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第2章　物质的转化与材料利用
2．6　材料的利用与发展
一、材料与人类社会发展
人类材料的发展史：旧石器时代→新石器时代→铜器→青铜器→铁器时代→新材料时代。
二、新型材料
新型材料是指那些新出现或正在发展中、具有优异特性和功能并能满足技术进步所需要的材料，如光电子信息材料、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。
三、材料制造与环境保护
人们在实际生产和实验中选择某物质的制备方法时，需要考虑的问题有：①制备过程中每一步化学反应是否符合_____________；②设计的方案要考虑原料的成本和实际设备情况，如反应所需的条件和设备是否简单；③所需的原料是否容易获取，是否具有较好的经济效益；④生产过程中是否会对环境造成________等。
化学反应规律
污染
1．材料是人类文明进步的标志。下列不同时代物品的材料在加工、制取过程中只发生物理变化的是( )
A
2．纳米材料被誉为21世纪最有前途的新型材料，许多材料达到纳米(1纳米＝10－9米)级的大小时，会产生许多让人意想不到的奇特的光、电、磁、热、力和化学等方面的性质。如：将金属制成纳米粉末后就变成了黑色，且不导电，机械强度也大幅度提高。下列说法错误的是( )
A．纳米碳虽然质地柔软，但强度却很大
B．纳米氧化锌能吸收电磁波
C．金黄色的金粉应该属于纳米材料
D．在空气中能自燃的铁粉应该属于纳米材料
C
3．据悉，某海军建造了一种反水雷的“塑料战舰”，舰身材料是一种强化塑料。则该塑料( )
A．属于天然高分子材料
B．一定是导电塑料
C．具有热塑性
D．是一种具有特殊功能的合成材料
D
4．用光导纤维制造内窥镜，探视病人内脏疾病，这是利用了光导纤维( )
A．不发生光辐射
B．能传输大量信息，且不怕腐蚀
C．无论怎样绕曲，都能很好地传导光线
D．熔点高，耐高温
C
5．用镍钛合金制成的宇宙飞船自展天线，在低温下被折叠，进入太空后，在阳光照射下可重新展开，恢复成原状，关于此天线制作材料的描述错误的是( )
A．具有形状记忆功能
B．具有很低的熔点
C．具有良好的延展性
D．具有良好的导电性
B
6．中国科学技术大学的钱逸泰教授等以CCl4和金属钠为原料，在700℃时制造出纳米级金刚石粉末。该成果发表在世界权威的《科学》杂志上，立刻被科学家们高度评价为“稻草变黄金”。同学们对此有下列一些理解，其中错误的是( )
A．金刚石属于金属单质
B．制造过程中元素种类没有改变
C．CCl4是一种化合物
D．这个反应是置换反应
A
7．上海世博会上的“冰壶”展馆体现了芬兰的生态创新，该馆所有的建筑材料都是在环保理念上经过精挑细选的，其中采用的纸塑复合材料属于( )
A．金属材料 B．无机非金属材料
C．有机合成材料 D．新型超导
C
8．医学上有一种新的治疗管腔狭窄技术，是用一种新型材料制成的支架，在低温下(0～10℃)塑形，装支架置入器，置入狭窄处后在体温下迅速恢复原设计形状，从而解除管腔狭窄问题。这种新型材料是一种( )
A．超导材料 B．纳米材料
C．隐形材料 D．记忆材料
D
9．“信息”“材料”和“能源”被称为新科技革命的三大支柱。下列叙述不正确的是( )
A．核能、太阳能、氢能等都是具有广阔开发前景的新能源
B．制造“神舟十一号”宇宙飞船，使用了大量新型材料
C．有机高分子材料的广泛应用有百利而无一害
D．人类应与环境和谐相处，要合理开发和利用化石燃料等矿物资源
C
10．硼纤维具有较好的耐热性和弹性，不与氯气、水反应，可与某些金属反应制成新型材料。在1200～1300℃时，氯化硼(BCl3)蒸气与干燥、纯净的氢气反应可制得硼和氯化氢。下列说法不正确的是( )
A．含硼纤维的材料可能具有耐热性
B．氯化硼可能与水反应
C．该反应中只有两种物质为气态
D．该反应需要在隔绝空气的条件下进行
C
11．科学家发现由C60制取的化合物M有抑制艾滋病的作用，下列叙述不正确的是( )
A．厦大化学家制得了C50，它与C60都是单质
B．某物质含有C50分子和C60分子，该物质是化合物
C．由C60制取化合物M的过程，发生了化学变化
D．C60在空气中燃烧生成二氧化碳的反应是化合反应
B
12．人们发现组成铝—铜—铁—铬的准晶体具有低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性，正被开发为炒菜锅的镀层，这为准晶体的开发和利用提供了先例。下列关于准晶体的说法不正确的是( )
A．准晶体具有的耐磨性、耐高温、低密度属于物理性质
B．准晶体铝—锰合金中的原子是静止不动的
C．准晶体具有良好的抗氧化性属于化学性质
D．准晶体的优良性能将会在材料工业中得到广泛应用
A
13．近年来，因建设“PX”项目而引发的争议时有发生。PX是一种重要的化工原料，从化纤织物到食品包装，从医疗设备到家用电器，都要用到它的合成产物，PX的化学名称为对二甲苯，它是一种低毒化合物，毒性略高于酒精。请回答下列有关问题：
(1)对二甲苯的分子结构模型
如图所示，其中“ ”代表
碳原子，“ ”代表氢原子，
试根据分子模型写出对二甲
苯的化学式_________。
(2)计算对二甲苯中各元素的质量比
_______________。
C8H10
C∶H＝48∶5
甲方案：______________________________；
乙方案：不能选用，因为SO2对环境有污染；
丙方案：_____________________________。

能选用，因为经济环保
不能选用，因为反应不能发生第6节　材料的利用与发展
知识点1　材料与人类社会发展
人类历史上不同时代所使用的生产工具或战争中使用的武器，都记录了材料的发展过程。
人类材料的发展史：石器→陶器→青铜器→钢铁→合成材料→新型材料等几个阶段。
知识点2　新型材料
指那些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要的材料，如光电子信息材料、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。
知识点3　材料制造与环境保护
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。
以铜为原料制备硫酸铜
(1)主要方法
方法一：铜与浓硫酸在加热条件下反应生成硫酸铜，同时生成二氧化硫和水。
方法二：将铜在空气中加热转化为氧化铜，然后利用氧化铜和稀硫酸反应制取硫酸铜。
方法三：将铜和氯气在加热条件下反应生成氯化铜，然后将氯化铜与氢氧化钠反应，生成氢氧化铜和氯化钠，最后利用氢氧化铜和硫酸反应制取硫酸铜。
(2)选择方法的原则
方法一：浓硫酸与铜反应在生成硫酸铜的同时生成了二氧化硫气体，这样既浪费了原料，又因为二氧化硫有毒而造成环境污染。
方法二：原料利用率高，无污染。
方法三：所选原料氯气有毒，不符合环保要求，且步骤多，生产成本高。因此方法二是最优方案。
说明　人们在实际生产和实验中选择某物质的制备方法时，需要考虑的问题有：①制备过程中每一步化学反应是否符合化学反应规律；②设计的方案要考虑原料的成本和实际设备情况，如反应所需的条件和设备是否简单；③所需的原料是否容易获取，是否具有较好的经济效益；④生产过程中是否会对环境造成污染等。
易错点　新型材料的特性
例　许多性能优异的材料都是通过化学反应制得的，下列材料和用途对应错误的是( B )
A．石英砂可制造光导纤维
B．二氧化硅晶片可用于制造计算机芯片
C．高强度陶瓷可制成航天飞机防热瓦
D．钛合金材料可用于制造航天航空器
【易错说明】高纯硅可用于制造计算机芯片，不是二氧化硅晶片。
1．中国科技大学课题组以壳聚糖作三维软模板，研究了一种制备酚醛树脂与二氧化硅复合材料的新方法，成功研制了具有双网络结构的复合气凝胶新型隔热防火材料，该材料具有轻质多孔、隔热防火等特点。下列有关新型隔热防火材料的说法错误的是( C )
A．建筑物使用隔热材料可以降低能耗和提高能量利用率
B．使用新型隔热防火材料可以避免钢筋混凝土材质的建筑物因火灾而坍塌
C．新型隔热防火材料中的硅原子是静止不动的
D．新型隔热防火材料的使用可以减少普通有机隔热材料的污染问题
2．石墨纸是最新研发的一种独特的复合材料(如图所示)，其成分以石墨为主，薄如纸张，比钢要坚硬10倍且轻巧，还可以回收再利用。下列有关石墨纸的说法错误的是( B )
A．石墨纸是一种环保材料
B．石墨纸是绝缘体，不易导电
C．与钢相比，石墨纸的硬度较大
D．与同体积的钢相比，石墨纸的质量较小
3．我国制造出厚度仅0.12毫米的超薄玻璃，含有Al2O3、SiO2、B2O3等成分，可耐汽车撞击，可用作手机、电脑和电视显示屏的基本材料。下列说法中错误的是( D )
A．超薄玻璃的成分中含有氧化物
B．Al2O3、SiO2、B2O3中Si元素的化合价最高
C．超薄玻璃强度高、透光率好
D．超薄玻璃化学性质稳定，属于纯净物
4．小金做了如下实验：将4.2克铁粉和4.0克氧化铜粉末均匀混合，然后一次性投入盛有200克9.8%稀硫酸的大烧杯中。观察到如下现象：立即出现红色固体，前阶段没有明显的气泡产生，后阶段产生大量无色气泡，充分反应后上层清液呈浅绿色。由此小金作出下列判断，其中不合理的是( D )
A．“立即出现红色固体”是由于很快发生了如下转化：CuOCuSO4Cu
B．“产生大量无色气泡”是由于发生了如下反应：Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
C．该实验条件下，硫酸铜比稀硫酸更容易跟铁粉发生反应
D．在不同浓度的硫酸铜和稀硫酸的混合溶液中投入铁粉，都是硫酸铜先跟铁粉反应
5．某探究小组设计了下列四种制备物质的实验方案，其中能实现的是( B )
A．CaOCa(OH)2溶液NaOH溶液
B．CuOCuCl2溶液Cu
C．FeFe2O3Fe2(SO4)3溶液
D．H2HClNaCl溶液
6．某款国产手机使用了目前国内最薄的玻璃作为显示屏材料。该玻璃厚度只有0.12毫米，它具有良好的韧性和弹性。
(1)该手机使用超薄玻璃作为其显示屏，利用了玻璃的优点是__AB__。
A．透光性好、密度小
B．强度大、耐腐蚀性好
C．导电性好
D．耐磨性好
(2)该手机内的锂电池的使用是利用__化学__能和__电__能的转化过程。
(3)氟元素和氢元素形成的化合物(HF)的水溶液为氢氟酸，可用于玻璃雕刻，其主要原理是氢氟酸能与玻璃的主要成分二氧化硅发生反应，生成四氟化硅气体和水，该反应的化学方程式为__4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O__，属于化学反应中的__复分解反应__类型。
7．信息产业的飞速发展离不开材料科学的推动。信息产业的核心材料是高纯度的硅，单晶硅可用来制作大规模集成电路、整流器等。硅的纯度越高，大规模集成电路的性能就越好。高纯度的单晶硅生产方法之一如下：
SiO2Si(粗硅)SiHCl3(沸点31.5 ℃)Si多晶硅―→单晶硅
近年来用得较多的另一种方法是用金属硅化物(Mg2Si)与盐酸作用制得硅烷，再加热分解硅烷可得高纯硅。
根据上述信息回答下列问题：
(1)从方法一生产单晶硅的过程看，由碳还原得到的硅为何还要进一步处理？__由碳还原二氧化硅得到的单质硅中，杂质含量过高__。
(2)把方法二中生产高纯硅的两个化学反应方程式补充完整：Mg2Si＋4HCl===__2MgCl2__＋SiH4↑；SiH4Si＋__2H2↑__。
8．碱式碳酸锌[Znx(OH)y(CO3)z]是制备功能材料ZnO的原料，其反应的化学表达式为：Znx(OH)y(CO3)zZnO＋CO2↑＋H2O(x、y、z为整数)。小金设计了如图甲所示装置对碱式碳酸锌的组成进行探究(装置气密性良好，药品足量，实验操作正确)：
(1)图甲中装置B的作用是__吸收反应生成的二氧化碳__。
(2)查阅资料发现在不同温度条件下充分加热等质量的碱式碳酸锌样品，剩余固体的质量与加热温度的关系如图乙所示。实验中加热时，热分解装置的温度至少要达到__300__(填“200”“300”或“100”)℃。
(3)部分实验步骤为：“……加热前先通入N2排尽装置内的空气，关闭通入N2的活塞，……控制一定温度下加热……”。实验过程中可根据__一段时间内装置A中的长导管管口不再有气泡冒出__的现象判断碱式碳酸锌样品已完全分解。
(4)小金取54.7克碱式碳酸锌样品(不含杂质)，放置于热分解装置内，完全反应后测得装置A增重5.4克，装置B增重8.8克，则x∶y∶z的最简整数比为__5∶6∶2__。
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