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第二十三讲化学与材料的制造、应用1．了解社会发展和科技进步对材料的要求。知道化学对材料科学发展的促进作用。2．了解金属材料、无机非金属材料、高分子合成材料、复合材料和其他新材料的特点。3．了解用化学方法进行金属材料表面处理的原理。4．知道我国现代材料研究和材料工业的发展情况。知道新材料的发展方向。一、材料的开发与利用1．新型金属与非金属材料(1)新型金属材料金属材料是使用最广泛的材料。主要有特殊性能和结构特性的合金材料、稀土金属材料、纳米金属材料等。如：用于航天制造业的重要材料：Mg—Al合金、现代建筑的门窗框架硬铝成分是：Al—Cu—Mg—Mn—Si合金。具有特殊性能的陶瓷材料：硒化锌、磁性材料：CoxFe3-xO4+x等。(2)高温结构陶瓷：一般有大、耐、耐①碳化硅（SiC）陶瓷：用作研磨介质、航天器的涂层材料等。②氮化硅（Si3N4）陶瓷：用于制造轴承、汽轮机叶片、(3)光导纤维材料：主要成分为________，应用于通信、医疗、信息处理等。(4)高纯单晶硅半导体材料：应用于信息技术领域，也是制造太阳能电池的核心材料。(5)纳米碳材料：纳米石墨材料、足球烯分子(C60、C90、C120)材料、碳纤维材料。1．(2)硬度高温腐蚀(3)SiO22．新型复合材料(1)复合材料：一种材料作为________，另外一种材料作为增强剂。(2)玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)：________纤维和合成树脂组成的复合材料。具有较好的强度，并且仍保持着合成树脂较高的耐化学腐蚀性、电绝缘性和易加工性能。(3)塑钢材料：主要是以________为基体，以碳酸钙为填充料制成。2．(1)基体(2)玻璃(3)聚氯乙烯二、硅酸盐材料硅酸盐工业：制玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐产品的工业叫硅酸盐工业。1．玻璃工业(1)普通玻璃原料——________、________、________。(2)反应原理：SiO2＋Na2CO3____________。SiO2＋CaCO3___________________。(3)玻璃成分：普通玻璃和钢化玻璃成分________，常因混有低价________化合物显浅绿色。石英玻璃和光纤玻璃的成分是________。1．(1)石灰石纯碱石英(2)Na2SiO3＋CO2↑CaSiO3＋CO2↑(3)相同铁SiO2(4)玻璃垃圾的处理：玻璃在自然条件下很难被消耗，玻璃摔破后既污染环境(会伤人、扎伤轮胎等)，又浪费资源，玻璃可以再生产，分装投放垃圾有利于玻璃的再生利用，保护环境。2．水泥(1)水泥原料——________、________。(2)化学原理：CaCO3CaO＋CO2↑SiO2＋CaOCaSiO3(3)水泥主要成分：________(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(________)、铝酸三钙(________)(4)对环境的污染：主要是______________和烧煤产生的______________。2．(1)石灰石黏土(3)硅酸三钙2CaO·SiO23CaO·Al2O3(4)粉尘SiO23．陶瓷(1)原料和工艺：陶瓷是以________、长石(钾、钠和钙的铝硅酸盐)、石英为主要原料经过粉碎、成型、煅烧等加工过程的制成品。陶生产工艺比瓷生产工艺简单，陶的结构没有瓷的结构________。(2)对环境的污染：主要污染物是______和烧煤产生的________对大气污染。陶瓷材料可能造成的污染还有________氡气等。4．硅酸盐常用表示方法：一般用氧化物形式表示：如：高岭土：Al2(Si2O5)(OH)4：Al2O3·2SiO2·2H2O。3．(1)黏土致密(2)粉尘SiO2放射性三、金属材料的防护1．金属保护中常用对其________进行处理以防止腐蚀。金属在接触使用环境之前，先用钝化剂或成膜剂(铬酸盐、磷酸盐、碱、硝酸盐和亚硝酸盐混合液等)处理，表面生成稳定密实的________，抗腐蚀性大大增加。(1)铝经过氧化处理，表面可以生成比在大气中生成的更为致密的膜，这类膜在温和的腐蚀环境(大气和水)中有优良的抗腐蚀能力。(2)钢铁部件表面________(生成磁性氧化铁的化学转化膜)处理。2．涂层：用有机涂料(油漆、富锌漆)保护大气中的金属结构是应用最广的传统防腐手段。1．表面氧化膜(2)发蓝3．牺牲阳极的阴极保护法(1)牺牲阳极法，在被保护的金属附近加装更________的金属，使被保护的金属变成________。例如：钢铁设备连接一块Zn、Mg或Al合金，使它们在形成的原电池中作为阳极而被腐蚀，而使金属设备作为阴极受到保护，被牺牲的阳极须定时更换。(2)外加电流法，是在体系中连接一块电极(石墨、铂或镀钌、钛、高硅铁、废钢等)作________，向被保护金属通电而使其成为________，使局部阴极电流与局部阳极电流相等、方向相反而相互抵消时，金属腐蚀停止，达到保护设备的目的。阴极保护广泛用于管道、电缆、海船、港湾码头设施、钻井平台、水库闸门、油气井等。4．合金化：在基体金属中加入一定比例的金属能改变合金成分，便于得到耐蚀性优良的材料。3．(1)活泼正极(2)阳极阴极新材料“纳米技术”广泛地应用于催化及军事科学中，“纳米材料”是指粒子直径在几纳米到几十纳米的材料。如：将“纳米材料”分散到液体分散剂中，所得混合物具有的性质是()A．能全部透过半透膜B．有丁达尔现象C．所得液体一定能导电D．所得物质一定为悬浊液或乳浊液解析：“纳米材料”的粒子大小在1～100nm之间，所以将“纳米材料”分散到液体分散剂中形成的分散系为胶体分散系，不是悬浊液或乳浊液，其中分散质不能透过半透膜，有机大分子胶体分散系不导电，胶体可产生丁达尔效应。答案：B特别提示：纳米材料纳米材料又称“纳米结构材料”，其特征是粒子的长度在纳米数量级范围(小于100nm)的材料，具有高强度，较高韧性、磁性、催化及贮氢性能等许多奇异性能。如：许多纳米纯金属的室温硬度比相应的非纳米金属硬度高2～7倍。目前纳米材料主要用于制备①高硬度、耐磨纳米复合材料；②纳米磁性材料；③电沉积纳米表面材料；④纳米玻璃材料等。对下列材料的特征及用途的说法不正确的是()A．玻璃纤维柔软如丝，可像棉纱一样纺织，但拉伸强度低B．光导纤维传导光的能力很强，是非常好的通讯材料C．氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用于制造柴油机D．玻璃钢强度高，密度小，耐腐蚀，可用于废水处理系统的管道解析：玻璃纤维虽然极细如丝，但其拉伸强度大，其拉伸强度接近于钢，显然A项错误；其它选项明显正确。答案：A硅酸盐材料(2011年揭阳市学业水平模拟)下列有关硅酸盐材料的说法不正确的是()A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英B.在水泥中，加入石膏的目的是加强水泥的机械强度C．钢化玻璃与普通玻璃相比具有相同成分D．制造陶瓷的主要原料是黏土解析：制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英，A正确；在水泥中，加入石膏的目的是调节水泥的硬化速度，B错；C、D明显正确。答案：B高分子材料的应用日、美三位科学家因发现“传导聚合物”而荣获2000年诺贝尔奖。传导聚合物的结构式为：则该单体为()A．乙烯B．1,3－丁二烯C．乙炔D．乙烷解析：本题只要弄清楚物质在加聚反应之后，不饱和键会打开构成长链，就会得出正确答案。答案：CnCHCH金属材料的防护下列说法不正确的是()A．铁制品生锈以后可以隔绝里面的铁与空气进一步接触B．铁制品的生锈过程是缓慢氧化的过程C．车、船表面涂上一层油漆可以防止铁生锈D．当镀锡铁制品的镀层破损时，镶层不能对铁制品起保护作用解析：选项A错误，铁制品生锈生成的氧化铁结构不紧密，起不到隔绝铁与空气的接触的作用。选项B正确，铁制品的生锈过程主要是发生原电池反应腐蚀。选项C正确，油漆可以隔绝金属与空气的接触。选项D正确，当镀层破损时，Sn－Fe可形成原电池，不再起到保护作用。答案：A单项选择1．下列有关合金的说法不正确的是()A．多数合金比单一金属有更大的硬度B．多数合金比单一金属有更高的熔点C．我国早在3000年前就使用合金D．新型合金有记忆合金、储氢合金等等解析：一般合金比单一金属的熔点低。答案：B2．(2011年广东龙山中学学业水平模拟)下列说法中，不正确的是()A．日常大量使用的不是纯金属而是它们的合金B．目前已制得的纯金属只有90多种，但制得的合金已达几千种C．钢是最纯的铁D．随意丢弃铝质包装既浪费金属材料又造成环境污染解析：A、B正确；钢是铁与碳的合金，钢只是含碳量少，硬度比较大，并不是最纯的铁，C错；D明显正确。答案：C3．光导纤维的主要成分是()A．纯硅B．玻璃C．SiO2D．纤维素解析：光导纤维的主要成分是SiO2，选C。答案：C4．(2011年汕头市学业水平模拟)下列关于新材料、新技术及其应用的说法错误的是()A．现代计算机中(CPU元器件)不需要应用半导体材料B．家用电冰箱门内的四周常装有磁性橡胶封条，可以使冰箱门关闭得严密C．“纳米材料”是指原料的几何尺寸达到纳米级，因而具有某些特殊性能D．光纤通信和微波通信中的电磁波传播的速度不相同解析：半导体材料大量用于电子元件，可见A错；其它选项明显正确。答案：A5．下列有关新型高分子材料的说法中，不正确的是()A．高分子分离膜应用于食品工业中，可用于浓缩天然果汁、乳制品加工、酿造业等B．复合材料一般是以一种材料作为基体，另一种材料作为增强剂C．导电塑料是应用于电子工业的一种新型有机高分子材料D．合成高分子材料制成的人工器官都受到人体的排斥作用，难以达到生物相容的程度解析：合成高分子材料制成的人工器官一般不受人体的排斥作用，易达到生物相容的程度。答案：D6．下列关于“新材料”描述错误的是()A．“超导材料”“半导体材料”和“纳米材料”都属于新材料B．“超导材料”可以应用于任何电器并使其效率提高C．纳米材料在力学、磁学、电学、热学、光学和生命科学等方面有重要的应用D．“半导体材料”广泛应用于手机、电视机、电脑的元件及芯片解析：“超导材料”可以应用于任何电器并使其效率提高，说得太绝对，故B明显错。答案：B7．(2010年江西学业水平模拟)下列有关一些工业生产原料的叙述中，错误的是()A．制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英B．变色玻璃是在普通玻璃中加入适量的溴化银和氧化铜的微小晶粒C．氮化硅高温结构陶瓷可由硅和氮气在常温反应制得D．制造普通水泥的主要原料是黏土、石灰石解析：硅和氮气的结构稳定，需在高温条件下方能发生反应。答案：C8．氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃时反应获得。根据性质推断氮化硅的用途错误的是()A．制汽轮机叶片B．制有色玻璃C．制永久性模具D．制造柴油机解析：氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，常常利用它来制造轴承、气轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。答案：B9．下列关于材料的说法中正确的是()A．高分子的材料都是耐高温材料B．玻璃属于复合材料C．合金的熔点比相应组分都高D．复合材料由基体、增强体组成解析：高分子材料有的也不耐高温，故A错；玻璃不属于复合材料，B错；合金的熔点比相应组分都低，C错；复合材料由两大部分组成，基体起连接作用，增强体起骨架作用，可见A、B、C错，D正确。答案：D10．“耐高温长寿命抗氧化陶瓷基复合材料应用技术”获2004年度国家技术发明一等奖。下列日常生活中的物品也属于复合材料的是()A．玻璃B．钢筋C．农业上的复合肥料D．机动车的轮胎解析：机动车的轮胎在橡胶中加了较多的炭黑。答案：D