2017-2018學年蘇教版選修2 專題四第二單元 材料組成的優(yōu)化 課件（37張）

自主探究精要解讀 第二單元材料組成的優(yōu)化1什么是合金？ 提示金屬與金屬或非金屬熔合而成的具有金屬特性的混合 物。 自主探究精要解讀 2玻璃的原料、反應原理和成分？3我國“文房四寶”中墨是由什么制成的 提示“文房四寶”是指筆、墨、紙、硯，其中墨是由納米 級顆粒的松煙制成的。4“光纖”又稱光導纖維，其主要成分是什么？ 提示光導纖維屬新型無機非金屬材料。主要成分是SiO 2。 自主探究精要解讀 1知道材料的性能與其組成和結構的關系，認識改變材料組成是優(yōu)化材料性能的重要手段。2知道合金的基本類型，了解常見合金、稀土合金、貯氫合金的組成、性能及其用途。3認識主要的硅酸鹽材料，了解水泥、普通玻璃的主要成分、生產(chǎn)原料和生產(chǎn)過程。了解鉀玻璃、玻璃纖維、鋼化玻璃和彩色玻璃等特種玻璃的制造工藝。了解陶瓷的生產(chǎn)工藝及精細陶瓷的特殊性能和應用。4認識硅在信息材料制造和應用中的重要性，了解單晶硅和光纖的制造原理和應用。5知道納米材料的制造方法，了解納米材料的特性及應用。 自主探究精要解讀 1.合金 (1)合金的基本類型：制造各種合金，就是通過改變材料的組成獲得具有特殊性能的金屬材料。合金可分為三種基本類型： 相互 、形成 ，如Cu、Zn形成的黃銅合金； 相互起 ，形成 ，如AlTi合金，它的 耐腐蝕性比不銹鋼高100倍；相互 ，形 成 ，如焊錫。溶解金屬固溶體化學作用金屬化合物混合機械混合物 自主探究精要解讀 (2)貯氫合金的結構特點：某些 晶體結構中，原子排列得十分緊密，具有良好的貯氫性能，常用做貯氫材料。它們的表面有 或 作用，能使氫分子分解成 進入金屬內(nèi)部，仍然保持合金的晶體結構，能貯存的氫氣量極大。2硅酸鹽材料和特種陶瓷硅酸鹽材料是以含硅物質(zhì)為原料高溫燒制而成的。 、 、 等都是硅酸鹽材料。(1)水泥原料： 和 為主要原料， 為輔料。主要成分： 、 、 。稀土合金催化活化氫原子水泥玻璃陶瓷石灰石黏土石膏粉硅酸三鈣硅酸二鈣鋁酸三鈣 自主探究精要解讀 (2)玻璃原料：普通玻璃是以 、 、 為原料。主要成分：普通玻璃的主要成分是 、 、 。(3)陶瓷主要原料：黏土。性能與用途：用黏土制作的胚體有的表面還涂上釉。不同的陶瓷使用的黏土 不同，燒制的 也不同。陶瓷 、耐 、耐 、 、易 ，應用十分廣泛?；瘜W實驗使用的 、 也是陶瓷制品。純堿石灰石石英沙硅酸鈉硅酸鈣二氧化硅純度溫度抗氧化酸堿腐蝕高溫絕緣成型坩堝蒸發(fā)皿 自主探究精要解讀 與金屬材料和有機高分子材料相比，陶瓷的 更強。但陶瓷有脆性且抗拉、抗彎和抗沖擊性差。化學家用改變陶瓷組分的方法研制出具有高強度、耐高溫、耐腐蝕，并具有聲、電、光、熱、磁等多方面特殊功能的新一代無機非金屬材料 。抗腐蝕能力精細陶瓷 自主探究精要解讀 性能 超純硅 自主探究精要解讀 Si2Cl2=SiCl4或Si3H Cl=SiH Cl3H 2 熔融 自主探究精要解讀19002000 光纖 自主探究精要解讀 1. 納米材料的定義 納米材料又稱 ，其顆粒直徑大小為1100 nm。因其顆粒等級屬于納米級而得名。2納米材料的特性與應用 納米材料是由納米級顆粒積聚而成的。納米材料在 、 、 、 等方面顯示出許多與宏觀材料迥然不同的特性，它已成為當今材料科學研究的熱點之一。人們預計21世紀將是納米材料大規(guī)模實用化的時期，因此納米材料被譽為“ ”。超細微材料化學光學電磁學力學跨世紀的新材料 自主探究精要解讀 3納米材料的制造方法 高純度的納米顆粒是無法用通常的 獲得的，因為機械粉碎法只能得到直徑為 以上的粉料，而且在粉碎過程中易混入雜質(zhì)。 納米材料可以通過 或 方法制得?；瘜W方法主要是利用化學反應使原子或分子 形成納米顆粒。 機械粉碎法1000nm物理化學聚集、沉淀 自主探究精要解讀 Fe3O4可表示為FeOFe2O3，那么硅酸鹽如何用氧化物表示其組成？提示表示順序為：活潑的金屬氧化物較活潑的金屬氧化物二氧化硅水。如高嶺土：Al2(Si2O5)(OH )4可表示為：Al2O32SiO22H 2O。 鋼筋混凝土的成分是什么？提示鋼筋、石子、沙子、水泥?！旧魉?】【慎思2】 自主探究精要解讀 光導纖維傳遞信息的優(yōu)點是什么？提示傳播過程中信息能量損失少，傳播快，廉價。 鋼化玻璃是怎樣由普通玻璃制造的？提示把普通玻璃放入電爐里加熱，使它軟化，然后急速冷卻，即得鋼化玻璃。鋼化玻璃的機械強度比普通玻璃大46倍，不易破碎，破碎時沒有尖銳的棱角，不易傷人。鋼化玻璃和普通玻璃的成分相同?！旧魉?】【慎思4】 自主探究精要解讀 1合金是指兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。 一般來說，合金的性能優(yōu)于純金屬，合金的熔點比它的各成分金屬熔點都低，硬度比它的各成分金屬大。但合金的性質(zhì)并不是各成分金屬性質(zhì)的總和。2合金可分為三種基本類型：(1)相互溶解，形成金屬固溶體，如黃銅合金；(2)相互起化學作用，形成金屬化合物；如鋁鈦合金；(3)相互混合，形成機械混合物，如焊錫。 自主探究精要解讀 3鋁合金：金屬鋁中加入其他元素如銅、鎂、硅、鋅、鋰等，即形成各種性能優(yōu)良的鋁合金。 (1)性質(zhì)特征：鋁合金具有密度小、強度高、塑性好、易于成型、制造工藝簡單、成本低廉等特點，并且表面易形成致密的氧化物保護膜而具有一定的抗腐蝕能力。 (2)用途：鋁合金主要用于建筑業(yè)、容器和包裝業(yè)、交通運輸及電子行業(yè)，如汽車車輪的骨架，硬盤抽取盒等。另外，還廣泛用于制造飛機構件。 自主探究精要解讀 4貯氫合金是指某些稀土合金，它們的晶體表面有催化或活化作用，能使氫分子分解成氫原子進入金屬內(nèi)部，而不改變合金的晶體結構。 (1)貯氫合金的代表是鑭鎳合金。 (2)合金的貯氫過程是可逆反應，吸氫過程，放出熱量；解吸過程，吸收熱量。溫度低有利于吸氫；溫度高有利于解吸。 (3)應用：利用貯氫材料在吸(放)氫時放(吸)熱的特點，可制造貯氫合金的空調(diào)器；利用貯氫合金對氫的優(yōu)異選擇性精制氫氣，可獲得純度高達99.999 9%的氫氣。 自主探究精要解讀 下圖是三種稀酸對FeCr合金隨Cr含量變化的腐蝕性實驗結果，下列有關說法正確的是 ()。A稀硝酸對FeCr合金的腐蝕性 比稀硫酸和稀鹽酸的弱B稀硝酸和鐵反應的化學方程式是： Fe 6H NO3(稀)= Fe(NO3)33NO23H 2O CCr含量大于13%時，因為三種酸中硫酸的氫離子濃度最 大，所以對FeCr合金的腐蝕性最強D隨著Cr含量增加，稀硝酸對FeCr合金的腐蝕性減弱【例1】 自主探究精要解讀 解析A項，由圖示可知當Cr含量小于13%時，稀硝酸對合金的腐蝕性比稀硫酸和稀鹽酸強，當Cr含量大于13%時，稀硝酸對合金腐蝕性較弱。B項，稀硝酸與金屬反應時，其還原產(chǎn)物應是NO。C項，Cr含量大于13%時，硫酸對合金腐蝕性最強，由于溶液密度沒有給出，硫酸中氫離子濃度不一定最大。D項，由圖示可知，隨著Cr含量增加，稀硝酸對合金腐蝕性減弱。答案D 自主探究精要解讀 合金的性能優(yōu)越于純金屬，可以提高其耐腐蝕性、硬度、韌性、強度等。但熔入的其它金屬或非金屬也并非越多性能就越好。 自主探究精要解讀 汞合金是目前使用較多的補牙材料。英國新科學家雜志最近發(fā)表了一篇文章，對汞合金補牙材料的安全性提出了質(zhì)疑。汞合金補牙材料中除水銀外，還含鋅、錫、銅等金屬。下列有關汞合金的說法中不正確的是 ()。A汞合金是一種具有金屬特性的物質(zhì)，易導熱導電B汞合金的強度和硬度比錫的大C汞合金的熔點比汞的低D汞合金的毒性遠低于汞的毒性【體驗1】 自主探究精要解讀 解析合金具有金屬特性，A正確；合金一般強度和硬度比組成金屬的大，B正確；合金的熔點一般低于其各成分的熔點，但汞合金例外，作為補牙材料，熔點不可能低于汞，C錯；作為補牙材料不能有毒性，D正確。答案C 自主探究精要解讀 1 水泥 ( 1)生產(chǎn)過程 將原料按比例混合后，研磨成生料，高溫煅燒得熟料(主要成分是CaSiO3)，再加石膏(主要成分是CaSO42H 2O)研成粉末得普通硅酸鹽水泥。 自主探究精要解讀 (2)普通硅酸鹽水泥主要原料主要設備反應條件普通水泥的主要成分主要性質(zhì)黏土、石灰、石、(石膏適量)水泥回轉(zhuǎn)窯 高溫硅酸三鈣：3CaOSiO2硅酸二鈣：2CaOSiO2鋁酸三鈣：3CaOAl2O3水硬性 自主探究精要解讀 2.玻璃 (1)普通玻璃 自主探究精要解讀 (2)幾種玻璃的特性和用途種類特性用途普通玻璃在較高溫度下易軟化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等石英玻璃膨脹系數(shù)小，耐酸堿，強度大，濾光化學儀器、高壓水銀燈、紫外燈等的燈殼；光導纖維、壓電晶體等光學玻璃透光性能好，有折光和色散性眼鏡片、照相機、顯微鏡、望遠鏡用的凹凸透鏡等光學儀器玻璃纖維耐腐蝕、不怕燒、不導電、不吸水、隔熱、吸聲、防蟲蛀太空飛行員的衣服、玻璃鋼等鋼化玻璃耐高溫、耐腐蝕、強度大、 質(zhì)輕、抗震裂運動器材、微波通訊器材、汽車、火車窗玻璃等有色玻璃加入金屬氧化物紅色：Cu2O藍色：Co2O3工藝品、窗玻璃 自主探究精要解讀 3.陶瓷(1)陶瓷生產(chǎn)(2)陶瓷具有抗氧化、抗酸堿腐蝕、高溫、絕緣、易成型等優(yōu)點，古代陶瓷器，歷經(jīng)千百年還是藝術珍品。主要原料生產(chǎn)過程反應條件種類性能黏土混合成型干燥燒結冷卻高溫土器、陶器炻器、瓷器抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型 自主探究精要解讀 4特種陶瓷是有別于傳統(tǒng)或普通陶瓷而言的，又稱為精細陶瓷、新型陶瓷等。 特種陶瓷是在傳統(tǒng)陶瓷的基礎上發(fā)展起來的，是指采用精選的原料，具有能精確控制的化學組成，按照便于進行的結構設計及便于控制的制備方法進行制造、加工的，具有優(yōu)異特性的陶瓷。特種陶瓷一般分為結構陶瓷和功能陶瓷兩大類，結構陶瓷是指用于各種結構部件，以發(fā)揮其機械、熱化學和生物等功能的高性能陶瓷。功能陶瓷是指那些可利用電、磁、聲、光、熱、彈性等性質(zhì)以實現(xiàn)某種使用功能的先進陶瓷，也可以叫做特種功能陶瓷。 自主探究精要解讀 下列物品或設備：水泥路橋門窗玻璃水晶鏡片石英鐘表瑪瑙手鐲硅太陽能電池光導纖維計算機芯片所用材料為SiO2或要用到SiO2的是 ()。A BC D全部解析硅太陽能電池和計算機芯片用到的材料為晶體硅。答案C【例2】SiO 2用途廣泛，是光導纖維中的主要成分，而Si屬半導體材料，主要用于制作電器元件、芯片、太陽能電池等。 自主探究精要解讀 青石棉是一種致癌物質(zhì)，是鹿特丹公約中受限制的46種化學品之一，其化學式為Na2Fe5Si8O22(OH )2。青石棉用稀硝酸溶液處理時，還原產(chǎn)物只有NO，下列說法不正確的是()。A青石棉是一種硅酸鹽材料B青石棉中含有一定量的石英晶體C青石棉的化學組成可表示為： Na 2O3FeOFe2O38SiO2H 2OD1 mol青石棉能使1 mol H NO3被還原 【體驗2】 自主探究精要解讀 解析硅酸鹽指的是硅、氧與其他化學元素(主要是鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉等)結合而成的化合物的總稱，故青石棉是一種硅酸鹽產(chǎn)品；青石棉是一種純凈物，不可能含有一定量的石英晶體；1 mol Na2O3FeOFe2O38SiO3H 2O跟硝酸反應時，失去3 mol電子，故能使1 mol H NO3被還原。答案B 自主探究精要解讀 納米技術的發(fā)展，將給我們的生活帶來極大的變化?！凹{米技術”就是通過物理或化學方法，將物質(zhì)粉碎成“納米級”微粒。這種微粒比頭發(fā)絲的十萬分之一還要細，要在20萬倍以上的電子顯微鏡下才能看得清楚。自九十年代初開始興起的納米技術，可以帶來信息、能源、交通、醫(yī)藥、食品、紡織、環(huán)保等諸多領域的新變革，大大提升我們的生活質(zhì)量。如在玻璃表面涂一層滲有納米化氧化鈦的涂料，那么普通玻璃馬上變成具有自己清潔功能的“自凈玻璃”，不用人工擦洗；計算機在普遍采用納米化的材料后，可以縮小成為“掌上電腦”，體積將比現(xiàn)在的筆記本式電腦還要小得多。 自主探究精要解讀 普通的材料，通過納米化處理，更能增添許多神奇特性。如陶瓷經(jīng)過納米化加工，可制成陶瓷彈簧、刀具等；而一些固體變成納米化微粒后，不僅黏附力增強，還新添了對紫外線的吸收性質(zhì)，除了可制成抗掉色的口紅，還可開發(fā)出防灼的高級化妝品。此外，利用納米化材料特殊的磁、光、電等性質(zhì)，還可以開發(fā)出難以數(shù)計的新的元器件，在信息工程、生物工程等方面發(fā)揮重要作用，從而衍生出新興的高科技產(chǎn)業(yè)群。 自主探究精要解讀 “納米材料”是粒子直徑為幾納米至幾十納米的材料，納米碳就是其中一種。若將納米碳均勻地分散到蒸餾水中，所形成的物質(zhì) ()。是溶液是膠體能產(chǎn)生丁達爾效應能透過濾紙不能透過濾紙靜置后會析出黑色沉淀A B C D解析納米材料的粒子直徑為幾納米至幾十納米，屬于膠體粒子的范圍，將納米碳均勻地分散到蒸餾水中，所形成的物質(zhì)屬于膠體，具有膠體的性質(zhì)。答案B【例3】 自主探究精要解讀 納米是一個長度單位1 nm109 m。而納米材料又稱超微粒材料，其直徑在1100 nm之間被稱為“跨世紀的新材料”。 自主探究精要解讀 下列關于膠體的認識錯誤的是 ()。A雞蛋清溶液中加入飽和硫酸鈉溶液生成白色沉淀，屬于 物理變化B納米材料微粒直徑一般從幾納米到幾十納米(1 nm10 9m)，因此納米材料屬于膠體C往Fe(OH )3膠體中逐滴加入稀硫酸會產(chǎn)生沉淀而后沉淀 逐漸溶解，這是先發(fā)生聚沉，然后發(fā)生中和反應D化工廠常用高壓電除去廢氣中的煙塵，是因為煙塵微粒 帶電荷【體驗3】 自主探究精要解讀 解析A項為鹽析的過程，鹽析為可逆過程，并且屬于物理變化。B項膠體屬于一種分散系而納米材料不是分散系。C項屬于膠體的聚沉，即在膠體中加電解質(zhì)，電解質(zhì)電離產(chǎn)生與膠粒帶相反電荷的離子中和了膠粒所吸附的電荷，消除了膠粒間的相互斥力，從而使膠體發(fā)生聚集，形成大顆粒而沉淀，同時Fe(OH )3又與加入的H 2SO4發(fā)生反應生成Fe2(SO4)3而溶解。D項煙塵微粒形成的分散系為氣溶膠，膠粒帶電，所以可以利用高壓電除塵。答案B