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材料科学
题目

阅读下面的材料,完成下面小题。材料一 ①稀土,并非指“稀少的土壤”,而是17种金属元素的统称,包括镧、铈、镨、钕等。它们在地壳中的总含量约为0.0153%,比铜、锌等常见金属更“丰富”,但因分布分散、提取难度大,被称为“稀土”。这些看似不起眼的元素,却被誉为现代工业的“维生素”——少了它们,智能手机屏幕会失去色彩,电动汽车无法驱动,风力发电机难以转动。 ②在新能源领域,稀土的作用无可替代。以钕铁硼永磁体为例,其磁能积是传统磁铁的10倍以上,一部智能手机需要约5克稀土永磁材料用于振动马达和摄像头对焦;一台纯电动汽车的驱动电机则需消耗5—10公斤稀土。据《中国稀土行业发展报告(2023)》显示,2022年全球新能源汽车销量突破1000万辆,直接带动稀土永磁材料需求同比增长35%。此外,稀土在风力发电机中的应用也至关重要:单机容量3兆瓦的风电机组,稀土永磁体用量可达1.5吨,而采用稀土技术的风机发电效率比传统机型提升20%以上。 ③在国防科技中,稀土更是“核心战略资源”。美军F—22战斗机的发动机涡轮叶片采用稀土钇强化的高温合金,可承受1600℃以上的高温;“爱国者”导弹的制导系统依赖稀土钐钴磁体实现精准定位。我国稀土资源储量占全球36.7%,产量占比超过70%,但长期面临“挖土卖土”的粗放模式。2021年,我国出台《稀土管理条例》,明确“开采总量控制+环保核查”制度,推动稀土产业向高端材料加工转型。如今,我国稀土永磁材料产量占全球80%,高性能钕铁硼产品已应用于特斯拉、宝马等国际品牌的新能源汽车。 ④稀土的“魔力”还体现在日常生活的细节中:LED灯里的荧光粉含稀土铕、钺,让灯光更接近自然光;陶瓷餐具的“釉上彩”加入氧化镧,可增强耐磨性和光泽度;就连我们佩戴的眼镜镜片,也可能添加了稀土镨钕化合物,以吸收紫外线、减少蓝光伤害。正如中国工程院院士干勇所言:“稀土是衡量一个国家科技实力的‘隐形标尺’,从实验室到生产线,它的每一次应用突破,都意味着工业文明的一次跃升。”(选自《稀土:现代工业的“维生素”》有删改)材料二 ①日本经济产业省宣布“稀土保障战略”,计划5年投入2000亿日元开发海底稀土资源;美国与蒙古国签署协议,资助其建设稀土分离提纯工厂——这场没有硝烟的“稀土争夺战”,背后是各国对科技霸权的争夺。作为不可再生的战略资源,稀土的价值不仅在于储量,更在于从“矿石”到“材料”的全产业链掌控能力。 ②稀土的提取过程堪称“点石成金”的精密工程。以我国南方离子型稀土矿为例,矿石先经浸矿剂喷淋,使稀土元素溶解为溶液;再通过萃取剂分离出单一稀土化合物;最后经煅烧、还原得到金属单质。这一过程需消耗大量酸碱,每生产1吨稀土氧化物,会产生约2000立方米废水和近百吨废渣。20世纪90年代,我国稀土企业普遍采用“池浸工艺”,导致南方部分矿区出现土壤酸化、水体镉超标等问题。2018年,我国研发的“原地浸矿”技术实现突破:通过钻孔将浸矿剂直接注入矿层,稀土回收率从50%提升至90%以上,废水排放量减少70%,目前该技术已在江西、福建等矿区全面推广。 ③在材料创新领域,中国与发达国家的竞争日趋激烈。德国宝马集团研发的“无稀土电机”采用电磁感应原理,试图降低对稀土的依赖,但功率密度比稀土永磁电机低15%;美国能源部资助的“钕铁硼磁体回收”项目,通过高温拆解废旧电机回收稀土,成本比开采原矿低30%,但尚未实现规模化应用。我国则在“重稀土替代”领域取得进展:中科院团队研发的钐钴磁体,在200℃高温环境下磁性能优于传统钕铁硼磁体,已用于国产大推力火箭发动机。 ④稀土的全球博弈,本质是科技实力的较量。我国虽占据资源和产量优势,但在高端材料加工设备、专利布局等方面仍需突破。例如,稀土抛光粉是芯片制造的关键材料,日本住友化学的产品纯度达99.999%,占据全球70%的市场份额;而我国同类产品纯度多在99.9%,主要用于普通玻璃加工。2022年,我国启动“稀土材料创新专项”,重点攻关超高纯稀土化合物、稀土基固态电池等“卡脖子”技术。正如中国稀土学会理事长张安文指出:“从‘资源大国’到‘科技强国’,稀土产业的升级之路,正是中国制造业向高端迈进的缩影。”(选自《稀土争夺战:从资源到科技的全球博弈》,有删改)(1)下列说法与上述材料内容不相符的一项 ____ A.我国南方离子型稀土矿的传统“池浸工艺”环境代价高昂,而“原地浸矿”技术通过钻孔注剂实现了资源回收与环保的平衡。B.日本“稀土保障战略”和美国资助蒙古国建稀土工厂,反映出稀土产业链中“资源开采”环节是各国争夺的核心。C.中科院研发的钐钴磁体在高温环境下性能优于传统钕铁硼磁体,体现了我国在“重稀土替代”领域的技术突破。D.稀土被称为“隐形标尺”,其应用从智能手机到火箭发动机,覆盖消费电子、新能源、国防等多领域,关联国家科技实力。(2)下列对材料相关内容理解和概括正确的一项 ____ A.材料一以“维生素”比喻稀土,形象说明其对现代工业的重要性;材料二用“没有硝烟的战争”形容全球稀土竞争,体现本文说明语言的生动性。B.材料一引用《中国稀土行业发展报告》数据,准确说明稀土在新能源领域的应用规模;材料二通过“2000亿日元”“90%”等数字,突出技术研发的高额成本。C.材料一“每生产1吨稀土氧化物,会产生约2000立方米废水”中的“约”字,表述不够严谨准确,而材料二“纯度达99.999%”的表述则非常精准,体现了说明文语言的准确性。D.两则材料都采用逻辑顺序,材料一从“定义—应用—问题”展开,材料二从“全球竞争—提取技术—材料创新”递进,层次清晰且均以对比手法突出中国优势。(3)阅读以上两则材料,针对稀土产业发展中面临的问题或挑战,提出一条具体可行的解决措施,并结合材料说明理由。

阅读下面的材料,完成下面小题。
材料一
       ①稀土,并非指“稀少的土壤”,而是17种金属元素的统称,包括镧、铈、镨、钕等。它们在地壳中的总含量约为0.0153%,比铜、锌等常见金属更“丰富”,但因分布分散、提取难度大,被称为“稀土”。这些看似不起眼的元素,却被誉为现代工业的“维生素”——少了它们,智能手机屏幕会失去色彩,电动汽车无法驱动,风力发电机难以转动。
       ②在新能源领域,稀土的作用无可替代。以钕铁硼永磁体为例,其磁能积是传统磁铁的10倍以上,一部智能手机需要约5克稀土永磁材料用于振动马达和摄像头对焦;一台纯电动汽车的驱动电机则需消耗5—10公斤稀土。据《中国稀土行业发展报告(2023)》显示,2022年全球新能源汽车销量突破1000万辆,直接带动稀土永磁材料需求同比增长35%。此外,稀土在风力发电机中的应用也至关重要:单机容量3兆瓦的风电机组,稀土永磁体用量可达1.5吨,而采用稀土技术的风机发电效率比传统机型提升20%以上。
       ③在国防科技中,稀土更是“核心战略资源”。美军F—22战斗机的发动机涡轮叶片采用稀土钇强化的高温合金,可承受1600℃以上的高温;“爱国者”导弹的制导系统依赖稀土钐钴磁体实现精准定位。我国稀土资源储量占全球36.7%,产量占比超过70%,但长期面临“挖土卖土”的粗放模式。2021年,我国出台《稀土管理条例》,明确“开采总量控制+环保核查”制度,推动稀土产业向高端材料加工转型。如今,我国稀土永磁材料产量占全球80%,高性能钕铁硼产品已应用于特斯拉、宝马等国际品牌的新能源汽车。
       ④稀土的“魔力”还体现在日常生活的细节中:LED灯里的荧光粉含稀土铕、钺,让灯光更接近自然光;陶瓷餐具的“釉上彩”加入氧化镧,可增强耐磨性和光泽度;就连我们佩戴的眼镜镜片,也可能添加了稀土镨钕化合物,以吸收紫外线、减少蓝光伤害。正如中国工程院院士干勇所言:“稀土是衡量一个国家科技实力的‘隐形标尺’,从实验室到生产线,它的每一次应用突破,都意味着工业文明的一次跃升。”
(选自《稀土:现代工业的“维生素”》有删改)材料二
       ①日本经济产业省宣布“稀土保障战略”,计划5年投入2000亿日元开发海底稀土资源;美国与蒙古国签署协议,资助其建设稀土分离提纯工厂——这场没有硝烟的“稀土争夺战”,背后是各国对科技霸权的争夺。作为不可再生的战略资源,稀土的价值不仅在于储量,更在于从“矿石”到“材料”的全产业链掌控能力。
       ②稀土的提取过程堪称“点石成金”的精密工程。以我国南方离子型稀土矿为例,矿石先经浸矿剂喷淋,使稀土元素溶解为溶液;再通过萃取剂分离出单一稀土化合物;最后经煅烧、还原得到金属单质。这一过程需消耗大量酸碱,每生产1吨稀土氧化物,会产生约2000立方米废水和近百吨废渣。20世纪90年代,我国稀土企业普遍采用“池浸工艺”,导致南方部分矿区出现土壤酸化、水体镉超标等问题。2018年,我国研发的“原地浸矿”技术实现突破:通过钻孔将浸矿剂直接注入矿层,稀土回收率从50%提升至90%以上,废水排放量减少70%,目前该技术已在江西、福建等矿区全面推广。
       ③在材料创新领域,中国与发达国家的竞争日趋激烈。德国宝马集团研发的“无稀土电机”采用电磁感应原理,试图降低对稀土的依赖,但功率密度比稀土永磁电机低15%;美国能源部资助的“钕铁硼磁体回收”项目,通过高温拆解废旧电机回收稀土,成本比开采原矿低30%,但尚未实现规模化应用。我国则在“重稀土替代”领域取得进展:中科院团队研发的钐钴磁体,在200℃高温环境下磁性能优于传统钕铁硼磁体,已用于国产大推力火箭发动机。
       ④稀土的全球博弈,本质是科技实力的较量。我国虽占据资源和产量优势,但在高端材料加工设备、专利布局等方面仍需突破。例如,稀土抛光粉是芯片制造的关键材料,日本住友化学的产品纯度达99.999%,占据全球70%的市场份额;而我国同类产品纯度多在99.9%,主要用于普通玻璃加工。2022年,我国启动“稀土材料创新专项”,重点攻关超高纯稀土化合物、稀土基固态电池等“卡脖子”技术。正如中国稀土学会理事长张安文指出:“从‘资源大国’到‘科技强国’,稀土产业的升级之路,正是中国制造业向高端迈进的缩影。”
(选自《稀土争夺战:从资源到科技的全球博弈》,有删改)(1)下列说法与上述材料内容不相符的一项 ____
A.我国南方离子型稀土矿的传统“池浸工艺”环境代价高昂,而“原地浸矿”技术通过钻孔注剂实现了资源回收与环保的平衡。
B.日本“稀土保障战略”和美国资助蒙古国建稀土工厂,反映出稀土产业链中“资源开采”环节是各国争夺的核心。
C.中科院研发的钐钴磁体在高温环境下性能优于传统钕铁硼磁体,体现了我国在“重稀土替代”领域的技术突破。
D.稀土被称为“隐形标尺”,其应用从智能手机到火箭发动机,覆盖消费电子、新能源、国防等多领域,关联国家科技实力。
(2)下列对材料相关内容理解和概括正确的一项 ____
A.材料一以“维生素”比喻稀土,形象说明其对现代工业的重要性;材料二用“没有硝烟的战争”形容全球稀土竞争,体现本文说明语言的生动性。
B.材料一引用《中国稀土行业发展报告》数据,准确说明稀土在新能源领域的应用规模;材料二通过“2000亿日元”“90%”等数字,突出技术研发的高额成本。
C.材料一“每生产1吨稀土氧化物,会产生约2000立方米废水”中的“约”字,表述不够严谨准确,而材料二“纯度达99.999%”的表述则非常精准,体现了说明文语言的准确性。
D.两则材料都采用逻辑顺序,材料一从“定义—应用—问题”展开,材料二从“全球竞争—提取技术—材料创新”递进,层次清晰且均以对比手法突出中国优势。
(3)阅读以上两则材料,针对稀土产业发展中面临的问题或挑战,提出一条具体可行的解决措施,并结合材料说明理由。

题目解答

答案

(1)ACD.相符;
B.不相符,错误在于将各国争夺的核心归结为“资源开采”环节。而【材料二】第①段明确指出:“稀土的价值不仅在于储量,更在于从‘矿石’到‘材料’的全产业链掌控能力”,说明争夺焦点是整个产业链,尤其是高端加工与技术控制,而非仅“开采”。日本开发海底资源、美国资助蒙古建厂,实为保障原料供应,但根本目标仍是掌握产业链主导权。
故选:B。
(2)A.正确:材料一用“维生素”比喻稀土,强调其“量少但关键”的作用;材料二用“没有硝烟的‘稀土争夺战’”形容国际竞争,语言生动形象,体现说明文可兼具科学性与文学性。
B.错误,“2000亿日元”“90%”等数字并非突出“高额成本”,而是说明投入力度大、技术成效显著;
C.错误,“约”字恰恰体现了说明文语言的严谨与准确,因废水量受工艺差异影响,不能绝对化;
D.错误,材料一结构为“定义—应用—政策转型”,未突出“问题”;材料二虽有对比,但并非“均以对比手法突出中国优势”,如第④段指出我国在芯片抛光粉等领域仍落后于日本。
故选:A。
(3)针对稀土产业发展中面临的问题或挑战,提出一条具体可行的解决措施,并结合材料说明理由即可。例如,若提出“加大稀土高端材料研发投入”,可结合材料二“2022年我国启动‘稀土材料创新专项’,重点攻关超高纯稀土化合物、稀土基固态电池等‘卡脖子’技术”这一举措,说明其必要性——只有突破高纯度制备、回收利用、替代材料等关键技术,才能摆脱对初级产品出口的依赖,真正掌握产业链话语权。又如,若建议“推广绿色提取技术”,则可引用材料二“原地浸矿技术……废水排放减少70%”的成功案例,论证通过政策扶持与技术普及,可解决稀土开发中的生态代价问题,实现可持续发展。
答案:
(1)B
(2)A
(3)示例:措施:加大对超高纯稀土化合物、稀土基固态电池等“卡脖子”技术的研发投入,推动稀土产业向高端材料制造升级。
理由:材料二指出,我国虽产量占全球70%以上,但在高端领域仍受制于人——如芯片制造所需的稀土抛光粉,日本产品纯度达99.999%,而我国多为99.9%,仅用于普通玻璃。这说明“挖土卖土”的粗放模式难以为继。材料一也提到我国已出台《稀土管理条例》,推动产业转型。因此,唯有突破高纯度提纯、新材料合成等核心技术,才能实现从“资源大国”到“科技强国”的跨越,真正掌握产业链话语权。

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