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1、自然科学基础之物质篇淄博师专数理系卢文淄博师专数理系卢文第二节原材料的开发利用第二节原材料的开发利用一、一、原材料的开发原材料的开发二、二、非金属和非金属材料非金属和非金属材料三、三、金属和金属材料金属和金属材料四、四、有机化合物和合成高分子材料有机化合物和合成高分子材料第二章资源、能源的开发利用及其对人们生活的影响第二章资源、能源的开发利用及其对人们生活的影响一、原材料的开发一、原材料的开发（一）空气分离（一）空气分离（二）合成氨工业（二）合成氨工业（三）电解食盐水（三）电解食盐水作业：以空气、海水为原材料能制得哪些物质？作业：以空气、海水为原材料能制得哪些物质？并写出有关的化学反应方程式。
2、并写出有关的化学反应方程式。一、原材料的开发一、原材料的开发空气空气海水海水氮的氧化物、硝酸、盐酸、氨气、漂白粉、铵盐、氮的氧化物、硝酸、盐酸、氨气、漂白粉、铵盐、钙盐、镁盐、硫酸盐等。钙盐、镁盐、硫酸盐等。氧气、氮气、稀有气体、二氧化碳等氧气、氮气、稀有气体、二氧化碳等氯化钠、水、钙盐、镁盐、硫酸盐等氯化钠、水、钙盐、镁盐、硫酸盐等氢氧化钠、氢气、氯气、氢的三种同氢氧化钠、氢气、氯气、氢的三种同位素等。位素等。二、非金属和非金属材料二、非金属和非金属材料（一）（一）非金属非金属（二）（二）非金属材料非金属材料硅酸盐材料硅酸盐材料性能：耐高温、抗氧化、耐腐蚀、耐磨耗性能：耐高温、抗氧化、耐腐蚀
3、、耐磨耗化工原料化工原料黏土黏土陶瓷陶瓷硅酸三钙硅酸三钙(3CaOSiO2)、硅酸二钙硅酸二钙(2CaOSiO2)、铝酸三钙铝酸三钙(3CaOAl2O3)等等石灰石石灰石、黏土黏土（石膏）（石膏）水泥水泥Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2石英砂石英砂、碳酸钠、碳酸钠、碳酸钙碳酸钙玻璃玻璃用途用途原理或成分原理或成分原料原料类类类类型别型别建筑、建筑、修路等。修路等。硅酸盐硅酸盐类型类型工业、建工业、建筑，生活筑，生活等。等。类型类型类类型型性能特点性能特点用途用途钠钠玻璃玻璃没有确定的熔点。在没有确定的熔点。在软软化状化状态时态时，可吹成，
4、可吹成各种形状。各种形状。建筑建筑业业、各种器皿等。、各种器皿等。石英玻璃石英玻璃膨膨胀胀系数小、耐酸碱、系数小、耐酸碱、强强度大、度大、滤滤光光耐高温的耐高温的化学玻璃化学玻璃仪仪器器、高高压压水水银银灯、紫外灯等的灯壳；灯、紫外灯等的灯壳；。光学玻璃光学玻璃（铅铅玻璃）玻璃）透光性能好、有折光透光性能好、有折光和色散性，比重高。和色散性，比重高。眼眼镜镜片；望片；望远镱远镱用凹凸透用凹凸透镜镜等光学等光学仪仪器器彩色玻璃彩色玻璃金属氧化物均匀地分金属氧化物均匀地分散到玻璃散到玻璃态态物物质质里，里，使玻璃呈使玻璃呈现现特征特征颜颜色。色。彩色玻璃制品。彩色玻璃制品。蓝蓝色色(Co(Co2
5、2O O3 3)红红色色(Cu(Cu2 2O)O)淡淡绿绿色色(FeO)(FeO)变变色玻璃色玻璃可可挡挡住住80%80%90%90%光光线线。变变色色镜镜。类类型型性能特点性能特点用途用途钢化玻璃钢化玻璃耐高温、耐腐蚀、强耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、抗震裂度大、质轻、抗震裂，破碎时无尖锐棱角，破碎时无尖锐棱角不易伤人。不易伤人。运动器材；微波通讯器材；运动器材；微波通讯器材；车窗玻璃车窗玻璃等。等。玻璃纤维玻璃纤维玻璃钢玻璃钢注意：注意：有机玻璃、水玻璃都不是玻璃。有机玻璃、水玻璃都不是玻璃。陶瓷类型陶瓷类型土器：砖瓦红瓦（自然冷却，Fe2O3含量较多）青瓦(淋水冷却，Fe3O4、FeO较
6、多)陶器：彩陶江苏宜兴的紫砂壶、秦汉兵马俑炻器：水缸、砂锅瓷器：碗盘茶具1烟缸瓷雕1瓷雕2瓷雕3茶具2收藏珍品1卫生瓷瓷都景德镇瓷雕4收藏珍品2注：彩釉搪瓷不属于陶瓷水泥的标号水泥的标号 水泥的标号是水泥强度大小的标志，测定水泥标号的抗压强度，系指水泥砂浆硬结28d后的强度。例如检测得到28d后的抗压强度为310 kg/cm2，则水泥的标号定为300号。抗压强度为300-400 kg/cm2者均算为300号。普通水泥有：200、250、300、400、500、600六种标号。200号-300号的可用于一些房屋建筑。400号以上的可用于建筑较大的桥梁或厂房，以及一些重要路面和制造预制构件。水泥回
7、转窑价值万元价值万元康熙官窑三、金属和金属材料三、金属和金属材料（一）（一）金属金属1、金属的共性、金属的共性:具有金属光泽具有金属光泽,能导电能导电,导热导热,具有良具有良好的延展性。好的延展性。金属离子金属离子自由电子自由电子金属的延展性金属的延展性自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子位错位错+（一）金属（一）金属2、金属键、金属键金属离子金属离子与与自由电子间自由电子间的的强烈强烈的相互作用。的相互作用。3、金属晶体123456体心立方晶格体心立方晶格（一）金属（一）金属铬、钼、钨等铬、钼、钨等六方晶格六方晶格面心立方晶格面心立方晶格镁、锌、镉、铍等镁、锌、镉、铍等铝、铝、
8、铜、铜、银银等等4、金金属属的的分分类类黑色金属黑色金属有色金属有色金属铁、铬、锰及其合金铁、铬、锰及其合金重金属重金属轻金属轻金属贵金属贵金属稀有金属稀有金属（一）金属（一）金属资资料料金属之最金属之最熔点最低的金属是熔点最低的金属是-汞汞熔点最高的金属是熔点最高的金属是-钨钨密度最小的金属是密度最小的金属是-锂锂密度最大的金属是密度最大的金属是-锇锇硬度最小的金属是硬度最小的金属是-铯铯硬度最大的金属是硬度最大的金属是-铬铬最贵的金属是最贵的金属是-锎锎氧化物最白的金属是氧化物最白的金属是-钛钛延性最好的金属是延性最好的金属是-铂铂展性最好的金属是展性最好的金属是-金金（二）常见（二）常见
9、金属材料金属材料1、炼铁和炼钢炼铁和炼钢2、铝、铝3、铜、铜4、金属腐蚀及其防护金属腐蚀及其防护自然金自然金(主要成分为主要成分为Au)Au)自然界以单质形式存在的银自然界以单质形式存在的银 单质形式存在的金属单质形式存在的金属金属在自然界的存在形式金属在自然界的存在形式褐铁矿褐铁矿（FeFe2 2O O3 3nHnH2 2O)O)磁铁矿磁铁矿主要成分主要成分FeFe3 3O O4 4 黄铁矿黄铁矿主要成分主要成分FeSFeS2 2 化合物形式存在的金属化合物形式存在的金属黄铜矿黄铜矿主要成分是主要成分是CuFeSCuFeS2 2 赤铁矿赤铁矿主要成分为主要成分为FeFe2 2O O3 3菱铁
10、矿菱铁矿主要成分主要成分FeCOFeCO3 3 蓝铜矿蓝铜矿主要成分为主要成分为CuCu2 2(CO(CO3 3)2 2(OH)(OH)2 2闪锌矿的主要成分是闪锌矿的主要成分是ZnSZnS，常含有常含有FeFe、CdCd、InIn、GaGa等元素等元素孔雀石孔雀石主要成分主要成分CuCu2 2(OH)(OH)2 2COCO3 3金红石金红石主要成分（主要成分（TiO2）天然二硫化铁天然二硫化铁(黄铁矿黄铁矿)萤石萤石(氟化钙氟化钙)菱锰矿菱锰矿铁的冶炼铁的冶炼艾艾菲菲尔尔铁铁塔塔炼铁和炼钢炼铁和炼钢炼铁和炼钢炼铁和炼钢生铁和钢的比较生铁和钢的比较2%4.3%0.03%2%硅锰硅锰(较多较多)
11、硫磷硫磷(较多较多)硅锰硅锰(适量适量)硫磷硫磷(较少较少)可铸不可锻可铸不可锻可铸可铸,可锻可锻,可压延可压延硬而脆硬而脆硬而韧硬而韧,有弹性有弹性问题：铁和钢有哪些不同之处？问题：铁和钢有哪些不同之处？炼铁和炼钢炼铁和炼钢炼铁和炼钢炼铁和炼钢1.1 炼铁：炼铁：铁矿石（化合态）铁矿石（化合态）铁单质（游离态）铁单质（游离态）（1 1）基本反应原理：）基本反应原理：3CO+Fe3CO+Fe2 2O O3=3=2Fe+3CO2Fe+3CO2 2高温高温利用氧化还原反应，在高温下，用还原剂（主要是利用氧化还原反应，在高温下，用还原剂（主要是CO)从铁矿石中还原出铁。从铁矿石中还原出铁。（2）设备
12、设备：高炉：高炉（3）原料：原料：（4）炼铁的主要反应过程：炼铁的主要反应过程：炼铁的原料炼铁的原料铁矿石铁矿石焦炭焦炭石灰石石灰石提供铁元素提供铁元素产生还原剂；作料柱的产生还原剂；作料柱的骨架骨架使炉渣熔化为液体；使炉渣熔化为液体；去除有害元素硫去除有害元素硫赤铁矿（赤铁矿（FeFe2 2O O3 3）磁铁矿（磁铁矿（FeFe3 3O O4 4）菱铁矿（菱铁矿（FeCOFeCO3 3）空气空气提供氧气提供氧气图片图片炼铁和炼钢炼铁和炼钢炼铁和炼钢炼铁和炼钢炼铁的主要反应过程炼铁的主要反应过程产生还原剂：产生还原剂：C+O2=CO2 CO2+C=2CO （空气，焦炭）（空气，焦炭）还原铁矿石
13、：还原铁矿石：Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 （铁矿石）（铁矿石）造渣（除脉石）：造渣（除脉石）：CaCO3=CO2+CaO CaO+SiO2=CaSiO3 （熔剂：石灰石）（熔剂：石灰石）高温高温高温高温炼铁和炼钢炼铁和炼钢炼铁和炼钢炼铁和炼钢1.2 1.2 炼钢：炼钢：生铁生铁 钢钢(1)(1)需要做到：需要做到：降：降低含碳量降：降低含碳量除：除去硫、磷等杂质除：除去硫、磷等杂质 调：调节合金元素的含量调：调节合金元素的含量（2)基本反应原理：基本反应原理：利用氧化还原反应，在高温下，用氧化剂（用纯氧气）利用氧化还原反应，在高温下，用氧化剂（用纯氧气）把生铁中过多的碳和其它杂质氧化
14、除去。把生铁中过多的碳和其它杂质氧化除去。炼铁和炼钢炼铁和炼钢炼铁和炼钢炼铁和炼钢(3)炼钢设备：炼钢设备：转炉转炉，电炉，平炉，电炉，平炉（4）炼钢的原料：）炼钢的原料：生铁，氧气，生石灰，硅铁和锰铁生铁，氧气，生石灰，硅铁和锰铁（5）炼钢的主要反应过程炼钢的主要反应过程炼钢的图片炼钢的图片炼铁和炼钢炼铁和炼钢炼铁和炼钢炼铁和炼钢炼钢的主要反应过程炼钢的主要反应过程产生氧化剂：产生氧化剂：2Fe+O2=2FeO （氧气）（氧气）除硅，锰，碳等杂质：除硅，锰，碳等杂质：Si+2FeO=SiO2+2Fe Mn+FeO=MnO+Fe C+FeO=CO+Fe造渣：造渣：CaO+SiO2=CaSiO3
15、 （生石灰（生石灰)硫、磷杂质与生石灰作用形成炉渣被除去。硫、磷杂质与生石灰作用形成炉渣被除去。脱氧：脱氧：Si+2FeO=SiO2+2Fe（脱氧剂：硅铁，锰铁）（脱氧剂：硅铁，锰铁）调节合金元素调节合金元素炼铁和炼钢炼铁和炼钢炼铁和炼钢炼铁和炼钢铁铁合合金金生铁生铁钢钢炼钢生铁（白口铁）炼钢生铁（白口铁）铸造生铁（灰口铁）铸造生铁（灰口铁）球墨生铁球墨生铁合金生铁合金生铁碳素钢碳素钢合金钢合金钢低碳钢低碳钢中碳钢中碳钢高碳钢高碳钢-ne-ne-被被氧氧化化金属腐蚀的实质金属腐蚀的实质4 4、金属腐蚀及其防护、金属腐蚀及其防护金属原子金属原子金属阳离子金属阳离子电流电流例如例如 条件条件 种类
16、种类 相互相互关系关系 本质本质 有微弱的电流有微弱的电流 无无 钢铁腐蚀钢铁腐蚀 2Fe3Cl22FeCl3 不不纯纯金金属属或或合合金金跟跟电电解解质质溶溶液液接接触触发发生生原原电池反应电池反应 电化腐蚀电化腐蚀 化学腐蚀化学腐蚀 化学腐蚀、电化腐蚀常同时发生化学腐蚀、电化腐蚀常同时发生 较活泼金属被氧化较活泼金属被氧化 金属被氧化金属被氧化 金属与非电解金属与非电解质等直接发生质等直接发生化学反应化学反应 金属腐蚀的种类金属腐蚀的种类 电化学腐蚀电化学腐蚀水膜酸性较强水膜酸性较强(1)(1)析氢腐蚀析氢腐蚀 H2OCO2 H2CO3 HHCO3-正极正极(C)2H2e-H2Fe2e-F
17、e2负极负极(Fe)水膜酸性较弱或中性水膜酸性较弱或中性（2）吸氧腐蚀）吸氧腐蚀正极正极(C)：O2负极负极(Fe)：Fe-2e-=Fe2+2H2O+O2+4e-=4OH-2Fe-4e-=2Fe2+*铁锈的生成铁锈的生成Fe2+2OH-=Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)32Fe(OH)3Fe2O3xH2O(3-x)H2O生成的生成的Fe2O3xH2O就是铁锈就是铁锈。金属的防护金属的防护（1）腐蚀因素：）腐蚀因素：金属本性、介质金属本性、介质（2）方法）方法a、涂层：、涂层：b、电镀、喷镀：、电镀、喷镀：c、表面钝化：、表面钝化：d、改变金属结构：、改变金属结构：
18、e、电化学保护、电化学保护不锈钢不锈钢铁铬合金铁铬合金白铁皮（白铁皮（Zn）、马口铁（）、马口铁（Sn）枪炮表面致密的枪炮表面致密的Fe3O4保护膜保护膜 表面涂矿物性油脂、油漆、覆盖搪瓷表面涂矿物性油脂、油漆、覆盖搪瓷e e、电化学、电化学在轮船船壳水线以下部分镶上在轮船船壳水线以下部分镶上Zn块，来防止块，来防止船壳的腐蚀船壳的腐蚀FeAlne-e-e-e-e-正极：被保护金属正极：被保护金属负极：外加一种更活泼的金属负极：外加一种更活泼的金属 牺牲阳极牺牲阳极的的阴极保护法阴极保护法示意图示意图 外加电流法外加电流法 将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护将被保护金属与另
19、一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。四、有机化合物和合成高分子材料四、有机化合物和合成高分子材料（一）有机化合物（一）有机化合物（二）合成高分子化合物（二）合成高分子化合物（三）合成高分子材料（三）合成高分子材料（三）合成高分子材料（三）合成高分子材料塑料、合成纤维、合成橡胶称为三大塑料、合成纤维、合成橡胶称为三大合成材料；合成材料；粘合剂、涂料也属于合成材料。粘合剂、涂料也属于合成材料。合成有
20、机高分子材料改变了我们的生活合成有机高分子材料改变了我们的生活 一座年产一座年产8万万吨的合成橡胶吨的合成橡胶厂相当于厂相当于145万亩橡胶园的万亩橡胶园的年产量。年产量。一座年产万吨一座年产万吨的合成纤维厂的合成纤维厂相当于相当于30万亩万亩棉田或棉田或250万头万头绵羊的棉毛产绵羊的棉毛产量。量。耐高温、耐耐高温、耐腐蚀的塑料腐蚀的塑料王特氟王特氟隆隆 塑料塑料 合成纤维合成纤维 合成橡胶合成橡胶（二）合成高分子材料（二）合成高分子材料 1 1、塑料、塑料 成分成分 塑料的主要成分是塑料的主要成分是合成树脂合成树脂，其中还添加，其中还添加了某些特定用途的了某些特定用途的添加剂添加剂 （如提
21、高塑性的（如提高塑性的增塑剂、防止老化的防老化剂）；增塑剂、防止老化的防老化剂）；特点特点热塑性塑料（如聚乙烯），可以反复加工，热塑性塑料（如聚乙烯），可以反复加工，多次使用；多次使用；热固性塑料（电木），一旦加工成型就不会热固性塑料（电木），一旦加工成型就不会受热熔化。受热熔化。常见的塑料：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙常见的塑料：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）、酚醛塑料烯、聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）、酚醛塑料（电木）、聚四氟乙烯（塑料王）等。（电木）、聚四氟乙烯（塑料王）等。低密度聚乙烯包装膜低密度聚乙烯包装膜聚四氟乙烯酚醛树脂聚丙烯2 2合成纤维合成
22、纤维纤纤维维天天然然纤纤维维化化学学纤纤维维棉花棉花羊毛羊毛木材木材草类草类合成纤维合成纤维：用石油、天然气等为原：用石油、天然气等为原料制成的单体，再经聚合制成的纤料制成的单体，再经聚合制成的纤维（如：维（如：“六大纶六大纶”、碳纤维、光、碳纤维、光导纤维等）导纤维等）人造纤维人造纤维：用木材、草类的纤维经：用木材、草类的纤维经化学加工制成。如粘胶纤维等化学加工制成。如粘胶纤维等3 3合成橡胶合成橡胶橡橡胶胶天然橡胶天然橡胶合成橡胶合成橡胶通通用用橡橡胶胶特特种种橡橡胶胶丁苯橡胶丁苯橡胶顺丁橡胶顺丁橡胶氯丁橡胶氯丁橡胶聚硫橡胶聚硫橡胶硅橡胶硅橡胶丁苯橡胶丁苯橡胶氯丁橡胶氯丁橡胶硅橡胶硅橡胶水晶水晶(二氧化硅）二氧化硅）观观音音雕雕像像水水晶晶世界水晶大王，高世界水晶大王，高260cm，宽，宽153cm，重吨，纯单晶体二氧化，重吨，纯单晶体二氧化硅，且形状为六棱硅，且形状为六棱绿色鱼眼石绿色鱼眼石