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授課時(shí)間
課題
2.6 材料的利用與發(fā)展
教學(xué)
目標(biāo)
1.科學(xué)觀念
了解材料的發(fā)展和利用的歷史；知道常見(jiàn)的新型材料在促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步方面的作用和意義；了解材料制造與環(huán)境保護(hù)的關(guān)系。
2.科學(xué)思維：
運(yùn)用比較法學(xué)習(xí)材料的發(fā)展和各種材料的功能
3.探究實(shí)踐
以銅為主要原料制備硫酸銅從而來(lái)探究如何選擇最優(yōu)的途徑
4.態(tài)度責(zé)任
聯(lián)系環(huán)境污染和材料發(fā)展的實(shí)際情況,體會(huì)探尋無(wú)污染或低污染的“綠色”材料制造新工藝的意義。
教學(xué)
重難點(diǎn)
重點(diǎn)：1.初步認(rèn)識(shí)新型材料的高科技應(yīng)用
2.認(rèn)識(shí)材料與社會(huì)環(huán)境的關(guān)系
難點(diǎn)：1.了解材料的發(fā)展史
2.根據(jù)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行探究活動(dòng)
學(xué)情
分析
本節(jié)課主要學(xué)習(xí)材料與人類社會(huì)發(fā)展、新型材料、材料制造與環(huán)境保護(hù)。材料的發(fā)展經(jīng)歷了石器、陶器、金屬冶煉、合成材料、新型材料階段。在制造材料的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生許多污染,為了減少或消除污染,人們需要探尋無(wú)污染或低污染的“綠色”新工藝。本節(jié)課以硫酸銅的制備為例,來(lái)說(shuō)明污染物的防治、轉(zhuǎn)化和綜合利用的途徑。
教學(xué)
準(zhǔn)備
課件、課本
教學(xué)過(guò)程
教師活動(dòng)
學(xué)生活動(dòng)
新
課
導(dǎo)
入
【視頻】6分鐘帶你了解300萬(wàn)年材料發(fā)展史
【石器→陶器→青銅器→鋼鐵→合成材料→新型材料】
科普視頻
新 知 講 授
材料與人類社會(huì)發(fā)展
材料的發(fā)展歷程
原始人利用石頭制成了石斧、石刀、箭頭、刮器，又用獸骨和魚(yú)骨制成了骨針，這使他們捕獲了更多的野生動(dòng)物，并利用它們的毛皮保暖。隨著火的使用，古代人開(kāi)始創(chuàng)造和使用陶器，使人類文明得到了較大的發(fā)展。在掌握濕法煉銅技術(shù)之后，又制造出了種類繁多的青銅器和銳利無(wú)比的青銅武器。隨著煉鐵技術(shù)的掌握，人們制造了犁，從而使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)得到了飛速的發(fā)展。人們利用黏土燒制磚瓦，又將石材用作房屋的柱子和臺(tái)階，使住宅變得富麗堂皇。大量合成材料的誕生，更使人們的生活變得越來(lái)越精彩
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們有目的地改進(jìn)材料的性能，使半導(dǎo)體材料、光纖材料、碳纖維復(fù)合材料等新型材料不斷涌現(xiàn)，促進(jìn)了通訊、計(jì)算機(jī)、航空、航天等行業(yè)迅速發(fā)展。人類社會(huì)進(jìn)入了信息時(shí)代。
人類對(duì)金屬材料的使用不僅與金屬的活動(dòng)性有關(guān)，還與金屬冶煉的難易程度有關(guān)。如人類最早使用的金屬材料是銅，目前使用最多的金屬材料是鐵及鐵的合金。雖然地殼中含量最多的金屬元素是鋁，但由于鋁的金屬活動(dòng)性較強(qiáng)，冶煉具有一定的難度，因而鋁的利用比銅和鐵晚得多。
二、新型材料
新型材料：
【指新出現(xiàn)或正在發(fā)展中的、具有優(yōu)異特性和功能并能滿足技術(shù)進(jìn)步所需的材料?！?br>特點(diǎn)：
【具有優(yōu)異特性和功能，與普通材料的性質(zhì)差別很大。】
當(dāng)前，最引人注目的新型材料有：
【光電子信息材料、先進(jìn)復(fù)合材料、超級(jí)陶瓷材料新型金屬材料新型高分子材料、超導(dǎo)材料、納米材料等。】
納米材料：
【指其基本顆粒在1~100納米范圍內(nèi)的材料?！咳纾杭{米陶瓷新型納米油墨納米鉛粉等。納米材料在機(jī)械強(qiáng)度、磁、光、聲、熱等方面和普通材料都有很大的不同。如納米陶瓷具有很好的韌性；新型納米油墨的色調(diào)更濃，書(shū)寫(xiě)的字跡色澤更好；將納米鉛粉加入固體燃料中，會(huì)使火箭推進(jìn)器的前進(jìn)速度加快好幾倍。
你還知道哪些新型材料？請(qǐng)上網(wǎng)查閱并與同學(xué)交流
【樹(shù)脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料等都屬于先進(jìn)復(fù)合材料。
記憶合金、鋁合金、金屬玻璃屬于新型金屬材料。
導(dǎo)電塑料做成的塑料電池、人工器官、可降解材料、高吸水性高分子屬于新型高分子材料?！?br>視頻：復(fù)合材料
金屬納米材料
納米（nm）是一個(gè)長(zhǎng)度概念，1納米是1米的十億分之一（10 -9米），20納米約為一根頭發(fā)絲的三千分之一。金屬納米材料具有很多金屬材料通常沒(méi)有的優(yōu)異性能。例如，金屬在常溫下有很好的韌性與延展性，但在低溫時(shí)則很脆，而納米銅（Cu）和納米鉻（Cr）的交替多層結(jié)構(gòu)在零下269℃仍有較高的延展性。納米金屬的熔點(diǎn)大幅度降低，如塊狀金熔點(diǎn)高達(dá)1064℃，而線度為2納米的金粉327℃就融化了，可為較低溫度下形成合金提供新工藝。因?yàn)榻饘偌{米微粒對(duì)環(huán)境中的光、熱、濕度和溫度極為敏感，因此可將金屬納米材料（如鉑、鈀等）用于傳感器的制造。在火箭燃料中添加1%的超細(xì)鋁（Al）粉或鎳（Ni）粉，燃燒效率可成倍提高。
三、材料制造與環(huán)境保護(hù)
人們?cè)谥圃觳牧系倪^(guò)程中會(huì)產(chǎn)生許多污染。為了減少或消除材料制造過(guò)程中的污染，人們需要探尋無(wú)污染或低污染的“綠色”新工藝，需要探索污染物的防治、轉(zhuǎn)化和綜合利用的途徑。
探究
怎樣以銅為主要原料制備硫酸銅
1．提出問(wèn)題：以銅為主要原料制備硫酸銅的綠色工藝的可行性如何？
2．設(shè)計(jì)制備方法：
（1）銅能與濃硫酸在加熱條件下反應(yīng)，生成硫酸銅、二氧化硫和水。
（2）【將銅加熱轉(zhuǎn)化為氧化銅，然后利用氧化銅和稀硫酸在加熱條件下反應(yīng)制取硫酸銅】
（3）【將銅和氯氣在加熱條件下反應(yīng)生成氯化銅，然后將氟化銅與氫氧化鈉反應(yīng)，生成氫氧化銅和氯化鈉，最后利用氫氧化銅和稀硫酸反應(yīng)制取硫酸銅】
3．實(shí)驗(yàn)原理（寫(xiě)出相應(yīng)的化學(xué)方程式）：
（1） 【Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O】【利用率低、會(huì)產(chǎn)生污染】
（2） 【2Cu+O2=2CuO，CuO+H2SO4=CuSO4+H2O】【原料利用率高，無(wú)污染。
】
（3） 【Cu+Cl2=CuCl2，CuCl2+2NaOH=Cu(OH)2↓+2NaCl，Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O】【成本高、氯氣有毒、步驟繁鎖?！?br>通過(guò)以上探究活動(dòng)，使同學(xué)們懂得積極尋找“綠色”工藝的重要性，從根本上降低生產(chǎn)對(duì)環(huán)境造成的污染。
為了保護(hù)環(huán)境，防治污染，最終達(dá)到在保持良好環(huán)境的條件下發(fā)展工業(yè)，我國(guó)采取了哪些處理和解決“三廢”的措施？
【①及時(shí)處理“三廢”。
②提高原料的利用率，增加產(chǎn)品的產(chǎn)量。
③煤石油制品進(jìn)行脫硫處理。
④推廣“綠色”工藝，從根本上降低生產(chǎn)對(duì)環(huán)境造成的污染?！?br>3.工業(yè)"三廢”及處理
(1)工業(yè)“三廢”是指廢水、廢渣和廢氣。
(2)處理方法
①“廢氣”的處理一般是安裝回收設(shè)備，將塵粒和一氧化碳、二氧化硫等物質(zhì)除去，一氧化碳可以回收再利用，二氧化硫可利用與堿溶液反應(yīng)而除去。
②“廢渣”的處理一般是制水泥或其他材料，變廢為寶，如含磷的廢渣可轉(zhuǎn)化為磷肥等。
③“廢水”的處理是建立污水處理廠，將廢水中的有害金屬轉(zhuǎn)化為沉淀，制成所需要的金屬材料等，廢水處理達(dá)標(biāo)后再排放到河流中或循環(huán)利用。
了解材料的發(fā)展過(guò)程
歸納材料的發(fā)展過(guò)程
知道什么是新型材料及特點(diǎn)
了解納米材料
閱讀了解金屬納米材料
探究怎樣以銅為主要原料制備硫酸銅
設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案
分析方案的可行性
了解工業(yè)"三廢”及處理
課
堂
練
習(xí)
1.從金屬材料的發(fā)展歷史來(lái)看,先是青銅器時(shí)代,而后是鐵器時(shí)代,鋁的利用則是近百年的事,這個(gè)先后順序與下列因素有關(guān)的是( B )
①金屬的活動(dòng)性 ②地殼中金屬元素的含量
③金屬的延展性 ④金屬的導(dǎo)電性 ⑤金屬冶煉的難易程度
A. ①④ B. ①⑤ C. ②③ D. ④⑤
2.通過(guò)科學(xué)研究生產(chǎn)出很多材料,下列物質(zhì)中不屬于新材料的是( C )
A.醫(yī)用人造血管 B.破冰斧柄的玻璃纖維塑料
C.酒精、汽油 D.隔水透氣的高分子薄膜
3.某市有一家工廠處理含銅垃圾的生產(chǎn)流程如下：
寫(xiě)出上述生產(chǎn)流程中與提取銅直接有關(guān)的 A、B、C 三步反應(yīng)的化學(xué)方程式。
【A. 2Cu+O22CuO
B .CuO+H2SO4=CuSO4+H2O
C. CuSO4+Fe=FeSO4+Cu】
課
堂
小
結(jié)
板
書(shū)
設(shè)
計(jì)
作
業(yè)
設(shè)
計(jì)
反
思
評(píng)
價(jià)

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第6節(jié) 材料的利用與發(fā)展

版本： 浙教版（2024）

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