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（沪教版）九年级
下
9.3 新型材料的研制
化学与人类可持续发展
第9章
“—”
01
学习目标
内容总览
02
新知导入
03
探究新知
04
课堂练习
05
课堂总结
06
分层作业
学习目标
1. 认识常见新型材料，如纳米、高分子、复合材料，知晓特性与应用。能区分类型并简述特点。
2. 掌握研制原理和方法，明白化学作用。会分析材料性能与结构关系。
3. 培养观察分析实验现象能力，能通过实验初步评估材料性能和潜力。
新知导入
石墨烯是一种具有优异性能的新型材料，近来有很多“石墨烯发热裤”利用消费者对新技术的好奇和不了解，打着石墨烯的旗号抬高价格，却没有提供相应的高品质产品，在购买这类产品时，消费者应保持警惕，仔细甄别。
探究新知
人类对材料的运用：青铜—钢铁—新型合金
新知导入
任务一
约BC4000年~公元初年 19世纪左右 现代合金
新知导入
任务一
创设问题情境，引入新课
材料是人类赖以生存和发展的重要物质。材料技术和应用的每一次重大进步，都与化学科学的发展密不可分。你了解我国的材料发展进程吗？
模块一 无机材料更新换代
新知导入
任务二
无机材料更新换代
石 器时 代
青 铜时 代
铁 器时 代
材料开发和应用技
术迅猛发展的时代
1.材料的应用和发展
2.材料技术和应用与化学等科学的关系
天 然材 料
人 工 合
成 材 料
为 特 定 需 求
设 计 材 料
新知导入
任务二
无机材料更新换代
材 料
无机材料
有机高分子材料
金属材料
无机非金属材料
纯金属
合金
复合材料
新知导入
任务二
无机材料更新换代
3000多年前,古代劳动人民已经能够制造和使用青铜、铁等金属材料。近代工业崛起，以钢铁为主体的金属材料被广泛应用。随着冶炼技术进一步发展，研制出各种具有优异性能的合金。
新知导入
任务二
无机材料更新换代
稀土材料指利用稀土元素及其化合物与其他元素的化合物结合形成的材料。稀土元素是指钪(Sc)钇(Y),以及镧系元素(从镧到镥15种元素)。稀土元素的化学性质较为活泼，若与其他元素结合，便可形成种类繁多、功能多样、用途广泛的新型材料，且性能会有较大提高，被称作当代的工业味精”。请查阅文献，说明稀土元素在当代高新科技中的具体应用。
调查研究
新知导入
任务二
无机材料更新换代
稀土元素在当代高新科技中有众多重要应用：
1. 永磁材料：用于制造高性能的永磁体，广泛应用于新能源汽车的驱动电机、风力发电设备、节能家电等领域，提高了能源利用效率。
2. 激光材料：制造固体激光器，在医疗、科研、工业加工等方面。
3. 储氢材料：可用于制作高效的储氢装置，新能源汽车的氢能源存储。
4. 超导材料：有助于提高超导材料的性能，在磁悬浮列车、核磁共振等领域具有重要意义。
5. 玻璃陶瓷：用于制造高质量的光学镜片、特种陶瓷等。
6. 电子信息：在芯片制造、显示屏等电子产品中提高性能。
新知导入
任务二
无机材料更新换代
无机非金属材料 ①玻璃
光致变色玻璃制成的变色镜
汽车的钢化玻璃
玻璃
化学方法
特种玻璃
新知导入
任务二
无机材料更新换代
无机非金属材料 ②水泥
白色硅酸盐水泥
三狮超细水泥
化学方法
特种水泥
新知导入
任务二
无机材料更新换代
无机非金属材料 ③陶瓷—古代陶器
唐三彩
陶瓷
绿釉陶水亭
新知导入
任务二
无机材料更新换代
无机非金属材料 ③陶瓷—现代特种瓷器
氧化铝陶瓷是一种以氧化铝为主体的陶瓷材料，用于厚膜集成电路。氧化铝陶瓷有较好的传导性、机械强度和耐高温性。需要注意的是需用超声波进行洗涤。用氧化铝等为原料生产的耐高温、高强度的陶瓷,可用来制造发动机零件。
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任务二
无机材料更新换代
无机非金属材料 ③陶瓷—现代特种瓷器
可供移植的新型陶瓷骨，具有组织相容性和生物稳定性好等特点。它不会导致排异反应，有利于诱导骨质的生长。这种人工骨富含钙、锌，有利于手术后伤口皮肤更快愈合。
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任务二
无机材料更新换代
无机非金属材料 ③陶瓷—现代特种瓷器
全瓷牙具有完美密合的边缘、无牙龈炎症现象、对X光线无任何阻挡等特点，生物相容性优于各种金属内冠，在临床上可得到持久的修复效果。
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任务二
无机材料更新换代
缺点：1.脆性
2.加工难度
3.导热性能较差
4.重量较大
优点：1.耐高温性能
2.耐腐蚀性能
3.绝缘性能
4.高硬度和强度
5.尺寸稳定性
无机非金属材料—陶瓷的优点
例1、厨房中的下列物品所使用的主要材料属于金属材料的是（ ）
A.陶瓷碗
B.不锈钢炊具
C.橡胶手套
D.铜质水龙头
课堂典例
【答案】A
【解析】A、陶瓷碗属于无机非金属材料;
B、不锈钢属于合金，是金属材料;
C、橡胶属于有机合成材料；
D、铜质水龙头是用金属材料制成的。
故选A。
例2、下列物品使用的材料属于无机非金属材料的是（ ）
A.钛合金表链
B.紫砂壶
C.手机塑料壳
D.真丝围巾
课堂典例
【答案】C
【解析】A、钛合金表链是用钛合金制成的，属于金属材料，故选项错误.
B、紫砂壶是紫砂陶土烧制而成的紫砂陶茶具，属于无机非金属材料，故选项错误.
C、手机塑料外壳是用塑料制成的，塑料属于三大合成材料之一，故选项正确.
D、真丝围巾是用蚕丝制成的，属于天然材料，故选项错误.
故选C
模块二 合成材料层出不穷
新知导入
任务三
合成材料层出不穷
三大合成材料
塑料
合成纤维
合成橡胶
结束了人类只能依靠天然材料的历史。
新知导入
任务三
合成材料层出不穷
合成有机高分子材料 ①塑料
聚乙烯(PE)
聚氯乙烯(PVC)
聚苯乙烯(PS)
有机玻璃(PMMA)
新知导入
任务三
合成材料层出不穷
合成有机高分子材料 ①塑料
生活中的塑料制品
2008年北京奥运会主游泳馆“水立方”外立面材料为塑料
新知导入
任务三
合成材料层出不穷
【实验】取聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料各一小块,分别点燃,观察燃烧情况，比较产生的气味有什么不同。
新知导入
任务三
合成材料层出不穷
实验现象:聚乙烯塑料容易燃烧，燃烧时火焰呈蓝色，上端黄色，燃烧时会有熔滴落下。燃烧时产生的气味像石蜡燃烧的气味，比较温和。聚氯乙烯塑料不易燃烧，点燃后会自熄。聚氯乙烯燃烧时火焰呈黄色，底部绿色，会产生刺激性气味。
新知导入
任务三
合成材料层出不穷
实验结论:聚乙烯组成中只含有C、H元素,而聚氯乙烯的组成中除含有C、H元素外,还含有Cl元素。聚氯乙烯燃烧时会释放出氯化氢等有害气体，这些气体有刺鼻的气味。
新知导入
任务三
合成材料层出不穷
聚乙烯塑料薄膜无毒,可用于包装食品
聚氯乙烯塑料薄膜会分解出对健康有害的物质，不宜用于包装食品
聚乙烯塑料袋
聚氯乙烯塑料薄膜
塑料薄膜的燃烧现象和燃烧时放出气体气味的不同，可以简易鉴别塑料薄膜是否可用于食品包装。
新知导入
任务三
合成材料层出不穷
白色污染：
塑料的应用和发展方便了人们的生活，但大多数塑料在自然条件下难以降解，长期堆积的塑料制品造成了新的环境污染--“白色污染”。不能焚烧废弃塑料制品，避免释放出含有二噁英等有害物质的气体。
丢弃在环境中的废旧包装塑料，不仅影响市容和自然景观，产生"视觉污染"，而且难以降解，对生态环境还会造成潜在危害，中国每年用于白色污染的治理经费大约1850万左右。
新知导入
任务三
合成材料层出不穷
白色污染
新知导入
任务三
合成材料层出不穷
通过查阅文献，调查并分析目前常见塑料使用中的利与弊。
利：1. 成本低廉：生产原料丰富，制造工艺简单。
2. 性能多样：具有良好的绝缘性、耐腐蚀性、耐磨性。
3. 轻便易用：重量轻，便于携带和使用。
4. 可塑性强
弊：1. 难以降解：造成长期的环境污染，形成白色污染。
2. 资源消耗：塑料的生产依赖石油等不可再生资源。
3. 回收困难：不同类型的塑料回收难度大，回收体系不完善。
4. 健康风险：某些塑料制品在高温或与特定物质接触时，可能会释放有害物质。
新知导入
任务三
合成材料层出不穷
减少废弃塑料产生的环境
问题，要促进废弃塑料的回收和利用，大力研制在自然条件下容易降解的新型塑料。
新知导入
任务三
合成材料层出不穷
可降解塑料
可降解塑料是指能满足使用需求，且使用后在自然环境条件下能降解成对环境无害的物质的一类塑料，一般可分为光降解塑料、生物降解塑料、水降解塑料等。
生活中，可降解塑料主要用于制作垃圾袋、购物袋、餐盒等。2022年6月1日我国正式实施《生物降解塑料与制品降解性能及标识要求》《生物降解饮用吸管》两项推荐性国家标准，这意味着可降解塑料制品在生活中得到更广泛的应用，对于促进社会可持续发展有重要意义。
拓展视野
新知导入
任务三
合成材料层出不穷
可降解一次性碗筷、塑料袋
可降解一次性吸管
新知导入
任务三
合成材料层出不穷
合成有机高分子材料 ②合成纤维
棉麻
蚕丝被
貂皮大衣
天然纤维
新知导入
任务三
合成材料层出不穷
天然纤维数量有限，远不能满足人们对纺织品的需求。用化学方法制备的合成纤维，为工业生产提供了性能优越的材料，也丰富了人们的日常生活，合成纤维是以石油产品、煤石灰石、水和空气等为原料，通过一系列化学反应制造的。涤纶和锦纶布料、人造羊毛、降落伞绳、渔网等都是合成纤维制品。
新知导入
任务三
合成材料层出不穷
【实验】取少许棉纱线、羊毛绒和化纤织物纤维(如尼龙丝线等)，分别在酒精灯火焰上灼烧，观察各种材料的燃烧情况，辨别其产生的气味。
新知导入
任务三
合成材料层出不穷
实验现象:棉纱线燃烧时，火焰较小，产生烧纸的气味，燃烧后的灰烬较为疏松。 羊毛绒燃烧时，火焰缓慢，有烧焦羽毛的气味，灰烬易碎且呈黑色。化纤织物纤维尼龙丝线燃烧时，火焰较大，伴有黑烟，产生刺鼻的化学气味，燃烧后的残留物较硬且不易碎。
新知导入
任务三
合成材料层出不穷
实验结论:棉花的主要成分是纤维素,燃烧时有烧纸气味,并残留有黑色灰烬。羊毛蚕丝的主要成分是动物蛋白质,燃烧时有烧焦羽毛气味。化纤布料燃烧时有特殊气味，趁热可以拉成丝。
新知导入
任务三
合成材料层出不穷
合成纤维强度高、耐磨、弹性好、耐化学腐蚀,但吸水性和透气性不如天然纤维优良。因此现代纺织业一般采用混纺的方式,即将天然纤维和合成纤维按一定比例混合在一起纺纱,使其显示出各自的优点。
新知导入
任务三
合成材料层出不穷
合成有机高分子材料 ③合成橡胶
天然橡胶：耐热性较差
新知导入
任务三
合成材料层出不穷
随着工业的发展,对橡胶的需求不断增长,人们采用化学方法人工合成橡胶。与天然橡胶相比,合成橡胶具有更优良的弹性、绝缘性和耐高温性。
新知导入
任务三
合成材料层出不穷
随着科学技术的发展,具有光、电、磁等特殊性能的功能高分子材料不断地被研制出来,新材料的发展将进一步推动人类社会的进步。
例3、下列有关塑料的说法正确的是（ ）
A.聚氯乙烯可用来制作餐具或食品袋
B.通过焚烧塑料减少“白色污染”
C.塑料制品属于不可再回收利用产品
D.聚氯乙烯燃烧时有刺激性气味;聚乙烯燃烧时无刺激性气味
课堂典例
【答案】D
【解析】聚氯乙烯塑料中含有氯元素,燃烧时会产生刺激性气味,而聚乙烯塑料中无氯元素,燃烧时无刺激性气味产生。聚氯乙烯在使用过程中会放出有毒物质,故不能用聚氯乙烯制作餐具或食品袋。故选D。
例4、有机合成材料的出现是材料发展史上的一次重大突破，下列叙述错误的是（ ）
A.塑料、纤维、橡胶均属于有机合成材料
B.热固性塑料可用作炒菜锅的手柄
C.合成纤维的强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀
D.合成橡胶可用于生产汽车轮胎
课堂典例
【答案】A
【解析】A、天然纤维、天然橡胶不属于有机合成材料，故A错误;
B、炒菜锅的手柄是用热固性塑料制成的，故B正确;
C、合成纤维有强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀等优点，故C正确;
D、合成橡胶可用于生产汽车轮胎，故D正确;
故选A。
模块三 复合材料异军突起
新知导入
任务四
复合材料异军突起
复合材料：
概念：将两种或两种以上的材料复合成一体而形成的材料
优点：复合材料集中了组成材料的优点,具有更优异的综合性能
应用：现代高科技的发展离不开复合材料。为满足生产生活对特种材料的需求，科学家运用化学等科学知识，研究合成形形色色的具有特殊性能的复合材料。
新知导入
任务四
复合材料异军突起
钢筋混凝土是钢筋和混凝土的复合材料
机动车的轮胎是用合金钢与橡胶的复合材料制成的
新知导入
任务四
复合材料异军突起
塑料中嵌入玻璃纤维制成的玻璃纤维增强塑料
用于制造船体、汽车车身等
新知导入
任务四
复合材料异军突起
碳纤维复合材料可用于制造飞机的机翼、飞行器头锥等
新知导入
任务四
复合材料异军突起
复合材料的组成及应用
复合材料通常是由起搭建作用的基体材料和分散于其中的增强材料两部分组成。以金属为基体的金属基复合材料，由于金属和增强材料的共同作用，因而具有强度高、密度小、耐摩擦和耐高温等性能，成为航天、航空等尖端领域的常用材料之一。
2023年5月，我国自行研制、具有完全自主知识产权的神舟十六号载人飞船发射成功，3名航天员顺利进驻中国空间站。载人飞船的众多新型设备的制造都应用了多种具有特殊性能的复合材料。
拓展视野
新知导入
任务四
复合材料异军突起
基体材料 增强材料 应用
铝、镁 石墨 卫星、导弹、飞机的结构部件
镁、钛 硼 天线结构、发动机叶片
铝、钻合金 碳化硅 高温发动机零件
一些金属基复合材料及其用途
例5、下列材料中属于复合材料的是（ ）
A.不锈钢
B 聚氯乙烯
C.玻璃钢
D.天然橡胶
课堂典例
【答案】 C
【解析】不锈钢属于铁的合金,合金属于金属材料,A错误;聚氯乙烯属于合成塑料,合成塑料属于合成有机高分子材料,B错误;玻璃钢是由玻璃纤维包埋在有机高分子材料中形成的复合材料.C正确；天然橡胶是天然有机高分子材料,D错误。
例6、下列材料分类错误的是（ ）
A.氮化硼陶瓷——有机高分子材料
B.储氢材料镧镍合金——金属材料
C.机动车轮胎——复合材料
D.普通玻璃——无机非金属材料
课堂典例
【答案】A
【解析】A.氮化硼陶瓷-是无机材料，错误;
B.储氢材料镧镍合金是金属材料，正确;
C.机动车轮胎是复合材料,正确;
D.普通玻璃是无机非金属材料,正确。
课堂总结
模块四 练习与实践
1、下列各种实验仪器的主要制作材料属于金属材料的是（ ）
课堂典例
【答案】C
【解析】A、试管是用玻璃制成的,玻璃主要成分是硅酸盐,属于无机非金属材料,故选项错误.
B、蒸发皿是由瓷制成的,瓷是用泥土烧制而成的,属于无机非金属材料,故选项错误，
C、铁架台是用铁合金制成的,属于金属材料,故选项正确
D、胶塞是用合成橡胶制成的,合成橡胶属于三大合成材料之一,故选项错误.
故选:C
2、有机合成材料的出现是材料发展史上的一次重大突破，下列叙述错误的是( ）
A.塑料、纤维、橡胶均属于有机合成材料
B.热固性塑料可用作炒菜锅的手柄
C.合成纤维的强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀
D.合成橡胶可用于生产汽车轮胎
【答案】A
【解析】A、天然纤维、天然橡胶不属于有机合成材料，故A错误;
B、炒菜锅的手柄是用热固性塑料制成的，故B正确:
C、合成纤维有强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀等优点，故C正确;
D、合成橡胶可用于生产汽车轮胎，故D正确;故选A。
分层作业
3、合成材料的应用和发展，大大方便了人类的生活，但是合成材料废弃物的急剧增加也带来了环境问题，废弃塑料带来的“白色污染”尤为严重。要解决“白色污染”问题下列做法不合理的是( ）
A.使用新型可降解塑料
B.用布袋代替塑料袋
C.回收废弃塑料
D.焚烧废弃塑料
课堂典例
【答案】C【解析】A、用布袋代替塑料袋购物可以减少塑料袋的使用,有利于解决白色污染的问题,A选项合理,不符合题意:
B、使用微生物降解塑料有利于塑料降解,有利于解决白色污染的问题,B选项合理,不符合题意;
C、推广使用一次性塑料杯增加塑料的用量,会使白色污染更加严重.C选项不合理,符合题意:
D、回收各种废弃塑料,有利于解决白色污染的问题,D选项合理,不符合题意。故选C。
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