第三章探索生活材料1

3、玻璃、陶瓷和水泥2、金属的腐蚀和防护1、合金4、塑料、纤维和橡胶第三章探索生活材料第一节、合金不锈钢制成的餐具锰钢制成的钢轨铝合金制成的箱子镁铝合金制成的3C产品镁铝合金制成笔记本电脑外壳镁铝合金制成的自行车厨房用具

铁锅和下水井盖高压锅青铜器储氢汽车

金饰品一、认识合金（纯金属80多种,合金达数千种）（一）合金的定义：由两种或两种以上的金属（或金

属与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。

（二）性能：1、硬度较大

2、熔点一般比各成分金属低

为什么加入其他元素形成合金以后，金属的性能与纯金属有很大的差异呢？

3、合金的性能可以通过所添加的元素的种类、含量和

生成合金的条件等来加以控制。纯金属和合金的结构不同硬度加大改变了金属原子有规则的层状结构二、使用合金1、铁合金铁碳合金：生铁：钢：含碳量为2%~4.3%含碳量越高，硬度越大含碳量越低，韧性越强

硬度大，抗压，性脆，可以铸造成型，制机座、管道。

良好的延展性，机械性能好，制造机械和交通工具。含碳量为0.03%~2%钢碳素钢合金钢不锈钢（Cr18%,Ni8%）高碳钢（硬度较大）中碳钢低碳钢（韧性较好）锰钢（增加强度和韧性）

钢中合金元素的主要作用2、铝合金：合金元素Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土金属硬铝：Cu40%、Mg0.5%、Mn0.5%、Si0.7%性能：密度小、强度大、抗腐蚀用途：飞机和宇宙飞船3、铜合金：黄铜：

Cu—Zn（含Zn20%~36%）

青铜：

Cu—Sn（含Sn10%~30%）白铜：

Cu—Ni4、金首饰

纯金质软，不适合直接制造首饰.一般的金首饰中含有一定量的Cu和Ag.讨论：用来铸造硬币的合金需要具有什么性质？资源丰富无毒轻便耐磨耐腐蚀美观、易加工铸造硬币的合金有一定的硬度，不能太硬，否则不易压印数字和图案。耐磨抗腐蚀不能太昂贵：低于合金价值铸币合金成分一元：钢芯镀镍五角：钢芯镀铜一角：铝合金三种金属价值：镍>铜>铝4、新型合金(1)储氢合金：Ti-FeLa-Ni

氢燃料电池汽车上的储氢罐（2）钛合金（3）耐热合金（4）形状记忆合金（5）泡沫合金形状记忆合金：合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。用记忆合金制作的眼镜架。当这种眼镜架弯曲时，只要将它放入55。C的温水中，即可恢复到原来的形状。形状记忆合金制成的水龙头上的温度调节装置形状记忆合金制成的“蝴蝶”（可模仿肌肉的收缩）1、有关合金的叙述不正确的是

A、合金的熔点比它的各成分金属的熔点低B、合金的硬度和强度一般比纯金属高C、合金一定是金属熔合而成的物质D、硬铝、黄铜和钢均为合金2、用于飞机制造业的重要材料是

A、Al－Si合金B、Cu－Sn合金C、Cu－Zn合金D、不锈钢CA练习3、下列关于镁铝合金的说法正确的是A、熔点比镁、铝都高B、熔点比镁、铝都低C、硬度比镁、铝都小D、硬度比镁、铝都大4、钢是由什么组成的合金AFe和CO2BFeO和CCCu和ZnDFe和CBDDFe2O3·XH2O铁锈：铜绿：Cu2(OH)2CO3第二节

《金属的腐蚀和防护》

2007年8月1日，美国明尼苏达州一座跨越密西西比河的大桥发生坍塌。事故造成6人死亡。早在2001年由明尼苏达州交通部门作出的一份研究报告显示,大桥连接路堤和主桥的引桥“存在老化问题”。同时,支撑桥梁的主结构桁架也存在“老化问题”。

一、金属腐蚀金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。金属腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀

定义：

本质：金属失去电子被氧化。（1）接触的介质不同，（2）发生腐蚀的化学原理也不同。

分类：

金属跟接触到的物质（如O2、Cl2、SO2等）直接发生化学反应而引起的腐蚀。1、化学腐蚀金属越活泼，越易被腐蚀；金属所处的环境温度越高，腐蚀速率越快；氧化剂浓度越大，腐蚀速率越快。家用燃气灶放在南极已差不多90年食品罐头2、电化学腐蚀

不纯的金属（或合金）跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。

新疆吐鲁番，因为该地区相对干燥，水分稀少，而海南地区潮湿多雨，温度高，易发生电化学腐蚀。1、原电池：把化学能转化为电能的装置原电池负极（较活泼金属）正极（较不活泼金属或非金属导体）

较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活泼的金属（负极）通过导线流向较不活泼的金属（正极）复习2、构成原电池的条件:

自发进行的氧化还原反应。有两种活动性不同的金属（或一种是非金属

导体如碳棒）做电极。

两极材料均插入电解质溶液中。

④两极相连形成闭合回路。有气泡产生，反应速率快相当长时间铁钉未被腐蚀铁钉被腐蚀最快由于无O2，较长时间铁钉未被腐蚀铁钉渐渐生锈铁钉被腐蚀无现象由于无O2，铁钉未被腐蚀无现象由于无O2、H2O铁钉不能被腐蚀植物油

铁钉遇到强酸或有O2、H2O存在的情况下，铁均可被腐蚀，遇到电解质时，一般腐蚀速率更快。

在潮湿的空气里,钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜。水能电离出少量的H+和OH-,同时由于空气中CO2的溶解,使水里的H+

增多：H2O+CO2H2CO3H+

+HCO3-

这样在钢铁表面形成了一层电解质溶液的薄膜,它跟钢铁里的铁和少量的碳构成无数微小的原电池。钢铁在干燥的空气里长时间不易被腐蚀,但在潮湿的空气里却很快被腐蚀,这是什么原因呢?其中铁作负极,碳作正极。OH-Fe2+FeCH2Fe2+O2FeCe-e-e-e-e-e-

在负极:铁失去电子而被氧化成Fe2+：

Fe–2e-=Fe2+

在正极:有两种情况：

吸氧腐蚀：

2H2O+O2+4e-=4OH–

析氢腐蚀：

2H++2e-=H2↑

海边的铁制品比较容易生锈，为什么？原电池反应可加快金属腐蚀吸氧腐蚀与析氢腐蚀（以钢铁为例）水膜呈弱酸性或中性O2+2H2O+4e-=4OH-Fe-2e-=Fe2+水膜呈酸性2H++2e-=H2↑Fe-2e-=Fe2+Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓4Fe(OH)2+2H2O+

O2=4Fe(OH)34Fe(OH)3

转化为铁锈

Fe2O3·XH2O

烧过菜的铁锅如果未及时洗净（残液中NaCl），第二天便出现红棕色锈斑（主要成分Fe2O3•nH2O）。请问这种腐蚀是化学腐蚀还是电化学腐蚀?为什么?

解析：属于电化学腐蚀。

因为铁锅是由生铁做成的,铁锅生锈是因为Fe-C-NaCl形成原电池。铁作负极，失去电子变成亚铁离子，从而被腐蚀。

请你预测一下，铁在月球上会不会生锈？为什么？答：不会。因为月球上没有空气（目前人类上不能确定月球上是否有水存在），所以铁在月球上不会生锈。

化学腐蚀与电化学腐蚀的比较两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍相互联系较活泼金属被氧化金属被氧化本质有微弱电流产生无电流产生现象不纯金属或合金跟电解质溶液及氧化剂(O2)接触金属跟具有氧化性的物质直接接触条件电化学腐蚀化学腐蚀

讨论自行车的不同构件如链条、钢圈、支架和齿轮等分别采取了什么防锈措施？

给链条涂上机油,将钢圈表面镀上一层铬,给支架烤上一层漆,将齿轮镀上一层铬并涂上机油。

金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。

如果金属中能导电的杂质不如该金属活泼，则容易形成原电池而使金属发生电化学腐蚀。3.金属的防护

总结金属防护常用的方法，并解释这些方法为什么可以达到防止金属腐蚀的目的？刷油漆包塑料层“机械转动部位”选用油脂镀耐腐蚀又耐磨的Cr用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块必须定期更换在金属表面镀一层比要保护的金属更活泼的金属。用牺牲锌块的方法来保护船身，锌块必须定期更换锌块金属的防护方法1、在金属表面覆盖保护层2、改变金属的内部组织结构3、在要保护的金属上连接一种比该金属更易失去电子的金属刷油漆、涂机油、加塑料层……不锈钢、马口铁、白口铁……牺牲负极的正极保护法……1、钢铁发生吸氧腐蚀时，发生还原反应的电极反应式是（）A、Fe–2e-=Fe2+B、2H++

2e-=H2↑C、4OH--4e-=2H2O+O2↑D、2H2O+O2+4e-=4OH-

D练习2、如图所示，各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是（）A、②>①>③B、③>②>①C、②>③>①FeFeFeSnZnA练习3、下列事实不能用电化学理论解释的是(）A、轮船吃水线以下的船壳上装一定数量的锌块B、铝片不用特殊方法保护C、纯锌与稀硫酸反应时，滴入少量的CuSO4溶

液后速率加快D、镀锌铁（在铁上镀一层锌）比镀锡耐用B4、有a、b、c、d四种金属。将a与b连接起来，浸入电解质溶液中，b不易腐蚀。将a、d分别投入等浓度的盐酸中，d比a反应强烈。将铜浸入b的盐溶液里，无明显变化。如果把铜浸入c的盐溶液里，有金属c析出。据此判断它们的活动性顺序由强到弱的为：()A．a>c>d>bB．d>a>b>cC．d>b>a>cD．b>a>d>cB第三节玻璃、陶瓷和水泥

以含硅物质为原料，经加工制得硅酸盐产品的工业称为硅酸盐工业。

如制造玻璃、陶瓷、水泥等产品的工业都属硅酸盐工业。一、玻璃1、制造玻璃的主要原料是什么？2、玻璃窑中主要发生了哪些反应？3、玻璃的主要成分是什么？4、玻璃为什么可以被人工吹成不同

形状的制品？1、原料：纯碱、石灰石和石英Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2↑2、反应原理：

复杂的物理、化学变化，主要反应：高温高温3、主要成分：硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅4、玻璃没有一定的熔点，受热逐渐软化,软

化状态可以被吹成任何形状的制品。玻璃没有固定的熔点。

没有一定的熔点而在某一温度范围内逐渐软化的物质。（介于晶体与非晶体之间。）实例特性定义玻璃态物质

四种不同玻璃是如何制造的？各有什么特性和用途？四种特殊玻璃：⑴硼硅酸盐玻璃：

膨胀系数小、化学稳定性好,更耐高温

和耐化学腐蚀．

用途:高级化学仪器⑵光学玻璃：

透光性能好、折光率高用途：眼镜片、照相机、望远镜和显微镜中的透镜等光学仪器

加入B２O３

加入PbO蓝色(Co2O3)红色(Cu2O)淡绿色(FeO)⑶彩色玻璃：金属氧化物均匀地分散到玻璃态物质里，使玻璃呈现特征颜色。

玻璃在钢化炉里加热软化，再急速冷却得钢化玻璃。⑷钢化玻璃：变色玻璃

光CuO

2AgBr2Ag+Br2

从高纯度的石英玻璃熔融体中，拉出直径约100微米的细丝——光导纤维光纤通信优点:

1、信息容量大，一条光缆通路可同时容纳10

亿人通话，也可同时传送多套电视节目；2、质量小而且细：每千米27g，不怕腐蚀,铺

设方便；4、成本低：每千米1万元左右。3、光纤的抗干扰性能好,不发生电辐射，通讯

质量高，能防窃听；光学纤维胃镜现代通信用光缆光导纤维手术头灯用光导纤维做手术不用开刀练习：2.下列关于玻璃的叙述正确的是（）A.制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英B.普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅C.玻璃是几种成分熔化在一起的晶体D.玻璃是硅酸钠盐，有一定的熔点AB1.普通玻璃是

（混合物、纯净物）玻璃可在一定温度范围内软化，制成工艺品等。这是因为玻璃是一种

物质，没有固定的

。混合物玻璃态熔点3.工业上制造一般的光学玻璃用到的原料是

（）

A、硼砂、烧碱、氧化铜、石英砂

B、纯碱、黏土、石英、氧化铜

C、氧化铅、纯碱、石灰石、石英

D、石灰石、纯碱、黏土、硼砂C4.与普通玻璃具有相同组成的（）A、光学玻璃B、有色玻璃C、钢化玻璃D、有机玻璃C5.玻璃的性能和用途是由什么决定的？如何减少和利用玻璃垃圾？(1)由玻璃的成分决定的。(2)尽可能回收玻璃瓶，其中一部分可重新制造玻璃制品，一部分经消毒可再利用。二、陶瓷1、原

料：2、生产过程：3、反应条件：高温混合→成型→干燥→烧结→冷却→陶瓷器黏土（Al2O3·2SiO2·2H2O）5、主要性能：抗氧化、抗酸碱、耐高温、绝缘、易成型等4、种类：土器、陶器、瓷器等1、混合；2、成型；3、干燥；4、烧结；5、冷却；6、陶瓷器1、我国最为著名的陶器、瓷器产地在什么地方？

（答案：陶都——江苏宜兴瓷都——江西景德镇）

2、对于一般烧制的陶瓷制品，有什么共同的缺陷

呢？怎样弥补？

表面比较粗糙，而且有不同程度的渗透性。

烧制前在坯体表面涂上一层釉，使成品光滑，不渗水。3、在普通釉料中加入不同的金属元素，烧制时的空气用量不同，都会影响彩釉的颜色，这对你有什么启示？

在普通釉料中加入不同的金属元素，烧制时生成不同的金属氧化物，不同金属氧化物的颜色不同；

烧制时空气用量不同，得到金属离子的氧化态不同，颜色也不同高温结构陶瓷耐高温、抗氧化、耐腐蚀

氮化硅陶瓷硬度大，本身具有润滑性，耐磨损，抗腐蚀，抗氧化，能抵抗冷热冲击，可用来制造轴承、汽轮机叶片、永久性模具、机械密封环等机械构件，还可以用来制柴油机。

新型结构陶瓷除氮化硅陶瓷外，还有很多品种，如碳化硼陶瓷、二氧化锆陶瓷、碳化硅陶瓷、钠米陶瓷等等，它们广泛应用在工农业生产、原子能工业、宇航事业等方面。三、水泥

粘土、石灰石加适量石膏水泥回转窑高温硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙水硬性水硬性：将水泥与水掺和、搅拌并经静置后很容易凝固变硬，这叫做水泥的水硬性加石膏磨细烧结煅烧预热高温水泥回转窑示意图硅酸二钙(2CaO·SiO2)硅酸三钙(3CaO·SiO2)铝酸三钙(3CaO·Al2O3)铁铝酸钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3)生产原料水泥、沙子和碎石的混合物2.什么叫混凝土？

1.普通水泥有何优良特性？什么叫水泥砂浆？

普通水泥有水硬性；水泥、沙子和水的混合物3、水泥的性能是如何表示的？

用强度等级来表示水泥的不同性能。常用的硅酸盐水泥分为42.5、52.5、62.5三个等级。

等级越高，表示水泥的性能越好.1985年我国水泥产量达1.46亿吨，居世界第一。1、下列物质有固定熔点的是：A、钢化玻璃B、水泥C、碳酸钠D、水玻璃2、在制取水泥、玻璃的生产中，共同使用的原料是A、纯碱B、石灰石C、石英D、焦碳CB3、某型号水泥主要成分为Ca2SiOx、Ca3SiOy、

Ca3Al2Oz，则：

X=——y=——z=——

制取该水泥所用的原料是————456石灰石粘土第四节塑料、纤维和橡胶合成材料

三大合成材料：

塑料、合成纤维、合成橡胶黏合剂、涂料……一.塑料（六个问题）①聚乙烯的组成元素是什么？怎样制得？什么是

单体？②什么是塑料？它和树脂有什么不同？⑥生活中你接触到哪些塑料制品？它们的成分是

什么？⑤从塑料的结构分析，塑料在一般情况下会导电

吗？④如何解释热塑性塑料与热固性塑料在性质上的

差别？③塑料分成哪两大类？各有什么性质？1、聚乙烯的组成元素是什么？怎样制得？什么

是单体？

它是由乙烯通过加成聚合反应制得；单体是能合成聚合物的小分子物质。

由相对分子质量小的化合物分子互相结合成相对分子质量大的高分子的反应叫做聚合反应。由不饱和的相对分子质量小的化合物分子结合成高分子的反应，同时也是加成反应，又称加聚反应。

聚乙烯的相对分子质量可达几万到几十万。这种化合物属于高分子化合物或高聚物。nCH2CH2催化剂CH2-CH2n[]-----

2、什么是塑料？它和树脂有什么不同？

塑料是由树脂及增塑剂、防老化剂等添加剂组成的，它的主要成分是树脂。因有些塑料基本上是由合成树脂所组成，故塑料和树脂也常混用。

塑料主要成分:

树脂及增塑剂、防老化剂塑料是相对分子质量很大的聚合物，往往由小分子的带有不饱和键有机物（单体）聚合而成3、塑料分成哪两大类？各有什么性质？热塑性塑料(聚乙烯,聚氯乙烯,聚丙烯等)塑料热固性塑料（酚醛塑料）特性：受热时软化并可熔化成流动的液

体，冷却后变成固体，加热后又

熔化，可反复加工，多次使用

特性：在制造过程中受热时能变软塑成一

定的形状，但加工成型后就不会受

热熔化

热塑性塑料固态时的线型结构热固性塑料硬化后的体型网状结构热固性塑料再次受热时，链与链间会形成共价键，产生一些交联，形成体型网状结构，硬化定型4、为什么两种塑料的特性不同呢?热塑性塑料具有长链状的线型结构。受热时，分子间作用力减弱，易滑动；冷却时，相互引力增强，会重新硬化

塑料中的原子是以共价键形成的，没有自由移动的离子。因此，在一般情况下塑料不易导电，是良好的电绝缘材料。

“导电聚合物”塑料的电绝缘性是相对的

聚乙炔P63

5、从结构分析,塑料在一般情况下会导电吗?二、橡胶和纤维1、橡胶橡胶是制造飞机、汽车和医疗器械等所必需的材料，是重要的战略物资。、天然橡胶的化学组成是

聚异戊二烯：

、合成橡胶分为通用橡胶和特种橡胶通用橡胶：丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等。

特种橡胶：耐热和耐酸碱的氟橡胶、耐

高温和耐严寒的硅橡胶等硅橡胶3、硫化橡胶优点:具有较高的强度、韧性、良好的弹性和化学稳定性等2、纤维纤维的性质纤维的分类纤维合成纤维：腈纶(人造羊毛)、锦纶(尼龙)、维纶、氯纶、

涤纶(的确良)和丙纶等

“六大纶”

合成纤维具有优良的性能：如强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀和不怕虫蛀等。天然纤维：

棉花、羊毛、蚕

丝和麻等三、复合材料学与问

每种材料都有它的优缺点：金属材料强度大，但易受腐蚀；陶瓷材料耐高温，但脆性大；合成材料密度小，但不耐高温等。但航天材料需要强度大、耐高温、密度小的材料，海洋工程需要耐高压、耐腐蚀的材料。怎样才能获得这些特殊材料呢？

要获得性能全面的特殊材料，一方面是在原有材料的基础上发展创新，发挥其优势，努力克服其不足。例如，研制一些新型的合金、陶瓷和合成材料等；另一方面是将不同性能的材料组合起来，制成复合材料，使各组分材料在性能上进行互补，同时产生某些特殊性能。由于复合材料的设计自由度很大：不仅可以选择不同的组分材料，而且可以通过改变各组分材料的含量来满足不同的需求。因此，复合材料是材料科学发展的必然趋势。1、复合材料复合材料：两种或两种以上高分子材料组合成

的一种新型材料。一般包括基体和

增强剂。

什么是复合材料？使用复合材料的例子有哪些？它是如何制得的？主要应用于哪些？最常见的复合材料：玻璃钢（即玻璃纤维增

强塑料）

玻璃钢即玻璃纤维增强塑料,

是将玻璃熔化并迅速拉