1、第二单元 材料组成的优化,1什么是合金？提示 金属与金属或非金属熔合而成的具有金属特性的混合 物。,2玻璃的原料、反应原理和成分？3我国“文房四宝”中墨是由什么制成的提示 “文房四宝”是指笔、墨、纸、砚，其中墨是由纳米级颗粒的松烟制成的。 4“光纤”又称光导纤维，其主要成分是什么？提示 光导纤维属新型无机非金属材料。主要成分是SiO2。,1知道材料的性能与其组成和结构的关系，认识改变材料组成是优化材料性能的重要手段。 2知道合金的基本类型，了解常见合金、稀土合金、贮氢合金的组成、性能及其用途。 3认识主要的硅酸盐材料，了解水泥、普通玻璃的主要成分、生产原料和生产过程。了解钾玻璃、玻璃纤维、钢化
2、玻璃和彩色玻璃等特种玻璃的制造工艺。了解陶瓷的生产工艺及精细陶瓷的特殊性能和应用。 4认识硅在信息材料制造和应用中的重要性，了解单晶硅和光纤的制造原理和应用。 5知道纳米材料的制造方法，了解纳米材料的特性及应用。,1.合金(1)合金的基本类型：制造各种合金，就是通过改变材料的组成获得具有特殊性能的金属材料。合金可分为三种基本类型：相互 、形成 ，如Cu、Zn形成的黄铜合金；相互起 ，形成 ，如AlTi合金，它的耐腐蚀性比不锈钢高100倍；相互 ，形成 ，如焊锡。,溶解,金属固溶体,化学作用,金属化合物,混合,机械混合物,(2)贮氢合金的结构特点：某些 晶体结构中，原子排列得十分紧密，具有良好的
3、贮氢性能，常用做贮氢材料。它们的表面有 或 作用，能使氢分子分解成 进入金属内部，仍然保持合金的晶体结构，能贮存的氢气量极大。 2硅酸盐材料和特种陶瓷 硅酸盐材料是以含硅物质为原料高温烧制而成的。、 、 等都是硅酸盐材料。 (1)水泥 原料： 和 为主要原料， 为辅料。 主要成分： 、 、 。,稀土合金,催化,活化,氢原子,水泥,玻璃,陶瓷,石灰石,黏土,石膏粉,硅酸三钙,硅酸二钙,铝酸三钙,(2)玻璃 原料：普通玻璃是以 、 、 为原料。 主要成分：普通玻璃的主要成分是 、 、。 (3)陶瓷 主要原料：黏土。 性能与用途：用黏土制作的胚体有的表面还涂上釉。不同的陶瓷使用的黏土 不同，烧制的
4、也不同。陶瓷 、耐 、耐 、 、易 ，应用十分广泛。化学实验使用的 、 也是陶瓷制品。,纯碱,石灰石,石英沙,硅酸钠,硅酸钙,二氧化硅,纯度,温度,抗氧化,酸碱腐蚀,高温,绝缘,成型,坩埚,蒸发皿,与金属材料和有机高分子材料相比，陶瓷的 更强。但陶瓷有脆性且抗拉、抗弯和抗冲击性差。化学家用改变陶瓷组分的方法研制出具有高强度、耐高温、耐腐蚀，并具有声、电、光、热、磁等多方面特殊功能的新一代无机非金属材料 。,抗腐蚀能力,精细陶瓷,性能,超纯硅,Si2Cl2=SiCl4或Si3HCl=SiHCl3H2,熔融,19002000,光纤,1. 纳米材料的定义纳米材料又称 ，其颗粒直径大小为1100 nm
5、。因其颗粒等级属于纳米级而得名。 2纳米材料的特性与应用纳米材料是由纳米级颗粒积聚而成的。纳米材料在 、 、 等方面显示出许多与宏观材料迥然不同的特性，它已成为当今材料科学研究的热点之一。人们预计21世纪将是纳米材料大规模实用化的时期，因此纳米材料被誉为“ ”。,超细微材料,化学,光学,电磁学,力学,跨世纪的新材料,3纳米材料的制造方法高纯度的纳米颗粒是无法用通常的 获得的，因为机械粉碎法只能得到直径为 以上的粉料，而且在粉碎过程中易混入杂质。纳米材料可以通过 或 方法制得。化学方法主要是利用化学反应使原子或分子 形成纳米颗粒。,机械粉碎法,1000nm,物理,化学,聚集、沉淀,Fe3O4可表
6、示为FeOFe2O3，那么硅酸盐如何用氧化物表示其组成？ 提示 表示顺序为：活泼的金属氧化物较活泼的金属氧化物二氧化硅水。如高岭土：Al2(Si2O5)(OH)4可表示为：Al2O32SiO22H2O。钢筋混凝土的成分是什么？ 提示 钢筋、石子、沙子、水泥。,【慎思1】,【慎思2】,光导纤维传递信息的优点是什么？ 提示 传播过程中信息能量损失少，传播快，廉价。钢化玻璃是怎样由普通玻璃制造的？ 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46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。,【慎思3】,【慎思4】
7、,1合金是指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。一般来说，合金的性能优于纯金属，合金的熔点比它的各成分金属熔点都低，硬度比它的各成分金属大。但合金的性质并不是各成分金属性质的总和。 2合金可分为三种基本类型：(1)相互溶解，形成金属固溶体，如黄铜合金；(2)相互起化学作用，形成金属化合物；如铝钛合金；(3)相互混合，形成机械混合物，如焊锡。,3铝合金：金属铝中加入其他元素如铜、镁、硅、锌、锂等，即形成各种性能优良的铝合金。(1)性质特征：铝合金具有密度小、强度高、塑性好、易于成型、制造工艺简单、成本低廉等特点，并且表面易形成致密的氧化物保护膜而具有一定的抗腐蚀能
8、力。(2)用途：铝合金主要用于建筑业、容器和包装业、交通运输及电子行业，如汽车车轮的骨架，硬盘抽取盒等。另外，还广泛用于制造飞机构件。,4贮氢合金是指某些稀土合金，它们的晶体表面有催化或活化作用，能使氢分子分解成氢原子进入金属内部，而不改变合金的晶体结构。(1)贮氢合金的代表是镧镍合金。(2)合金的贮氢过程是可逆反应，吸氢过程，放出热量；解吸过程，吸收热量。温度低有利于吸氢；温度高有利于解吸。(3)应用：利用贮氢材料在吸(放)氢时放(吸)热的特点，可制造贮氢合金的空调器；利用贮氢合金对氢的优异选择性精制氢气，可获得纯度高达99.999 9%的氢气。,下图是三种稀酸对FeCr合金随Cr含量变化的
9、腐蚀性实验结果，下列有关说法正确的是 ( )。 A稀硝酸对FeCr合金的腐蚀性比稀硫酸和稀盐酸的弱 B稀硝酸和铁反应的化学方程式是：Fe 6HNO3(稀)=Fe(NO3)33NO23H2OCCr含量大于13%时，因为三种酸中硫酸的氢离子浓度最 大，所以对FeCr合金的腐蚀性最强 D随着Cr含量增加，稀硝酸对FeCr合金的腐蚀性减弱,【例1】,解析 A项，由图示可知当Cr含量小于13%时，稀硝酸对合金的腐蚀性比稀硫酸和稀盐酸强，当Cr含量大于13%时，稀硝酸对合金腐蚀性较弱。B项，稀硝酸与金属反应时，其还原产物应是NO。C项，Cr含量大于13%时，硫酸对合金腐蚀性最强，由于溶液密度没有给出，硫酸
10、中氢离子浓度不一定最大。D项，由图示可知，随着Cr含量增加，稀硝酸对合金腐蚀性减弱。 答案 D,合金的性能优越于纯金属，可以提高其耐腐蚀性、硬度、韧性、强度等。但熔入的其它金属或非金属也并非越多性能就越好。,汞合金是目前使用较多的补牙材料。英国新科学家杂志最近发表了一篇文章，对汞合金补牙材料的安全性提出了质疑。汞合金补牙材料中除水银外，还含锌、锡、铜等金属。下列有关汞合金的说法中不正确的是 ( )。 A汞合金是一种具有金属特性的物质，易导热导电 B汞合金的强度和硬度比锡的大 C汞合金的熔点比汞的低 D汞合金的毒性远低于汞的毒性,【体验1】,解析 合金具有金属特性，A正确；合金一般强度和硬度比组
11、成金属的大，B正确；合金的熔点一般低于其各成分的熔点，但汞合金例外，作为补牙材料，熔点不可能低于汞，C错；作为补牙材料不能有毒性，D正确。 答案 C,1 水泥( 1)生产过程将原料按比例混合后，研磨成生料，高温煅烧得熟料(主要成分是CaSiO3)，再加石膏(主要成分是CaSO42H2O)研成粉末得普通硅酸盐水泥。,(2)普通硅酸盐水泥,2.玻璃(1)普通玻璃,(2)几种玻璃的特性和用途,3.陶瓷 (1)陶瓷生产(2)陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、高温、绝缘、易成型等优点，古代陶瓷器，历经千百年还是艺术珍品。,4特种陶瓷是有别于传统或普通陶瓷而言的，又称为精细陶瓷、新型陶瓷等。特种陶瓷是在传统陶瓷
12、的基础上发展起来的，是指采用精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于进行的结构设计及便于控制的制备方法进行制造、加工的，具有优异特性的陶瓷。特种陶瓷一般分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类，结构陶瓷是指用于各种结构部件，以发挥其机械、热化学和生物等功能的高性能陶瓷。功能陶瓷是指那些可利用电、磁、声、光、热、弹性等性质以实现某种使用功能的先进陶瓷，也可以叫做特种功能陶瓷。,下列物品或设备： 水泥路桥 门窗玻璃 水晶镜片 石英钟表 玛瑙手镯 硅太阳能电池 光导纤维 计算机芯片 所用材料为SiO2或要用到SiO2的是 ( )。 A B C D全部 解析 硅太阳能电池和计算机芯片用到的材料为晶体硅。 答
13、案 C,【例2】,SiO2用途广泛，是光导纤维中的主要成分，而Si属半导体材料，主要用于制作电器元件、芯片、太阳能电池等。,青石棉是一种致癌物质，是鹿特丹公约中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是 ( )。 A青石棉是一种硅酸盐材料 B青石棉中含有一定量的石英晶体 C青石棉的化学组成可表示为：Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O D1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原,【体验2】,解析 硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称，故青石
14、棉是一种硅酸盐产品；青石棉是一种纯净物，不可能含有一定量的石英晶体；1 mol Na2O3FeOFe2O38SiO3H2O跟硝酸反应时，失去3 mol电子，故能使1 mol HNO3被还原。 答案 B,纳米技术的发展，将给我们的生活带来极大的变化。“纳米技术”就是通过物理或化学方法，将物质粉碎成“纳米级”微粒。这种微粒比头发丝的十万分之一还要细，要在20万倍以上的电子显微镜下才能看得清楚。自九十年代初开始兴起的纳米技术，可以带来信息、能源、交通、医药、食品、纺织、环保等诸多领域的新变革，大大提升我们的生活质量。如在玻璃表面涂一层渗有纳米化氧化钛的涂料，那么普通玻璃马上变成具有自己清洁功能的“自
15、净玻璃”，不用人工擦洗；计算机在普遍采用纳米化的材料后，可以缩小成为“掌上电脑”，体积将比现在的笔记本式电脑还要小得多。,普通的材料，通过纳米化处理，更能增添许多神奇特性。如陶瓷经过纳米化加工，可制成陶瓷弹簧、刀具等；而一些固体变成纳米化微粒后，不仅黏附力增强，还新添了对紫外线的吸收性质，除了可制成抗掉色的口红，还可开发出防灼的高级化妆品。此外，利用纳米化材料特殊的磁、光、电等性质，还可以开发出难以数计的新的元器件，在信息工程、生物工程等方面发挥重要作用，从而衍生出新兴的高科技产业群。,“纳米材料”是粒子直径为几纳米至几十纳米的材料，纳米碳就是其中一种。若将纳米碳均匀地分散到蒸馏水中，所形成的
16、物质 ( )。 是溶液 是胶体 能产生丁达尔效应 能透过滤纸 不能透过滤纸 静置后会析出黑色沉淀 A B C D 解析 纳米材料的粒子直径为几纳米至几十纳米，属于胶体粒子的范围，将纳米碳均匀地分散到蒸馏水中，所形成的物质属于胶体，具有胶体的性质。 答案 B,【例3】,纳米是一个长度单位1 nm109 m。而纳米材料又称超微粒材料，其直径在1100 nm之间被称为“跨世纪的新材料”。,下列关于胶体的认识错误的是 ( )。 A鸡蛋清溶液中加入饱和硫酸钠溶液生成白色沉淀，属于 物理变化 B纳米材料微粒直径一般从几纳米到几十纳米(1 nm109m)，因此纳米材料属于胶体 C往Fe(OH)3胶体中逐滴加入稀硫酸会产生沉淀而后沉淀逐渐溶解，这是先发生聚沉，然后发生中和反应 D化工厂常用高压电除去废气中的烟尘，是因为烟尘微粒 带电荷,【体验3】,解析 A项为盐析的过程，盐析为可逆过程，并且属于物理变化。B项胶体属于一种分散系而纳米材料不是分散系。C项属于胶体的聚沉，即在胶体中加电解质，电解质电离产生与胶粒带相反电荷的离子中和了胶粒所吸附的电荷，消除了胶粒间的相互斥力，从而使胶体发生聚集，形成大颗粒而沉淀，同时Fe(OH)3又与加入的H2SO4发生反应生成Fe2(SO4)3而溶解。D项烟尘微粒形成的分散系为气溶胶，胶粒带电，所以可以利用高压电除尘。 答案 B,