化学与材料(1)

1、第二节第二节 化学与材料化学与材料原始人居住的洞原始人居住的洞 以下是社会发展中以下是社会发展中人人类住所类住所的变化图的变化图, ,请注意它请注意它们各自的构成材料们各自的构成材料。用茅草搭起来的房屋用茅草搭起来的房屋用木头造的房屋用木头造的房屋用石头砌起来的房屋用石头砌起来的房屋高楼大厦高楼大厦现代居室现代居室材料材料是人类社会发展的里程碑。是人类社会发展的里程碑。化学化学为人为人类提供更丰富的材料。类提供更丰富的材料。材料材料的应用和发展与人的应用和发展与人类文明的进步紧密相关。类文明的进步紧密相关。人们对材料的认识、制造和利用，经历了人们对材料的认识、制造和利用，经历了从天然材料到人工

2、合成材料、为特定需求设计从天然材料到人工合成材料、为特定需求设计材料的发展材料的发展过程。过程。讨论：厨房材料有哪些？讨论：厨房材料有哪些？自来水管：自来水管：水槽、水龙头：水槽、水龙头：橱窗：橱窗：墙壁：墙壁：抽油烟机外壳：抽油烟机外壳：橱门外层：橱门外层：桌台面：桌台面：金属金属材料材料无机非金无机非金属 材 料属 材 料合成合成材料材料复合材料复合材料 镀锌管镀锌管 不锈钢不锈钢玻璃玻璃瓷砖瓷砖 塑料塑料 涂料、漆涂料、漆 人造大理石人造大理石一、金属材料一、金属材料纯金属纯金属合合 金金金属材料应用金属材料应用1 1、主要金属材料的使用史、主要金属材料的使用史青铜器时代：青铜青铜器时代

3、：青铜铁器时代：生铁和钢铁器时代：生铁和钢近现代：近现代： 铝铝铝的利用要比铜和铁晚得多，那仅铝的利用要比铜和铁晚得多，那仅仅是仅是100多年前的事情。现在世界上多年前的事情。现在世界上铝的年产量已超过了铜，位于铁之铝的年产量已超过了铜，位于铁之后，居第二位。后，居第二位。 铝有较好的延展性铝有较好的延展性可制成可制成0.01mm的铝箔，用于包装香的铝箔，用于包装香烟、糖果；铝的密度小和具有抗腐烟、糖果；铝的密度小和具有抗腐蚀等优良性能，铝及其合金在电线蚀等优良性能，铝及其合金在电线电缆工业、飞机、汽车等制造业有电缆工业、飞机、汽车等制造业有广泛的用途广泛的用途铝合金门窗铝合金用途铝合金用途我

4、们发现在金属利用的过程中我们发现在金属利用的过程中, ,首首先利用青铜先利用青铜, , 然后开始使用铁及钢然后开始使用铁及钢制品制品, ,到近现代才开始利用铝制品。到近现代才开始利用铝制品。请你思考一下：请你思考一下：金属的利用顺序与金属的利用顺序与那些因素有关那些因素有关? ?1、与金属活动性顺序有关。、与金属活动性顺序有关。Cu、Fe、Al的金属的金属活动性依次增强，活动性依次增强， 活动性弱的金属，被先利用。活动性弱的金属，被先利用。2、与冶炼金属工艺的难易程度有关。、与冶炼金属工艺的难易程度有关。Al需要电需要电解，冶炼要求最高，所以后利用。解，冶炼要求最高，所以后利用。 2、几种新型

5、合金、几种新型合金钛合金钛合金储氢合金储氢合金“形状记忆形状记忆”合金合金钛合金钛合金储氢合金储氢合金记忆合金记忆合金 钛合金与人体有很好的钛合金与人体有很好的“相容性相容性”，因此可用来制造，因此可用来制造人造骨。人造骨。 钛和钛合金钛和钛合金被认为是被认为是2121世纪的重要材料，它世纪的重要材料，它具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好等。尤其是抗腐蚀性好、易于加工、机械性能好等。尤其是抗腐蚀性能非常好，即使把它们放在海水中数年，取出性能非常好，即使把它们放在海水中数年，取出后仍光亮如新，其抗腐蚀性能远优于不锈钢，因

6、后仍光亮如新，其抗腐蚀性能远优于不锈钢，因此被广泛此被广泛用于火箭、导弹、航天飞机、船舶、化用于火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通讯设备等工和通讯设备等（1）新型合金）新型合金钛合金钛合金（未来的金属）（未来的金属）（2 2）新型合金）新型合金储氢合金储氢合金 （会（会“呼吸呼吸”的金属）的金属） 重要应用：方便地储存、释重要应用：方便地储存、释放氢气。放氢气。（可以贮存比其本身体（可以贮存比其本身体积大积大1000 1300倍的氢）倍的氢）储氢合金可用于以储氢合金可用于以H2为燃料的汽车为燃料的汽车(3)(3)新型合金新型合金: :形状记忆合金形状记忆合金 （“永不忘本永不忘本”的神奇金属

7、）的神奇金属） 形状记忆合金材料是形状记忆合金材料是一种新型的功能材料，一种新型的功能材料，其特点是：其特点是：在一定的在一定的外力作用下可以改变外力作用下可以改变其形态其形态(形状和体积形状和体积)，但当温度升高到某一但当温度升高到某一定值时，它又可完全定值时，它又可完全恢复原来的形态。恢复原来的形态。 “形状记忆”合金用途全程Ti-Ni记忆合金花 形状记忆合金形状记忆合金被广被广泛用于做人造卫星泛用于做人造卫星和宇宙飞船的天线，和宇宙飞船的天线，水暖系统、防火门水暖系统、防火门和电路断电的自动和电路断电的自动控制开关，以及牙控制开关，以及牙齿矫正等医疗材料。齿矫正等医疗材料。形状记忆合金的

8、用途形状记忆合金的用途在航空上的应用月球上的“奇葩”在室温下用形状记忆合金制成抛物面天线，然后把它揉成直径在室温下用形状记忆合金制成抛物面天线，然后把它揉成直径5厘米以下的小团，放入阿波罗厘米以下的小团，放入阿波罗11号的舱内，在月面上经太阳光的号的舱内，在月面上经太阳光的照射加热使它恢复到原来的抛物面形状。这样就能用空间有限的照射加热使它恢复到原来的抛物面形状。这样就能用空间有限的火箭舱运送体积庞大的天线了。火箭舱运送体积庞大的天线了。 用钛用钛- -镍形状记忆合金制成的人造卫星天线镍形状记忆合金制成的人造卫星天线“形状记忆”合金在医疗临床上的应用（a）预压缩 （b）受热扩张后（c）植入腔道

9、内效果 医医用用腔腔内内支支架架的的应应用用原原理理示示意意 使病人手术的愈合期也大大缩短。 消消化化道道内内支支架架胆道内支架胆道内支架 血管内支架血管内支架 二、无机非金属材料二、无机非金属材料在我们周围的环境中，有哪些无机非金属材料？在我们周围的环境中，有哪些无机非金属材料？它们有哪些用途？它们有哪些用途？二、二、无机非金属材料无机非金属材料无无 机机 非非 金金 属属 材材 料料传统无机非金属材料传统无机非金属材料 (砖瓦、陶瓷、水泥、玻璃）砖瓦、陶瓷、水泥、玻璃）新型无机非金属材料新型无机非金属材料（高温陶瓷、压电陶瓷、透明陶（高温陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、光导纤维等）瓷、光导纤维等

10、） 陶瓷在我国有悠久的历史，在新石器时代，陶瓷在我国有悠久的历史，在新石器时代，我们的祖先就已能制造陶器，到唐宋时期，制我们的祖先就已能制造陶器，到唐宋时期，制造水平已经很高，唐朝时的造水平已经很高，唐朝时的“唐三彩唐三彩”，宋朝，宋朝时的时的“钧瓷钧瓷”等闻名于世，流传至今。陶瓷的等闻名于世，流传至今。陶瓷的制造是人类材料发展史上第一次重大突破。制造是人类材料发展史上第一次重大突破。 作为陶瓷的故乡，我国陶都宜兴的陶器和作为陶瓷的故乡，我国陶都宜兴的陶器和瓷都景德镇的瓷器，在世界上都享有盛誉。瓷都景德镇的瓷器，在世界上都享有盛誉。1、陶瓷、陶瓷古代的陶器新石器时代马家新石器时代马家窑文化螺旋

11、纹彩窑文化螺旋纹彩陶双耳瓮陶双耳瓮 新石器时代半新石器时代半坡文化陶俑壶坡文化陶俑壶 秦兵马俑是陶制品秦兵马俑是陶制品古代的瓷器清光绪 青花云纹瓶 唐 骆驼载乐俑 北宋 白釉刻花梅瓶 现代日常生活中的陶瓷器制品现代日常生活中的陶瓷器制品陶瓷器制造过程示意图（制造陶瓷器的主要原料是黏土）2、水泥、水泥 水泥是非常重要的建筑材料水泥是非常重要的建筑材料,高高楼大厦和各种建筑工程都离不开它。楼大厦和各种建筑工程都离不开它。水泥厂水泥厂3、玻璃、玻璃 玻璃是我们每天都可以见到的一种玻璃是我们每天都可以见到的一种硅酸盐材料，一般住宅的窗玻璃就是最硅酸盐材料，一般住宅的窗玻璃就是最常见的玻璃，被称为普通玻

12、璃。还有有常见的玻璃，被称为普通玻璃。还有有色玻璃、钢化玻璃、特殊玻璃。色玻璃、钢化玻璃、特殊玻璃。钾玻璃钾玻璃,质坚质坚,主要用于雕刻玻璃主要用于雕刻玻璃,工艺装饰品工艺装饰品玻璃 玻璃包括普通玻璃（钠玻璃）、有色玻璃、钢化玻璃、特殊玻璃。 传统无机非金属材料具有传统无机非金属材料具有_、_等许多优点，但也有等许多优点，但也有_、_等弱点。等弱点。抗腐蚀抗腐蚀耐高温耐高温质脆质脆经不起热冲击经不起热冲击小结：小结： 氮化硅(Si3N4)陶瓷在1200左右的高温下，仍具有很高的强度，可用来制造汽轮机叶片、轴承、永久性模具等。高强度陶瓷高强度陶瓷新型无机非金属材料：新型陶瓷新型无机非金属材料：新

13、型陶瓷 高温陶瓷高温陶瓷氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷高压钠灯在空气中可耐受1980的高温，还可耐受酸、碱等化学物质的侵蚀新型陶瓷生物陶瓷 据新华社墨西哥城据新华社墨西哥城20042004年年1 1月月2020日电墨西哥科学院日前发日电墨西哥科学院日前发表的一份材料说，该国科研人表的一份材料说，该国科研人员经过员经过1010年的努力，成功开发年的努力，成功开发出一种可供移植的新型陶瓷骨。出一种可供移植的新型陶瓷骨。 研究者强调说，这种陶瓷研究者强调说，这种陶瓷骨具有组织相容性和生物稳定骨具有组织相容性和生物稳定性好等特点。它不会导致排异性好等特点。它不会导致排异反应，有利于诱导骨质的生长。反应，有利于诱

14、导骨质的生长。这种人工骨富含钙、锌，有利这种人工骨富含钙、锌，有利于手术后伤口皮肤更快愈合于手术后伤口皮肤更快愈合陶瓷膝关节假体陶瓷膝关节假体 陶瓷髋关节假体陶瓷髋关节假体某些新型陶瓷具有压电效应： 如安放在打火机中的压电陶瓷，一经敲打即如安放在打火机中的压电陶瓷，一经敲打即刻产生一个电火花，将机械能转变成电能。刻产生一个电火花，将机械能转变成电能。 医用医用B B超发生器的心脏也是一块压电陶瓷，它超发生器的心脏也是一块压电陶瓷，它实现的却是一个逆向转换：将电脉冲转变成实现的却是一个逆向转换：将电脉冲转变成机械振动，产生超声波。机械振动，产生超声波。 光导纤维光导纤维新型无机非金属材料的特性新

15、型无机非金属材料的特性1、_2、_3、_4、_能承受高温、强度高能承受高温、强度高具有电学特性具有电学特性具有光学特性具有光学特性具有生物功能具有生物功能三、合成材料三、合成材料（有机合成材料）（有机合成材料）有机有机合成合成材料材料塑料合成橡胶合成纤维有机合成材料的诞生，结束了人类只能有机合成材料的诞生，结束了人类只能依靠天然材料的历史。依靠天然材料的历史。天然纤维化学纤维动物纤维：蚕丝、羊毛等植物纤维：棉花、麻、稻草等人造纤维：粘胶丝（人造棉）、人造丝等合成纤维：锦纶、涤纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶等1、纤维分类、纤维分类(一一) 纤维纤维2、合成纤维与人造纤维的区别：、合成纤维与人造纤维的

16、区别：（1 1）合成纤维：合成纤维：不含纤维素不含纤维素。用石油产品、用石油产品、煤、石灰石、水、空气等为原料，通过一系煤、石灰石、水、空气等为原料，通过一系列化学反应制造而成列化学反应制造而成（2 2）人造纤维：人造纤维：含有纤维素含有纤维素。利用竹、木材利用竹、木材等经化学加工和纺织而制成的纤维等经化学加工和纺织而制成的纤维棉花纤维羊毛纤维合成纤维几种纤维的性质比较实验几种纤维的性质比较实验 性质性质 纤维纤维种类种类 灼烧情况灼烧情况 受酸影受酸影响响受碱液受碱液影响影响结论与结论与解释解释棉花棉花（天然植（天然植物纤维）物纤维） 头发头发（天然动（天然动物纤维物纤维） 化纤布料化纤布料

17、（合成纤（合成纤维）维） 迅速燃烧，产生黄迅速燃烧，产生黄色火焰，有烧纸色火焰，有烧纸的气味的气味燃烧，并产生烧燃烧，并产生烧焦羽毛的气味焦羽毛的气味先卷曲、融化，先卷曲、融化，后燃烧，产生后燃烧，产生特殊气味特殊气味变脆变脆 几乎无几乎无变化变化 几乎无几乎无变化变化 几乎无几乎无变化变化 变脆变脆 稍微稍微膨胀，膨胀，变脆变脆 植物纤维中含纤维植物纤维中含纤维素，在酸性或碱性溶素，在酸性或碱性溶液容易水解为葡萄糖液容易水解为葡萄糖 动物纤维中含有蛋动物纤维中含有蛋白质，在碱性溶液白质，在碱性溶液中容易被分解。中容易被分解。 合成纤维耐酸碱合成纤维耐酸碱溶液的腐蚀溶液的腐蚀 3.合成纤维的性

18、能和用途：合成纤维的性能和用途： 性质：具有具有强度高、耐磨、弹性好强度高、耐磨、弹性好和耐化学腐蚀等优点和耐化学腐蚀等优点, ,但吸水性和透气性但吸水性和透气性不如天然纤维优良。不如天然纤维优良。用途用途：供人类穿着外在生产和供人类穿着外在生产和国防上有很多用途。国防上有很多用途。 涤纶涤纶尼龙尼龙腈纶腈纶“神州神州”五号航天员穿的航天服，是用五号航天员穿的航天服，是用一种一种 特殊的高强度涤纶制成的（头盔特殊的高强度涤纶制成的（头盔和手套除外）和手套除外）纺纶纤维织成的防弹衣腈纶纺纶纤维织成的防弹衣腈纶认识服装标签认识服装标签 一般包括服装的号型、面料的纤维种类及含量、洗涤熨烫说明等内容。

19、中温熨烫中温熨烫（二）塑料（二）塑料 聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）聚苯乙烯（PS）有机玻璃（PMMA）电木塑料（bakelite）常见塑料聚乙烯（聚乙烯（PEPE）无毒，化学稳定性好，适合做食品和药物的包装材料无毒，化学稳定性好，适合做食品和药物的包装材料保鲜膜保鲜膜聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVCPVC）化学稳定性好，耐酸碱腐蚀，在使用时会分解出对健康有害化学稳定性好，耐酸碱腐蚀，在使用时会分解出对健康有害的物质而污染食品，不宜用于包装食品。的物质而污染食品，不宜用于包装食品。（使用时温度不宜超过（使用时温度不宜超过60，在低温下会变硬），在低温下会变硬）高温易变型，高温易变型，低温会变硬低温

20、会变硬有机玻璃酚醛塑料（俗称电木）具有耐热性酚醛塑料（俗称电木）具有耐热性活动与探究活动与探究简易鉴别聚乙烯与聚氯乙简易鉴别聚乙烯与聚氯乙烯塑料的方法？烯塑料的方法？步骤：各取一小块，点燃，观察燃烧情况及产步骤：各取一小块，点燃，观察燃烧情况及产生气体的气味生气体的气味实验现象：实验现象：聚乙烯：易燃烧，火焰上端黄色，下端蓝色，聚乙烯：易燃烧，火焰上端黄色，下端蓝色，燃烧时有滴油现象，离开火源后不会熄灭。燃烧时有滴油现象，离开火源后不会熄灭。聚氯乙烯：不易燃烧，火焰呈黄色，边缘带聚氯乙烯：不易燃烧，火焰呈黄色，边缘带绿色，冒黑烟，无滴油现象，有刺激性气味，绿色，冒黑烟，无滴油现象，有刺激性气味

21、，离开火源后会熄灭。离开火源后会熄灭。 合成材料的应用与发展大大方便了人类的生活，但是，合成材料的废弃物的急剧增加也带来了环境问题，废弃塑料带来的“白色污染”尤为严重。所以我国从2008年6月1日起，将限制使用塑料袋，以减少污染和节约资源。1、白色污染的危害 （1）在自然界中，这些垃圾难以分解。填埋作业是目前处理城市垃圾的一个主要方法，但塑料垃圾埋在土壤中经久不烂，长此下去会破坏土壤结构，降低土壤肥效，污染地下水。（2）焚烧废气物会释放出多种有毒的化学气体，严重污染环境，既威胁人类的健康，又影响市容面貌。2、白色污染的治理 （1）减少使用不必要的塑料制品。如用布袋代替塑料袋等；（2）重复使用某

22、些塑料制品。如塑料袋、塑料盒等；（3）使用一些新型的、可降解的塑料。如微生物降解和光降解塑料等；（4）回收各种废弃塑料。可降解塑料的降解过程可降解塑料的降解过程初放时初放时1个月个月2个月个月2.5个月个月3个月个月塑料包装制品回收标志（三）橡胶（三）橡胶 天然橡胶合成橡胶合成橡胶的性能和用途：合成橡胶的性能和用途：它具有它具有高弹性、绝高弹性、绝缘性、耐高温或低温等性能缘性、耐高温或低温等性能，因而广泛应用，因而广泛应用于农业、国防、交通及日常生活中。于农业、国防、交通及日常生活中。 讨论：橡胶，在日常生活有哪些应用，有哪些性质。讨论：橡胶，在日常生活有哪些应用，有哪些性质。天然橡胶天然橡胶

23、：夏天易软化、冬天易发硬：夏天易软化、冬天易发硬橡胶产品橡胶产品不同材料的性能不同材料的性能1、金属材料强度大，但不耐腐蚀。2、陶瓷材料耐高温，但脆性大。3、合成材料强度大、密度小，但不耐高温。在航天、航空工业需要密度小、耐高温、高强度的特殊材料，怎样才能获得呢？四、四、复合材料复合材料 1定义：是将两种或者两种以上的材料定义：是将两种或者两种以上的材料复合成一体而形成的材料，具有更优异复合成一体而形成的材料，具有更优异的综合性能。的综合性能。 2主要几种复合材料主要几种复合材料 （1）钢筋混凝土钢筋混凝土：钢筋（金属材料）和：钢筋（金属材料）和混凝土（无机非金属材料）的复合材料；混凝土（无机

24、非金属材料）的复合材料； （2）机动车轮胎机动车轮胎：合金钢（金属材料）：合金钢（金属材料）和合成橡胶（合成材料）的复合材料；和合成橡胶（合成材料）的复合材料； （3）玻璃钢玻璃钢：塑料（合成纤维）和玻璃：塑料（合成纤维）和玻璃纤维（无机非金属材料）的复合材料；纤维（无机非金属材料）的复合材料； （4）碳纤维碳纤维航天飞机的机头温航天飞机的机头温度度2760 C，通常，通常采用采用SiC、Si 3N4复复合材料合材料航空飞机各部分耐温图隐形战斗机隐形战斗机表面为具有良表面为具有良好吸波性能的好吸波性能的碳纤维复合材碳纤维复合材料料固体火箭发动机复合材料喷管固体火箭发动机复合材料喷管汽车尾气催化净化器汽车尾气催化净化器玻璃钢玻璃钢, 是玻璃纤维与一种或数种热固性或热塑性树脂是玻璃纤维与一种或数种热固性或热塑性树脂(一种塑料一种塑料)复合而成的材料复合而成的材料, 3、 复合材料的性能及用途性能：性能：具有具有强度高、密度小、耐高温、强度高、密度小、耐高温、耐腐蚀耐腐蚀等优异性能。等优异性能。用途：用途：广泛应用在宇航工业、汽车工广泛应用在宇航工业、汽