2020-2021学年苏教版选修2专题四第二单元材料组成的优化课件

2024/3/272020—2021学年苏教版选修2专题四第二单元材料组成的优化课件2．玻璃的原料、反应原理和成分？3．我国“文房四宝”中墨是由什么制成的提示“文房四宝”是指笔、墨、纸、砚，其中墨是由纳米级颗粒的松烟制成的。4．“光纤”又称光导纤维，其主要成分是什么？提示光导纤维属新型无机非金属材料。主要成分是SiO2。1．知道材料的性能与其组成和结构的关系，认识改变材料组成是优化材料性能的重要手段。2．知道合金的基本类型，了解常见合金、稀土合金、贮氢合金的组成、性能及其用途。3．认识主要的硅酸盐材料，了解水泥、普通玻璃的主要成分、生产原料和生产过程。了解钾玻璃、玻璃纤维、钢化玻璃和彩色玻璃等特种玻璃的制造工艺。了解陶瓷的生产工艺及精细陶瓷的特殊性能和应用。4．认识硅在信息材料制造和应用中的重要性，了解单晶硅和光纤的制造原理和应用。5．知道纳米材料的制造方法，了解纳米材料的特性及应用。

1.合金(1)合金的基本类型：制造各种合金，就是通过改变材料的组成获得具有特殊性能的金属材料。合金可分为三种基本类型：相互

、形成

，如Cu、Zn形成的黄铜合金；相互起

，形成

，如Al­Ti合金，它的耐腐蚀性比不锈钢高100倍；相互

，形成

，如焊锡。溶解金属固溶体化学作用金属化合物混合机械混合物(2)贮氢合金的结构特点：某些

晶体结构中，原子排列得十分紧密，具有良好的贮氢性能，常用做贮氢材料。它们的表面有

或

作用，能使氢分子分解成

进入金属内部，仍然保持合金的晶体结构，能贮存的氢气量极大。2．硅酸盐材料和特种陶瓷硅酸盐材料是以含硅物质为原料高温烧制而成的。

、

、

等都是硅酸盐材料。(1)水泥①原料：

和

为主要原料，

为辅料。②主要成分：

、

、

。稀土合金催化活化氢原子水泥玻璃陶瓷石灰石黏土石膏粉硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙(2)玻璃①原料：普通玻璃是以

、

、

为原料。②主要成分：普通玻璃的主要成分是

、

、

。(3)陶瓷①主要原料：黏土。②性能与用途：用黏土制作的胚体有的表面还涂上釉。不同的陶瓷使用的黏土

不同，烧制的

也不同。陶瓷

、耐

、耐

、

、易

，应用十分广泛。化学实验使用的

、

也是陶瓷制品。纯碱石灰石石英沙硅酸钠硅酸钙二氧化硅纯度温度抗氧化酸碱腐蚀高温绝缘成型坩埚蒸发皿与金属材料和有机高分子材料相比，陶瓷的

更强。但陶瓷有脆性且抗拉、抗弯和抗冲击性差。化学家用改变陶瓷组分的方法研制出具有高强度、耐高温、耐腐蚀，并具有声、电、光、热、磁等多方面特殊功能的新一代无机非金属材料——

。抗腐蚀能力精细陶瓷性能

超纯硅

Si＋2Cl2===SiCl4或Si＋3HCl===SiHCl3＋H2

熔融

1900～2000℃

光纤

1.纳米材料的定义纳米材料又称

，其颗粒直径大小为1～100nm。因其颗粒等级属于纳米级而得名。2．纳米材料的特性与应用纳米材料是由纳米级颗粒积聚而成的。纳米材料在

、

、

、

等方面显示出许多与宏观材料迥然不同的特性，它已成为当今材料科学研究的热点之一。人们预计21世纪将是纳米材料大规模实用化的时期，因此纳米材料被誉为“

”。超细微材料化学光学电磁学力学跨世纪的新材料3．纳米材料的制造方法高纯度的纳米颗粒是无法用通常的

获得的，因为机械粉碎法只能得到直径为

以上的粉料，而且在粉碎过程中易混入杂质。纳米材料可以通过

或

方法制得。化学方法主要是利用化学反应使原子或分子

形成纳米颗粒。

机械粉碎法1000nm物理化学聚集、沉淀Fe3O4可表示为FeO·Fe2O3，那么硅酸盐如何用氧化物表示其组成？提示表示顺序为：活泼的金属氧化物·较活泼的金属氧化物·二氧化硅·水。如高岭土：Al2(Si2O5)(OH)4可表示为：Al2O3·2SiO2·2H2O。钢筋混凝土的成分是什么？提示钢筋、石子、沙子、水泥。【慎思1】【慎思2】光导纤维传递信息的优点是什么？提示①传播过程中信息能量损失少，②传播快，③廉价。钢化玻璃是怎样由普通玻璃制造的？提示把普通玻璃放入电炉里加热，使它软化，然后急速冷却，即得钢化玻璃。钢化玻璃的机械强度比普通玻璃大4～6倍，不易破碎，破碎时没有尖锐的棱角，不易伤人。钢化玻璃和普通玻璃的成分相同。【慎思3】【慎思4】1．合金是指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。一般来说，合金的性能优于纯金属，合金的熔点比它的各成分金属熔点都低，硬度比它的各成分金属大。但合金的性质并不是各成分金属性质的总和。2．合金可分为三种基本类型：(1)相互溶解，形成金属固溶体，如黄铜合金；(2)相互起化学作用，形成金属化合物；如铝­钛合金；(3)相互混合，形成机械混合物，如焊锡。3．铝合金：金属铝中加入其他元素如铜、镁、硅、锌、锂等，即形成各种性能优良的铝合金。(1)性质特征：铝合金具有密度小、强度高、塑性好、易于成型、制造工艺简单、成本低廉等特点，并且表面易形成致密的氧化物保护膜而具有一定的抗腐蚀能力。(2)用途：铝合金主要用于建筑业、容器和包装业、交通运输及电子行业，如汽车车轮的骨架，硬盘抽取盒等。另外，还广泛用于制造飞机构件。4．贮氢合金是指某些稀土合金，它们的晶体表面有催化或活化作用，能使氢分子分解成氢原子进入金属内部，而不改变合金的晶体结构。(1)贮氢合金的代表是镧—镍合金。(2)合金的贮氢过程是可逆反应，吸氢过程，放出热量；解吸过程，吸收热量。温度低有利于吸氢；温度高有利于解吸。(3)应用：利用贮氢材料在吸(放)氢时放(吸)热的特点，可制造贮氢合金的空调器；利用贮氢合金对氢的优异选择性精制氢气，可获得纯度高达99.9999%的氢气。下图是三种稀酸对Fe­Cr合金随Cr含量变化的腐蚀性实验结果，下列有关说法正确的是()。A．稀硝酸对Fe­Cr合金的腐蚀性比稀硫酸和稀盐酸的弱B．稀硝酸和铁反应的化学方程式是：Fe＋6HNO3(稀)===Fe(NO3)3＋3NO2↑＋3H2O

C．Cr含量大于13%时，因为三种酸中硫酸的氢离子浓度最大，所以对Fe­Cr合金的腐蚀性最强D．随着Cr含量增加，稀硝酸对Fe­Cr合金的腐蚀性减弱【例1】解析A项，由图示可知当Cr含量小于13%时，稀硝酸对合金的腐蚀性比稀硫酸和稀盐酸强，当Cr含量大于13%时，稀硝酸对合金腐蚀性较弱。B项，稀硝酸与金属反应时，其还原产物应是NO。C项，Cr含量大于13%时，硫酸对合金腐蚀性最强，由于溶液密度没有给出，硫酸中氢离子浓度不一定最大。D项，由图示可知，随着Cr含量增加，稀硝酸对合金腐蚀性减弱。答案D合金的性能优越于纯金属，可以提高其耐腐蚀性、硬度、韧性、强度等。但熔入的其它金属或非金属也并非越多性能就越好。汞合金是目前使用较多的补牙材料。英国《新科学家》杂志最近发表了一篇文章，对汞合金补牙材料的安全性提出了质疑。汞合金补牙材料中除水银外，还含锌、锡、铜等金属。下列有关汞合金的说法中不正确的是()。A．汞合金是一种具有金属特性的物质，易导热导电B．汞合金的强度和硬度比锡的大C．汞合金的熔点比汞的低D．汞合金的毒性远低于汞的毒性【体验1】解析合金具有金属特性，A正确；合金一般强度和硬度比组成金属的大，B正确；合金的熔点一般低于其各成分的熔点，但汞合金例外，作为补牙材料，熔点不可能低于汞，C错；作为补牙材料不能有毒性，D正确。答案C1．水泥(1)生产过程将原料按比例混合后，研磨成生料，高温煅烧得熟料(主要成分是CaSiO3)，再加石膏(主要成分是CaSO4·2H2O)研成粉末得普通硅酸盐水泥。(2)普通硅酸盐水泥主要原料主要设备反应条件普通水泥的主要成分主要性质黏土、石灰、石、(石膏适量)水泥回转窑

高温硅酸三钙：3CaO·SiO2硅酸二钙：2CaO·SiO2铝酸三钙：3CaO·Al2O3水硬性2.玻璃(1)普通玻璃(2)几种玻璃的特性和用途种类特性用途普通玻璃在较高温度下易软化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等石英玻璃膨胀系数小，耐酸碱，强度大，滤光化学仪器、高压水银灯、紫外灯等的灯壳；光导纤维、压电晶体等光学玻璃透光性能好，有折光和色散性眼镜片、照相机、显微镜、望远镜用的凹凸透镜等光学仪器玻璃纤维耐腐蚀、不怕烧、不导电、不吸水、隔热、吸声、防虫蛀太空飞行员的衣服、玻璃钢等钢化玻璃耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、抗震裂运动器材、微波通讯器材、汽车、火车窗玻璃等有色玻璃加入金属氧化物红色：Cu2O蓝色：Co2O3工艺品、窗玻璃3.陶瓷(1)陶瓷生产(2)陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、高温、绝缘、易成型等优点，古代陶瓷器，历经千百年还是艺术珍品。主要原料生产过程反应条件种类性能黏土①混合②成型③干燥④烧结⑤冷却高温土器、陶器炻器、瓷器抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型4．特种陶瓷是有别于传统或普通陶瓷而言的，又称为精细陶瓷、新型陶瓷等。特种陶瓷是在传统陶瓷的基础上发展起来的，是指采用精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于进行的结构设计及便于控制的制备方法进行制造、加工的，具有优异特性的陶瓷。特种陶瓷一般分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类，结构陶瓷是指用于各种结构部件，以发挥其机械、热化学和生物等功能的高性能陶瓷。功能陶瓷是指那些可利用电、磁、声、光、热、弹性等性质以实现某种使用功能的先进陶瓷，也可以叫做特种功能陶瓷。下列物品或设备：①水泥路桥②门窗玻璃③水晶镜片④石英钟表⑤玛瑙手镯⑥硅太阳能电池⑦光导纤维⑧计算机芯片所用材料为SiO2或要用到SiO2的是()。A．⑥⑧ B．①②⑦⑧C．①②③④⑤⑦ D．全部解析硅太阳能电池和计算机芯片用到的材料为晶体硅。答案C【例2】SiO2用途广泛，是光导纤维中的主要成分，而Si属半导体材料，主要用于制作电器元件、芯片、太阳能电池等。青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是 ()。A．青石棉是一种硅酸盐材料B．青石棉中含有一定量的石英晶体C．青石棉的化学组成可表示为：Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OD．1mol青石棉能使1molHNO3被还原【体验2】解析硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称，故青石棉是一种硅酸盐产品；青石棉是一种纯净物，不可能含有一定量的石英晶体；1molNa2O·3FeO·Fe2O3·8SiO3·H2O跟硝酸反应时，失去3mol电子，故能使1molHNO3被还原。答案B纳米技术的发展，将给我们的生活带来极大的变化。“纳米技术”就是通过物理或化学方法，将物质粉碎成“纳米级”微粒。这种微粒比头发丝的十万分之一还要细，要在20万倍以上的电子显微镜下才能看得清楚。自九十年代初开始兴起的纳米技术，可以带来信息、能源、交通、医药、食品、纺织、环保等诸多领域的新变革，大大提升我们的生活质量。如在玻璃表面涂一层渗有纳米化氧化钛的涂料，那么普通玻璃马上变成具有自己清洁功能的“自净玻璃”，不用人工擦洗；计算机在普遍采用纳米化的材料后，可以缩小成为“掌上电脑”，体积将比现在的笔记本式电脑还要小得多。普通的材料，通过纳米化处理，更能增添许多神奇特性。如陶瓷经过纳米化加工，可制成陶瓷弹簧、刀具等；而一些固体变成纳米化微粒后，不仅黏附力增强，还新添了对紫外线的吸收性质，除了可制成抗掉色的口红，还