材料”）。
（2）天问一号在火星着陆后，将利用三结砷化镓太阳能电池作为其动力，制取砷化镓（GaAs）的化学原理为： ，Y的化学式为 。
【答案】（1）合成材料 （2）CH4
【解析】根据合成纤维为合成材料分析；
（2）根据反应前后原子种类和个数不变分析。
【解答】（1） 聚酯纤维属于有机合成材料；
（2）由所给反应方程式可知，反应前原子种类和个数为：碳3、氢12、镓1、砷1，反应后为：镓1、砷1，根据反应前后原子种类和个数不变可知，3Y中含有3个碳原子、12个氢原子，则Y化学式为CH4。
考点三、材料制造与环境保护
（一）实际生产和实验中选择某种物质的制备方法时，需考虑的因素有：
(1)科学性：制备过程中每步化学反应是否符合化学反应的规律；
(2)简便性：设计方案考虑实际设备情况，操作过程尽可能简便易行，如反应所需的条件和设备是否简单；
(3)经济性：所需原料是否易获取、成本是否低廉；
(4)安全性：操作过程是否存在安全隐患；
(5)环保性：生产过程是否会对环境造成污染。
（二）“绿色化学”
“绿色化学”又称为环境友好化学，它的主要特点如下：
(1)充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料；
(2)在无毒、无害的条件下进行反应，以减少废弃物向环境中的排放；
(3)提高原料的利用率，力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳，实现“零排放”；
(4)生产出有利于环境保护社会安全和人体健康的环境友好产品。“绿色化学”给化学家提出了一项新的挑战，其核心就是要利用化学原理从源头上消除污染，国际上对此十分重视。1995 年，美国设立了“总统绿色化学挑战奖”，以表彰那些在“绿色化学”领域中做出杰出贡献的企业家和科学家。“绿色化学”将使化学工业改变面貌，为子孙后代造福。
（三）工业“三废”及处理
(1)工业“三废”是指废水、废渣和废气。
(2)处理方法
①“废气”处理一般是安装回收设备，将尘粒和一氧化碳、二氧化硫等物质除去，一氧化碳可以回收再利用，二氧化硫可利用与碱溶液反应而除去。
②“废渣”的处理一般是制水泥或其他材料，变废为宝，如含磷的废渣可转化为磷肥等。
③“废水”的处理是建立污水处理厂，将废水中的有害金属转化为沉淀，制成所需要的金属材料等，废水处理达标后再排放到河流中或循环利用。
在化学工业中,除了要及时处理好“三废”，还要努力提高原料的利用率，增加产品的产量，从根本上降低生产对环境造成的污染。
典例1：（2023九上·鄞州期中）周末小科去超市采购了大米、猪肉、鲫鱼、牛奶，准备做一顿午餐。
（1）牛奶的外包装是一种塑料制品，塑料属于 （填“天然高分子”或“有机合成”）材料。（2）从均衡营养的角度考虑，你会建议小科再采购食材 （A .鸡蛋
B .豆腐 C .青菜）（3）宁波禁止在超市使用不可降解塑料袋，该举措的意义是
A．增加超市的利润 B．减少“白色污染”
【答案】（1）有机合成 （2）C （3）B
【解析】人体所需的七大类营养素：糖类、蛋白质、脂肪、水、无机盐、膳食纤维和维生素；有机合成材料有合成塑料、合成橡胶和合成纤维；
【解答】（1）有机合成材料有合成塑料、合成橡胶和合成纤维； 牛奶的外包装是一种塑料制品，塑料属于有机合成材料。
（2） 大米、猪肉、鲫鱼、牛奶中，大米的成分是糖类；猪肉、鲫鱼、牛奶的蛋白质；所以还应该添加C青菜，里面有膳食纤维和维生素；AB中主要的成分是蛋白质；
（3）宁波禁止在超市使用不可降解塑料袋，该举措的意义是减少白色污染；
变式1：（2022·金华模拟）生活垃圾通常可分为可回收物、有害垃圾、其他垃圾三类。处置矿泉水瓶正确方法是（ ）
A.扔进有害垃圾桶 B.扔进其他垃圾桶 C.扔进可回收物垃圾桶 D.看到应圾桶就扔选去
【答案】C
【解析】垃圾分类，指按一定规定或标准将垃圾分类储存、分类投放和分类搬运，从而转变成公共资源的一系列活动的总称。分类的目的是提高垃圾的资源价值和经济价值，力争物尽其用。矿泉水瓶属于废旧塑料，可以重新利用，因此应该扔进可回收物垃圾桶里；
变式2：全世界每年产生有害废物达3亿~4亿吨，对环境造成危害，威胁着人类生存，所以科学家提出“绿色化学”的概念。下列不属于“绿色化学”研究内容的是( )。
A.研究开发对环境无污染的清洁能源
B.研究开发可降解塑料
C.研究如何利用化学原理从源头消除污染
D.研究形状记忆合金的开发与应用
【答案】D
【解析】A、研究开发对环境无污染的清洁能源，可保护环境， 属于“绿色化学” ，不符合题意；
B、研究开发可降解塑料可减少白色污染，属于“绿色化学”，不符合题意；
C、研究如何利用化学原理从源头消除污染可保护环境，属于“绿色化学”，不符合题意；
D、研究形状记忆合金的开发与应用与环境没有直接关系，不属于“绿色化学”研究内容，符合题意；
变式3：（2022九上·舟山期中）某校科学兴趣小组成员对市区生活垃圾的成分作了调查，结果如图甲；取市垃圾填埋场不同深度的垃圾样品，测定铬(Cr)、铅(Pb)、砷(As)三种有害元素的含量，得到数据如图乙。请根据这些信息回答下列问题：
（1）从图甲可以看出该市生活垃圾的成分以 为主。
（2）下列对垃圾填埋场中有害元素含量的描述，正确的是_____。
A．有害元素含量随着垃圾堆放深度增加而增大
B．这三种有害元素在0~30cm层含量低于30~60cm层含量
C．这些垃圾因含有有害元素而毫无价值
（3）请你根据上述的信息，对于城市中垃圾处理方法提出几条合理的建议或设想（写出两点） 。
【答案】（1）有机物（或 A）
（2）B
（3）分类收集；分类回收；制成肥料；制沼气；垃圾发电； 回收废电池；不乱扔垃圾， 加强科研，提高垃圾利用效率等合理答案均可
【解析】根据题中所给图示结合垃圾的正确处理方式分析。
【解答】（1）由图甲可知，该市生活垃圾以有机物为主；
（2）由图示可知， 有害元素含量随着垃圾堆放深度增加不一定增大，A错误；这三种有害元素在0－30cm层含量小于30－60cm层含量，B正确；这些垃圾含有金属元素，虽然有害，但正确利用仍有价值，C错误；
（3）城市中垃圾应分类收集或制成肥料或制沼气或垃圾发电，要提醒市民不能乱扔垃圾等。
1．（2023·温州模拟）中国成功制造于航天军工等领域的芳纶纸。下列有关芳纶纸的性能描述中属于化学性质的是（ ）
A．隔热性好 B．耐腐蚀性强 C．绝缘性好 D．硬度高
【答案】B
【解析】化学性质指需要通过化学变化才能体现出来的性质。
【解答】ACD均属于物理性质，B耐腐蚀性需要通过腐蚀后的化学变化才能体现出来的性质。
2．（2022九上·杭州期中）创造了10909m深潜新纪录的“奋斗者号”载人潜水器的外壳由钛合金制造。钛合金属于（ ）
A．金属材料 B．无机非金属材料 C．合成材料 D．有机物
【答案】A
【解析】根据金属材料包括金属及合金分析。
【解答】钛合金属于金属材料；
3.纳米二氧化钛是一种新型材料，在可见光下能促使有色物质降解为水和二氧化碳。据此推测，纳米二氧化钛在此过程中作( )
A.吸附剂 B.干燥剂 C.催化剂 D.消毒剂
【答案】C
【解析】根据催化剂定义分析，催化剂要满足“一变两不变”，一变为化学速率发生改变，两不变为化学性质及质量不变。纳米二氧化钛在可见光下能促使有色物质降解为水和二氧化碳，所以为该反应的催化剂。
4.（2019·海曙模拟）中国天才少年曹原以石墨烯为材料用实验揭开了超导奥秘，荣获2018年《自然》年度人物榜首。石墨烯和石墨、金刚石一样由碳元素组成，具有相似的化学性质，是目前导电性能最出色的材料。下面有关选项错误的是( )
A.石墨烯是一种单质 B.石墨有导电性，可制作电极
C.石墨烯具有稳定结构，不能燃烧 D.金刚石是自然界中最硬的物质，可作钻头
【答案】C
【解析】A、“石墨烯和石墨、金刚石一样由碳元素组成 ”表明石墨烯是一种元素组成的物质，就是单质，故A正确；
B、“目前导电性能最出色的材料”表明石墨烯能够导电，所以说石墨烯具有导电性可以制作电极，B正确；
C、而石墨烯与石墨金刚石具有相似的化学性质，所以说，它能够燃烧，C错误；
D、并且将是常识，金刚石是自然界中最硬的物质钻探机的钻头，D正确。
5.（2021·金华模拟）绿色化学也称环境友好化学，就是利用化学原理，实现从生产源头减少或消除对环境的污染。某科学小组的同学欲利用单质铜制备硫酸铜，设计了如下甲、乙两个制备实验方案：
甲：Cu CuO CuSO4
乙：Cu CuSO4[已知：Cu+2H2SO4（浓） CuSO4+SO2↑+2H2O]
下列有关甲、乙实验方案的评价合理的是（ ）
A.铜的活动性排在H前，所以能和浓硫酸发生反应
B.铜和氧气反应属于化合反应，铜和浓硫酸反应属于置换反应
C.取等质量的铜，理论上通过两种不同方案制取的硫酸铜质量不相等
D.甲方案不会产生污染性气体，乙方案产生SO2不符合绿色化学理念
【答案】D
【解析】A、铜的活动性排在H后，不符合题意；
B、铜和氧气反应属于化合反应，铜和浓硫酸反应生成物有三种物质，且没有单质，不属于置换反应 ，不符合题意；
C、由反应前后元素质量不变可知，取等质量的铜，理论上通过两种不同方案制取的硫酸铜质量相等 ，不符合题意；
D、甲方案不会产生污染性气体，乙方案产生SO2不符合绿色化学理念 ，符合题意；
6.（2022·浙江模拟）2005年诺贝尔化学奖的成果与一种新的化学合成方法有关。新的合成过程更简单快捷，产生的副产品和有害废物更少，原子利用率更高，是“绿色化学”的典范。下列反应中，符合以上“绿色化学”概念的是（ ）
A.烧制生石灰：CaCO3=CaO+CO2↑ B.湿法炼铜：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu
C.制氢氧化铜：CuSO4+2NaOH =Cu(OH)2↓+Na2SO4 D.利用纯碱制碳酸氢钠：Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3
【答案】D
【解析】根据题中信息“新的合成过程更简单快捷，产生的副产品和有害废物更少，原子利用率更高，是“绿色化学”的典范。”可对选项进行判断。
A．烧制生石灰：CaCO3==CaO+CO2↑，过程中要消耗大量能量，产生的二氧化碳会引起温室效应，不符合“绿色化学”概念，A错误；
B．湿法炼铜：Fe+CuSO4==FeSO4+Cu，产生了大量的副产品FeSO4不符合“绿色化学”概念，B错误；
C．制氢氧化铜：CuSO4+2NaOH ==Cu(OH)2↓+Na2SO4，产生了大量的副产品Cu(OH)2不符合“绿色化学”概念，C错误；
D．利用纯碱制碳酸氢钠：Na2CO3+CO2+H2O==2NaHCO3，产物就一种我们需要的碳酸氢钠，原子利用率高，无副产品和有害废物产生，符合“绿色化学”概念，D正确。
7.（2021·浙江模拟）根据“绿色化学”的思想，某化学家设计了下列化学反应步骤：
该方案的重要目的是为了制备（ ）
A.HBr B.CaO C.H2 D.Hg
【答案】C
【解析】绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学或清洁化学，是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则，即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子，所以每一个反应的生成物只要能是其它反应的反应物则就可循环使用。
①的两种产物分别可为②③提供产物，反应②的生成物溴化汞可为③提供反应物，氢气未被重新利用，反应③的生成物可用于④①的反应物，反应④中的生成物汞可用于反应②，氧气没有被重新使用，故在整个的反应中最后剩余的物质是氢气与氧气，故结合四个选项可得该方案的重要目的是为了制备氢气。
8.（2021·嘉兴模拟）在“绿色化学工艺”中，最好是反应物中原子全部转化为欲制得的产物，即原子的利用率为100%．在用C3H4（丙炔）合成C5H8O2（2﹣甲基丙烯酸甲酯）的过程中，
（1）丙炔中各原子的质量分数比为________．
（2）欲使原子的利用率达到最高，在催化剂作用下还需要其他的反应物，可能是以下的________
①CO和CH3OH ②CO2和H2O ③H2和CO ④CH3OH和H2
【答案】（1）9：1 （2）AC
【解析】（1）根据化合物中元素的质量分数比的计算方法分析；（2）由题意知，绿色化学即环境友好型化学，其理想状态是反应中原子全部转化为欲制得的产物，即原子的利用率为100%，根据这一观点，要把一个C3H4分子变成一个C5H8O2分子，还必须增加2个C原子、4个H原子、2个O原子，即原料中C、H、O的原子个数比为1：2：1，以此来解答．
【解答】（1）丙炔中碳元素和氢元素的质量分数比=（12×3）：（1×4）=9：1；故答案为：9：1；（2）由题意知，绿色化学即环境友好型化学，其理想状态是反应中原子全部转化为欲制得的产物，即原子的利用率为100%，根据这一观点，要把一个C3H4分子变成一个C5H8O2分子，还必须增加2个C原子、4个H原子、2个O原子，即原料中C、H、O的原子个数比为1：2：1； A．CO和CH3OH，这两种物质如果按照分子个数比1：1组合，则很容易使C、H、O的原子个数比达到1：2：1，故A正确； B．C02和H2O，其中两种物质里三种原子不论怎样组合也都不能使C、H、O的原子个数比为1：2：1，故B错误； C．H2和CO，其中如果按照分子个数比1：1组合，则很容易使C、H、O的原子个数比达到1：2：1，故C正确； D．CH3OH和H2 ， 其中两种物质分子里三种原子不论怎样组合都不能使C、H、O的原子个数比为1：2：1，故D错误．
9.（2022九上·定海期末）垃圾的分类回收再利用越来越受社会的关注。下图是某工厂处理含铜垃圾的生产流程：
（1）根据相关现象可知加入的A单质是
（2）若在回收含铜垃圾中发现混有金属铝，它 （填“会”或“不会”）出现在最终得到的红色粉末中。
【答案】（1）铁或Fe（2）不会
【解析】根据铜与氧气反应生成氧化铜，氧化铜与硫酸反应生成硫酸铜，铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，铁不能与硫酸铝反应分析。
（1）蓝色溶液中含有硫酸铜，加入A单质得到浇绿色溶液和红色沉淀物，则A为铁，与铜盐反应生成硫酸亚铁和铜。
（2）因铁的活动性小于铝， 若在回收含铜垃圾中发现混有金属铝，铝与硫酸反应生成硫酸铝，铁不能与硫酸铝反应，所以铝不会出现在最终得到的红色粉末中。
10.（2022·浙江模拟）实验室采用还原法制备新型材料纳米级铁粉，其流程如图所示：
（1）纳米级铁粉在空气中易燃烧，其生成物的名称为________。
（2）实验中通入N2的目的是________。
（3）Ⅱ中反应的化学方程式为________。
【答案】（1）四氧化三铁
（2）防止铁粉与空气中的氧气接触自燃
（3）H2+FeCl2Fe+2HCl
【解析】本题考查了金属铁的有关性质，完成此题，可以结合题干提供的信息和已学的铁的有关性质进行解答。（1）根据纳米级Fe粉在空气中自燃生成四氧化三铁进行分析；（2）根据题干可知，生成纳米级Fe粉是由氢气高温还原氯化亚铁得到的，以及在高温下生成的铁易被氧气氧化，故需要使用保护气；（3）根据在高温的条件下，H2与FeCl2反应，可生成纳米铁粉和氯化氢气体解答。
【解答】（1）纳米级Fe粉在空气中自燃生成四氧化三铁，化学方程式为：3Fe+2O2═Fe3O4；
（2）在高温条件下生成的铁易被氧气氧化，故需要使用保护气，防止铁粉与空气中的氧气接触自燃；
（3）在高温的条件下，H2与FeCl2反应，可生成纳米铁粉和氯化氢气体，反应的方程式为：H2+FeCl2Fe+2HCl；
11.（2021九上·东阳月考）氮化铝(AlN)是一种新型材料。某氮化铝样品中含有碳或氧化铝杂质。已知氮化铝和NaOH溶液能反应，其反应方程式为：
①AlN+NaOH+H2O═NaAlO2+NH3↑②氧化铝也能与氢氧化钠溶液反应而全部溶解，但不生成气体。
现用如图所示中的一些装置来进行相关实验,根据反应中所生成氨气的体积来测定样品中的氮化铝的质量分数,并根据实验现象来确定杂质的成分(实验中导管体积忽略不计).
（1）实验操作为：
a、往锥形瓶中放入适量的AlN样品;
b、打开分液漏斗的活塞往锥形瓶中加入过量的浓NaOH;
c、检验装置气密性;d、测定收集到水的体积。正确的操作顺序为________(用a、b、c、d字母表示).
（2）广口瓶中的试剂x宜选用 (填写序号).
A.稀硫酸 B.酒精溶液 C.植物油 D.水
（3）若广口瓶内的液体没有装满(上方留有少量空间),则实验测得NH3体积将________(选填“偏大”、“偏小”或“无影响”).
【答案】（1）c、a、b、d （2）C （3）无影响
【解析】（1）由实验目的可知，该实验是通过加入氢氧化钠溶液后发生反应，利用生成氨气的体积来测定 样品中的氮化铝的质量分数 ，所以要先检查装置气密性，再装入样品，然后加入氢氧化钠溶液，最后测定收集的水的体积，即是氨气的体积；
（2）因氨气溶解于水，为使氨气与水隔离，可加入不溶于水且密度比水小的植物油；
（3）因该实验是利用氨气进入广口瓶，然后排出广口瓶中的水，进入多少氨气，便会排出多少水，所以若广口瓶内的液体没有装满不影响测得NH3体积；
12.（2021·杭州模拟）低碳经济是一种以低能耗和高效能等为主要特征、排放较少的温室气体并获得较大产出的新经济发展模式。
（1）温室气主要是指________（填物质的化学式）
（2）化石燃料燃烧时会产生SO2气体，SO2气体的大量排放引起的一大环境问题是________。
（3）下列做法中不符合低碳经济理念的是________（填序号）
①改造或淘汰高能耗、高污染产业 ②大力发展火力发电 ③研制和开发新能源
（4）“绿色化学”的特点之一是在化工生产中尽可能实现“零排放”。CO2和H2可以按不同比例反应，生成下列有机物。用CO2和H2反应，只生成一种产物并且能实现“零排放”，这种产物是 （填序号）
A.乙醇（C2H6O） B.乙酸 （C2H4O2）
C.甲酸（CH2O2） D.丙酮（C3H6O）
【答案】（1）CO2 （2）酸雨 （3）② （4）C
【解析】（1）温室效应是由于大气里温室气体（二氧化碳、甲烷等）含量增大而形成的；
（2）二氧化硫和氧气反应生成三氧化硫，三氧化硫与水反应会生成稀硫酸，也就是酸雨；
（3）凡是大量消耗化石能源的都不属于低碳经济；
（4）根据“二氧化碳和氢气反应，只生成一种产物”可判断所生成的有机物中C、O元素的原子个数比应与CO2中C、O元素的原子个数相同为1：2。
【解答】（1）温室气主要是指二氧化碳，化学式为：CO2；
（2）化石燃料燃烧时会产生SO2气体，SO2气体的大量排放引起的一大环境问题是酸雨；
（3）①改造或淘汰高能耗、高污染产业，可以减少化石能源的使用，故①正确不合题意；
②大力发展火力发电，会增大对煤的消耗，故②错误符合题意；
③研制和开发新能源，可以减少化石能源的消耗，故③正确不合题意。
故选②。
（4）用CO2和H2反应，只生成一种产物并且能实现“零排放”，也就是反应物中的原子全部转化成一种物质，根据反应前后原子个数不变可得反应后碳原子和氧原子个数比仍为1：2，因此只能是甲酸（CH2O2），故选C。
13．（2023九上·舟山开学考）第24届冬季奥林匹克运动会于2022年春在我国顺利举办，本届奥运会践行了“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的理念。使用了大量的新技术新材料，给全世界观众展示了一场无与伦比“体育盛宴”。
（1）为减少空气阻力本届冬奥会速滑竞赛服使用了蜂窝样式的聚氨酯材料［化学式为（C10H5N2O2C6H14O3）n]聚氨酯是一种 （选填“金属”或“有机合成”）材料，聚氨酯中氢元素与氧元素的质量比为
（2）冬奥会使用氢氧燃料电池为动力的汽车，图甲是利用铁酸锌（ZnFe2O4)循环制氢气的流程图，下列说法正确的是 （选填序号）
A．ZnFe2O4的Fe化合价是+2
B．该流程中可以循环使用的物质只有ZnFe2O4
C．ZnFe2O4是 一种氧化物
D．该循环制氢的过程中需要不断补充 H2O
（3）本届冬奥会共有水陆两栖、防疫、餐饮和物流等五大类20多种机器人参与，如图乙为某型消毒机器人以40W的功率在水平地面上以0.4m/s的速度匀速前进10s，求该机器人行进过程中受到地面对它的阻力。
【答案】（1）有机合成；31.4％
（2）D
（3）
【解析】（1）有机合成材料包括合成塑料、合成橡胶和合成纤维。元素的质量之比等于相对原子质量与个数的乘积之比。
（2）①在化学式中，正负化合价的代数和为零；
②既是生成物，又是反应物的物质，就是可以循环使用的物质；
③只由两种元素组成，其中一种为氧元素的化合物叫氧化物；
④根据质量守恒定律的知识判断。
（3）首先根据W=Pt计算该机器人做的功，再根据公式计算机器人受到的牵引力，最后根据二力平衡的知识计算机器人受到地面的阻力。
【解答】（1）聚氨酯材料属于合成纤维的一种，因此它属于有机合成材料。
根据化学式 （C10H5N2O2C6H14O3）n 可知，
聚氨酯中氢元素和氧元素的质量之比为：（1×19）：（16×5）=19：80；
（2）A.ZnFe2O4中Zn的化合价为+2，O的化合价为-2，根据正负化合价代数和为零得到：（+2）+2x+（-2）×4=0，解得：x=+3，即的Fe化合价是+3，故A错误；
B.该流程中ZnFe2O4和Fe3O4二者既是反应物，又是生成物，即二者都是可以循环使用的物质，故B错误；
C.ZnFe2O4由三种元素组成，肯定不是氧化物，故C错误；
D.氢气来源于水，因此该循环制氢的过程中需要不断补充 H2O，故D正确。
思维导图
典例分析
举一反三
典例分析
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典例分析
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第6节 材料的利用与发展
考点一、材料与人类社会发展
材料的发展历程：石器→陶器→青铜器→钢铁→合成材料→新型材料。
人类对金属材料的使用不仅与金属的活动性有关，还与金属冶炼的难易程度有关。如人类最早使用的金属材料是铜，目前使用最多的金属材料是铁及铁的合金。虽然地壳中含量最多的金属元素是铝，但由于铝的金属活动性较强，冶炼具有一定的难度，因而铝的利用比铜和铁晚的多。
典例1：（2023九上·余姚期末）随着计算机的日益普及和不断更新，废电脑中材料的回收利用逐渐引起人们的重视。写出电脑配件中两种常用材料的类别（填“金属材料”“矿物质材料”“高分子材料”）：
材料 铜 塑料
类别
变式1：（2022九上·金华月考）金华市“创全国文明城市”活动进行得如火如荼，其中垃圾分类回收利用是检查项目之一。垃圾分类既能节约资源，又能减少污染，符合可持续发展的要求。例如：废弃易拉罐、旧电线、铝材下脚料等可归为一类回收，它们均属于（ ）
A．有机合成材料 B．金属材料
C．非金属材料 D．氧化物
变式2：（2023九上·长兴期末）目前，铁在生活和生产中都有着非常重要的作用。
（1）铁与铬(Cr)、镍(Ni) 等金属熔合可形成“不锈钢”，用不锈钢丝和聚乙烯纤维为原料可制作耐酸防护服材料。以上叙述中不涉及到 (选填序号)。
A．合金 B．无机非金属材料
C．合成材料 D．复合材料
（2）某品牌的麦片中含微量铁粉，食用后可在胃酸的作用下转化为人体可吸收的铁元素，胃酸的主要成分是 (填化学式)。
变式3：（2023·路桥模拟）芯片制造是半导体工业中重要的一环，如图中铜板、硅、塑料板、氢氟酸(HF)都是芯片制造工业中的常用材料，请按要求回答下列问题：
（1）如图半导体工业材料中，属于有机材料的是 。
（2）芯片制造过程中的蚀刻要用到氢氟酸(HF)，HF中F元素的化合价 ，它也能蚀刻玻璃，其中一个反应的化学方程式是：CaSiO3+6HF=CaF2+SiF4↑+3X，X的化学式为
考点二、新型材料
新型材料：指新出现或正在发展中的、具有优异特性和功能并能满足技术进步所需的材料。
特点：具有优异特性和功能，与普通材料的性质差别很大。
当前，最引人注目的新型材料有：光电子信息材料、先进复合材料、超级陶瓷材料、新型金属材料新型高分子材料、超导材料、纳米材料等。
纳米材料：指其基本颗粒在1 ~ 100纳米范围内的材料。如：纳米陶瓷、新型纳米油墨、纳米铅粉等。纳米材料在机械强度、磁、光、声、热等方面和普通材料都有很大的不同。如纳米陶瓷具有很好的韧性；新型纳米油墨的色调更浓，书写的字迹色泽更好；将纳米铅粉加入固体燃料中，会使火箭推进器的前进速度加快好几倍。
典例1：（2023九上·金华期末）下列冬奥会比赛用品的材料不属于合成材料的是（ ）
A．冰壶壶体----花岗石
B．滑雪板基础材料-----聚乙烯
C．护目镜镜片----聚碳酸酯
D．冰 球----合成橡胶
变式1：（2022九上·镇海区期末）石墨烯是单层碳原子面材料，由其制成的石墨烯薄膜，具有超薄超轻，超强导热性、导电性和超优光敏性等优点。下列说法错误的是（ ）
A．石墨烯是一种碳单质，可用于新型电池电极
B．石墨烯由碳元素组成，完全燃烧只生成CO
C．石墨烯薄膜材料可用于智能手机、平板电脑等设备的散热层
D．石墨烯薄膜材料可用于穿戴设备和无线传感等领域
变式2：（2023·浙江模拟）自行车作为常用的代步工具，既轻便灵活，又符合环保要求，下图是一款自行车的示意图。请回答：
（1）所标物质中，属于有机合成材料的有 。
（2）车架表面刷漆主要是为了防锈，其原理是 。
变式3：（2022九上·舟山期中）2021年3月26日，我国首次通过天问一号探测器拍摄到南、北半球火星侧身影像，化学材料在其中起到了重要的作用。
（1）探测器天线骨架涂有一层聚酯纤维网，聚酯纤维属于 （填“金属材料”、“合成材料”或“复合材料”）。
（2）天问一号在火星着陆后，将利用三结砷化镓太阳能电池作为其动力，制取砷化镓（GaAs）的化学原理为： ，Y的化学式为 。
考点三、材料制造与环境保护
（一）实际生产和实验中选择某种物质的制备方法时，需考虑的因素有：
(1)科学性：制备过程中每步化学反应是否符合化学反应的规律；
(2)简便性：设计方案考虑实际设备情况，操作过程尽可能简便易行，如反应所需的条件和设备是否简单；
(3)经济性：所需原料是否易获取、成本是否低廉；
(4)安全性：操作过程是否存在安全隐患；
(5)环保性：生产过程是否会对环境造成污染。
（二）“绿色化学”
“绿色化学”又称为环境友好化学，它的主要特点如下：
(1)充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料；
(2)在无毒、无害的条件下进行反应，以减少废弃物向环境中的排放；
(3)提高原料的利用率，力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳，实现“零排放”；
(4)生产出有利于环境保护社会安全和人体健康的环境友好产品。“绿色化学”给化学家提出了一项新的挑战，其核心就是要利用化学原理从源头上消除污染，国际上对此十分重视。1995 年，美国设立了“总统绿色化学挑战奖”，以表彰那些在“绿色化学”领域中做出杰出贡献的企业家和科学家。“绿色化学”将使化学工业改变面貌，为子孙后代造福。
（三）工业“三废”及处理
(1)工业“三废”是指废水、废渣和废气。
(2)处理方法
①“废气”处理一般是安装回收设备，将尘粒和一氧化碳、二氧化硫等物质除去，一氧化碳可以回收再利用，二氧化硫可利用与碱溶液反应而除去。
②“废渣”的处理一般是制水泥或其他材料，变废为宝，如含磷的废渣可转化为磷肥等。
③“废水”的处理是建立污水处理厂，将废水中的有害金属转化为沉淀，制成所需要的金属材料等，废水处理达标后再排放到河流中或循环利用。
在化学工业中,除了要及时处理好“三废”，还要努力提高原料的利用率，增加产品的产量，从根本上降低生产对环境造成的污染。
典例1：（2023九上·鄞州期中）周末小科去超市采购了大米、猪肉、鲫鱼、牛奶，准备做一顿午餐。
（1）牛奶的外包装是一种塑料制品，塑料属于 （填“天然高分子”或“有机合成”）材料。（2）从均衡营养的角度考虑，你会建议小科再采购食材 （A .鸡蛋
B .豆腐 C .青菜）（3）宁波禁止在超市使用不可降解塑料袋，该举措的意义是
A．增加超市的利润 B．减少“白色污染”
变式1：（2022·金华模拟）生活垃圾通常可分为可回收物、有害垃圾、其他垃圾三类。处置矿泉水瓶正确方法是（ ）
A.扔进有害垃圾桶 B.扔进其他垃圾桶 C.扔进可回收物垃圾桶 D.看到应圾桶就扔选去
变式2：全世界每年产生有害废物达3亿~4亿吨，对环境造成危害，威胁着人类生存，所以科学家提出“绿色化学”的概念。下列不属于“绿色化学”研究内容的是( )。
A.研究开发对环境无污染的清洁能源
B.研究开发可降解塑料
C.研究如何利用化学原理从源头消除污染
D.研究形状记忆合金的开发与应用
变式3：（2022九上·舟山期中）某校科学兴趣小组成员对市区生活垃圾的成分作了调查，结果如图甲；取市垃圾填埋场不同深度的垃圾样品，测定铬(Cr)、铅(Pb)、砷(As)三种有害元素的含量，得到数据如图乙。请根据这些信息回答下列问题：
（1）从图甲可以看出该市生活垃圾的成分以 为主。
（2）下列对垃圾填埋场中有害元素含量的描述，正确的是_____。
A．有害元素含量随着垃圾堆放深度增加而增大
B．这三种有害元素在0~30cm层含量低于30~60cm层含量
C．这些垃圾因含有有害元素而毫无价值
（3）请你根据上述的信息，对于城市中垃圾处理方法提出几条合理的建议或设想（写出两点） 。
1．（2023·温州模拟）中国成功制造于航天军工等领域的芳纶纸。下列有关芳纶纸的性能描述中属于化学性质的是（ ）
A．隔热性好 B．耐腐蚀性强 C．绝缘性好 D．硬度高
2．（2022九上·杭州期中）创造了10909m深潜新纪录的“奋斗者号”载人潜水器的外壳由钛合金制造。钛合金属于（ ）
A．金属材料 B．无机非金属材料 C．合成材料 D．有机物
3.纳米二氧化钛是一种新型材料，在可见光下能促使有色物质降解为水和二氧化碳。据此推测，纳米二氧化钛在此过程中作( )
A.吸附剂 B.干燥剂 C.催化剂 D.消毒剂
4.（2019·海曙模拟）中国天才少年曹原以石墨烯为材料用实验揭开了超导奥秘，荣获2018年《自然》年度人物榜首。石墨烯和石墨、金刚石一样由碳元素组成，具有相似的化学性质，是目前导电性能最出色的材料。下面有关选项错误的是( )
A.石墨烯是一种单质 B.石墨有导电性，可制作电极
C.石墨烯具有稳定结构，不能燃烧 D.金刚石是自然界中最硬的物质，可作钻头
5.（2021·金华模拟）绿色化学也称环境友好化学，就是利用化学原理，实现从生产源头减少或消除对环境的污染。某科学小组的同学欲利用单质铜制备硫酸铜，设计了如下甲、乙两个制备实验方案：
甲：Cu CuO CuSO4
乙：Cu CuSO4[已知：Cu+2H2SO4（浓） CuSO4+SO2↑+2H2O]
下列有关甲、乙实验方案的评价合理的是（ ）
A.铜的活动性排在H前，所以能和浓硫酸发生反应
B.铜和氧气反应属于化合反应，铜和浓硫酸反应属于置换反应
C.取等质量的铜，理论上通过两种不同方案制取的硫酸铜质量不相等
D.甲方案不会产生污染性气体，乙方案产生SO2不符合绿色化学理念
6.（2022·浙江模拟）2005年诺贝尔化学奖的成果与一种新的化学合成方法有关。新的合成过程更简单快捷，产生的副产品和有害废物更少，原子利用率更高，是“绿色化学”的典范。下列反应中，符合以上“绿色化学”概念的是（ ）
A.烧制生石灰：CaCO3=CaO+CO2↑ B.湿法炼铜：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu
C.制氢氧化铜：CuSO4+2NaOH =Cu(OH)2↓+Na2SO4 D.利用纯碱制碳酸氢钠：Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3
7.（2021·浙江模拟）根据“绿色化学”的思想，某化学家设计了下列化学反应步骤：
该方案的重要目的是为了制备（ ）
A.HBr B.CaO C.H2 D.Hg
8.（2021·嘉兴模拟）在“绿色化学工艺”中，最好是反应物中原子全部转化为欲制得的产物，即原子的利用率为100%．在用C3H4（丙炔）合成C5H8O2（2﹣甲基丙烯酸甲酯）的过程中，
（1）丙炔中各原子的质量分数比为________．
（2）欲使原子的利用率达到最高，在催化剂作用下还需要其他的反应物，可能是以下的________
①CO和CH3OH ②CO2和H2O ③H2和CO ④CH3OH和H2
9.（2022九上·定海期末）垃圾的分类回收再利用越来越受社会的关注。下图是某工厂处理含铜垃圾的生产流程：
（1）根据相关现象可知加入的A单质是
（2）若在回收含铜垃圾中发现混有金属铝，它 （填“会”或“不会”）出现在最终得到的红色粉末中。
10.（2022·浙江模拟）实验室采用还原法制备新型材料纳米级铁粉，其流程如图所示：
（1）纳米级铁粉在空气中易燃烧，其生成物的名称为________。
（2）实验中通入N2的目的是________。
（3）Ⅱ中反应的化学方程式为________。
11.（2021九上·东阳月考）氮化铝(AlN)是一种新型材料。某氮化铝样品中含有碳或氧化铝杂质。已知氮化铝和NaOH溶液能反应，其反应方程式为：
①AlN+NaOH+H2O═NaAlO2+NH3↑②氧化铝也能与氢氧化钠溶液反应而全部溶解，但不生成气体。
现用如图所示中的一些装置来进行相关实验,根据反应中所生成氨气的体积来测定样品中的氮化铝的质量分数,并根据实验现象来确定杂质的成分(实验中导管体积忽略不计).
（1）实验操作为：
a、往锥形瓶中放入适量的AlN样品;
b、打开分液漏斗的活塞往锥形瓶中加入过量的浓NaOH;
c、检验装置气密性;d、测定收集到水的体积。正确的操作顺序为________(用a、b、c、d字母表示).
（2）广口瓶中的试剂x宜选用 (填写序号).
A.稀硫酸 B.酒精溶液 C.植物油 D.水
（3）若广口瓶内的液体没有装满(上方留有少量空间),则实验测得NH3体积将________(选填“偏大”、“偏小”或“无影响”).
12.（2021·杭州模拟）低碳经济是一种以低能耗和高效能等为主要特征、排放较少的温室气体并获得较大产出的新经济发展模式。
（1）温室气主要是指________（填物质的化学式）
（2）化石燃料燃烧时会产生SO2气体，SO2气体的大量排放引起的一大环境问题是________。
（3）下列做法中不符合低碳经济理念的是________（填序号）
①改造或淘汰高能耗、高污染产业 ②大力发展火力发电 ③研制和开发新能源
（4）“绿色化学”的特点之一是在化工生产中尽可能实现“零排放”。CO2和H2可以按不同比例反应，生成下列有机物。用CO2和H2反应，只生成一种产物并且能实现“零排放”，这种产物是 （填序号）
A.乙醇（C2H6O） B.乙酸 （C2H4O2）
C.甲酸（CH2O2） D.丙酮（C3H6O）
13．（2023九上·舟山开学考）第24届冬季奥林匹克运动会于2022年春在我国顺利举办，本届奥运会践行了“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的理念。使用了大量的新技术新材料，给全世界观众展示了一场无与伦比“体育盛宴”。
（1）为减少空气阻力本届冬奥会速滑竞赛服使用了蜂窝样式的聚氨酯材料［化学式为（C10H5N2O2C6H14O3）n]聚氨酯是一种 （选填“金属”或“有机合成”）材料，聚氨酯中氢元素与氧元素的质量比为
（2）冬奥会使用氢氧燃料电池为动力的汽车，图甲是利用铁酸锌（ZnFe2O4)循环制氢气的流程图，下列说法正确的是 （选填序号）
A．ZnFe2O4的Fe化合价是+2
B．该流程中可以循环使用的物质只有ZnFe2O4
C．ZnFe2O4是 一种氧化物
D．该循环制氢的过程中需要不断补充 H2O
（3）本届冬奥会共有水陆两栖、防疫、餐饮和物流等五大类20多种机器人参与，如图乙为某型消毒机器人以40W的功率在水平地面上以0.4m/s的速度匀速前进10s，求该机器人行进过程中受到地面对它的阻力。
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