材料化学第5章材料的制备
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《无机非金属材料》作业设计方案(第一课时)一、作业目标本作业设计旨在通过《无机非金属材料》的学习,使学生掌握无机非金属材料的基本概念、分类、性质和应用,理解其在日常生活和工业生产中的重要性,培养学生的化学实验能力和科学探究精神,提高学生的化学学科核心素养。
二、作业内容(一)理论知识学习1. 要求学生预习《无机非金属材料》的课程内容,掌握无机非金属材料的定义、分类及常见材料。
2. 了解无机非金属材料的性质,如物理性质、化学性质及工艺性能等。
3. 理解无机非金属材料的应用领域及其在日常生活和工业生产中的作用。
(二)实验操作练习1. 实验准备:学生需提前准备好实验器材和试剂,如坩埚、电炉、酒精灯等。
2. 实验操作:进行硅酸盐类无机非金属材料的制备实验,包括硅酸盐的熔制、成型和性能测试等步骤。
3. 实验记录:要求学生记录实验过程中的数据,包括熔制温度、成型情况及性能测试结果等,为后续的作业分析提供依据。
(三)课后拓展研究1. 学生需通过互联网或图书馆等途径收集无机非金属材料的相关资料,了解其最新研究成果和应用前景。
2. 结合所学知识,分析无机非金属材料在环境保护方面的作用和意义,撰写一篇简短的报告或心得体会。
三、作业要求1. 理论知识学习部分要求学生在预习后能够准确回答相关问题,并能够用自己的语言解释无机非金属材料的基本概念和性质。
2. 实验操作练习部分要求学生按照实验步骤进行操作,并认真记录实验数据。
实验过程中要注意安全,遵守实验室规定。
3. 课后拓展研究部分要求学生积极收集资料,分析无机非金属材料的应用和发展趋势,并撰写一份内容充实、逻辑清晰的报告或心得体会。
报告中应包含对无机非金属材料在环境保护方面作用的详细分析。
四、作业评价教师将根据学生的理论知识掌握程度、实验操作能力及课后拓展研究的深度和广度进行评价。
评价标准包括知识的准确性、实验操作的规范性、数据的真实性以及报告的逻辑性和深度等。
五、作业反馈教师将对每位学生的作业进行详细批改,指出存在的问题和不足,并提出改进意见。
第三节无机非金属材料【学习目标】1、了解无机非金属材料、金属材料和高分子材料的特点以及它们在生产和生活中的广泛应用;2、了解常见无机非金属材料、金属材料和高分子材料的生产原理。
【知识点梳理】一、硅酸盐材料硅酸盐工业:以含硅物质为原料,经过加热制成硅酸盐产品的工业。
如制造陶瓷、玻璃、水泥等。
1.陶瓷(1)生产原料:黏土等。
(2)生产过程:混合→成型→干燥→烧结→冷却。
(3)陶瓷种类:土器、陶器、炻器、瓷器等。
(4)性能及优点:抗氧化、耐酸碱、耐高温,绝缘,易加工成型等。
(5)特种陶瓷:精细陶瓷(高强度、耐高温、耐腐蚀,并具有声、电、光、热、磁等方面的特殊功能)。
2.玻璃(1)生产原料:纯碱、石灰石和石英石少(含硅物质)。
(2)生产设备:玻璃窑。
(3)生产过程:把原料粉碎,按适当的比例混合放入玻璃窑中加强热熔化,冷却后即得普通玻璃。
高温高温(4)主要反应:Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑,CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。
(5)主要成分:普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2熔化在一起所得到的混合物。
(6)重要性质:玻璃在常温下虽呈固态,但不是晶体,称为玻璃态物质。
没有固定的熔点,受热只能慢慢软化。
3.水泥(1)生产原料:石灰石、黏土和其他辅料(如石膏)。
(2)生产设备:水泥回转窑。
(3)生产过程:将原料以一定比例混合,磨细成生料,在窑中烧至部分熔化、冷却成块状熟料。
再加入适量石膏磨成细粉,即得普通水泥。
(概括为:“两磨一烧加石膏”)(4)主要成分:硅酸三钙(3CaO ·SiO 2)、硅酸二钙(2CaO ·SiO 2)、铝酸三钙(3CaO ·Al 2O 3)、铁铝酸四钙(4CaO ·Al 2O 3·Fe 2O 3)等的混合物。
(5)重要性质:水泥具有水硬性,而且在水中也可硬化。
贮存时应注意防水。
(6)主要用途:制成水泥砂浆、混凝土等建筑材料。
材料化学教材材料化学是一门研究材料结构、性能和制备方法的学科,它在现代科学技术中扮演着重要的角色。
本教材旨在系统地介绍材料化学的基本理论、实验方法和应用,帮助学生全面了解材料化学的基本知识和发展趋势。
首先,我们将介绍材料的基本分类和性能。
材料可以分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三大类。
金属材料具有良好的导电、导热性能,广泛应用于工程领域;无机非金属材料包括陶瓷、玻璃等,具有优良的耐高温、耐腐蚀性能;有机高分子材料主要包括塑料、橡胶等,具有轻质、柔软、绝缘等特点。
不同材料的性能差异主要源于其微观结构和化学成分的差异。
其次,我们将介绍材料的制备方法和表征技术。
材料的制备方法包括物理方法、化学方法和生物方法等,其中化学方法是最常用的制备方法之一。
而材料的表征技术则包括X射线衍射、电子显微镜、质谱分析等,这些技术可以帮助我们了解材料的结构和性能。
接下来,我们将重点介绍材料的性能调控和应用。
材料的性能可以通过改变其组成、结构和形貌来进行调控,例如通过合金化、掺杂等方法来改变材料的导电性能;而材料的应用涉及到材料在能源、环境、医药、电子等领域的广泛应用,例如太阳能电池、催化剂、生物材料等。
最后,我们将展望材料化学的未来发展。
随着科学技术的不断进步,材料化学将会迎来更多的突破和创新,例如纳米材料、功能材料等将成为材料化学的研究热点,同时,材料的可持续发展和环保性能也将成为未来材料研究的重要方向。
总之,材料化学是一门重要的学科,它对于推动科学技术的发展和应用具有重要意义。
本教材将帮助学生全面了解材料化学的基本知识和发展趋势,为他们今后的学习和研究打下坚实的基础。
希望本教材能够对学生们的学习和研究有所帮助,也希望材料化学领域的研究能够取得更多的突破和进展。
第5章聚合物无机纳米复合材料聚合物无机纳米复合材料是一种由聚合物基质和无机纳米颗粒组成的新型复合材料。
这种材料具有聚合物的柔韧性和无机纳米颗粒的特殊性能,广泛应用于各个领域。
聚合物无机纳米复合材料的制备方法分为物理法和化学法两种。
物理法主要是通过机械混合的方式将聚合物和无机纳米颗粒混合在一起,然后经过加热或其他处理使它们相互结合成为复合材料。
化学法则是通过化学反应将聚合物和无机纳米颗粒连接在一起,形成固体复合材料。
聚合物无机纳米复合材料具有一系列优异的性能。
首先,由于无机纳米颗粒在复合材料中的分散性和界面相容性良好,使得聚合物基体的强度和刚度得到显著提高。
其次,无机纳米颗粒的独特性能也使复合材料具有特殊的性能,如高导热性、高阻燃性、耐腐蚀性等。
此外,聚合物无机纳米复合材料还具有较好的可加工性,可以通过注塑、挤出、压延等工艺加工成不同形状的制品。
聚合物无机纳米复合材料在各个领域有着广泛的应用。
在电子领域,它可以作为高导热的封装材料,提高电子器件的散热性能;在汽车制造领域,它可以制备耐高温、耐腐蚀的复合材料,用于制造汽车发动机等部件;在医药领域,它可以作为载药材料,提高药物的缓释性能;在建筑领域,它可以作为阻燃材料,提高建筑物的耐火性能。
然而,聚合物无机纳米复合材料在制备过程中仍存在一些问题。
首先,制备过程中的分散性和界面相容性控制是一个关键问题,直接影响着复合材料的性能。
其次,无机纳米颗粒的添加量和分散度对复合材料的性能也有着重要影响,需要进行合理的设计和控制。
此外,复合材料在使用过程中的耐久性和稳定性也需要进行进一步的研究和改进。
总的来说,聚合物无机纳米复合材料是一种具有广泛应用前景的材料,其独特的性能使其在各个领域都有着潜在的应用价值。
随着制备工艺的不断改进和性能的进一步提高,相信聚合物无机纳米复合材料将会在未来发展中得到更加广泛的应用。
第5章习题答案1.高分子结构通常分为链结构和聚集态结构两个部分,请解释链结构和聚集态结构。
答:链结构是指单个高分子化合物分子的结构和形态,所以链结构又可分为近程和远程结构。
近程结构属于化学结构,也称一级结构,包括链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、结构单元的排列顺序、支链类型和长度等。
远程结构是指分子的尺寸、形态,链的柔顺性以及分子在环境中的构象,也称二级结构。
聚集态结构是指高聚物材料整体的内部结构,包括晶体结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构等有关高聚物材料中分子的堆积情况,统称为三级结构。
2.简述近程相互作用和远程相互作用的含义及它们对高分子链的构象有何影响。
答:所谓“近程”和“远程”是根据沿大分子链的走向来区分的,并非为三维空间上的远和近。
事实上,即使是沿高分子长链相距很远的链节,也会由于主链单键的内旋转而会在三维空间上相互靠得很近。
高分子链节中非键合原子间的相互作用——近程相互作用,主要表现为斥力,如—CH2—CH2—中两个C上的两个H的范德华半径之和为0.240nm,当两个H为反式构象时,其间的距离为0.247nm,处于顺式构象时为0.226nm。
因此,氢原子间的相互作用主要表现为斥力,至于其他非键合原子更是如此。
近程相互排斥作用的存在,使得实际高分子的内旋转受阻,使之在空间可能有的构象数远远小于自由内旋转的情况。
受阻程度越大,构象数越少,高分子链的柔性就越小。
远程相互作用可为斥力,也可为引力。
当大分子链中相距较远的原子或原子团由于单键的内旋转,可使其间的相互作用在距离小于范德华半径时表现为斥力,大于范德华半径时为引力。
无论哪种力都使内旋转受阻,构象数减少,柔性下降,末端距变大。
3.何为晶态高聚物?高聚物可形成哪些形态的晶体?答:晶态高聚物是由晶粒组成,晶粒内部具有三维远程有序结构,但呈周期性排列的质点不是原子,整个分子或离子,而是结构单元。
由于结晶条件不同,结晶性高聚物可以形成形态不同的宏观或亚微观晶体,单晶,树枝晶,伸直链晶体,纤维状晶体,串晶等。