資源簡介

10922000110744002.6 材料的利用與發展
新型材料的出現，大大推動了生產力的發展，促進了人類社會文明的進步。
一、材料與人類社會發展
1、材料的發展史
（1）原始人類利用石頭制成了石斧、石刀、箭頭等，又用獸骨和魚骨制成了骨針，使他們捕獲了更多的野生動物，并利用它們的毛皮保暖。
（2）隨著火的使用，古代人開始創造和使用陶器，使人類文明得到了較大的發展。
（3）隨著科學技術的發展，人們有目的地改進材料的性能，使半導體材料、光纖材料（如圖 2-50）、碳纖維復合材料等新型材料不斷涌現，促進了通訊、 計算機、航空、航天等行業迅速發展。

2、材料的發展歷程：石器一陶器→青銅器一鋼鐵的使用→合成材料的使用一新型材料的使用。
二、新型材料
1、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。當前，最引人注目的新型材料有：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。
2、納米材料是指其基本顆粒在1~100納米范圍內的材料。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。例如，一般的陶瓷材料脆性較大，可是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。
3、記憶合金，具有記住本來形狀的能力； 金屬塑料，集塑料與金屬特點于一身的新材料。
三、材料制造與環境保護
1、綠色化學——“綠色化學”又稱為環境友好化學，它的主要特點如下：
（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，力圖使原料利用率達100%；
（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。
2、工業“三廢”及處理
（1）工業“三廢”是指廢水、廢渣和廢氣。
（2）處理方法：
I：及時處理“三廢”
①“廢氣”的處理：一般安裝回收設備，將塵粒和一氧化碳、二氧化碳等物質除去，一氧化碳可以回收再利用，二氧化碳可利用與堿溶液反應除去。
②“廢渣”的處理：一般是制水泥或其他建筑材料，變廢為寶，如含磷的廢渣可轉化為磷肥等。
③“廢水”的處理：建立污水處理廠，將廢水中的有害金屬轉化為沉淀，制成所需要的金屬材料等，廢水符合要求后再排放到河流中或循環利用。
II：提高原料的利用率，增加產品的產量。
III：煤、石油制品進行脫硫處理。
IV：推廣“綠色工藝”，從根本上降低生產對環境造成的污染。
四、探究“以銅為主要原料制備硫酸銅”
1、設計制備方法
方法一：銅能與濃硫酸在加熱條件下反應，生成硫酸銅、二氧化硫和水。
方法二：將銅與氧氣加熱反應生成氧化銅，氧化銅與稀硫酸反應制取硫酸銅
方法三：將銅與氯氣在點燃條件下反應生成氯化銅，然后將氯化銅與氫氧化鈉溶液反應，生成氫氧化銅沉淀和氯化鈉，最后利用氫氧化銅和硫酸反應制取硫酸銅。
2、寫出相關的化學方程式
方法一：Cu＋2H2SO4(濃)CuSO4＋2H2O＋SO2↑
方法二：2Cu＋O22CuO，CuO＋2HNO3===Cu(NO3)2＋H2O
方法三：Cu＋Cl2CuCl2， 2NaOH＋CuCl2===Cu(OH)2↓＋2NaCl， H2SO4＋Cu(OH)2===CuSO4＋2H2O
3、討論
方法一：Cu與濃H2SO4反應生成CuSO4的同時又生成SO2，既浪費了原料，又造成環境污染。
方法二：原料利用率高，無污染。
方法三：方法所選用的原料氯氣有毒，安全性不高，且操作步驟多(復雜)，生產成本高。
通過以上探究活動可知，對于某種物質的制取，首先，方案必須合理可行；其次，必須符合綠色化學的要求。因此第二種方法為綠色工藝，且原料利用率高，為最佳方案。
4、通過以上探究活動可知：對于某種物質的制取，首先，方案必須合理可行；其次，必須符合綠色化學的要求。因此第二種方法為綠色工藝，且原料利用率高，為最佳方案。
【例1】納米材料被譽為21世紀最有前途的新型材料。1 nm=10-9m。當材料的晶粒（或顆粒）的大小處于納米級時，其性質就會出現奇異的變化。如各種塊狀金屬顯示一定的顏色（多數銀白色，少數呈紅色），但當其細化到納米級時，都成了黑色。納米氧化鋅能吸收雷達電磁波，可用作“隱形”飛機的涂料。下列說法中，你認為正確的是（　C　）
A．用氫氣還原氧化銅的實驗中，得到的銅粉是納米銅
B．納米氧化鋅的化學性質類似于納米氧化鐵，不能與稀硫酸反應
C．黑白照相底片上析出的銀顆粒處于（或小于）納米級大小
D．“隱形”飛機就是人的肉眼看不到的無色透明的飛機
1、通過化學研究生產出的新材料有許多，下列物質中不屬于新材料的是( C )
A. 醫用人造血管 B. 隔水透氣的多分子薄膜
C. 乙醇汽油 D. 做破冰斧柄的玻璃纖維塑料
2、某課外小組取一杯滴有紅墨水的自來水，加入適量納米二氧化鈦，進行“污水變純凈水”的趣味實驗。納米二氧化鈦是一種新型材料，在可見光下能促進有色物質降解為水和二氧化碳。據此推測，納米二氧化鈦在污水處理中可做(　 D )
A. 吸附劑 B. 凝聚劑 C. 消毒劑 D. 催化劑
【例2】實驗證明銅不能在低溫下與氧氣反應，也不能與稀硫酸共熱發生反應，但工業上卻將廢銅屑倒入熱的稀硫酸中并通入空氣來制備硫酸銅溶液。
（1）試寫出反應的化學方程式: 。
（2）利用銅制備硫酸銅溶液還有什么方法？寫出反應的化學方程式：___________________________。比較哪一種方法好？為什么？
【答案】（1）2Cu + O2 + 2H2SO4（稀）Δ===2CuSO4 + 2H2O
（2）2Cu+O2Δ===2CuO, CuO+H2SO4 ==CuSO4+H2O或Cu+2H2SO4（濃）Δ===CuSO4+SO2↑+2H2O
1、商代的后母戊鼎標志著我國在3000多年前青銅器鑄造已達到了一個較高的水平。西漢時期，我國首開“濕法煉銅”之先河，西漢劉安所著的《淮南萬畢術》中已有“曾青得鐵，則化為銅”的記載。試回答下列問題。
（1）青銅屬于 (填“單質”“化合物”“高分子材料”或“合金”)。
（2） “濕法煉銅”的原理可用一個化學方程式表示為 。該化學反應屬于____反應。
【答案】（1）合金；（2）Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4 置換反應
2、在實驗室中要除去細碎銅屑中的少量細碎鐵屑，某學生設計兩個方案。
①
②
（1）兩個方案中較好的是________(填序號)；理由是________。
（2）你是否有更簡單的方法，若有，請寫出________。
【答案】（1）①；鐵能夠與鹽酸反應而銅不能與鹽酸反應，且反應較易分離。而②中鐵置換硫酸銅中的銅，雖然看起來增加了銅的質量，但是由于置換反應發生在鐵的表面，導致銅在鐵表面附著，從而阻礙反應的進行，導致鐵銅難以分離和徹底反應；
（2）用磁鐵吸引，鐵屑被吸去，剩余的則是銅
【例3】“綠色化學工藝”是利用化學原理從源頭上減少和消除工業生產對環境的污染，其理想狀態是反應物里的原子全部轉化到欲制取的產物中，對環境實現零排放。下列反應類型中，一定屬于“綠色化學工藝”的是 ( B )
A. 分解反應 B. 化合反應 C. 換反應 D. 復分解反應
1、化學科學的發展促進了人類社會的進步，提高了人們的生活質量。以下分析不正確的是(　 D )
A. 新材料的開發和利用極大地豐富和方便了人們的生活，但有些廢棄材料也對環境造成了不利的影響
B. 色化學有助于解決環境污染問題，實現人與自然的和諧相處
C. 合成藥物的研發和使用保障了人體健康
D. 化石燃料的直接利用促進了低碳經濟的發展
2、全世界每年產生有害物達3億～4億噸，不僅對環境造成危害，甚至威脅著人類的生存，所以科學家提出“綠色化學”的概念。下列不屬于“綠色化學”研究內容的是（ D ）
A.“綠色化學”研究對環境無污染的清潔能源 的開發
B.“綠色化學”研究可降解塑料的開發
C.“綠色化學”就是從源頭上消除污染
D.“綠色化學”就是研究形狀記憶合金的開發與應用

1、從金屬材料的發展歷史來看，先是青銅器時代，而后是鐵器時代，鋁的利用是近二百年的事，這個先后順序跟什么有關（　B　）
①金屬的活動性順序　②地殼中金屬元素的含量　③金屬的延展性　④金屬的導電性　⑤金屬冶煉的難易程度
A．①④　 B．①⑤　 C．②③　 D．④⑤
2、醫學上有一種治療管腔狹窄的技術，是將一種新型材料制成的支架，在低溫下(0~10℃)塑形，將支架置入狹窄處后，支架在體溫下迅速恢復設計形狀，從而解除管腔狹窄問題。這種新材料是一種(　 D )
A. 超導材料 B.納米材料 C. 隱形材料 D. 記憶材料
3、中國科技大學課題組以殼聚糖作三維軟模板，研究了一種制備酚醛樹脂與二氧化硅復合材料的新方法，成功研制了具有雙網絡結構的復合氣凝膠新型隔熱防火材料，該材料具有輕質多孔、隔熱防火等特點。下列有關新型隔熱防火材料的說法錯誤的是( C )
A. 建筑物使用隔熱材料可以降低能耗和提高能量利用率
B. 使用新型隔熱防火材料可以避免鋼筋混凝土材質的建筑物因火災而坍塌
C. 新型隔熱防火材料中的硅原子是靜止不動的
D. 新型隔熱防火材料的使用可以減少普通有機隔熱材料的污染問題
4、變色鏡是由一種叫做“光致變色”的玻璃制成的。它是在普通玻璃原料中加入氯化銀等物質，這些物質在光的作用下分解成黑色銀微粒而使玻璃變暗。在暗處，由于加入玻璃中的催化劑的作用，又可化合成氯化銀等物質。下列有關變色鏡的說法錯誤的是(　B　)
A．變色鏡玻璃和普通玻璃的不同是加入了氯化銀、催化劑等物質
B．變色鏡玻璃變色是一個物理變化的過程
C．加入玻璃中的氯化銀屬于鹽類，而分解成的銀微粒是金屬單質
D．由變色鏡變色原理可知，氯化銀應避光保存
5、中國科學技術大學的錢逸泰教授等以CCl4和金屬鈉為原料，在700 ℃時制造出納米級金剛石粉末。該成果發表在世界權威的《科學》雜志上，立刻被科學家們高度評價為“稻草變黃金”。同學們對此有下列一些理解，其中錯誤的是 ( A )
A. 金剛石屬于金屬單質
B. 制造過程中元素種類沒有改變
C. CCl4是一種化合物
D. 這個反應是置換反應
6、下據報道，科學家成功打造出世界上首個硼“足球烯”(如圖所示)，它是由40個硼原子構成的硼球分子，這個由硼構成的新形態有望帶來新的納米材料，并可能在儲氫中發揮巨大作用。下列關于硼“足球烯”的說法，正確的是( A )
A. 硼“足球烯”是非金屬單質
B. 硼“足球烯”屬于人工合成的有機高分子材料
C. 硼“足球烯”與C60的原子排列相同
D. 化學性質與普通硼單質不同
7、硼纖維具有較好的耐熱性和彈性，不與氯氣、水反應，可與某些金屬制成新型材料，在1200～1300℃時，氯化硼(BCl3)蒸氣與干燥、純凈的氫氣反應可制得硼和氯化氫。下列說法不正確的是(　C　)
A．含硼纖維的材料可能具有耐熱性
B．氯化硼可能與水反應
C．該反應中只有兩種物質為氣態
D．該反應需要在隔絕空氣的條件下進行
8、據報告，我國首先在世界上實現了二氧化碳聚合物的大規模工業化生產。二氧化碳聚合物是二氧化碳在催化劑作用下生成的高分子化合物。它具有良好的阻氣性、透明性和使用后全降解無污染等優點，廣泛用于醫藥、食品包裝和一次性餐具等行業。下列說法錯誤的是（ C ）
A. 二氧化碳聚合物的生產和使用不會產生白色污染
B. 二氧化碳聚合物的生產原料為二氧化碳，原料非常豐富且價格低廉
C. 二氧化碳聚合物是二氧化碳的固體
D. 二氧化碳聚合物的生產和使用，既 減少了溫室氣體二氧化碳的排放，又得到了非常有用的產品，真正做到了變廢為寶
9、納米材料被譽 為21世紀最有前途的新型材料，許多材料達到納米（1納米＝10－9米）級的大小時，會產生許多讓人意想不到的奇特的光、電、磁、熱、力和化學等方面的性質。如：將金屬制成納米粉末后就變成了黑色 ，且不導電，機械強度也大幅度提高。下列說法錯誤的是（ C ）
A. 納米碳雖然質地柔軟，但強度卻很大
B. 納米氧化鋅能吸收電磁波
C. 金黃色的 金粉應該屬于納米材料
D. 在空氣中能自燃的鐵粉應該屬于納米材料
10、上海世博會采用了很多辦法來營造“科技世博、生態世博”，以彰顯“人、城市、地球”等理念。小王對上海世博會的下列做法的認識，不正確的是（ A ）
A. 用純電動車、氫燃料電池車、燃乙醇汽油車代替普通燃汽油車——不排放化學物質，實現了“零排放”
B. 用玉米淀粉制成玉米塑料，用大豆蛋白制成大豆纖維來代替聚乙烯等塑料——使用可降解材料，能減少“白色污染”
C. 用太陽能光伏電板做成建筑材料，讓建筑物的外墻屋頂成為“發電機”——可減少煤、天然氣使用量，減輕空氣污染
D. 升級改造園區污水處理系統，將生活用水、地表雨水分類處理——可減少污染，保護水資源
11、（1）科學家在合成超導材料時，偶然制得了在自然界中尚未發現的紫色化學合成物質BaCuSi2O6，其中Si的化合價為__ __價(Ba和Cu均為＋2價)。
（2）英國科技人員研制能自動滅火的陶瓷磚，這種磚里壓入了一定量的氦氣(He)和二氧化碳氣體，當用這種陶瓷磚砌成的房屋遇到火災時，經過高溫烘燒，磚會出現裂縫，磚內的氦氣、二氧化碳會立即噴射出來，從而撲滅火焰。請回答下列問題：
①氦氣的化學性質是__ __(選填“穩定”或“不穩定”)的。
②磚內噴出的氣體能起到滅火的作用，其原理是 。
（3）硅能在氧氣中燃燒生成二氧化硅，并放出大量的熱，有科學家在研究將硅作為新能源。與化石能源相比較，硅及其化合物燃燒沒有二氧化碳排放，請寫出硅烷(SiH4)在氧氣中完全燃燒的化學方程式： 。
【答案】（1）＋4；
（2）①穩定；②氦氣與二氧化碳都不燃燒也不支持燃燒，且二氧化碳的密度比空氣大；
（3）SiH4＋2O2====（點燃）SiO2＋2H2O
12、銅跟濃硫酸的反應原理是 Cu＋2H2SO4（濃）CuSO4＋SO2↑＋2H2O。 某小組同學用如圖所示裝置制取硫酸銅。 請回答下列問題：
（1）圖中B裝置用來收集SO2（已知SO2的密度大于CO2的密度），但未將導管畫全，請將B裝置中的導管補畫完整。
（2）圖中C裝置的作用是防止氫氧化鈉溶液倒吸入B瓶中，裝置D的作用是 。
（3）充分反應后，燒瓶中的銅片仍有剩余，那么硫酸是否也有剩余呢？該小組同學進一步研究：待燒瓶冷卻后，將燒瓶中的混合物稀釋、過濾，用濾液做了如下實驗。
實驗1：用pH試紙測試濾液pH，其pH約為1。
實驗2：取少量濾液于試管中，向試管中滴加氯化鋇溶液，有白色沉淀生成。
你認為， （填“實驗1”或“實驗2”）可說明硫酸有剩余。
（4）以銅片與濃硫酸為原料用上述方法制取硫酸銅，存在的缺陷有 （答出兩點即可）。
【答案】（1）
（2）吸收二氧化硫，防止污染空氣。
（3）實驗1
（4）反應需要加熱，消耗了大量能量；產生了有毒氣體SO2，污染環境等。

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