1、2.6 材料的利用和发展材料的利用和发展 学习目标 1.知道材料的发展可促进人类文明的发展 2.了解新材料的性能和使用 3.清楚在制造材料的过程中会产生的污染以 及如何治理 材料的发展历程：材料的发展历程： 石器石器 陶器陶器 青铜器青铜器 钢铁的使用钢铁的使用 合成材料的使用合成材料的使用 新型材料的使用新型材料的使用 原始社会原始社会 火的发明火的发明 商朝商朝 春秋晚期春秋晚期 100100多年前多年前 2121世纪世纪( (信息时代信息时代) ) 标志着生产力的不断发展标志着生产力的不断发展 新型材料：新型材料： 光电子信息材料光电子信息材料 先进复合材料先进复合材料 超级陶瓷材料超级
2、陶瓷材料 新型金属材料新型金属材料 新型高分子材料新型高分子材料 超导材料超导材料 树脂基复合材料树脂基复合材料 金属基复合材料金属基复合材料 陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料 碳纤维复合材料碳纤维复合材料 纳米陶瓷纳米陶瓷 记忆合金、纳米金属、金属玻璃记忆合金、纳米金属、金属玻璃 导电塑料做成的塑料电池导电塑料做成的塑料电池 人工器官、可降解材料、人工器官、可降解材料、 高吸水性高分子高吸水性高分子 纳米材料制成的金纳米材料制成的金 属硬度会提高数倍属硬度会提高数倍 把纳米催化剂溶解在汽油里把纳米催化剂溶解在汽油里, , 可大大提高内燃机的工作效率可大大提高内燃机的工作效率 直接泼到纳米直接泼到
3、纳米 衬衫上的水和衬衫上的水和 油污只是停留油污只是停留 在衣服的表层，在衣服的表层， 轻轻一掸就掉轻轻一掸就掉 下去了，没有下去了，没有 留下一点痕迹留下一点痕迹。 国家节能高科技成果国家国家节能高科技成果国家“863863计划计划” 项目项目由哈尔滨久天蓄能发光科由哈尔滨久天蓄能发光科 技有限公司负责开发的纳米节能灯将技有限公司负责开发的纳米节能灯将 于明年初投入市场，纳米节能灯与现于明年初投入市场，纳米节能灯与现 在使用的节能灯相比，节能提高了在使用的节能灯相比，节能提高了 30%30%。 据了解，纳米节能灯的主要原料为据了解，纳米节能灯的主要原料为 稀土，经烧解成为纳米粉，制作过程稀土
4、，经烧解成为纳米粉，制作过程 中再添加些镁等元素生产而成。家庭中再添加些镁等元素生产而成。家庭 使用这种灯与现在节能灯相比，节能使用这种灯与现在节能灯相比，节能 提高提高30%30%；纳米节能灯的使用寿命为；纳米节能灯的使用寿命为3 3 万至万至5 5万小时，其亮度是现在节能灯万小时，其亮度是现在节能灯 的的5 5到到1010倍，将有效节省电力资源，倍，将有效节省电力资源， 为居民节省相关开支。为居民节省相关开支。 纳米节能灯纳米节能灯 设在马萨诸塞州的美国陆军士兵系统中心公布设在马萨诸塞州的美国陆军士兵系统中心公布 了了“未来部队勇士未来部队勇士 ，“未来战士未来战士”的作战制的作战制 服是
5、高科技的结晶。它系由高科技纳米材料制服是高科技的结晶。它系由高科技纳米材料制 成，该材料粒子在常态下就像能流动的金属一成，该材料粒子在常态下就像能流动的金属一 样，而一旦遇到子弹或者弹片的冲击时，它们样，而一旦遇到子弹或者弹片的冲击时，它们 彼此之间就会紧密地彼此之间就会紧密地“锁锁”在一起，使得一件在一起，使得一件 看似柔软的制服能够迅速变成一套坚硬无比的看似柔软的制服能够迅速变成一套坚硬无比的 盔甲。此外，制服距离士兵的身体留有盔甲。此外，制服距离士兵的身体留有3 3英寸英寸 的空隙，这样可以更好地吸收外来冲击能量。的空隙，这样可以更好地吸收外来冲击能量。 纳米军服纳米军服 奇妙的碳纳米管
6、奇妙的碳纳米管 最近，科学家正在致力于一种新最近，科学家正在致力于一种新 型纳米材料型纳米材料-碳纳米管的研究，这是碳纳米管的研究，这是 一种非常奇特的材料，它是石墨中一一种非常奇特的材料，它是石墨中一 层或若干层碳原子卷曲而成的笼状层或若干层碳原子卷曲而成的笼状“ “ 纤维纤维“ “，内部是空的，外部直径只有，内部是空的，外部直径只有 几到几十纳米。这样的材料很轻，但几到几十纳米。这样的材料很轻，但 很结实。它的密度是钢的很结实。它的密度是钢的1/61/6，而强，而强 度却是钢的度却是钢的100100倍。用这样轻而柔软、倍。用这样轻而柔软、 又非常结实的材料做防弹背心是最好又非常结实的材料做
7、防弹背心是最好 不过的了。如果用碳纳米管做绳索，不过的了。如果用碳纳米管做绳索， 是唯一可以从月球挂到地球表面，而是唯一可以从月球挂到地球表面，而 不被自身重量所拉断的绳索。如果用不被自身重量所拉断的绳索。如果用 它做成地球它做成地球- -月球乘人的电梯，人们月球乘人的电梯，人们 在月球定居就很容易了。在月球定居就很容易了。 在列车车轮旁边安装小型超导磁体，在列车向前行驶在列车车轮旁边安装小型超导磁体，在列车向前行驶 时，超导磁体则向轨道产生强大的磁场，并和安装在时，超导磁体则向轨道产生强大的磁场，并和安装在 轨道两旁的铝环相互作用，产生一种向上浮力，消除轨道两旁的铝环相互作用，产生一种向上浮
8、力，消除 车轮与钢轨的摩擦力，起到加快车速的作用。高温超车轮与钢轨的摩擦力，起到加快车速的作用。高温超 导体在悬浮列车上应用的研究集中在日本。导体在悬浮列车上应用的研究集中在日本。 超导材料超导材料 当某种材料在低于某一温当某种材料在低于某一温 度时，度时，出现电阻为零的现出现电阻为零的现 象即超导现象，象即超导现象，该温度即该温度即 是临界温度（是临界温度（TcTc）。超导）。超导 体是一种抗磁体，低于临体是一种抗磁体，低于临 界温度时，超导体排斥任界温度时，超导体排斥任 何试图施加于它的磁场，何试图施加于它的磁场， 当钇钡铜氧（当钇钡铜氧（YBCOYBCO）超导材料被冷却到液氮温度（）超导
9、材料被冷却到液氮温度（- -196196）时，就从正常态）时，就从正常态 转变为超导态。由于悬浮车和轨道之间没有直接的接触磨擦，只要沿轨道方转变为超导态。由于悬浮车和轨道之间没有直接的接触磨擦，只要沿轨道方 向给车体一个很小的推动力，悬浮车就将沿轨道延伸方向运动。如果轨道磁向给车体一个很小的推动力，悬浮车就将沿轨道延伸方向运动。如果轨道磁 场非常均匀（没有磁阻尼的理想状态），且车体在封闭的真空环境中运动，场非常均匀（没有磁阻尼的理想状态），且车体在封闭的真空环境中运动， 车的运动速度将不会衰减。车的运动速度将不会衰减。 中国研制的超导悬浮车中国研制的超导悬浮车 大堂灯光部分使用了光纤灯大堂灯光
10、部分使用了光纤灯 传输损失少，传输损失少， 透光性强易于透光性强易于 加工，耐久性加工，耐久性 强发光部不发强发光部不发 热，不通电只热，不通电只 透可见光，几透可见光，几 乎不透红外线乎不透红外线 和紫外线和紫外线 光纤材料光纤材料 F F- -22,22,先进复合材料占机体的先进复合材料占机体的40%40%，包括机翼、，包括机翼、 整流片和机身，复合材料的应用大大减少了机整流片和机身，复合材料的应用大大减少了机 身重量。雷达天线是用特殊合成材料制成的。身重量。雷达天线是用特殊合成材料制成的。 德国制成坚硬耐高温超级陶瓷德国制成坚硬耐高温超级陶瓷 据据世界报世界报报道，德国波恩的达姆施塔特技
11、术大报道，德国波恩的达姆施塔特技术大 学研制成了一种集学研制成了一种集坚硬和耐高温坚硬和耐高温两大优点于一体的超两大优点于一体的超 级陶瓷。这种新的陶瓷可耐高温级陶瓷。这种新的陶瓷可耐高温16001600，广泛应用于，广泛应用于 发动机，汽轮机制造及航天航空工业上。制造这种超发动机，汽轮机制造及航天航空工业上。制造这种超 级陶瓷的基础材料是一种以硅为基础的塑料，其晶体级陶瓷的基础材料是一种以硅为基础的塑料，其晶体 结构是由硅和氨原子交互而成。在进行高温处理后，结构是由硅和氨原子交互而成。在进行高温处理后， 这种材料就变成了氮化硅和金刚砂的混合物，表面形这种材料就变成了氮化硅和金刚砂的混合物，表
12、面形 成了一层氧化硅，可防止进一步的氧化。成了一层氧化硅，可防止进一步的氧化。 五代时期我国的陶瓷技术已登峰造极了，这时生产五代时期我国的陶瓷技术已登峰造极了，这时生产 的陶器被誉为的陶器被誉为“青如天，明如镜，薄如纸，声如磐青如天，明如镜，薄如纸，声如磐”。 美国美国“哥伦比亚哥伦比亚”号航天飞机的外壳，是由号航天飞机的外壳，是由3131， 000 000 块金属陶瓷瓦片铺砌而成，经受了返回大气层时块金属陶瓷瓦片铺砌而成，经受了返回大气层时 所产生的白热化高温的严竣考验。所产生的白热化高温的严竣考验。 高分子材料包高分子材料包 括塑料、橡胶、括塑料、橡胶、 纤维、薄膜、胶纤维、薄膜、胶 粘剂
13、和涂料等。粘剂和涂料等。 其中，被称为现其中，被称为现 代高分子三大合代高分子三大合 成材料的塑料、成材料的塑料、 合成纤维和合成合成纤维和合成 橡胶已经成为国橡胶已经成为国 民经济建设与人民经济建设与人 民日常生活所必民日常生活所必 不可少的重要材不可少的重要材 料。料。 一种用新型一种用新型 高分子软质高分子软质 材料制成的材料制成的 “无毛牙刷无毛牙刷” 在成都亮相。在成都亮相。 这款新型这款新型 “无毛牙刷无毛牙刷” 只湿水不吸只湿水不吸 水，能阻止水，能阻止 各种杂物进各种杂物进 入擦体内部。入擦体内部。 新型高分子材料新型高分子材料 新型材料：新型材料： 光电子信息材料光电子信息材
14、料 先进复合材料先进复合材料 超级陶瓷材料超级陶瓷材料 新型金属材料新型金属材料 新型高分子材料新型高分子材料 超导材料超导材料 人类在制造材料的人类在制造材料的 过程中会产生许多过程中会产生许多 污染。污染。 怎样以铜屑为主要原料制备硫酸铜怎样以铜屑为主要原料制备硫酸铜 Cu CuSO4 铜粉铜粉 怎样以铜为原料制备硫酸铜？怎样以铜为原料制备硫酸铜？ 设计方案一:铜与浓硫酸在加热条件下生成硫酸铜、水、二氧化碳。 原理：Cu + H2SO4（浓）（浓）= CuSO4 + SO2 + H2O 设计方案二：铜加热生成氧化铜加稀硫酸生成硫酸铜和水。 原理：2Cu+O2=2CuO CuO+H2SO4=
15、CuSO4+H2O 设计方案三：将铜与氯气加热转化为氯化铜，然后将氯将铜与氯气加热转化为氯化铜，然后将氯 化铜和氢氧化钠反应，生成氢氧化铜和氯化钠，最后化铜和氢氧化钠反应，生成氢氧化铜和氯化钠，最后 利用氢氧化铜和硫酸反应制取硫酸铜。利用氢氧化铜和硫酸反应制取硫酸铜。 原理：Cu + Cl2= 2CuCl2 CuCl2 + NaOH = Cu(OH)2 + NaCl Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O 试从原料的利用率、安全、操作简便、产生的污染、试从原料的利用率、安全、操作简便、产生的污染、 制备成本等方面评价上述三种方案的优劣。制备成本等方面评价上述三种方案的优劣。 Cu H
16、2SO4浓 浓 CuSO4 Cu CuO O2 CuSO4 H2SO4 Cu Cl2 CuCl2 Cu（OH）2 NaOH CuSO4 H2SO4 利用率低、会产生污染 可以利用 因所选原料氯气有毒，不符合环保要求因所选原料氯气有毒，不符合环保要求 1.下列从原料到制取较纯的最终产物的 实验设计中，理论上正确、操作可行、 经济上合理的是（ ） Cu Cu(NO3)2溶液溶液 Cu(OH)2 AgNO3溶液溶液 NaOH溶液溶液 A、 B、 CaCO3 CaO Ca(OH)2溶液溶液 高温高温 H2O Fe Fe2O3 Fe2(SO4)3溶溶 液液 在在O2中燃烧中燃烧 H2SO4溶液溶液 C、
17、 D、 CuCl2溶液溶液 Cu(OH)2 稀稀HCl Ca(OH)2溶液溶液 Cu B 工业“三废”工业“三废” 废气废气 废水废水 废渣废渣 炼炼 钢钢 棕色棕色 气体气体 氧化铁氧化铁 回收炼钢回收炼钢 一氧化碳一氧化碳 化工原料或燃料化工原料或燃料 炉渣炉渣 矿渣水泥或磷肥矿渣水泥或磷肥 热量热量 水蒸气、发电水蒸气、发电 我国工业“三废”处理：我国工业“三废”处理： 材料制造与环境保护材料制造与环境保护 为了减少或消除材料制造过程中的为了减少或消除材料制造过程中的 污染，人们需要探寻无污染或低污污染，人们需要探寻无污染或低污 染的（染的（ ） “绿色”新工艺绿色”新工艺 绿色话题绿色
18、话题 绿色食品：绿色食品： 安全无公害，不使用化肥和农药安全无公害，不使用化肥和农药 绿色旅游：绿色旅游： 不破坏自然环境和文物设施不破坏自然环境和文物设施 绿色装修：绿色装修： 环保材料环保材料无毒无毒 绿色新工艺：绿色新工艺： 生产工艺无毒、节能生产工艺无毒、节能、安全、安全、 原子转化率高原子转化率高 绿色话题绿色话题 绿色行为：绿色行为： 想一想生活想一想生活 中我们可以中我们可以 去做到哪些去做到哪些 绿色行为绿色行为 不用一次性筷子不用一次性筷子 控制实验药品用量控制实验药品用量 不用含氟冰箱不用含氟冰箱 不用含磷洗衣粉不用含磷洗衣粉 垃圾袋装，分类投放垃圾袋装，分类投放 少用不可
19、降解的塑料制品少用不可降解的塑料制品 不吃野生动物不吃野生动物 节电节水节电节水 2 至 2015 年 6 月 1 日， “限塑令”已经实施七年， 经调查， 连锁超市对“限 塑令”的执行情况比农贸市场好，市场管理仍面临监管挑战。 (1)政府“限塑”的真正目的是 (2)有人设想， 生产一种新型材料制作购物袋来代替现代的塑料袋。 你认为 这种新型材料应具备什么特点？请提出你的设想。 。(任写两点) (3)有人用焚烧的办法处理塑料袋，这种做法好不好？为什么？ _。 (4)你认为目前该采取什么办法处理土壤中的塑料袋？ _。 减少塑料袋对环境的污染(合理即可) 在短时间内被降解(分解)；对土壤不造成污染；能部分利用农田废 弃物(如秸杆等)；分解后能促进植物的生长等 不好，会造成大气污染 人工拣拾，集中无害化处理 材料的发展材料的发展 材料制造与材料制造与 环境保护环境保护 新型材料新型材料 材料的发展史材料的发展史 “绿色绿色”新工艺新工艺 三废的防治三废的防治 本节小结：本节小结： 试以锌为主要原料制备硫酸锌试以锌为主要原料制备硫酸锌 还给大自然原有的颜色还给大自然原有的颜色
