第6节 材料的利用与发展（教学课件）科学浙教版九年级上册

第6节 材料的利用与发展 第2章 物质转化与材料利用 浙教版九年级上册 知识目标 材料发展规律 1 新型材料 2 绿色工艺核心 3 素养目标 理解材料发展史推动生产力变革的逻辑；掌握新型材料的特性；认识工业化与环境的矛盾。 科学观念 对比传统工艺与绿色工艺的污染差异，培养辩证思维；依据纳米特性，推测新材料在航天、医疗等领域的应用前景。 科学思维 设计“硫酸铜绿色制备”方案，书写化学方程式，对比不同路径的原料利用率与污染；模拟“三废回收”，优化工业流程。 探究实践 材料与人类社会发展 PART 1 探究新知 新课引入 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。而现代新型材料的出现，大大推动了生产力的发展，促进了人类社会文明的进步。你知道人类历史材料是怎样发展的吗？ 新知讲授 材料的发展历程 旧石器时代 新石器时代 青铜器时代 铁器时代 信息时代 石斧、石刀、箭头、刮器、骨针 火的使用，创造陶器 夏商朝时期：青铜器和青铜武器 春秋战国时期：炼铁技术 有目的改进材料性能，新型材料 新知讲授 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，材料的发展标志着生产力的不断进步。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，促进了通讯、计算机、航空、航天等行业迅速发展。 新知讲授 思考与讨论 查阅有关人类使用金属的历史资料，了解在不同时代金属使用的状况。 人类最早使用的金属材料是铜，夏朝时期青铜器开始使用，在商朝时期青铜器已经开始普及了，特别是在军事领域。 使用最广泛的金属材料是铁及铁的合金。在春秋战国时期出现冶炼铁的技术，铁器开始出现，不久就出现了钢，其主要用于武器的制造。 铝的利用比铜和铁晚得多。 新型材料 PART 2 探究新知 新知讲授 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。 最引人注目的新型材料 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 新知讲授 新型材料的特性 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 新知讲授 纳米材料 概念：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。 例如：纳米陶瓷粉末烧成的陶瓷却有很好的韧性； 新型纳米油墨的色调更浓，书写的字迹色泽更好； 将纳米铅粉末加入到固体燃料中使火箭推进器的前进速度加快好几倍等。 新知讲授 思考与讨论 你还知道哪些新型材料？请上网查阅并与同学交流。 记忆合金，具有记住本来形状的能力，常用于牙齿矫形。金属塑料，集聚合物塑料与金属特点于一身的新材料。聚合物玻璃是一种被社会广泛应用的有机材料，因为它具有优良的玻璃形成能力，较低的玻璃化转变温度和稳定的过冷液体区间。 材料制造与环境保护 PART 3 探究新知 新知讲授 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。 新知讲授 探究：怎样以铜为主要原料制备硫酸铜 根据物质相互转化的规律，以金属为主要原料制备相应的盐有多种途径，让我们一起来探究如何选择最优的途径（如：原料利用率高，产生的污染少），走绿色工艺之路。 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、原理、评价 方案一：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。 原理： 。 评价： 。 。 Cu + 2H2SO4(浓) CuSO4 + SO2↑ + 2H2O 原料利用率低（硫酸转化成硫酸铜和二氧化硫），会产生有害气体二氧化硫，污染空气 新知讲授 方案二： 。 原理： 。 评价： 。 方案三： ； 。 原理： ； 。 评价： 。 将铜加热转化为氧化铜，然后氧化铜与硫酸反应制取硫酸铜 2Cu+O22CuO CuO+H2SO4CuSO4+H2O 原料利用率高，无污染 铜与氯气在加热条件下反应生成氯化铜，氯化铜与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化铜，最后利用生成的氢氧化铜与硫酸反应制取硫酸铜 Cu+Cl2CuCl2 CuCl2+2NaOHCu(OH)2↓+2NaCl 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 Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O 新知讲授 通过以上活动，你能总结出“绿色”工艺需要的要求吗？ ①科学性：制备过程的化学反应符合化学反应的规律； ②简便性：设计的方案操作过程尽可能简便易行； ③经济性：所需的原料容易获取，成本低廉； ④安全性：具体操作过程中无安全隐患； ⑤环保性：生产过程中不会对环境造成污染等； ⑥效率性：原料利用率高。 绿色工艺的核心要求： 兼顾高原料利用率与低污染 新知讲授 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。 思考与讨论 为了保护环境，防治污染，最终达到在保持良好环境的条件下发展工业，我国采取了哪些处理和解决“三废”的措施？ 废气处理：安装回收设备，将尘粒和一氧化碳、二氧化氮等有害物质除去； 废渣处理：制水泥或其他建筑材料，变废为宝； 废水处理：建污水处理厂，将废水中的有害金属转化为沉淀并制成金属材料，废水符合排放要求后再排放到河流中或循环利用。 新知讲授 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。 典例分析 例1.温州市马鞍山龙泉窑遗址成为浙江省2020年度“十大”重要考古发现，实证温州曾深度参与海上丝绸之路。该遗址出土物品用传统材料制作，下列可能属于该遗址物品的是（　　） A．陶瓷餐具 B．防弹头盔 C．半导体集成电路 D．光导纤维 【解析】A、陶瓷餐具使用的陶瓷，已经有几千年的历史，则它应该属于该遗址物品，故A符合题意； BCD、防弹头盔，半导体集成电路和光导纤维，都是近几十年来人类发明的新材料，故B、C、D不合题意。 故选A。 A 典例分析 例2.嫦娥五号探测器“挖土”的关键部件：钻杆是由中科院自行研制的碳化硅颗粒增强铝基复合材料制成。该种材料所用的基体大多数为各种铝合金，增强体主要为碳化硅和氧化铝。有关这种材料的说法错误的是（　　） A．铝基复合材料属于混合物 B．铝合金是金属材料 C．碳化硅是新型高分子材料 D．氧化铝属于无机非金属材料 【解析】A. 复合材料是将两种或两种以上的不同材料复合起来，使各种材料在性能上取长补短，继承了比原来单一材料的性能优越的多的复合材料。铝基复合材料是由两种或两种以上的不同材料复合起来的，是混合物。故A不符合题意； B. 金属材料包括纯金属和合金，所以铝合金是金属材料。故B不符合题意； C. 高分子材料是有机高分子化合物制成的材料，碳化硅是无机非金属化合物，属于无机非金属材料，所以碳化硅不是新型高分子材料。故C符合题意； D. 氧化铝是无机非金属化合物，属于无机非金属材料。故D不符合题意。故选C。 C 典例分析 例3.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。下列做法不符合这一理念的是（ ） 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：Cu+2H2SO4（浓）CuSO4+SO2↑+2H2O 【解析】A、可降解和可再利用的产品可减少白色污染，符合绿色化学理念，故A不符合题意； B、禁止汽车使用含铅汽油可以减少环境污染，符合绿色化学理念，故B不符合题意； C、用太阳能发电代替燃煤发电可以减少有害气体和粉尘的排放，符合绿色化学理念，故C不符合题意； D、用浓硫酸和铜制备硫酸铜，反应过程中产生二氧化硫有害的气体污染大气，不符合绿色化学理念，故D符合题意。 故选D。 D 典例分析 例4. 2023年杭州亚运会的场馆建设体现了“绿色、智能、节俭、文明”的理念。 （1）亚运场馆所用的钛合金属于 ； A．金属材料 B．无机非金属材料 C．有机合成材料 （2）亚运游泳馆的水， pH 在7~8为最佳。小金想测量池水的pH，用干净的玻璃棒蘸取池水后，滴在 pH 试纸上，显色后与 进行对照并读取结果。 （3）比赛期间，场馆内产生的垃圾需分类投放，以下垃圾可以和废弃矿泉水瓶投放在一起的是 （填字母，可多选）。 A．纸盒 B．铝合金衣架 C． 鱼骨头 A AB 标准比色卡 典例分析 【详解】（1）金属材料包括纯金属以及它们的合金，则钛合金属于金属材料； （2）测量池水的pH，用干净的玻璃棒蘸取池水后，滴在pH试纸上，显色后与标准比色卡进行对照并读取结果； （3）废弃矿泉水瓶可回收再利用，属于可回收垃圾；纸盒、铝合金衣架可回收再利用，可以和废弃矿泉水瓶投放在一起；鱼骨头属于厨余垃圾。 故选AB。 归纳总结 材料的利用与发展 材料制造与环境保护 材料与人类社会发展 材料发展历程 新型材料概念与种类 绿色工艺及要求 环境的污染与防治 新型材料 THANKS 感谢观看 第2章 物质转化与材料利用 浙教版九年级上册 $