6.2化学与材料研制---2024-2025学年九年级化学鲁教版（五四学制）全一册

材料是人类生存和发展的物质基础。堀木石等天然材料早已被广泛应用。陶器、铁器、玻璃、塑料等人造材料也与我们的生活密不可分。随着现代社会的快速发展，这些单一材料已经不能满足人类的更高要求，复合材料便应运而生。现在让我们来了解究竟什么是复合材料。在西安半坡村遗址的考古中发现，七千多年前，我们的祖先就是用草拌泥制成墙壁砖批，这是迄今为止人类发现的最远古的复合材料。四千多年前，用丝麻和生漆制成的漆器是现代复合材料的雏形。这种漆器表面光洁，经久耐用。复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料用物理或化学的方法制成的。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于单一材料。 课前调查：巴黎奥运会的“中国制造” 巴黎奥运会中有哪些“中国制造”？涉及到什么材料？ 调查内容： 以小组为单位进行汇报 从开幕式上的炫目烟火，到运动员脚下的定制跑鞋；从场馆设施的精良装备，到观众手中的助威道具，中国元素犹如繁星点点，点亮了整个奥运赛场。 奥运硅胶手环 阿里云计算 巴黎奥运会的“中国制造” 巴黎奥运会中的化学——材料篇 化学与材料研制 九年级第六单元第二节 1秒钟识别500次的足球中有什么黑科技？ 是什么材料让跑鞋更轻盈？ 为什么龙服被称为“碳中和”领奖服？ 夜晚的卢浮宫玻璃金字塔看起来为什么晶莹剔透？ 奥运会中的化学 奥运火炬的外壳是什么材质？ 举重器材的独家供应商张孔杠铃片有哪些优良的特性？ 假如你是奥运会材料观察员，你能从材料的角度回答以下问题吗？ 奥运会材料第一站 开幕式火炬传递 奥运火炬（低碳钢） 合金的优点：硬度大、熔点低、抗腐蚀性好 奥运场馆建筑（钢） 巴黎奥运会杠铃（弹簧钢） ——河北张孔杠铃公司 ——金属材料 法国地标性建筑 创造性地解决了把古老宫殿改造成现代化美术馆的一系列难题，取得了极大成功，享誉世界，坚硬透明、 耐热、易加工成型 、易碎、 密度大等 卢浮宫玻璃金字塔——由著名华裔设计师贝聿铭先生设计 1、为什么夜晚的卢浮宫金字塔在灯光的映射下晶莹剔透？ 2、贝聿铭先生在设计时大量运用了什么材料？ 奥运会材料第二站——无机非金属材料（玻璃） 观看视频，小组合作完成以下问题： 1、制造玻璃的原料有哪些？ 任务一：探究玻璃的制作过程 石灰石（CaCO3） 石英砂（SiO2） 纯碱（Na2CO3） 2、制玻璃的反应原理是什么？ 3、玻璃属于纯净物还是混合物？ 奥运会材料第二站——无机非金属材料 2、如何用方程式表示制玻璃的反应原理？ 熔制 成型 热处理 （退火） 奥运会材料第二站——无机非金属材料 3、玻璃属于纯净物还是混合物？ 无机非金属材料 玻璃 （硅酸盐材料） 熔制：原料在池窑或坩埚窑内高温加热，形成均匀无气泡的液态玻璃 成型：将液态玻璃加工成需要的形状 热处理：提高机械强度和耐热性。增强稳定性 10 任务二：探究玻璃的种类及用途 自主探究：结合课本137页，完成以下问题： 1、你知道玻璃有哪些种类吗？它们是如何制成的？ 2、各种玻璃具备哪些特殊的用途？ 加热到一定温度迅速冷却 多层玻璃与胶片叠合 特点：强度大、耐高温 用途：制造茶几、门窗、手机钢化膜等 特点：强度特大 用途：制作汽车门窗、坦克等 钢化玻璃 防弹玻璃 玻璃纤维 请观看视频：玻璃的自述，思考问题： 1、玻璃纤维具有什么优点？ 2、光导纤维的主要用途？ 绝缘性和耐热性好、抗腐蚀性强 用途：用于光导通讯、摄像、医疗、 制造玻璃钢、光导传感器、飞机导航等 高温熔融抽丝 LED地板屏 阿里云计算 可变灯光的乒乓球台 任务三：了解奥运会中的中国“智造”——芯片 1秒钟识别500次的足球中有什么黑科技？ 内置芯片 阅读材料小卡片，思考： 在本届巴黎奥运会上“中国智造”频频出镜它们凭借过硬的质量、创新的产品形态让“Made in China”成为了奥运场上一道亮丽的风景。LED大屏幕、会发光的乒乓球台、运动垫内置芯片、塞纳河边直播的巨型屏幕、多个赛场使用的LED地板等等...总之，从开幕式到奥运比赛器材，再到赛中技术展现等，都是来自中国，十足的Made in China。 阅读138页多识一点：了解芯片是如何制作的？ 石英砂（SiO2） 高纯硅（Si） 芯片（Si） 三氯硅烷 粗硅（纯度只有95%-99%） 三氯硅烷还原法 高纯硅（纯度需达99.9999999%） 中国芯 任务三：了解奥运会中的中国“智造”——芯片 芯片是用纯度极高的单质硅制成的。可以利用石英砂（主要成分是二氧化硅）制得纯度为99.9999999%的高纯硅。元素守恒、元素含量2018年中兴芯片事件给中国敲响了警钟，让中国受尽屈辱，长期以来芯片产业被三星、台积电、高通和苹果几家寡头垄断，华为任正非带领科研人员在芯片领域取得突破！ 法国奥体国际总监收到一份“中国风”礼物——青花瓷艺术品 水泥 陶瓷 奥运会材料第二站——无机非金属材料 玻璃 无机非金属材料 评价维度 评价标准 评分标准 自评得分 互评得分 课堂表现 认真听讲，积极讨论，大胆表达想法，能有条理的进行表述 4~5 认真听讲，能参与讨论，尝试提出不同看法，能表达意见 2~3 无心听讲，很少举手，不敢尝试交流 0~1 兴趣激发 非常感兴趣：观看视频后积极与同学讨论，具有创造性思维 4~5 有一定兴趣：对感兴趣的内容表示关注，但不会主动拓展知识 2~3 兴趣较低：对授课内容没有特别的兴趣，也没有进一步探索的意愿 0~1 信息提取能力 高效提取：能从提供的资料中提取关键信息，并清晰的整理和表述 4~5 基本提取：能记住部分信息，但整理表述时缺乏条理 2~3 提取困难：很难从提供的资料中提取出有效信息 0~1 课堂评价量表一 紫色塑胶跑道 奥运会材料第三站——有机高分子材料 领奖服“龙服” （塑料） （合成纤维） 领奖台 矿泉水瓶 海洋渔网 洗发水瓶 彩色瓶盖 （塑料） 合成橡胶 来自石油的有机高分子材料 任务一：阅读资料卡片并思考：为什么龙服被称为“碳中和”领奖服？ 低碳奥运 绿色奥运 （再生尼龙和再生涤纶） 再生塑料制造的奥运会座椅 有机高分子材料 天然有机高分子材料 合成有机高分子材料 有机高分子材料的分类 棉花、羊毛、天然橡胶 塑料、合成纤维、合成橡胶 任务二：以塑料为例，探究合成有机高分子材料是如何制成的？ 观看视频，小组合作讨论： 1、塑料是如何制成的？（从宏观和微观两个角度分析） 2、塑料有哪些独特的性质和用途？ 奥运会材料第三站——有机高分子材料 塑料（聚乙烯）是如何制成的？ 聚合 聚乙烯分子 [CH2— CH2] n 一个乙烯分子 C2H4 一个聚乙烯分子 (C2H4)n 乙烯 宏观 微观 聚乙烯 石油 聚合 许多乙烯分子 构成 大量聚乙烯分子 聚氯乙烯、聚四氟乙烯的聚合原理也是类似的，同样的，合成纤维和合成橡胶也是由石油分离出来的低分子化合物聚合成高分子化合物， 名称（种类） 性质 用途 聚乙烯（PE） 聚氯乙烯 （PVC） 聚四氟乙烯 （PTFE） （塑料王） 常见的三种塑料的应用 质轻、柔软、透明、无毒 、不导电、不传热、耐腐蚀性强 质轻、柔软、透明，耐腐蚀性和电绝缘性良好 耐化学腐蚀性，耐高、低温，摩擦系数小 薄膜、软管、塑料瓶、管道 薄膜、管道、绝缘层 化工管道、电气设备 、不粘锅 决定 电缆外绝缘层 观看塑料的自述视频，完成以下问题： 1、废弃塑料给环境带来哪些危害？ 为什么？ 2、如何解决白色污染？ 任务三：塑料对人类有哪些影响？ 塑料的化学性质非常稳定，生产和使用后很难自然分解。 白色污染 合成材料的应用与发展大大方便了人类的生活，但是，合成材料的废弃物的急剧增加也带来了环境问题，废弃塑料带来的“白色污染”尤为严重。塑料给我们的生活带来了很多的便利，但同时也为我们带来了环境问题，辩证的去看待塑料，化学是一把双刃剑，引用古语。。。。不仅带来了环境问题，还浪费石油资源，造成了巨大的经济损失。 减少使用不必要的塑料制品，如用布袋代替塑料袋等； 回收各种废弃塑料 使用一些新型的、可降解的塑料，如微生物降解和光降解塑料等 重复使用某些塑料制品如塑料袋、塑料盒等 解决白色污染 ...... “减塑”行动，从你我做起 来自石油的有机高分子材料——合成纤维 涤纶（聚酯纤维） 锦纶（尼龙） 腈纶（合成羊毛） 丙纶（梅克丽） 合成纤维 石油 任务四：在手工编织的工作坊里，新采购了一批羊毛线、棉线、腈纶线，三种纤维被粗心的采购员弄混了，你能帮忙鉴别吗？ 以小组为单位，设计实验方案，完成实验。 纤维种类 灼烧后现象 棉纤维 有燃烧纸张气味，灰烬可手捻成粉末 羊毛纤维 有烧焦羽毛气味，灰烬易碎、脆，黑色 合成纤维 有特殊气味，灰烬为浅褐色玻璃圆球状，不易捻碎 查阅资料：不同的纤维灼烧后会有不同的现象 实验探究 温馨提示：小组内同学要分工明确，做实验的同时记录现象 3号 1号 2号 总结：物质鉴别的一般思路？ 依据 选择 观察 鉴别 ❓ ❓ ❓ 物质的性质 合适的方法 明显的不同现象 方法建模 车架用T1100碳纤维复合材料，车架仅重710g 性能优良的复合材料 射箭比赛用的弓用碳纤维复合材料制成,轻盈且强度大 奥运会材料第五站—— 跑鞋底嵌入碳纤维复合材料板，轻量化设计，减轻了体力负担 阅读以下信息并思考：是什么材料助力运动员在比赛中争金夺银？ 碳纤维材料：质轻、强度大、韧性好、耐腐蚀性强 轻量化设计，不仅减轻了运动员的体力负担，更提高了他们在比赛中的加速性能和操控性，冲击吸收能力和耐疲劳性能 为争金夺银提供了有力保障。打造的自行车不仅刚性十足，还兼具韧性与轻质的特点。 赛艇的船体、划桨以及运动员的力量传递装置（如脚踏杆、滑动座椅）等关键部件，均广泛采用碳纤维材料。这种材料不仅轻量化，还具备出色的刚性和耐腐蚀性，能够显著提高船只的机动性和滑行速度。用于制作船壳时，可以增加船体运行强度、减轻重量，而且还能增加滑行距离。 由碳纤维复合材料制作的弓臂，可以赋予箭最大的初速度和最远的射程。碳纤维复合材料的耐疲劳特性，是玻璃钢和金属材料所无法比拟的，使用寿命相比其他材料也更长。 观看视频，回答问题： 1、什么是复合材料？ 2、材料为什么要复合？ 3、复合材料有哪些优点？ 任务十：认识复合材料 性能优良的复合材料 由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学方法复合在一起制成的新材料称为复合材料。 密度低，质软，易加工成型，耐腐蚀 强度高但质地脆、易断裂，有良好的的耐温性 塑料 玻璃纤维 ➕ 玻璃钢 密度低、强度高、加工成型方便、耐腐蚀，耐温性好 视频5 复合材料广泛应用于航空航天、电子电气、汽车工业和建筑等领域。 生活中的复合材料有哪些？ 玻璃钢 钢筋混凝土 碳纤维 复合材料 应用 航空航天 电子电气 汽车工业 建筑 2、为什么吸波材料被称为“隐形”材料？ 多识一点 特殊的功能材料——吸波材料 能吸收雷达的电磁波，从而逃避追踪 吸波材料 第五代隐形战机——歼20 导电材料一般为碳粉、导电纤维等，它们能将电磁波转化成热能；磁性材料一般为陶瓷铁氧体、磁化粒子等，也能将电磁波变成热能，从而使雷达的电磁波大部分被吸收掉。 1、吸波材料：用导电或磁性材料与黏合剂制成。 奥运健儿的出战装备——英俑行李箱 金属材料 硅胶logo标 全铝包角 锌合金logo牌 PC+ABS复合材料 拉手ABS塑料 从材料角度探讨英俑行李箱 合成橡胶 复合材料 无机非金属材料 塑料 “英俑”系列行李箱外壳使用了全新升级的PC+ABS复合材料（），牢固的同时，比普通行李箱更抗摔、抗压。锌合金与铝合金的搭配使用，则使行李箱在耐用的同时兼具质感与美感。“行李箱既要有一定的承载力，又不能过重，同时要保证它的物理特性 评价维度 评价标准 评分标准 个人自评 同学互评 教师评价 知识掌握 能准确区分四种材料，清楚掌握各类材料的典型特征及制作原理 4~5 基本能区分四种材料，对部分材料特性和制作原理有初步的了解 2~3 分类混乱，对材料特性了解较少，不清楚材料研制的化学原理 0~1 实验操作 能正确设计实验方案，小组分工明确，能观察和记录实验现象 4~5  实验方案设计不准确，没有明确的分工 2~3  未参与实验，只是旁观 0~1 课堂互动 主动回答问题，与教师和同学互动良好，思维活跃 4~5  能回答问题，但主动性不够，互动较少 2~3 很少互动，回答问题不积极 0~1 小组讨论 积极参与小组讨论，能提出有建设性的观点和问题，带动小组氛围 4~5 参与讨论，但观点较少或缺乏主动性 2~3 很少参与小组讨论 0~1 课堂评价量表二 材料 小结： 金属材料 无机非金属材料 有机高分子材料 复合材料 纯金属、合金 玻璃、陶瓷、水泥 塑料、合成纤维、合成橡胶 玻璃钢、钢筋混凝土、碳纤维复合材料等 34 请自主搜集关于新型材料如纳米材料、智能材料等的科普文章，分析这些材料的特殊性质以及这些性质在实际生活中的应用，并思考这些材料可能存在的问题。 课后作业 实践类作业 调查家庭中常见物品的材料，如餐具、电器外壳、家具等，分析这些材料的优缺点，并提出改进建议。 探究类作业 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 $$132年前，我被一个叫做波伊斯的人加热之后绑在一根箭矢后面发射。我被飞出去的弓箭拉成了一根玻璃线，人们发现我除了能够透过光，还非常的坚韧，于是我有了一个新的名字，玻璃纤维。随后，我被用在了各种物品上，隔热设备、服装、冲浪板、电路板。到处都有了我的身影。53年前，一个名叫高昆的华裔科学家发表了一篇论文，他说用玻璃纤维作为媒介实现光通信，可以大大降低信号的损失。于是我有了一个新的名字，光纤。42年前，世界上第一条光纤通信系统在芝加哥投入商用。随后短短几十年，光纤通信就成为了最主要的通信方式，高锟博士也因此获得了诺贝尔奖。 Hello, 大家好，我们今天来讲一讲塑料。塑料是一种聚合物，聚合物是什么？聚合物就像很多长得一样的小人手拉手排在一起。如果这个小人是乙烯的话，那么聚完之后就成了聚乙烯。如果小人是丙烯的话，那么排完之后就成聚丙烯。聚乙烯和聚丙烯是产量第一第二的数量。乙烯和丙烯是从石油里面来的，石油里面有上百种化合物，所以从地底下抽出来之后就需要蒸馏把它们分离，分离之后变成汽油、柴油、煤油等等，还有乙烯、丙烯这样的化合物，由于是从石油里面来的，所以他们是可燃的，这时候就要往里加一些阻燃剂，还会加一些其他添加剂来增强它的性能，比如说增塑剂让塑料不要太翠，光稳定剂让它在阳光下不要分解，热稳定剂让它受热不要分解，还有着色剂、抗氧化剂等等。像聚乙烯和聚丙烯这种东西叫合成树脂，所以塑料其实就是由合成树脂加上添加剂构成的，其他的合成树脂还有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯。我们有时候在商品包装上会看到一个可回收的三角标志，中间有个数字，这个标志叫数值识别码，是用来分类塑料的。中间的数字是从1到71到6，分别代表六种数量，而七代表除了这六种以外的数量。 将沙子加热到2000度以上，真的会变成玻璃吗？想要了解这一点，我们首先将沙子放大看一下，可以看到被放大的沙粒不仅五颜六色，还有很多像宝石一样晶莹剔透。原来这些沙粒原本就是透明的，这些透明的沙砾主要成分就是二氧化硅，而这也是制作玻璃的主要成分，所以玻璃真的是沙子做成的，但想要将沙子变成玻璃也没那么简单，首先就得将沙子融化，但沙子的熔点很高，为了降低沙子的熔点，通常都会在里面混合一些炭酸钠和石灰石，这些物质有助于在更高的温度下进行反应。此时再将沙子加热到2000度以上，高温就会融化沙子，将其变成像南瓜粥一样的绒沙，待其冷却固化后就形成了玻璃。不过这直接就熔炼的沙子明显有很多杂质，透明度也不高。而玻璃厂在制作玻璃时，往往采用了筛选后纯度更高的石英砂，然后再加以更多配料去除杂质，就能制作出透明度更高、更干净的玻璃了。 我的学名是高分子聚合物，通常人们称我为塑料。我诞生于20世纪初的一次合成实验，有比利时化学家利奥贝克兰发现，二战期间我曾大出风头，美军大批量使用塑料制品取代金属。战争结束后，我迅速渗透进人类日常生活中，由于廉价耐用、可塑性强的特征，简直是完美的化身。一百多年后的今天，人类生活在一个完全依赖于我的世界。1950年，全球塑料生产仅200万吨，到2019年估值高达4.6亿吨，增长近230倍，全球每分钟有100万个塑料瓶被购买，高达9.5亿个塑料袋被使用。我的寿命很长，大部分能活400到600年，很难降解，人类使用完又会很快将我抛弃，这将变成一个巨大的麻烦。全球每年产生的塑料垃圾达4亿吨，慢慢的，塑料垃圾又变成一项产业。高收入国家将塑料垃圾通过各种途径进入低收入国家。2014年全球塑料废物贸易达到峰值。2017年中国政府禁止洋垃圾后，对全球塑料废物贸易产生重大影响。东南亚国家取代中国成为主要废塑料进口国。每年塑料垃圾中有3%进入海洋，目前海洋中估计有7500万至1.99亿吨塑料垃圾，还有8200万吨大塑料和4000万吨灰塑料在海岸线上被冲刷掩埋或冲出水面。海洋中的塑料最终会变成微塑料或微纳米塑料。据估计，世界地表水中有超5万亿个塑料颗粒，几乎大海中的所有海龟都误食过，我，鲸鱼、海鸟、海豹的胃里也有我的身影。在洋流的作用下，我们在太平洋上形成了一个巨大的塑料垃圾袋，达160万平方公里，相当于新疆的面积。河流和海岸线是我们进入海洋的主要通道，其次是海洋捕鱼。塑料包装是全球塑料的最大应用，我们每年有95%的塑料包装在短暂使用后被丢弃，损失额高达800亿至1200亿美元。即使在回收标志推出五十多年后，也只有14%的塑料包装被回收利用。同时，塑料生命周期每个阶段都会排放温室气体。2019年，塑料的生产和焚烧预计向大气中排放超过8.5亿吨温室气体，相当于189个500兆瓦燃煤电厂总排放量。