原材料的開發(fā)利用

第二節(jié)原材料的開發(fā)利用一、原材料的開發(fā)自然科學(xué)基礎(chǔ)二、非金屬和非金屬材料三、金屬和金屬材料四、有機化合物和合成高分子材料第二章資源、能源的開發(fā)利用及其對人們生活的影響第1頁/共101頁第一頁，共102頁。一、原材料的開發(fā)（一）空氣分離（二）合成氨工業(yè)（三）電解食鹽水自然科學(xué)基礎(chǔ)第2頁/共101頁第二頁，共102頁。作業(yè)：以空氣、海水為原材料能制得哪些物質(zhì)？并寫出有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)方程式。自然科學(xué)基礎(chǔ)一、原材料的開發(fā)空氣海水氮的氧化物、硝酸、鹽酸、氨氣、漂白粉、銨鹽、鈣鹽、鎂鹽、硫酸鹽等。氧氣、氮氣、稀有氣體、二氧化碳等氯化鈉、水、鈣鹽、鎂鹽、硫酸鹽等氫氧化鈉、氫氣、氯氣、氫的三種同位素等。第3頁/共101頁第三頁，共102頁。第4頁/共101頁第四頁，共102頁。自然科學(xué)基礎(chǔ)二、非金屬和非金屬材料（一）非金屬（二）非金屬材料硅酸鹽材料性能：耐高溫、抗氧化、耐腐蝕、耐磨耗第5頁/共101頁第五頁，共102頁。第6頁/共101頁第六頁，共102頁。化工原料黏土陶瓷硅酸三鈣(3CaO?SiO2)

、硅酸二鈣(2CaO?SiO2)

、鋁酸三鈣(3CaO?Al2O3)等石灰石、黏土（石膏）水泥Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2↑石英砂、碳酸鈉、碳酸鈣玻璃用途原理或成分原料類類型別建筑、修路等。硅酸鹽類型工業(yè)、建筑，生活等。類型第7頁/共101頁第七頁，共102頁。類型性能特點用途鈉玻璃沒有確定的熔點。在軟化狀態(tài)時，可吹成各種形狀。建筑業(yè)、各種器皿等。石英玻璃膨脹系數(shù)小、耐酸堿、強度大、濾光耐高溫的化學(xué)玻璃儀器、高壓水銀燈、紫外燈等的燈殼；。光學(xué)玻璃（鉛玻璃）透光性能好、有折光和色散性，比重高。眼鏡片；望遠鐿用凹凸透鏡等光學(xué)儀器彩色玻璃金屬氧化物均勻地分散到玻璃態(tài)物質(zhì)里，使玻璃呈現(xiàn)特征顏色。彩色玻璃制品。藍色(Co2O3)紅色(Cu2O)淡綠色(FeO)變色玻璃可擋住80%－90%光線。變色鏡。第8頁/共101頁第八頁，共102頁。類型性能特點用途鋼化玻璃耐高溫、耐腐蝕、強度大、質(zhì)輕、抗震裂，破碎時無尖銳棱角不易傷人。運動器材；微波通訊器材；車窗玻璃等。玻璃纖維玻璃鋼注意：有機玻璃、水玻璃都不是玻璃。第9頁/共101頁第九頁，共102頁。陶瓷類型土器：磚瓦紅瓦（自然冷卻，F(xiàn)e2O3含量較多）青瓦(淋水冷卻，F(xiàn)e3O4、FeO較多)陶器：彩陶江蘇宜興的紫砂壺、秦漢兵馬俑炻器：水缸、砂鍋瓷器：碗盤茶具1煙缸瓷雕1瓷雕2瓷雕3茶具2收藏珍品1衛(wèi)生瓷瓷都景德鎮(zhèn)瓷雕4收藏珍品2注：★彩釉★搪瓷不屬于陶瓷第10頁/共101頁第十頁，共102頁。第11頁/共101頁第十一頁，共102頁。水泥的標號

水泥的標號是水泥強度大小的標志，測定水泥標號的抗壓強度，系指水泥砂漿硬結(jié)28d后的強度。例如檢測得到28d后的抗壓強度為310kg/cm2，則水泥的標號定為300號?？箟簭姸葹?00-400kg/cm2者均算為300號。普通水泥有：200、250、300、400、500、600六種標號。200號-300號的可用于一些房屋建筑。400號以上的可用于建筑較大的橋梁或廠房，以及一些重要路面和制造預(yù)制構(gòu)件。

第12頁/共101頁第十二頁，共102頁。水泥回轉(zhuǎn)窯第13頁/共101頁第十三頁，共102頁。第14頁/共101頁第十四頁，共102頁。第15頁/共101頁第十五頁，共102頁。第16頁/共101頁第十六頁，共102頁。第17頁/共101頁第十七頁，共102頁。第18頁/共101頁第十八頁，共102頁。第19頁/共101頁第十九頁，共102頁。第20頁/共101頁第二十頁，共102頁。第21頁/共101頁第二十一頁，共102頁。第22頁/共101頁第二十二頁，共102頁。第23頁/共101頁第二十三頁，共102頁。第24頁/共101頁第二十四頁，共102頁。第25頁/共101頁第二十五頁，共102頁。第26頁/共101頁第二十六頁，共102頁。第27頁/共101頁第二十七頁，共102頁。第28頁/共101頁第二十八頁，共102頁。第29頁/共101頁第二十九頁，共102頁。第30頁/共101頁第三十頁，共102頁。第31頁/共101頁第三十一頁，共102頁。第32頁/共101頁第三十二頁，共102頁。第33頁/共101頁第三十三頁，共102頁。第34頁/共101頁第三十四頁，共102頁。第35頁/共101頁第三十五頁，共102頁。第36頁/共101頁第三十六頁，共102頁。第37頁/共101頁第三十七頁，共102頁。第38頁/共101頁第三十八頁，共102頁。第39頁/共101頁第三十九頁，共102頁。第40頁/共101頁第四十頁，共102頁。價值1187.2萬元第41頁/共101頁第四十一頁，共102頁。第42頁/共101頁第四十二頁，共102頁。第43頁/共101頁第四十三頁，共102頁?？滴豕俑G第44頁/共101頁第四十四頁，共102頁。三、金屬和金屬材料（一）金屬1、金屬的共性:具有金屬光澤,能導(dǎo)電,導(dǎo)熱,具有良好的延展性。金屬離子自由電子第45頁/共101頁第四十五頁，共102頁。第46頁/共101頁第四十六頁，共102頁。金屬的延展性自由電子+金屬離子金屬原子位錯+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++（一）金屬第47頁/共101頁第四十七頁，共102頁。2、金屬鍵金屬離子與自由電子間的強烈的相互作用。3、金屬晶體123456體心立方晶格（一）金屬鉻、鉬、鎢等第48頁/共101頁第四十八頁，共102頁。六方晶格面心立方晶格鎂、鋅、鎘、鈹?shù)蠕X、銅、銀等第49頁/共101頁第四十九頁，共102頁。自然科學(xué)基礎(chǔ)4、金屬的分類黑色金屬有色金屬鐵、鉻、錳及其合金重金屬輕金屬貴金屬稀有金屬（一）金屬第50頁/共101頁第五十頁，共102頁。資料金屬之最熔點最低的金屬是--------汞熔點最高的金屬是--------鎢密度最小的金屬是--------鋰密度最大的金屬是--------鋨硬度最小的金屬是--------銫硬度最大的金屬是--------鉻最貴的金屬是----------－锎氧化物最白的金屬是---－－鈦延性最好的金屬是--------鉑展性最好的金屬是--------金第51頁/共101頁第五十一頁，共102頁。（二）常見金屬材料1、煉鐵和煉鋼2、鋁3、銅4、金屬腐蝕及其防護第52頁/共101頁第五十二頁，共102頁。自然金(主要成分為Au)自然界以單質(zhì)形式存在的銀

單質(zhì)形式存在的金屬金屬在自然界的存在形式第53頁/共101頁第五十三頁，共102頁。褐鐵礦（Fe2O3·nH2O)

磁鐵礦主要成分Fe3O4

黃鐵礦主要成分FeS2

化合物形式存在的金屬黃銅礦主要成分是CuFeS2

赤鐵礦主要成分為Fe2O3菱鐵礦主要成分FeCO3

第54頁/共101頁第五十四頁，共102頁。藍銅礦主要成分為Cu2(CO3)2(OH)2閃鋅礦的主要成分是ZnS，常含有Fe、Cd、In、Ga等元素孔雀石主要成分Cu2(OH)2CO3金紅石主要成分（TiO2）第55頁/共101頁第五十五頁，共102頁。天然二硫化鐵(黃鐵礦)第56頁/共101頁第五十六頁，共102頁。螢石(氟化鈣)第57頁/共101頁第五十七頁，共102頁。菱錳礦第58頁/共101頁第五十八頁，共102頁。鐵的冶煉第59頁/共101頁第五十九頁，共102頁。艾菲爾鐵塔第60頁/共101頁第六十頁，共102頁。煉鐵和煉鋼生鐵和鋼的比較2%~4.3%0.03%~2%硅錳(較多)硫磷(較多)硅錳(適量)硫磷(較少)可鑄不可鍛可鑄,可鍛,可壓延硬而脆硬而韌,有彈性問題：鐵和鋼有哪些不同之處？第61頁/共101頁第六十一頁，共102頁。煉鐵和煉鋼1.1煉鐵：鐵礦石（化合態(tài)）→鐵單質(zhì)（游離態(tài)）（1）基本反應(yīng)原理：3CO+Fe2O3=====2Fe+3CO2高溫利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用還原劑（主要是CO)從鐵礦石中還原出鐵。（2）設(shè)備：高爐（3）原料：

（4）煉鐵的主要反應(yīng)過程：第62頁/共101頁第六十二頁，共102頁。煉鐵的原料鐵礦石焦炭石灰石提供鐵元素產(chǎn)生還原劑；作料柱的骨架使爐渣熔化為液體；去除有害元素硫赤鐵礦（Fe2O3）磁鐵礦（Fe3O4）菱鐵礦（FeCO3）空氣提供氧氣第63頁/共101頁第六十三頁，共102頁。圖片第64頁/共101頁第六十四頁，共102頁。煉鐵和煉鋼煉鐵的主要反應(yīng)過程①產(chǎn)生還原劑：

C+O2=CO2CO2+C=2CO

（空氣，焦炭）

②還原鐵礦石：

Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2

（鐵礦石）

③造渣（除脈石）：

CaCO3===CO2+CaOCaO+SiO2=CaSiO3

（熔劑：石灰石）高溫高溫第65頁/共101頁第六十五頁，共102頁。煉鐵和煉鋼1.2煉鋼：生鐵→鋼(1)需要做到：①降：降低含碳量②除：除去硫、磷等雜質(zhì)

③調(diào)：調(diào)節(jié)合金元素的含量（2)基本反應(yīng)原理：利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用氧化劑（用純氧氣）把生鐵中過多的碳和其它雜質(zhì)氧化除去。第66頁/共101頁第六十六頁，共102頁。煉鐵和煉鋼(3)煉鋼設(shè)備：轉(zhuǎn)爐，電爐，平爐（4）煉鋼的原料：生鐵，氧氣，生石灰，硅鐵和錳鐵（5）煉鋼的主要反應(yīng)過程第67頁/共101頁第六十七頁，共102頁。煉鋼的圖片第68頁/共101頁第六十八頁，共102頁。煉鐵和煉鋼煉鋼的主要反應(yīng)過程①產(chǎn)生氧化劑：2Fe+O2=2FeO（氧氣）②除硅，錳，碳等雜質(zhì)：Si+2FeO=SiO2+2FeMn+FeO=MnO+FeC+FeO=CO+Fe③造渣：CaO+SiO2=CaSiO3

（生石灰)硫、磷雜質(zhì)與生石灰作用形成爐渣被除去。④脫氧：Si+2FeO=SiO2+2Fe（脫氧劑：硅鐵，錳鐵）調(diào)節(jié)合金元素第69頁/共101頁第六十九頁，共102頁。煉鐵和煉鋼鐵合金生鐵鋼煉鋼生鐵（白口鐵）鑄造生鐵（灰口鐵）球墨生鐵合金生鐵碳素鋼合金鋼低碳鋼中碳鋼高碳鋼第70頁/共101頁第七十頁，共102頁。-ne-被氧化金屬腐蝕的實質(zhì)4、金屬腐蝕及其防護金屬原子金屬陽離子第71頁/共101頁第七十一頁，共102頁。電流例如條件種類相互關(guān)系本質(zhì)有微弱的電流無鋼鐵腐蝕2Fe＋3Cl2＝2FeCl3

不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸發(fā)生原電池反應(yīng)電化腐蝕化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕、電化腐蝕常同時發(fā)生較活潑金屬被氧化金屬被氧化金屬與非電解質(zhì)等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)4.1金屬腐蝕的種類第72頁/共101頁第七十二頁，共102頁。4.2電化學(xué)腐蝕水膜酸性較強(1)析氫腐蝕H2O＋CO2H2CO3H＋＋HCO3-

正極(C)2H＋＋2e-＝H2↑Fe－2e-＝Fe2＋負極(Fe)第73頁/共101頁第七十三頁，共102頁。水膜酸性較弱或中性（2）吸氧腐蝕第74頁/共101頁第七十四頁，共102頁。正極(C)：O2負極(Fe)：Fe-2e-=Fe2+2H2O+O2+4e-=4OH-2Fe-4e-=2Fe2+第75頁/共101頁第七十五頁，共102頁。*鐵銹的生成Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)32Fe(OH)3＝Fe2O3·xH2O＋(3-x)H2O生成的Fe2O3·xH2O就是鐵銹。第76頁/共101頁第七十六頁，共102頁。4.3金屬的防護（1）腐蝕因素：金屬本性、介質(zhì)（2）方法a、涂層：b、電鍍、噴鍍：c、表面鈍化：d、改變金屬結(jié)構(gòu)：e、電化學(xué)保護不銹鋼——鐵鉻合金白鐵皮（Zn）、馬口鐵（Sn）槍炮表面致密的Fe3O4保護膜表面涂礦物性油脂、油漆、覆蓋搪瓷第77頁/共101頁第七十七頁，共102頁。e、電化學(xué)在輪船船殼水線以下部分鑲上Zn塊，來防止船殼的腐蝕FeAlne-e-e-e-e-正極：被保護金屬負極：外加一種更活潑的金屬

第78頁/共101頁第七十八頁，共102頁。犧牲陽極的陰極保護法示意圖第79頁/共101頁第七十九頁，共102頁。

外加電流法

將被保護金屬與另一附加電極作為電解池的兩個極，使被保護的金屬作為陰極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護。此法主要用于防止土壤、海水及水中金屬設(shè)備的腐蝕。第80頁/共101頁第八十頁，共102頁。四、有機化合物和合成高分子材料（一）有機化合物（二）合成高分子化合物（三）合成高分子材料第81頁/共101頁第八十一頁，共102頁。（三）合成高分子材料

塑料、合成纖維、合成橡膠稱為三大合成材料；粘合劑、涂料也屬于合成材料。第82頁/共101頁第八十二頁，共102頁。合成有機高分子材料改變了我們的生活一座年產(chǎn)8萬噸的合成橡膠廠相當于145萬畝橡膠園的年產(chǎn)量。一座年產(chǎn)萬噸的合成纖維廠相當于30萬畝棉田或250萬頭綿羊的棉毛產(chǎn)量。耐高溫、耐腐蝕的塑料王－－特氟隆

塑料

合成纖維

合成橡膠第83頁/共101頁第八十三頁，共102頁。（二）合成高分子材料

1、塑料

成分

塑料的主要成分是合成樹脂，其中還添加了某些特定用途的添加劑（如提高塑性的增塑劑、防止老化的防老化劑）；特點熱塑性塑料（如聚乙烯），可以反復(fù)加工，多次使用；熱固性塑料（電木），一旦加工成型就不會受熱熔化。常見的塑料：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯（有機玻璃）、酚醛塑料（電木）、聚四氟乙烯（塑料王）等。第84頁/共101頁第八十四頁，共102頁。低密度聚乙烯包裝膜第85頁/共101頁第八十五頁，共102頁。聚四氟乙烯酚醛樹脂聚丙烯第86頁/共101頁第八十六頁，共102頁。2．合成纖維纖維天然纖維化學(xué)纖維棉花羊毛木材草類合成纖維：用石油、天然氣等為原料制成的單體，再經(jīng)聚