选考部分化学与技术第3讲化学与材料制造和应用导航高优秀PPT.ppt
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1、 选考部分选考部分 第十四章第十四章化学与技术化学与技术 第第3讲讲 化学与材料制造和应用化学与材料制造和应用 导导 航航 高高 考考考考 点点 突突 破破单元综合测试单元综合测试随随 堂堂 演演 练练自自 我我 诊诊 断断课课 时时 作作 业业1了了解解社社会会发发展展和和科科技技进进步步对对材材料料的的要要求求,了了解解化化学对材料科学发展的促进作用学对材料科学发展的促进作用。2了了解解金金属属材材料料、无无机机非非金金属属材材料料、高高分分子子合合成成材材料、复合材料和其他新材料的特点,了解有关的生产原理。料、复合材料和其他新材料的特点,了解有关的生产原理。3了解用化学方法进行金属材料表
2、面处理的原理。了解用化学方法进行金属材料表面处理的原理。4了了解解我我国国现现代代材材料料探探讨讨和和材材料料工工业业的的发发展展状状况况,了解新材料的发展方向。了解新材料的发展方向。考纲解读考纲解读 1传传统统无无机机非非金金属属材材料料硅硅酸酸盐盐材材料料的的生生产产原原理理、主要成分、性能及应用。主要成分、性能及应用。2新型无机非金属材料的性能、功能及应用。新型无机非金属材料的性能、功能及应用。3金属冶炼原理、腐蚀与防护。金属冶炼原理、腐蚀与防护。4高分子材料、复合材料的特点及应用。高分子材料、复合材料的特点及应用。考向分析考向分析 一、无机非金属材料一、无机非金属材料基础知识梳理基础知
3、识梳理二、金属材料二、金属材料1铁的冶炼铁的冶炼(1)原原理理:高高温温下下用用还还原原剂剂将将铁铁从从其其氧氧化化物物中中还还原原出出来。来。(2)原料:铁矿石、焦炭、石灰石和空气。原料:铁矿石、焦炭、石灰石和空气。(3)设备:炼铁高炉。设备:炼铁高炉。3铝的生产流程示意图铝的生产流程示意图三、高分子化合物与材料三、高分子化合物与材料1高分子化合物的合成高分子化合物的合成一般通过加成聚合或缩合聚合反应得到高分子化合物。一般通过加成聚合或缩合聚合反应得到高分子化合物。2塑料制品的加工塑料制品的加工线线型型结结构构的的塑塑料料具具有有热热塑塑性性,体体型型结结构构的的塑塑料料有有热热固固性。性。
4、3性能优异的合成材料性能优异的合成材料(1)塑料的改性塑料的改性常用方法有填充改性、共混改性、共聚改性。常用方法有填充改性、共混改性、共聚改性。(2)功能高分子材料功能高分子材料发发展展趋趋势势是是高高性性能能化化、功功能能化化、复复合合化化、精精细细化化、智智能化。能化。(3)复合材料复合材料构成:由基体和增加体两种材料构成。构成:由基体和增加体两种材料构成。性性能能:具具有有强强度度高高、质质量量轻轻、耐耐腐腐蚀蚀、抗抗冲冲击击、绝绝缘性好等优良性能。缘性好等优良性能。4环境中的高分子材料环境中的高分子材料(1)高分子材料的老化及其爱护高分子材料的老化及其爱护(2)环境降解高分子材料的开发
5、环境降解高分子材料的开发降解主要涉及生物降解、光降解和化学降解三种过程。降解主要涉及生物降解、光降解和化学降解三种过程。(3)废旧高分子材料的回收利用。废旧高分子材料的回收利用。四、金属的腐蚀及防护四、金属的腐蚀及防护1金金属属腐腐蚀蚀的的本本质质是是金金属属失失电电子子被被氧氧化化,主主要要包包括括化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀和电化学腐蚀。(1)化学腐蚀化学腐蚀金金属属材材料料与与其其表表面面接接触触的的一一些些物物质质干干脆脆发发生生化化学学反反应应而引起的腐蚀叫化学腐蚀。而引起的腐蚀叫化学腐蚀。2金属腐蚀的防护和利用金属腐蚀的防护和利用将将金金属属制制品品与与四四周周物物质质隔隔离离开
6、开。如如电电镀镀、发发蓝蓝、形形成成钝钝化化膜膜等等,限限制制和和改改善善环环境境气气体体、液液体体介介质质,或或接接受受牺牺牲牲阳极法和外加电流法等电化学爱护法。阳极法和外加电流法等电化学爱护法。金金属属腐腐蚀蚀会会带带来来危危害害和和损损失失,但但也也可可以以被被利利用用来来进进行行材料加工,如化学刻蚀。材料加工,如化学刻蚀。1几种金属的冶炼几种金属的冶炼(1)钢铁的冶炼钢铁的冶炼考点一考点一金属材料及其表面处理金属材料及其表面处理 炼铁炼铁炼钢炼钢原料原料铁矿石、焦炭、铁矿石、焦炭、空气、石灰石空气、石灰石生铁、氧化剂生铁、氧化剂(空气、纯空气、纯氧、氧化铁等氧、氧化铁等)、生石灰、生石
7、灰、脱氧剂脱氧剂化学原化学原理理在高温下用还原在高温下用还原剂将铁从其氧化剂将铁从其氧化物中还原出来物中还原出来在高温下用氧化剂把生铁在高温下用氧化剂把生铁中过多的碳和其他杂质氧中过多的碳和其他杂质氧化成气体或炉渣除去化成气体或炉渣除去金金属属冶冶炼炼方方法法的的选选择择与与金金属属的的活活动动性性有有关关,处处在在金金属属活动性不同位置的金属其冶炼的方法可用下图表示:活动性不同位置的金属其冶炼的方法可用下图表示:当当一一种种金金属属可可用用多多种种方方法法冶冶炼炼时时,工工业业上上一一般般接接受受经经济济效效益益高高的的方方法法。即即:热热解解还还原原法法优优于于焦焦炭炭还还原原法法,焦焦炭
8、炭还还原原法法优优于于铝铝热热还还原原法法,铝铝热热还还原原法法优优于于电电解解还还原原法法;从从环保角度考虑,环保角度考虑,H2还原法又优于还原法又优于CO还原法。还原法。特别提醒特别提醒 2金属材料的表面处理金属材料的表面处理防护方法防护方法种类种类原理原理应用实例应用实例改变金属改变金属内部结构内部结构一般向一些易腐蚀的金属一般向一些易腐蚀的金属中加入某些特殊金属制成中加入某些特殊金属制成合金,增强其抗腐蚀能力合金,增强其抗腐蚀能力向普通钢中加铬、镍等向普通钢中加铬、镍等金属制不锈钢金属制不锈钢金属表面金属表面覆盖保护覆盖保护层层在金属表面覆盖致密的保在金属表面覆盖致密的保护层,从而使金
9、属制品跟护层,从而使金属制品跟周围物质隔离开来周围物质隔离开来在钢铁表面涂矿物性油在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆、搪瓷、塑料脂、油漆、搪瓷、塑料等,或电镀、热镀、喷等,或电镀、热镀、喷镀,使金属表面生成致镀,使金属表面生成致密稳定的氧化膜密稳定的氧化膜电化学保电化学保护法护法利用电化学原理将被保护利用电化学原理将被保护的金属作为原电池的正极的金属作为原电池的正极或电解池的阴极或电解池的阴极牺牲阳极保护法、外加牺牲阳极保护法、外加电流阴极保护法电流阴极保护法例例1铝铝是是地地壳壳中中含含量量最最多多的的金金属属元元素素,1854年年法法国国冶冶金金学学家家戴戴维维尔尔用用金金属属钠钠还还原原氯氯化
10、化钠钠和和氯氯化化铝铝的的复复盐盐,获获得得了了金金属属铝铝单单质质。1886年年,美美国国人人霍霍尔尔和和法法国国人人埃埃鲁鲁,分分别别独独立立地地电电解解熔熔融融的的氧氧化化铝铝和和冰冰晶晶石石的的混混合合物物,制制得得了了金金属铝,奠定了今日大规模生产铝的基础。属铝,奠定了今日大规模生产铝的基础。工工业业生生产产金金属属铝铝的的原原料料是是铝铝土土矿矿(主主要要成成分分为为Al2O3,另另含含有有Fe2O3),工工业业中中得得到到较较纯纯氧氧化化铝铝的的过过程程如如图图所所示:示:试回答下列问题:试回答下列问题:(1)操操作作是是一一种种重重要要的的混混合合物物分分别别方方法法,试试验验
11、室室进进行行该该项项操操作作用用到到的的玻玻璃璃仪仪器器有有烧烧杯杯、_、_。(2)经经 分分 析析 不不 溶溶 物物 A的的 主主 要要 成成 分分 为为_。(3)工工 业业 上上 电电 解解 炼炼 铝铝 的的 化化 学学 方方 程程 式式 为为:_。若电路中通过若电路中通过1 mol电子,可以得到铝电子,可以得到铝_ g。解解析析(1)操操作作的的方方法法是是过过滤滤,所所用用玻玻璃璃仪仪器器有有玻玻璃棒、漏斗和烧杯。璃棒、漏斗和烧杯。(2)Fe2O3不与不与NaOH溶液反应,作为不溶物被滤出。溶液反应,作为不溶物被滤出。(3)依依据据化化学学方方程程式式可可知知每每生生成成1 mol A
12、l转转移移3 mol电电子,所以每转移子,所以每转移1 mol电子,可生成电子,可生成9 g Al。1无机非金属材料无机非金属材料(1)传统硅酸盐材料传统硅酸盐材料陶陶瓷瓷、水水泥泥、玻玻璃璃等等是是传传统统硅硅酸酸盐盐材材料料,它它们们的的比比较较如下:如下:考点二考点二无机非金属材料及新型材料的应用无机非金属材料及新型材料的应用 陶瓷陶瓷玻璃玻璃水泥水泥主要原料主要原料黏土黏土纯碱、石灰纯碱、石灰石和石英石和石英黏土和石灰石黏土和石灰石(石石膏为辅助原料膏为辅助原料)主要设备主要设备玻璃熔炉玻璃熔炉水泥回转窑水泥回转窑陶瓷陶瓷玻璃玻璃水泥水泥生产生产过程过程混合、成型、干燥、混合、成型、干
13、燥、烧结、冷却烧结、冷却原料粉碎,玻璃熔炉中强热,原料粉碎,玻璃熔炉中强热,成型冷却成型冷却高温煅烧得熟料,高温煅烧得熟料,再加石膏研成粉再加石膏研成粉末得普通硅酸盐末得普通硅酸盐水泥水泥反应反应原理原理复杂的物理、化学复杂的物理、化学变化变化复杂的物理、化学变化,主复杂的物理、化学变化,主要反应:要反应:Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2CaCO3SiO2 CaSiO3CO2复杂的物理、化复杂的物理、化学变化学变化主要主要成分成分硅酸盐硅酸盐Na2SiO3CaSiO3SiO2(Na2OCaO6SiO2)3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3等等主要主要性能性能抗氧化、
14、抗酸碱腐抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、蚀、耐高温、绝缘、易成型等优点易成型等优点玻璃态物质,没有固定的熔玻璃态物质,没有固定的熔点,在一定温度范围内逐渐点,在一定温度范围内逐渐软化软化水硬性水硬性(2)复合材料复合材料常见的复合材料:玻璃钢、碳纤维增加复合材料等。常见的复合材料:玻璃钢、碳纤维增加复合材料等。(3)塑料制品结构和性能塑料制品结构和性能线线型型高高分分子子:分分子子呈呈长长链链状状,可可溶溶于于有有机机溶溶剂剂,受受热软化,熔融,有热塑性。热软化,熔融,有热塑性。体体型型高高分分子子:高高分分子子链链之之间间形形成成化化学学键键产产生生交交联联,形形成成立立体体网网状状结结构
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