2019_2020学年高中化学第4章材料家族中的元素第3节复合材料学案鲁科版必修.docx

复合材料核心素养发展目标1.通过对单一材料性能的交流研讨，在认识无机非金属材料和金属材料优、缺点的基础上，了解复合材料的形成和组成。2.体会物质的元素组成与材料性能的关系。3.能够列举几种常见的复合材料及其在生产、生活中的主要应用。一、认识复合材料1.请结合具体实例，讨论各种单一材料的优、缺点，完成下面的表格。材料实例优点缺点金属材料钢铁硬度大、机械性能好易被腐蚀无机非金属材料普通玻璃性质稳定、熔点高易破碎有机合成材料塑料强度大、电绝缘，良好的热塑性、热固性易燃烧、易老化，废弃后不易分解2.复合材料简介(1)复合材料的定义：将两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的，像这样的材料称为复合材料。复合材料既保持了原有材料的特点，又使各组分之间协同作用，形成了优于原材料的特性。(2)复合材料的构成：复合材料是由两部分组成，一部分称为基体，在复合材料中起黏结作用；另一部分称为增强体，在复合材料中起骨架作用。3.复合材料的分类：组成复合材料的基体材料的类型多种多样，增强体又可做成不同的形状，因而复合材料种类繁多。(1)复合材料是混合物，没有固定的熔、沸点。(2)复合材料的性能与组成材料的增强体和基体的性质有关，但并不是二者性能的简单叠加。例1下列关于复合材料的说法中正确的是()A.将不同性质的材料经简单混合便成复合材料B.合金就是复合材料C.复合材料中的各部分作用相同D.复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料经特殊加工而制成的答案D解析复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料经特殊加工而制成的，并不是简单的混合；复合材料的两部分起的作用是不同的，基体起黏结作用，增强体起骨架作用。方法规律根据复合材料的定义判断某材料是否是复合材料，复合材料由基体和增强体构成，基体起黏结作用，增强体起骨架作用。合金不是复合材料，二者的组成以及体现出的性质均不同。例2复合材料的使用使导弹的射程有了很大的提高，其主要原因是()A.可以使导弹能经受超高温变化B.可以使导弹质量减轻C.可以使导弹承受超高强度的改变D.可以使导弹承受温度的剧烈变化答案B解析提高导弹射程必须减轻其质量，而复合材料质轻的特点，在提高导弹射程上起到了重要作用，故选B。结合材料特点分析其应用，以增强对材料性能的认识。方法规律复合材料的性能优于原材料。二、形形色色的复合材料1.生产、生活中常用的复合材料复合材料玻璃钢碳纤维增强复合材料组成基体合成树脂合成树脂增强体玻璃纤维碳纤维特性密度小、质量轻、耐水、耐磨、耐腐蚀、良好的绝缘性和机械加工性能韧性好、强度高、质量轻2.航空、航天领域中的复合材料材料名称碳纤维增强金属基复合材料隔热陶瓷瓦(纤维增强陶瓷)基体金属(Mg、Al、Ti等)陶瓷(Al2O3陶瓷、Si3N4陶瓷、SiO2陶瓷等)增强体纤维(碳纤维等)纤维(碳纤维、碳化硅纤维等)主要优点耐高温、强度高、导电、导热性好、不吸湿、不易老化等耐高温、有韧性在复合材料家族中，发展较快、应用较广的是以纤维做增强体的复合材料。如生产、生活中常用的玻璃钢、碳纤维增强复合材料等。例3下列说法错误的是()A.玻璃钢是以玻璃纤维做增强体、合成树脂做基体的复合材料B.飞机机身的复合材料大多是以金属为增强体、纤维为基体的复合材料C.制造网球拍用的复合材料是在合成树脂的基体中加入了碳纤维做增强体D.玻璃钢可以应用在防火衣服、游乐车、餐桌椅等方面答案B解析飞机机身的复合材料大多是以纤维为增强体、金属为基体的复合材料，而B项中将基体与增强体颠倒了。易错警示普通玻璃和钢化玻璃成分相同，属传统无机非金属材料，玻璃钢由基体和增强体组成，属复合材料。例4美国科学家发明了一种能够导电的金属橡胶，这种材料除了兼有金属和橡胶的大部分性能外，还具有许多其他材料所不具备的独特性质，在诸如人造肌肉、智能衣服、活动机翼等多个领域有望获得广泛应用。以下对“金属橡胶”复合材料的叙述中一定错误的是()A.该材料可导电B.该材料可用来作航天飞机的隔热瓦C.该材料具有一定的弹性D.该材料可以燃烧答案B解析根据信息可知A项正确；该橡胶可用于人造肌肉、智能衣服等，说明它有弹性；它仍有金属和橡胶的大部分性能，所以可燃烧，不耐高温，不能作隔热瓦，故B项错，D项对。易错警示橡胶与金属橡胶不同，橡胶是高分子化合物，金属橡胶是复合材料，其性能与组成材料的金属和橡胶的性质有关，但并不是二者性能的简单叠加，其性能优于橡胶。1.下列材料中属于复合材料的是()合金玻璃钢隔热陶瓷瓦耐高温结构陶瓷A.B.C.D.答案B解析合金是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质，不属于复合材料；耐高温结构陶瓷多是单一材料，如氮化硅结构陶瓷等；玻璃钢是玻璃纤维和合成树脂形成的复合材料；隔热陶瓷瓦是由纤维(如碳纤维)和陶瓷形成的复合材料。2.下列对玻璃钢的叙述中正确的是()A.玻璃钢是由普通玻璃加强热然后骤冷而得到的，所以其成分与普通玻璃相同B.玻璃钢是以玻璃为基体，钢纤维做增强体的复合材料C.玻璃钢的基体是合成树脂，增强体是玻璃纤维D.玻璃钢的强度和机械加工性能比合金钢稍差，但耐腐蚀性和绝缘性比合金钢好答案C解析玻璃钢是人们熟悉的一种多用途的复合材料，它的学名叫玻璃纤维增强塑料。以玻璃纤维为增强体，以合成树脂作基体，加热压制成型就得到玻璃钢，其成品强度可与钢材媲美，密度仅为钢的，耐高温、抗腐蚀、电绝缘、抗震抗裂、隔音隔热、加工方便。在航空、机械、汽车、舰船、建筑、化工等部门得到广泛的应用。3.美国的哥伦比亚号航天飞机在制造过程中应用了大量的先进复合材料，其中被覆在整个机身上的防热瓦片，使航天飞机能安全穿越大气层，该瓦片是耐高温的()A.陶瓷基复合材料B.合成树脂基复合材料C.玻璃钢D.金属基复合材料答案A解析航天飞机机身上使用的隔热陶瓷瓦是由纤维和陶瓷复合而成的材料制成的，其增强体多为碳纤维、碳化硅纤维或氧化硅纤维；基体的主要成分是各种陶瓷；这种纤维增强了陶瓷耐高温的特性，又增强了陶瓷的韧性，使航天飞机能安全地穿越大气层返回地球。4.复合材料的优点是()强度高质量轻耐高温耐腐蚀A.B.C.D.全部答案D解析复合材料继承了原来天然材料、无机非金属材料、金属材料、有机合成材料等的优点，极大改善了材料的各种性能；具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等特性。5.普通玻璃、钢铁和玻璃钢是三种不同的材料，它们在性能方面差别很大。请根据学过的知识，回答下面问题。(1)普通玻璃的成分是_。(2)铁在人类的生产和生活中有着十分重要的应用。铁的应用，经历了_到_到_的演变过程。(3)某种复合材料具有耐高温、强度高、导电性好、导热性好的特点，估计该复合材料的基体和增强体材料可能分别是_。A.金属；CB.陶瓷；SiO2C.合成树脂；SiO2、Al2O3、MgOD.合成树脂；C答案(1)硅酸钙、硅酸钠、二氧化硅(2)铁普通钢不锈钢等特种钢(3)A解析(1)玻璃是常见的硅酸盐材料。制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英。生产玻璃时，把原料粉碎并按一定比例混合后，放入玻璃熔炉中加强热，石灰石与石英反应生成硅酸钙和二氧化碳，纯碱与石英反应生成硅酸钠和二氧化碳，但原料中石英是过量的，所以普通玻璃的成分为硅酸钙、硅酸钠、二氧化硅。(2)由铁矿石炼得的生铁虽然硬度很大，但较脆且不易加工，人们就想办法降低生铁中的碳含量，调节其中的硅、锰等元素，将铁转化为钢，大大改善了其性能。但是，钢铁很容易锈蚀，于是不锈钢应运而生。因此，铁的应用经历了“铁普通钢不锈钢等特种钢”的演变过程。(3)复合材料兼具有基体和增强体的优点，据此可判断，应该为金属和C的复合材料。题组1复合材料1.当航天飞机返回地球进入大气层时，由于空气的剧烈摩擦，航天飞机尖端的温度可达1000以上。为了防止较高温度将其烧坏，科学家给航天飞机相应部位都设计安装了保护层。制造保护层的材料可能是()A.合成塑料B.合成纤维C.镁铝合金D.硼酸盐玻璃答案D2.复合材料中往往有一种材料作为基体，另一种材料作为()A.增塑剂B.发泡剂C.防老化剂D.增强体答案D解析基体起黏结作用，增强体起骨架作用。3.下列产品或材料属于复合材料的是()玻璃钢采用碳纤维增强复合材料制的钓鱼竿飞机机身航天飞机隔热陶瓷片纳米高分子复合材料A.B.C.D.全部答案D4.下列关于复合材料的说法不正确的是()A.复合材料一定是由两种或两种以上材料制成的B.复合材料保持了原材料的优点，又有优于原材料的特点C.在复合材料中，基体起骨架作用D.在复合材料中，增强体起骨架作用答案C解析复合材料中一定含有两种或两种以上的材料，但这两种或两种以上的材料必须是性质不同的材料。因此，复合材料保持了原材料的优点，克服了原材料的某些缺陷，也会产生优于原材料的特点。在复合材料中，基体起黏结作用，增强体起骨架作用。题组2常见的复合材料5.碳纤维增强复合材料是在合成树脂的基体中加入了碳纤维做增强体，具有韧性好、强度高而质轻的特点。下列物质中可用其制造的是()A.游乐车、游乐船B.电话亭、餐桌椅C.网球拍、钓鱼竿D.飞机用隔热瓦答案C解析碳纤维增强复合材料具有韧性好、强度高而质轻的特点。6.下列材料，可能是用玻璃钢制作的是()棉纱玻璃钢材滑梯游乐车餐桌椅A.B.C.D.答案D解析棉纱的主要成分是天然纤维，故选项中有不可选，A、B被排除。钢材是铁制品，与玻璃钢无关，选项中有的不可选，C被排除。7.某复合材料的基体是Si3N4陶瓷，增强体是SiO2纤维。则该复合材料可能具有的性能是()A.耐酸碱、化学稳定性好、耐高温、密度小、韧性好B.强度高、抗冲击、绝缘性好、不耐高温C.耐高温、强度高、导电导热性好、不易老化D.耐高温、强度高、密度小、不耐酸碱腐蚀答案D解析据SiO2、Si3N4的性质判断。8.纤维复合材料中的增强体为纤维，其中应用比较广泛的有碳纤维、玻璃纤维等。对纤维的说法不正确的是()A.玻璃可以在一定条件下拉成极细的丝，可用于纺织宇航服等，但其拉伸强度接近高强度的钢B.玻璃纤维易断，不能用于纺织C.碳纤维化学稳定性好、耐酸碱腐蚀、有良好的耐低温性能D.氧化铝、氧化硅、碳化硼等也可拉成纤维，做复合材料的增强体答案B解析纤维的特性是不易断、有弹性，因而更有利于纺织。9.由复合材料制成的防弹头盔能抵御多种手枪子弹的射击，最大限度地保护使用人员的安全，这利用了复合材料的()A.高强度、质轻B.耐热、抗高温C.耐腐蚀、稳定性好D.导电导热性好答案A解析高强度才能抵御子弹的射击。10.复合材料在我国神舟十号飞船成功返航的过程中发挥了巨大的作用，其船身上使用的隔热陶瓷瓦是由()A.金属与碳复合而成的B.碳纤维与合成树脂复合而成的C.纤维与SiO2陶瓷、Si3N4陶瓷等复合而成的D.陶瓷与SiO2复合而成的答案C解析用于飞船表面的隔热陶瓷瓦是由纤维和陶瓷复合而成的材料制成的。其中纤维多为碳纤维、碳化硅纤维或氧化硅纤维，陶瓷为Al2O3陶瓷、SiO2陶瓷、Si3N4陶瓷、SiC陶瓷等。11.某复合材料是由碳纤维为增强体、金属钛为基体复合而成的。估计这种材料具有的性质或用途是()耐高温不耐热导电、导热不导电、不导热可用于飞机机翼可用于导弹的壳体A.B.C.D.答案A解析以碳纤维为增强体、金属钛为基体的复合材料应兼有增强体和基体的优点。碳纤维熔点高、硬度大，金属钛熔点高、导电、导热，二者的密度都较小。因此，该碳纤维增强复合材料具有耐高温、导电、导热、密度小的特点，可用于制造飞机和导弹。12.我们学过了不少材料，请将：钢铁铜陶瓷光纤氮化硅陶瓷金水泥合成纤维玻璃钢等材料按照分类填写在下列横线上(填序号)：(1)黑色金属材料_； (2)有色金属材料_；(3)传统无机非金属材料_； (4)新型无机非金属材料_；(5)复合材料_。答案(1)(2)(3)(4)(5)13.玻璃钢可由酚醛树脂和玻璃纤维制成。(1)玻璃纤维由玻璃拉丝得到。普通玻璃是由石英砂、_和石灰石(或长石)高温熔融而成的，主要反应的化学方