第2章 第6节 材料的利用与发展-【教材解读】2023秋九年级上册初三科学（浙教版)

第６节　材料的利用与发展 人类最早使用的金属材料 是铜,使用最广泛的金属材 料是铁及铁的合金.而地 壳中含量最多的金属元素 是铝,但由于铝的金属活动 性较强,冶炼具有一定的难 度,因此铝的利用比铜和铁 晚得多. 碳纤维复合材料制作 的医疗器械 知识点一　材料与人类社会发展  人类对材料的认识和利用,经历了一个漫长的探索、 发展的历史过程. (１)旧石器时代:原始人利用石头制石斧、石刀、箭头、 刮器等;用兽骨、鱼骨制骨针. (２)新石器时代:随着火的使用,人们开始创造和使用 陶器. (３)青铜器时代:夏商朝时期制造出青铜器和青铜武器. (４)铁器时代:春秋战国时期,开始冶铁和炼钢. (５)信息时代:人们有目的地改进材料的性能.  人类对材料的取得和使用是与社会生产力和科技发 展水平紧密相连的.一个国家材料的品种、质量和产 量是直接衡量这个国家经济发展水平的重要标志之 一.反过来,材料对发展经济、改善与提高人类文明 的程度,又起到巨大的促进作用. 知识点二　新型材料  新型材料的概念 新型材料是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的材料.  新型材料的主要种类 光 电 子 信 息材料 指在微电子、光电子技术和新型元器件基础产 品领域中所用到的材料,它对于满足计算机、 通信、航天工业等领域的应用至关重要 先 进 复 合 材料 复合材料是由两种或两种以上不同性质的材 料复合成一体而形成的新型材料.包括树脂 基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材 料、碳纤维复合材料等.复合材料一般具有强 度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优良性能 ６９ 续表 超 级 陶 瓷 材料 按原料组成可分为氧化铁陶瓷、氧化铝陶瓷、 氧化硅陶瓷、碳化硅陶瓷和金属陶瓷等 新 型 金 属 材料 包括记忆合金、铝合金、金属玻璃等 新 型 高 分 子材料 导电塑料做成的塑料电池、人工器官、可降解 材料、高吸水性的高分子材料 超导材料 具有超导特性的材料.超导是指某些物体当 温度下降到一定数值时,电阻突然趋近于零的 现象 纳米材料 是指其基本颗粒在 １~１００ 纳米(１ 纳米 ＝ １０－９米)范围内的材料.将宏观物体细分成纳 米粒子后,性质将有显著的不同.纳米材料与 普通材料相比,在机械强度、磁、光、声、热等方 面都有很大的不同 知识点三　材料制造与环境保护  探索材料制造过程中的合理途径 人们在制造材料的过程中会产生许多污染,为了减 少或消除材料制造过程中产生的污染,人们需要探 寻无污染或低污染的“绿色”新工艺,需要探索污染 物的防治、转化和综合利用的途径. (１)为了实现无污染或低污染,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科学性:制备过程中每步的化学反应是否符合化 学反应的规律. ②简便性:设计的方案要考虑实际设备情况,操作过 程尽可能简便易行,如反应所需的条件和设备是否 简单. ③经济性:所需的原料是否容易获取,成本是否低 廉,是否具有良好的经济效益. ④安全性:在具体操作过程中是否存在一些安全 隐患. 氧化铝陶瓷坩埚 纳米技术的应用 电路板上的纳米涂层,有很 好的防水效果. ７９ 工业“三废” 工业废水是指工业生产过 程 中 产 生 的 废 水、污 水 和 废液. 工业废渣是指在工业生产 中,排放出的有毒的、易燃 的、有腐蚀性的、传染疾病 的、有化学反应性的以及其 他有害的固体废物. 工业废气是大气污染物的 重要来源. “绿色”工艺 “绿色”工艺是无污染或低 排放的材料制造过程.材 料制造时是否会造成环境 污染,可以从原材料中是否 含有 S、N 等 元 素 入 手,因 为这些元素极易形成 SO２ 及氮的氧化物而引起环境 污染. ⑤环保性:生产过程中是否会对环境造成污染等. (２)以铜为原料制备硫酸铜的方法比较如下表: 方法及其 基本步骤 原理 方法的优劣 铜与浓硫酸在 加 热 条 件 下 反应 Cu＋２H２SO４(浓) △ 􀪅􀪅 CuSO４＋SO２↑＋２H２O 生成了SO２, 既 浪费 了 原 料,又 造成了环境污染 (酸雨) 将铜加热转化 为氧化铜,然 后利用氧化铜 与硫酸反应制 取硫酸铜 ２Cu＋O２ △ 􀪅􀪅２CuO CuO＋H２SO４ 􀪅􀪅 CuSO４＋H２O 原料 利 用 率 高, 无污染 将铜与氯气 在 加热条件下 反 应生成氯化铜, 然后将氯化 铜 与氢氧化钠 溶 液反应,最后利 用生成的氢 氧 化铜与硫酸 反 应制取硫酸铜 Cu＋Cl２ △ 􀪅􀪅CuCl２ CuCl２＋２NaOH􀪅􀪅 Cu(OH)２↓＋２NaCl Cu(OH)２＋H２SO４ 􀪅􀪅 CuSO４＋２H２O 所选用的原料氯 气有 毒,安 全 性 不高,且 操 作 步 骤 多,生 产 成 本高