26材料的利用与发展（教学设计）九年级科学上册（浙教版）

2.6材料的利用与发展（教学设计）年级九年级授课时间课题2.6材料的利用与发展教学目标1.科学观念了解材料的发展和利用的历史；知道常见的新型材料在促进技术进步方面的作用和意义；了解材料制造与环境保护的关系。2.科学思维：运用比较法学习材料的发展和各种材料的功能3.探究实践以铜为主要原料制备硫酸铜从而来探究如何选择最优的途径4.态度责任联系环境污染和材料发展的实际情况,体会探寻无污染或低污染的“绿色”材料制造新工艺的意义。教学重难点重点：1.初步认识新型材料的高科技应用2.认识材料与社会环境的关系难点：1.了解材料的发展史2.根据所学的知识进行探究活动学情分析本节课主要学习材料与人类社会发展、新型材料、材料制造与环境保护。材料的发展经历了石器、陶器、金属冶炼、合成材料、新型材料阶段。在制造材料的过程中会产生许多污染,为了减少或消除污染,人们需要探寻无污染或低污染的“绿色”新工艺。本节课以硫酸铜的制备为例,来说明污染物的防治、转化和综合利用的途径。教学准备课件、课本教学过程教师活动学生活动新课导入【视频】6分钟带你了解300万年材料发展史【石器→陶器→青铜器→钢铁→合成材料→新型材料】新知讲授材料与人类社会发展材料的发展历程原始人利用石头制成了石斧、石刀、箭头、刮器，又用兽骨和鱼骨制成了骨针，这使他们捕获了更多的野生动物，并利用它们的毛皮保暖。随着火的使用，古代人开始创造和使用陶器，使人类文明得到了较大的发展。在掌握湿法炼铜技术之后，又制造出了种类繁多的青铜器和锐利无比的青铜武器。随着炼铁技术的掌握，人们制造了犁，从而使农业生产得到了飞速的发展。人们利用黏土烧制砖瓦，又将石材用作房屋的柱子和台阶，使住宅变得富丽堂皇。大量合成材料的诞生，更使人们的生活变得越来越精彩随着科学技术的发展，人们有目的地改进材料的性能，使半导体材料、光纤材料、碳纤维复合材料等新型材料不断涌现，促进了通讯、计算机、航空、航天等行业迅速发展。人类社会进入了信息时代。人类对金属材料的使用不仅与金属的活动性有关，还与金属冶炼的难易程度有关。如人类最早使用的金属材料是铜，目前使用最多的金属材料是铁及铁的合金。虽然地壳中含量最多的金属元素是铝，但由于铝的金属活动性较强，冶炼具有一定的难度，因而铝的利用比铜和铁晚得多。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。】特点：【具有优异特性和功能，与普通材料的性质差别很大。】当前，最引人注目的新型材料有：【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、纳米材料等。】纳米材料：【指其基本颗粒在1~100纳米范围内的材料。】如：纳米陶瓷新型纳米油墨纳米铅粉等。纳米材料在机械强度、磁、光、声、热等方面和普通材料都有很大的不同。如纳米陶瓷具有很好的韧性；新型纳米油墨的色调更浓，书写的字迹色泽更好；将纳米铅粉加入固体燃料中，会使火箭推进器的前进速度加快好几倍。你还知道哪些新型材料？请上网查阅并与同学交流【树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳纤维复合材料等都属于先进复合材料。记忆合金、铝合金、金属玻璃属于新型金属材料。导电塑料做成的塑料电池、人工器官、可降解材料、高吸水性高分子属于新型高分子材料。】视频：复合材料金属纳米材料纳米（nm）是一个长度概念，1纳米是1米的十亿分之一（109米），20纳米约为一根头发丝的三千分之一。金属纳米材料具有很多金属材料通常没有的优异性能。例如，金属在常温下有很好的韧性与延展性，但在低温时则很脆，而纳米铜（Cu）和纳米铬（Cr）的交替多层结构在零下269℃仍有较高的延展性。纳米金属的熔点大幅度降低，如块状金熔点高达1064℃，而线度为2纳米的金粉327℃就融化了，可为较低温度下形成合金提供新工艺。因为金属纳米微粒对环境中的光、热、湿度和温度极为敏感，因此可将金属纳米材料（如铂、钯等）用于传感器的制造。在火箭燃料中添加1%的超细铝（Al）粉或镍（Ni）粉，燃烧效率可成倍提高。三、材料制造与环境保护人们在制造材料的过程中会产生许多污染。为了减少或消除材料制造过程中的污染，人们需要探寻无污染或低污染的“绿色”新工艺，需要探索污染物的防治、转化和综合利用的途径。探究怎样以铜为主要原料制备硫酸铜1．提出问题：以铜为主要原料制备硫酸铜的绿色工艺的可行性如何？2．设计制备方法：（1）铜能与浓硫酸在加热条件下反应，生成硫酸铜、二氧化硫和水。（2）【将铜加热转化为氧化铜，然后利用氧化铜和稀硫酸在加热条件下反应制取硫酸铜】（3）【将铜和氯气在加热条件下反应生成氯化铜，然后将氟化铜与氫氧化钠反应，生成氢氧化铜和氯化钠，最后利用氢氧化铜和稀硫酸反应制取硫酸铜】3．实验原理（写出相应的化学方程式）：（1）【Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O】【利用率低、会产生污染】（2）【2Cu+O2=2CuO，CuO+H2SO4=CuSO4+H2O】【原料利用率高，无污染。】（3）【Cu+Cl2=CuCl2，CuCl2+2NaOH=Cu(OH)2↓+2NaCl，Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O】【成本高、氯气有毒、步骤繁锁。】通过以上探究活动，使同学们懂得积极寻找“绿色”工艺的重要性，从根本上降低生产对环境造成的污染。为了保护环境，防治污染，最终达到在保持良好环境的条件下发展工业，我国采取了哪些处理和解决“三废”的措施？【①及时处理“三废”。②提高原料的利用率，增加产品的产量。③煤石油制品进行脱硫处理。④推广“绿色”工艺，从根本上降低生产对环境造成的污染。】3.工业"三废”及处理(1)工业“三废”是指废水、废渣和废气。(2)处理方法①“废气”的处理一般是安装回收设备，将尘粒和一氧化碳、二氧化硫等物质除去，一氧化碳可以回收再利用，二氧化硫可利用与碱溶液反应而除去。②“废渣”的处理一般是制水泥或其他材料，变废为宝，如含磷的废渣可转化为磷肥等。③“废水”的处理是建立污水处理厂，将废水中的有害金属转化为沉淀，制成所需要的金属材料等，废水处理达标后再排放到河流中或循环利用。了解材料的发展过程归纳材料的发展过程知道什么是新型材料及特点了解纳米材料阅读了解金属纳米材料探究怎样以铜为主要原料制备硫酸铜设计实验方案分析方案的可行性了解工业"三废”及处理课堂练习1.从金属材料的发展历史来看,先是青铜器时代,而后是铁器时代,铝的利用则是近百年的事,这个先后顺序与下列因素有关的是(B)①金属的活动性②地壳中金属元素的含量③金属的延展性④金属的导电性⑤金属冶炼的难易程度A.①④B.①⑤C.②③D.④⑤2.通过科学研究生产出很多材料,下列物质中不属于新材料的是(C)A.医用人造血管B.破冰斧柄的玻璃纤维塑料C.酒精、汽油