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(共18张PPT)
2.6材料的利用与发展
材料与人类社会发史
石制割砸器具
青铜宝剑
青铜鼎
用兽骨和鱼骨制成骨针
陶器
铁犁
半导体芯片
光纤维材料制成的胃镜
碳纤维材料制成的无人机架
任务一：归纳材料的发展历程
石器
陶器
青铜器
铁器
合成材料的使用
新型材料的使用
原始社会
火的发明
商朝
春秋晚期
100多年前
21世纪(信息时代)
标志着生产力的不断发展
二、新型材料
1、新型材料：
新型材料是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的材料。
2、常见新型材料：
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、超导材料等。
以超级塑料制成的头盔防弹、抗压、撞不破
超级陶瓷质地坚韧，制成的刀具削铁如泥
超级玻璃能根据光照的强度改变颜色
现代科技发展，促使新型材料研究日益向微观层次深入，产生了纳米材料。
用纳米陶瓷粉末烧成的陶瓷却有很好的韧性，即使被撞倒也不破裂；
新型纳米油墨的色调更浓，书写的字迹色泽更好；
将纳米铅粉末加入到固体燃料中，就会使火箭推进器的前进速度加快好几倍。
纳米材料在各个领域有着广阔的应用前景。
纳米材料是指其基本颗粒在1~100纳米范围内的材料。
性能：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。
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。
人们对于宏观物体（小至肉眼能见的物体，大到宇宙天体）与微观物体（原子、分子及更小的微粒），都已作了很多研究，取得了很多规律性的认识，然而上述两个领域之间1~100纳米大小的那块领地，直到20世纪80年代末才被人们重视。探究纳米领域的意义与价值不仅在于能够获得许多具有独特性能的材料，而且打开了微观与宏观的通道，对于人们全面认识宏观世界将产生重大的影响。
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、原理及评价：
（1）铜与浓硫酸在加热条件下生成硫酸铜、水、二氧化硫。
Cu + H2SO4(浓) = CuSO4 + SO2↑ + H2O
原理1：
任务二：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。
（2）铜加热生成氧化铜加稀硫酸生成硫酸铜和水。
CuO + H2SO4 == CuSO4 + H2O
2Cu + O2 == 2CuO
（3）将铜与硝酸银反应生成硝酸铜，然后将硝酸铜和氢氧化钠反应，生成氢氧化铜和硝酸钠，最后利用氢氧化铜和硫酸反应制取硫酸铜。
Cu + 2AgNO3 = 2Ag + Cu(NO3)2
Cu(NO3)2 + 2NaOH = Cu(OH)2↓+ 2NaNO3
Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O
原理3：
原理2：
Cu + H2SO4(浓) = CuSO4 + SO2↑ + H2O
原理1：
CuO + H2SO4 == CuSO4 + H2O
2Cu + O2 == 2CuO
原理2：
Cu + 2AgNO3 = 2Ag + Cu(NO3)2
Cu(NO3)2 + 2NaOH = Cu(OH)2↓+ 2NaNO3
Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O
原理3：
任务三：请对以上方法在原料的利用率及产生的污染方面进行讨论，交流并探讨绿色工艺的可行性。
(1)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，又因二氧化硫有毒而造成环境污染。
(2)原料利用率高，无污染。
(3)成本高、步骤繁锁。
任务四：实际生产和实验中选择某种物质的制备方法时，需考虑的因素
(1)科学性：制备过程中每步化学反应是否符合化学反应的规律；
(2)简便性：设计的方案要考虑实际设备情况，操作过程尽可能简便易行，如反应所需的条件和设备是否简单；
(3)经济性：所需原料是否易获取、成本是否低廉；
(4)安全性：操作过程是否存在安全隐患；
(5)环保性：生产过程是否会对环境造成污染。
“绿色化学”主要特点
(1)充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料；
(2)在无毒、无害的条件下进行反应，以减少废弃物向环境中的排放；
(3)提高原料的利用率，力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳，实现“零排放”；
(4)生产出有利于环境保护、社会安全和人体健康的环境友好产品。
核心
要利用化学原理从源头上消除污染
化学工业给社会带来巨大财富和众多产品的同时，也向周围环境排放了大量的“三废”（废水、废渣、废气），使自然界的生态平衡遭受破坏。
废水
废渣
废气
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。
问题： 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？
炼钢与“三废”的回收利用
炼钢过程中会产生大量的棕色烟气，其主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等，因此工厂安装了回收设备，将这些“放在错误地点的原料”进行回收利用。例如，从烟气中回收的氧化铁尘粒可以用来炼钢；得到的一氧化碳可以做化工原料或燃料；烟气带出的热量可以用于制造水蒸气。此外，炼钢时生成的炉渣可以用来做矿渣水泥，含磷量较多的炉渣则可加工成磷肥等。
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。
材料发展史
石器
陶器
金属
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
安全、经济、操作简单、原料利用率高、产量高、环保等
第6节 材料的利用与发展
练习1：硫酸铜是精炼铜的主要原料，某工厂用硫化铜(CuS)制硫酸铜，拟选择两个方案：
方案①：硫化铜在硫杆菌(催化剂)的作用下跟空气中的氧气反应生成硫酸铜。
高温
方案②：2CuS＋3O2 === 2CuO＋2SO2，
CuO＋H2SO4 === CuSO4＋H2O。
(1)请写出方案①反应的化学方程式： 。
(2)从环境保护的角度考虑，上述方案 更合理。
理由是 。
②中煅烧产生SO2，增加空气污染物
①
CuS＋2O2 === CuSO4
硫杆菌

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