化学：《丰富多彩的生活材料 综合》课件1（136张PPT）（苏教版选修1）

欢迎进入化学课堂 新课标苏教版选修1化学与生活 专题3丰富多彩的生活材料复习课件 材料是人类赖以生存和发展的物质基础 一直是人类进步的重要里程碑 石器时代 青铜器时代 铁器时代都是以材料作标志 没有半导体材料就没有计算机技术 没有耐高温 高强度的特殊材料就没有航天技术 没有光导纤维就不会有现代通讯 没有合成材料 今天的生活还会这么丰富多彩吗 第一单元应用广泛的金属材料 一 学习目标1 了解常见金属制品的金属材料 认识金属材料在生产生活中的广泛应用 2 知道铝及其化合物的性质 3 了解常见合金的组成 知道生铁和钢等重要合金的性能 了解形状记忆合金在高科技领域中的重要应用 4 知道金属腐蚀的危害 认识防止金属腐蚀的重要性 5 知道各种防止金属腐蚀的方法及其原理 下列金属制品通常是用哪些金属材料制成的 各利用了金属的哪些性质 表3 1组成金属制品的成分及其性质 国内的 第三套人民币硬币1元硬币铜镍合金5角硬币铜锌合金2角硬币铜锌合金1角硬币铜锌合金第四套人民币硬币1元硬币钢芯镀镍5角硬币铜锌合金1角硬币铝镁合金第五套人民币硬币1元硬币钢芯镀镍5角硬币钢芯镀铜合金1角硬币铝合金 一 金属的性质及其应用 1 金属的通性 有金属光泽 易导电导热 有延展性 2 金属的特性 1 铜和铝有良好的导电性 2 金和铝有良好的延展性 3 钨有很高的熔点 1 铝是一种活泼金属 为什么可用它制作铝锅 我们在使用铝制炊具时应注意什么问题 2 为什么铝制容器可盛装浓硫酸和浓硝酸 3 铁是活泼金属 易被腐蚀氧化 为了延长铁制品的使用寿命 人们常用什么方法加以处理 铝具有一定的抗腐蚀能力 这是因为表面的铝和空气中的氧气反应形成一层致密的氧化膜 阻止了铝与氧气的进一步反应 此外 可采用电解的方法 使铝表面形成较厚且致密的保护膜 增强铝制品的抗腐蚀能力 铝在冷的浓硫酸 浓硝酸中发生钝化 表面生成一层致密的氧化膜 阻止了反应的进一步进行 1 制成不锈钢 2 涂油漆 3 涂油 4 镀上其他抗腐蚀能力强的金属 实验1 用坩埚钳夹持一块薄铝片 在酒精灯上加热一段时间 轻轻晃动 仔细观察实验现象 实验2 1 向1只小烧杯里加入20mL0 5mol L 1CuSO4溶液 把1小块铝片浸入溶液 1 2min后观察铝片表面的现象 将现象填写在表3 2中 2 取1支试管 加入10mL2mol L 1CH3COOH溶液 将1块铝片浸入CH3COOH溶液几分钟 观察并记录铝片表面的现象 3 取1支试管 加入10mL2mol L 1NaOH溶液 将1块铝片放入NaOH溶液里 片刻后取出 用蒸馏水冲洗后浸入CuSO4溶液里 1 2min后 将铝片取出 观察并记录铝片表面发生的变化 4 取1支试管 加入10mL浓硝酸 将1块铝片放入浓硝酸里 片刻后取出 用蒸馏水冲洗后浸入CuS04溶液里 l 2min后 将铝片取出 观察并记录铝片表面发生的变化 从上述实验你能得出什么结论 一 存在 一 从铝土矿中提取铝 铝元素占地壳总量的7 73 是地壳中含量的金属元素 铝土矿 主要成分为 还有少量的Fe2O3 SiO2等杂质 是铝元素在地壳中的主要存在形式之一 二 结构 结论 铝有很强的还原性 Al3 Al 三 物性 铝是银白色有金属光泽的金属 熔点较低 660 4 是热和电的良导体 密度较小 2 7g cm 3 四 化性 1 与非金属反应 2 与酸反应 在冷的浓硫酸 浓硝酸中钝化 在热的浓硫酸 浓硝酸 稀硝酸中反应 但不产生氢气 与稀硫酸 盐酸反应产生氢气 4 与碱反应 3 与氧化物反应 向一个铝制的易拉罐中充满CO2气体 然后往罐内注入足量的NaOH溶液 立即用胶布严封罐口 不多会儿听到罐内 卡卡 作响 发现易拉罐变瘪 再过一会儿易拉罐又鼓起来 试回答 1 易拉罐变瘪的原因是 反应的离子方程式是 2 易拉罐又鼓起来的原因是 反应的离子方程式是 五 用途 铝合金 主要用于建筑业 交通运输业以及电子行业 铝导热能力强 可用于各种家用器皿 铝导电能力强 可用于导线 铝延展性好 可制成铝箔 铝热反应放出大量热 可置换铁 下列为铝或铝合金的各种用途 在后面的横线上写出所根据的性质 1 制造飞机或汽车外壳 2 作为储存浓硫酸的容器 3 制造各种日用炊具 4 铝热法冶炼金属 5 制造电线电缆 6 制造包装用的铝箔 2 铝在人体中积累可使人慢性中毒 1989年世界卫生组织正式将铝确定为食品污染源之一而加以控制 铝及其化合物在下列场合的使用须加以控制的是 制铝锭 制易拉罐 制电线 电缆 制包糖果用的铝箔 用明矾净水 制炊具 用明矾和苏打作食物膨化剂 用氢氧化铝制胃药 制防锈油漆A B C D 5 试判断下列关于铝的叙述是否正确 并说明理由 1 铝在常温下不与浓硝酸 浓硫酸发生反应 2 氢氧化铝既能与强酸溶液反应 又能与强碱溶液反应 3 铝不能与氧气发生反应 4 在高温下 铝能将氧化铁中的铁置换出来 二 常见合金的组成及应用 概念 两种或两种以上金属 或非金属 相互熔合而成的具有金属特性的物质 特性 合金的熔点低于其各组成金属熔点低 合金的硬度和强度高于其组成金属 K金 商店里出售的金首饰 上面都标有K数 K数是表示金的纯度指标 K数越高 表示含金量越高 价格也越高 24K表示含金量达99 5 以上 这种金很软 强度也较差 18K金表示含金量在75 左右 这种金比纯金的硬度和强度大 有些金笔尖是14K金 含金58 3 硬度就更大一些 也更耐磨 合金 表3 3生活中常见的合金 黄铜材质的铜号 铝合金窗框 熔断器 铁合金在生活中应用十分广泛 各种铁合金都有自己的特性 请查阅资料 讨论不同铁合金的应用 生铁 含碳2 4 钢 含碳0 3 2 锰钢 含锰 具有很强的耐磨性和韧性 可用于制造拖拉机履带和汽车车轴等 钨钢 含钨 耐高温 硬度大 可用于制作切削金属的刀具 镍钢 含镍硅钢 含硅 在我们的日常生活中 时常可以看到铝合金 从家庭装修材料到各类日用器具 都有铝合金制品 请结合实例 说明铝合金在性能上有什么优点 调查研究 质轻 强度大 耐腐蚀 易加工 钛合金 被誉为 2l世纪金属 的钛所形成的合金 在高科技领域发挥了巨大的作用 同时 由于它有较高的强度 良好的抗氧化性和优异的耐腐蚀性 对人体无毒和不良反应 还可作为人造骨的材料 因而又被称为 亲生物金属 现在 钛合金已广泛应用于膝关节 肩关节 头盖骨的修复或再造 神奇的形状记忆合金具有形状记忆功能的记忆合金在高科技领域 工业和民用部门发挥着独特的作用 钛 镍记忆合金除了可以制作飞船的发射和接收天线外 还可用于制造玻璃暖房顶部窗户的启闭装置 当温度较高时 装置的弹簧自动伸长 顶面打开 使之通风 气温降低时 弹簧自动收缩 使顶面关闭 在医学方面 对脊椎骨弯曲的患者进行脊椎校直时 可将形状记忆合金制成的器件固定在脊椎骨上 受热时因器件伸长 而使脊椎被校直 用形状记忆合金制成的高级眼镜框架 扭曲折弯后 能够自动恢复成原来的形状 弹性好 经久耐用 二 金属的腐蚀与防护 除金 铂外 大多数金属都会发生腐蚀 铁器使用时间较长会生锈 较不活泼的金属铜在潮湿的空气中也会慢慢形成一层绿色的铜锈 俗称 铜绿 银首饰在空气中受到微量硫化物的作用 表面会生成硫化银薄层 逐渐失去光泽 二 金属的腐蚀与防护 1 定义 金属的腐蚀 corrosion 是指金属或合金与周围的物质接触 发生化学反应被侵蚀损耗的过程 在金属腐蚀过程中金属失去电子被氧化 M Mn 失去n个电子 铁合金在使用过程中发生锈蚀的原因是什么 为什么炒过菜的铁锅没有及时清洗容易生锈 铁器件不仅容易受到环境中化学物质 如酸雾 的侵蚀而发生化学腐蚀 在潮湿的空气中还能发生电化学腐蚀 在潮湿的空气里 铁器件表面吸附了一层水膜 水膜中溶解有氧和少量盐类等 形成一薄层电解质溶液 与铁器件中的铁和碳构成了许多微小的原电池 发生原电池反应 从而加快了铁器件腐蚀的速率 2 分类 化学腐蚀 chemicalcorrosion 电化学腐蚀 electrochemicalcorrosion 金属跟周围的物质接触直接发生化学反应而引起的腐蚀叫化学腐蚀 如铁被氯气 氧气氧化而腐蚀 由于钢铁中含有少量的碳等杂质 在潮湿的空气中 钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜 金属接触电解质溶液后 较活泼的金属铁被氧化而腐蚀 Fe失去电子形成Fe2 溶液中的氢离子或水和氧气则在碳 或金属活动性比铁弱的金属 上得到电子被还原 H 得到电子生成H2 金属在这种情况下发生的腐蚀称为电化学腐蚀 析氢腐蚀 Fe 2e Fe2 2H 2e H2 吸氧腐蚀 Fe 2e Fe2 O2 4e 2H2O 4OH 金属腐蚀给生产生活带来很多不便 造成了巨大的经济损失 据报道 全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约达7000亿美元 是地震 水灾 台风等自然灾害造成损失总和的6倍 我国因金属腐蚀造成的损失占国民生产总值 GNP 的4 钢铁因腐蚀而报废的数量约占钢铁当年产量的25 30 金属腐蚀还可能造成环境污染 例如 重金属制成的材料被腐蚀后 重金属离子就会进入到水体 土壤中 引起重金属污染 因此 采取各种措施防止金属的腐蚀十分必要 结合下列问题 通过调查和讨论了解生活中使用的铁器和其他金属制品采用了哪些防止腐蚀的方法 查阅资料分析这些防腐方法的原理 1 铁质自来水管为什么要镀锌 2 自行车车轮钢圈镀铬有什么作用 铬是如何镀上去的 3 汽车车身 轮船外壳喷涂的油漆起什么作用 4 有些小刀的刀片表面带有蓝黑色的光泽 这是经过 烤蓝 处理形成的 你知道什么是 烤蓝 吗 为什么刀片要经过 烤蓝 处理 5 暂时不使用的刀具等金属器件要擦干并涂上油或是凡士林 为什么 6 用不锈钢代替碳钢制作钢铁器件有什么好处 3 金属的防护 1 覆盖保护层 2 改变金属内部结构 3 钢铁表面镶嵌活泼金属 如锌 4 钢铁连接电源负极 有些盛放食品的铁罐是用 马口铁 镀锡铁皮 制成的 屋檐的水槽 浇花用的水壶和水桶等器具一般是用白铁皮 镀锌铁皮 制成的 当 马口铁 铁罐被腐蚀时 锈斑呈点状分布 锈孔容易穿透铁罐 而白铁皮水槽被腐蚀时 锈斑容易在面上扩展开来 镀锌层先被腐蚀而内部的铁却不易被锈蚀 你知道造成这种现象的原因吗 牺牲阳极的阴极保护在被保护的金属器件上附着一种更易失去电子的金属或合金的方法 称为 牺牲阳极的阴极保护 这种方法可以应用于防止水下的船壳 钢铁设备和地下管道的腐蚀 烤蓝 又称 发蓝 也是一种常用的铁器表面处理方法 它可以使铁器表面氧化生成一层致密的四氧化三铁薄膜 增强铁器件的抗腐蚀能力 铁器件 烤蓝 要使用发蓝液 常用的一种发蓝液是用氢氧化钠 硝酸钠 亚硝酸钠等试剂配制而成的 去除了油污和锈斑的刀片 在发蓝液中煮沸一段时间后取出 用水洗净 就可以看到刀片表面呈现出蓝黑色光泽 表3 4金属防腐方法的比较 合理选择防腐方法 防止金属腐蚀的方法很多 不同的方法 使用条件不同 防腐效果不同 费用也有差异 选择防腐方法时 一般需要考虑以下几个问题 1 金属制品的使用期限 如果是短期使用 不须采用昂贵的防腐方法 2 金属制品的使用环境 不同的环境造成金属腐蚀的因素 金属发生腐蚀的速率不同 使用的防腐方法也不同 3 对金属制品外观的要求 第二单元功能各异的无机非金属材料 1 了解生活中无机非金属材料的应用与人类文明发展的密切关系 2 知道陶瓷 玻璃 水泥的主要成分 生产原料和生产过程 使学生对化学与生产生活实际的联系有进一步的认识 3 了解光导纤维和新型陶瓷材料的特点及用途 使学生充分认识到科学技术在现代社会中的重要性 一 学习目标 二 课时建议 生活中的硅酸盐材料2课时光导纤维和新型陶瓷材料1课时 无机非金属材料种类繁多 功能各异 应用十分广泛 其历史可追溯到远古时代 从我们的祖先用黏土制作陶器 到现代人通过光导纤维通讯联系 人类利用自然界提供的各种资源 研制了许许多多的无机非金属材料 我们日常生活中使用的陶瓷 玻璃器皿 煤气炉具点火装置使用的压电陶瓷 电器设备中的半导体材料 电视显像管中的荧光粉 磁带和磁性陶瓷使用的磁性材料 医疗中使用的人造牙齿等 都属于无机非金属材料 一 生活中的硅酸盐材料 石器 燧石取火 硅酸盐 水泥 玻璃 陶瓷 二氧化硅 光导纤维 单晶硅 集成电路 传统材料 人类文明发展史 新型材料 信息材料 1 普通玻璃和水泥是用什么原料 采用什么方法制造的 2 日常生活中使用的哪些器具是由硅酸盐材料制成的 3 你能列举硅酸盐材料在现代高科技领域的应用吗 1 从黏土到陶瓷 科学家用五个里程碑和三大技术突破来总结中国陶瓷的整个发展过程 1 新石器时代早期陶器的出现 2 新石器时代晚期印纹硬陶和商 周时期原始瓷的烧制成功 3 汉晋时期南方青釉瓷的诞生 4 隋唐时期北方白釉瓷的突破 5 宋代到清代颜色釉瓷 彩绘瓷和雕塑陶瓷的辉煌成就 传统的陶瓷工艺陶器和瓷器的坯体都是用黏土制成的 制作瓷器的黏土较纯净 普通陶器较为粗糙 有不同程度的渗透性 如果在坯体上涂上彩釉 烧制后可得到表面光滑 不渗水 色彩绚丽的陶瓷器具 2 形形色色的玻璃 采光 隔热及装饰都需要使用玻璃 色彩斑斓的玻璃器皿和玻璃工艺品美化了人们的生活 普通玻璃的暗绿色 浅棕色是因为分别含有氧化亚铁和氧化铁等杂质 纯碱石灰石石英 玻璃熔炉 Na2SiO3CaSiO3SiO2 玻璃的结构特点 玻璃态物质玻璃是无定形硅酸盐的混合物 属于玻璃态物质 玻璃态物质的粒子不像晶体那样有严格的空间排列 但也不完全是无规则的排列 人们把这种结构特征称为 短程有序 远程无序 就是说从小范围看它有一定的晶型排列 从整体上看却无晶型的排列规律 玻璃态物质没有固定的熔点 可以在某一温度范围内逐渐软化变成液态 在软化状态时 玻璃可吹制或轧成一定形状的制品 对普通玻璃进行处理可以改善玻璃的性能 钢化玻璃机械强度大 抗震 不易破碎 即使破碎也不会形成有棱角的碎片 刻花玻璃上雕刻有各种精美的花纹图案 镀膜玻璃可以做镜子 玻璃幕墙等 你知道它们是经过怎样的工序加工制得的吗 变色玻璃 在玻璃中加入适量的溴化银 AgBr 和氧化铜的微小晶粒 经过适当的热处理 可以制成变色玻璃 当强光照射到玻璃上 溴化银分解为银和溴单质 分解出的银原子聚集成银的微小晶粒 使玻璃呈现暗棕色 能挡住大部分光线 光线变暗 银和溴在氧化铜的催化作用下 重新生成溴化银 于是玻璃的颜色自动变浅 透光性增强 玻璃加工 1 玻璃加热到一定温度后急剧冷却 就可以得到钢化玻璃 2 氢氟酸 HF 对玻璃具有腐蚀作用 可用于在玻璃上雕刻各种精美图案 也可用于在玻璃仪器 量筒 滴定管等 上标注刻度及文字 氢氟酸与玻璃发生的反应可以表示为 SiO2 4HF SiF4 2H2O 3 在玻璃表面镀金属膜可以制得镀膜玻璃 镀膜玻璃外形美观 还可以阻挡红外线及紫外线的穿透 在玻璃上镀银 真空镀铝是制造镀膜玻璃常用的方法 在一个洁净的小试管中加入2mL2 AgNO3溶液 慢慢滴加2 氨水 边滴加边振荡试管 直到产生的沉淀恰好溶解为止 再向试管中滴加1 2滴10 氢氧化钠溶液 随后加入3mL10 葡萄糖溶液 用温水浴加热几分钟 观察发生的现象 玻璃加工 4 玻璃加热到一定温度后急剧冷却 就可以得到钢化玻璃 5 夹层玻璃 夹层玻璃受到撞击时只会裂开 而不会粉碎 夹层玻璃共有三层 两层玻璃夹着厚度约为0 76mm的中间层 夹层玻璃中间层的材料通常为性能较好的聚乙烯醇丁醛 PVB 当玻璃受到撞击而损坏时 中间的胶片便可粘着外面的玻璃 防止碎片四处飞散 几种玻璃的特性和用途 粘土石灰石石膏 水硬性 水泥回转窑 3CaO SiO22CaO SiO23CaO Al2O3 水泥沙浆混凝土钢筋混凝土 3 硅酸盐水泥 水泥是最常用的建筑材料右图是1949 1998年我国水泥产量示意图 水泥 cement 的硬化过程可以分为两个阶段 第一阶段是水泥加水后逐步发生水化反应 从具有可塑性与流动性的水泥浆 变成非流动性的水泥颗粒并丧失可塑性 第二阶段是水泥颗粒逐步吸收水 进一步发生水化反应 硬化成机械强度高的固体 水泥的硬化 炼钢厂排出的炉渣主要含有哪些成分 为什么在炼钢厂附近常建有水泥厂 请从资源充分利用的角度谈谈这样布局的好处 硅酸盐水泥的品种日益扩大 白水泥 快干水泥 彩色水泥等已越来越为人们所熟悉 其中 彩色水泥主要用来配制彩色水泥浆 可用于建筑的饰面刷浆以及室外墙面装饰等 具有特殊的装饰效果 在建筑工程中 水泥和沙 碎石 水按一定比例混合 以钢筋作结构 硬化后形成结构坚固的钢筋混凝土 水泥不宜久存 保存不当或存放时间太长会导致水泥受潮结块 影响水泥的强度 受潮后的水泥表面结块 从而丧失凝聚力 导致强度下降 轻微结块的水泥 强度降低10 20 即使在良好的储存条件下 水泥也不宜储存过久 因为水泥会吸收空气中的水分和二氧化碳 发生质变 据统计 储存三个月后 水泥的强度降低10 20 六个月后降低15 30 一年后降低25 40 购买水泥时要了解水泥的生产日期 二 光导纤维和新型陶瓷材料 光导纤维和各种新型陶瓷的开发和应用不仅为高科技发展提供了优质材料 也提高了人们的生活质量 光导纤维在信息工程中的应用 使人们可以坐在家中通过信息网络获取信息 联络亲友 新型高强度陶瓷材料的出现 克服了传统陶瓷的脆性 由光导纤维组成的光缆可以代替通讯电缆 用于光纤通信 传送高强度的激光 光纤通信的容量比微波通信大103 104倍 而且传输速度快 用光缆代替通讯电缆可以节约大量有色金属 据统计 生产lkm长的光缆只需几克超纯石英玻璃 约可节省铜1 1t 1 光导纤维的制造与应用 把氧气和四氯化硅蒸气的混合气体通过在高温炉中旋转和移动的石英管 能反应生成二氧化硅 把得到的沉积在管内的二氧化硅熔化 形成 玻璃棒 在1900 2000 的高温下再将其熔化 拉制成粗细均匀的光纤细丝 用于铺设光纤通讯线路的光导纤维是由若干条柔韧 没有脆性 有高折射率的光纤细丝 直径在10 m以下 用聚丙烯或尼龙套包裹制成的 光纤通信较之普通电缆通信有许多突出的优点 首先 光纤通信有巨大的信息容量 一根头发丝那么细的光导纤维可以通几万路电话或2000路电视 如果用许多根光导纤维组合成光缆 它的通信容量更大得惊人 其次 光纤通信不受外界电磁场的干扰 工作稳定可靠 保密程度高 第三 光纤通信损耗低 目前无中继传送距离一般为30 70km 而同轴电缆每隔1 5km就需设立一个中继站 来补偿电信号在传输中的损耗 很适合远距离信息传输 目前 人们已建成大西洋海底光缆 全长约7000km 计划中的南太平洋光缆 全长约16000km 也正在紧锣密鼓的准备之中 进一步降低光纤损耗 减少中继站数目 甚至不用中继站 是人们的下一步目标 医生的好助手目前 在医学领域上 普遍使用一种连接着许多光纤的胃镜 这些光纤并成一束 束中各条光纤的相对位置保持不变 把胃镜插入病人胃里 胃镜接收到的光线沿着这些光纤传到体外 每条光纤中的光仅反映胃中一小点的情况 整束光纤中的光就拼合成胃里某一部分的图像 光纤胃镜的光源是在体外由光纤传进去的 它不产生热辐射 能减轻病人的痛苦 在光导纤维的一头装上精致小巧的微型镜头 将胃内的情况传到体外拍摄下来或显示在屏幕上 还可以在胃镜光纤中留出空的通道 以插入切取生理切片的镊子 因为光纤又细又软 故可将医生用来观察人体内部病变情况的内窥镜做得小巧玲珑 胃镜是内窥镜中比较粗的一种 但也只有15mm左右 其他如食道镜 膀胱镜还要细小得多 可见 光导纤维的应用 使医用内窥镜从构造到功能都发生了重要的变化 近年来 一种激光光纤药头内窥镜碎石系统已研制成功 这种系统利用胃镜把带有药头的光纤导管送入胃中 然后沿光纤通入激光 激光可以像引爆雷管一样 使药头炸裂并产生冲击波 击碎胃石 再用胃镜把碎石取出 利用该系统已成功地击碎大小为8cm 10cm 6cm的胃石并取出碎石 这种系统还可以用来治疗膀胱结石 输尿管结石和胆结石等疾病 光导纤维在医学上的另一个重要应用是通过微细的光纤将高强度的激光输入人体的病变部位 用激光来切除病变部位 这种手术不用切开皮肤和切割肌肉组织 减少了病人的痛苦 而且切割部位准确 手术效果好 陶瓷应用的新天地当宇宙飞行器完成航天任务返回地球时 它面临着与陨星一样的处境 研究结果表明 当宇宙飞行器的飞行速度等于声速的3倍时 其前端的温度可达330 当飞行速度等于6倍声速时 可达1480 宇宙飞行器邀游太空归来 到达离地面60 70km的高度时 其速度仍保持在声速的20多倍 温度在10000 以上 这样的高温足以把宇宙飞行器化作一团熊熊的烈火 高速带来了高温 这似乎是一道不可逾越的障碍 人们把这种障碍称为 热障 怎样使宇宙飞行器克服 热障 安全地返回地面呢 科学家在分析了 宇宙不速之客 陨石后发现 陨石表面虽已熔融 但里面的化学成分没有变化 这说明陨石在下落过程中 尽管表面因摩擦生热产生几千度高温而熔融 但由于穿过大气层的时间很短 热量还来不及传到陨石内部 这给科学家以启发 让宇宙飞行器的头部戴一顶用烧蚀材料做成的头盔 把重返大气层时摩擦产生的热量消耗在烧蚀材料的熔融 气化等一系列物理和化学变化中 丢卒保车 达到保护宇宙飞行器的目的 2 新型陶瓷 结构陶瓷制品 生物陶瓷制品 透明陶瓷和纳米陶瓷一般陶瓷因为内部有杂质和气孔而不透明 用高纯度的原料可获得透明陶瓷 这些透明陶瓷不仅光学性能优异 而且耐高温 熔点一般都在2000 以上 透明陶瓷的透明度 强度 硬度都高于普通玻璃 用透明陶瓷制造高压钠灯 发光效率比高压汞灯高一倍 使用寿命可达2万小时 人们把陶瓷粉体的颗粒加工到纳米级 便得到了纳米陶瓷 纳米陶瓷成功地解决了陶瓷易碎的问题 纳米陶瓷还具有延展性 如室温下合成的Ti02陶瓷可以弯曲 塑性 韧性好 纳米氧化锆陶瓷颗粒 第三单元高分子材料和复合材料 一 学习目标5 理解橡胶材料的发展过程以及人们对有机高分子材料的改造与优化 6 了解功能高分子材料的分类 列举功能高分子材料在生产生活各个层面 高新技术领域中的应用 7 认识复合材料的结构 说出常见的复合材料及其应用 8 体验化学科学的进步与材料科学发展的联系 从人类利用天然硅酸盐材料到开发 研制和利用新型材料的历史说明科学技术的发展 尤其是材料科学的发展与人们生活质量的关系 评价高分子材料的使用对环境质量的影响 本单元知识结构如下 了解 高分子化合物的分类 天然高分子合成高分子 线型高分子体型高分子 热塑性高分子热固性高分子 塑料纤维橡胶涂料粘合剂功能高分子材料 聚乙烯 PE 产品 保鲜膜 吹塑成型的聚乙烯薄膜 无毒 化学稳定性好 适合做食品和药物的包装材料 常见的塑料 化学稳定性好 耐酸碱腐蚀 使用温度不宜超过60 在低温下会变硬 分为 软质塑料和硬质塑料 聚氯乙烯 PVC 酚醛树脂 聚丙烯 有机玻璃 聚丙烯 PP 聚苯乙烯 PS 有机玻璃 聚甲基丙烯酸甲酯PMMA 尿醛塑料 电玉 聚四氟乙烯 PTFE ABS塑料 阅读课本101面中间两段 了解下列问题 1 塑料的主要成分是什么 掌握 2 生产塑料的合成树脂有哪些 了解 3 塑料有什么优点 了解 4 塑料常见种类有哪些 了解 合成树脂 聚乙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯 酚醛树脂等 密度小 强度高 化学性质稳定 耐磨擦等 通用塑料 聚乙烯 聚丙烯 酚醛树脂等特种塑料 氟塑料 聚乙烯醇 聚砜等工程塑料 ABS塑料 聚碳酸酯等 一 塑料 5 合成树脂的制取 掌握 聚合反应 由相对分子质量小的化合物分子 单体 互相结合成相对分子质量大的高分子化合物的反应 1 有些塑料制品可以用热黏结法修补 有些可以用某种溶剂黏结 另一些则无法修补 你知道其中的原因吗 热塑性塑料制品可以用加热的方法黏补 也可回收后重新软化加工 有些热塑性塑料可溶解于某些有机溶剂 如有机玻璃 聚甲基丙烯酸甲酯 可溶解于氯仿 聚苯乙烯可溶解于乙酸乙酯等有机溶剂 热固型 塑料按受热的情况可分为 热塑型 线型高分子 可反复加工 多次使用 如聚乙烯 聚氯乙烯 体型高分子 成型后不再会熔化 如酚醛树脂 尿醛树脂等 塑料制品的修补与黏结1 取一些聚乙烯塑料薄膜 尝试用热黏结法把它们黏结起来 通过实验探究黏结的最佳温度和操作方法 2 取几小片有机玻璃 用注射器吸取氯仿作黏结剂 adhesive 制作有机玻璃小饰品 2 日常生活中使用的塑料薄膜包装袋 有的可以用于食品包装 有的不可以 为什么 制造塑料制品时 加入的某些添加剂对人体有害 使用时必须注意 例如 聚氯乙烯薄膜中含有的增塑剂对健康有不良影响 不能用来包装食品 聚乙烯塑料中不含对人体有害的添加剂 可制成食品保鲜袋或保鲜膜 3 不粘锅的内壁涂敷了聚四氟乙烯 为什么用不粘锅进行烹调时食物不容易烧焦 也不会粘锅 日常生活中使用的不粘锅的内壁涂敷有聚四氟乙烯 PTFE 聚四氟乙烯是一种含氟塑料 它不会被酸 碱 王水及各种有机溶剂所腐蚀 且在 269 3 250 的温度范围内都可使用 因而被誉为 塑料王 它广泛应用于制冷工业 化学工业 电器工业等 聚四氟乙烯 塑料王 4 ABS塑料广泛用做装修材料 家用电器壳体 交通工具的零部件 你知道什么是ABS塑料吗 丙烯腈 CH2 CH CN 1 3 丁二烯 CH2 CH CH CH2 苯乙烯 ABS塑料既保留了聚苯乙烯坚硬 透明 良好的加工性能和绝缘性等优点 又兼具聚丙烯腈高强度 耐热等特性 且具有聚丁二烯较好的弹性和耐冲击性 从而克服了聚苯乙烯性脆和不耐高温的缺点 是一种融合了三者优越性能的合成材料 用ABS塑料制成的装修材料及其他各种用品美观轻巧 可与金属媲美 电视机 洗衣机等家用电器的壳体 通讯器材 汽车 飞机零部件及各种仪表的外壳等都是用ABS塑料制成的 图3 32用ABS塑料制成洗衣机的外壳 可溶解的医用塑料洗衣袋某些医院采用可溶解的塑料袋装放病人用过的衣被 清洗时可以直接放进洗衣机 洗衣袋能很快溶解在水里 避免了衣被中的病菌对洗涤人员的感染 你知道这些可溶解的塑料袋是用什么制成的吗 可溶解的塑料袋可用聚乙烯醇制成 聚乙烯醇是用聚乙酸乙烯酯通过水解反应制得的 在不同的生产条件下制得的聚乙烯醇水溶性有差异 可以在不同场合使用 例如 手术时使用的缝合线 可以根据需要选择溶解时间长短不同的聚乙烯醇制品 手术套服 包装薄膜制品 图3 33可溶性医用 塑料的分类 热塑性塑料 成分为热塑性树脂 可以反复塑制 如聚乙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯等 热固性塑料 通用塑料 工程塑料 成分为热固性树脂 加工成型后为不熔状态 如酚醛 氨基塑料等 通用性强 用途广 产量大 价格低 主要有聚乙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯 聚丙烯等 机械性能好 强度高 可以代替金属用作工程结构材料 如聚酯 聚酰胺 聚碳酸酯 氟塑料等 其他分类 分为通用 工程 耐高温和特种塑料四大类 或通用 工程和其他塑料三大类 纤维 天然纤维 化学纤维 棉花羊毛木材草类 合成纤维 用石油 天然气等为原料制成的单体 再经聚合制成的纤维人造纤维 用化学方法对木材等天然纤维加工制成 羊毛是纤维蛋白 二 纤维 尼龙 的发明1928年 美国杜邦公司的科学家希望合成一种和真丝与羊毛中的蛋白质链相似的高分子 他们没有使用氨基酸 蛋白质的合成原料 而是用胺和羧酸作原料 得到的聚酰胺高分子化合物可拉成细丝 这些细丝坚韧而且光滑 非常像蚕吐出的丝 尼龙 就此诞生 并很快成为丝绸的替代品 优点 强度高 弹性好 耐磨 耐化学腐蚀和不怕虫蛀等 缺点 吸水性和透气性不如天然纤维 常见合成纤维 锦纶 尼龙 涤纶 的确良 腈纶 人造羊毛 维纶 氯纶 丙纶 合成纤维 尼龙 表3 5常见的天然纤维 化学纤维的化学组成和主要性能 合成纤维制品防弹衣在20世纪60年代 尼龙是制作防弹衣的主要材料 后来发现 分子中含有苯环结构的另一种聚酰胺纤维凯夫拉 Kevlar 有助于加强衣料本身的张力 较尼龙强2 5倍 当子弹击中由此种纤维制成的防弹衣时 就像坠入一个网中 其能量会向四周扩散 子弹便没有足够的能量冲破衣料伤害人体了 现在凯夫拉已取代尼龙作为制作防弹衣的主要材料 防弹衣 涤纶织品涤纶强度高 耐磨 耐光 耐蚀 防蛀 易洗快千 挺括 是优良的衣料 也大量用于制作轮胎帘子线 工业滤布 绳索等 人造羊毛腈纶柔软 轻盈 保暖 有 人造羊毛 之称 它比羊毛轻lO 强度却大2倍多 腈纶防蛀 耐光 不发霉 它适合制作帐篷 炮衣 车篷 幕布 窗帘等户外织物 用它制成的毛线为人们所喜爱 缝合线乳酸纤维与其他有耐水性的化学纤维不同 它易水解成小分子 乳酸 乳酸纤维也可以作外科手术缝合线 在伤口愈合后无需拆线 因为 乳酸纤维在体内水解生成的乳酸能参与人体的正常代谢作用 被消化排出体外 橡胶 天然橡胶 合成橡胶 通用橡胶 特种橡胶 聚硫橡胶硅橡胶 主要成分是聚异戊二烯 丁苯橡胶顺丁橡胶氯丁橡胶 三 橡胶 1 3 丁二烯的加聚反应 天然橡胶主要成分的结构 天然橡胶的单体为 异戊二烯 聚异戊二烯 根据天然橡胶的结构特点 说说它的性质可能有哪些不足 如 橡胶遇到下列物质各发生什么反应 A 溴水B 酸性高锰酸钾C 氯化氢D 汽油E 硝酸F 氧气 想一想 天然橡胶 生胶 是线型高分子 物理与机械性能都比较差 在温度较高或受力较大时 容易发生形变 且形变后不能复原 为改进这种缺陷 人们采用增加橡胶分子之间交联的方法 使线型分子转变成为体型的网状分子 硫化橡胶既有弹性又不易变形 就是因为在长的线型分子间形成了二硫键 未经硫化的生橡胶可溶解于甲苯等有机溶剂 硫化橡胶在有机溶剂中不溶解 只发生溶胀 生橡胶的甲苯溶液可用做橡胶制品的黏接剂 一般橡胶制品只达到轻度交联 高分子链上还有双键 受氧气 臭氧 日光等作用时 容易老化 弹性下降 变硬开裂或变软发黏 例如 贮存或使用时问长了的汽车轮胎 自行车车胎会发生龟裂 乳胶手套会发黏或变硬脆裂 橡胶硫化后 其柔韧性和弹性都会增大 橡胶的硫化 在日常生活中 我们用到哪些合成橡胶制品 它们各自具有哪些优越的性能 人们在长期的生产和科学实验中认识了天然橡胶的结构 受到启发 成功地合成了多种合成橡胶 通常使用的合成橡胶有丁苯橡胶 顺丁橡胶 氯丁橡胶等 还有耐油的聚硫橡胶 耐严寒和高温的硅橡胶等特种橡胶 氯丁橡胶 丁苯橡胶 硅橡胶 合成橡胶 2004海水淡化及利用技术国际研讨会 中国 天津 高分子分离膜 尿不湿液晶显示器 1 功能高分子材料 2 功能高分子材料的种类 指既有传统高分子材料的机械性能 又有某些特殊功能的高分子材料 这是具有特殊 功能的高分子材料制成的薄膜 它的特点是能让某些物质 通过 而把另外一些物质分离掉 应用于物质分离 分离 有选择地 四 功能高分子材料 1 高分子分离膜 2 医用高分子材料 一些有关人工器官的图片人造关节人工心脏瓣膜人造皮肤人造心脏人造肾脏人造膝关节 生物相容性 排斥 具有优异的 较少受到 可以满足人工器官对材料的苛刻要求 如 人造心脏 人造关节 人造鼻等 3 高吸水性材料 高吸水性树脂可以用淀粉 纤维素等天然高分子与丙烯酸 苯乙烯 丙烯腈等物质聚合得到 它自身不溶于水或有机溶剂 与水接触时能在短时间内吸收比自身质量大得多的水 同时具有良好的保水性能 高吸水性树脂不仅可以制作纸尿布 在农林业上用做保水剂 还可在石油化学工业上用做脱水剂 4 导电性材料 5 光敏性材料 6 催化性材料 触摸屏等电子仪器窗口材料是透明的导电薄膜 它是用具有导电功能的高分子材料制造的 有些计算机的键盘也使用导电橡胶 不同的材料具有不同的性能 如普通金属材料强度大 但易腐蚀 普通陶瓷材料耐高温 但易碎裂 合成高分子材料强度大 密度小 但易老化 人们在实践中发现 由两种或两种以上性质不同的材料组合而成的复合材料通常具有比原材料更优越的性能 钢筋混凝土 建造简易车棚使用的石棉瓦 用于制造快艇的玻璃钢等都是复合材料 1 复合材料 指两种或两种以上材料组合成的一种新型材料 其中一种做为 另外材料做为 具有 等优异性能 在综合性能上超过了单一材料 2 复合材料的性能 基体 增强剂 强度高 质量轻 耐高温 耐腐蚀 五 复合材料 人们的日常生活越来越离不开复合材料 请你举出实例予以说明 复合材料通常是由基体材料和分散于其中的增强材料组成的 钢筋混凝土中的混凝土是基体材料 分布于其中的钢筋是增强材料 石棉瓦用石棉作增强材料 水泥作基体材料 碳纤维也是一种增强材料 可以用树脂 金属铝或新型陶瓷作为基体材料 制成碳纤维增强塑料 碳纤维增强铝 碳纤维增强陶瓷等复合材料 玻璃钢也是一种复合材料 请查阅资料 了解它的组成 并说明各组成部分的作用 玻璃钢 也称玻璃纤维增强塑料 国际公认的缩写符号为GFRP或FRP 是一种品种繁多 性能独特 用途广泛的复合材料 它是由合成树脂和玻璃纤维经复合工艺 制作而成的一种功能型的新型材料 玻璃钢材料具有重量轻 比强度高 耐腐蚀 电绝缘性能好 传热慢 热绝缘性好 耐瞬时超高温性能好 以及容易着色 能透过电磁波等特性 复合材料 玻璃钢 玻璃钢游艇 玻璃钢冷却塔 玻璃钢产品在化工 石油 建筑 体育 国防 航空航天工业包括神州五号载人飞船等高端技术领域发挥重要作用 复合材料应用非常广泛 如民用建筑和航天工业都大量使用复合材料 家庭装修材料中的钙塑板具有质轻 消声 隔热 防潮等作用 是以高压聚乙烯 轻质碳酸钙和少量助剂为原料制成的 美国 挑战者 号航天飞机使用的防热陶瓷瓦是由氧化硅纤维 硼化硅纤维的增强陶瓷材料制成的 波音767飞机的机身和机翼大量使用了碳纤维复合材料 碳纤维增强材料的应用 以碳纤维作为增强材料 选择不同的基体材料可以制得性能各异的碳纤维增强材料 如碳纤维增强塑料 碳纤维增强金属材料 碳纤维增强陶瓷等 碳纤维增强塑料可以根据使用温度的不同选择不同的树脂基体 如环氧树脂 聚酰亚胺 新一代的运动器材如羽毛球拍 网球拍 高尔夫球杆 滑雪板 撑杆 弓箭等都是采用碳纤维增强塑料制成的 碳纤维增强铝具有耐高温 耐热疲劳 耐紫外线和耐潮湿等特性 是一种适用于航空 航天领域的结构材料 碳纤维增强陶瓷可以增加陶瓷的韧性 这是解决陶瓷脆性问题的途径之一 由碳纤维增强陶瓷做成的高速喷气飞机的涡轮叶片 能承受1400 的高温和每分钟3万转的高转速 碳纤维复合材料 它具有强度高 耐疲劳 重量轻等优点 主要以聚丙烯腈为原料 也可用人造丝 石油沥青或煤沥青为原料 复合材料 碳纤维 复合材料 隐形飞机上的特殊材料 有机高分子材料的发展趋势 1 旧材料改进推广 新型导电塑料 电磁屏蔽材料 2 研制新材料 高分子智能材料 超导材料 光电转换材料 生物材料 光解水催化剂 热电膜 传感膜等 人造关节 人工心脏瓣膜 一张柔软的纸 白中透出微黄 这张不起眼的 白纸 就是填补国内空白的高科技 人造皮肤 这种 人造皮肤 能帮助伤口尽快恢复 比如烧烫伤 把水泡的水放出 用药清洗后 将 人造皮肤 敷贴在伤口上 很快 人造皮肤 就和人的身体长在一起 成了真的皮肤 人造皮肤 人造心脏 人造肾脏 人造膝关节 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全