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合金

铁的合金

2 3 4

第三章

探索生活材料

3—1—合金

定义

由两种或两种以上金属(或与非金属)熔合而成

的具有金属特性的物质

优点

合金一般比纯金属硬度大、熔点低,良好的物理、化学和机械的性能

生铁

含2％～4.3% 生铁硬度大、抗压、性脆，可铸不可锻

碳钢

0.03%~2%

有良好的延展性，机械性能好，可铸可锻

量

普通钢

又叫碳素钢

含碳量高，硬度大；含碳量低，韧性较强

钢

特种钢

又叫合金钢

例：不锈钢中加Ni、Cr，不易生锈，抗腐蚀力强

铝合金

抗蚀力强，强度大，密度较小

硬铝：Al中加少量Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素

铜合金

黄金合金

5 新型合金

黄铜：Cu中加Zn

青铜：Cu中加Sn

24K（含金量99.5%以上）

18K（含金量约75%）

储氢合金

吸收大量的氢气成氢货物后稍稍加热易分解

密度小、强度高、耐高温和抗腐蚀，常用于制造飞机起落架

钛合金

常用于制造喷气式飞机的发动机叶片

耐热合金

形状记忆合金

变形后加热到一定的跃变温度时，又可变回到原来的形状

泡沫金属

定义

本质

化学腐蚀

电化腐蚀

质轻、吸音、隔热、吸收电磁波

3—2—金属的腐蚀和防护

1 2 金属或合金与周围的接触到的气体或液体进行氧化还原反应而腐蚀损耗过程

金属单质失电子而被氧化成金属阳离子的过程

金属与周围的接触到物质直接接触而被腐蚀的过程

不纯金属或合金与电解质溶液发生原电池反应较活泼的金属被的腐蚀

-负极

+正极

-负极

+正极

Fe C Fe C Fe-2e- = Fe2+

2H++2e- = H2

↑

Fe-2e- = Fe2+

O2+ 2H2O + 4e- =4OH -

不锈钢

加塑料、搪瓷、金属等

加一块比要保护的金属活泼的金属

钢水膜为弱酸性

析氢腐蚀

铁电3 化腐吸氧腐蚀

水膜为中性或弱蚀

更普遍、危害大

碱性

改变金属的内部结构

4 防护方法

在金属表面覆盖保护层

电化学保护法

1

3—3—玻璃、陶瓷和水泥

传统无机非金属材料

1 新型无机非金属材料

硅酸玻璃、陶瓷和水泥

光导纤维、高温结构陶瓷、超硬陶瓷、生物陶瓷、超导陶瓷

四特性（耐高温、电学特性、光学特性、生物功能）

Na2SiO3、CaSiO3、SiO2

透明、可软化、

抗氧化、酸碱、耐高温、绝缘

玻璃

陶瓷

水泥

纯碱、石英、石灰石

2 盐材料

黏土

黏土、石灰石、石膏

3CaO.SiO2、2CaO.SiO2、有水硬性，作建材，不能长放，3CaO.Al2O3、

防潮，保质期3个月

普通玻璃

铅玻璃

玻璃

硼酸盐玻璃

本身含二价铁（Fe2+）都呈淡绿色

加入PbO

光学玻璃折光率高

制眼镜片、透镜

膨胀系数低.耐高温、抗化加入B2O3或硼砂

制高级化学反应容器

学腐蚀

加入Cu2O红色玻璃

加入Co2O3蓝色玻璃

有色玻璃

陶瓷

水泥

钢化玻璃

陶瓷

彩釉

水泥的等级

水泥砂浆

混凝土

钢筋混凝土

光导纤维

加入AgBr和CuO成变色玻璃

新型

高温结构陶瓷

普通玻璃加热软化后,用冷风急吹成

机械强度大4-6倍,抗震裂,破碎没尖棱角

中国陶都:江苏宜兴

紫砂壶

中国瓷都:江西景德镇

景泰蓝

在普通釉料中加一些重金属离子:Fe

Cu

Mn

Cr

Co（如唐朝的唐三彩)

01年4月中国新标准42.5、52.5、62.5三个等级，等级越高，性能越好

水泥、沙子、水的混合物

建筑的黏合剂

水泥、沙子、碎石和水的混合物

建筑

水泥、沙子、碎石、钢筋和水的混合物

强度大，建高楼大厦、桥梁

光抗干扰性好、通信质量高、传输量大

高纯度的SiO2拉出的100μm的细丝

Si3N4、Al2O3、SiC、ZrO2

汽车的发动机、航天飞机防护片

3—4—塑料、纤维和橡胶（高分子化合物） 三大合成材料：塑料、合成纤维和合成橡胶。

主要成分合成树脂（高聚物），还含有增塑剂和防老化剂等添加剂,一定属人工合成塑料

的

热塑性塑料

线形结构受热会熔化、冷却会硬化，多次使用

如聚乙烯塑料，聚丙烯塑料等

热固性塑料

受热会交联成立体网状结构，一次使用

酚醛树脂，脲醛树脂等

1 抗静电添加剂、有机发光二极管等

导电聚合物

聚乙炔掺杂碘后能导电

聚乙烯

PE 聚氯乙烯

PVC 不包食品

聚丙烯

PP

聚苯乙烯

PS 聚四氟乙聚甲基丙烯酸甲酯

有机玻璃

PMMA

脲醛塑料

电玉

PTFE 塑料王

烯

自天然纤维

属纤维素:棉花、麻

等

属蛋白质:羊毛和蚕丝等

然用木材等为原料加工成的人造棉、人造丝、玻璃纸等仍属纤维素

人造纤维

界

合称为

2 用石油、天然气、煤核农副产品等为原料人工合成的高分子材料

化学纤维

合成纤维（六大纶）

锦纶（尼龙）、涤纶（的确良）、腈纶（人造羊毛）、维纶、氯纶、丙纶

天然橡胶

合成

聚异戊二烯

丁苯橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶

耐热耐酸碱的氟橡胶、耐高温耐严寒的硅橡胶

通用橡胶

特种橡胶

一般橡胶

硫化橡胶

3 橡胶

线型结构，可塑性好，但强度和韧性差

加硫后通过硫桥交联成立体型的网状结构，强度和韧性高、弹性好、化学稳定

4 复合材料

一种作基体、一种作增强剂，结合在一起产生有特殊的性能

玻璃钢：玻璃纤维熔化后拉丝加入到合成树脂中，强度大、密度小、耐腐蚀、韧性好

2

第四章

保护生存环境

4—1—改善大气质量

清洁大气

1 大气污染

N2

占78%

O2

占21%

稀有气体

CO2

水蒸气少量

其他杂质微量

2 3 硫的氧化氮的氧化碳氢化合CO 氟氯代烷

物

物

物

大气污染危害

危害人体健康

影响动植物的生长

严重时会影响地球的气候

全球性三大环境问题

酸雨

臭氧层受损

温室效应

酸雨

正常雨水：PH约为5.6

酸雨：PH小于5.6

我国为硫酸型酸雨,烧煤炭造成

硫的氧化物转化

硫酸型

SO2+H2O=H2SO3

2H2SO3+O2=2H2SO4

大气中烟尘和O3作催化剂

氮的氧化物转化

硝酸型

3NO2+H2O=2HNO3+NO↑

自然界的臭氧90%集中在距地面15-50km的大气平流层中

吸收自太阳的大部分紫外线

臭氧层

Cl+O3→ClO+O2

ClO+O→Cl+O2

总式:O3+O→2O2

氟氯代烷引起的

Cl为催化剂

ClO为中间产物

一个Cl原子能破坏10万个O3

颗粒物

引起臭氧层受损物质

保护臭氧层公约

氟氯代烷(致冷剂)、哈龙（含溴的灭火剂）、CCl4、N2O、NO 、核弹爆炸产物

《保护臭氧层维也纳公约》

《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书公约》

温室效应

太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长短辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而产生大气变暖的效应

荒漠将扩大，土地侵蚀加重，森林退向极地，旱涝灾害严重，雨量将增加7－11％；4 温室效应后果

温带冬天更湿，夏天更旱；热带也将变得更湿，干热的副热带变得更干旱，两极冰块将熔化，使海平面上升1米多，引起厄尔尼诺现象

引起温室效应的物质

1、改善燃煤质量

减少煤等化石5 燃料燃烧产生污染

CO2、CH4、N2O、氟氯代烷

2、改进燃烧装置、技术和排烟设备

3、发展洁净煤技术和综合利用

4、调整和优化能源结构

煤的的干煤的综合利用:

煤的气化

煤的液化

馏

煤的气化

C+H2O(g)=CO+H2

煤的液化

CO+2H2→CH3OH 煤的脱硫

2CaCO3+O2+2SO2=2CaSO4+2CO2

CO、NO2、NO、碳氢化合物

铅对神经系统损害大

四乙基铅作抗爆震剂

前半部

尾气系统加催化转化器

尾气污染（占大气污染排出总量的40-50%）

使用无铅汽油

减少汽车等机6 动车尾气污染

2CO+2NO

2CO2+N2

2CO+O2

2CO2

C7H16+11O2

7CO2+8H2O

后半部

室内空气污染

CO、CO2、NO2、NO、SO2、尼古丁；甲醛、苯、二甲苯、氡

与血红蛋白易结合难分离而缺氧，结合能力是O2的200-300倍

CO 减少室内空气7 污染

甲醛

HCHO

氡

Rn

方法

有刺激性气味气体

过敏性皮炎、免疫异常、中枢神经、致癌

肺癌，隐性杀手

无色无味放射性气体

岩石、土壤、石材中

1、保持室内外空气流通

2、禁止吸烟

3、装修用环保材料

3

4—2—爱护水资源

重使人体的蛋白质变性，可通过食物链被富集，人通过饮水和食物摄入而中毒

汞

Hg 有机汞更镉

Cd 痛痛病

还有铬、铅等

毒

生活废水和工业废水蛋白质含N、洗涤剂和化肥中含P等植物营养素

水俣病

1 金属

2 植物营养物质污染

在分解时大量消耗水中的溶解氧，释放养分，使藻类和浮游生物大量繁殖

颜蓝、红、棕

在江河湖泊在出现叫水华

在海湾在出现叫赤潮

色

方物理法、生物法、化学法

污水处理程度分

一级

二级

三级

法

化学方法

混凝法

中和法

沉淀法

氧化还原法

饮用水消毒

无混凝剂吸附细小悬浮颗粒，用明矾、聚羟基氯化铝、聚丙烯酰胺

3 改善水质

用熟石灰中和酸性废水，用稀硫酸中和碱性废水

Hg2++S2-=HgS↓

CN-加Cl2被氧化成N2

用Cl2会生成卤代烃致癌

Cr2O72-被还原成Cr3+

改用ClO2

4—3—垃圾资源化

世界上没有真正的垃圾，只有放错了地方的资源

三原则

害化

减量化

资源化

三方法

卫生填埋

堆肥

焚烧

卫生填埋

垃圾处理

堆肥

焚烧

处理量最大，最终手段

用微生物处理其中的有机物

高温烧成灰渣，再填埋，可发电

浪费土地，地表水有重金属

成肥料，但重金属可对土地污染

占地少、减量大、但有空气污染物

1 产生二噁英，其中2、3、7、8-四氯代二苯并二噁英最毒,致癌

城市生活垃圾分类标志

粗分

细分

6个

可回有害大件可堆肥垃圾

收垃圾

垃圾

物

其他垃圾

可燃垃圾

8个

2 废旧电池

医疗垃圾

含汞作缓蚀剂

含多种致病菌

织瓶罐

厨余垃圾

物

中国2002年电池低汞化

电池

纸塑料

金属

类

玻璃

中国2006年电池无汞化

属高危险性、高污染性废物，要焚烧，但要防产生二噁英

污染土壤、地下水，危害动物、焚烧放毒气

废旧塑料（占垃圾5-14%）难降解引起的污染

分类、清洗、热热固性的塑料

粉碎、加黏合剂成填料

熔

再利用的关键

塑料的分类回收

热裂解法成汽油、乙烯等

人每天摄入热能来自糖类占

75%

正常人的血糖的质量分数约为

0.1%

人每天需进食脂肪

50-60成年人体内储存的脂肪约占体重

10-20%

克

中学生每天需补充维生素C约

60毫克

数高中生每天摄入蛋白质

80-90克

每天需补充水约

2.5-4L

据

人体内碘的含量仅约占

30毫克

成年人每天排出铁约

1毫克

人体中铁的含量约

4-5克

女性月经期排铁约

1-2毫克

每天需补充铁约

15-20毫克

生理盐水含NaCl 占

0.9%

医用酒精含量

75%

热塑性的塑料

3 白色污染

处理

改进配方、生产工艺

3R运动

减量化

Reduce 再利用

Reuse 再循环

Recycle

4