資源簡介

(共18張PPT)
2.6材料的利用與發展
材料與人類社會發史
石制割砸器具
青銅寶劍
青銅鼎
用獸骨和魚骨制成骨針
陶器
鐵犁
半導體芯片
光纖維材料制成的胃鏡
碳纖維材料制成的無人機架
任務一：歸納材料的發展歷程
石器
陶器
青銅器
鐵器
合成材料的使用
新型材料的使用
原始社會
火的發明
商朝
春秋晚期
100多年前
21世紀(信息時代)
標志著生產力的不斷發展
二、新型材料
1、新型材料：
新型材料是指那些新出現或正在發展中的、具有優異特性和功能并能滿足技術進步所需的材料。
2、常見新型材料：
光電子信息材料、先進復合材料、超級陶瓷材料、新型金屬材料、新型高分子材料、超導材料等。
以超級塑料制成的頭盔防彈、抗壓、撞不破
超級陶瓷質地堅韌，制成的刀具削鐵如泥
超級玻璃能根據光照的強度改變顏色
現代科技發展，促使新型材料研究日益向微觀層次深入，產生了納米材料。
用納米陶瓷粉末燒成的陶瓷卻有很好的韌性，即使被撞倒也不破裂；
新型納米油墨的色調更濃，書寫的字跡色澤更好；
將納米鉛粉末加入到固體燃料中，就會使火箭推進器的前進速度加快好幾倍。
納米材料在各個領域有著廣闊的應用前景。
納米材料是指其基本顆粒在1~100納米范圍內的材料。
性能：納米材料與普通材料相比，在機械強度、磁、光、聲、熱等方面都有很大的不同。
金屬納米材料
納米（nm）是一個長度概念，1納米是1米的十億分之一（10-9米），20納米約為一根頭發絲的三千分之一。
金屬納米材料具有很多金屬材料通常沒有的優異性能。例如，金屬在常溫下有很好的韌性與延展性，但在低溫時則很脆，而納米銅（Cu）和納米鉻（Cr）的交替多層結構在零下269℃仍有較高的延展性。納米金屬的熔點大幅度降低，如塊狀金熔點高達1064℃，而線度為2納米的金粉327℃就融化了，可為較低溫度下形成合金提供新工藝。金屬納米微粒對環境中的光、熱、濕度和溫度極為敏感，可將金屬納米材料（如鉑、鈀等）用于傳感器的制造。在火箭燃料中添加1%的超細鋁（Al）粉或鎳（Ni）粉，燃燒效率可成倍提高。
人們對于宏觀物體（小至肉眼能見的物體，大到宇宙天體）與微觀物體（原子、分子及更小的微粒），都已作了很多研究，取得了很多規律性的認識，然而上述兩個領域之間1~100納米大小的那塊領地，直到20世紀80年代末才被人們重視。探究納米領域的意義與價值不僅在于能夠獲得許多具有獨特性能的材料，而且打開了微觀與宏觀的通道，對于人們全面認識宏觀世界將產生重大的影響。
怎樣以銅為主要原料制備硫酸銅
1. 提出問題：
以銅為主要原料制備硫酸銅的綠色工藝的可行性如何？
2.設計制備方法、原理及評價：
（1）銅與濃硫酸在加熱條件下生成硫酸銅、水、二氧化硫。
Cu + H2SO4(濃) = CuSO4 + SO2↑ + H2O
原理1：
任務二：某廠想利用存積的廢料——銅屑來制備硫酸銅，作為農藥波爾多液的主要原料，以滿足市場需求。如果你們是該廠的技術開發小組，請你們設計幾種制備的方案。
（2）銅加熱生成氧化銅加稀硫酸生成硫酸銅和水。
CuO + H2SO4 == CuSO4 + H2O
2Cu + O2 == 2CuO
（3）將銅與硝酸銀反應生成硝酸銅，然后將硝酸銅和氫氧化鈉反應，生成氫氧化銅和硝酸鈉，最后利用氫氧化銅和硫酸反應制取硫酸銅。
Cu + 2AgNO3 = 2Ag + Cu(NO3)2
Cu(NO3)2 + 2NaOH = Cu(OH)2↓+ 2NaNO3
Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O
原理3：
原理2：
Cu + H2SO4(濃) = CuSO4 + SO2↑ + H2O
原理1：
CuO + H2SO4 == CuSO4 + H2O
2Cu + O2 == 2CuO
原理2：
Cu + 2AgNO3 = 2Ag + Cu(NO3)2
Cu(NO3)2 + 2NaOH = Cu(OH)2↓+ 2NaNO3
Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O
原理3：
任務三：請對以上方法在原料的利用率及產生的污染方面進行討論，交流并探討綠色工藝的可行性。
(1)濃硫酸與銅反應在生成硫酸銅的同時生成了二氧化硫
氣體，這樣既浪費了原料，又因二氧化硫有毒而造成環境污染。
(2)原料利用率高，無污染。
(3)成本高、步驟繁鎖。
任務四：實際生產和實驗中選擇某種物質的制備方法時，需考慮的因素
(1)科學性：制備過程中每步化學反應是否符合化學反應的規律；
(2)簡便性：設計的方案要考慮實際設備情況，操作過程盡可能簡便易行，如反應所需的條件和設備是否簡單；
(3)經濟性：所需原料是否易獲取、成本是否低廉；
(4)安全性：操作過程是否存在安全隱患；
(5)環保性：生產過程是否會對環境造成污染。
“綠色化學”主要特點
(1)充分利用資源和能源，采用無毒、無害的原料；
(2)在無毒、無害的條件下進行反應，以減少廢棄物向環境中的排放；
(3)提高原料的利用率，力圖使所有作為原料的原子都被產品所消納，實現“零排放”；
(4)生產出有利于環境保護、社會安全和人體健康的環境友好產品。
核心
要利用化學原理從源頭上消除污染
化學工業給社會帶來巨大財富和眾多產品的同時，也向周圍環境排放了大量的“三廢”（廢水、廢渣、廢氣），使自然界的生態平衡遭受破壞。
廢水
廢渣
廢氣
①及時處理“三廢”。
②提高原料的利用率，增加產品的產量。
③煤石油制品進行脫硫處理。
④推廣“綠色”工藝，從根本上降低生產對環境造成的污染。
問題： 為了保護環境，防治污染，最終達到在保持良好環境的條件下發展工業，我國采取了哪些處理和解決“三廢”的措施？
煉鋼與“三廢”的回收利用
煉鋼過程中會產生大量的棕色煙氣，其主要成分是氧化鐵塵粒和高濃度的一氧化碳氣體等，因此工廠安裝了回收設備，將這些“放在錯誤地點的原料”進行回收利用。例如，從煙氣中回收的氧化鐵塵粒可以用來煉鋼；得到的一氧化碳可以做化工原料或燃料；煙氣帶出的熱量可以用于制造水蒸氣。此外，煉鋼時生成的爐渣可以用來做礦渣水泥，含磷量較多的爐渣則可加工成磷肥等。
在化學工業中，除了要及時處理好“三廢”，還要努力提高原料的利用率，增加產品的產量，從根本上降低生產對環境造成的污染。
材料發展史
石器
陶器
金屬
合成材料
新型材料
光電子信息材料、先進復合材料、超級陶瓷材料、新型金屬材料、新型高分子材料、超導材料
材料的制造要采用“綠色”工藝
安全、經濟、操作簡單、原料利用率高、產量高、環保等
第6節 材料的利用與發展
練習1：硫酸銅是精煉銅的主要原料，某工廠用硫化銅(CuS)制硫酸銅，擬選擇兩個方案：
方案①：硫化銅在硫桿菌(催化劑)的作用下跟空氣中的氧氣反應生成硫酸銅。
高溫
方案②：2CuS＋3O2 === 2CuO＋2SO2，
CuO＋H2SO4 === CuSO4＋H2O。
(1)請寫出方案①反應的化學方程式： 。
(2)從環境保護的角度考慮，上述方案 更合理。
理由是 。
②中煅燒產生SO2，增加空氣污染物
①
CuS＋2O2 === CuSO4
硫桿菌

展開更多......

收起↑