现代化学进展教案

由于纳米材料的化学活性和大的比表面积，被广泛用作催化剂材料。纳米镍粉作为火箭固体燃料反应催化剂，使燃烧效率提高100倍。Fe-Co-Ni等纳米粒子可取代贵金属做汽车尾气净化的催化剂。纳米贵金属催化剂提高了催化效能，扩大了应用领域，而原来不具有催化性能的Cu-Zn等合金在纳米量级也具有了催化活性。
（2）在电子工业产品中的应用
（5）在其它方面的应用
金属氢化物中的氢储量可达标准大气压下氢气密度的千倍以上，LaNi5、FeTi等都是良好的储氢材料。研究人员发现，纳米FeTi合金的储氢能力可比粗晶材料显著提高，而且其活化处理程序也更加简单。因此纳米材料可能为进一步提高材料的储氢效率提供一个可行的途径。
时间分配（min）
要求
学生
思考题
1．元素的分类？
课后分析（学生反映、经验教训、改进措施）
教研室
审阅意见
教研室主任（签字）：
年月日
通化师范学院教案
章（单元）
名称Байду номын сангаас
第二章化学与材料
课型
讲授
教学时数
4
教材分析
教学目的
要求
理解材料的概念、分类及各类材料的作用；
掌握新型材料的发展及应用范围。
教学重点
元素的起源、原子论及元素周期表、纳米材料的应用。
通化师范学院
教案
课程名称现代化学进展
课程类别选修
授课时数16学分数1
授课对象化学1101/1102
使用教材
名称版次
作者出版社
授课教师王冬梅职称讲师
系（部）名称化学学院
通化师范学院教案
章（单元）
名称
第一章化学的昨天
课型
讲授
教学时数
1
教材分析
教学目的
要求
1了解本门课程作为自然科学的一个重要分支，与人类的密切关系。
反应开始不久分子量杰克达到很大（几十万）。
单体的数量随反应时间而逐渐减少，而大分子的产量随时间而增加，分子量不变。
链节组成与单体组成相同。
2.缩聚反应
特点：缩聚反应多为可逆的逐步反应，反应在几小时内完成。
参加缩聚反应的单体分子必须具备两个或两个以上的官能团。除有机官能团外，还包括活泼氢原子。
高聚物的分子量随反应时间的增加而增加，但最终产物的分子量也只有几万。
（三）智能材料的特征
1、传感功能
2、反馈功能
3、信息识别与积累功能
4、响应功能
5、自诊功能
6、自修功能
7、自调节功能
五、纳米化学和纳米材料
（一）纳米化学
纳米化学主要涉及胶体与界面化学、材料化学、催化化学、环境科学等领域。
纳米体系的化学制备方法：沉淀法、水解法、氧化还原发、水热合成法、乳状液和微乳法、超分子模板法、激光和辐射合成法等制备纳米粒子，用人工或自组装法制备纳米丝、纳米管、微孔或介孔材料，以及在一定工艺条件下制备纳米薄膜和各种固体纳米材料。
根据结构的不同，合金的主要类型有：
混合物合金、固熔体合金、金属互化物合金。
合金的通性：
多数合金的熔点低于其组分中任一种组成合金的熔点。
硬度比组分中任一金属的硬度大。
合金的导电性和导热性低于任一组分金属。
（二）常见合金
钢铁
铝合金
钛合
镁合金
形状记忆合金
形状记忆合金是在20世纪60年代初期发现的，它是一种特殊的合金，有一种不可思议的性质，即使把它揉成一团，一旦达到一定温度，它便
按特性分：橡胶、高分子纤维、塑料、高分子胶黏剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。
（二）高分子材料的结构特点
一个孤立的高分子链由一种或多种单体通过共价键连接而成，分子量一般在103-105之间。
（三）高分子材料的合成
1.加聚反应
如聚乙烯、聚氯乙烯、丁腈橡胶、氯丁橡胶、聚丙烯纤维。
特点：加聚反应多为不可逆的连锁反应，切反应在几秒钟内即可完成。
二、材料科学与经济发展
第二节、古老的材料
一、硅酸盐材料
在建筑材料中最重要的材料。
（一）玻璃
（二）水泥
（三）陶瓷
1学时
2学时
二、高分子材料
（一）高分子材料的定义和分类
定义：高分子材料是以高分子化合物为基础的材料，高分子化合物的分子
量一般在5000左右。
高分子材料分类：
按来源分：天然、半合成和合成高分子材料。
（3）纳米传感器
纳米晶材料可改变样品的光透性，使其具有优异的吸附功能，这种光透性可通过控制晶粒尺寸和气孔率的方法来控制，因而使这种材料在感应和过滤技术中有着广泛的应用。而且由于纳米材料的特异结构，物质的表面、界面效应和量子效应将十分显著地表现出来，对吸波性能产生重要的影响。纳米超微粒可制成具有良好的吸波性能的涂层，对电磁波兼具吸收和透过功能，其吸收性能和透波性取决于超微粒的尺度。
（一）超导材料的发现
（二）超导态的特性与临界条件
（三）富勒烯的发现及其超导性
（四）有机超导体
（五）超导材料的应用
一是用超导材料做成磁性极强的超导磁铁，用于核聚变研究和制造大容量储能装置、高速加速器、超导发电机和超导列车，以解决人类的能源和交通问题;
二是用超导材料薄片制作约瑟夫逊器件，用于制造高速电子计算机和灵敏度极高的电磁探测设备；
纳米电子学是纳米技术的重要组成部分，其主要的思想是基于纳米粒子的量子效应来设计并制备纳米量子器件，它包括纳米有序(无序)排列体系、纳米微粒与微孔固体组装体系、纳米超结构组装体系。开发单电子晶体管是其中一项重要的应用，电子晶体管只要控制一个电子的行为即可完成特定的功能,可使功耗降低到原来的1/100 ,从根本上解决了日益严重的集成电路功耗问题。
三是用超导体产生的磁场来研究生物体内结构及用于对人的各种复杂疾病的治疗。
二、生物陶瓷和光学纤维
（一）透明陶瓷-人造宝石
（二）生物陶瓷
1、生物陶瓷的分类
生物惰性和生物活性。
2、医用生物陶瓷应具备的条件
（1）生物相容性
2学时
（2）力学相容性
（3）与生物组织有优异的亲和性
（4）抗血栓
（5）物理、化学稳定性
薛定谔方程
第三节元素周期表和元素周期律
门捷列夫的元素周期表。
要求
学生
课外
学习
内容
搜索有关宇宙大爆炸的理论的信息，了解宇宙大爆炸理论的主要内容以及在化学发展史上的重要作用。
教学
参考
资料
1.张家治.化学史教程.太原:山西教育出版社,1987.
2.王彦广.化学与人类文明.杭州:浙江大学出版社,2001.
3.戴立益，张贵荣.我们周围的化学.上海：华东师范大学出版社，2001.
2．提高学生的科学素养，生活的更科学；
教学重点
元素的起源、原子论及元素周期表。
教学难点
化学与人类的密切关系。
教学方法手段教具
讲授
教学主要内容及教学主要过程（技术、方法、手段）
时间分配（min）
学习本课程的必要性
化学领域发展的十分迅速，取得了许多突破性的进展，这些都需及时介绍给学生，提高其文化科学素养。以推动化学的更广泛的应用起到更加积极的作用。
第二节原子论
一、近代原子论的创立和发展
1807年道尔顿：原子论。
1808年．盖吕萨克假说。
19世纪，卢瑟福、索迪合成铀。钍和镭等反射性元素，向道尔顿的“原子不可分”理论提出挑战。
1913年，玻尔的原子结构模型。
二、原子量的测定
现代测定原子量的方法有化学方法和物理方法。
三、现代原子结构理论
核内质子数=核电荷数=核外电子数=原子序数
（三）纳米材料
1、纳米材料的特性
（1）表面效应
（2）小尺寸效应
①特殊的光学性质；
②特殊的热学性质
③特殊的磁学性质
④特殊的力学性质
⑤特殊的其他性质
（3）宏观量子隧道效应
①量子尺寸效应；
②宏观量子隧道效应
2、纳米材料的分类
（1）纳米粉末
（2）纳米纤维
（3）纳米膜
纳米块体
3、纳米材料的用途
（1）在化工产品中的应用
（6）灭菌性
（三）光学纤维
按其应用目的分为光通信纤维和导光纤维两大类。
三、高分子生物医学材料和导电高分子
（一）高分子生物医学材料
分类按性质可分为非降解型和可生物降解型。
（二）超导高分子
四、智能材料
（一）智能材料的定义
（二）智能材料的分类
1、金属智能材料
2、无机非金属智能材料
3、高分子智能材料
4、杂化型智能材料
一、元素起源于合成
拉瓦锡的元素定义：元素是用任何方法都不能再分解的简单物质。
伽莫夫等人建立的元素大爆炸形成理论。
1896年贝克莱尔发现了天然放射性。
居里夫妇首次获得反射性元素镭和钋。
二、人工元素的合成
1919年，卢瑟福的第一次实现人工核反应。从此开始了设法合成自然界不存在的新元素的纪元。
1934年：劳伦斯发现-锝。
第一章化学的昨天
第一节元素起源
火的发明是人类第一次伟大的化学实践。
原始人：青铜器
17世纪：炼金术化学从此成为一门独立的科学。
17世纪中叶以后：中欧和西欧国家的金属冶炼、陶瓷和玻璃制造、药物和硅酸盐等化学物质的生产已初具规模，化学在时间方面取得了很大进步。
1学时
17世纪后半叶到18世纪末：燃素说、元素说和氧化说。元素说的诞生标志着化学学科的确立。
思考题
纳米材料的应用有哪些？
课后分析（学生反映、经验教训、改进措施）
教研室
审阅意见
教研室主任（签字）：
年月日
单体在反应开始即消耗完毕，大分子靠低聚体之间的反应而形成。
每一步反应的反应速率常数基本相同，反应可停留在任一中间阶段，并可分离出稳定的中间产物。
在反应过程中，除了生成高聚物的大分子外，还有低分子副产物如水、醇、卤化氢等生成，因此高聚物链节的组成一般与单体组成不同。
（四）高聚物材料的应用
三、合金
（一）概述
形状记忆合金的分类：
单程记忆效应：
双程记忆效应：
全程记忆效应：
形状记忆合金的应用：
可用于温度控制装置、集成电路引线、汽车零件与机械零件外，由于其与生物体的相容性好、耐蚀性强，还可用于骨折部位的固定、人造心脏零件、牙齿矫正等医用材料。
第三节新兴材料
一、超导材料
随着温度的降低，金属的导电性逐渐增加。当温度降到接近热力学温度0K时，某些金属及合金的电阻急剧下降并变为零，这种现象称为超导电现象。具有超导电性的物质称为超导电材料，简称“超导材料”。
（4）在环保领域的应用
发生在生物体内的各种反应，如DNA复制、蛋白质的合成以及各种营养成份的吸收过程，都发生在纳米水平。所以生物分子是很好的信息处理材料。每一个生物的大分子本身都是一个微型处理器，分子在运动过程中以可预测的方式进行状态变化，其原理类似于计算机的逻辑开关。利用该特性并结合纳米技术，可以设计量子计算机。
课外
学习
内容
1、水泥和国防。
2、纳米陶瓷。
3、新型面料-莱卡。
4、金属中的魔术师。
5、光纤之父为人类连通信息时代。
6、不必拆除的缝合线。
教学
参考
资料
1.刘旦初.化学与人类.上海:复旦大学出版社,2000.
2.杨大智主编.智能材料与智能系统.天津:天津大学出版社,2000.
3.曲保中，朱炳林，周伟红.新大学化学.北京：科学出版社，2002.
教学难点
不同材料的特性和作用。
教学方法手段教具
讲授
教学主要内容及教学主要过程（技术、方法、手段）
备注及
学时分配
第二章化学与材料
第一节材料与社会发展
一、材料在人类社会发展过程中的作用
材料的分类：
从物理化学属性分：
金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料。
从用途分：
电子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。也可以分为、结构材料与功能材料、传统材料与新型材料。