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第二十三講 化學(xué)與材料的制造、應(yīng)用,1,1．了解社會發(fā)展和科技進步對材料的要求。知道化學(xué)對材料科學(xué)發(fā)展的促進作用。 2．了解金屬材料、無機非金屬材料、高分子合成材料、復(fù)合材料和其他新材料的特點。 3．了解用化學(xué)方法進行金屬材料表面處理的原理。 4．知道我國現(xiàn)代材料研究和材料工業(yè)的發(fā)展情況。知道新材料的發(fā)展方向。,2,一、材料的開發(fā)與利用 1．新型金屬與非金屬材料 (1)新型金屬材料 金屬材料是使用最廣泛的材料。主要有特殊性能和結(jié)構(gòu)特性的合金材料、稀土金屬材料、納米金屬材料等。如：用于航天制造業(yè)的重要材料：Mg—Al合金、現(xiàn)代建筑的門窗框架硬鋁成分是：Al—Cu—Mg—Mn—Si合金。具有特殊性能的陶瓷材料：硒化鋅、磁性材料：CoxFe3-xO4+x等。,3,,,(2) 高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：一般有 大、耐 、耐 、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的特點。 ①碳化硅（SiC）陶瓷：用作研磨介質(zhì)、航天器的涂層材料等。 ②氮化硅（Si3N4）陶瓷：用于制造軸承、汽輪機葉片、發(fā)動機受熱面等。 (3)光導(dǎo)纖維材料：主要成分為________，應(yīng)用于通信、醫(yī)療、信息處理等。 (4)高純單晶硅半導(dǎo)體材料：應(yīng)用于信息技術(shù)領(lǐng)域，也是制造太陽能電池的核心材料。 (5)納米碳材料：納米石墨材料、足球烯分子(C60、C90、C120)材料、碳纖維材料。,1．(2)硬度 高溫 腐蝕 (3)SiO2,4,,,2．新型復(fù)合材料 (1)復(fù)合材料：一種材料作為________，另外一種材料作為增強劑。 (2)玻璃纖維增強塑料(玻璃鋼)：________纖維和合成樹脂組成的復(fù)合材料。具有較好的強度，并且仍保持著合成樹脂較高的耐化學(xué)腐蝕性、電絕緣性和易加工性能。 (3)塑鋼材料：主要是以________為基體，以碳酸鈣為填充料制成。,2．(1)基體 (2)玻璃 (3)聚氯乙烯,5,二、硅酸鹽材料 硅酸鹽工業(yè)：制玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽產(chǎn)品的工業(yè)叫硅酸鹽工業(yè)。 1．玻璃工業(yè) (1)普通玻璃原料——________、________、________ 。 (2)反應(yīng)原理：SiO2＋Na2CO3 ____________。 SiO2＋CaCO3 ___________________。 (3)玻璃成分：普通玻璃和鋼化玻璃成分________，常因混有低價________化合物顯淺綠色。石英玻璃和光纖玻璃的成分是________。,1．(1)石灰石 純堿 石英 (2)Na2SiO3＋CO2↑ CaSiO3＋CO2↑ (3)相同 鐵 SiO2,6,(4)玻璃垃圾的處理：玻璃在自然條件下很難被消耗，玻璃摔破后既污染環(huán)境(會傷人、扎傷輪胎等)，又浪費資源，玻璃可以再生產(chǎn)，分裝投放垃圾有利于玻璃的再生利用，保護環(huán)境。 2．水泥 (1)水泥原料——________、________。 (2)化學(xué)原理：CaCO3 CaO＋CO2↑ SiO2＋CaO CaSiO3 (3)水泥主要成分：________(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(________)、鋁酸三鈣(________) (4)對環(huán)境的污染：主要是______________和燒煤產(chǎn)生的______________。,2．(1)石灰石 黏土 (3)硅酸三鈣 2CaO·SiO2 3CaO·Al2O3 (4)粉塵 SiO2,7,3．陶瓷 (1)原料和工藝：陶瓷是以________、長石(鉀、鈉和鈣的鋁硅酸鹽)、石英為主要原料經(jīng)過粉碎、成型、煅燒等加工過程的制成品。陶生產(chǎn)工藝比瓷生產(chǎn)工藝簡單，陶的結(jié)構(gòu)沒有瓷的結(jié)構(gòu)________。 (2)對環(huán)境的污染：主要污染物是______和燒煤產(chǎn)生的________對大氣污染。陶瓷材料可能造成的污染還有________氡氣等。 4．硅酸鹽常用表示方法：一般用氧化物形式表示：如：高嶺土：Al2(Si2O5)(OH)4：Al2O3·2SiO2·2H2O。,3．(1)黏土 致密 (2)粉塵 SiO2 放射性,8,三、金屬材料的防護 1．金屬保護中常用對其________進行處理以防止腐蝕。金屬在接觸使用環(huán)境之前，先用鈍化劑或成膜劑(鉻酸鹽、磷酸鹽、堿、硝酸鹽和亞硝酸鹽混合液等)處理，表面生成穩(wěn)定密實的________，抗腐蝕性大大增加。 (1)鋁經(jīng)過氧化處理，表面可以生成比在大氣中生成的更為致密的膜，這類膜在溫和的腐蝕環(huán)境(大氣和水)中有優(yōu)良的抗腐蝕能力。 (2)鋼鐵部件表面________(生成磁性氧化鐵的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜)處理。 2．涂層：用有機涂料(油漆、富鋅漆)保護大氣中的金屬結(jié)構(gòu)是應(yīng)用最廣的傳統(tǒng)防腐手段。,1．表面 氧化膜 (2)發(fā)藍,9,3．犧牲陽極的陰極保護法 (1)犧牲陽極法，在被保護的金屬附近加裝更________的金屬，使被保護的金屬變成________。例如：鋼鐵設(shè)備連接一塊Zn、Mg或Al合金，使它們在形成的原電池中作為陽極而被腐蝕，而使金屬設(shè)備作為陰極受到保護，被犧牲的陽極須定時更換。 (2)外加電流法，是在體系中連接一塊電極(石墨、鉑或鍍釕、鈦、高硅鐵、廢鋼等)作________，向被保護金屬通電而使其成為________，使局部陰極電流與局部陽極電流相等、方向相反而相互抵消時，金屬腐蝕停止，達到保護設(shè)備的目的。陰極保護廣泛用于管道、電纜、海船、港灣碼頭設(shè)施、鉆井平臺、水庫閘門、油氣井等。 4．合金化：在基體金屬中加入一定比例的金屬能改變合金成分，便于得到耐蝕性優(yōu)良的材料。,3．(1)活潑 正極 (2)陽極 陰極,10,,,新材料,“納米技術(shù)”廣泛地應(yīng)用于催化及軍事科學(xué)中，“納米材料”是指粒子直徑在幾納米到幾十納米的材料。如：將“納米材料”分散到液體分散劑中，所得混合物具有的性質(zhì)是( ) A．能全部透過半透膜 B．有丁達爾現(xiàn)象 C．所得液體一定能導(dǎo)電 D．所得物質(zhì)一定為懸濁液或乳濁液,11,解析： “納米材料”的粒子大小在1～100 nm之間，所以將“納米材料”分散到液體分散劑中形成的分散系為膠體分散系，不是懸濁液或乳濁液，其中分散質(zhì)不能透過半透膜，有機大分子膠體分散系不導(dǎo)電，膠體可產(chǎn)生丁達爾效應(yīng)。 答案：B 特別提示：納米材料 納米材料又稱“納米結(jié)構(gòu)材料”，其特征是粒子的長度在納米數(shù)量級范圍(小于100 nm)的材料，具有高強度，較高韌性、磁性、催化及貯氫性能等許多奇異性能。如：許多納米純金屬的室溫硬度比相應(yīng)的非納米金屬硬度高2～7倍。目前納米材料主要用于制備①高硬度、耐磨納米復(fù)合材料；②納米磁性材料；③電沉積納米表面材料；④納米玻璃材料等。,12,對下列材料的特征及用途的說法不正確的是( ) A．玻璃纖維柔軟如絲，可像棉紗一樣紡織，但拉伸強度低 B．光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)光的能力很強，是非常好的通訊材料 C．氮化硅陶瓷耐高溫且不易傳熱，可用于制造柴油機 D．玻璃鋼強度高，密度小，耐腐蝕，可用于廢水處理系統(tǒng)的管道 解析：玻璃纖維雖然極細如絲，但其拉伸強度大，其拉伸強度接近于鋼，顯然A項錯誤；其它選項明顯正確。 答案：A,13,,硅酸鹽材料,(2011年揭陽市學(xué)業(yè)水平模擬)下列有關(guān)硅酸鹽材料的說法不正確的是( ) A．制普通玻璃的原料主要是純堿、石灰石和石英 B. 在水泥中，加入石膏的目的是加強水泥的機械強度 C．鋼化玻璃與普通玻璃相比具有相同成分 D．制造陶瓷的主要原料是黏土 解析：制普通玻璃的原料主要是純堿、石灰石和石英，A正確；在水泥中，加入石膏的目的是調(diào)節(jié)水泥的硬化速度，B錯；C、D明顯正確。 答案：B,14,,,高分子材料的應(yīng)用,日、美三位科學(xué)家因發(fā)現(xiàn)“傳導(dǎo)聚合物”而榮獲2000年諾貝爾獎。傳導(dǎo)聚合物的結(jié)構(gòu)式為： ，則該單體為( ) A．乙烯 B．1,3－丁二烯 C．乙炔 D．乙烷 解析：本題只要弄清楚物質(zhì)在加聚反應(yīng)之后，不飽和鍵會打開構(gòu)成長鏈，就會得出正確答案。 答案：C,15,,,,金屬材料的防護,下列說法不正確的是( ) A．鐵制品生銹以后可以隔絕里面的鐵與空氣進一步接觸 B．鐵制品的生銹過程是緩慢氧化的過程 C．車、船表面涂上一層油漆可以防止鐵生銹 D．當鍍錫鐵制品的鍍層破損時，鑲層不能對鐵制品起保護作用 解析：選項A錯誤，鐵制品生銹生成的氧化鐵結(jié)構(gòu)不緊密，起不到隔絕鐵與空氣的接觸的作用。選項B正確，鐵制品的生銹過程主要是發(fā)生原電池反應(yīng)腐蝕。選項C正確，油漆可以隔絕金屬與空氣的接觸。選項D正確，當鍍層破損時，Sn－Fe可形成原電池，不再起到保護作用。 答案：A,16,單項選擇 1．下列有關(guān)合金的說法不正確的是( ) A．多數(shù)合金比單一金屬有更大的硬度 B．多數(shù)合金比單一金屬有更高的熔點 C．我國早在3000年前就使用合金 D．新型合金有記憶合金、儲氫合金等等 解析：一般合金比單一金屬的熔點低。 答案：B,17,2．(2011年廣東龍山中學(xué)學(xué)業(yè)水平模擬)下列說法中，不正確的是( ) A．日常大量使用的不是純金屬而是它們的合金 B．目前已制得的純金屬只有90多種，但制得的合金已達幾千種 C．鋼是最純的鐵 D．隨意丟棄鋁質(zhì)包裝既浪費金屬材料又造成環(huán)境污染 解析：A、B正確；鋼是鐵與碳的合金，鋼只是含碳量少，硬度比較大，并不是最純的鐵，C錯；D明顯正確。 答案：C,18,3．光導(dǎo)纖維的主要成分是( ) A．純硅 B．玻璃 C．SiO2 D．纖維素 解析：光導(dǎo)纖維的主要成分是SiO2，選C。 答案：C,19,4．(2011年汕頭市學(xué)業(yè)水平模擬)下列關(guān)于新材料、新技術(shù)及其應(yīng)用的說法錯誤的是( ) A．現(xiàn)代計算機中(CPU元器件)不需要應(yīng)用半導(dǎo)體材料 B．家用電冰箱門內(nèi)的四周常裝有磁性橡膠封條，可以使冰箱門關(guān)閉得嚴密 C．“納米材料”是指原料的幾何尺寸達到納米級，因而具有某些特殊性能 D．光纖通信和微波通信中的電磁波傳播的速度不相同 解析：半導(dǎo)體材料大量用于電子元件，可見A錯；其它選項明顯正確。 答案：A,20,5．下列有關(guān)新型高分子材料的說法中，不正確的是( ) A．高分子分離膜應(yīng)用于食品工業(yè)中，可用于濃縮天然果汁、乳制品加工、釀造業(yè)等 B．復(fù)合材料一般是以一種材料作為基體，另一種材料作為增強劑 C．導(dǎo)電塑料是應(yīng)用于電子工業(yè)的一種新型有機高分子材料 D．合成高分子材料制成的人工器官都受到人體的排斥作用，難以達到生物相容的程度 解析：合成高分子材料制成的人工器官一般不受人體的排斥作用，易達到生物相容的程度。 答案：D,21,6．下列關(guān)于“新材料”描述錯誤的是( ) A．“超導(dǎo)材料”“半導(dǎo)體材料”和“納米材料”都屬于新材料 B．“超導(dǎo)材料”可以應(yīng)用于任何電器并使其效率提高 C．納米材料在力學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和生命科學(xué)等方面有重要的應(yīng)用 D．“ 半導(dǎo)體材料”廣泛應(yīng)用于手機、電視機、電腦的元件及芯片 解析： “超導(dǎo)材料”可以應(yīng)用于任何電器并使其效率提高，說得太絕對，故B明顯錯。 答案：B,22,7．(2010年江西學(xué)業(yè)水平模擬)下列有關(guān)一些工業(yè)生產(chǎn)原料的敘述中，錯誤的是( ) A．制普通玻璃的主要原料是純堿、石灰石、石英 B．變色玻璃是在普通玻璃中加入適量的溴化銀和氧化銅的微小晶粒 C．氮化硅高溫結(jié)構(gòu)陶瓷可由硅和氮氣在常溫反應(yīng)制得 D．制造普通水泥的主要原料是黏土、石灰石 解析：硅和氮氣的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，需在高溫條件下方能發(fā)生反應(yīng)。 答案：C,23,8．氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上曾普遍采用高純硅與純氮在1300 ℃時反應(yīng)獲得。根據(jù)性質(zhì)推斷氮化硅的用途錯誤的是( ) A．制汽輪機葉片 B．制有色玻璃 C．制永久性模具 D．制造柴油機 解析：氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，常常利用它來制造軸承、氣輪機葉片、機械密封環(huán)、永久性模具等機械構(gòu)件。 答案：B,24,9．下列關(guān)于材料的說法中正確的是( ) A．高分子的材料都是耐高溫材料 B．玻璃屬于復(fù)合材料 C．合金的熔點比相應(yīng)組分都高 D．復(fù)合材料由基體、增強體組成 解析：高分子材料有的也不耐高溫，故A錯；玻璃不屬于復(fù)合材料，B錯；合金的熔點比相應(yīng)組分都低，C錯；復(fù)合材料由兩大部分組成，基體起連接作用，增強體起骨架作用，可見A、B、C錯，D正確。 答案：D,25,10．“耐高溫長壽命抗氧化陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)”獲2004年度國家技術(shù)發(fā)明一等獎。下列日常生活中的物品也屬于復(fù)合材料的是( ) A．玻璃 B．鋼筋 C．農(nóng)業(yè)上的復(fù)合肥料 D．機動車的輪胎 解析： 機動車的輪胎在橡膠中加了較多的炭黑。 答案：D,26,