名师导学——2.4 材料的发展

2.4材料的发展 学习指要 一、知识要点 1．人类材料的发展史：旧石器时代→新石器时代→铜器时代→青铜器时代→铁器时代→新材料时代。 2．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要的材料，如光电子信息材料、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、纳米材料等。 3．以铜为原料制备硫酸铜 (1)主要方法 方法一：铜与浓硫酸在加热条件下反应生成硫酸铜，同时生成二氧化硫和水； 方法二：将铜在空气中加热转化为氧化铜，然后利用氧化铜和稀硫酸反应制取硫酸铜； 方法三：将铜和氯气在加热条件下反应生成氯化铜，然后将氯化铜与氢氧化钠反应，生成氢氧化铜和氯化钠，最后利用氢氧化铜和硫酸反应制取硫酸铜。 (2)选择方法的原则 方法一：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，又因为二氧化硫有毒而造成环境污染； 方法二：原料利用率高，无污染； 方法三：所选原料氯气有毒，不符合环保要求，且步骤多，生产成本高。因此方法二是最优方案。 二、重要提示 人们在实际生产和实验中考虑某物质的制备方法时，需要考虑的问题有①制备过程中每一步化学反应是否符合化学反应规律；②设计的方案要考虑原料的成本和实际设备情况，如反应所需的条件和设备是否简单；③所需的原料是否容易获取，是否具有较好的经济效益；④生产过程中是否会对环境造成污染等。 科学广场 导电塑料 20世纪70年代的一天，日本的一位科学家在实验室里，用常规方法获得了一种具有金属光泽的银灰色薄膜。按经验，用同样方法得到的应当是聚乙炔黑色粉末。他觉得奇怪，于是就回过头来检查他的实验过程有没有差错，结果发现添加的催化剂比规定数量多出了1000多倍。测试结果显示这种产物确实是聚乙炔塑料，但它能够导电。就这样，导电塑料在这次意外的操作中诞生了。 随后，科学家们对导电塑料进行了深入研究，制造出了可以应用的导电塑料。2000年，Alan J．Hee—ger(艾伦·J．黑格，美国物理学家)、Alan G．Macdia—mid(艾伦·G．马克迪尔米德，美国化学家)和白川因树(日本化学家)因发现了导电塑料而获得了诺贝尔化学奖。 目前，美国已经用导电塑料代替半导体材料制造出太阳能电池，还实验用导电塑料作蓄电池材料。如果把导电塑料作为电极材料应用到汽车蓄电瓶里，可以把蓄电瓶的重量由l5千克降至2千克，并且能够反复充电l000次以上，大大延长了蓄电瓶的寿命。瑞士还用导电塑料制成印刷电路板，并已经应用到中小型计算机中，使用效果良好，成本只有铜印刷电路板的40％。英国和加拿大则把导电塑料用到电子玩具、电子游戏机、电视机和其他普通电器上，都明显地降低了产品成本。最近，日本一家公司用导电塑料制成了晶体管，取得了突破性进展。 导电塑料兼具塑料和金属的优点，密度比金属小得多，不需要冶炼，也不需要在高温条件下加工，而制取导电塑料的资源也十分丰富，所以造价低廉。因此，导电塑料的出现将会给21世纪的材料科学带来新的生机。 解题指导 【例题】某科学兴趣小组利用废铜屑制取硫酸铜，设计方案如下： 甲：Cu CuO CuSO4 △ △ 乙：Cu CuSO4 丙：Cu CuSO4[Cu+2H2SO4 (浓) CuSO4+SO2↑+2H2O] 丁：Cu Cu(NO3)2 Cu(OH) 2 CuSO4 △ 从理论、操作、经济、环保等方面考虑，你认为最合理的方案是 ( ) A．甲 B．乙 C．丙 D．丁 【解析】乙方案，从原理上考虑是错误的，铜与稀硫酸不反应；丙方案，从经济和环保等方面考虑，用铜与浓硫酸反应虽然可以一步制取到硫酸铜，但所生成的二氧化硫气体会污染空气，且硫酸的利用率低；丁方案，采用金属铜置换硝酸银获得硝酸铜的方法，其中硝酸银价格昂贵，且银离子有毒，经过多步反应才能制取到硫酸铜。 ... ...