大数据建模高考化学：材料性能与用途探究

【高考化学·考试大纲】了解化学与材料、能源、信息技术等的关系。

【课程标准·学业要求】(1)能从材料组成的角度对生活中常见的材料进行分类,(2)能根据使用需求选择适当的材料,(3)能解释使用注意事项,并能科学合理使用。

1.[双选]下列性质与运用关系错误的是(　)

A.[16 全国Ⅲ,7]Al2(SO4)3和小苏打反应,可用于泡沫灭火器灭火

B.[16 全国Ⅲ,7]铁比铜金属性强,可用FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板

C.[14 全国,6]室温下,不能将浓硫酸盛放在铁桶中

D.[16 全国Ⅲ,7]HF与SiO2反应,可用于氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记

2.[18 全国Ⅲ,7]下列说法错误的是(　)

A.泡沫灭火器可用于一般的起火,也适用于电器起火

B.疫苗一般应冷藏存放,以避免蛋白质变性

C.家庭装修时用水性漆替代传统的油性漆,有利于健康及环境

D.电热水器用镁棒防止内胆腐蚀,原理是牺牲阳极的阴极保护法

●传统文化与文化自信

3.[15 全国Ⅰ,7]我国清代《本草纲目拾遗》中记叙无机药物335种,其中“强水”条目下写道:“性最烈,能蚀五金……其水甚强,五金八石皆能穿第,惟玻璃可盛”。这里的“强水”是指(　)

A.氨水　B.硝酸　C.醋　D.卤水

4.[17 全国Ⅰ,8]《本草衍义》中对精制砒霜过程有如下叙述:“取砒之法,将生砒就置火上,以器覆之,令砒烟上飞着覆器,遂凝结累然下垂如乳,尖长者为胜,平短者次之”。文中涉及的操作方法是(　)

A.蒸馏　B.升华　C.干馏　D.萃取

一、生活中用到的物质的性质与用途

1.除水垢:水垢主要成分是CaCO3和Mg(OH)2;用食醋除水壶内壁的水垢:2CH3COOH+CaCO3==(CH3COO)2Ca+CO2↑+H2O。也可以用盐酸,一般不用硫酸(反应生成微溶的硫酸钙覆盖在碳酸钙表面阻碍反应的继续进行)。

2.硬水的危害:含有较多钙镁离子的水称为硬水;使用含钙离子浓度较大的地下水洗衣服,肥皂中的高级脂肪酸根会与Ca2+反应生成不溶物,使衣物不易漂洗干净,肥皂去污能力减弱。

3.硅胶:硅酸凝胶经干燥脱水就形成多孔硅酸干胶。用途:(1)吸附水分能力强,常用做干燥剂(实验室、袋装食品、瓶装药品等的包装);(2)用作催化剂的载体(将催化剂吸附在表面上,增大比表面)。

4.护肤保湿剂:甘油(丙三醇)结构中含多羟基,具有吸湿性,可用于护肤;还可用作防冻剂,制硝化甘油。

5.泡沫灭火器原理:Al2(SO4)3和小苏打混合,发生彻底的双水解生成Al(OH)3和CO2,产生大量泡沫从而灭火。

6.刻蚀玻璃:HF与SiO2反应,常用HF刻蚀玻璃。

7.去油污:加入Na2CO3(纯碱)并加热,以促进水解生成NaOH,NaOH再促进油脂的水解。

8.肥分散失:NH4HCO3用作氮肥,但受热易分解,雨天铵盐溶解,都会造成肥分散失。草木灰(K2CO3)与铵态氮肥混合使用,由于双水解的相互促进使肥效降低。

9.清除铜镜表面的铜锈:明矾溶液因为水解呈酸性,可清除铜镜表面的铜锈[Cu2(OH)2CO3]反应。

10.刻制印刷电路板:FeCl3腐蚀Cu制印刷电路板(原理氧化性:Fe3+>Cu2+,不是活泼性:Cu>Fe)。

11.钢铁的腐蚀:主要以电化学腐蚀为主,如自行车钢架生锈。

12.检验输送HCl、氯气的管道是否漏气:可用蘸有氨水的棉棒检验输送氯气或HCl的管道是否漏气(NH3气体与HCl或Cl2反应生成NH4Cl固体,观察到有大量的白烟生成)。

13.呼吸面具中的供氧剂，Na2O2。

14.焊接钢轨，铝热反应。

15.发泡剂、疏松剂:反应中产生的气体使内部形成均匀致密的海绵状多孔疏松组织。如小苏打做食品发泡剂。

16.★吸附性物质:当物质的比表面较大时，常具有较强的吸附性能，有利于对物质的分散，增加反应物的面积从而提高反应速率和效率，与该性能有关的应用有：活性炭吸附异味，胶体净水剂，硅胶吸水，多孔石墨电极，三维多孔海绵状，石墨烯，硅藻土做气相催化剂的载体等。

二、化学式与俗名

化学物质的俗名往往是在自然界中,具有特殊的颜色、性能等而得名,自然界的物质往往也属于混合物。如铁红(Fe2O3);磁石、磁性氧化铁(Fe3O4);烧碱、火碱(NaOH);纯碱、苏打(Na2CO3);小苏打(NaHCO3);生石灰(CaO);熟石灰、消石灰[Ca(OH)2];石灰石(CaCO3);芒硝(Na2SO4·10H2O)。

“矾”通过是指含有结晶水的硫酸盐。如：明矾[KAl(SO4)2∙12H2O],胆矾或蓝矾(蓝色,CuSO4·5H2O),绿矾(绿色,FeSO4·7H2O)。

三、材料与制造

1.含硅材料

(1)单质硅(单晶硅)：半导体材料(其他还有:硒、锗Ge、镓Ga)可用于制造计算机芯片、集成线路等。将光能转变成电能的材料(太阳能电池、光伏电池、光感电池)。

(2)石英(SiO2)：用于制光导纤维(属于新型无机非金属材料);制石英玻璃和普通玻璃、玛瑙、水晶等饰品。

(3)硅酸盐：普通玻璃、陶瓷、水泥、陶土的主要成分。①普通玻璃的主要成分是·Na2SiO3·CaSiO3·SiO2组成的混合物，由纯碱，石灰石和石英为原料高温制得;②普通水泥主要成分:硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)组成的混合物，由粘土和石灰石反应制得。③陶瓷由陶土经高温烧结而成。

2.碳的几种同素异形体

(1)金刚石作钻头;(2)石墨制电极(稳定导电)、制坩埚(熔点高)、制铅笔芯(主要成分是石墨而不是铅)，碳纤维;(3)石墨烯(单原子层石墨,平面薄膜,稳定的吸附电极)、焦炭做冶金工业的燃料和反应中的还原剂;炭黑制油黑、橡胶耐磨添加剂。

3.其他常见材料

(1)Al2O3：熔点高,用作耐高温材料(还有MgO),可制坩埚(但不能熔碱性物质);晶体Al2O3,称为刚玉,硬度大,熔点高;也是蓝宝石,红宝石的成分。

(2)黑火药(爆竹):其成分由硫磺(燃烧后生成SO2、不生成SO3)、硝石(KNO3)、木炭三种物质按一定比例混合制成。

(3)CO2:制灭火剂;制纯碱(侯氏制碱法);干冰作人工降雨剂。

(4)铁红、赤铁矿(主要成分Fe2O3):红棕色防锈油漆或涂料。

(5)NH4Cl:除铁锈、制干电池、作肥料、制氨气;氮肥[主要指:NH4HCO3、NH4Cl、(NH4)2SO4、CO(NH2)2(尿素)]。(www.xing528.com)

(6)K、Na合金:原子能反应堆导热剂;高压钠灯;发出黄光。

(7)Zn:可用作锌锰干电池的负极材料(具有还原性和导电性)。

(8)合成纤维:属于有机合成高分子材料。

(9)有机玻璃:聚甲基丙烯酸甲酯,线型高分子化合物(普通玻璃是传统无机硅酸盐材料)。

(10)三大化石燃料:煤、石油、天然气。

(11)生物质能:从生物体中加工得到的物质,大多数属于有机物，如制沼气、酒精等。是一种可再生能量。

四、新能源

(1)氢能源:①氢燃料电池(能有效提高能源利用率);②与汽油相比,H2作为燃料的优点是最环保的能源(燃烧的产物为H2O),污染小,可再生,来源广,资源丰富,燃烧热值高;③常用光催化还原水制氢,比电解水制氢更节能环保、更经济;④储氢材料(镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物)。

(2)甲醇汽油:向汽油中添加甲醇,不需改变汽油机的结构。

五、新型无机非金属材料

是除有机高分子材料、金属材料和传统无机非金属材料以外的,具有特殊结构和特殊功能的材料统称。主要含有氧、碳、氮、卤素、硼及硅等物质组成的材料，可能含有金属元素。

1.非金属材料

（1）传统材料：玻璃、陶瓷、水泥,

（2）新型材料：①光导纤维(SiO2):容量大、传速快、省金属。②碳化硅(SiC)性能、用途:结构与金刚石相似,硬度大,优质磨料,性质稳定,航天器涂层材料。③氮化硅(Si3N4)性能、用途:一种高温陶瓷材料,熔点高、硬度大、化学性质稳定,制造轴承、气轮机叶片、发动机受热面。④其他新型无机非金属材料:富勒烯(C60)、石墨烯、碳纳米管等;生物陶瓷、压电陶瓷等、半导体材料(硅)、发光材料等。

2.复合材料

由两种或两种以上的性质不同的材料组合而成的材料,如玻璃钢质轻而硬,不导电,性能稳定,机械强度高,耐腐蚀,可以代替钢材制造机器零件和汽车、船舶外壳等。

3.储热材料

在发生熔融或结晶时会吸收或释放较大的热量,以此储存能量。

【考型1】生活中常用物质的性质与用途

1.下列化学与生活应用中判断正确的是(　)

A.[广东高考]用硫酸清洗锅炉中的水垢

B.[16 江苏,3]NH4HCO3受热易分解,可用作氮肥

C.[17 江苏,3]NH3易溶于水,故可用作制冷剂

D.[17 江苏,3]Na2O2吸收CO2产生O2,故可用作呼吸面具供氧剂

【考型2】金属与合金

2.判断下列正误:

(1)[14 广东,7]制饭勺、饭盒、高压锅等的不锈钢是合金。(　)

(2)[18 天津,1]商代后期铸造出工艺精湛的后(司)母戊鼎,该鼎属于铜合金制品。(　)

【考型3】材料与制造

3.下列判断错误的是(　)

A.[16 江苏,3]Al2O3熔点高,可用作耐高温材料

B.[浙江高考]和CO2反应生成可降解聚合物该反应符合绿色化学的原则

C.[14 浙江,7]向汽油中添加甲醇后,该混合燃料的热值不变

D.[14 浙江,7]光催化还原水制氢比电解水制氢更节能环保、更经济

【考型4】传统文化与文化自信

4.[16北京,6]我国科技创新成果斐然,下列成果中获得诺贝尔奖的是(　)

A.徐光宪建立稀土串级萃取理论

B.屠呦呦发现抗疟新药青蒿素

C.闵恩泽研发重油裂解催化剂

D.侯德榜联合制碱法

一、金属元素与合金

1.金属的物理性质

一般为银白色(铜为红色)固体,延展性好,导电、导热性良好,密度大,熔点高等。特殊:汞为液态。

2.合金

(1)合金的概念:合金是指由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。

(2)★合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能,主要表现两点:①熔点:一般比它的各成分金属的低;②硬度和强度:一般比它的各成分金属的大。

(3)金属材料：①钢是以铁、碳为主要成分的合金,也是用量最大、用途最广的合金;②合金钢:具有各种不同的优良性能,常见的有不锈钢及各种特种钢;③不锈钢:含铬、镍,降低了含碳量,改变了钢铁的内部结构,增加其抗腐蚀性。

二、绿色化学理念

绿色化学理念:利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。主要包括:⑴开发“原子经济”反应(反应物的原子全部转化为期望的最终产物。这时原子利用率为100%,原子利用率=⑵环境无害化学(采用无毒、无害的原料)。⑶利用可再生的资源合成化学品。(4)环境友好产品。