Question

7．材料是人类赖以生存和发展的重要物质基础．回答下列问题：
（1）下列生产工艺能获取新型无机非金属材料的是①②（填序号）．
①采用甲烷为原料，在微波和其他条件下生产金刚石
②采用传统方法用焦炭还原SiO₂制备单晶硅
③在水泥生产过程中加入高炉矿渣生产特殊用途的水泥
④在玻璃生产过程中加入K、Pb生产其有特殊用途的光学玻璃
（2）某炼铁高炉中一次投入磁铁矿冶炼生铁，若该过程中转移的电子为1.60×10⁵mol，不考虑其他的反应，也不考虑生铁中的杂质，则炼得的生铁为3.36t．生铁中含碳、硫等元素较多，炼钢是以生铁为原料，除去过多的碳、硫等杂质元素，其中除去硫的化学方程式为FeS+CaO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CaS．
（3）工业炼金属Al的工艺流程如下：
               
该工艺中冰晶石和氟化钙的作用是降低Al₂O₃的熔点，减少熔融电解质的能耗，物质W的化学式为Al₂O₃；若铝土矿的纯度为60%，提取W的损失率为3%，电解时损失率为0.1%，粗铝净化时的损失率为2%，铝锭中铝的含量为99.9%，那么1.0t铝土矿可制备铝锭0.3t．
（4）金属腐蚀带来的损失无法估量．钢铁腐蚀多为吸氧腐蚀，其正极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，金属防腐措施很多，其中牺牲阳极（金属Zn）的阴极保护法的“阴极”反应式为Zn-2e^-=Zn²⁺．

Answer 1

分析 （1）传统的无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料，如玻璃、水泥等；新型无机非金属材料是20世纪中期以后发展起来的，具有特殊性能和用途的材料．它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础，据此进行判断；
（2）磁铁矿的主要成分为四氧化三铁，根据电子守恒计算出生成铁的物质的量，再计算出生成铁的质量；写出硫化亚铁与氧化钙反应的化学方程式；
（3）冰晶石能溶解Al₂O₃晶体，被用作助熔剂降低Al₂O₃的熔点；W为铝土矿的主要成分氧化铝；设出生成铝锭的质量，然后利用铝元素质量守恒定律列式计算；
（4）牺牲阳极（金属Zn）的阴极保护法的“阴极”锌失去电子生成锌离子，据此写出电极反应式．

解答 解：（1）A．①采用甲烷为原料，在微波和其他条件下生产的金刚石为新型无机非金属材料，故①正确；
②采用传统方法用焦炭还原SiO₂制备的单晶硅为新型无机非金属材料，故②正确；
③水泥是传统无机非金属材料，故③错误；
④光学玻璃是传统无机非金属材料，故④错误；
故答案为：①②；
（2）磁性氧化铁化学式为Fe₃O₄，其中铁元素的平均化合价为+$\frac{8}{3}$，该过程中转移的电子为1.60×10⁵mol，则生成Fe的物质的量为：$\frac{1.60×1{0}^{5}mol}{\frac{8}{3}}$=6×10⁴mol，可以得到生铁的质量为：56g/mol×6×10⁴mol=3.36×10⁶g=3.36t；通常用氧化钙除去硫，反应的化学方程式为：FeS+CaO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CaS，
故答案为：3.36；FeS+CaO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CaS；
（3）Al₂O₃属于离子晶体，熔点较高，加入冰晶石和氟化钙，熔融的冰晶石和氟化钙能溶解Al₂O₃晶体，所以其在电解冶炼铝时被用作助熔剂，降低三氧二化铝熔化时所需的温度，在金属铝的冶炼中加入冰晶石和氟化钙的目的是降低Al₂O₃的熔点，减少熔融电解质的能耗；W是铝土矿中主要成分氧化铝，其化学式为：Al₂O₃；
设生成的铝锭的质量为x，根据铝元素质量守恒可得：1.0t×60%×$\frac{27×2}{102}$×（1-3%）×（1-0.1%）×（1-2%）=99.9%x，解得：x=0.3t，
故答案为：降低Al₂O₃的熔点，减少熔融电解质的能耗；Al₂O₃；0.3；
（4）吸氧腐蚀中正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；阴极为原电池的负极，锌失去电子生成锌离子，电极反应式为：Zn-2e^-=Zn²⁺，
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；Zn-2e^-=Zn²⁺．

点评 本题考查了金属铝的冶炼、材料的判断、氧化还原反应的计算等知识，题目难度中等，注意掌握原电池工作原理，明确金属铝的性质及冶炼方法，还要熟悉传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的区别．