2.6 材料的利用与发展-【帮课堂】2024-2025学年九年级科学同步学与练（浙教版）

2.6 材料的利用与发展 1.了解材料的发展与人类文明的关系。 2.了解新型材料的性能和使用。 3.了解在制造材料过程中产生的污染以及如何防治。 一、材料与人类社会发展 材料的发展历程：石器→陶器→青铜器→钢铁→合成材料→新型材料。 人类对金属材料的使用不仅与金属的活动性有关，还与金属冶炼的难易程度有关。如人类最早使用的金属材料是铜，目前使用最多的金属材料是铁及铁的合金。虽然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，因而铝的利用比铜和铁晚的多。 二、新型材料 新型材料：指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。 特点：具有优异特性和功能，与普通材料的性质差别很大。 当前，最引人注目的新型材料有：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。 纳米材料：指其基本颗粒在1 ~ 100纳米范围内的材料。如：纳米陶瓷、新型纳米油墨、纳米铅粉等。纳米材料在机械强度、磁、光、声、热等方面和普通材料都有很大的不同。如纳米陶瓷具有很好的韧性；新型纳米油墨的色调更浓，书写的字迹色泽更好；将纳米铅粉加入固体燃料中，会使火箭推进器的前进速度加快好几倍。 三、材料制造与环境保护 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。 （一）实际生产和实验中选择某种物质的制备方法时，需考虑的因素有： (1)科学性：制备过程中每步化学反应是否符合化学反应的规律； (2)简便性：设计方案考虑实际设备情况，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：所需原料是否易获取、成本是否低廉； (4)安全性：操作过程是否存在安全隐患； (5)环保性：生产过程是否会对环境造成污染。 （二）“绿色化学” “绿色化学”又称为环境友好化学，它的主要特点如下： (1)充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料； (2)在无毒、无害的条件下进行反应，以减少废弃物向环境中的排放； (3)提高原料的利用率，力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳，实现“零排放”； (4)生产出有利于环境保护社会安全和人体健康的环境友好产品。“绿色化学”给化学家提出了一项新的挑战，其核心就是要利用化学原理从源头上消除污染，国际上对此十分重视。1995 年，美国设立了“总统绿色化学挑战奖”，以表彰那些在“绿色化学”领域中做出杰出贡献的企业家和科学家。“绿色化学”将使化学工业改变面貌，为子孙后代造福。 （三）工业“三废”及处理 (1)工业“三废”是指废水、废渣和废气。 (2)处理方法 ①“废气”处理一般是安装回收设备，将尘粒和一氧化碳、二氧化硫等物质除去，一氧化碳可以回收再利用，二氧化硫可利用与碱溶液反应而除去。 ②“废渣”的处理一般是制水泥或其他材料，变废为宝，如含磷的废渣可转化为磷肥等。 ③“废水”的处理是建立污水处理厂，将废水中的有害金属转化为沉淀，制成所需要的金属材料等，废水处理达标后再排放到河流中或循环利用。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。 【能力拓展】 (1)复合材料是将两种或两种以上材料复合成一体形成的材料。复合材料集中了组成材料的优点，同时避免了组成材料的缺点，具有综合性能更优异的特点。如钢筋混凝土、玻璃钢。 (2)玻璃、水泥、陶瓷等是一类重要的无机非金属材料，应用广泛。 [例题1] （2023秋•浙江期中）本届杭州亚运会中采用了许多新材料。 ①棒（垒）球场馆的膜顶采用了“聚四氟乙烯”材料，俗称“塑料王”，具有耐高温、耐腐蚀、柔韧性好等特点，相比传统建筑结构，更加轻盈、透光。 ②亚运火炬“薪火”主体结构采用了铝合金旋压成型工艺，表面先后经历激光精雕和阳极氧化两道工艺淬炼。 （1）以上材料中“聚四氟乙烯”属于 （选填“有机材料”或“无机材料”）。 （2）火炬主体采用铝合金材料的优点是 （写出一点即可）。 （1）根据材料的分类来分析； （2）根据铝合金的优点来分析。 [变式1] （2023秋•西湖区校级期中）根据你的生活经验和所学的科学知识判断，下列说法正确的是（　　） A．尼龙、合金、涤纶等都是重要的有机高分子材料 B．棉、麻、毛发、蚕丝等是最常见的天然纤维 C．塑料、纤维、橡胶等都属于有机合成材料 D．某些开关和插座的黑色电木材料开裂后可以用加热熔化的方法修补 [变式2] （2023秋•慈溪市校级期中）化学变化创造物质。下列物品的材质属于有机合成材料的是（　　） A．广汉三星堆出土的青铜纵目面具 B．长沙马王堆出土的蚕丝素纱单衣 C．“文房四宝”笔墨纸砚中的宣纸 D．“冰墩墩”的聚碳酸酯塑料外壳 [变式3] （2023秋•拱墅区校级期中）我国施景莲用超高温陶瓷与难熔金属制造出新型复合金属材料，用于超高音速导弹和歼20的发动机及表面的防护材料。根据用途推测，以下性质不是该材料必须具有的是（　　） A．耐高温 B．具有铁磁性 C．强度大 D．抗氧化 【基础强化】 1. （2023秋•拱墅区校级期中）下列常见的生活物品所含的主要材料，属于有机合成材料的是（　　） A．木桶 B．紫砂壶 C．橡胶轮胎 D．高压锅 2. （2023•玉环市二模）我国自主研发的C919大型商用客机采用了极轻的新型复合材料。“极轻”反映了这种材料的（　　） A．密度小 B．导电性强 C．导热性好 D．比热大 3. （2023•宁波一模）超导现象是指材料在温度降低到某一值时电阻变为零的现象，能发生超导现象的材料叫超导体。超导体有广泛的应用价值，但不适用于制作（　　） A．电饭煲的电热板 B．电动机的线圈 C．远距离输电的导线 D．发电机的线圈 4. （2022秋•镇海区期末）石墨烯是单层碳原子面材料，由其制成的石墨烯薄膜，具有超薄超轻，超强导热性、导电性和超优光敏性等优点。下列说法错误的是（　　） A．石墨烯是一种碳单质，可用于新型电池电极 B．石墨烯由碳元素组成，完全燃烧只生成CO C．石墨烯薄膜材料可用于智能手机、平板电脑等设备的散热层 D．石墨烯薄膜材料可用于穿戴设备和无线传感等领域 5. （2022秋•海曙区期中）“土豆农膜”是一种新型环保农膜，通过在塑料中添加土豆淀粉制成．“土豆农膜”可被细菌和微生物释放的酶分解．下列有关说法错误的是（　　） A．土豆农膜比普通塑料农膜容易降解 B．淀粉属于高分子化合物 C．该新型农膜有助于解决农村“白色污染”问题 D．塑料属于天然高分子材料 【素养提升】 6. （2022秋•海曙区期中）不粘锅内表面通常使用特氟龙涂层，原料为聚四氟乙烯，其结构简式为[CF2CF2]n．对聚四氟乙烯的推断，不合理的是（　　） A．属于有机合成材料 B．有较好的耐高温性 C．可耐酸腐蚀 D．可溶于酒精、食用油等有机溶剂 7. 现代科技的发展，促使新型材料研究日益向微观层次深入，产生了纳米材料。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。下列关于纳米材料的叙述，错误的是（　　） A．纳米材料是指其基本颗粒在0.01～1纳米范围内的材料 B．纳米陶瓷比普通陶瓷具有更好的韧性 C．用纳米油墨书写的字迹色泽更好 D．添加了纳米铅粉末的固体燃料会使火箭推进器的速度加快 【能力培优】 8. （2022秋•金东区期中）化学与人类生产、生活息息相关，请回答： （1）最近，中国科学家不利用光合作用，直接以二氧化碳和氢气为原料，经过一系列反应成功合成了淀粉。淀粉属于 ； A.有机合成材料 B.无机非金属化合物 C.新型材料 D.有机物 （2）小明同学帮妈妈做饭，刮山药皮时手上皮肤奇痒难忍（山药中含有的碱性皂角素所致），可用厨房中的 （填调味品名称）来止痒。 9. （2023秋•瑞安市月考）图甲为电瓶车的结构图，表为结构的主要成分或材料。 结构 把手 车胎 外壳 电池 外壳 主要成分或材料 金属合金 合成橡胶 合成塑料 Li、MnO2、电解质溶液 合成塑料 （1）电瓶车的把手、车胎、外壳、电池中主要成分为有机合成材料的结构是 。 （2）铜丝能作为连接电瓶车中灯泡和电池的导线，这是利用了其具有良好的 。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2.6 材料的利用与发展 1.了解材料的发展与人类文明的关系。 2.了解新型材料的性能和使用。 3.了解在制造材料过程中产生的污染以及如何防治。 一、材料与人类社会发展 材料的发展历程：石器→陶器→青铜器→钢铁→合成材料→新型材料。 人类对金属材料的使用不仅与金属的活动性有关，还与金属冶炼的难易程度有关。如人类最早使用的金属材料是铜，目前使用最多的金属材料是铁及铁的合金。虽然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，因而铝的利用比铜和铁晚的多。 二、新型材料 新型材料：指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。 特点：具有优异特性和功能，与普通材料的性质差别很大。 当前，最引人注目的新型材料有：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。 纳米材料：指其基本颗粒在1 ~ 100纳米范围内的材料。如：纳米陶瓷、新型纳米油墨、纳米铅粉等。纳米材料在机械强度、磁、光、声、热等方面和普通材料都有很大的不同。如纳米陶瓷具有很好的韧性；新型纳米油墨的色调更浓，书写的字迹色泽更好；将纳米铅粉加入固体燃料中，会使火箭推进器的前进速度加快好几倍。 三、材料制造与环境保护 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。 （一）实际生产和实验中选择某种物质的制备方法时，需考虑的因素有： (1)科学性：制备过程中每步化学反应是否符合化学反应的规律； (2)简便性：设计方案考虑实际设备情况，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：所需原料是否易获取、成本是否低廉； (4)安全性：操作过程是否存在安全隐患； (5)环保性：生产过程是否会对环境造成污染。 （二）“绿色化学” “绿色化学”又称为环境友好化学，它的主要特点如下： (1)充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料； (2)在无毒、无害的条件下进行反应，以减少废弃物向环境中的排放； (3)提高原料的利用率，力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳，实现“零排放”； (4)生产出有利于环境保护社会安全和人体健康的环境友好产品。“绿色化学”给化学家提出了一项新的挑战，其核心就是要利用化学原理从源头上消除污染，国际上对此十分重视。1995 年，美国设立了“总统绿色化学挑战奖”，以表彰那些在“绿色化学”领域中做出杰出贡献的企业家和科学家。“绿色化学”将使化学工业改变面貌，为子孙后代造福。 （三）工业“三废”及处理 (1)工业“三废”是指废水、废渣和废气。 (2)处理方法 ①“废气”处理一般是安装回收设备，将尘粒和一氧化碳、二氧化硫等物质除去，一氧化碳可以回收再利用，二氧化硫可利用与碱溶液反应而除去。 ②“废渣”的处理一般是制水泥或其他材料，变废为宝，如含磷的废渣可转化为磷肥等。 ③“废水”的处理是建立污水处理厂，将废水中的有害金属转化为沉淀，制成所需要的金属材料等，废水处理达标后再排放到河流中或循环利用。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。 【能力拓展】 (1)复合材料是将两种或两种以上材料复合成一体形成的材料。复合材料集中了组成材料的优点，同时避免了组成材料的缺点，具有综合性能更优异的特点。如钢筋混凝土、玻璃钢。 (2)玻璃、水泥、陶瓷等是一类重要的无机非金属材料，应用广泛。 [例题1] （2023秋•浙江期中）本届杭州亚运会中采用了许多新材料。 ①棒（垒）球场馆的膜顶采用了“聚四氟乙烯”材料，俗称“塑料王”，具有耐高温、耐腐蚀、柔韧性好等特点，相比传统建筑结构，更加轻盈、透光。 ②亚运火炬“薪火”主体结构采用了铝合金旋压成型工艺，表面先后经历激光精雕和阳极氧化两道工艺淬炼。 （1）以上材料中“聚四氟乙烯”属于 （选填“有机材料”或“无机材料”）。 （2）火炬主体采用铝合金材料的优点是 （写出一点即可）。 【解答】解：（1）“聚四氟乙烯”是一种塑料，属于有机材料； 故答案为：有机材料； （2）铝合金的优点是密度小、质轻、硬度大、抗腐蚀性能强； 故答案为：质轻或硬度大或抗腐蚀性能强（合理即可）。 （1）根据材料的分类来分析； （2）根据铝合金的优点来分析。 [变式1] （2023秋•西湖区校级期中）根据你的生活经验和所学的科学知识判断，下列说法正确的是（　　） A．尼龙、合金、涤纶等都是重要的有机高分子材料 B．棉、麻、毛发、蚕丝等是最常见的天然纤维 C．塑料、纤维、橡胶等都属于有机合成材料 D．某些开关和插座的黑色电木材料开裂后可以用加热熔化的方法修补 【解答】解：A.合金属于金属材料，不属于有机高分子材料，故错误； B.棉、麻、毛发、蚕丝等是最常见的天然纤维，故正确； C.纤维分为天然纤维和合成纤维，橡胶分为天然橡胶和合成橡胶，其中天然纤维和天然橡胶不属于有机合成材料，故错误； D.电木插座属于热固性的材料，不能用加热熔化的方法修补，故错误； 故选：B。 [变式2] （2023秋•慈溪市校级期中）化学变化创造物质。下列物品的材质属于有机合成材料的是（　　） A．广汉三星堆出土的青铜纵目面具 B．长沙马王堆出土的蚕丝素纱单衣 C．“文房四宝”笔墨纸砚中的宣纸 D．“冰墩墩”的聚碳酸酯塑料外壳 【解答】解；A、金属材料包括合金和纯金属，青铜是铜的合金，属于金属材料，不符合题意，故A错误； B、蚕丝属于天然材料，不符合题意，故B错误； C、宣纸的主要成分是纤维素，属于天然材料，不符合题意，故C错误； D、合成材料包括塑料、合成橡胶、合成纤维，聚碳酸酯属于塑料，塑料属于合成材料，符合题意，故D正确。 故选：D。 [变式3] （2023秋•拱墅区校级期中）我国施景莲用超高温陶瓷与难熔金属制造出新型复合金属材料，用于超高音速导弹和歼20的发动机及表面的防护材料。根据用途推测，以下性质不是该材料必须具有的是（　　） A．耐高温 B．具有铁磁性 C．强度大 D．抗氧化 【解答】解：用超高温陶瓷与难熔金属制造出新型复合金属材料，用于超高音速导弹和歼20的发动机及表面的防护材料，该材料必须具有耐高温、强度大、抗氧化等性质，无需具有铁磁性。 故选：B。 【基础强化】 1. （2023秋•拱墅区校级期中）下列常见的生活物品所含的主要材料，属于有机合成材料的是（　　） A．木桶 B．紫砂壶 C．橡胶轮胎 D．高压锅 【解答】解：A、木桶是用木材制成的，属于天然材料，故选项错误。 B、紫砂壶是用瓷土烧制而成的，属于无机非金属材料，故选项错误。 C、橡胶轮胎是用合成橡胶制成的，合成橡胶属于三大合成材料之一，故选项正确。 D、高压锅是用不锈钢制成的，不锈钢属于金属材料，故选项错误。 故选：C。 2. （2023•玉环市二模）我国自主研发的C919大型商用客机采用了极轻的新型复合材料。“极轻”反映了这种材料的（　　） A．密度小 B．导电性强 C．导热性好 D．比热大 【解答】解：“极轻”指的是用不同材料制成相同体积物体，这种材料制成的物体质量小，说明这种材料的密度小，故A正确，BCD错误。 故选：A。 3. （2023•宁波一模）超导现象是指材料在温度降低到某一值时电阻变为零的现象，能发生超导现象的材料叫超导体。超导体有广泛的应用价值，但不适用于制作（　　） A．电饭煲的电热板 B．电动机的线圈 C．远距离输电的导线 D．发电机的线圈 【解答】解：利用超导体的零电阻特点可以实现远距离输电、做电动机、发电机的线圈等，但是由于超导体零电阻特点，根据焦耳定律Q＝I2Rt可知，超导体电阻为零时不会产生热量，故不能做电饭煲的电热板，故A正确、BCD错误。 故选：A。 4. （2022秋•镇海区期末）石墨烯是单层碳原子面材料，由其制成的石墨烯薄膜，具有超薄超轻，超强导热性、导电性和超优光敏性等优点。下列说法错误的是（　　） A．石墨烯是一种碳单质，可用于新型电池电极 B．石墨烯由碳元素组成，完全燃烧只生成CO C．石墨烯薄膜材料可用于智能手机、平板电脑等设备的散热层 D．石墨烯薄膜材料可用于穿戴设备和无线传感等领域 【解答】解：A、石墨烯是一种碳单质，可用于新型电池电极，故A正确； B、石墨烯由碳元素组成，完全燃烧生成CO2，故B错误； C、石墨烯导热性能好，可以做智能手机、平板电脑等设备的散热层，故C正确； D、石墨烯薄膜材料有超优光敏性，可用于穿戴设备和无线传感等领域，故D正确。 故选：B。 5. （2022秋•海曙区期中）“土豆农膜”是一种新型环保农膜，通过在塑料中添加土豆淀粉制成．“土豆农膜”可被细菌和微生物释放的酶分解．下列有关说法错误的是（　　） A．土豆农膜比普通塑料农膜容易降解 B．淀粉属于高分子化合物 C．该新型农膜有助于解决农村“白色污染”问题 D．塑料属于天然高分子材料 【解答】解：A、由于“土豆农膜”可被细菌和微生物释放的酶分解。所以，土豆农膜比普通塑料农膜容易降解，故A正确； B、由淀粉的相对分子质量比较大，所以，淀粉属于高分子化合物。故B正确； C、由于土豆农膜比普通塑料农膜容易降解，有助于解决农村“白色污染”问题。故C正确； D、塑料属于合成高分子材料，故D错误。 故选：D。 【素养提升】 6. （2022秋•海曙区期中）不粘锅内表面通常使用特氟龙涂层，原料为聚四氟乙烯，其结构简式为[CF2CF2]n．对聚四氟乙烯的推断，不合理的是（　　） A．属于有机合成材料 B．有较好的耐高温性 C．可耐酸腐蚀 D．可溶于酒精、食用油等有机溶剂 【解答】解：A、聚四氟乙烯属于有机物，正确； B、用在锅的表面，说明具有耐高温性，正确； C、用在锅的表面，说明具有耐腐蚀性，正确； D、若是溶于食用油等有机溶剂则会被破坏掉，错误； 故选：D。 7. 现代科技的发展，促使新型材料研究日益向微观层次深入，产生了纳米材料。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。下列关于纳米材料的叙述，错误的是（　　） A．纳米材料是指其基本颗粒在0.01～1纳米范围内的材料 B．纳米陶瓷比普通陶瓷具有更好的韧性 C．用纳米油墨书写的字迹色泽更好 D．添加了纳米铅粉末的固体燃料会使火箭推进器的速度加快 【解答】解：A.纳米材料是指其基本颗粒在1～100纳米范围内的材料，选项说法错误； B.纳米陶瓷比普通陶瓷具有更好的韧性，选项说法正确； C.用纳米油墨书写的字迹色泽更好，选项说法正确； D.添加了纳米铅粉末的固体燃料会使火箭推进器的速度加快，选项说法正确。 故选：A。 【能力培优】 8. （2022秋•金东区期中）化学与人类生产、生活息息相关，请回答： （1）最近，中国科学家不利用光合作用，直接以二氧化碳和氢气为原料，经过一系列反应成功合成了淀粉。淀粉属于 ； A.有机合成材料 B.无机非金属化合物 C.新型材料 D.有机物 （2）小明同学帮妈妈做饭，刮山药皮时手上皮肤奇痒难忍（山药中含有的碱性皂角素所致），可用厨房中的 （填调味品名称）来止痒。 【解答】解：（1）淀粉是含碳的化合物，属于有机物，故选D。 （2）由于酸碱能发生中和反应，刮山药皮时手上皮肤奇痒难忍（山药中含有的碱性皂角素所致），可用厨房中的醋酸来止痒。 故答案为：（1）D； （2）醋酸。 9. （2023秋•瑞安市月考）图甲为电瓶车的结构图，表为结构的主要成分或材料。 结构 把手 车胎 外壳 电池 外壳 主要成分或材料 金属合金 合成橡胶 合成塑料 Li、MnO2、电解质溶液 合成塑料 （1）电瓶车的把手、车胎、外壳、电池中主要成分为有机合成材料的结构是 。 （2）铜丝能作为连接电瓶车中灯泡和电池的导线，这是利用了其具有良好的 。 【解答】解：（1）机合成材料简称合成材料，包括塑料、合成橡胶、合成纤维。电瓶车的把手、车胎、外壳、电池中主要成分为有机合成材料的结构是车胎、外壳； （2）铜丝能作为连接电瓶车中灯泡和电池的导线，这是利用了金属铜具有良好的导电性。 故答案为：（1）车胎、外壳； （2）导电性。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 $$