第6节 材料的利用与发展

新型材料的出现，大大推动了生产力的发展，促进了人类社会文明的进步。,一、材料发展历史,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。,石斧石箭头,铁器农具,青铜兵器,你知道这些材料出现的早晚顺序吗？,石器,陶器,青铜器,铁器,橡胶,1、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,在掌握湿法炼铜技术之后，制造出了种类繁多的青铜器。,随着炼铁技术的掌握，人们制造了犁，,促使农业发展。,大量合成材料的诞生，更使人们,的生活越来越精彩。,二、新型材料,1、什么是新型材料,指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。,光纤材料,2、新型材料类型,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,树脂基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料碳纤维复合材料,纳米陶瓷,记忆合金、铝合金、金属玻璃,导电塑料做成的塑料电池人工器官、可降解材料、高吸水性高分子,3、新型材料优异特性,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,纳米材料制成的手机，可以防水,4、纳米材料,纳米材料是指其基本颗粒在1100纳米范围内的材料。,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。,例如，一般的陶瓷材料脆性较大，可是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。,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。因为金属纳米微粒对环境中的光、热、湿度和温度极为敏感，因此可将金属纳米材料（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。,三、材料制造与环境保护,人们在制造材料的过程中会产生许多污染。,为了减少污染，人们需要探寻无污染或低污染的“绿色”新工艺。,某厂想利用存积的废料铜屑来制备硫酸铜，作为农药波尔多液的主要原料，以满足市场需求。如果你们是该厂的技术开发小组，请你们设计几种制备的方案。,以铜为主要原料制备硫酸铜工艺可行性探究,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,方案一：铜与浓硫酸在加热条件下生成硫酸铜、水、二氧化碳。,Cu+H2SO4(浓)=CuSO4+SO2+H2O,原理：,方案二：铜加热生成氧化铜加稀硫酸生成硫酸铜和水。,原理：,CuO+H2SO4=CuSO4+H2O,方案三：将铜与硝酸银反应生成硝酸铜，然后将硝酸铜和氢氧化钠反应，生成氢氧化铜和硝酸钠，最后利用氢氧化铜和硫酸反应制取硫酸铜。,Cu+2AgNO3=2Ag+Cu(NO3)2Cu(NO3)2+2NaOH=Cu(OH)2+2NaNO3Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O,原理：,请对以上方法在原料的利用率及产生的污染方面进行讨论，交流并探讨绿色工艺的可行性。,利用率低、会产生污染,方案一：,原料利用率高，无污染。,方案二：,方案三：,成本高、步骤繁锁,3、工艺评价,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。,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。,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。,1.塑料的使用方便了人类的生活，但由此也带来了“白色污染”。下列解决“白色污染”的合理措施是-（）A.焚烧废旧塑料袋B.废弃塑料掩埋处理C.禁止使用塑料制品D.使用可降解塑料,D,2.“绿色化学”能实现零排放(即反应物中的原子利用率达到100%)。CO和H2在一定条件下按照不同的比例可以合成不同的有机化工原料。根据零排放的要求，以CO和H2合成的有机物不可能是-（）A甲醇(CH4O)B乙醇(C2H6O)C甲醛(CH2O)D乙酸(C2H4O2),B,3.某市有一家工厂处理含铜垃圾的生产流程如下：,写出上述生产流程中与提取铜直接有关的A、B、C三步反应的化学方程式。,A._B._C._,CuO+H2SO4=CuSO4+H2O,CuSO4+Fe=FeSO4+Cu,4.某大型高炉年产生铁4106吨（设生铁的含铁质量分数为96%，在冶炼过程中铁的损耗不计），则需要含铁的质量分数为50%的