材料组成的优化

课堂互动讲练知能优化训练课前自主学案学习目标第二单元材料组成的优化学习目标1.知道材料的性能与其组成和结构的关系，认识改变材料的组成是优化材料性能的重要手段。知道合金的基本类型和其良好的性能。2．了解材料纯度与其性能的关系。3．认识纳米材料的特性。课前自主学案一、改变材料的组成由于材料本身组成和结构的局限性，在性能上往往会表现出一些不足。改变材料的组成是人们优化材料性能的重要手段之一。1．合金合金是由两种或两种以上的金属(或金属和非金属)熔合在一起，形成具有特殊性能的金属材料，可分为三种基本类型：相互溶解，形成金属固溶体，如Cu、Zn形成的铜合金；相互起化学作用，形成金属化合物，如Al-Ti合金；相互混合，形成机械混合物，如焊锡。合金有着良好的物理、机械和化学性能。熔点较低，容易加工，强度、硬度大，机械性能好，具有抗腐蚀性能等等。2．硅酸盐材料和特种陶瓷水泥、玻璃和陶瓷等都是常见的硅酸盐材料，由于生产原料和加工工艺的不同，它们有着不同的性能和用途。(1)水泥是常用的建筑材料，生产原料是石灰石和黏土，在窑炉中煅烧，发生复杂的物理、化学变化，生成了以____________________________、____________________、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)为主要成分的硅酸盐水泥。硅酸三钙(3CaO·SiO2)硅酸二钙(2CaO·SiO2)(2)玻璃因其成分和加工方法的不同有着不同的性能和用途。普通玻璃是以____________________为原料，粉碎并按一定比例混合后在高温下熔融形成的，其主要成分是________________、硅酸钙(CaSiO3)、_________________.纯碱、石灰石和石英沙硅酸钠(Na2SiO3)二氧化硅(SiO2)(3)陶瓷在我国有悠久历史。制造陶瓷的主要原料是黏土，由于土质的差别、烧制温度等加工工艺的不同，可生产出性能不同的陶瓷制品。用改变陶瓷组分的方法研制出具有________、_______、_________，并具有特殊功能的新一代无机非金属材料——_____________。例如：氮化硅陶瓷即属精细陶瓷的一种，可用下列三种方法制取：高强度耐高温耐腐蚀精细陶瓷①用硅粉和氮气反应：____________________。②SiO2在N2中用碳还原氮化：3SiO2＋6C＋2N2===Si3N4＋6CO。③SiCl4和NH3反应：3SiCl4＋4NH3===Si3N4＋12HCl。思考感悟钢化玻璃是如何制造的？与普通玻璃的成分相同吗？【提示】把普通玻璃放入电炉里加热，使它软化，然后急速冷却，即得钢化玻璃。钢化玻璃的机械强度比普通玻璃大4～6倍，不易破碎，破碎时没有尖锐的棱角，不易伤人。钢化玻璃和普通玻璃的成分相同。二、提高材料的纯度提高材料的纯度，能极大地优化材料的性能，获得新材料，例如将生铁炼成钢，降低了生铁中杂质(主要是碳)的含量后，使钢的性能在很多方面比生铁优良。电子工业中制造芯片的材料——单晶硅，用下列方法制造：1．用焦炭在电炉中将石英沙还原制得粗硅：三、研制纳米材料纳米材料又称超微粒材料，其颗粒直径大小为___________。因其颗粒等级属纳米级而得名。1～100nm思考感悟2．什么是纳米材料？【提示】所谓纳米材料，是指用纳米量级的微小颗粒制成的固体材料。其纳米颗粒的大小不超过100nm，而通常情况下不超过10nm。课堂互动讲练合金要点一详见课前自主学案：1.合金。例1【解析】合金是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。合金的熔点一般比各成分金属的熔点低，合金的硬度和强度一般比纯金属高；硬铝、黄铜、钢均为常见的合金。【答案】

B金属NaKAlCuFe熔点(℃)97.563.666010831535沸点(℃)883774246725672750A.Fe­Cu合金

B．Cu­Al合金C．Al­Na合金

D.Cu­Na合金解析：选D。熔合制合金时，低熔、沸点的金属的沸点应比高熔、沸点的金属的熔点高。水泥、玻璃、陶瓷的比较要点二水泥玻璃陶瓷主要原料石灰石、黏土石灰石、纯碱、石英沙黏土主要设备回转窑玻璃熔炉陶瓷窑例2【解析】

水泥的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙，可看做硅酸盐和铝酸盐的混合物，石膏则是为了调节水泥凝结时间而加的一种辅料；水泥沙浆(水、水泥、细沙的混合物)在建筑上用作黏合剂，混凝土是水泥、沙子和碎石的混合物，用于建筑桥、房屋等；水泥硬化的过程中石膏与水泥中的硅酸三钙、铝酸三钙起反应，生成凝胶状物质，属于化学变化；因为水泥的热膨胀系数几乎跟钢铁一样，所以水泥才与钢筋一起用于构筑混凝土结构，用于修建高楼大厦和桥梁等高强度建筑。【答案】

B变式训练2

(2011年泉州高二检测)石灰石中含主要杂质为石英，该石灰石在下列工业生产中其杂质也参加有益的化学反应的是(双选)(

)A．烧制石灰

B．制普通玻璃C．炼铁 D．制硅酸盐水泥石灰石中含有杂质石英，会增大石灰石的用量，故C错。水泥的主要原料是石灰石、黏土加一定辅助原料制成的水泥叫硅酸盐水泥，主要成分是硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)的混合物，原料石灰石中含杂质石英，有利于反应，D对。纳米材料又称超微粒材料，其颗粒直径大小为1～100nm。因其颗粒等级属纳米级而得名。纳米材料在化学、光学、电磁学、力学等方面显示出许多与宏观材料迥然不同的性质，已成为当今材料科学研究的热点之一，被誉为“跨世纪的新材料”。纳米材料要点三澳大利亚研究人员最近开发出被称为第五形态的固体碳，这种新的碳结构称作“纳米泡沫”，它外形类似海绵，比重极小，并具有磁性。纳米泡沫碳与金刚石的关系是(

)A．同系物

B．同分异构体C．同位素D．同素异形体例3【解析】由题给信息可知，这是一种碳的新同素异形体，则答案选D。【答案】

D解析：选C。由于碳纳米管具有质轻、可弯曲、强