431复合材料.docx

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431复合材料

第3节

复合材料

1.复合材料是指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．复合材料由基体和增强体构成，基体起黏结作用，增强体起骨架作用。

3．玻璃钢的基体是合成树脂，玻璃纤维是增强体。

对应学生用书P96

1．常见的金属材料有哪些？

提示：

金属、铝合金、钢铁、铜合金等

2．常见的传统无机非金属材料有哪些？

提示：

玻璃、水泥、陶瓷、砖瓦等

3．常见的有机高分子材料有哪些？

提示：

塑料、纤维、橡胶均属于有机高分子材料。

认识复合材料

[新知探究]

探究1　定义

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。

探究2　组成

复合材料

探究3　特性

（1）复合材料既能保持原有材料的长处，又能弥补它们的不足。

（2）各组分之间相互协同作用，形成优于原材料的新性能。

（3）复合材料是基体和增强体经过特殊加工复合而成，并非简单混合。

[成功体验]

1．复合材料中往往由一种材料做基体，另一种材料做（　　）

A．增强体　　　　　　　　B．发泡剂

C．防老剂D．增塑剂

答案：

A

形形色色的复合材料

[新知探究]

探究1　生产、生活中常用的复合材料

（1）玻璃钢：

①组成

②性能：

具有强度高、密度小、韧性好、耐腐蚀、耐磨、耐撞、绝缘、产品美观、制造方便等优良特性。

③应用：

可广泛用于制作小型娱乐设施、管道、化工设施、小型建筑等。

（2）碳纤维增强复合材料：

①组成

②性能：

韧性好、强度高、质轻。

探究2　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。

[成功体验]

2．请用短线把下列物质及其用途、主要性能相互连在一起。

答案：

A—a—②　B—c—④　C—d—①　D—b—③　E—e—⑤

对应学生用书P97

考查复合材料的分类和性能

1.分类

（1）按基体分类

（2）按增强体形状分类

2．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

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

[例]　某复合材料是以人工碳纤维为增强体、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．①③⑤⑥　　　　　　　　　　B．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，可用于制造飞机和导弹。

[答案]　A

复合材料在我国神舟十号飞船成功返航的过程中，发挥了巨大的作用，其船身上使用的隔热陶瓷瓦是由（　　）

A．金属与碳复合而成的

B．碳纤维与合成树脂复合而成的

C．纤维与SiO2陶瓷、Si3N4陶瓷等复合而成的

D．陶瓷与SiO2复合而成的

解析：

选C　用于飞船表面的隔热陶瓷瓦是由纤维和陶瓷复合而成的材料制成的。

其中纤维多为碳纤维、碳化硅纤维或氧化硅纤维，陶瓷为Al2O3陶瓷、SiO2陶瓷、Si3N4陶瓷、SiC陶瓷等。

对应学生用书P97

[课堂双基落实]

1．下列常用化学仪器的制作材料，属于复合材料的是（　　）

A．铁架台　　　　　　　　　B．烧杯

C．石棉网D．瓷坩埚

解析：

选C　铁架台的制作材料为金属铁；烧杯、瓷坩埚的制作材料均为硅酸盐材料；石棉网是由石棉做基体，铁丝网做增强体形成的复合材料。

2．复合材料中起骨架作用的是（　　）

A．基体B．增强体

C．增塑剂D．防腐剂

解析：

选B　增强体起骨架作用，基体起黏结作用。

3．复合材料的优点是（　　）

①强度高　②质量轻　③耐高温　④耐腐蚀

A．仅①④B．仅②③

C．除③外D．①②③④

解析：

选D　复合材料既保持了原有材料的特点，又极大地改善了原材料的各种性能，具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等特性。

4．下列说法错误的是（　　）

A．玻璃钢是以玻璃纤维做增强体、合成树脂做基体的复合材料

B．飞机机身的复合材料大多是以金属为增强体、纤维为基体的复合材料

C．制造网球拍所用的复合材料是在合成树脂的基体中加入了碳纤维做增强体

D．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

解析：

选B　飞机机身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，而B项中将基体与增强体颠倒了。

5．把下列材料与其特性用短线连接起来。

①金属材料　　　　　a．易破碎、耐高温、绝缘性好

②有机合成材料b．强度高、耐磨损、绝缘性好

③陶瓷材料c．易老化，不耐高温

④复合材料d．易被腐蚀

答案：

①—d，②—c，③—a，④—b

[课下综合检测]

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．钢筋混凝土

解析：

选D　钢筋混凝土的基体是混凝土（水泥、石子、沙子、水的混合物），增强体是钢筋。

2．下列说法正确的是（　　）

A．用在航天器中的隔热陶瓷属于复合材料

B．提倡使用乙醇汽油主要是为了提高汽油的燃烧效率

C．赤潮、潮汐、酸雨、臭酸层空洞都是与环境污染有关的现象

D．松花江污染事件中，使用活性炭减少污染是因为活性炭与硝基苯发生化学反应

解析：

选A　使用乙醇汽油主要是减少对环境的污染，潮汐与环境污染无关，D中主要是活性炭的吸附性。

3．下列说法正确的是（　　）

A．所有复合材料都由基体和增强体两部分组成

B．复合材料的化学成分可能只有一种也可能含有多种

C．基体在复合材料中起骨架作用

D．复合材料按基体材料分类可分为树脂基复合材料、金属基复合材料和纤维增强复合材料

解析：

选A　因为复合材料都由基体和增强体两部分组成，所以其化学成分至少有两种，B项错；基体在复合材料中起黏结作用，C项错；树脂基复合材料和金属基复合材料是按基体材料分类的，而纤维增强复合材料是按增强体形状分类的，分类标准不统一，D项错。

4．复合材料的使用使导弹的射程有了很大提高，其主要原因在于（　　）

A．复合材料的使用可以使导弹能承受超高温的变化

B．复合材料的使用可以使导弹的质量减轻

C．复合材料的使用可以使导弹承受超强度的改变

D．复合材料的使用可以使导弹承受温度剧烈变化

解析：

选B　导弹射程提高的原因主要是质量减轻。

5．玻璃钢和碳纤维增强复合材料制作过程中都能用到的材料是（　　）

A．合成树脂B．碳纤维

C．钢材D．玻璃纤维

解析：

选A　玻璃钢中的增强体是玻璃纤维，碳纤维增强复合材料的增强体是碳纤维。

这两种复合材料的基体，都是合成树脂，答案为A。

6．纤维复合材料中的增强体为纤维状，其中应用比较广泛的有碳纤维、玻璃纤维等。

下列对纤维的说法中，不正确的是（　　）

A．玻璃在一定条件下拉成极细的丝，可用于纺织宇航服等，但其拉伸强度却接近高强度的钢的拉伸强度

B．玻璃纤维易断，不能用于纺织

C．碳纤维化学性能好，耐酸、碱腐蚀，有良好的耐低温性能

D．氧化铝、氧化硅、碳化硼等也可拉成纤维，做复合材料的增强体

解析：

选B　玻璃本身是易碎的脆性材料，由它制成的玻璃纤维却异常柔软，具有很高的强度。

7．把①钢铁，②铜，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，按分类填写在下列横线上（填写序号）：

（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________。

解析：

铁、铬、锰及其合金属于黑色金属材料；除去铁、铬、锰及其合金之外的金属及合金为有色金属材料；传统的无机非金属材料指水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料；新型无机非金属材料指具有特殊功能的无机非金属材料；复合材料是由基体和增强体通过特殊加工形成的材料；有机合成材料的主要是塑料、合成纤维、合成橡胶等。

答案：

（1）①　

（2）②⑥　（3）③⑦　（4）④⑤　（5）⑨

（6）⑧⑩

8．普通玻璃、钢铁和玻璃钢是三种不同的材料，它们在性能方面差别很大。

请根据学过的知识，回答下列问题。

（1）普通玻璃的成分是_____________________________________________________。

（2）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。

（3）某种复合材料具有耐高温、强度高、导电性好、导热性好的特点，估计该复合材料的基体和增强体材料可能分别是________。

A．金属；C

B．陶瓷；SiO2

C．合成树脂；SiO2、Al2O3、MgO

D．合成树脂；C

解析：

（1）玻璃的成分CaSiO3、Na2SiO3和SiO2。

（3）B、C、D各项组成的材料不具有导电性。

答案：

（1）硅酸钙、硅酸钠、二氧化硅

（2）铁　普通钢　不锈钢　（3）A

小专题　大智慧（十）

金属与酸反应（生成H2）的计算技巧

1．定量规律

（1）1moln价金属失去nmol电子，可从酸溶液中置换出ngH2（消耗nmolH＋）。

M＋nH＋===Mn＋＋

H2↑

nmol　　　　　ng

（2）金属与酸反应失去电子的物质的量＝产生氢原子的物质的量。

（3）相同物质的量的金属与足量酸反应产生H2的物质的量之比等于反应后对应金属呈现的化合价之比。

2．常用方法

（1）守恒法。

守恒法是化学计算的常用方法，包括原子守恒（质量守恒）、电荷守恒、得失电子守恒等。

（2）平均值法。

①金属的摩尔电子质量（失去1mol电子时的质量）：

金属的摩尔电子质量＝

如Al为9g·mol－1e－、Mg为12g·mol－1e－、Na为23g·mol－1e－，利用金属的摩尔电子质量可较简捷地计算。

②平均摩尔电子质量：

两种或两种以上金属的混合物在反应中转移1mol电子的质量。

1．[双选题]两种金属混合物共15g，投入足量的盐酸中，充分反应得11.2LH2（标准状况），则原混合物组成肯定不能为下列的（　　）

A．Mg、Ag　　　　　　　　　B．Zn、Cu

C．Al、ZnD．Mg、Al

解析：

选BD　解法一：

可假设一种二价金属，利用二价金属与H2建立关系式，计算出金属的平均相对原子质量，按照平均值的知识去判断。

设金属的相对原子质量为x，

M　―→　H2

xg22.4L

15g11.2L

x＝30（平均摩尔质量）

可将选项中金属的相对原子质量或相当于二价金属的相对原子质量与平均相对原子质量30比较，均小于30或均大于30都不合理，若有不能与盐酸反应的金属，那么另一参加反应金属的相对原子质量大于30也不合理。

解法二：

2H＋

H2，产生1molH2，需2mole－，

则金属混合物的平均摩尔电子质量为

＝15g/mole－，

B项中两种金属的摩尔电子质量均大于15g/mole－，D项中两种金属的摩尔电子质量均小于15g/mole－，BD符合题意。

2．将钠、镁、铝各0.3mol分别放入100mL1mol·L－1的盐酸中，同温、同压下产生的气体体积比是（　　）

A．1∶2∶3　　　　　　　B．6∶3∶2

C．3∶1∶1D．1∶1∶1

解析：

选C　

（1）钠首先与HCl反应，过量钠与H2O反应。

2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑

2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

生成的H2量取决于Na的量，为0.15mol。

（2）Mg与HCl反应，过量的镁不与H2O反应。

Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑

生成的H2量取决于HCl的量，为0.05mol。

（3）Al与HCl反应，过量的铝不与H2O反应。

2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑

生成的H2量取决于HCl的量，为0.05mol。

3．镁是制造飞机的原料之一，某飞机的材料是镁铝合金。

某课外活动小组得到了制造这种飞机的边角料，欲对其进行研究。

如果将10.0g这种材料放入足量的稀硫酸中预计可收集到的气体在标准状况下的体积可能是（　　）

A．9.00LB．12.5L

C．10.0LD．16.8L

解析：

选C　利用极值法。

若10.0g金属全部为镁，则有：

Mg～H2↑，n（H2）＝n（Mg）＝

＝

mol，

V（H2）＝

mol×22.4L·mol－1＝9.33L；

若10.0g金属全部为铝，则有：

2Al～3H2↑，

n（H2）＝

n（Al）＝

×

＝

mol，

V（H2）＝22.4L·mol－1×

mol＝12.4L。

故镁铝合金与足量稀硫酸产生的H2体积介于9.33～12.4L之间。

4．

（1）分别取Wg钠、铁、铝与足量的盐酸反应，在相同条件下产生氢气的体积比是__________。

（2）分别取0.1mol钠、铁、铝与足量的盐酸反应，在相同条件下产生氢气的体积比是__________。

（3）若产生相同物质的量的氢气，所需钠、铁、铝的质量比是__________。

（4）若产生相同体积（同温同压）的氢气，所需钠、铁、铝三种金属的物质的量之比是__________。

（5）分别取0.2mol金属钠、铁、铝分别投入10mL1mol/L盐酸中，在标准状况下产生氢气体积大小的顺序是__________。

解析：

（1）Wg钠、铁、铝的物质的量分别为

mol、

mol、

mol。

钠、铁、铝分别与足量的盐酸反应的化学方程式：

2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑；Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑；2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑。

由此得到关系式2Na～H2，Fe～H2,2Al～3H2，所以Wg钠、铁、铝生成氢气的体积比为

∶

∶

＝

∶

∶

。

同理可得到

（2）、（3）、（4）的结果。

（5）中的钠、铁、铝相对于盐酸来说是过量的，根据盐酸计算生成的氢气，铁、铝反应放出的氢气相等，但由于过量的钠会与水反应生成氢气，所以钠放出的氢气最多。

答案：

（1）

∶

∶

（2）1∶2∶3　（3）23∶28∶9　（4）6∶3∶2　（5）Na>Fe＝Al

课标要求1：

通过实验了解硅及其重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用。

[知识回顾]

（1）对碳、硫、硅、氢、氧、氯等非金属的性质进行比较分析，归纳总结非金属单质具有哪些主要的物理性质和化学性质？

（2）SiO2有哪些性质？

在日常生活中有哪些应用？

（3）制玻璃、水泥、陶瓷的原料分别是什么？

各种物质的成分是什么？

（4）你能对日常生活中各种用品的材料进行分类吗？

（5）什么是复合材料？

其结构有什么特点？

课标要求2：

根据生产、生活中的应用实例或通过实验探究，了解铝、铜等金属及其重要化合物的主要性质，能列举合金材料的重要应用。

[知识回顾]

（1）对铁、镁、铝、铜、金、银等金属的性质进行比较，归纳总结金属具有哪些主要的物理性质和化学性质？

（2）铝及其化合物[Al2O3、Al（OH）3]有哪些主要的化学性质？

这些性质决定着它们有什么重要用途？

（3）铜及其化合物[CuO、Cu（OH）2、CuSO4]有哪些主要的化学性质？

它们之间是如何相互转化的？