第6节 材料的利用与发展（培优教学课件）科学浙教版九年级上册

第二章 物质转化与材料利用 九年级上册•浙教版 第6节 材料的利用与发展 新型材料的出现，大大推动了生产力发展，促进了人类社会文明的进步。 “天通一号”系列 “风云”系列 “高分”系列 北斗导航 导入新课 人类使用材料的发展历程是怎样的？ 人类历史上不同时代所使用的生产工具或战争中使用的武器，都记录了材料的发展过程。  原始人打制的石器 青铜制品  我国化合物半导体  材料进入生产阶段 光导纤维—信息高速公路的基础材料 导入新课 想一想 沙里淘金 材料的发展是如何进步的？ 【石器→陶器→青铜器→钢铁→合成材料→新型材料】 学习目标 1. 了解材料的发展和利用发展历史 2. 常见的新型材料促进技术进步 3. 材料制造与环境保护的关系 4. 课堂总结 5. 练习与应用 6. 提升训练 材料的利用与发展 重点难点 重点 1、举例说明重大的技术发明会给人类社会深远的影响。 2、列举科学原理转换为实用技术的案例。 难点 知道科学对技术与工程具有指导意义。 1. 材料与人类社会发展 2. 新型材料 3. 材料制造与环境保护 4. 课堂总结 5. 练习与应用 6. 提升训练 学习内容 材料的利用与发展 一、材料与人类社会发展 第6节 材料的利用与发展 一、材料的利用与发展 原始人利用石头制成了石斧、石刀、箭头、刮器， 又用兽骨和鱼骨制成了骨针，这使他们捕获了更多的野生动物，并利用它 们的毛皮保暖。 随着火的使用，古代人开始创造和使用陶器，使人类文明 得到了较大的发展。 在掌握湿法炼铜技术之后，又制造出了种类繁多的青铜器和锐利无比的青铜武器。 随着炼铁 技术的掌握，人们制造了犁， 从而使农业生产得到了飞速 的发展。 一、材料的利用与发展 材料的发展历程： 石器 陶器 青铜器 钢铁的使用 合成材料的使用 新型材料的使用 原始社会 火的发明 商朝 春秋晚期 100多年前 21世纪 标志着生产力的不断发展 一、材料的利用与发展 随着科学技术的发展，人们有目的地改进材料的性能，使半导体材料、光纤材料（如图）、碳纤维复合材料等新型材料不断涌现，促进了通讯、计算机、航空、航天等行业迅速发展。人类社会进入了信息时代。 我国化合物半导体材料进入生产阶段 光导纤维——信息高速公路的基础材料 二、新型材料 第6节 材料的利用与发展 二、新型材料 什么是新型材料？新型材料有什么特点？ 高级复合材料 二、新型材料 陶瓷材料 二、新型材料 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。 以超级塑料制成的头盔防弹、抗压、撞不破 超级陶瓷质地坚韧，制成的刀具削铁如泥 超级玻璃能根据光照的强度改变颜色 二、新型材料 光电子信息材料 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，主要用于计算机、通信和航天工业 先进复合材料 超级陶瓷材料 质量轻、较高的比强度、耐热、耐腐蚀等，大量用 于航空航天、机械、医学、建筑等行业 应用范围从电容器、滤波器、点火器、保温材料、 医疗器械和通讯元件等方向扩展到航天、卫星及半 导体芯片等高新技术领域 新型材料的种类 二、新型材料 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 如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等 超导材料 具有超导特性（某些物体当温度下降到一定数值时，电阻突然趋近于零）的材料。用于磁悬浮列车、高能粒子加速器等 纳米材料 纳米材料是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范 围之间的材料。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 二、新型材料 （1）现在有些同学牙齿排列不整齐,你知道医学上是采取什么材料进行矫形的吗? 记忆合金材料 二、新型材料 （2）电路板上涂上某种材料后，具有很好的防水效果，你知道是什么吗? 纳米涂层材料 二、新型材料 现代科技发展，促使新型材料研究日益向微观层次深入，产生了纳米材料。 纳米材料是指其基本颗粒在1~100纳米范围内的材料。 性能：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。 用纳米陶瓷粉末烧成的陶瓷却有很好的韧性，即使被撞倒也不破裂；新型纳米油墨的色调更浓，书写的字迹色泽更好；将纳米铅粉末加入到固体燃料中，就会使火箭推进器的前进速度加快好几倍。 纳米材料在各个领域有着广阔的应用前景。 二、新型材料 阅读 金属纳米材料 纳米（nm）是一个长度概念，1纳米是1米的十亿分之一（10-9米），20纳米约为一根头发丝的三千分之一。 金属纳米材料具有很多金属材料通常没有的优异性能。例如，金属在常温下有很好的韧性与延展性，但在低温时则很脆，而纳米铜（Cu）和纳米铬（Cr）的交替多层结构在零下269℃仍有较高的延展性。纳米金属的熔点大幅度降低，如块状金熔点高达1064℃，而线度为2纳米的金粉327℃就融化了，可为较低温度下形成合金提供新工艺。金属纳米微粒对环境中的光、热、湿度和温度极为敏感，可将金属纳米材料（如铂、钯等）用于传感器的制造。在火箭燃料中添加1%的超细铝（Al）粉或镍（Ni）粉，燃烧效率可成倍提高。 人们对于宏观物体（小至肉眼能见的物体，大到宇宙天体）与微观物体（原子、分子及更小的微粒），都已作了很多研究，取得了很多规律性的认识，然而上述两个领域之间1~100纳米大小的那块领地，直到20世纪80年代末才被人们重视。探究纳米领域的意义与价值不仅在于能够获得许多具有独特性能的材料，而且打开了微观与宏观的通道，对于人们全面认识宏观世界将产生重大的影响。 二、新型材料 查阅资料，了解目前正处于试验阶段的新型材料和新型能源。 1. 高抗疲劳3D打印钛合金 通过热处理工艺窗口处理，制备出几乎无气孔的钛合金材料，相对于传统3D打印材料具有天然超高抗疲劳性能和韧性，未来有望在航空航天领域发挥作用。 新型材料 拓展：新型材料在航天的应用 二、新型材料 2. 空间站太阳翼伸展机构润滑薄膜 这种薄膜材料具备优异的耐湿热、抗氧化、抗辐照等性能。该薄膜为我国未来的滨海发射、海上发射环境以及长寿命航天器(如深空探测、探月、探火、星链卫星等)所需的新一代空间功能涂层提供了技术基础。 三、材料制造与环境保护 第6节 材料的利用与发展 三、材料制造与环境保护 怎样以铜为主要原料制备硫酸铜 1.提出问题： 以铜为主要原料制备硫酸铜的绿色工艺的可行性如何？ 2.设计制备方法： （1） 铜能与浓硫酸在加热条件下反应，生成硫酸铜、 二氧化硫和水。 (2)将铜加热转化为氧化铜，然后利用氧化铜和稀硫酸在加热条件下反应制取硫酸铜。 (3)将铜和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反应，生成氢氧化铜和氯化钠，最后利用氢氧化铜和稀硫酸反应制取硫酸铜。 评价：利用率低、会产生污染。 评价：原料利用率高，无污染。 评价：成本高、氯气有毒、步骤繁锁。 三、材料制造与环境保护 (2)2Cu+O2=2CuO，CuO+H2SO4=CuSO4+H2O 3.实验原理 (3)Cu+Cl2=CuCl2， CuCl2+2NaOH=Cu(OH)2↓+2NaCl， Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O (1)Cu+2H2SO4(浓)===CuSO4+SO2↑+2H2O 硫酸铜 氧化铜 三、材料制造与环境保护 化学工业给社会带来巨大财富和众多产品的同时，也向周围环境排放了大量的“三废”（废水、废渣、废气），使自然界的生态平衡遭受破坏。 废水 废渣 废气 三、材料制造与环境保护 “废气”的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。 工业"三废”及处理 (1)工业“三废” (2)处理方法 废水、废渣和废气 “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。 “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。 三、材料制造与环境保护 炼钢与“三废”的回收利用 炼钢过程中会产生大量的棕色烟气，其主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等，因此工厂安装了回收设备，将这些“放在错误地点的原料”进行回收利用。例如，从烟气中回收的氧化铁尘粒可以用来炼钢；得到的一氧化碳可以做化工原料或燃料；烟气带出的热量可以用于制造水蒸气。此外，炼钢时生成的炉渣可以用来做矿 渣水泥，含磷量较多的炉渣则可加工成磷肥等。 三、材料制造与环境保护 2.铜能与浓硫酸反应，生成硫酸铜、二氧化硫和水，是否会不断反应直到硫酸反应完？为什么？ 1.从人类利用金属的历史看，先是青铜器时代，而后是铁器时代，铝的利用则是近百年的事,这个先后顺序跟什么因素有关？ 金属活动性顺序、金属冶炼的难易程度 3.化学反应的四种基本类型中，哪种最符合“绿色化学”？ 化合反应 不会。随反应的进行，浓硫酸变成了稀硫酸，铜排在H后面不会跟稀硫酸发生反应。 四、课堂总结 第6节 材料的利用与发展 四、课堂总结 材料发展史 石器 陶器 金属 合成材料 新型材料 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 材料的制造要采用“绿色”工艺 安全、经济、操作简单、原料利用率高、产量高、环保等 五、练习与应用 第6节 材料的利用与发展 五、练习与应用 1. 原始人利用 　石 ⁠制成了各种工具，又用兽骨和鱼骨制成了骨针；随着火的使用，古代人开始创造和使用 　陶 ⁠。在掌握了湿法炼铜技术之后，又制造出了 　青铜器和 　青铜⁠武器。随着对炼铁技术的掌握，人们制造了 　 ，从而使农业生产得到了飞速的发展。人们利用黏土烧制砖瓦，又将石材用作房屋的柱子和台阶，使住宅变得富丽堂皇。大量 　合 ⁠材料的诞生，更使人们的生活变得越来越精彩。人们有目的地改进材料的 　性 ，使半导体材料、光纤材料、碳纤维复合材料等新型材料不断涌现。  2. 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 ⁠并能满足技术进步所需的材料。当前，最引人注目的新型材料有 　光电子信息材 ⁠、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、超导材料等。  3. 纳米材料也是新型材料，它是以 　纳米为单位的超级微小颗粒（材料）。  石头　 陶器　 青铜　 青铜　 犁 　 合成　 性能　 优异特性　 功能　 光电子信息材料　 纳米　 五、练习与应用 4. “绿色”新工艺是指 　无污染或低污染　⁠的生产工艺。工业“三废”：工业废水、 　工业废渣　⁠和工业废气。  无污染或低污染　 工业废渣　 六、提升训练 第6节 材料的利用与发展 六、提升训练 1、在社会实践活动中，同学们在黄河边捡拾垃圾，其主要成分属于有机合成材料的是（　C　） A. 破旧的纯棉手套 B. 铝制易拉罐 C. 泡沫饭盒 D. 玻璃瓶 C 六、提升训练 2、纳米材料以其独特的性质成为科学研究的热点。在碳纳米管中，碳原子按一定方式排列。下列叙述错误的是（　A　） A. 碳纳米管是一种用“纳米”物质制成的材料 B. 纳米材料将对人类文明发展产生积极影响 C. 碳纳米管在氧气中不完全燃烧生成一氧化碳 D. 碳纳米管是由碳元素组成的单质 A 六、提升训练 3、信息、材料、能源被称为新科技革命的三大支柱，下列叙述不正确的是（　C　） A. 太阳能、氢能将是未来发展的主要能源 B. 新型材料将在航空航天领域中得到广泛应用 C. 塑料制品的广泛应用“有百利而无一害” D. 用乙醇汽油作为汽车的燃料，可节省石油资源，减少汽车尾气的污染 C 六、提升训练 4、二氧化碳聚合物是二氧化碳在催化作用下生成的高分子化合物。它具有良好的阻气性、透明性和使用后全降解、无污染等特点，被广泛用于医药和食品包装、一次性餐具等行业。下列有关二氧化碳聚合物的说法中，错误的是（　A　） A. 二氧化碳聚合物是二氧化碳的固体 B. 二氧化碳聚合物的生产原料为二氧化碳，原料丰富且价格低廉 C. 二氧化碳聚合物的生产和使用，可有效防止白色污染 D. 二氧化碳聚合物的生产和使用，既减少了温室气体二氧化碳的排放，又得到了非常有用的产品，真正做到了“变废为宝” A 六、提升训练 5、硼纤维具有较好的耐热性和弹性，不与氯气、水反应，可与某些金属 制成新型材料。在 时，氯化硼 蒸气与干燥、纯净 的氢气反应可制得硼和氯化氢。下列说法中，不正确的是( ) B A.含硼纤维的材料可能具有耐热性 B.该反应的反应物和生成物中只有两种物质为气态 C.氯化硼可能与水反应 D.该反应需要在隔绝空气的条件下进行 六、提升训练 6、“绿色化学”要求工业生产尽可能不产生废物，即实现“废物零排 放”。下列反应类型中，最容易实现“零排放”的是( ) A A.化合反应 B.置换反应 C.分解反应 D.复分解反应 六、提升训练 7、绿色化学的核心是要利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环 境的污染，寻找可以充分利用的、无毒害的原材料和能源。下列做法中， 不符合这一理念的是( ) D A.用可降解塑料取代聚乙烯等塑料制品 B.禁止汽车使用含铅汽油 C.用太阳能发电代替燃煤发电 D.制取硫酸铜： 六、提升训练 8、硅及其化合物的开发由来已久，在现代信息社会中有广泛应用。请回答下列问题： （1）信息产业的核心材料是高纯度的硅，单晶硅可用来制作大规模集 成电路、整流器等，硅的纯度越高，大规模集成电路的性能就越好。下 列物品或设备中，用到硅单质的有______（填序号）。 ①太阳能电池 ②石英钟表 ③水晶镜片 ④计算机芯片 ①④ 六、提升训练 （2）高纯度的单晶硅的生产流程如下： 制得的粗硅中含有的杂质主要是_ ________（填化学式）。请写出上述 流程中①②③的化学方程式： C、 <m></m> ①_______________________________; <m></m> （粗硅） <m></m> ②_ ______________________________; <m></m> （粗硅） <m></m> ③________________________________。 <m></m> （纯硅） <m></m> 六、提升训练 9、锆产业是极有发展潜力及前景的新兴产业，锆 元素是核反应堆燃料 棒的包裹材料，二氧化锆 可以用来制造耐高温纳米陶瓷。我国有丰富 的锆英石 ，含 、 、 等杂质，生产锆的一种流程如 下： 六、提升训练 （1）写出上述流程中高温气化的化学方程式（碳转化成 ）：______ __________________________________。 <m></m> [解析] 高温气化步骤的反应物有锆英石（主要成分为 ）、氯气和碳，因为碳转化为一氧化碳，所以反应的生成物为 、 、 ；再配平化学方程式即可。 六、提升训练 （2） 在 生成 时还有氯化氢和水生成，写出 其反应的化学方程式：________________________________________。 <m></m> [解析] 在 时生成 的反应中原料是 ，分解生成 、 、 ，写全反应物和产物，配平化学方程式即可。 六、提升训练 （3）下列关于二氧化锆纳米陶瓷和锆合金的说法，不正确的是___（填 字母）。 B A.二氧化锆纳米陶瓷是新型无机非金属材料 B. C.锆合金的硬度比纯锆要高 D.日本福岛核电站的爆炸可能是由锆合金在高温下与水蒸气反应产生的 氢气爆炸引起的 六、提升训练 [解析] 二氧化锆纳米陶瓷是由无机非金属形成的材料，是新型无机非金属材料； ；合金的硬度强于各成分，熔点低于各成分，所以锆合金的硬度比纯锆要高；日本福岛核电站的爆炸可能是由锆合金在高温下与水蒸气反应产生的氢气爆炸引起的。 六、提升训练 （4）通过电路的学习我们可以知道，电源外部电路的电流是从电源的 正极流出，经用电器再流回负极。一种新型燃料电池内部的正、负两个 电极，一极通入空气，另一极通入丁烷；电解质是掺杂氧化钇 的氧化锆 晶体，在熔融状态下 能向某一电极运动，则在熔 融电解质中， 应该向____（填“正”或“负”）极移动。 负 [解析] 电池内部阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。 六、提升训练 10、某课外小组的同学在实验室利用废铜屑制取CuSO4，他们设计了下列三种实验方案： 甲：CuCuSO4。 乙：CuCuSO4。 丙：Cu Cu（NO3）2 Cu（OH）2⁠CuSO4。 六、提升训练 请你对上述三种方案进行交流评价： （1） 不能达到预期目的的是方案 　甲　⁠。  （2） 在设计实验方案时，不但要从理论上考虑其可行性，而且要在实际中考虑其合理性。最优的方案是 　乙　⁠，理由是 　操作简单，原料利用率高　⁠。　  甲　 乙　 操作简单，原料利用率高　 Lavf58.46.101 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.12.100 $$