版高中化学鲁科版必修1学案43 复合材料 Word版含答案.docx
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版高中化学鲁科版必修1学案43复合材料Word版含答案
第3节 复合材料
[目标导航] 1.了解复合材料的形成和组成部分。
2.能列举常见的复合材料及其在生产和生活中的重要应用。
一、认识复合材料
1．概念
将两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的材料。
2．组成
复合材料
3．优点
既保持了原有材料的特点，又使各组分之间协同作用，形成了优于原材料的特性。
二、形形色色的复合材料
1．复合材料的分类
2．生产、生活中常用的复合材料
（1）玻璃钢是一种以玻璃纤维做增强体、合成树脂做基体的复合材料。
优点：
强度高、密度小，且有较好的耐化学腐蚀性、电绝缘性和机械加工性能。
（2）碳纤维增强复合材料是在合成树脂的基体中加入了碳纤维做增强体。
优点：
具有韧性好、强度高而质轻的特点。
3．航空、航天领域中的复合材料
（1）飞机、火箭、导弹等用的复合材料，大多是以纤维为增强体、金属为基体的复合材料。
优点：
耐高温、强度高、导电性好、导热性好、不吸湿和不易老化等。
（2）航天飞机机身上使用的隔热陶瓷瓦是由纤维和陶瓷复合而成的材料制成的。
优点：
耐高温、韧性强。
【练一练】
1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
（1）合金是一种复合材料（ ）
（2）复合材料是一种混合物，没有固定的熔沸点（ ）
（3）若把钢筋混凝土看成复合材料，则基体是水泥，增强体是钢筋（ ）
答案
（1）×
（2）√ （3）√
2．普通玻璃、普通钢和玻璃钢是三种不同的材料，它们在性能方面差别很大，请完成下表：
普通玻璃
普通钢
玻璃钢
组成元素或物质
材料类别
用途
答案
普通玻璃
普通钢
玻璃钢
组成元素
或物质
Na2SiO3、CaSiO3、SiO2等
Fe、C
玻璃纤维合成树脂
材料类别
传统无机非金属材料
金属材料
复合材料
用途
做建筑材料，制化学仪器
做建筑材料，制钢轨、钢丝等
制游乐车、运输罐、餐桌椅等
一、复合材料
各种复合材料的比较
材料
名称
基体
增强体
主要性能
主要用途
玻璃钢
合成
树脂
玻璃纤维
强度高，密度小，耐化学腐蚀，绝缘性和机械加工性能好
娱乐设施、运输罐、电话亭、餐桌椅等
续表
碳纤维
增强复
合材料
合成
树脂
碳纤维
韧性好，强度高，质轻
高尔夫球杆、球拍、钓鱼竿、赛车等
航空复
合材料
金属
最广泛的是碳纤维，还有硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维等
耐高温，强度高，导电性好，不吸湿和不易老化
飞机、火箭的机翼和机身，导弹的壳体、尾翼
航天复
合材料
陶瓷
多为碳纤维、碳化硅纤维或氧化硅纤维
耐高温，韧性强
航天飞机机身
续表
【例1】 某复合材料是以碳纤维为增强体、金属钛为基体复合而成的。
估计这种材料具有的性质或用途是（ ）
①耐高温 ②不耐热 ③导电、导热 ④不导电、不导热
⑤可用于飞机机翼 ⑥可用于导弹的壳体
A．①③⑤⑥B．②③⑤⑥
C．②③④D．③④⑤
解析 以碳纤维为增强体、金属钛为基体的复合材料应兼有增强体和基体的优点。
碳纤维熔点高、硬度大，金属钛熔点高、导电、导热，二者的密度都较小。
因此，该碳纤维增强复合材料具有耐高温、导电、导热、密度小的特点，可用于制造飞机机翼和导弹壳体。
答案 A
解题反思
解答复合材料时注意
（1）明确复合材料的分类标准，知道基体和增强体的作用。
（2）清楚常见复合材料的基体、增强体及特性。
（3）注意材料的元素组成。
（4）合金不是复合材料，复合材料是混合物，没有固定的熔沸点。
变式训练1 复合材料既能保持原有材料的特点，又使各组分之间协同作用，形成优于原材料的特性。
用金属做基体材料、碳做增强体材料合成的复合材料可能具有的性能为（ ）
A．耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小、韧性好
B．强度高、抗冲击、绝缘性好、耐热温度低于300℃
C．耐1600℃以上的高温、强度高、密度小
D．耐高温、强度高、导电性好、导热性好、不易老化
答案 D
解析 复合材料既能保持原有材料的特点，又使各组分之间协同作用，形成优于原材料的特性。
金属具有导电性、导热性，与碳复合后也应该保持这一性质，故答案为D。
二、无机非金属材料、金属材料、复合材料的比较
无机非金属材料、金属材料、复合材料是组成不同的三种类型的材料，各自具有其独特的性能。
无机非金属材料
金属材料
复合材料
形
成
传统无机非金属材料是以含硅物质为原料高温烧制而成的
①纯金属材料可由金属单质经过形状改变或表面处理而成；
②合金由两种或两种以上的金属（或金属和非金属）熔合而成
将两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的材料，由基体和增强体组成
性
能
①传统无机非金属材料大多具有稳定性强、硬度大、熔点高、难溶于水、绝缘性好、耐腐蚀等特点，但质脆、抗冲击性差；
②新型无机非金属材料能承受高温，强度高，具有电学特性、光学特性、生物功能等特性
①纯金属具有良好的可塑性、较好的导电性和导热性，抗腐蚀性能差；
②合金具有良好的物理、化学或机械性能，在许多方面优于各成分金属，如硬度大、熔点低等，改变原料的配比以及改变生成合金的条件等，可以制得具有不同性能的合金
既保持了原材料的特点，又使各组分之间协同作用，形成了优于原材料的特性。
根据原材料的不同会表现不同的性能
实
例
①传统无机非金属材料主要有玻璃、水泥、陶瓷等；
②新型无机非金属材料包括光导纤维、高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等
①金、银、铜、钛等；②铝合金、钢铁、不锈钢等
玻璃钢、碳纤维增强复合材料、纤维增强陶瓷等
续表
【例2】 下列关于材料的叙述中，不正确的是（ ）
A．传统的无机物材料虽有不少优点，但质脆、抗冲击性差
B．有机合成材料耐腐蚀、耐高温、抗老化，广泛应用于社会生活的各方面
C．钢的硬度大、强度大，但耐腐蚀性差
D．纤维增强陶瓷是一类新型的有发展前景的材料，目前最主要的应用领域是航空、航天工业
解析 传统无机物材料质脆、抗冲击性差，A项正确；有机合成材料耐腐蚀、不耐高温、易老化，故B项错误；钢是常见金属材料，硬度大、强度大、易被腐蚀，C项正确；以陶瓷做基体、纤维做增强体的复合材料质轻、耐高温、耐腐蚀、强度高，广泛应用于航空、航天工业，D项正确。
答案 B
变式训练2 某复合材料的基体是Si3N4陶瓷，增强体是SiO2纤维。
则该复合材料可能具有的性能是（ ）
A．耐酸碱，化学稳定性好，耐高温
B．强度高，抗冲击，绝缘性好，不耐高温
C．耐高温，强度高，导电导热性好，不易老化
D．耐高温，强度高，密度小，不耐酸碱腐蚀
答案 A
解析 这种复合材料的基体为Si3N4陶瓷，增强体为SiO2纤维，因此应具有强度高、抗冲击、耐高温、耐酸碱、化学稳定性好等特点。
1．对玻璃钢的叙述正确的是（ ）
A．玻璃钢是由普通玻璃加强热后骤冷而得到的，所以其成分与普通玻璃相同
B．玻璃钢是以玻璃为基体、钢纤维做增强体的复合材料
C．玻璃钢的基体是合成树脂，增强体是玻璃纤维
D．玻璃钢的强度和机械加工性能比合金钢稍差，但耐腐蚀性和绝缘性比合金钢好
答案 C
解析 玻璃钢是一种以合成树脂为基体、玻璃纤维为增强体的复合材料。
2．下列关于复合材料的说法不正确的是（ ）
A．复合材料一定是由两种或两种以上材料制成的
B．复合材料保持了原材料的优点，又有优于原材料的特点
C．在复合材料中，基体起骨架作用
D．在复合材料中，增强体起骨架作用
答案 C
解析 复合材料中一定含有两种或两种以上的材料，但这两种或两种以上的材料必须是性质不同的材料，所以，A、B两项正确；在复合材料中起骨架作用的是增强体，起黏结作用的是基体，C项错，D项对。
3．复合材料的使用使导弹的射程有了很大的提高，其主要原因是（ ）
A．可以使导弹能经受超高温变化
B．可以使导弹质量减轻
C．可以使导弹承受超高强度的改变
D．可以使导弹承受温度的剧烈变化
答案 B
解析 提高导弹射程必须减轻其质量，而复合材料重量轻的特点，在提高导弹射程上起到了重要作用，故选B。
4．下列关于碳纤维增强树脂基复合材料的说法正确的是（ ）
A．碳纤维复合材料的基体是碳纤维
B．碳纤维复合材料的增强体是合成树脂
C．碳纤维复合材料具有韧性好，强度大，质脆质轻的特点
D．碳纤维复合材料具有可燃性
答案 D
解析 此材料是“碳纤维增强体＋合成树脂基体”的简称，由此可知，A、B错；碳纤维复合材料应有合成材料的韧性，并不“质脆”，C错；不论碳或合成树脂，皆有可燃性，D正确。
分层训练
[基础过关]
题组一 复合材料的组成、分类和优点
1．下列物质属于复合材料的是（ ）
A．玻璃B．生物陶瓷
C．光导纤维D．玻璃钢
答案 D
解析 玻璃钢是一种以玻璃纤维做增强体、合成树脂做基体的复合材料，而玻璃、生物陶瓷、光导纤维均为无机非金属材料。
2．复合材料制成的防弹头盔能抵御多种手枪子弹的射击，最大限度地保护使用人员的安全，这利用了复合材料的（ ）
A．高强质轻B．耐热抗高温
C．耐腐蚀稳定性好D．导电导热性好
答案 A
解析 防弹头盔要能承受高强度撞击，而且质量较轻。
3．复合材料中往往有一种材料作为基体，另一种材料作为（ ）
A．增塑剂B．发泡剂
C．防老化剂D．增强体
答案 D
4．下列复合材料的类别中，有一种与其他三种不同，这一种是（ ）
A．金属基复合材料型B．树脂基复合材料
C．颗粒增强复合材料D．陶瓷基复合材料
答案 C
解析 复合材料可按基体分类，也可按增强体的形状分类。
A、B、D是按基体分类，C是按增强体的形状分类。
题组二 常见的复合材料
5．据报道，目前射程最远的导弹是俄罗斯的“白杨一号”，正是复合材料的使用使导弹的射程更远。
复合材料使导弹射程有了更大提高的原因是（ ）
A．复合材料的使用可以使导弹的动力更强劲
B．复合材料的使用可以使导弹质量变轻
C．复合材料的使用可以使导弹能承受超高的强度
D．复合材料的使用可以使导弹能承受温度的剧烈变化
答案 B
解析 对导弹、火箭、飞船、卫星来说，最需解决的问题有两个：
一是本身的重量要降下来，二是本身的强度问题。
复合材料密度小，可以减轻导弹的质量，从而提高导弹的射程。
6．下列材料，可能是用玻璃钢制作的是（ ）
①棉纱 ②玻璃 ③钢材 ④水上滑梯 ⑤游乐车 ⑥餐桌椅
A．①②③B．①②④
C．③④⑤D．④⑤⑥
答案 D
解析 棉纱主要成分为纤维素，A、B不正确；钢材是铁制品，与玻璃钢无关，C不正确。
7．碳纤维增强复合材料是在合成树脂的基体中加入了碳纤维做增强体，具有韧性好、强度高而质轻的特点，下列物质中可用其制造的是（ ）
A．游乐车、游乐船B．电话亭、餐桌椅
C．网球拍、钓鱼竿D．航天飞机用隔热瓦
答案 C
解析 制游乐车、游乐船、餐桌椅和电话亭通常可用玻璃钢制得；航天飞机用隔热瓦通常用陶瓷基复合材料；碳纤维增强复合材料可用于网球拍、钓鱼竿等的制作。
8．我国及美国、日本等国家都已研制出一种陶瓷柴油机。
这种柴油机的发动机部件的受热面是用一种耐高温且不易传热的材料制造的，这种材料是（ ）
A．氧化铝陶瓷B．氮化硅陶瓷
C．光导纤维D．玻璃钢
答案 B
解析 氧化铝陶瓷是一种耐高温结构材料，导热性好，经常用做高级耐火材料；光导纤维是一种玻璃纤维，主要应用于医疗、通信等；玻璃钢是一种复合材料，强度高而密度小，经常用于游乐车、水上游艇、餐桌椅等产品的生产；氮化硅陶瓷是一种超硬物质，本身具有润滑性且耐磨损、耐高温，不易传热。
9．当航天飞机返回地球进入大气层时，由于空气的剧烈摩擦，航天飞机尖端的温度可达1000℃以上。
为了防止较高温度将其烧坏，科学家给航天飞机相应部位都设计安装了保护层。
制造保护层的材料可能是（ ）
A．合成塑料B．合成纤维
C．镁铝合金D．硼酸盐玻璃
答案 D
解析 制作保护层的材料应耐高温。
[能力提升]
10．把①钢铁 ②Cu ③陶瓷 ④光纤 ⑤氮化硅陶瓷 ⑥金 ⑦水泥 ⑧合成纤维 ⑨玻璃钢 ⑩塑料等材料按分类填写在下列横线上（填序号）：
（1）黑色金属材料________；
（2）有色金属材料________；
（3）传统无机非金属材料________；
（4）新型无机非金属材料________；
（5）复合材料________；
（6）有机合成材料________。
答案
（1）①
（2）②⑥ （3）③⑦ （4）④⑤ （5）⑨ （6）⑧⑩
解析 光纤即光导纤维，其化学成分是SiO2；水泥的成分是硅酸盐。
11．金属材料、无机非金属材料、复合材料在生活中具有广泛的应用。
（1）铁在人类的生产和生活中有着十分重要的应用。
铁的应用，经历了________到________到________的演变过程。
（2）我国及美国、日本等国家都已研制出一种陶瓷柴油机，这种柴油机的发动机部件的受热面是用一种耐高温且不易传热的材料来制造的，这种材料是________（填字母，下同）。
A．氧化铝陶瓷B．氮化硅陶瓷
C．光导纤维D．玻璃钢
（3）将陶瓷和黏结金属研磨，混合均匀，成型后在不活泼气氛中烧结，就可制得金属陶瓷。
实验室有一金属陶瓷制成的容器，可用来盛放下列哪些物质________。
A．NaOH溶液B．KNO3溶液
C．氢氟酸D．盐酸
（4）美国航天飞机“哥伦比亚号”爆炸，是震惊世界的航天惨案。
其照片显示，在“哥伦比亚号”机翼下方有几片小瓷片脱落，引起了科学家的注意，这是一种覆盖在航天飞机表面的特殊的陶瓷片，其主要作用是______。
A．增加航天飞机的强度，防止流星和太空垃圾撞击而损坏航天飞机
B．将太阳能转化为电能供航天飞机使用
C．便于雷达跟踪，接受地面指挥中心的指令
D．在返回大气层时，陶瓷耐高温隔热，有效地保护航天飞机平安返回地面
答案
（1）铁 普通钢 不锈钢等特种钢
（2）B （3）B
（4）D
解析
（1）生铁虽然硬度比较大，但较脆且不易加工，人们就想办法降低生铁中的碳含量，调节其中的硅、锰等元素的含量，将铁转化为钢，大大改善了其性能。
但是，钢铁很容易生锈，于是不锈钢应运而生。
铁的应用，经历了“铁——普通钢——不锈钢等特种钢”的演变过程。
（2）氧化铝陶瓷是一种耐高温结构材料，经常用来做高级耐火材料，导热性好。
光导纤维是一种玻璃纤维，主要用于通讯、医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等许多方面。
玻璃钢是一种复合材料，强度高而密度小，经常用于游乐车、水上游艇、餐桌椅等产品的生产。
而氮化硅陶瓷是一种超硬物质，本身具有润滑性且耐磨损，耐高温且不易传热，不仅可以提高柴油机质量、节省燃料，而且能提高热效率，可用于制造发动机部件的受热面。
（3）陶瓷为含硅物质，故不能用来盛放A、C。
金属能与盐酸反应，不能盛放D。
（4）陶瓷不易导电导热，B、C不正确。
12．下图标出了各种材料强度与密度的比值以及广泛使用的年代。
（1）从图中可以看出的信息有________（填字母，下同）。
A．科学技术的发展越来越快，新材料频频出现
B．新材料发展的总体趋势是强度越来越大
C．1800年以前出现的材料强度都比铝小
D．铝的密度比钢的密度大
（2）有甲、乙两种材料，它们的强度相同，甲的密度是乙的2倍，且甲材料与图中的b点对应，则乙材料在图中的位置是________。
A．a点B．a、b之间
C．c点D．b、c之间
答案
（1）A
（2）D
解析
（1）坐标图中纵坐标是材料强度与密度的比值，横坐标是材料的使用年代，由图可以看出强度与密度的比值随使用年代的发展变化情况。
1800年之前，材料的发展缓慢，1800年以后，材料的发展逐渐加快，新材料频频出现，A正确；新材料的发展趋势是材料强度与密度的比值逐渐增大，并不是强度越来越大，B错误；由坐标图看不出材料的密度或强度的变化情况，C、D均错误。
[拓展探究]
13．超细氮化铝粉末被广泛应用于大规模集成电路生产等领域，其制取原理为Al2O3＋N2＋3C
2AlN＋3CO，由于反应不完全，氮化铝产品中往往含有碳和氧化铝杂质，为测定该产品中有关成分的含量，进行了以下两个实验。
（1）称取10.00g产品，将其加入过量的NaOH浓溶液中共热并蒸干，AlN跟NaOH溶液反应生成Na[Al（OH）4]，并放出氨气3.36L（标准状况）。
①上述反应的化学方程式为__________________________________________；
②计算该样品中AlN的质量分数。
（2）另取10.00g样品置于反应器中，通入2.016L（标准状况）O2，在高温下充分反应后测得气体的密度为1.34g·L－1（已折算成标准状况，AlN不跟O2反应）。
计算该样品中含杂质碳的质量。
答案
（1）①AlN＋NaOH＋3H2O
Na[Al（OH）4]＋NH3↑ ②61.5%
（2）1.92g
解析
（1）设样品中含AlN的质量为x
AlN＋NaOH＋3H2O
Na[Al（OH）4]＋NH3↑
41g 22.4L
x 3.36L
x＝
＝6.15g
则w（AlN）＝
×100%＝61.5%
（2）设生成CO2amol，CObmol，则
g·L－1＝1.34g·L－1①
2C ＋ O2
2CO C＋O2
CO2
22.4L 2mol 22.4L 1mol
11.2bL bmol 22.4aL amol
则22.4aL＋11.2bL＝2.016L②
①②联立，得a≈0.02，b≈0.14
碳的质量＝12g·mol－1×（a＋b）mol＝1.92g。
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