化学与材料

教学目标：

认知目标：

1．知道材料是社会进步的物质基础，了解材料开发和应用与化学科学发展之间的关系；

2．知道青铜、钢铁等合金在人类历史发展中具有的划时代的意义；

3．了解无机非金属材料（如陶瓷、玻璃、水泥等）在生产、生活中的应用；

4．了解纤维等合成材料的分类、性质和用途，知道“白色污染”的危害及其防治方法；

能力目标：

1．通过探究性实验掌握几种纤维、聚乙烯与聚氯乙烯的鉴别方法；

2．能够初步了解各种材料的优缺点及其应用

情感目标：

通过材料化学的学习，了解各种材料在社会发展中的重要作用

教学重点与难点：

1．无机非金属材料的用途；2．合成材料的概念、简单性质和性能及其用途 3．复合材料的用途

探究实验：

1．棉线、羊毛线、化纤布料的性质对比实验；2．聚乙烯和聚氯乙烯性质对比实验

知识整理：

一．金属材料

1．定义：金属材料包括纯金属与合金；

2．金属使用的历史过程：

青铜器时代：青铜器是人类社会最先使用的金属材料；

           （青铜：主要为铜（Cu）、锡（Sn）的合金）

铁器时代：钢铁的使用代表了中国进入了封建社会；

           （注意回忆与复习“冶炼生铁与钢”有关知识）

近现代：铝合金等新型合金的材料；

        金属铝的冶炼方法：电解熔融状态的氧化铝

提问：通过人类社会利用金属材料的顺序的分析，你觉得与哪些因素有关？

回答：（1）与金属活动性顺序有关，Cu、Fe、Al的金属活动性依次增强，活动性弱的金属，先利用

     （2）与冶炼金属工艺的难易程度有关，Al需要电解，冶炼要求最高，所以后利用。

3．新型金属材料：

   铝钛合金：耐腐蚀、质轻、高强度、高韧性，主要用于飞机制造工业；

   储氢合金：方便的储存、释放合金，主要用于镍氢电池；

   “形状记忆”合金：效果最好的合金为镍钛合金，影响其形态的因素为温度。

4．金属材料的优点及缺点：强度大，但不耐腐蚀

   注意回忆与复习“金属的腐蚀与防护”的相关内容

二．无机非金属材料

1．主要包括：陶瓷、玻璃、水泥等          优点：耐高温；缺点：脆性大

2．陶瓷：

（1）陶瓷的原料：瓷土、粘土、长石、石英等

（2）陶瓷的使用：

A．添加氧化铝（Al₂O₃）或氮化硅（Si₃N₄）的陶瓷，耐高温、高强度，可用于制造发动机零件；

B．用羟基磷酸钙[Ca₅(OH)(PO₄)₃]为原料生产的陶瓷，具有生物相容性，能制造人工固、关节等；

C．压电陶瓷，能将压力转变为电能的陶瓷，用于代替打火机中的火石；

3．玻璃：

（1）制造玻璃的原料：砂子（主要成分SiO₂）、石灰石（主要成分CaCO₃）和纯碱（Na₂CO₃）等；

（2）玻璃的种类及用途

     A．钠玻璃，用途最广泛的、最常见的玻璃；

     B．铅玻璃，具有很好的光折射性能，又称光学玻璃；

     C．钾玻璃，质坚，主要用于雕刻玻璃，工艺装饰品；

     D．钢化玻璃，成份与普通玻璃相同，只是工艺不同，使之质坚，主要用于汽车挡风玻璃等。

问题：制造普通玻璃的原料是纯碱、石灰石、石英，反应原理是碳酸钠、碳酸钙在高温下分别跟石英反应生成硅酸盐（CaSiO₃）。写出这两个反应的化学方程式。

回答：Na₂CO₃+SiO₂==Na₂SiO₃+CO₂↑；CaCO₃+SiO₂==CaSiO₃+CO₂↑

三．合成材料（又称，有机合成材料）

1．主要包括：塑料、合成橡胶、合成纤维      优点：强度大、密度小；缺点：不耐高温

2．塑料：

（1）常见的塑料：聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、有机玻璃（PMMA）和电木塑料；

（2）实验：点燃聚乙烯及聚氯乙烯，观察现象

（3）塑料的应用带来的负面影响——“白色污染”（废弃塑料的增加，带来的环境污染）

（4）解决“白色污染”问题：

A．尽可能的减少使用塑料制品；B．回收废旧塑料；C．研制和推广可降解塑料

3．合成橡胶：

（1）向橡胶中添加炭黑，为了增加其耐磨性；

（2）向橡胶中添加硫元素，为了增加其强度，但会减弱其弹性。

（3）合成橡胶与天然橡胶相比，优点为良好的弹性、绝缘性及耐高温性。

4．合成纤维：

（1）合成原料：主要为石油、煤、石灰石、水、空气等；

（2）几种纤维的性质比较实验：

（3）合成纤维的优点与缺点

A．优点：强度高、耐磨、弹性好、耐化学腐蚀性；B．缺点：吸水性和透水性差

四．复合材料

1．定义：是将两种或者两种以上的材料复合成一体而形成的材料，具有更优异的综合性能。

2．主要集中复合材料

（1）钢筋混凝土：钢筋（金属材料）和混凝土（无机非金属材料）的复合材料；

（2）机动车轮胎：合金钢（金属材料）和合成橡胶（合成材料）的复合材料；

（3）玻璃钢：塑料（合成纤维）和玻璃纤维（无机非金属材料）的复合材料；

（4）碳纤维

典型例题：

例1 如何识别聚乙烯薄膜和聚氯乙烯薄膜？

分析：由于两种薄膜组成的元素不同，致使燃烧的生成物不同，可以通过上面的对比实验得以分辨。

聚乙烯燃烧后无刺激性气味，无黑烟；聚氯乙烯燃烧后有刺激性气味，并有大量黑烟。

例2 下列物质所用的高分子材料，你认为具有热固性的是（   ）

   A．塑料凉鞋    B．自行车内胎   C．电线外面的塑料护套   D．电熨斗的塑料部件

分析：按塑料受热时的特征分热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料受热软化，可以反复塑制，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等；热固性塑料加工成型以后变为不溶、不熔状态，如酚醛、氨基塑料等。从此特征，根据日常生活经验，A、B、C三种塑料受热都易发生形变、熔化，而电熨斗上的塑料不能形变，故选D。

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