第4节 材料的发展

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第4节 材料的发展
联想情景导入
从远占时期到现代，人们穿着的衣料经过了一个漫长的变化过程(如下图所示)。你知道人们在各个不同时期制作衣服所用的材料吗 21世纪教育网
除此之外，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。让我们一起走过神奇的材料世界，去了解一下材料发展的漫长历程吧!
重点知识详解
一、材料的发展历程
石器 陶器 青铜器 钢铁的使用
新型材料的使用 合成材料的使用
二、新型材料：新型材料指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。新型材料主要包括：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、超导材料等。
三、纳米材料：以纳米为单位的超微小颗粒(材料)，称为纳米材料。如：纳米陶瓷、新型纳米油墨、纳米铝粉等。在机械强度、磁、光、声、热等方面都有很大的不同。21世纪教育网
四、材料制造与环境保护：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。21世纪教育网
经典例题解析
[例1] 下有关高温结构陶瓷和光导纤维的说法正确的是 ( )
A．高温结构陶瓷弥补了金属材料的弱点，但是硬度却远远低于金属材料
B．氮化硅陶器是一种重要的结构材料，具有超硬性，它不与任何无机酸反应
C．光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维
D．光导纤维的抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质量高，能防窃听
[解析] 高温结构陶瓷克服了金属材料的弱点，本身还具有很多优点，如耐高温、高硬度、不怕氧化等，所以A选项错误。氮化硅陶瓷是重要的结构材料，有许多优点，如耐腐蚀性较强，但都可以跟氢氟酸反应，所以B选项错误。光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维，且抗干扰能力好，不发生电辐射，能防窃听等，所以C、D选项正确。
[答案] C、D
[例2] 小芳收集了一些衣料的纤维，各取一部分做燃烧实验。下列衣料纤维中，燃烧后能够闻到有烧焦羽毛味的是 ( )
A．涤纶 B．锦纶 C．棉纤维 D．羊毛纤维
[解析] 这是一道生活常识题，纤维有天然纤维和合成纤维之分，天然纤维又分植物纤维和动物纤维，动物纤维燃烧后能够产生烧焦羽毛的气味。21世纪教育网
[答案] D
[例3] “信息”“材料”和“能源”被称为新科技革命的三大支柱。下列叙述不正确的是 ( )
A．核能、太阳能、氢能等是具有广阔开发前景的新能源
B．制造“神舟五号”宇宙飞船，使用了大量新型材料
C．有机高分子材料的广泛应用有百利而无一害
D．人类应与环境和谐相处，要合理开发和利用化石燃料等矿物资源
[解析] 随着化石燃料的日趋枯竭，人们正在利用新能源，如太阳能、水能、核能、氢能等；“神舟五号”的成功发射，标志着我国的科技走向世界先进水平，制造“神舟五号”，利用了陶瓷隔热瓦等新材料；有机高分子材料如塑料的大量使用，带来了“白色污染”，给环境造成危害。
[答案] C
[例4] 在各种新型材料的研发、制造和使用中，有涤纶、腈纶等各种_______(填“天然”或“合成”)纤维制成的五彩缤纷的衣料；有汽车等交通工具的轴承以及刀具等所用到的各种_______ (填“金属”或“非金属”)材料。
[解析] 涤纶、腈纶是用人工方法合成的有机高分子材料，而交通工具的轴承、刀具是用金属材料制成的。
[答案] 合成 金属
考点应试必备
1．现代科技发展，促使新型材料研究日益向微观深入的是 ( )
A．光电子信息材料 B．新型高分子材料
C．先进复合材料 D．纳米材料21世纪教育网
2．下列不属于新型有机高分子材料的是 ( )
A．高分子分离膜 B．液晶高分子材料
C．生物高分子材料 D．有机玻璃
3．下图是2008奥运吉祥物，其外材料为纯羊毛，内充PET纤维，化学式为(COC6H4COOCH2CH2O)n。下列说法中不正确的是 ( )
A．羊毛和PET纤维，前者是天然纤维，后者为合成纤维
B．羊毛和PET纤维可以用燃烧的方法鉴别21世纪教育网
C．PET纤维中C、H、O原子的个数比为5：4：2
D．羊毛和PET纤维的主要成分都是蛋白质21世纪教育网
4．金属陶瓷是一种应用于高秘技的复合材料，合成方法是将陶瓷(主要成分Al2O3、ZrO2等耐高温材料)和粘结金属(主要是Cr、Mo、W、Ti等高熔点金属)研磨混匀成型后，高温烧结使金属仍然以单质的形式存在于金属陶瓷之中。已知Cr、Ti的金属活动性比Fe强，和Zn接近。据此判断，在高温烧结时可以使用的保护气是 ( )
A．氧气 B．氮气或稀有气体 C．空气 D．HCl和水蒸气
5．Y2BaCu6O10是一种高温超导材料。该化合物中，Y、Ba、O三种元素的化合价依次为+3、+2、-2价，则铜元素的化合价为 ( )
A．O价 B．+1价 C．+2价 D．+3价21世纪教育网
6．科学造福人类。下列金属材料的冶炼和应用体现了人类社会不断发展、进步的是 ( )
A．①②③④ B．只有②③④ C．只有①③④ D．只有③④
7．下列制成物品所使用的材料，属于无机非金属材料的是 ( )
8．我国古代工艺品中不是以无机非金属材料为主要原料的是 ( )
A．青铜器 B．唐三彩 C．紫砂壶 D．宋代瓷器
9．一种新型高效净水剂PAFC(聚合氯化铁铝，化学式为[AlFe(OH)nCl6-n]m)，是以工业生产废料为原料制取的，广泛应用于工业污水的处理。该净水剂中铁元素的化合价为 ( )
A．0价 B．+2价 C．+3价 D．+6价21世纪教育网
10．据报道，科学家已经研制出世界上最薄的材料——碳膜片，其厚度只有一根头发的二十万分之一。如下图所示，这种碳膜片形状如蜂巢，是由碳原子构成的六边形单元向外延展而成，下列有关碳膜片的说法中正确的是 ( )
A．碳膜片属于单质21世纪教育网
B．碳膜片与C60是同一种物质
C．碳膜片属于人工合成的有机高分子材料
D．碳膜片在氧气中完全燃烧的产物和碳在氧气中完全燃烧的产物不同
11．乳酸基塑料是以土豆等副食品废料为原料，经多步处理而制成，是一种新型的可降解塑料。下列有关乳酸基塑料的说法中错误的是 ( )
A．乳酸基塑料属于金属材料21世纪教育网
B．制取乳酸基塑料的原料比较低廉且广泛
C．使用乳酸基塑料制品可以减少“白色污染”
D．乳酸基塑料属于有机高分子材料
12．“嫦娥一号”探月卫星采用碳复合材料替代铝合金制作定向天线展开臂，它有许多优点，同时也是保护金属资源的一种措施。下列属于该措施的是 ( )
A．防止金属腐蚀 B．回收利用废旧金属
C．合理有效地开采矿物 D．寻找金属代用品21世纪教育网
13．超临界水是常态水在温度超过374℃、压强超过2.21×107 Pa下形成的气、液密度相等的一种特殊状态的物质。在密闭条件下，超临界水可以任意比溶解O2等，通过氧化反应，在较短时间内以高于90％的效率将废塑料断裂成油状液体，以下有关超临界水的说法错误的是 ( )
A．常态水形成超临界水的过程是化学变化
B．超临界水向固体内部的细孔中渗透能力极强
C．利用超临界水技术治理“白色污染”具有广泛的应用前景
D．超临界水处理废塑料的工艺对设备耐高压、耐高温和耐腐蚀的要求很高
14．人类使用材料的历史，就是人类利用物质的进步史。制造下列用品所需的材料不是通过化学变化获取的是 ( )
A．木器 B．青铜器 C．铁器 D．塑料器具21世纪教育网
15．2008年北京奥运会的举办理念是“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”。
(1)北京奥运游泳中心“水立方”的外墙体采用新型塑料膜材料ETFE[它是乙烯-四氟乙烯的共聚物，化学式为(C2H2F2)n]，这种材料美观、耐用，可以使用15至20年。以下关于ETFE的说法中正确的是________(填序号)。①属于有机物；②属于有机合成材料；③易溶于水，能与空气中的氧气反应；④化学性质在自然条件下稳定。
(2)奥运“祥云”火炬的主材选用铝合金，燃料是丙烷(C3H8)，火炬手持的部分使用橡胶皮革漆，手感舒适，仿佛与另一只手紧紧相握。请回答：燃料丙烷完全燃烧生成________，不污染环境；铝合金材质主要优点是________、________ (答两条即可)；橡胶皮革漆中的橡胶属________材料。
16．新型材料的研制与应用推动了现代高新技术的发展。氮化硅(Si3N4)是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定。工业上制得氮化硅的化学反应方程式为aSi+bN2Si3N4；则a、b的数值分别为a=__________、b=_________。21世纪教育网
17．2005年国家质监局发布公告：禁止生产或进口有害的DEHA(C22H42O4)增塑剂的PVC食品保鲜膜。市场上保鲜膜的种类较多，要保证食品安全，必须注意识别。
(1)DEHA由_________种元素组成，分子中C、H原子个数比为_________。DEHA是一种_________(填“有机物”或“无机物”)，使用不当易通过食物进入人体。
(2)塑料保鲜膜不宜包装热的油炸食品，因为高温时保鲜膜中增塑剂分子更容易从保鲜膜进入食品中。从微观角度解释其原因是_________。
(3)全世界每年生产、使用约上千万吨保鲜膜，使用后成为塑料垃圾，为了保护环境，你提出的一条合理化建议是_________。
18．材料科学已成为当今世界上最热门的前沿科学之一。材料一般分为金属材料、无机非金属材料、合成材料及复合材料等。2005年3月28日，连续空缺6年的国家技术发明一等奖授予了中国工程院院士、中南大学校长黄伯云所领导的课题组，以表彰他们发现了“高性能炭／炭航空制动材料的制备技术”。黄伯云教授是益阳南县人，他和他的团队历经20年、7000多个日日夜夜的拼搏，在经过无数次失败之后，终于获得成功，不仅打破了欧美的垄断和技术封锁，而且性能更优。
(1)“高性能炭／炭航空制动材料”中的两个“炭”字代表两种不同的含碳材料，由此可推断它属于_________材料。21世纪教育网
(2)合成材料的大量使用有优点也有缺点，请你任意写出其中的优点和缺点各一个。
优点：____________________________________。
缺点：____________________________________。
19．为了减少“白色污染”，我国相关部门出台了“限塑令”。从2008年6月1日起，厚度小于0.025毫米的塑料购物袋被禁止生产、销售，其他种类的塑料购物袋为有偿使用。 某科学研究小组的同学欲对某种塑料袋的组成进行分析研究，并测算元素的质量分数，设计了如图所示的实验装置。
(资料显示该种塑料袋只含碳、氢两种元素，燃烧产物为二氧化碳和水。图中碱石灰可以吸收空气中的二氧化碳与水蒸气)
(1)实验时，打开分液漏斗的活塞，将H2O2溶液滴入到A装置的_________ (填仪器名称)中，再点燃C装置的酒精灯，使反应进行。21世纪教育网
(2)A装置中CuSO4溶液的作用只 _________。
(3)通过观察到的_________现象，可以判断塑料袋试样中含有碳元素。
(4)根据实验前后D装置的质量变化测算出该塑料袋试样中氢元素的质量分数为14.3％。若装置中没有连接仪器B，则测算出来的氢元素的质量分数会_________ (填“偏大”“ 偏小”“不变”或)。
参考答案
1．D 2．D 3．D 4．B 5．C 6．A 7．A 8．A 9．C 10．A 11．A12．D 13．A 14．A 15．(1)①②④ (2)CO2和H2O质轻 抗腐蚀(或强度较大或硬度较大等)有机高分子16．3 2 17．(1)3 11：21 有机物(2)高温时，分子运动速率加快 (3)少用塑料制品(或用可降解塑料等) 18．(1)复合(2)优点：轻便；难腐蚀；成本低；强度较高；绝缘性好 缺点：白色污染；有害健康 l9．(1)锥形瓶 (2)催化作用 (3)E装置中澄清石灰水变浑浊 (4)偏大
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