2.6材料的利用與發展【知識網絡】【知識掌握】1.根據人類在不同時期的材料發展情況，可將人類的歷史分為舊石器時代、新石器時代、銅器時代、青銅器時代、鐵器時代、新材料時代2.當前最令人關注的材料：光電子信息材料、先進復合材料、超級陶瓷材料、新型金屬材料、新型高分子材料、超導材料、納米材料等3.納米材料：以納米為單位的超級微小顆粒（材料），稱為納米材料特性：在機械強度、磁、光、聲、熱等方面與普通有很大的不同。【例題精析】例1．半導體材料的不斷發展，加快了智能芯片的不斷革新，下列材料中屬于半導體材料的是（）A．銅 B．橡膠 C．塑料 D．硅例2．超輕“固態煙”是將SiO2和液體溶劑混合，經加壓、干燥后形成的多孔海綿狀結構的物質。它能承受超過自身重力幾千倍的壓力，絕緣性強、耐高溫。下列說法中不正確的是（）A．SiO2中硅元素的質量分數為46.7% B．超輕“固態煙”為新型化合物 C．超輕“固態煙”為制造航天深測器提供了新材料 D．超輕“固態煙”可用于處理海洋原油污染例3．硼纖維具有較好的耐熱性和彈性，不與氯氣、水反應，可與某些金屬制成新型材料．在1200℃～1300℃時，氯化硼（BCl3）蒸氣與干燥、純凈的氫氣反應可制得硼和氯化氫．下列說法不正確的是（）A．含硼纖維的材料可能具有耐熱性 B．該反應中的反應物和生成物只有兩種物質為氣態 C．氯化硼可能與水反應 D．該反應需要在隔絕空氣的條件下進行例4．今年5月，國產小米6面世，陶瓷后殼再度引起關注。（1）相比金屬后殼，陶瓷后殼的性差，充電時更不易漏電、更安全。（2）陶瓷中含有氧化鋯（ZrO2），使具有釉質光澤。在物質分類上，氧化鋯屬于無機化合物里的。（3）目前市場上的后殼仍以金屬為主，陶瓷材質的很少，請據此推測一個陶瓷材料性能的不足。例5．閱讀材料：冬奧會上的制冰新技術第24屆冬奧會如期在北京成功舉辦，國家速滑館“冰絲帶”是標志性場館。國家速滑館有亞洲最大的全冰面設計，是全球首個采用二氧化碳跨臨界直接蒸發直冷制冰的冬奧速滑場館。該技術碳排放趨近于零，且對大氣臭氧層沒有影響，是目前世界上最先進、最環保、最高效的制冰技術之一。該技術可控制冰面溫差在0.5℃以內，為冬奧會比賽提供了溫度、厚度均衡的冰面，對于在以0.001秒計時的高水平竟技中尤為關鍵。研究發現，制冰機的二氧化碳蒸發溫度和轉桶材料對制冰量都有影響，圖1所示當其他條件相同時，制冰量隨二氧化碳蒸發溫度和轉桶材料的變化情況。冰面下是混凝土冰板層，施工中需使用專用抗凍混凝土以保證冰面質量。混凝土的主要材料是水泥，水泥是以石灰石（主要成分為碳酸鈣）、黏土（主要成分為二氧化硅、氧化鋁）等為原料，在高溫條件下發生一系列化學反應制得的硅酸鹽材料。科學家通過調整混凝土的材料配方增強其抗凍性，圖2是摻有陶粒的混凝土和普通混凝土的抗凍性對比實驗結果（強度損失率越高，抗凍性越差）。秉持著可持續發展的理念，獨具“中國范”的各個冬奧場館，賽后將繼續充分發揮作用，可舉辦各種冰上賽事，成為國民參與體育冰上運動的多功能場館。閱讀文本，回答問題：（1）液態二氧化碳蒸發直冷制冰的原理是，這一變化屬于（填“物理變化“或“化學變化”）。（2）“綠色低碳可持續發展”是北京冬奧會場館建設的一貫理念。這里的“低碳”指的是。（3）石灰石和黏土的主要成分中，屬于氧化物的有。（4）由圖1可知，相同條件下，轉桶材料為（填“不銹鋼”或“鋁”）時制冰量較大；圖3是鋁原子結構示意圖，由圖可知，在化學反應中，鋁原子容易電子（填“得到”或“失去”）。（5）根據圖2可推斷“阿粒混凝土的抗凍性優于普通混凝土”，依據是。例6．閱讀下面科普短文。玻璃在現代生活中占據著重要地位，玻璃杯、玻璃窗等隨處可見。玻璃的主要成分為硅酸鹽和其他氧化物。我們以沙子（主要成分為SiO2）為原料制作玻璃，向多次洗滌后的沙子中加入碳酸鈉，升溫至2200℃，待固體呈現熔融狀后冷卻，就得到了粗制玻璃。現如今，除了常規的玻璃外，還有很多功能獨特的玻璃。變色玻璃：在光照、溫度等條件下能夠改變顏色，當施加條件消失后又能自動恢復到初始狀態的玻璃。圖1為光照強度相同時，某種變色玻璃的遮蔽系數與太陽光照射時長的關系圖。防盜玻璃：在玻璃中間嵌有極細的金屬絲，玻璃被擊碎時，會立即發出報警信號。高硼硅玻璃：比普通玻璃強度高，抗酸堿，無毒副作用，常用來制作玻璃餐具。現今玻璃制造技術不斷發展，日常生活和高科技領域，都不可缺少玻璃。依據文章內容回答下列問題。（1）高溫下，沙子中的SiO2與碳酸鈉反應，生成硅酸鈉（Na2SiO3）和物質X，物質X中一定含有的元素為和氧元素。（2）與普通玻璃相比，高硼硅玻璃的優點是（寫出一條即可）。（3）判斷下列說法是否正確（填“對”或“錯”）。①玻璃屬于純凈物。②防盜玻璃能報警體現了金屬的導電性。（4）由如圖可知，照射時間與遮蔽系數的關系是。【鞏固提高】一．選擇題（共6小題）1．2021年5月22日，我國“祝融號”火星車順利踏上了火星表面，成功傳回遙測信號，我國航天再次迎來突破。下列有關火星車制造材料的說法錯誤的是（）A．高強韌 B．硬度大 C．耐沖擊 D．易老化2．科學家研發出一種比活性炭吸附性更高效的新型污染吸附材料，這種吸附劑的合成原材料包括海藻酸鈉和硅粉，下列關于該新型吸附劑的說法正確的是（）A．為消除空氣中的污染物提供一種新途徑 B．硅原子靜止不動 C．吸附污染氣體時發生了化學變化 D．是一種新型的化合物3．生活中的下列物品由無機非金屬材料制成的是（）A．不銹鋼餐具 B．自行車輪胎 C．塑料桶 D．玻璃杯4．通河松花江大橋于2009年建成通車，是連通“哈佳鐵路”和“哈同高速”的重要通道，下列相關敘述錯誤的是（）A．在橋梁建設過程中確保節約能源 B．在建設過程中要使用耐冬季低溫的材料 C．大橋橫跨松花江，江水屬于純凈物 D．大橋的建設通車，為通河縣的繁榮發展提供了強勁支撐5．超疏水性仿生材料對水的作用與荷葉相似，水滴在其表面不易附著。將玻璃放在蠟燭火焰上灼燒，表面沉積一層黑色物質（見圖），該方法可獲得一種能用于觸屏的超疏水性材料。下列說法不正確的是（）A．黑色物質是由石蠟蒸氣冷凝而成 B．黑色物質可能含碳元素 C．黑色物質是由石蠟不充分燃燒產生 D．鐵質輸水管的內壁若采用超疏水性材料能防銹蝕6．中國林業科學研究院將木材經化學品處理，剝離半纖維素和木質素制成的木材海綿，可以從水中吸附油脂，吸油量可達到其自身重量的16﹣46倍，可重復使用多達10次。這種新型海綿在容量、質量和可重復使用性方面超越了現有的所有其他海綿或吸附劑。下列說法正確的是（）A．在木質海綿中碳原子不再運動 B．木材海綿能夠有效解決石油和化學品泄漏對世界各地的水體造成的破壞 C．木質海綿吸附油污的過程中生成了新物質 D．木質海綿是一種新型化合物二．填空題（共1小題）7．今年5月，國產小米6面世，陶瓷后殼再度引起關注。（1）相比金屬后殼，陶瓷后殼的性差，充電時更不易漏電、更安全。（2）陶瓷中含有氧化鋯（ZrO2），使具有釉質光澤。在物質分類上，氧化鋯屬于無機化合物里的。（3）目前市場上的后殼仍以金屬為主，陶瓷材質的很少，請據此推測一個陶瓷材料性能的不足。三．計算題（共1小題）8．把天然木材放在NaOH和Na2SO3的混合液中煮沸以除去部分木質素，接著在100℃以上的高溫中進行機械壓縮制成致密木材，致密木材是由天然木材加工而成的，其密度為天然木材的3倍，硬度、拉伸強度為天然木材的10倍左右，甚至超過了部分金屬。（1）致密木材的拉伸強度和纖維素有關。纖維素的化學式為（C12H10O5）n，則其中三種元素的質量比是C：H：O＝。（2）與其他材料相比，致密木材的優點是（填寫字母序號）。A．加工過程中沒有任何污染B．可代替部分金屬材料，具有廣闊的應用前景C．原料來源豐富，能通過無限制砍伐樹木加工制成四．解答題（共2小題）9．閱讀下面兩段短文，回答問題。（一）碳纖維是含碳量高于90%的新型材料，密度比鋁小，強度比鋼大。為了提高碳纖維的強度，須將碳纖維原絲進行預氧化處理，測得碳纖維強度與熱處理溫度的關系如圖所示。（二）玻璃是一種無規則結構的非晶態固體，沒有固定的熔點。人們在普通玻璃中摻入某種金屬氧化物，可以生產出有特定色彩的玻璃。例如，加入氧化鈷使玻璃呈現藍色，加入氧化亞銅使玻璃呈現紅色等。將普通玻璃加熱到700℃左右，再進行快速均勻的冷卻就能得到鋼化玻璃。鋼化玻璃強度大、不容易破碎，即使破碎也會以無銳角的顆粒形式碎裂，對人體傷害大大降低。防盜玻璃為多層結構，每層中間嵌有極細的金屬絲，當擊碎玻璃時，與金屬絲相連的電子警報系統立即發出報警信號。（1）碳纖維屬于（填“純凈物”或“混合物”）。（2）由圖可知，碳纖維強度與熱處理溫度的關系是。（3）實驗室中盛裝氫氧化鈉溶液的試劑瓶通常用橡膠塞而不用玻璃塞，是因為玻璃中有SiO2。它是一種非金屬氧化物，會與氫氧化鈉發生反應，反應原理與CO2和氫氧化鈉的反應相似。請寫出SiO2與氫氧化鈉反應的方程式。（4）下列有關“碳纖維”與“玻璃”的描述，正確的是（填序號）。A.碳纖維性質穩定，不會與氧氣發生反應B.玻璃的熔點為700℃C.有色玻璃因為含有不同的金屬氧化物而呈現不同色彩D.鋼化玻璃強度大，屬于合金10．在抗擊新型冠狀病毒過程中，無人機的使用就派上了非常大的用處，如起到監控、人員疏導等作用。無人機的組成包括：飛控主板、定位模塊、電子調速器、電機、螺旋槳、電池、機載云臺等。（1）無人機制造常使用玻璃鋼、塑料、鋁合金等材料，其中所用的鋁合金屬于（填字母）。A.合成材料B.復合材料C.金屬材料D.無機材料（2）制作螺旋槳的材料應具有的優良性能是（填字母）。A.易加工B.可塑性好C.耐腐蝕（3）無人機用鋰電池作為能量來源，無人機工作時鋰電池中的能量轉化形式為。五．科普閱讀題（共3小題）11．閱讀下列科普短文，回答問題：各種材料的研發與進步豐富了人們的生活。如圖為某種兒童使用保溫圖中的陶瓷使用的是新型的碳化硅陶瓷。傳統的陶瓷是將黏土和水的混合物通過高溫燒結而成，而新型的碳化硅陶瓷是將二氧化硅與碳在電爐中加熱至1900℃以上反應生成碳化硅（SiC）和二氧化碳。碳化硅陶瓷的導電性、耐酸堿性等性能優異，此外還具有硬度大、熔點高等優點，可用于制造耐腐蝕部件、防彈板等。（1）圖中屬于金屬材料的是。（2）耐酸堿性屬于陶瓷的（填“物理”或“化學）性質。（3）生產碳化硅陶瓷過程中（寫元素名稱）化合價變化了，由題可知碳化硅陶瓷的熔點很（填“高”或“低”）。（4）家中的自來水不能直接飲用，生活中可通過的方法降低水的硬度后飲用。12．閱讀下面科普短文。磁流體是一種有趣又迷人的新型材料，它不僅具有磁性還有流動性。磁流體是由納米級的磁性顆粒、基載液和活性劑混合而成的一種膠狀液體。在強磁場作用下，磁流體常呈現出如圖所示的尖刺狀。磁流體可采用解膠法制備。向氯化鐵（FeCl3）溶液中加入過量鐵絲棉（Fe），待反應結束后，過濾，得到了氯化亞鐵（FeCl2）溶液。向濾液中加入一定量氯化鐵溶液，邊攪拌邊加入過量氨水，可觀察到溶液中逐漸生成大量磁顆粒（Fe3O4）。隨后加入油酸銨，磁顆粒被油酸銨包裹，形成穩定懸浮的狀態。再經過調節酸堿度、多次洗滌、烘干、加入基液等過程，即可得到磁流體。上述反應的濾液中氯化亞鐵與加入氯化鐵的質量比，影響著一定時間內生成磁顆粒的量，關系如圖。磁流體作為一種特殊的液態磁性物質，用途十分廣泛。可用于精密儀器儀表的密封、軸承潤滑、阻尼器、靶向藥物等。（1）磁流體是（填“純凈物”或“混合物”）。（2）氯化鐵與鐵絲棉反應生成氯化亞鐵，該反應的化學方程式為。（3）由圖可知，氯化亞鐵與氯化鐵的最佳質量比為。（4）磁流體的用途有（寫出一種即可）。（5）下列說法中正確的是（填字母序號）。A、磁流體不僅具有磁性還有流動性B、有強磁場時，磁流體會呈現出尖刺狀C、制備過程中，加入過量鐵絲棉的目的是使氯化鐵充分反應13．閱讀下面科普短文。“琉璃”與“玻璃”“琉璃”與“玻璃”常被混為一談。“琉璃”常指珍貴的飾品，“玻璃”制品在清中期以前常被誤認為是“琉璃”制品。琉璃與玻璃的成分、性能及用途名稱主要成分其他成分性能及用途琉璃二氧化硅最多達到90%金屬氧化物（氧化鋁、氧化鈷、氧化鉛）約8%～10%具有特殊的金屬色澤，可用于制作流光溢彩的飾品、有釉的陶制建筑用品等玻璃二氧化硅92%～99%金屬氧化物（氧化鈣、氧化鉛）只占1%左右具有非常好的透光度和折光率，可生產試管、燒杯等化學儀器在古代，玻璃、有釉的陶器（如琉璃瓦）等都統稱為“琉璃”。在明