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第6节 材料的利用与发展
考试这样考
类型一 材料的发展
角度1：以材料发展为情景考查物质的变化
1.材料是人类文明进步的标志。下列不同时代物品的加工过程中只有物理变化的是（ ）
角度2：考查金属的冶炼的先后顺序
2.从金属材料的发展历史来看,先是青铜器时代，而后是铁器时代,铝的利用则是近百年的事，
下列与这个先后顺序有关的因素是 ( )
①金属的活动性 ②地壳中金属元素的含量 ③金属的延展性
④金属的导电性 ⑤金属冶炼的难易程度
A.①④ B.①⑤ C.②③ D.④⑤
类型二 新型材料
角度1：判断新型材料
3.新材料技术已成为高新技术关注的焦点。下列各组物质中，都属于新材料的是（ ）
A.橡胶、塑料、隐形材料 B.金、银、纳米材料
C.超导体、纳米材料、隐形材料 D.木材、钢材、超导体
角度2：考查新型材料的优异性能
4.早在一万多年前我国已开始制造和使用陶器。现代人们已能生产新型陶瓷材料，如用氧化
铝等为原料生产的陶瓷已制造发动机零件。下列有关氧化铝陶瓷的说法错误的是（ ）
A.该陶瓷属于无机非金属材料 B.该陶瓷中的原料氧化铝属于非金属氧化物
C.该陶瓷耐高温、强度高 D.该陶瓷耐酸、碱等化学物质的腐蚀
类型三 材料制造与环境保护
角度1：物质制备方案的可行性
5.某探究小组设计了下列四种制备物质的实验方案，其中能实现的是（ ）
A.CaOCa（OH）2溶液NaOH溶液 B.CuOCuCl2溶液Cu
C.FeFe2O3Fe2（SO4）3溶液 D.H2HClNaCl溶液
角度2：绿色化学
6.“绿色化学”是当今社会提出的一个新概念，在“绿色化学工艺”中理想状态是反应物的原子全部转化为目标产物，即原子利用率为100%，下列符合“绿色化学”理念的是( )
A.实验室制O2∶2KClO32KCl＋3O2↑ B.2C2H5OH＋O22CH3CHO＋2H2O
C．2M＋N===2P＋2Q，2P＋M===Q(M，N为原料，Q为期望产品)
D．用铁屑、CuO、稀硫酸为原料制铜：CuO＋H2SO4=CuSO4＋H2O Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu
类型四 学科综合
7.冬奥会火炬“飞扬”体现了艺术设计与科技创新的完美融合。
（1）火炬将采用氢气作为燃料,体现了绿色办奥的理念,氢气燃料实现“零排放”的原因
是 (用化学方程式解释) 。
（2）火炬外壳采用了重量轻的耐高温碳纤维材料。
测得碳纤维强度与热处理温度的关系如图所示。
由图可知,碳纤维强度与热处理温度的关系
是 。
类型五 拓展创新
8.实验室以氧化铜、铁粉和稀硫酸为原料制备铜。
（1）方法一：
①I 中反应的化学方程式是 ；II中反应的基本类型是 。
②该方法利用了铁的金属活动性比铜 (选填“强”或“弱”)。
（2）方法二：用铁粉与稀硫酸制得氢气进行如图实验。
①通入氢气的导管末端应位于试管 (选填“I”“II”
或“III”)处。该制备铜的方法利用了氢气的 性。
②8g 氧化铜与足量氢气反应，计算参加反应氢气的质量
。
（3）通过比较，写出方法一和方法二各自的一条优点 。
能力提升训练
1.科学家发现由C60制取的化合物M有抑制艾滋病毒的作用，下列叙述不正确的是（ ）
A.厦大化学家制得了C50，它与C60都是单质
B.某物质含有C50分子和C60分子，该物质是化合物
C.由C60制取化合物M的过程，发生了化学变化
D.C60在空气中燃烧生成二氧化碳的反应是化合反应
2.某大学研发出一种制备氢气的新工艺,流程如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.铝镓合金可以循环使用
B.太阳能的利用可以解决部分能源危机问题
C.流程中的氧化铝、水和氧气都属于氧化物
D.铝镓合金与水反应的化学方程式为2Al+3H2OAl2O3+3H2↑
参考答案
考试这样考
1.A 2.B 3.C 4.B 5.B 6.C
7.(1)2H2 + O2 === 2H2O
(2)在215~240℃的温度范围内,随着热处理温度升高碳纤维强度先增大后减小
8.（1）CuO+H2SO4===CuSO4+H2O;置换反应;强
（2）I;还原;0.2g
（3）方法一：节约能源，方法二：得到的铜纯净
能力提升训练
1.B 2.C
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第6节 材料的利用与发展
【核心概念】
12.技术、工程与社会 1.物质的结构与性质
【学习内容与要求】
12.2 技术与工程改变了人们的生产和生活
④举例说明重大的技术发明会给人类社会深远的影响。
⑤列举科学原理转换为实用技术的案例。
12.3科学、技术与工程相互影响与促进
⑥知道科学对技术与工程具有指导意义。
【教学目标】
1.科学观念: 了解材料的发展和利用的历史；知道常见的新型材料在促进技术进步方面的作用和意义；了解材料制造与环境保护的关系。
2.科学思维:运用比较法学习材料的发展和各种材料的功能
3.探究实践:借助具体的图片和实物等素材促进学生对材料的认识。
4.态度责任:联系环境污染和材料发展的实际情况,体会探寻无污染或低污染的“绿色”材料制造新工艺的意义。
【教学思路】本节课主要学习材料与人类社会发展、新型材料、材料制造与环境保护。材料的发展经历了石器、陶器、金属冶炼、合成材料、新型材料阶段。在制造材料的过程中会产生许多污染,为了减少或消除污染,人们需要探寻无污染或低污染的“绿色”新工艺。本节课以硫酸铜的制备为例,来说明污染物的防治、转化和综合利用的途径。
【教学过程】
教学环节 教学活动 设计意图
创设情境，明确问题 从1983年第一部电话诞生起，手机就在不断地改革与发展，一步步发展到了我们现在手中智能手机的样子。 为什么手机越来越轻便，功能越来越全吗？这得益于手机制造材料的进步。除手机外，还有很多用品如电视、电脑等迅速更新换代的原因都是其制造材料的发展。 由手机激发学习兴趣。
材料与人类社会发展 [情景展示] [问题探究] 人类使用材料的发展历程是怎样的 [思考交流] [归纳提升] 人类材料的发展历程:石器→陶器→青铜器→钢铁的使用→合成材料的使用→新型材料的使用。
新型材料 [情景展示] 新型材料制品 [问题探究] 什么是新型材料 新型材料有什么特点 [思考交流] [归纳提升] 新型材料指那些新出现或正在发展中的、具有优异特性和功能并能满足技术进步所需要的材料。其特点为:具有优异特性和功能,与普通材料的性质差别很大。 [继续探究] 新型材料有哪些 [思考交流] [归纳提升] 新型材料有光电子信息材料、先进复合材料、超级陶瓷材料、新型金属材料、新型高分子材料、超导材料、纳米材料、碳纤维等。
材料制造与环境保护 [情景展示1] 设计制备方法: (1)铜能与浓硫酸在加热条件下反应,生成硫酸铜、二氧化硫和水。 (2) (3) 2.实验原理(相关的化学方程式): (1) (2) (3) [问题探究] 以金属为主要原料制备相应的盐有多种途径,如何选择最优的途径(如:原料利用率高,产生的污染少)使工艺绿色化 [思考交流] [归纳提升] 对于某种物质的制取,首先,必须是方案合理可行;其次,必须符合绿色化学的要求,即制造材料过程中把污染降到最低,甚至无污染的状态,而且原料利用率要高。故将Cu与氧气加热反应生成CuO,CuO与稀硫酸反应制取CuSO4的方法符合上述要求,为最佳方案;铜与浓硫酸制取硫酸铜的反应原料利用率低,此过程中有污染空气的气体SO2产生,既浪费了原料又造成了环境污染;另一种方法是将铜与氯气在加热条件下反应生成氯化铜,然后将氯化铜与氢氧化钠溶液反应,生成氢氧化铜沉淀和氯化钠,最后利用氢氧化铜和硫酸反应制取硫酸铜。此方法所选用的原料氯气有毒,安全性不高,且操作步骤多(复杂),生产成本高,也不符合绿色工艺的要求。 [情景展示2] 工业三废: 废气 废水 废渣 [情景说明] 化学工业给社会带来巨大财富和众多产品的同时,也向周围环境排放了大量的“三废”(废水、废渣、废气),使自然界的生态平衡遭受破坏。 [问题探究] 为了保护环境,防治污染,最终达到在保持良好环境的条件下发展工业,我国采取了哪些处理和解决“三废”的措施 [思考交流] [归纳提升] 处理措施:(1)及时处理“三废”。①废气的处理:安装回收设备,将尘粒和一氧化碳、二氧化氮等有害物质除去。②废渣处理:制水泥或其他建筑材料,变废为宝。③废水处理:建污水处理厂,将废水中的有害金属转化为沉淀并制成金属材料,废水符合排放要求后再排放到河流中或循环利用。 (2)提高原料的利用率,增加产品的产量。(3)煤、石油制品进行脱硫处理。(4)推广“绿色工艺”,从根本上降低生产对环境造成的污染。
课堂小结
板书
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第6节 材料的利用与发展
浙教版 九年级上
教材解析
【核心概念】
12.技术、工程与社会 1.物质的结构与性质
【学习内容与要求】
12.2 技术与工程改变了人们的生产和生活
12.3科学、技术与工程相互影响与促进
④举例说明重大的技术发明会给人类社会深远的影响。
⑤列举科学原理转换为实用技术的案例。
⑥知道科学对技术与工程具有指导意义。
创设情境
为什么手机越来越轻便，功能越来越全吗？这得益于手机制造材料的进步。除手机外，还有很多用品如电视、电脑等迅速更新换代的原因都是其制造材料的发展。
从1983年第一部电话诞生起，手机就在不断地改革与发展，一步步发展到了我们现在手中智能手机的样子。
探究实践
新型材料的出现，大大推动了生产力的发展，促进了人类社会文明的进步。
人类历史上不同时代所使用的生产工具或战争中使用的武器，都记录了材料的发展过程。
原始人打制的石器
青铜制品
我国化合物半导体
材料进入生产阶段
光导纤维—信息高速公路的基础材料
探究实践
原始人利用石头制成了石斧、石刀、箭头、刮器， 又用兽骨和鱼骨制成了骨针，这使他们捕获了更多的野生动物，并利用它 们的毛皮保暖。
随着火的使用，古代人开始创造和使用陶器，使人类文明 得到了较大的发展。
在掌握湿法炼铜技术之后，又制造出了种类繁多的青铜器和锐利无比的青铜武器。
随着炼铁 技术的掌握，人们制造了犁， 从而使农业生产得到了飞速 的发展。
探究实践
随着科学技术的发展，人们有目的地改进材料的性能，使半导体材料、光纤材料（如图）、碳纤维复合材料等新型材料不断涌现，促进了通讯、计算机、航空、航天等行业迅速发展。人类社会进入了信息时代。
我国化合物半导体材料进入生产阶段
光导纤维——信息高速公路的基础材料
探究实践
材料的发展历程：
石器
陶器
青铜器
钢铁的使用
合成材料的使用
新型材料的使用
原始社会
火的发明
商朝
春秋晚期
100多年前
21世纪
标志着生产力的不断发展
探究实践
什么是新型材料？新型材料有什么特点？
探究实践
新型材料是指那些新出现或正在发展中的、具有优异特性和功能并能满足技术进步所需的材料。
以超级塑料制成的头盔防弹、抗压、撞不破
超级陶瓷质地坚韧，制成的刀具削铁如泥
超级玻璃能根据光照的强度改变颜色
探究实践
新型材料种类:
光电子信息材料
先进复合材料
超级陶瓷材料
新型金属材料
新型高分子材料
超导材料
陶瓷基复合材料 碳纤维复合材料
纳米陶瓷
记忆合金、铝合金、金属玻璃
导电塑料做成的塑料电池
新型材料
树脂基复合材料 金属基复合材料
人工器官、可降解材料、
高吸水性高分子
探究实践
现代科技发展，促使新型材料研究日益向微观层次深入，产生了纳米材料。
①用纳米陶瓷粉末烧成的陶瓷有很好的韧性，即使被撞倒也不破裂；
②新型纳米油墨的色调更浓，书写的字迹色泽更好；
③将纳米铅粉末加入到固体燃料中，就会使火箭推进器的前进速度加快好几倍。
纳米材料在各个领域有着广阔的应用前景。
（1）概念：纳米材料是指其基本颗粒在1~100纳米范围内的材料。
（2）性能：纳米材料与普通材料相比，在机械强度、磁、光、声、热等方面都有很大的不同。
（3）示例：
探究实践
人们在制造材料的过程中会产生许多污染。为了减少污染，人们需要探寻无污染或低污染的“绿色”新工艺，需要探索污染物的防治、转化和综合利用的途径。
怎样以铜为主要原料制备硫酸铜
1. 提出问题：
以铜为主要原料制备硫酸铜的绿色工艺的可行性如何？
2.设计制备方法、原理及评价：
（1）铜与浓硫酸在加热条件下生成硫酸铜、水、二氧化硫。
Cu + H2SO4(浓) = CuSO4 + SO2↑ + H2O
原理：
评价：
利用率低、会产生污染。
探究实践
（2）铜加热生成氧化铜加稀硫酸生成硫酸铜和水。
CuO + H2SO4 == CuSO4 + H2O
2Cu + O2 == 2CuO
（3）将铜与硝酸银反应生成硝酸铜，然后将硝酸铜和氢氧化钠反应，生成氢氧化铜和硝酸钠，最后利用氢氧化铜和硫酸反应制取硫酸铜。
Cu + 2AgNO3 = 2Ag + Cu(NO3)2
Cu(NO3)2 + 2NaOH = Cu(OH)2↓+ 2NaNO3
Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O
原理：
原理：
评价：
原料利用率高，无污染。
评价：
成本高、步骤繁锁。
探究实践
化学工业给社会带来巨大财富和众多产品的同时，也向周围环境排放了大量的“三废”（废水、废渣、废气），使自然界的生态平衡遭受破坏。
废水
废渣
废气
在化学工业中，除了要及时处理好“三废”，还要努力提高原料的利用率，增加产品的产量，从根本上降低生产对环境造成的污染。
探究实践
炼钢与“三废”的回收利用
炼钢过程中会产生大量的棕色烟气，其主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等，因此工厂安装了回收设备，将这些“放在错误地点的原料”进行回收利用。
例如，从烟气中回收的氧化铁尘粒可以用来炼钢；得到的一氧化碳可以做化工原料或燃料；烟气带出的热量可以用于制造水蒸气。此外，炼钢时生成的炉渣可以用来做矿渣水泥，含磷量较多的炉渣则可加工成磷肥等。
课堂小结
一、材料发展史
石器
→陶器
→金属
→合成材料
→新型材料
二、材料的制造
要采用“绿色”工艺：无污染或低污染
安全、经济、操作简单、原料利用率高、产量高、环保等
迁移应用
1.从金属材料的发展历史来看,先是青铜器时代,而后是铁器时代,铝的利用则是近百年的事,这个先后顺序与下列因素有关的是( )
①金属的活动性 ②地壳中金属元素的含量
③金属的延展性 ④金属的导电性 ⑤金属冶炼的难易程度
A. ①④ B. ①⑤ C. ②③ D. ④⑤
B
2.通过科学研究生产出很多材料,下列物质中不属于新材料的是( )
A.医用人造血管 B.破冰斧柄的玻璃纤维塑料
C.酒精、汽油 D.隔水透气的高分子薄膜
C
迁移应用
3.全世界每年产生的有害物达3亿~4亿吨,不仅对环境造成危害,甚至威胁着人类的生存,所以科学家提出“绿色化学”的概念。下列不属于“绿色化学”研究内容的是( )
A.“绿色化学”研究对环境无污染的清洁能源的开发
B.“绿色化学”研究可降解塑料的开发
C.“绿色化学”就是从源头上消除污染
D.“绿色化学”就是研究形状记忆合金的开发与应用
D
板书设计
第6节 材料的利用与发展
新型材料
材料发展史
石器—陶器—金属─合成材料─
材料的制造要采用“绿色"工艺
光电子信息材料、先进复合材料、超级陶瓷材料、新型金属材料、超导材料
谢谢
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