高中化學(xué) 第四章 元素與材料世界 第3節(jié) 復(fù)合材料學(xué)案（1）魯科版必修1.doc

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第3節(jié) 復(fù)合材料 互動(dòng)課堂 疏導(dǎo)引導(dǎo)　 一、認(rèn)識(shí)復(fù)合材料 1.復(fù)合材料 （1）定義：由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料經(jīng)特殊加工而制成的材料。 （2）復(fù)合材料的組成 復(fù)合材料由兩部分組成，一部分稱為基體（在復(fù)合材料中起黏結(jié)作用的部分）；一部分為增強(qiáng)體（在復(fù)合材料中起骨架作用的部分）。 疑難突破　復(fù)合材料有什么特點(diǎn)？ 復(fù)合材料中一定含有兩種或兩種以上的材料，但這兩種或兩種以上的材料必須是性質(zhì)不同的材料。因此，復(fù)合材料保持了原材料的優(yōu)點(diǎn)，克服了原材料的某些缺陷，也會(huì)產(chǎn)生優(yōu)于原材料的特點(diǎn)。 復(fù)合材料中一定含有兩種或兩種以上的材料。但含有兩種或兩種以上材料的物質(zhì)不一定是復(fù)合材料，如合金等。 復(fù)合材料具有基體和增強(qiáng)體的優(yōu)點(diǎn)，復(fù)合材料的性質(zhì)可根據(jù)基體和增強(qiáng)體的性質(zhì)而指定。案例1下列關(guān)于復(fù)合材料的說(shuō)法不正確的是（　　） A.復(fù)合材料一定是由兩種或兩種以上材料制成的 B.復(fù)合材料保持了原材料的優(yōu)點(diǎn)，又有優(yōu)于原材料的特點(diǎn) C.在復(fù)合材料中，基體起骨架作用 D.在復(fù)合材料中，增強(qiáng)體起骨架作用 【剖析】 復(fù)合材料中一定含有兩種或兩種以上的材料，但這兩種或兩種以上的材料必須是性質(zhì)不同的材料。所以，A、B兩項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)，D項(xiàng)對(duì)。在復(fù)合材料中起骨架作用的是增強(qiáng)體，起黏結(jié)作用的是基體。 【答案】 C  【借題發(fā)揮】 復(fù)合材料保持了原材料的優(yōu)點(diǎn)，克服了原材料的某些缺陷，也會(huì)產(chǎn)生優(yōu)于原材料的特點(diǎn)。 二、形形色色的復(fù)合材料 1.復(fù)合材料的分類 （1）按基體分類： 樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料。 （2）按增強(qiáng)體分類： 顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料、夾層增強(qiáng)復(fù)合材料和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。 2.生產(chǎn)、生活中常用的復(fù)合材料 （1）玻璃鋼：一種以玻璃纖維作增強(qiáng)體、合成樹脂作基體的復(fù)合材料。除普通玻璃纖維（主要成分為SiO2、Al2O3、Na2O等）外，還可以根據(jù)需要選用耐化學(xué)腐蝕、耐高溫或強(qiáng)度高的特種玻璃纖維作玻璃鋼的增強(qiáng)體。 （2）碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料：一種以碳纖維作增強(qiáng)體、合成樹脂作基體的復(fù)合材料。這種材料具有韌性好、強(qiáng)度高而質(zhì)輕的特點(diǎn)。 3.航空、航天領(lǐng)域中的復(fù)合材料 （1）飛機(jī)、火箭核導(dǎo)彈中的復(fù)合材料 飛機(jī)、火箭的機(jī)翼和機(jī)身以及導(dǎo)彈的殼體、尾翼中的復(fù)合材料大多以纖維為增強(qiáng)體（碳纖維、硼纖維、碳化硅纖維和氧化鋁纖維等耐熱性好的纖維）、金屬為基體（如鋁、鎂、鈦等密度小的金屬）的復(fù)合材料。這些材料具有耐高溫、強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好、導(dǎo)熱性好、不吸濕和不易老化等優(yōu)點(diǎn)。 （2）航天飛機(jī)上使用的陶瓷瓦 航天飛機(jī)機(jī)身上使用的隔熱陶瓷瓦是由纖維和陶瓷復(fù)合而成的材料。增強(qiáng)體多為碳纖維、碳化硅纖維和氧化硅纖維，基體的主要有Al2O3陶瓷、MgOAl2O3陶瓷、SiO2陶瓷、Al2O3ZrO2陶瓷、Si3N4陶瓷、SiC陶瓷等。 （3）復(fù)合材料正向著精細(xì)化方向發(fā)展，出現(xiàn)了仿生復(fù)合、納米復(fù)合、分子復(fù)合、智能復(fù)合等新方法，使復(fù)合材料大家族中增添了許多性能優(yōu)異、功能獨(dú)特的新成員。 案例2隨著社會(huì)的發(fā)展，復(fù)合材料是一種新型的有發(fā)展前途的材料，目前復(fù)合材料最主要的應(yīng)用領(lǐng)域是（　?。┆? A.高分子分離膜　　　　 B.人類的人工器官 C.宇宙航空材料 D.新型藥物 【剖析】 質(zhì)量對(duì)于宇航很重要，而復(fù)合材料一般具有質(zhì)量輕的優(yōu)異性能，所以復(fù)合材料也就成了宇航工業(yè)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。 【答案】 C 【借題發(fā)揮】 有關(guān)復(fù)合材料的考查還可以通過(guò)它在高新科技領(lǐng)域的應(yīng)用來(lái)推測(cè)它具有的性質(zhì)。 活學(xué)巧用 1.復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)是（　?。┆? ①?gòu)?qiáng)度高　②質(zhì)量輕?、勰透邷亍、苣透g A.①④　　　　　　　　 B.②③ C.①②④ D.①②③④ 【思路解析】 復(fù)合材料的主要優(yōu)點(diǎn)有：強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕性，同時(shí)又具有質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)。 【答案】 D 2.人類歷史上的石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代都是以材料作為時(shí)代的重要標(biāo)志。從20世紀(jì)50年代金屬材料占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)到21世紀(jì)已經(jīng)形成金屬材料、聚合物材料、陶瓷材料和復(fù)合材料四大類工程材料平分秋色的格局。下列材料的有關(guān)敘述正確的是（　?。┆? A.傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料具有耐高溫、抗腐蝕、耐沖擊的優(yōu)點(diǎn) B.我國(guó)從唐代開始就能制造陶瓷 C.人類制造出的第一種材料是水泥 D.唐三彩、砂鍋、蒸發(fā)皿、表面皿都屬于陶瓷制品 【思路解析】 傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料具有耐高溫、抗腐蝕、耐沖擊的性能較差，表面皿屬于玻璃制品。 【答案】 B 3.下列材料的特性及用途敘述不正確的是（　?。┆? A.氯化鋁陶瓷具有兩性，可用來(lái)制造人造牙齒 B.氮化硅陶瓷耐高溫且不易傳熱，可用來(lái)制造柴油機(jī) C.光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)光的性能很強(qiáng)，是非常好的通訊材料 D.人造剛玉硬度高，用于制造剛玉球磨機(jī) 【思路解析】 由于氧化鋁是兩性氧化物，容易被酸、堿腐蝕，所以它不能用來(lái)作為制造牙齒的材料。 【答案】 A 4.在建筑工地，人們?？吹焦と擞玫氖撬嗌皾{，為什么不直接用水泥砌墻？  【思路解析】 在混凝土中加入鋼筋，更為堅(jiān)固，高樓大廈、高速公路、跨江大橋、高架橋無(wú)一不采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。直接用水泥砌墻不堅(jiān)固。 5.復(fù)合材料的使用使導(dǎo)彈的射程有了很大的提高，其主要原因在于（　?。┆? A.復(fù)合材料的使用可以使導(dǎo)彈能經(jīng)受超高溫的變化 B.復(fù)合材料的使用可以使導(dǎo)彈的質(zhì)量減輕 C.復(fù)合材料的使用可以使導(dǎo)彈能承受超高強(qiáng)度的改變 D.復(fù)合材料的使用可以使導(dǎo)彈能承受溫度的劇烈變化 【思路解析】 導(dǎo)彈的射程大大提高的主要原因是復(fù)合材料的使用減輕了導(dǎo)彈的質(zhì)量。 【答案】 B 6.氮化硅(Si3N4)是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上普遍采用高純硅與純氮在1 300 ℃ 反應(yīng)獲得。 （1）根據(jù)性質(zhì)，推測(cè)氮化硅陶瓷的用途是____________。 A.制汽輪機(jī)葉片　　　　　 B.制有色玻璃 C.制永久性模具 D.制造柴油機(jī) （2）氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強(qiáng)，除氫氟酸外，不與其他無(wú)機(jī)酸反應(yīng)。試推測(cè)該陶瓷被氫氟酸腐蝕的化學(xué)方程式為_________________________。 （3）現(xiàn)用四氯化硅和氮?dú)庠跉錃庵屑訌?qiáng)熱發(fā)生反應(yīng)，可制得高純度氮化硅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　。 【思路解析】 由于氮化硅的硬度較大，所以通常用作制造柴油機(jī)的材料。 【答案】 （1）D （2）Si3N4+12HF====3SiF4↑+4NH3↑ (3)3SiCl4+2N2+6H2====Si3N4+12HCl 7.陶瓷已廣泛應(yīng)用于生活和生產(chǎn)中，下列不屬于陶瓷制品的是（　?。┆? A.電器中的絕緣瓷管 B.實(shí)驗(yàn)室中的坩堝 C.實(shí)驗(yàn)室中的試管 D.建筑上燒制的磚瓦 【思路解析】 試管是玻璃制品。 【答案】 C