第6节 材料的利用与发展

某厂想利用存积的废料——铜屑来制备硫酸铜， 作为农药波尔多液的主要原料，以满足市场需 求。如果你们是该厂的技术开发小组，请你们 设计几种制备的方案。
以铜为主要原料制备硫酸铜 工艺可行性探究
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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？
促使农业发展。大量合成材料的诞生，更使人们
的生活越来越精彩。
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二、新型材料 1、什么是新型材料
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。
光纤材料
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2、新型材料类型 光电子信息材料
2、设计制备方法
方案一：铜与浓硫酸在加热条件下生成 硫酸铜、水、二氧化碳。
原理：Cu + 2H2SO4(浓) = CuSO4 + SO2↑ + 2H2O
方案二：铜加热生成氧化铜加稀硫酸生成 硫酸铜和水。
原理： 2Cu + O2 == 2CuO
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铁 器 农 具 青铜兵器
你知道这些材料出现的早晚顺序吗？
青铜器
陶器
石器
铁器
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橡胶
1、材料的发展历程： 标志着生产力的不断发展
原始社会 火的发明
石器
陶器
商朝
青铜器
春秋晚期
钢铁的使用
新型材料的使用
21世纪

100多年前
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。
新型材料
光电子信息材料
树脂基复合材料 金属基复合材料 先进复合材料 陶瓷基复合材料 碳纤维复合材料
超级陶瓷材料 新型金属材料 新型高分子材料
纳米陶瓷
记忆合金、铝合金、金属玻璃 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
材料的利用与发展
原始人生产矛的过程
石制割砸器具
陶 瓷
印第安人的石斧
青铜器时代
青铜宝剑
青铜鼎
青铜编钟
古代铁器
犁
塑料和橡胶
碳纳米管
超级塑料
超 级 计 算 机
材料的发展历程
原始社会 火的发明 商朝 春秋晚期
石器
陶器
青铜器
钢铁的使用
标志着生产力的不断发展
新型材料的使用
21世纪(信息时代)
合成材料的使用
工业“三 钢 棕色 一氧化碳 气体 炉渣 热量
回收炼钢 化工原料或燃料
矿渣水泥或磷肥 水蒸气、发电
• 教育名言：犯错是学生的权利，宽容是教 师的美德，教育则是教师的天职。
• 教育名言：人生的目标在于不断追求，人 生的价值在于奉献。
• 教育名言：知教育者,与其守成法,毋宁尚自 然;与其求化一,毋宁展个性. ——蔡元培
超导材料
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。
记忆合金的开发迄今不过20余年，但由于其 在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目， 被誉为"神奇的功能材料"。
讨论 :

A.它是非金属单质
B.它属于人工合成的有机高分子材料
C.它与C60的原子排别很大
解析规律方
[解析] 硼“足球烯”是由硼元素组成的纯净物,属于单质;每个硼“ 足球烯”分子是由40个硼原子构成的,所以与C60的原子排列不
法 综
同;硼“足球烯”与普通硼单质都是由硼元素组成的单质,因此其
类
练
解析知识要
知识点 2 新型材料 3.通过科学研究生产出很多材料,下列物质中不属于新型材
点
分 料的是 ( C )
类
练 A.医用人造血管
B.破冰斧柄的玻璃纤维塑料
C.酒精、汽油
D.隔水透气的高分子薄膜
解析知识要
4.纳米材料被誉为21世纪最有前途的新型材料,许多材料达 到纳米(1 nm=10-9 m)级的大小时,会产生让人意想不到的奇
点 分
可减少对环境的污染;“绿箱子”上的“
”是回收标志,表示
类 循环使用的含义。
练
解析规律方
7.中国林业科学研究院将木材经化学品处理,剥离半纤维素 和木质素制成木材海绵,其可以从水中吸附油脂,吸油量可达
法 综
到其自身重量的16~46倍,可重复使用多达10次。这种新型
合 练
海绵在容量、质量和可重复使用性方面超越了现有的所有
点
分( )
类
练 A.回收废电池不仅可以节约金属资源,还可以减少环境污染,
有利于人类健康
B.“绿箱子”上的“
”是回收标志
解析知识要
C.回收废电池主要是为了利用废电池外壳的金属材料,同时 可以减少对环境的污染
点
分 D.回收废弃手机中的金属材料没有任何价值
类
练
[答案]D

怎样以铜为原料制备硫酸铜？
硫酸铜是农药波尔多液的主要原料，由于病虫害严重，一段时 间内市场上非常紧缺。某厂想利用存积的废料——铜屑来制备 硫酸铜，以满足市场需求。该厂的技术开发小组设计了三种制 备硫酸铜的方法。
设计制备方案：
方案一
浓硫酸
Cu
CuSO4
方案二
Cu
Cl2
NaOH CuCl2
Cu（OH）2 H2SO4
纳米材料
纳米材料是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范 围之间的材料。纳米材料与普通材料相比，在机械强度、 磁、光、声、热等方面都有很大的不同
思考与讨论 （1）现在有些同学牙齿排列不整齐,你知道医学上是采 取什么材料进行矫形的吗?
记忆合金材料
（2）电路板上涂上某种材料后，具有很好的防水效果， 你知道是什么吗?
除了处理“三废”，还要努力提高原料的利用率， 增加产品的产量，从根本上降低对环境造成的污染， 实行“绿色”新工艺
环境保护的具体措施:
①燃料：煤、石油制品脱硫处理，减少硫氧化物 和氮氧化物对大气的污染 ②原料：提高原料的利用率
③“三废”：处理达标后排放
④生产工艺：“绿色”新工艺
绿色化学:
无污染、低排放 原料利用率高 能源消耗少
第2章 物质转化与材料利用
第6节 材料的利用与发展
材料与人类社会发展ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
人类使用材料的发展历程 思考与讨论
人类历史上，材料发展经历了哪些历程？ 原始社会—— 旧石器时代
石制器具
原始社会—— 新石器时代 新石器彩陶
商朝—— 青铜器时代 商代铜鼎
春秋战国—— 铁器时代 春秋战国时期铁制工具
21世纪—— 新型材料时代 碳纤维复合材料制作的医疗器械

第6节 材料的利用与发展课程标准 课标解读 1.了解材料的发展与人类文明的关系。

2.了解新型材料的性能和使用。

3.了解在制造材料过程中产生的污染以及如何防治。

解读1：知道新型材料的性能和使用，常见题型为选择题、填空题，难度较小。

解读2：了解材料的发展、材料制造与绿色化学，常见题型为选择题，难度较小。

知识点01 材料与人类社会发展材料的发展历程：石器→陶器→青铜器→钢铁→合成材料→新型材料。

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的多。

【即学即练1】从金属利用的历史来看，先是青铜器时代，然后是铁器时代，而铝的利用是近百年的事。

在①金属活动性顺序、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金属冶炼的难度这五个因素中，与此有关的是( )。

A.①④B.①⑤C.②③D.④⑤知识点02 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知识精讲目标导航分子材料、超导材料、纳米材料等。

纳米材料：指其基本颗粒在范围内的材料。

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。

【即学即练2】现代科技的发展，促使新型材料研究日益向微观层次深人，产生了纳米材料。

纳米材料与普通材料相比，在机械强度磁、光、声、热等方面都有很大的不同。

下列关于纳米材料的叙述，错误的是( )A.纳米材料是指其基本颗粒在0.01~1纳米范围内的材料B.纳米陶瓷比普通陶瓷具有更好的韧性C.用纳米油墨书写的字迹色泽更好D.添加了纳米铅粉末的固体燃料会使火箭推进器的速度加快【即学即练3】（2021九下·金华月考）石墨纸是最新研发的一种独特的复合材料（如图所示），其成分以石墨为主，薄如纸张，比钢要坚硬10倍且轻巧，还可以回收再利用，下列有关石墨纸说法错误的是（）A.石墨纸是一种环保材料B.石墨纸是良导体，容易导电C.石墨纸属于有机合成材料D.与钢相比，石墨纸的硬度较大知识点03 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。

第6节 材料的利用与发展
互动探究
探究点一 材料与人类社会发展
[情景展示]
第6节 材料的利用与发展
[问题探究] 人类使用材料的发展历程是怎样的？
[思考交流] _____________________________________________________ _____________________________________________________
第6节 材料的利用与发展
3．纳米材料是指其基本颗粒在__1_～_1_0_0__纳米范围内的材料。常 见的纳米材料有纳米陶瓷、纳米油墨、纳米铅粉等。纳米材料在各 个领域有着广阔的应用前景。
4．思考与讨论： 你还知道哪些新型材料？ ___记__忆__合_金__，_具__有__记_住__本_来__形__状_的__能_力__；__金__属__塑_料__，_集__塑__料_与__金_属____。
第6节 材料的利用与发展
[归纳提升] 人类材料的发展历程：石器→陶器→青铜器→钢铁的使用→合成 材料的使用→新型材料的使用。
[课堂速记] _____________________________________________________ _____________________________________________________
特点于一身的新材料(合理即可)
第6节 材料的利用与发展
互动探究
探究点二 新型材料
[情景展示] 新型材料制品
第6节 材料的利用与发展
[问题探究] 什么是新型材料？新型材料有什么特点？
[思考交流] _____________________________________________________ _____________________________________________________

第6节材料的利用与发展知识点1 材料与人类社会发展人类历史上不同时代所使用的生产工具或战争中使用的武器，都记录了材料的发展过程。

人类材料的发展史：石器→陶器→青铜器→钢铁→合成材料→新型材料等几个阶段。

知识点2 新型材料指那些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要的材料，如光电子信息材料、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。

知识点3 材料制造与环境保护在化学工业中，除了要及时处理好“三废”，还要努力提高原料的利用率，增加产品的产量，从根本上降低生产对环境造成的污染。

以铜为原料制备硫酸铜(1)主要方法方法一：铜与浓硫酸在加热条件下反应生成硫酸铜，同时生成二氧化硫和水。

方法二：将铜在空气中加热转化为氧化铜，然后利用氧化铜和稀硫酸反应制取硫酸铜。

方法三：将铜和氯气在加热条件下反应生成氯化铜，然后将氯化铜与氢氧化钠反应，生成氢氧化铜和氯化钠，最后利用氢氧化铜和硫酸反应制取硫酸铜。

(2)选择方法的原则方法一：浓硫酸与铜反应在生成硫酸铜的同时生成了二氧化硫气体，这样既浪费了原料，又因为二氧化硫有毒而造成环境污染。

方法二：原料利用率高，无污染。

方法三：所选原料氯气有毒，不符合环保要求，且步骤多，生产成本高。

因此方法二是最优方案。

说明人们在实际生产和实验中选择某物质的制备方法时，需要考虑的问题有：①制备过程中每一步化学反应是否符合化学反应规律；②设计的方案要考虑原料的成本和实际设备情况，如反应所需的条件和设备是否简单；③所需的原料是否容易获取，是否具有较好的经济效益；④生产过程中是否会对环境造成污染等。

易错点新型材料的特性例许多性能优异的材料都是通过化学反应制得的，下列材料和用途对应错误的是( B ) A．石英砂可制造光导纤维B．二氧化硅晶片可用于制造计算机芯片C．高强度陶瓷可制成航天飞机防热瓦D．钛合金材料可用于制造航天航空器【易错说明】高纯硅可用于制造计算机芯片，不是二氧化硅晶片。

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（10-9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。金属纳米微粒对环境中的光、热、湿度和温度极为敏感，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。
(C )
3.全世界每年产生的有害物达3亿~4亿吨,不仅对环境造成危害,甚至威 胁着人类的生存,所以科学家提出“绿色化学”的概念。下列不属于 “绿色化学”研究内容的是( D ) A.“绿色化学”研究对环境无污染的清洁能源的开发 B.“绿色化学”研究可降解塑料的开发 C.“绿色化学”就是从源头上消除污染 D.“绿色化学”就是研究形状记忆合金的开发与应用
课
堂
小
结
材料发展史
石 器
陶金 器属
合成材料
新型材料
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
材料的制造要采用“绿色”工艺
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
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。