人教版高中化学选修二教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：09无机非金属材料 金属材料(基础)
文档属性
| 名称 | 人教版高中化学选修二教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：09无机非金属材料 金属材料(基础) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 356.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2019-12-24 17:06:34 | ||
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文档简介
无机非金属材料 金属材料
【学习目标】
1、了解无机非金属材料、金属材料和高分子材料的特点以及它们在生产和生活中的广泛应用；
2、了解常见无机非金属材料、金属材料和高分子材料的生产原理。
【要点梳理】
要点一、传统硅酸盐材料
【 化学与材料的发展#传统硅酸盐材料】硅酸盐工业：以含硅物质为原料，经过加热制成硅酸盐产品的工业。如制造陶瓷、玻璃、水泥等。
1．陶瓷
（1）生产原料：黏土等。
（2）生产过程：混合→成型→干燥→烧结→冷却。
（3）陶瓷种类：土器、陶器、炻器、瓷器等。
（4）性能及优点：抗氧化、耐酸碱、耐高温，绝缘，易加工成型等。
（5）特种陶瓷：精细陶瓷（高强度、耐高温、耐腐蚀，并具有声、电、光、热、磁等方面的特殊功能）。
2．玻璃
（1）生产原料：纯碱、石灰石和石英砂（含硅物质）。
（2）生产设备：玻璃窑。
（3）生产过程：把原料粉碎，按适当的比例混合放入玻璃窑中加强热熔化，冷却后即得普通玻璃。
（4）主要反应：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑，CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。
（5）主要成分：普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2熔化在一起所得到的混合物。
（6）重要性质：玻璃在常温下虽呈固态，但不是晶体，称为玻璃态物质。没有固定的熔点，受热只能慢慢软化。
3．水泥
（1）生产原料：石灰石、黏土和其他辅料（如石膏）。
（2）生产设备：水泥回转窑。
（3）生产过程：将原料以一定比例混合，磨细成生料，在窑中烧至部分熔化、冷却成块状熟料。再加入适量石膏磨成细粉，即得普通水泥。（概括为：“两磨一烧加石膏”）
（4）主要成分：硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2）、铝酸三钙（3CaO·Al2O3）、铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3）等的混合物。
（5）重要性质：水泥具有水硬性，而且在水中也可硬化。贮存时应注意防水。
（6）主要用途：制成水泥砂浆、混凝土等建筑材料。
要点诠释：
（1）硅酸盐工业的共同特点：生成物都是硅酸盐；原料都有含硅的物质；反应条件都是高温；反应原理都是发生了复杂的物理、化学变化。
（2）水泥砂浆是水泥、沙子和水的混合物，混凝土是水泥、沙子和碎石的混合物。
（3）水泥的特性——水硬性：水泥跟水掺和搅拌、静置后变硬的特性。水泥的水硬性属于化学性质，发生的变化属于化学变化。
要点二、新型无机非金属材料
【 化学与材料的发展#新型无机非金属材料】1．新型陶瓷
（1）碳化硅：又叫金刚砂，结构与金刚石相似，硬度大，熔点高，化学性质稳定。可作航天器的涂层材料。制备反应为：SiO2+3CSiC+2CO↑。
（2）氮化硅：熔点高，硬度大，化学性质稳定。可用于制造轴承、汽轮机叶片、发动机受热面等。制备方法：①高纯硅遇纯氮气在1300℃条件下反应：3Si+2N2Si3N4，②化学气相沉积法（CVD），在氢气保护下，使SiCl4与N2反应生成的Si3N4沉积在石墨表面，形成一层致密的Si3N4层：3SiC14+2N2+6H2Si3N4+12HCl。
2．单晶硅
（1）工业制法：工业上用焦炭在电炉中将石英砂还原得到粗硅：化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑。
（2）粗硅提纯：将粗硅与氯气或氯化氢反应可得SiCl4或SiHCl3，化学方程式为：
Si+2Cl2SiCl4 或 Si (粗)+3HCl SiHCl3+H2
用蒸馏方法将产物提纯后再用H2还原，得到高纯硅。化学方程式为：
SiCl4+2H2Si (纯)+4HCl 或 SiHCl3+H2Si (纯) +3HCl
特别提示
碳、硅处于同一主族，据其在表中的位置知碳的非金属性比硅强，还原性比硅弱，而在SiO2+2CSi+2CO↑中，由氧化还原“强弱规律”知碳的还原性却比硅强。这两者并不矛盾。碳的非金属性比硅强表现在CH4比SiH4稳定，H2CO3酸性强于H2SiO3。而在SiO2+2CSi+2CO↑反应中，因在高温下生成的CO气体逸出而脱离体系。
3．石墨、金刚石和C60
金刚石
石墨
C60
表面光泽
无色透明晶体
深灰色
由C60分子构成的新型碳的单质
硬度
天然最硬物质
最软矿物之一
导电性
无
有导电性
用途
刻划玻璃，钻头
电极、润滑剂、铅笔芯
新型贮氢材料、高温超导材料
碳的单质的物理性质的不同是由于碳原子的排列方式不同
要点三、金属冶炼概论
1．金属冶炼的原理
金属的冶炼，其实质是使金属化合物中的金属离子得到电子被还原为金属单质的过程：Mn++ne－—→M。
2．金属冶炼的步骤
从金属矿石中提炼金属一般要经过三个步骤：矿石的富集（除去杂质）→冶炼（在一定条件下，把金属矿石中的金属离子还原成金属单质）→精炼（采用一定方法提炼纯金属）。
3．金属冶炼的方法图表解【 化学与材料的发展#冶炼金属的方法】
方法名称
主要反应原理（举例）
主要冶炼特点
热
还
原
法
CO作
还原剂
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
CuO+COCu+CO2
炼得的金属为合金，生产成本较低，常用于制金属活动性不强的金属
H2作
还原剂
WO3+3H2W+3H2O
炼得的金属纯度较高，生产成本也较高
活泼金属
作还原剂
4Al+3MnO23Mn+2Al2O3
被冶炼的金属活泼性强，熔点高。炼得的金属纯度较高，生产成本也较高
电解法
2Al2O34Al+3O2↑
被冶炼的金属活泼性强，炼得的金属纯度高，耗电量较大，生产成本较高
热分解法
2HgO2Hg+O2↑
被冶炼的金属活动性较差，原料物质热稳定性较差
要点诠释：（1）热还原法：用焦炭冶炼金属，炼得金属中常含有少量的碳。用CO还原法时炼得金属中也含有少量碳，因CO是通过以下反应实现的：C+O2CO2，CO2+C2CO；用H2冶炼的金属纯度高（在金属活动性顺序中Na～Al的氧化物不能被H2还原），但成本高；用铝热反应冶炼金属，克服了被冶炼金属及其氧化物熔点高、难以冶炼的问题，但成本也高。
（2）电解法：在金属活动性顺序中，钠、钙、铝等几种金属的还原性很强，这些金属都很容易失去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，而只能用通电分解其熔融盐或氧化物（只有这样才能导电）的方法来冶炼，电解法的优点是所得金属的纯度一般较高，但要消耗大量的电能，价格较贵。
要点四、钢铁的冶炼
【 化学与材料的发展#钢铁的冶炼】1．炼铁
（1）基本原理：高温下，用还原剂从铁矿石中把铁还原出来。
（2）原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气等。
（3）设备：高炉。
（4）主要化学反应：
还原剂的形成：C+O2CO2，C+CO22CO；
铁的还原：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2；
炉渣的形成：CaCO3CaO+CO2↑，CaO+SiO2CaSiO3。
要点诠释：（1）炼铁时投进的焦炭转化为CO才是炼铁时的还原剂。
（2）炉渣的主要成分是CaSiO3。
（3）用这种方法炼出来的铁是含碳2％～4.5％的生铁。
2．炼钢
（1）实质：把生铁冶炼成钢的实质，就是适当地降低生铁里的含碳量，除去大部分硫、磷等有害杂质，调整钢里合金元素含量到规定范围之内。
（2）炼钢的主要反应原理，也是利用氧化还原反应，在高温下，用氧化剂把生铁里过多的碳和其他杂质氧化成为气体或炉渣除去。
（3）原料：生铁或废钢铁、常用的氧化剂（空气、氧气或氧化铁）
（4）主要化学方程式：
铁变成氧化亚铁：2Fe+O22FeO
脱碳：C+FeOCO+Fe
脱硫：FeS+CaOCaS+FeO
要点诠释：炼钢和炼铁虽然都利用的是氧化还原反应，但是炼铁主要是用还原剂把铁从铁矿石里还原出来，而炼钢主要是用氧化剂把生铁里过多的碳和其他杂质氧化而除去。
要点五、铝的冶炼
【 化学与材料的发展#铝的冶炼】工业上用铝土矿（主要成分为Al2O3，还含有少量的Fe2O3、SiO2等）提取Al2O3作冶炼铝的原料。
1．流程
2．有关反应的离子方程式和化学方程式为：
Al2O3+2OH―==2AlO2―+H2O AlO2―+CO2+2H2O==Al(OH)3↓+HCO3―
2Al(OH)3Al2O3+3H2O 2Al2O3 4Al+3O2↑
3．设备和反应：
（1）设备：电解槽。阴极和阳极以碳素为材料做成。
（2）电极反应：阳极反应6O2――12e―==3O2↑；阴极反应4Al3++12e―==4Al。
自主感悟
（1）AlO2－—→Al(OH)3，不能用强酸，因为Al(OH)3可溶于强酸，应选用CO2，Al(OH)3不溶于碳酸。
（2）工业上采用电解熔融氧化铝和冰晶石（Na3AlF6）混合物的方法冶炼铝。添加冰晶石可使电解氧化铝的温度大大降低。
（3）由于阳极产生的氧气与阳极材料的C发生反应，因此，阳极碳块因不断消耗而需要定期更换。
要点诠释：从铝土矿中提取铝的另一种途径
（1）流程
（2）有关反应
Al2O3+6H+==2Al3++3H2O Fe2O3+6H+==2Fe3++3H2O
Fe3++3OH―==Fe(OH)3↓ Al3++4OH―==Al2―+2H2O
AlO2―+CO2+2H2O==Al(OH)3↓+HCO3―
2Al(OH)3Al2O3+3H2O
2Al2O3 4Al+3O2↑
要点六、金属的腐蚀
1．实质：金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而被腐蚀损耗的现象。
2．类型：化学腐蚀和电化学腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属跟其他物质直接接触
不同金属或不纯金属与电解质溶液（一般为水膜中溶解O2，水膜呈弱酸性或中性）接触
是否形成原电池
不形成原电池
形成原电池，发生原电池反应
特征
无电流产生
有微弱电流产生
本质
金属被氧化而腐蚀
较活泼金属被氧化而腐蚀
实例
氯气工厂里铁制品被腐蚀，铁在高温下形成Fe3O4：2Fe+3Cl22FeCl3、
3Fe+2O2Fe3O4
钢铁在微弱的酸性介质中的腐蚀以及在潮湿的空气中或海水中的腐蚀
相互联系
化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更严重
3．电化学腐蚀的类型
（1）析氢腐蚀：酸性介质中，氧气含量较低，发生析氢腐蚀。
电极反应式：负极（Fe）：Fe―2e―==Fe2+；
正极（C）：2H++2e―==H2↑。
（2）吸氧腐蚀
电极反应式：负极（Fe）：Fe―2e―==Fe2+；
正极（C）：2H2O+O2+4e―==4OH―。
要点诠释：铁锈的形成过程：Fe-C原电池发生吸氧腐蚀的过程：负极：2Fe－4e―==2Fe2+；正极：O2+4e－+2H2O==4OH－。游离在水膜中的Fe2+和OH－结合生成Fe(OH)2：Fe2++2OH－===Fe(OH)2↓。Fe(OH)2被空气氧化，生成Fe(OH)3：4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3。Fe(OH)3不稳定，在日光照射下发生缓慢分解反应生成Fe2O3：2Fe(OH)3==Fe2O3 +3H2O。铁锈的主要成分是Fe2O3，也含有未分解的Fe(OH)3（即Fe2O3·3H2O）；因此也有人认为铁锈的主要成分是Fe2O3·nH2O。
要点七、金属腐蚀的防止和利用
1．金属防护的思路：防止金属与化学物质直接接触；防止金属与环境形成原电池。
2．防护方法
（1）改变金属的内部组成和结构：如不锈钢（钢中加入一定量的镍和铬）。
（2）电化学保护法
牺牲阳极的阴极保护法
外加电流的阴极保护法
依据
原电池原理
电解原理
构成
将被保护金属与比其更活泼的金属连接在一起，更活泼的金属作阳极（负极），被保护的金属作阴极（正极）
将被保护的金属与电源负极相连接，作阴极，另一附加的惰性电极与电源正极相连接，作阳极
原理
更活泼金属作阳极（负极），不断被腐蚀，作阴极（正极）的金属得到保护
通电后，电子流向被保护的金属（阴极），在该金属表面积累了大量的负电荷，从而抑制了该金属失去电子，阻止了金属的腐蚀
应用
保护海轮外壳及石油管理
保护土壤、海水及河水中的金属设备
（3）电镀
①概念：电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程，它是电解原理的又一重要应用。
②意义：电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力。
③原理：电镀的原理与电解精炼铜的原理是一致的。电镀时，一般都是用含有镀层金属离子的电解质配成电镀液；把待镀金属制品浸入电镀液中与直流电源的负极相连，作为阴极；而用镀层金属作为阳极，与直流电源正极相连。通入低压直流电，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，这些离子在阴极获得电子被还原成金属，覆盖在需要电镀的金属制品上。
要点诠释：（1）电镀是阳极材料参与反应的一种特殊的电解。
（2）用Cu作阳极，Fe作阴极电解CuSO4溶液，阳极溶解的Cu与阴极析出的Cu的质量相等，溶液中CuSO4的浓度保持不变。
（3）镀铜是一种应用最广的电镀方法。其除了可直接用作金属制品的表层外，通常主要用于电镀其他金属前的预镀层。例如，在钢铁表面电镀其他金属时，往往要预先镀上一薄层铜，然后再镀所需镀的金属，这样可以使镀层更加牢固和光亮。
【典型例题】
类型一：无机非金属材料及其应用
例1（2019 烟台检测）下列六种工业生产：①用海水为原料提取镁；②制硅酸盐水泥；③制普通玻璃；④制陶瓷；⑤制漂白粉；⑥接触法制硫酸。其中必须用到石灰石作为原料的是（ ）。
A．①②③⑤ B．②③④⑤⑥ C．①②③⑤⑥ D．①②③④⑤⑥
【思路点拨】本题是对几种工业生产原料和反应原理的考查，综合性比较强。如果做题时不清楚，请逐一查教材进行复习。
【答案】A 【解析】用海水为原料提取镁首先要将海水中的镁离子转化成氢氧化镁，所用的碱是氢氧化钙，它来源于石灰石；制水泥、玻璃的原料中也有石灰石；工业上用氯气和石灰乳反应来制取漂白粉，需用到石灰石来制石灰乳；工业上制陶瓷的原料是黏土，用不到石灰石；接触法制硫酸的原料主要是硫黄或黄铁矿，也用不到石灰石。
【总结升华】在学习过程中要善于对比归纳有关知识。可将常见的工业生产从原料、反应原理、生产设备、成品成分、对环境的影响、适宜条件的选择、如何提高综合经济效益等方面加以比较。
举一反三：
【变式1】下列叙述中正确的是（ ）
A．SiO2属于无机非金属材料 B．金属不能作为结构材料
C．玻璃是一种新型的非金属材料 D．C60也是一种材料
【答案】AD
【解析】本题主要考查学生的阅读能力和理解能力，只要认真阅读本书教材就能准确回答。SiO2可作为光导纤维，是一种新型的无机非金属材料。C60是近几年才发现的一种新的碳的同素异形体，它可用于超导体，是一种新型无机非金属材料，所以A、D正确。金属也属于结构材料，但它不耐高温，易腐蚀，不宜作高温材料。玻璃和水泥等只能属于传统的非金属材料。
【总结升华】阅读是一种能力，一个学生如果有较强的阅读能力，他就能在阅读中获取知识，吸收新的信息并能对知识作系统地分析处理。本题强调了阅读的重要性，阅读也是一种重要的解题方法。
【变式2】（2019 山西检测）根据陶瓷的生产原理，可以得出硅酸盐工业的一般特点是（ ）。
①以含硅物质作为原料 ②主要产物是硅酸盐 ③反应条件是高温 ④反应原理是复杂的物理和化学变化
A．①③ B．①②③ C．①②③④ D．①③④
【答案】C
【解析】陶瓷在生产过程中使用含硅酸盐的原料，在高温条件下发生的是复杂的物理变化（熔化）、化学变化（硅酸盐参与的反应），产品的主要成分是硅酸盐。
类型二：金属材料及其应用
例2 将3.2 g氧化铁完全还原，事先应准备的CO在标准状况下的体积为（ ）
A．1344 mL B．672 mL C．大于1344 mL D．小于672 mL
【思路点拨】本题可以根据化学方程式计算，注意单位的换算。
【答案】C
【解析】根据方程式Fe2O3+3CO2Fe+3CO2计算出所需CO体积的理论值为1344 mL，而实验开始时，需先通入CO排尽玻璃管中空气，实验结束时，停止加热还需继续通入CO至试管冷却，以防还原出来的铁被氧化。
【总结升华】本题突破了理论计算的框框，考虑了实际操作时消耗的反应物。这就要求我们平时注重实际运用，全面考虑一些虽然细微却真正存在的问题。
例3 工业上用铝土矿（主要成分为Al2O3·H2O、Al2O3·3H2O以及少量的Fe2O3、SiO2等）提取Al2O3作冶炼铝的原料。提取的操作过程可用以下流程图表示：
（1）写出步骤②中发生反应的离子方程式________________。
（2）写出步骤③中发生反应的离子方程式________________。
（3）若步骤①中没有过滤操作而直接进入步骤②，对后面的操作将产生的影响是________________。
【思路点拨】本题属于考查工业流程的题目，过程稍复杂，注意添加试剂的用量及先后顺序。
【答案】（1）Fe3++3OH―==Fe(OH)3↓；Al3++4OH―==AlO2―+2H2O
（2）2AlO2－+CO2+3H2O==2Al(OH)3↓+CO32－
（3）如果步骤①中没有过滤操作，SiO2与NaOH反应生成NaSiO3而进入滤液，在第③步通入CO2后生成硅酸沉淀而混入Al(OH)3，致使得到的Al2O3不纯
【解析】根据、铁及其化合物的性质，结合题中框图可得流程中的各物质为：
【总结升华】本题中的除杂思路：将被提纯物质先转化为其他物质，然后再利用化学反应将其重新还原为被提纯的物质，在此过程中，杂质即被除去。在除杂时，若根据化学反应不能将杂质直接除去，可借鉴此法。
举一反三：
【变式1】a g CuO和炭粉的混合物，在隔绝空气的条件下加热一段时间并冷却，质量变为b g，若反应中炭粉只转化为CO，求：
（1）实验中有多少克氧化铜被原？
（2）b的最小值为多少？
【答案】涉及反应为CuO+COCu+CO2
（1）由氧原子守恒：d
（2）当CuO和炭粉恰好完全反应时，CuO全部变为Cu，碳全部生成CO2，此时b最小。
，解得：
【变式2】“细菌冶金”是利用某些细菌的特殊代谢功能开采金属矿石，例如氧化亚铁硫杆菌在溶液中能将黄铁矿氧化为Fe2(SO4)3，并使溶液酸性增强，化学反应方程式为：4FeS2+15O2+2H2O==2Fe2(SO4)3+2H2SO4（FeS2中的铁为+2价。）
（1）该反应中的氧化剂是________，还原剂是________，转移电子数为________。
（2）人们可利用Fe2(SO4)3作强氧化剂溶解铜矿石（Cu2S），产物中有黄色的硫生成。然后加入铁屑进一步得到铜，请你写出其离子反应方程式：
①________________；②________________。
【答案】（1）用双线桥法分析该反应：
氧化剂是O2，还原剂是FeS2。转移电子总数为60。
（2）4Fe3++Cu2S==4Fe2++2Cu2++S↓，Fe+Cu2+==Cu+Fe2+
类型三：金属的腐蚀及其防护
例4 在一容器中放入海水，几种铁制品在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序是（ ）
①铁；②镀锡的铁；③镀锌的铁；④镀铜的铁
A．④＞②＞①＞③ B．②＞①＞③＞④
C．④＞②＞③＞① D．③＞②＞④＞①
【思路点拨】本题考查金属腐蚀的情况，注意环境不同，金属发生腐蚀的原理不同。
【答案】A
【解析】本题考察的知识点是金属的锈蚀的原因及外界的影响。②、③、④的装置为原电池装置。③中铁为正极，被保护；②、④中铁为负极，均被腐蚀，但相对来说铁与铜的金属活动性较铁和锡的差别大，所以铁一铜原电池中的铁被腐蚀得快一些，①中的铁因氧化而被腐蚀。
【总结升华】本题的关键点是要掌握原电池的反应原理，是活泼的金属先腐蚀。延伸点是：金属腐蚀的快慢为：原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐蚀措施的腐蚀；同一种金属的腐蚀：强电解质＞弱电解质＞非电解质。
举一反三：
【变式1】为了避免青铜器生成铜绿，以下方法正确的是（ ）
A．将青铜器放在银质托盘上
B．将青铜器保存在干燥的环境中
C．将青铜器保存在潮湿的空气中
D．在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜
【答案】BD
【解析】Cu比较活泼。放在银质托盘上更易受腐蚀，A错；将其保存在干燥的环境中避免与空气中的水分和CO2等物质接触，可避免腐蚀，B正确，则C错误；覆盖防渗的高分子膜也可以隔绝潮湿空气，D正确。
【巩固练习】
一、选择题
1．（2019 南京检测）合金有许多特点，如Na—K合金为液体，而Na和K的单质均为固体。据此，试推测：生铁、纯铁、碳三种物质中，熔点最低的是（ ）。
A．纯铁 B．生铁 C．碳 D．无法确定
2．最近科学家研究得到一种新的分子，它具有空心的类似足球的结构，分子式为C60，下列说法正确的是（ ）
A．C60是一种新型的化合物 B．C60和石墨都是碳的同素异形体
C．C60中含离子键 D．C60的相对分子质量为720
3．据报道，碳纳米管是碳原子形成的大分子，其导电性是铜的l万倍。N5可用作烈性炸药。下列说法正确的是（ ）
A．金刚石与碳纳米管互为同分异构体 B．N5与N2互为同素异形体
C．14C的质子数是14 D．碳原子半径比氮原子半径小
4．下列物质中，主要成分都是硅酸盐的是（ ）
A．花岗岩和大理石 B．高岭石和金刚石
C．陶器和瓷器 D．钴玻璃和石英玻璃
5．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
6．①生铁；②铁矿石；③氧气；④空气；⑤石灰石；⑥生石灰；⑦煤；⑧焦炭。炼铁高炉中投放的基本原料是以上物质中的哪几种（ ）
A．①③⑤⑦ B．②④⑥⑧ C．②④⑤⑧ D．①③⑥⑦
7．高炉炼铁中，石灰石的作用是（ ）
A．催化剂 B．还原剂 C．氧化剂 D．除SiO2
8．（2019 黄冈检测）过量的泥沙、纯碱、生石灰熔化后生成（ ）。
①水泥 ②玻璃 ③瓷器 ④混凝土 ⑤一种硅酸盐产品
A．①和④ B．②和⑤ C．③ D．②
9．下列有关生铁炼钢的叙述错误的是（ ）
A．添加必要的元素，改善钢材的组织结构和性能
B．适当降低生铁中的含碳量，除去大部分硫、磷等杂质
C．加入硅、锰、铝等合金元素调整成分并脱去钢水中的氧
D．除去生铁中的非金属元素
10．钢铁发生析氢腐蚀时，负极上发生的电极反应是（ ）
A．Fe－2e－==Fe2+ B．4OH－－4e－==2H2O+O2↑
C．Fe－3e－==Fe3+ D．2H++2e－==H2↑
11．A、B、C都是金属，A中混有C时，A先腐蚀；A与B组成原电池时，A为电池的正极。A、B、C三种金属的活动性顺序是（ ）
A．A＞B＞C B．A＞C＞B C．B＞A＞C D．B＞C＞A
12．钢铁制品发生吸氧腐蚀时，若有0.2 mL的电子发生转移，下列说法正确的是（ ）
A．有2.8 g的铁被腐蚀 B．消耗的气体的体积为1.12 L（标准状况）
C．钢铁制品表面出现气体 D．金属表面出现红色物质
二、填空题
1．近年来，我国储氢纳米碳管研究获重大进展，用电弧法合成的碳纳米管，常伴有大量物质——碳纳米颗粒。这种碳纳米颗粒可用氧化气化法提纯。其反应的化学方程式为：
□C+□K2Cr2O7+□H2SO4 (稀)□CO2↑+□K2SO4+□Cr2(SO4)3+□________
（1）完成并配平上述反应的化学方程式。
（2）此反应的氧化剂是________，氧化产物是________。
（3）H2SO4在上述反应中表现出来的性质是（填选项编号）（ ）
A．酸性 B．氧化性 C．吸水性 D．脱水性
（4）上述反应中若产生11 g气体物质，则转移电子的数目为________。
2．1985年科学家发现了C60分子。1991年科学家又发现一种新的碳单质——碳纳米管，它是由六边环形的碳原子构成的管状大分子（如图D，图中小黑点均代表碳原子），用你所学到的化学知识回答下列问题。
（1）上述碳的单质的物理性质差异很大的原因是________________。
（2）C60分子的结构示意图是________（填序号A、B、C、D）。
（3）请你推测C60和碳纳米管可能具有哪些化学性质？简要说明理由。
（4）根据你推测的结果，请你设计一个方案，证明C60或碳纳米管的某种化学性质。
3．（2019 北京东城）用高岭土（主要成分是Al2O3·2SiO2·2H2O，并含有少量的CaO、Fe2O3）研制新型净水剂（铝的化合物），其实验步骤如下：将土样和纯碱混合均匀，加热熔融；冷却后，用水浸取熔块，过滤，弃去残渣。滤液用盐酸酸化，经过滤，分别得到沉淀和溶液，溶液即为净水剂。
（1）写出熔融时的主要成分与纯碱反应的化学方程式（Al2O3与纯碱的反应和SiO2与纯碱的反应相似）：________，________。
（2）最后的沉淀物是________，生成该沉淀的离子方程式为________。
（3）实验室中常用的有瓷坩埚、氧化铝坩埚和铁坩埚，本实验在熔融土样时，应选用________坩埚。
【参考答案与解析】
一、选择题
1．B
【解析】一般来说，合金的性能在许多方面优于各成分金属（或非金属）。例如，合金的硬度一般比它的各成分金属的大，多数合金的熔点一般也比它的各成分金属的低（这一点也可以从题干中Na和K合金的熔点规律中总结出来）。生铁是铁碳合金，其熔点要低于纯铁和碳。
2．BD
【解析】这是一道简单的信息给予题，这类题特点是由题干提供新信息，据题中提供的新信息——C60可知，该物质是由60个碳原子组成的单质，原子间只能以共用电子对形成共价键；不含离子键。由于金刚石、石墨和C60均是碳元素形成的不同的单质，故它们都是碳的同素异形体。则C60的相对分子质量=12×60=720，即B、D为正确答案。）
3．B
4．C
【解析】A选项的主要成分为CaCO3；B选项中的金刚石为C；D选项中的石英玻璃主要成分为SiO2。）
5．BD
【解析】氧化铝陶瓷是一典型耐高温材料，光导纤维主要用于传输光信号，不能用于传输能量。）
6．C
7．D
8．B
【解析】总结水泥的主要成分是2CaO·SiO2、3CaO·SiO2和3CaO·Al2O3，其生产原料为黏土、石灰石。混凝土是水泥、碎石和沙子的混合物。陶瓷属于硅酸盐产品，其主要原料是黏土。泥沙的主要成分是SiO2，与纯碱、生石灰在高温下发生如下反应：SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑，SiO2+CaOCaSiO3，而Na2SiO3、CaSiO3与SiO2的熔合物即为玻璃，且玻璃是一种硅酸盐产品，故答案为B。
9．D
【解析】生铁炼钢是通过氧化还原反应降低生铁中的碳的含量，除去一些有害元素（如硫、磷），并把其他元素（硅、钒、锰、铬等）的含量调控到指定范围的过程，并不是仅除去生铁中的非金属元素，故选D。）
10．A
【解析】钢铁发生析氢腐蚀时，是在酸性较强的溶液中，作负极的铁发生的反应类似于与酸的反应，生成+2价的亚铁离子。）
11．C
【解析】金属相接触构成原电池时，先被腐蚀的金属活泼性强，故A＞C；原电池中，作正极的金属活泼性比作负极的金属活泼性要差，因此B＞A。）
12．BD
【解析】钢铁发生吸氧腐蚀时，是铁为负极，失去电子，铁为5.6 g。析氢腐蚀才有气体放出，最后的红色物质是铁锈。）
二、填空题
1．（1）3、2、8、3、2、2、8H2O （2）K2Cr2O7 CO2 （3）A （4）6.02×1023
2．（1）碳原子的排列方式不同 （2）C
（3）常温下化学性质不活泼，在加热和高温下具有可燃性和还原性；因为它们都是碳的单质。
（4）将C60或碳纳米管点燃，将燃烧生成的气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊，说明两者都能在空气中燃烧，且燃烧产物均为二氧化碳。
3．（1）Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑ Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑
（2）H4SiO4（或H2SiO3） H2O+SiO32－+2H+==H4SiO4↓
（3）铁
【解析】（1）SiO2是硅酸、原硅酸的酸酐；Al2O3是铝酸、偏铝酸的酸酐。由于稳定性：H2SiO3＞H4SiO4、HAlO2＞H3AlO3[Al(OH)3]，所以得到SiO2、Al2O3与Na2CO3发生的反应类似：
Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑
Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑
（2）高温下，少量的CaO、Fe2O3也能与SiO2发生反应——酸性氧化物与碱性氧化物的反应：
CaO+SiO2CaSiO3
Fe2O3+3SiO2Fe2(SiO3)3
用水浸取熔块，Na2SiO3、NaAlO2溶解进入滤液，CaSiO3、Fe2(SiO3)3不溶解，形成滤渣。滤液用盐酸酸化，发生如下离子反应：
AlO2－+4H+==Al3++2H2O
H2O+SiO32－+2H+==H4SiO4↓
过滤可分离出H2SiO4沉淀。
（3）由于高温下，SiO2（瓷坩埚的主要成分）、Al2O3与Na2CO3都能发生反应，所以只能选用铁坩埚。
【学习目标】
1、了解无机非金属材料、金属材料和高分子材料的特点以及它们在生产和生活中的广泛应用；
2、了解常见无机非金属材料、金属材料和高分子材料的生产原理。
【要点梳理】
要点一、传统硅酸盐材料
【 化学与材料的发展#传统硅酸盐材料】硅酸盐工业：以含硅物质为原料，经过加热制成硅酸盐产品的工业。如制造陶瓷、玻璃、水泥等。
1．陶瓷
（1）生产原料：黏土等。
（2）生产过程：混合→成型→干燥→烧结→冷却。
（3）陶瓷种类：土器、陶器、炻器、瓷器等。
（4）性能及优点：抗氧化、耐酸碱、耐高温，绝缘，易加工成型等。
（5）特种陶瓷：精细陶瓷（高强度、耐高温、耐腐蚀，并具有声、电、光、热、磁等方面的特殊功能）。
2．玻璃
（1）生产原料：纯碱、石灰石和石英砂（含硅物质）。
（2）生产设备：玻璃窑。
（3）生产过程：把原料粉碎，按适当的比例混合放入玻璃窑中加强热熔化，冷却后即得普通玻璃。
（4）主要反应：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑，CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。
（5）主要成分：普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2熔化在一起所得到的混合物。
（6）重要性质：玻璃在常温下虽呈固态，但不是晶体，称为玻璃态物质。没有固定的熔点，受热只能慢慢软化。
3．水泥
（1）生产原料：石灰石、黏土和其他辅料（如石膏）。
（2）生产设备：水泥回转窑。
（3）生产过程：将原料以一定比例混合，磨细成生料，在窑中烧至部分熔化、冷却成块状熟料。再加入适量石膏磨成细粉，即得普通水泥。（概括为：“两磨一烧加石膏”）
（4）主要成分：硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2）、铝酸三钙（3CaO·Al2O3）、铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3）等的混合物。
（5）重要性质：水泥具有水硬性，而且在水中也可硬化。贮存时应注意防水。
（6）主要用途：制成水泥砂浆、混凝土等建筑材料。
要点诠释：
（1）硅酸盐工业的共同特点：生成物都是硅酸盐；原料都有含硅的物质；反应条件都是高温；反应原理都是发生了复杂的物理、化学变化。
（2）水泥砂浆是水泥、沙子和水的混合物，混凝土是水泥、沙子和碎石的混合物。
（3）水泥的特性——水硬性：水泥跟水掺和搅拌、静置后变硬的特性。水泥的水硬性属于化学性质，发生的变化属于化学变化。
要点二、新型无机非金属材料
【 化学与材料的发展#新型无机非金属材料】1．新型陶瓷
（1）碳化硅：又叫金刚砂，结构与金刚石相似，硬度大，熔点高，化学性质稳定。可作航天器的涂层材料。制备反应为：SiO2+3CSiC+2CO↑。
（2）氮化硅：熔点高，硬度大，化学性质稳定。可用于制造轴承、汽轮机叶片、发动机受热面等。制备方法：①高纯硅遇纯氮气在1300℃条件下反应：3Si+2N2Si3N4，②化学气相沉积法（CVD），在氢气保护下，使SiCl4与N2反应生成的Si3N4沉积在石墨表面，形成一层致密的Si3N4层：3SiC14+2N2+6H2Si3N4+12HCl。
2．单晶硅
（1）工业制法：工业上用焦炭在电炉中将石英砂还原得到粗硅：化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑。
（2）粗硅提纯：将粗硅与氯气或氯化氢反应可得SiCl4或SiHCl3，化学方程式为：
Si+2Cl2SiCl4 或 Si (粗)+3HCl SiHCl3+H2
用蒸馏方法将产物提纯后再用H2还原，得到高纯硅。化学方程式为：
SiCl4+2H2Si (纯)+4HCl 或 SiHCl3+H2Si (纯) +3HCl
特别提示
碳、硅处于同一主族，据其在表中的位置知碳的非金属性比硅强，还原性比硅弱，而在SiO2+2CSi+2CO↑中，由氧化还原“强弱规律”知碳的还原性却比硅强。这两者并不矛盾。碳的非金属性比硅强表现在CH4比SiH4稳定，H2CO3酸性强于H2SiO3。而在SiO2+2CSi+2CO↑反应中，因在高温下生成的CO气体逸出而脱离体系。
3．石墨、金刚石和C60
金刚石
石墨
C60
表面光泽
无色透明晶体
深灰色
由C60分子构成的新型碳的单质
硬度
天然最硬物质
最软矿物之一
导电性
无
有导电性
用途
刻划玻璃，钻头
电极、润滑剂、铅笔芯
新型贮氢材料、高温超导材料
碳的单质的物理性质的不同是由于碳原子的排列方式不同
要点三、金属冶炼概论
1．金属冶炼的原理
金属的冶炼，其实质是使金属化合物中的金属离子得到电子被还原为金属单质的过程：Mn++ne－—→M。
2．金属冶炼的步骤
从金属矿石中提炼金属一般要经过三个步骤：矿石的富集（除去杂质）→冶炼（在一定条件下，把金属矿石中的金属离子还原成金属单质）→精炼（采用一定方法提炼纯金属）。
3．金属冶炼的方法图表解【 化学与材料的发展#冶炼金属的方法】
方法名称
主要反应原理（举例）
主要冶炼特点
热
还
原
法
CO作
还原剂
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
CuO+COCu+CO2
炼得的金属为合金，生产成本较低，常用于制金属活动性不强的金属
H2作
还原剂
WO3+3H2W+3H2O
炼得的金属纯度较高，生产成本也较高
活泼金属
作还原剂
4Al+3MnO23Mn+2Al2O3
被冶炼的金属活泼性强，熔点高。炼得的金属纯度较高，生产成本也较高
电解法
2Al2O34Al+3O2↑
被冶炼的金属活泼性强，炼得的金属纯度高，耗电量较大，生产成本较高
热分解法
2HgO2Hg+O2↑
被冶炼的金属活动性较差，原料物质热稳定性较差
要点诠释：（1）热还原法：用焦炭冶炼金属，炼得金属中常含有少量的碳。用CO还原法时炼得金属中也含有少量碳，因CO是通过以下反应实现的：C+O2CO2，CO2+C2CO；用H2冶炼的金属纯度高（在金属活动性顺序中Na～Al的氧化物不能被H2还原），但成本高；用铝热反应冶炼金属，克服了被冶炼金属及其氧化物熔点高、难以冶炼的问题，但成本也高。
（2）电解法：在金属活动性顺序中，钠、钙、铝等几种金属的还原性很强，这些金属都很容易失去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，而只能用通电分解其熔融盐或氧化物（只有这样才能导电）的方法来冶炼，电解法的优点是所得金属的纯度一般较高，但要消耗大量的电能，价格较贵。
要点四、钢铁的冶炼
【 化学与材料的发展#钢铁的冶炼】1．炼铁
（1）基本原理：高温下，用还原剂从铁矿石中把铁还原出来。
（2）原料：铁矿石、焦炭、石灰石、空气等。
（3）设备：高炉。
（4）主要化学反应：
还原剂的形成：C+O2CO2，C+CO22CO；
铁的还原：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2；
炉渣的形成：CaCO3CaO+CO2↑，CaO+SiO2CaSiO3。
要点诠释：（1）炼铁时投进的焦炭转化为CO才是炼铁时的还原剂。
（2）炉渣的主要成分是CaSiO3。
（3）用这种方法炼出来的铁是含碳2％～4.5％的生铁。
2．炼钢
（1）实质：把生铁冶炼成钢的实质，就是适当地降低生铁里的含碳量，除去大部分硫、磷等有害杂质，调整钢里合金元素含量到规定范围之内。
（2）炼钢的主要反应原理，也是利用氧化还原反应，在高温下，用氧化剂把生铁里过多的碳和其他杂质氧化成为气体或炉渣除去。
（3）原料：生铁或废钢铁、常用的氧化剂（空气、氧气或氧化铁）
（4）主要化学方程式：
铁变成氧化亚铁：2Fe+O22FeO
脱碳：C+FeOCO+Fe
脱硫：FeS+CaOCaS+FeO
要点诠释：炼钢和炼铁虽然都利用的是氧化还原反应，但是炼铁主要是用还原剂把铁从铁矿石里还原出来，而炼钢主要是用氧化剂把生铁里过多的碳和其他杂质氧化而除去。
要点五、铝的冶炼
【 化学与材料的发展#铝的冶炼】工业上用铝土矿（主要成分为Al2O3，还含有少量的Fe2O3、SiO2等）提取Al2O3作冶炼铝的原料。
1．流程
2．有关反应的离子方程式和化学方程式为：
Al2O3+2OH―==2AlO2―+H2O AlO2―+CO2+2H2O==Al(OH)3↓+HCO3―
2Al(OH)3Al2O3+3H2O 2Al2O3 4Al+3O2↑
3．设备和反应：
（1）设备：电解槽。阴极和阳极以碳素为材料做成。
（2）电极反应：阳极反应6O2――12e―==3O2↑；阴极反应4Al3++12e―==4Al。
自主感悟
（1）AlO2－—→Al(OH)3，不能用强酸，因为Al(OH)3可溶于强酸，应选用CO2，Al(OH)3不溶于碳酸。
（2）工业上采用电解熔融氧化铝和冰晶石（Na3AlF6）混合物的方法冶炼铝。添加冰晶石可使电解氧化铝的温度大大降低。
（3）由于阳极产生的氧气与阳极材料的C发生反应，因此，阳极碳块因不断消耗而需要定期更换。
要点诠释：从铝土矿中提取铝的另一种途径
（1）流程
（2）有关反应
Al2O3+6H+==2Al3++3H2O Fe2O3+6H+==2Fe3++3H2O
Fe3++3OH―==Fe(OH)3↓ Al3++4OH―==Al2―+2H2O
AlO2―+CO2+2H2O==Al(OH)3↓+HCO3―
2Al(OH)3Al2O3+3H2O
2Al2O3 4Al+3O2↑
要点六、金属的腐蚀
1．实质：金属或合金与周围环境中的物质发生化学反应而被腐蚀损耗的现象。
2．类型：化学腐蚀和电化学腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属跟其他物质直接接触
不同金属或不纯金属与电解质溶液（一般为水膜中溶解O2，水膜呈弱酸性或中性）接触
是否形成原电池
不形成原电池
形成原电池，发生原电池反应
特征
无电流产生
有微弱电流产生
本质
金属被氧化而腐蚀
较活泼金属被氧化而腐蚀
实例
氯气工厂里铁制品被腐蚀，铁在高温下形成Fe3O4：2Fe+3Cl22FeCl3、
3Fe+2O2Fe3O4
钢铁在微弱的酸性介质中的腐蚀以及在潮湿的空气中或海水中的腐蚀
相互联系
化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更严重
3．电化学腐蚀的类型
（1）析氢腐蚀：酸性介质中，氧气含量较低，发生析氢腐蚀。
电极反应式：负极（Fe）：Fe―2e―==Fe2+；
正极（C）：2H++2e―==H2↑。
（2）吸氧腐蚀
电极反应式：负极（Fe）：Fe―2e―==Fe2+；
正极（C）：2H2O+O2+4e―==4OH―。
要点诠释：铁锈的形成过程：Fe-C原电池发生吸氧腐蚀的过程：负极：2Fe－4e―==2Fe2+；正极：O2+4e－+2H2O==4OH－。游离在水膜中的Fe2+和OH－结合生成Fe(OH)2：Fe2++2OH－===Fe(OH)2↓。Fe(OH)2被空气氧化，生成Fe(OH)3：4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3。Fe(OH)3不稳定，在日光照射下发生缓慢分解反应生成Fe2O3：2Fe(OH)3==Fe2O3 +3H2O。铁锈的主要成分是Fe2O3，也含有未分解的Fe(OH)3（即Fe2O3·3H2O）；因此也有人认为铁锈的主要成分是Fe2O3·nH2O。
要点七、金属腐蚀的防止和利用
1．金属防护的思路：防止金属与化学物质直接接触；防止金属与环境形成原电池。
2．防护方法
（1）改变金属的内部组成和结构：如不锈钢（钢中加入一定量的镍和铬）。
（2）电化学保护法
牺牲阳极的阴极保护法
外加电流的阴极保护法
依据
原电池原理
电解原理
构成
将被保护金属与比其更活泼的金属连接在一起，更活泼的金属作阳极（负极），被保护的金属作阴极（正极）
将被保护的金属与电源负极相连接，作阴极，另一附加的惰性电极与电源正极相连接，作阳极
原理
更活泼金属作阳极（负极），不断被腐蚀，作阴极（正极）的金属得到保护
通电后，电子流向被保护的金属（阴极），在该金属表面积累了大量的负电荷，从而抑制了该金属失去电子，阻止了金属的腐蚀
应用
保护海轮外壳及石油管理
保护土壤、海水及河水中的金属设备
（3）电镀
①概念：电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程，它是电解原理的又一重要应用。
②意义：电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力。
③原理：电镀的原理与电解精炼铜的原理是一致的。电镀时，一般都是用含有镀层金属离子的电解质配成电镀液；把待镀金属制品浸入电镀液中与直流电源的负极相连，作为阴极；而用镀层金属作为阳极，与直流电源正极相连。通入低压直流电，阳极金属溶解在溶液中成为阳离子，移向阴极，这些离子在阴极获得电子被还原成金属，覆盖在需要电镀的金属制品上。
要点诠释：（1）电镀是阳极材料参与反应的一种特殊的电解。
（2）用Cu作阳极，Fe作阴极电解CuSO4溶液，阳极溶解的Cu与阴极析出的Cu的质量相等，溶液中CuSO4的浓度保持不变。
（3）镀铜是一种应用最广的电镀方法。其除了可直接用作金属制品的表层外，通常主要用于电镀其他金属前的预镀层。例如，在钢铁表面电镀其他金属时，往往要预先镀上一薄层铜，然后再镀所需镀的金属，这样可以使镀层更加牢固和光亮。
【典型例题】
类型一：无机非金属材料及其应用
例1（2019 烟台检测）下列六种工业生产：①用海水为原料提取镁；②制硅酸盐水泥；③制普通玻璃；④制陶瓷；⑤制漂白粉；⑥接触法制硫酸。其中必须用到石灰石作为原料的是（ ）。
A．①②③⑤ B．②③④⑤⑥ C．①②③⑤⑥ D．①②③④⑤⑥
【思路点拨】本题是对几种工业生产原料和反应原理的考查，综合性比较强。如果做题时不清楚，请逐一查教材进行复习。
【答案】A 【解析】用海水为原料提取镁首先要将海水中的镁离子转化成氢氧化镁，所用的碱是氢氧化钙，它来源于石灰石；制水泥、玻璃的原料中也有石灰石；工业上用氯气和石灰乳反应来制取漂白粉，需用到石灰石来制石灰乳；工业上制陶瓷的原料是黏土，用不到石灰石；接触法制硫酸的原料主要是硫黄或黄铁矿，也用不到石灰石。
【总结升华】在学习过程中要善于对比归纳有关知识。可将常见的工业生产从原料、反应原理、生产设备、成品成分、对环境的影响、适宜条件的选择、如何提高综合经济效益等方面加以比较。
举一反三：
【变式1】下列叙述中正确的是（ ）
A．SiO2属于无机非金属材料 B．金属不能作为结构材料
C．玻璃是一种新型的非金属材料 D．C60也是一种材料
【答案】AD
【解析】本题主要考查学生的阅读能力和理解能力，只要认真阅读本书教材就能准确回答。SiO2可作为光导纤维，是一种新型的无机非金属材料。C60是近几年才发现的一种新的碳的同素异形体，它可用于超导体，是一种新型无机非金属材料，所以A、D正确。金属也属于结构材料，但它不耐高温，易腐蚀，不宜作高温材料。玻璃和水泥等只能属于传统的非金属材料。
【总结升华】阅读是一种能力，一个学生如果有较强的阅读能力，他就能在阅读中获取知识，吸收新的信息并能对知识作系统地分析处理。本题强调了阅读的重要性，阅读也是一种重要的解题方法。
【变式2】（2019 山西检测）根据陶瓷的生产原理，可以得出硅酸盐工业的一般特点是（ ）。
①以含硅物质作为原料 ②主要产物是硅酸盐 ③反应条件是高温 ④反应原理是复杂的物理和化学变化
A．①③ B．①②③ C．①②③④ D．①③④
【答案】C
【解析】陶瓷在生产过程中使用含硅酸盐的原料，在高温条件下发生的是复杂的物理变化（熔化）、化学变化（硅酸盐参与的反应），产品的主要成分是硅酸盐。
类型二：金属材料及其应用
例2 将3.2 g氧化铁完全还原，事先应准备的CO在标准状况下的体积为（ ）
A．1344 mL B．672 mL C．大于1344 mL D．小于672 mL
【思路点拨】本题可以根据化学方程式计算，注意单位的换算。
【答案】C
【解析】根据方程式Fe2O3+3CO2Fe+3CO2计算出所需CO体积的理论值为1344 mL，而实验开始时，需先通入CO排尽玻璃管中空气，实验结束时，停止加热还需继续通入CO至试管冷却，以防还原出来的铁被氧化。
【总结升华】本题突破了理论计算的框框，考虑了实际操作时消耗的反应物。这就要求我们平时注重实际运用，全面考虑一些虽然细微却真正存在的问题。
例3 工业上用铝土矿（主要成分为Al2O3·H2O、Al2O3·3H2O以及少量的Fe2O3、SiO2等）提取Al2O3作冶炼铝的原料。提取的操作过程可用以下流程图表示：
（1）写出步骤②中发生反应的离子方程式________________。
（2）写出步骤③中发生反应的离子方程式________________。
（3）若步骤①中没有过滤操作而直接进入步骤②，对后面的操作将产生的影响是________________。
【思路点拨】本题属于考查工业流程的题目，过程稍复杂，注意添加试剂的用量及先后顺序。
【答案】（1）Fe3++3OH―==Fe(OH)3↓；Al3++4OH―==AlO2―+2H2O
（2）2AlO2－+CO2+3H2O==2Al(OH)3↓+CO32－
（3）如果步骤①中没有过滤操作，SiO2与NaOH反应生成NaSiO3而进入滤液，在第③步通入CO2后生成硅酸沉淀而混入Al(OH)3，致使得到的Al2O3不纯
【解析】根据、铁及其化合物的性质，结合题中框图可得流程中的各物质为：
【总结升华】本题中的除杂思路：将被提纯物质先转化为其他物质，然后再利用化学反应将其重新还原为被提纯的物质，在此过程中，杂质即被除去。在除杂时，若根据化学反应不能将杂质直接除去，可借鉴此法。
举一反三：
【变式1】a g CuO和炭粉的混合物，在隔绝空气的条件下加热一段时间并冷却，质量变为b g，若反应中炭粉只转化为CO，求：
（1）实验中有多少克氧化铜被原？
（2）b的最小值为多少？
【答案】涉及反应为CuO+COCu+CO2
（1）由氧原子守恒：d
（2）当CuO和炭粉恰好完全反应时，CuO全部变为Cu，碳全部生成CO2，此时b最小。
，解得：
【变式2】“细菌冶金”是利用某些细菌的特殊代谢功能开采金属矿石，例如氧化亚铁硫杆菌在溶液中能将黄铁矿氧化为Fe2(SO4)3，并使溶液酸性增强，化学反应方程式为：4FeS2+15O2+2H2O==2Fe2(SO4)3+2H2SO4（FeS2中的铁为+2价。）
（1）该反应中的氧化剂是________，还原剂是________，转移电子数为________。
（2）人们可利用Fe2(SO4)3作强氧化剂溶解铜矿石（Cu2S），产物中有黄色的硫生成。然后加入铁屑进一步得到铜，请你写出其离子反应方程式：
①________________；②________________。
【答案】（1）用双线桥法分析该反应：
氧化剂是O2，还原剂是FeS2。转移电子总数为60。
（2）4Fe3++Cu2S==4Fe2++2Cu2++S↓，Fe+Cu2+==Cu+Fe2+
类型三：金属的腐蚀及其防护
例4 在一容器中放入海水，几种铁制品在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序是（ ）
①铁；②镀锡的铁；③镀锌的铁；④镀铜的铁
A．④＞②＞①＞③ B．②＞①＞③＞④
C．④＞②＞③＞① D．③＞②＞④＞①
【思路点拨】本题考查金属腐蚀的情况，注意环境不同，金属发生腐蚀的原理不同。
【答案】A
【解析】本题考察的知识点是金属的锈蚀的原因及外界的影响。②、③、④的装置为原电池装置。③中铁为正极，被保护；②、④中铁为负极，均被腐蚀，但相对来说铁与铜的金属活动性较铁和锡的差别大，所以铁一铜原电池中的铁被腐蚀得快一些，①中的铁因氧化而被腐蚀。
【总结升华】本题的关键点是要掌握原电池的反应原理，是活泼的金属先腐蚀。延伸点是：金属腐蚀的快慢为：原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐蚀措施的腐蚀；同一种金属的腐蚀：强电解质＞弱电解质＞非电解质。
举一反三：
【变式1】为了避免青铜器生成铜绿，以下方法正确的是（ ）
A．将青铜器放在银质托盘上
B．将青铜器保存在干燥的环境中
C．将青铜器保存在潮湿的空气中
D．在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜
【答案】BD
【解析】Cu比较活泼。放在银质托盘上更易受腐蚀，A错；将其保存在干燥的环境中避免与空气中的水分和CO2等物质接触，可避免腐蚀，B正确，则C错误；覆盖防渗的高分子膜也可以隔绝潮湿空气，D正确。
【巩固练习】
一、选择题
1．（2019 南京检测）合金有许多特点，如Na—K合金为液体，而Na和K的单质均为固体。据此，试推测：生铁、纯铁、碳三种物质中，熔点最低的是（ ）。
A．纯铁 B．生铁 C．碳 D．无法确定
2．最近科学家研究得到一种新的分子，它具有空心的类似足球的结构，分子式为C60，下列说法正确的是（ ）
A．C60是一种新型的化合物 B．C60和石墨都是碳的同素异形体
C．C60中含离子键 D．C60的相对分子质量为720
3．据报道，碳纳米管是碳原子形成的大分子，其导电性是铜的l万倍。N5可用作烈性炸药。下列说法正确的是（ ）
A．金刚石与碳纳米管互为同分异构体 B．N5与N2互为同素异形体
C．14C的质子数是14 D．碳原子半径比氮原子半径小
4．下列物质中，主要成分都是硅酸盐的是（ ）
A．花岗岩和大理石 B．高岭石和金刚石
C．陶器和瓷器 D．钴玻璃和石英玻璃
5．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
6．①生铁；②铁矿石；③氧气；④空气；⑤石灰石；⑥生石灰；⑦煤；⑧焦炭。炼铁高炉中投放的基本原料是以上物质中的哪几种（ ）
A．①③⑤⑦ B．②④⑥⑧ C．②④⑤⑧ D．①③⑥⑦
7．高炉炼铁中，石灰石的作用是（ ）
A．催化剂 B．还原剂 C．氧化剂 D．除SiO2
8．（2019 黄冈检测）过量的泥沙、纯碱、生石灰熔化后生成（ ）。
①水泥 ②玻璃 ③瓷器 ④混凝土 ⑤一种硅酸盐产品
A．①和④ B．②和⑤ C．③ D．②
9．下列有关生铁炼钢的叙述错误的是（ ）
A．添加必要的元素，改善钢材的组织结构和性能
B．适当降低生铁中的含碳量，除去大部分硫、磷等杂质
C．加入硅、锰、铝等合金元素调整成分并脱去钢水中的氧
D．除去生铁中的非金属元素
10．钢铁发生析氢腐蚀时，负极上发生的电极反应是（ ）
A．Fe－2e－==Fe2+ B．4OH－－4e－==2H2O+O2↑
C．Fe－3e－==Fe3+ D．2H++2e－==H2↑
11．A、B、C都是金属，A中混有C时，A先腐蚀；A与B组成原电池时，A为电池的正极。A、B、C三种金属的活动性顺序是（ ）
A．A＞B＞C B．A＞C＞B C．B＞A＞C D．B＞C＞A
12．钢铁制品发生吸氧腐蚀时，若有0.2 mL的电子发生转移，下列说法正确的是（ ）
A．有2.8 g的铁被腐蚀 B．消耗的气体的体积为1.12 L（标准状况）
C．钢铁制品表面出现气体 D．金属表面出现红色物质
二、填空题
1．近年来，我国储氢纳米碳管研究获重大进展，用电弧法合成的碳纳米管，常伴有大量物质——碳纳米颗粒。这种碳纳米颗粒可用氧化气化法提纯。其反应的化学方程式为：
□C+□K2Cr2O7+□H2SO4 (稀)□CO2↑+□K2SO4+□Cr2(SO4)3+□________
（1）完成并配平上述反应的化学方程式。
（2）此反应的氧化剂是________，氧化产物是________。
（3）H2SO4在上述反应中表现出来的性质是（填选项编号）（ ）
A．酸性 B．氧化性 C．吸水性 D．脱水性
（4）上述反应中若产生11 g气体物质，则转移电子的数目为________。
2．1985年科学家发现了C60分子。1991年科学家又发现一种新的碳单质——碳纳米管，它是由六边环形的碳原子构成的管状大分子（如图D，图中小黑点均代表碳原子），用你所学到的化学知识回答下列问题。
（1）上述碳的单质的物理性质差异很大的原因是________________。
（2）C60分子的结构示意图是________（填序号A、B、C、D）。
（3）请你推测C60和碳纳米管可能具有哪些化学性质？简要说明理由。
（4）根据你推测的结果，请你设计一个方案，证明C60或碳纳米管的某种化学性质。
3．（2019 北京东城）用高岭土（主要成分是Al2O3·2SiO2·2H2O，并含有少量的CaO、Fe2O3）研制新型净水剂（铝的化合物），其实验步骤如下：将土样和纯碱混合均匀，加热熔融；冷却后，用水浸取熔块，过滤，弃去残渣。滤液用盐酸酸化，经过滤，分别得到沉淀和溶液，溶液即为净水剂。
（1）写出熔融时的主要成分与纯碱反应的化学方程式（Al2O3与纯碱的反应和SiO2与纯碱的反应相似）：________，________。
（2）最后的沉淀物是________，生成该沉淀的离子方程式为________。
（3）实验室中常用的有瓷坩埚、氧化铝坩埚和铁坩埚，本实验在熔融土样时，应选用________坩埚。
【参考答案与解析】
一、选择题
1．B
【解析】一般来说，合金的性能在许多方面优于各成分金属（或非金属）。例如，合金的硬度一般比它的各成分金属的大，多数合金的熔点一般也比它的各成分金属的低（这一点也可以从题干中Na和K合金的熔点规律中总结出来）。生铁是铁碳合金，其熔点要低于纯铁和碳。
2．BD
【解析】这是一道简单的信息给予题，这类题特点是由题干提供新信息，据题中提供的新信息——C60可知，该物质是由60个碳原子组成的单质，原子间只能以共用电子对形成共价键；不含离子键。由于金刚石、石墨和C60均是碳元素形成的不同的单质，故它们都是碳的同素异形体。则C60的相对分子质量=12×60=720，即B、D为正确答案。）
3．B
4．C
【解析】A选项的主要成分为CaCO3；B选项中的金刚石为C；D选项中的石英玻璃主要成分为SiO2。）
5．BD
【解析】氧化铝陶瓷是一典型耐高温材料，光导纤维主要用于传输光信号，不能用于传输能量。）
6．C
7．D
8．B
【解析】总结水泥的主要成分是2CaO·SiO2、3CaO·SiO2和3CaO·Al2O3，其生产原料为黏土、石灰石。混凝土是水泥、碎石和沙子的混合物。陶瓷属于硅酸盐产品，其主要原料是黏土。泥沙的主要成分是SiO2，与纯碱、生石灰在高温下发生如下反应：SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑，SiO2+CaOCaSiO3，而Na2SiO3、CaSiO3与SiO2的熔合物即为玻璃，且玻璃是一种硅酸盐产品，故答案为B。
9．D
【解析】生铁炼钢是通过氧化还原反应降低生铁中的碳的含量，除去一些有害元素（如硫、磷），并把其他元素（硅、钒、锰、铬等）的含量调控到指定范围的过程，并不是仅除去生铁中的非金属元素，故选D。）
10．A
【解析】钢铁发生析氢腐蚀时，是在酸性较强的溶液中，作负极的铁发生的反应类似于与酸的反应，生成+2价的亚铁离子。）
11．C
【解析】金属相接触构成原电池时，先被腐蚀的金属活泼性强，故A＞C；原电池中，作正极的金属活泼性比作负极的金属活泼性要差，因此B＞A。）
12．BD
【解析】钢铁发生吸氧腐蚀时，是铁为负极，失去电子，铁为5.6 g。析氢腐蚀才有气体放出，最后的红色物质是铁锈。）
二、填空题
1．（1）3、2、8、3、2、2、8H2O （2）K2Cr2O7 CO2 （3）A （4）6.02×1023
2．（1）碳原子的排列方式不同 （2）C
（3）常温下化学性质不活泼，在加热和高温下具有可燃性和还原性；因为它们都是碳的单质。
（4）将C60或碳纳米管点燃，将燃烧生成的气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊，说明两者都能在空气中燃烧，且燃烧产物均为二氧化碳。
3．（1）Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑ Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑
（2）H4SiO4（或H2SiO3） H2O+SiO32－+2H+==H4SiO4↓
（3）铁
【解析】（1）SiO2是硅酸、原硅酸的酸酐；Al2O3是铝酸、偏铝酸的酸酐。由于稳定性：H2SiO3＞H4SiO4、HAlO2＞H3AlO3[Al(OH)3]，所以得到SiO2、Al2O3与Na2CO3发生的反应类似：
Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑
Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑
（2）高温下，少量的CaO、Fe2O3也能与SiO2发生反应——酸性氧化物与碱性氧化物的反应：
CaO+SiO2CaSiO3
Fe2O3+3SiO2Fe2(SiO3)3
用水浸取熔块，Na2SiO3、NaAlO2溶解进入滤液，CaSiO3、Fe2(SiO3)3不溶解，形成滤渣。滤液用盐酸酸化，发生如下离子反应：
AlO2－+4H+==Al3++2H2O
H2O+SiO32－+2H+==H4SiO4↓
过滤可分离出H2SiO4沉淀。
（3）由于高温下，SiO2（瓷坩埚的主要成分）、Al2O3与Na2CO3都能发生反应，所以只能选用铁坩埚。