复合材料有关习题

时间：2021-03-16 12:04:05 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人

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复合材料有关习题 本文简介：复合材料习题第一章一、判断题：判断以下各论点的正误。1、复合材料是由两个组元以上的材料化合而成的。（′）2、混杂复合总是指两种以上的纤维增强基体。（′）3、层板复合材料主要是指由颗料增强的复合材料。（′）4、最广泛应用的复合材料是金属基复合材料。（′）5、复合材料具有可设计性。（?）6、竹、麻、木、

复合材料有关习题 本文内容：

复合材料习题

第一章

一、判断题：判断以下各论点的正误。

1、复合材料是由两个组元以上的材料化合而成的。（′）

2、混杂复合总是指两种以上的纤维增强基体。（′）

3、层板复合材料主要是指由颗料增强的复合材料。（′）

4、最广泛应用的复合材料是金属基复合材料。（′）

5、复合材料具有可设计性。（?）

6、竹、麻、木、骨、皮肤是天然复合材料。（?）

7、分散相总是较基体强度和硬度高、刚度大。（′）

8、玻璃钢问世于二十世纪四十年代。（?）

二、选择题：从A、B、C、D中选择出正确的答案。

1、金属基复合材料通常（B、D）

A、以重金属作基体。B、延性比金属差。

C、弹性模量比基体低。D、较基体具有更高的高温强度。

2、目前，大多数聚合物基复合材料的使用温度为（B）

A、低于100℃。B、低于200℃。

C、低于300℃。D、低于400℃。

3、金属基复合材料的使用温度范围为（B）

A、低于300℃。B、在350-1100℃之间。

C、低于800℃。D、高于1000℃。

4、混杂复合材料（B、D）

A、仅指两种以上增强材料组成的复合材料。B、是具有混杂纤维或颗粒增强的复合材料。

C、总被认为是两向编织的复合材料。D、通常为多层复合材料。

5、玻璃钢是（B）

A、玻璃纤维增强Al基复合材料。

B、玻璃纤维增强塑料。

C、碳纤维增强塑料。

D、氧化铝纤维增强塑料。

6、功能复合材料（A、C、D）

A、是指由功能体和基体组成的复合材料。

B、包括各种力学性能的复合材料。

C、包括各种电学性能的复合材料。

D、包括各种声学性能的复合材料。

7、材料的比模量和比强度越高（A）

A、制作同一零件时自重越小、刚度越大。

B、制作同一零件时自重越大、刚度越大。

C、制作同一零件时自重越小、刚度越小。

D、制作同一零件时自重越大、刚度越小。

三、简述增强材料（增强体、功能体）在复合材料中所起的作用，并举例说明。

填充：廉价、颗粒状填料，降低成本。例：PVC中添加碳酸钙粉末。

增强：纤维状或片状增强体，提高复合材料的力学性能和热性能。效果取决于增强体本身的力学性能、形态等。例：TiC颗粒增强Si3N4复合材料、碳化钨/钴复合材料，切割工具；碳/碳复合材料，导弹、宇航工业的防热材料（抗烧蚀），端头帽、鼻锥、喷管的喉衬。

赋予功能：赋予复合材料特殊的物理、化学功能。作用取决于功能体的化学组成和结构。

四、复合材料为何具有可设计性？简述复合材料设计的意义。如何设计防腐蚀（碱性）玻璃纤维增强塑料？

组分的选择、各组分的含量及分布设计、复合方式和程度、工艺方法和工艺条件的控制等均影响复合材料的性能，赋予了复合材料性能的可设计性。

意义：①每种组分只贡献自己的优点，避开自己的缺点。②由一组分的优点补偿另一组分的缺点，做到性能互补。③使复合材料获得一种新的、优于各组分的性能（叠加效应）。优胜劣汰、性能互补、推陈出新。

耐碱玻璃纤维增强塑料的设计：使用无碱玻璃纤维和耐碱性树脂（胺固化环氧树脂）。在保证必要的力学性能的前提下，尽量减少玻璃纤维的体积比例，并使树脂基体尽量保护纤维不受介质的侵蚀。

六、简述复合材料增强体与基体之间形成良好界面的条件。

在复合过程中，基体对增强体润湿；增强体与基体之间不产生过量的化学反应；生成的界面相能承担传递载荷的功能。

复合材料的界面效应，取决于纤维或颗粒表面的物理和化学状态、基体本身的结构和性能、复合方式、复合工艺条件和环境条件。

第二章

四、什么是材料复合的结构效果？试述其内涵。

结构效果是指在描述复合材料的性能时，必须考虑组分的几何形态、分布形态和尺度等可变因素。这类效果往往可以用数学关系描述。

结构效果包括：1、几何形态效果（形状效果）：决定因素是组成中的连续相。对于1维分散质，当分散质的性质与基体有较大差异时，分散质的性能可能会对复合材料的性能起支配作用。2、分布形态效果（取向效果）：又可分为几何形态分布（几何体的取向）和物理性能取向：导致复合材料性能的各向异性，对复合材料的性能有很大影响。3、尺度效果：影响材料表面物理化学性能（比表面积、表面自由能）、表面应力分布和界面状态，导致复合材料性能的变化。

十一、垂直于纤维扩展的裂纹需要克服哪些断裂能？

对于脆性纤维/脆性基体复合材料，需要克服的断裂功：纤维拔出和纤维断裂（吸收能量）、纤维与基体的脱胶（纤维与基体的界面较弱时：消耗贮存的应变能）、应力松弛（纤维断裂时：消耗贮存的应变能）、纤维桥连（消耗纤维上的应变能）。

对于脆性纤维/韧性基体复合材料，基体的塑性变形（粘接强度很高、纤维无法拔出时：吸收能量）也会增加断裂功。

第三章

一、判断题：判断以下各论点的正误。

1、不饱和聚酯树脂是用量最大的聚合物复合材料基体。（?）

2、环氧树脂是用于耐高温的热固性树脂基体。（′）

3、热固性树脂是一种交联的高分子，一般不结晶；而热塑性树脂是线型、结晶的高分子。（′）

4、聚酰亚胺是一类分子中含有基团的热固性树脂。（?）

1、MMC具有比聚合物基复合材料更高的比强度和比模量。（′）

2、MMC具有比其基体金属或合金更高的比强度和比模量。（?）

3、原位复合MMC的增强材料/基体界面具有物理与化学稳定性。（?）

4、原位复合法制备MMC的基本思路是为了提高增强材料与基体之间的浸润性和减少界面反应。（?）

5一般，颗粒及晶须增强MMC的疲劳强度及寿命比基体金属或合金高。（?）

6、陶瓷纤维增强MMC的抗蠕变性能高于基体金属或合金。（?）

1、陶瓷基复合材料的制备过程大多涉及高温，因此仅有可承受上述高温的增强材料才可被用于制备陶瓷基复合材料。（?）

2、化学气相浸渍法（CVI）是一种用于多孔预制体的化学气相沉积。（?）

3、在碳化硅晶须增强氧化铝陶瓷复合材料的压制阶段，碳化硅晶须取向于垂直于压轴方向。（?）

4、Y2O3加入到ZTA（zirconia

toughening

alumina）中是为了促进相变形成单斜晶体。（′）

5、陶瓷复合材料中，连续纤维的增韧效果远远高于颗粒增韧的效果。（?）

6、玻璃陶瓷是含有大量微晶体的陶瓷。（′）

7、陶瓷基复合材料的最初失效往往是陶瓷基体的开裂。（?）

1、所有的天然纤维是有机纤维，所有的合成纤维是无机纤维。（′）

2、聚乙烯纤维是所有合成纤维中密度最低的纤维。（?）

3、玻璃纤维是晶体，其晶粒尺寸约20mm。（′）

4、氧化铝纤维仅有d-Al2O3晶体结构。（′）

5、硼纤维是由三溴化硼沉积到加热的丝芯上形成的。（?）

6、PAN是SiC纤维的先驱体。（′）

7、纤维表面处理是为了使纤维表面更光滑。（′）

8、Kevlar纤维具有负的热膨胀系数。（′）

9、石墨纤维的含碳量、强度和模量都比碳纤维高。（?）

1、Cf/C是目前唯一可用于温度高达2800℃的高温复合材料，但必须是在非氧化性气氛下。（?）

2、Cf/C的制备方法与MMC的制备方法相类似，如液态法、固态法等。（′）

3、Cf/C已在航空航天、军事领域中得到了广泛应用，这主要是因为其价格便宜、工艺简便易行，易于推广应用。（′）

4、单向增强和三维增强的Cf/C的力学与物理性能（热膨胀、导热）为各向同性。（′）

5、一般沉积碳、沥青碳以及树脂碳在偏光显微镜下具有相同的光学特征，即各向同性。（′）

6、一般酚醛树脂和沥青的焦化率基本相同，在高压下，它们的焦化率可以提高到90%。（?）

7、采用硼类添加剂，如B2O3、B4C等，Cf/C的抗氧化温度可提高到600℃左右。（?）

8、目前，高温抗氧化保护涂层已可使Cf/C安全使用温度达1650℃，在更高温度下只能起短时保护作用。（?）

二、选择题：从A、B、C、D中选择出正确的答案。

1、聚酰亚胺的使用温度一般在：（D）

A、120℃以下

B、180℃以下

C、250℃以下

D、250℃以上

2、拉挤成型是（A、C）

A、低劳动强度、高效率FRP生产方法。

B、适于大型、复杂形状制品。

C、适于恒定截面型材。

D、设备投资少。

3、玻璃纤维增强环氧复合材料力学性能受吸湿影响，原因是（B、D）

A、环氧树脂吸湿变脆。

B、水起增塑剂作用，降低树脂玻璃化温度。

C、纤维吸湿、强度降低。

D、破坏纤维与基体界面。

4、碳纤维表面处理是为了（A、C、D）

A、表面引入活性官能团，如羧基、羟基、羰基等。

B、表面引入偶联剂。

C、清除表面污染。

D、增加纤维与基体粘结强度。

5、偶联剂是这样一种试剂：（A、C）

A、它既能与纤维反应，又能与基体反应。

B、它能与纤维反应，但不能与基体反应，也不与基体相容。

C、它能与纤维反应，不与基体反应，但与基体相容。

D、它不与纤维反应，但与基体反应或相容。

1、通常MMC（metal

matrix

composite）（B、C）

A、采用高熔点、重金属作为基体。

B、要比基体金属或合金的塑性与韧性差。

C、要比基体金属或合金的工作温度高。

D、要比基体金属或合金的弹性模量低。

2、原位MMC（B、D）

A、可以通过压铸工艺制备。

B、可以通过定向凝固工艺制备。

C、可以通过扩散结合或粉末法制备。

D、可以通过直接金属氧化法（DIMOXTM）制备。

3、单向纤维增强MMC的纵向拉伸模量（A、D）

A、随纤维体积含量的增加而增加。

B、与纤维体积含量无关，而与纤维和基体的模量有关。

C、与横向拉伸模量相同。

D、与基体的模量有关。

4、在体积含量相同情况下，SiC晶须与颗粒增强MMC（B）

A、具有基本相同的抗拉强度和屈服强度。

B、具有基本相同的拉伸模量。

C、具有基本相同的断裂韧性。

D、具有基本相同的蠕变性能。

5、MMC制备工艺中，固态法与液态法相比（A、B）

A、增强材料与基体浸润性要求可以降低。

B、增强材料在基体中分布更均匀。

C、增强材料仅局限于长纤维。

D、增强材料/基体界面反应更剧烈（如果存在界面反应时）。

6、为了改善增强材料与基体浸润性，制备MMC时，可以通过（A、B、D）

A、基体合金化，以降低液态基体的表面张力。

B、基体合金化，以增加液态基体与增强材料的界面能。

C、涂层，增加增强材料的表面能。

D、涂层，降低增强材料的表面能。

7、MMC中，目前典型的增强材料/基体界面包括有（A、B、C）

A、不发生溶解，也不发生界面反应，如Bf/Al。

B、不发生溶解，但发生界面反应，如Bf/Ti。

C、极不容易互相浸润，但能发生强烈界面反应，如Cf/Al。

D、既容易互相浸润，又不发生界面反应，如SiCf/At。

1、浆体是（D）

A、一种溶胶。

B、丢失一定液体的溶胶。

C、颗粒小于100mm的小颗粒在液体中的悬浮液。

D、1-50mm颗粒在液体中的悬浮液。

2、用碳化硅晶须增强氧化铝陶瓷（A、B）

A、提高了抗热震性。

B、降低了热膨胀系数。

C、减少了热传导性。

D、增加了密度。

3、微裂纹增韧（A、D）

A、主要是由于颗粒热膨胀系数不同产生的残余应力。

B、是由于颗粒总处于拉应力状态。

C、是由于颗粒总处于压应力状态。

D、颗粒的压力状态与热膨胀系数失配和压力大小有关。

4、相变增韧（B、C）

A、是由于陶瓷基体中加入的氧化锆由单斜相转变为四方相。

B、是由于陶瓷基体中加入的氧化锆由四方相转变为单斜相。

C、其增韧机理是陶瓷基体由于氧化锆相变产生了微裂纹。

D、总是导致陶瓷基复合材料的强度下降。

5、纤维拔出（C、D）

A、是纤维在外力作用下与基体的脱离。

B、其拔出能总是小于脱粘能。

C、其拔出能总是大于脱粘能。

D、增韧作用比纤维脱粘强。

1、Kevlar纤维（A、B）

A、由干喷湿纺法制成。

B、轴向强度较径向强度高。

C、强度性能可保持到1000℃以上。

D、由化学沉积方法制成。

2、玻璃纤维（A、C、D）

A、由SiO2玻璃制成。

B、在所有纤维中具有最高的比弹性模量。

C、具有短程网络结构。

D、价格便宜、品种多。

3、氧化铝纤维（B、C）

A、由有机先驱体制成。

B、通过浆体成型法制成。

C、有g、a、d晶型。

D、具有较高的比强度。

4、SiC纤维（B、C）

A、用浆体成型法制成。

B、用化学气相沉积法制成。

C、有时含有W芯。

D、常用于聚合物基复合材料。

5、聚乙烯纤维（A、C）

A、纤维强度随分子量增大而增高。

B、分子量越大，加工越容易。

C、熔点较低，约135℃左右。

D、能在200℃使用。

6、生产碳纤维的主要原料有（A、B、D）

A、沥青。

B、聚丙烯腈。

C、聚乙烯。

D、人造丝。

7、各种纤维在拉伸断裂前不发生任何屈服，但在SEM下观察到（A、D）

A、Kevlar纤维呈韧性断裂，有径缩及断面减小。

B、碳纤维呈韧性断裂，有断面收缩。

C、玻璃纤维呈韧性断裂，有断面收缩。

D、碳纤维、玻璃纤维呈脆性断裂，无断面收缩。

8、在所有纤维中（A、B、D）

A、聚乙烯纤维具有最佳的比模量和比强度搭配。

B、碳纤维的比模量最高。

C、氧化铝纤维的比模量和比强度最高。

D、玻璃纤维的比模量最低。

9、晶须（A、B）

A、是含有缺陷很少的单晶短纤维。

B、长径比一般大于10。

C、直径为数十微米。

D、含有很少缺陷的短纤维。

10、颗粒增强体（B、C）

A、是一种粒状填料。

B、用于改善基体的力学性能。

C、可分为刚性和延性颗粒两种。

D、起填充体积作用。

1、C/C具有：（B、C）

A、比PMC、MMC更高的高温强度。

B、假塑性断裂特性，在高温下比陶瓷或石墨的断裂韧性高。

C、优异的高温摩擦摩损特性。

D、各向同性的拉伸、压缩强度和模量。

2、C/C可以做为：（A、B、D）

A、比石墨性能更好的高温热压模具。

B、军用或民用飞机刹车装置中的摩擦材料。

C、航天飞机的机翼和鼻锥。

D、固体火箭发动机喷管的喉衬或喷口部件。

3、C/C中的基体碳，可以选用：（A、D）

A、沥青碳。

B、天然石墨。

C、炭黑。

D、沥青碳、沉积碳和树脂碳共同作为基体碳。

4、C/C的CVD工艺（A、B、C）

A、其原理与陶瓷基复合材料的CVI相同。

B、可分为等温、温度梯度、压力梯度以及温度-压力梯度等工艺方法。

C、该工艺中，为防止孔隙口的堵塞，应使扩散速度大于沉积速度。

D、该工艺中，为防止孔隙口的堵塞，应使扩散速度小于沉积速度。

5、选择C/C高温抗氧化涂层材料的主要关键是：（C）

A、涂层材料的高熔点。

B、涂层材料高温抗氧化性和热膨胀系数。

C、涂层的氧扩散渗透率极低和与C/C的热膨胀系数匹配性。

D、涂层材料高温挥发性。

三、不饱和聚酯树脂的基本配方是什么？各起什么作用？

不饱和聚酯树脂的基本配方：

不饱和聚酯：主要成分

稀释剂：稀释作用（降低聚酯粘度），参与树脂固化，如苯乙烯。

引发剂：分解产生自由基，引发树脂聚合（交联、固化），如BPO。

促进剂：诱导引发剂分解，加快树脂固化，如环烷酸钴。

其它成分：颜料、增稠剂、热塑性低收缩剂等。

七、如何改善聚合物的耐热性能？

产生交联结构（对于热固性树脂、有机硅树脂等，工艺条件影响聚合物的交联密度）。

增加高分子链的刚性（引进不饱和共价键或环状结构（脂环、芳环、杂环）、引入极性基团）。

提高聚合物分子链的键能，避免弱键的存在（例：以C-F键完全取代C-H键，可大大提高聚合物的热稳定性）。

形成结晶聚合物，结晶聚合物的熔融温度大大高于相应的非结晶聚合物。

八、简述不饱和聚酯树脂基体的组成、代表物质及作用。

主要成分：不饱和聚酯树脂，按化学结构可分为顺酐型、丙烯酸型、丙烯酸环氧酯型聚酯树脂。

辅助材料：交联剂、引发剂和促进剂

交联剂：烯类单体，既是溶剂，又是交联剂。能溶解不饱和聚酯树脂，使其双键间发生共聚合反应，得到体型产物，以改善固化后树脂的性能。常用的交联剂：苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、邻苯二甲酸二丙烯酯、乙烯基甲苯等。

引发剂：一般为有机过氧化物，在一定的温度下分解形成游离基，从而引发不饱和聚酯树脂的固化。常用的引发剂：过氧化二异丙苯[C6H5C(CH3)2]2O2、过氧化二苯甲酰(C6H5CO)2O2。

促进剂：把引发剂的分解温度降到室温以下。

对过氧化物有效的促进剂：二甲基苯胺、二乙基苯胺、二甲基甲苯胺等。

对氢过氧化物有效的促进剂：具有变价的金属钴：环烷酸钴、萘酸钴等。

九、简述不饱和聚酯树脂的固化特点。

不饱和聚酯树脂的固化是放热反应，可分为三个阶段：

胶凝阶段：从加入促进剂到不饱和聚酯树脂变成凝胶状态的时间，是固化过程最重要的阶段。影响胶凝时间的因素：阻聚剂、引发剂和促进剂的加入量，交联剂的蒸发损失，环境温度和湿度等。

硬化阶段：从树脂开始胶凝到具有一定硬度，能把制品从模具上取下为止的时间。

完全固化阶段：通常在室温下进行，可能需要几天至几星期。

十、简述复合材料中金属基体的选择原则。

1、根据金属基复合材料的使用要求。

2、根据金属基复合材料的组成特点：对于连续纤维增强金属基复合材料，不要求基体有很高的强度，对于非连续增强金属基复合材料（颗粒、晶须、短纤维），基体承担主要载荷，要求高强度。

3、根据金属基体与增强材料的界面状态和相容性

选择金属基体时，尽量避免基体与增强材料发生化学反应，同时应注意基体与增强材料的相容性，基体和增强材料应该有较好的浸润性。

十二、如何改善陶瓷的强度？

减少陶瓷内部和表面的裂纹：

含有裂纹是材料微观结构的本征特性。微观夹杂、气孔、微裂纹等都能成为裂纹源，材料对表面裂纹（划伤、擦伤）也十分敏感。

提高断裂韧性（KIC）：

采用复合化的途径，添加陶瓷粒子、纤维或晶须，引入各种增韧机制（增加裂纹的扩散阻力及裂纹断裂过程消耗的能量），可提高陶瓷的韧性。

十四、玻璃纤维为何具有高强度？试讨论影响玻璃纤维强度的因素。

玻璃的理论强度很高（2000-12000MPa），但是由于微裂纹的存在，产生应力集中，发生破坏，从而降低了玻璃的强度。玻璃纤维经高温成型时减少了玻璃溶液的不均一性，使得裂纹产生的机会减少；同时，玻璃纤维的横截面较小，微裂纹存在的几率也减少，导致玻璃纤维强度较高。

影响玻璃纤维强度的因素：

1、化学组成：不同的玻璃纤维（不同系统），强度有很大差别。一般来说，含碱量越高（K2O、PbO），玻璃纤维的强度越低。

2、玻璃纤维的直径和长度：随着玻璃纤维的直径和长度的减小，微裂纹的数量和尺寸相应地减小，从而提高了玻璃纤维的强度。

3、存放时间：玻璃纤维存放一定时间后，由于空气中的水分对玻璃纤维的侵蚀，导致强度下降。

4、施加负荷时间：玻璃纤维的拉伸强度随着施加负荷时间的增加而降低，当环境湿度较高时更加明显。原因：吸附在微裂纹中的水分，在外力作用下，加速微裂纹的扩展，从而导致强度降低。

十七、举例说明碳纤维的应用。

作为复合材料的增强体。

航空、航天工业：主承力结构材料（机体、舱门、主翼、尾翼）；次承力构件（Cf/环氧树脂：起落架、发动机舱、整流罩）；防热材料（火箭喷嘴、鼻锥（Cf/C））。

交通运输：汽车传动轴、构架，制造快艇、巡逻艇。

运动器材：钓鱼竿、高尔夫球杆、网球拍、滑雪板、赛艇（Cf/环氧树脂）。

第四章

1、基体与增强体的界面在高温使用过程中不发生变化。（′）

2、比强度和比模量是材料的强度和模量与其密度之比。（?）

3、浸润性是基体与增强体间粘结的必要条件，但非充分条件。（?）

4、基体与增强体间界面的模量比增强体和基体高，则复合材料的弹性模量也越高。（′）

5、界面间粘结过强的复合材料易发生脆性断裂。（?）

6、脱粘是指纤维与基体完全发生分离的现象。（′）

7、混合法则可用于任何复合材料的性能估算。（′）

8、纤维长度lgsv时，易发生浸润。

C、接触角q=0°时，不发生浸润。

D、是液体在固体上的铺展。

3、增强材料与基体的作用是（A、D）

A、增强材料是承受载荷的主要组元。

B、基体是承受载荷的主要组元。

C、增强材料和基体都是承受载荷的主要组元。

D、基体起粘结作用并起传递应力和增韧作用。

4、混合定律（A）

A、表示复合材料性能随组元材料体积含量呈线性变化。

B、表示复合材料性能随组元材料体积含量呈曲性变化。

C、表达了复合材料的性能与基体和增强体性能与含量的变化。

D、考虑了增强体的分布和取向。

5、剪切效应是指（A）

A、短纤维与基体界面剪应力的变化。

B、在纤维中部界面剪应力最大。

C、在纤维末端界面剪应力最大。

D、在纤维末端界面剪应力最小。

6、纤维体积分量相同时，短纤维的强化效果趋于连续纤维必须（C）

A、纤维长度l=5lc。

B、纤维长度l10lc。。

7、短纤维复合材料广泛应用的主要原因（A、B）

A、短纤维比连续纤维便宜。

B、连续纤维复合材料的制造方法灵活。

C、短纤维复合材料总是各相同性。

D、使短纤维定向排列比连续纤维容易。

8、当纤维长度l>lc时，纤维上的平均应力（A、C）

A、低于纤维断裂应力。

B、高于纤维断裂应力。

C、正比于纤维断裂应力。

D、与l无关。

九、试述影响复合材料性能的因素。

基体和增强材料（增强体或功能体）的性能；复合材料的结构和成型技术；复合材料中增强材料与基体的结合状态（物理的和化学的）及由此产生的复合效应。

十、复合材料的界面具有怎样的特点？

界面相的化学组成、结构和物理性能与增强材料和基体的均不相同，对复合材料的整体性能产生重大影响。

界面具有一定的厚度（约几个纳米到几个微米），厚度不均匀。

材料特性在界面是不连续的，这种不连续性可能是陡变的，也可能是渐变的。材料特性包括元素的浓度、原子的配位、晶体结构、密度、弹性模量、热膨胀系数等。

十一、什么是浸润？如何描述浸润程度的大小？试讨论影响润湿角大小的因素。

浸润：固-气界面被固-液界面置换的过程，用于描述液体在固体表面上自动铺展的程度。

固体表面的润湿程度可以用液体分子对其表面的作用力大小来表征，具体来说就是接触角。

Young公式讨论了液体对固体的润湿条件：

降低液-固表面能和液-气表面能或者增大固-气表面能有助于润湿。

q=0°（glv=gsv-gsl），完全浸润；0°gsv-gsl>0），部分浸润；q>90°（gsv

影响接触角（润湿角）大小的因素：

固体表面的原始状态，例：吸附气体、氧化膜等均使接触角增大。

固体表面粗糙度增加将使接触角减小。

固相或液相的夹杂、相与相之间化学反应的产物都将影响润湿性。原因：夹杂或反应产物改变了固相的性质和固相的表面粗糙度。

十四、简述复合材料的界面结合类型及其特点。

1、机械结合：增强材料与基体之间仅依靠纯粹的粗糙表面相互嵌入（互锁）作用进行连接（摩擦力），没有化学作用。

影响机械结合的因素：增强材料与基体的性质、纤维表面的粗糙度、基体的收缩（正压力）有利于纤维箍紧。

2、溶解与浸润结合：在复合材料的制造过程中，由单纯的浸润和溶解作用，使增强材料和基体形成交错的溶解扩散界面，是一种次价键力的结合。（当基体的基团或分子与增强材料表面间距小于0.5nm时，次价键力就发生作用。次价键力包括诱导力、色散力、氢键等。）

形成溶解与浸润结合的基本条件：增强材料与基体间的接触角小于90°，增强材料与基体间有一定的溶解能力。

3、反应界面结合：基体与增强材料间发生化学反应，在界面上形成新的化合物、以主价键力相互结合。这是一种最复杂、最重要的结合方式。

反应结合受扩散控制，扩散包括反应物质在组分物质中的扩散（反应初期）和在反应产物中的扩散（反应后期）。要实现良好的反应结合，必须选择最佳的制造工艺参数（温度、压力、时间、气氛等）来控制界面反应的程度。

界面反应层是非常复杂的组成，有时发生多个反应，产生交换反应结合。界面的反应产物大多是脆性物质，达到一定厚度时，界面上的残余应力可使其发生破坏，因此，界面结合先随反应程度提高而增加结合强度，但反应达到一定程度后，界面结合有所减弱。

4、混合结合：上述界面结合方式的混合，实际情况中发生的重要的界面结合形式。

十九、什么是增强材料的表面处理？简述偶联剂的化学结构及作用。

表面处理是在增强材料的表面涂覆上表面处理剂（包括浸润剂、偶联剂、助剂等物质），它有利于增强材料与基体间形成良好的粘结界面，从而达到提高复合材料各种性能的目的。

偶联剂的化学结构：分子两端含有性质不同的基团，一端的基团与增强材料表面发生化学作用或物理作用，另一端的基团则能和基体发生化学作用或物理作用，从而使增强材料与基体很好地偶联起来，获得良好的界面粘结，改善了多方面的性能，并有效地抵抗水的侵蚀。

二十一、试述碳纤维的表面处理方法及作用效果：

1、表面浸涂有机化合物：采用类似纺织中的浆纱工艺，在碳纤维表面涂覆含有反应性端基的树脂（羟端基的丁二烯/丙烯酸共聚物等），以改善碳纤维的界面粘结性。

2、表面涂覆无机化合物：

①表面上沉积无定形碳：在高模量结晶型碳纤维表面加涂一层低模量无定形碳，无定形碳活性大，易与树脂浸润，提高界面粘结力，能显著提高碳纤维复合材料的层间剪切强度。

②加涂碳化物：用化学气相沉积（CVD）的方法加涂碳化物。

3、表面化学处理：

①臭氧氧化法：臭氧极易分解成一个氧分子和一个新生态活泼氧原子，氧化碳纤维表面的不饱和碳原子，生成含氧官能团。

②阳极电解氧化法：靠电解产生的新生态氧对碳纤维表面进行氧化和腐蚀，碳纤维表面被氧化腐蚀，使比表面积增大、化学基团增加。

③盐溶液处理：先浸涂甲酸、乙酸、硝酸等的铜、铅、钴等盐类溶液，然后在空气或氧气中于200-600℃下氧化，使碳纤维表面粗糙而达到改善效果。

第五章

一、简述陶瓷基复合材料的特点。

陶瓷基复合材料的特点：Ef和Em的数量级相当；陶瓷基体的韧性有限；增强材料与陶瓷基体之间的热膨胀系数不匹配、化学相容性问题突出。

五、简述碳/碳复合材料的性能。

力学性能：密度小；拉伸强度、弯曲强度、杨氏模量高；脆性大，应力-应变曲线呈现“假塑性效应”：施加载荷初期呈线性关系，随后变为双线性。卸载后再加载荷，曲线仍为线性，并可达到原来的载荷水平。

热物理性能：热膨胀系数小，尺寸稳定；热导率高，并可以调节；比热容高；抗热震因子大。

烧蚀性能（蒸发升华、热化学氧化）：碳/碳复合材料烧蚀均匀、烧蚀凹陷浅，能良好地保持制件外形；烧蚀热高，为内层材料和存放的器件提供保护。

化学稳定性：具有与碳一样的化学稳定性；抗氧化性能差。改善碳/碳复合材料抗氧化性能的方法：浸渍树脂时加入抗氧化物质；气相沉积碳时加入抗氧元素；碳化硅涂层。

六、简述陶瓷的增韧方法。

1、晶须和纤维增韧：吸收能量。

裂纹扩展受阻：当增强体（纤维或颗粒）的断裂韧性大于基体中某些区域的断裂韧性时，纤维受到的残余应力为拉应力，具有收缩趋势，可以使基体裂纹压缩并闭合，阻止裂纹的扩展。

纤维（或晶须）拔出：具有较高断裂韧性的纤维，当基体裂纹扩展至纤维时，应力集中导致结合较弱的纤维与基体之间的界面解离，在进一步应变时，将导致纤维在弱点处断裂，随后纤维的断头从基体中拔出。

纤维（或晶须）桥联：在基体开裂后，纤维承受外加载荷，并在基体的裂纹面之间架桥。桥联的纤维对基体产生使裂纹闭合的力，消耗外加载荷做功，从而增大材料的韧性。

2、相变增韧：（shielding

mechanism）

在含有部分稳定的氧化锆粒子的氧化铝复合材料中：在裂纹尖端的应力区域，稳定的氧化锆（ZrO2+Y2O3）发生应力诱导的马氏体相变（一部分断裂能量被用于应力诱发转移）：ZrO2

(t)?ZrO2

(m)，产生约5%的体积膨胀和约16%的剪切变形（剪切变形由产生孪晶等方式抵消）。这种体积膨胀和切变，在裂纹尖端产生了一种封闭裂纹的应力，减少了集中在裂纹尖端的拉伸应力，使裂纹扩展困难，达到增韧效果。

3、微裂纹韧化：（crack

shielding

mechanism）：吸收能量

主裂纹扩展时，其尖端高应力区域容易产生微裂纹，微裂纹是产生膨胀应变的机理之一：在微裂纹产生之前，存在有局部的拉伸残余应力。微裂纹增韧机制适合于基体弹性模量较低的陶瓷基复合材料。

4、非屏蔽机理：

利用裂纹与材料间的相互作用消耗额外的能量，使断裂能量提高，对应力强度因子的贡献很小，包括裂纹偏转（裂纹沿着结合较弱的纤维/基体界面弯折，偏离原来的扩展方向，呈锯齿状扩展，从而使断裂路径增加）或裂纹弯曲（裂纹扩展时由于强化相的阻碍使得尖端路径弯曲，从而使测得的断裂韧性值提高）。

篇2：复合材料压缩天然气车用气瓶

复合材料压缩天然气车用气瓶 本文关键词：复合材料，车用，气瓶，压缩天然气

复合材料压缩天然气车用气瓶 本文简介：复合材料压缩天然气车用气瓶1、项目背景1.1CNG气瓶介绍压缩天然气（CNG－CompressedNaturalGas）作为汽车动力源已有几十年历史。作为CNG储存容器的气瓶是CNG动力的关键部件。1.1.1CNG气瓶使用要求CNG气瓶的使用条件在CNG容器的标准中都有明确规定：CNG气瓶使用寿命不

复合材料压缩天然气车用气瓶 本文内容：

复合材料压缩天然气车用气瓶

1、项目背景

1.1

CNG气瓶介绍

压缩天然气（CNG－Compressed

Natural

Gas）

作为汽车动力源已有几十年历史。作为CNG储存容器的气瓶是CNG动力的关键部件。

1.1.1CNG气瓶使用要求

CNG气瓶的使用条件在CNG容器的标准中都有明确规定：CNG气瓶使用寿命不超过20年；CNG气瓶的工作压力：车用气瓶为20MPa，站用瓶为25MPa。设计安全系数为2.25～3.0。其设计的使用温度为15℃。由于环境温度的变化，当温度升高时，允许其工作压力达到125%；气体压力循环的最大数目为750～1000次/年。汽车运行时的外部环境温度可在-40℃～+82℃之间变化，容器内所包含的气体温度不超过57℃。

按NGV的要求，压缩天然气的杂质和其它有害气体含量的规定为：H2S和硫化物的分压最大为344.5Pa，或者H2S的含量小于20Ppm，不合有甲醇；水蒸气含量为：在车辆工作的特定的地理位置，压缩天然气的气体压力下，燃料罐内无水蒸气冷凝发生。美国消防协会规定，在站用瓶的储气条件下，水蒸气含量为16mg/m3（15℃，15MPa），并规定CO2的分压为0.048MPa。

1.1.2

CNG气瓶的资质认证

CNG气瓶的资质认证试验用于证明气瓶的设计在其使用寿命范围内是否是安全的。对于每个新设计的气瓶要求进行内容广泛的试验过程和试验项目；但是为了修正已有的气瓶设计，则可采用简化的试验运行。资质认证试验的具体试验项目如下：

（1）水爆试验：该项试验主要用于验证各类容器的设计是否基本正确，对于钢质气瓶，试验其安全系数的大小是否与设计的一致；对于纤维复合材料增强的各类气瓶，还将验证其增强复合材料的应力比。

（2）室温循环试验：该项试验主要用于证实CNG容器或内衬满足其使用寿命要求而不发生泄漏，同时也为了证实气瓶是否具有安全破坏的特征，即在破裂前发生泄漏。

（3）环境循环试验：该项试验主要用于检验CNG容器或内衬是否可以承受在使用条件下可能遇到的各种流体如酸、碱等溶液的侵害；酸性溶液对玻璃纤维和芳纶纤维增强的复合材料性能具有明显的影响，其它液体也会侵蚀增强纤维和树脂基体；压力循环将会促进基体树脂的裂纹张开：从而有助于流体溶入复合材料层内。在环境循环试验中，还使气瓶承受一系列的模拟砂子冲击的低能冲击，以检验在流体中暴露之前气瓶保护涂层的耐久性。

（4）阻燃试验：该项试验主要用于证实燃料容器系统包括气瓶、压力释放装置在经受火烧或极限温度时，燃料容器内的气体会泄放；压力释放装置在压力、温度或压力与温度的综合作用下会发生作用，也就是说不管气瓶是在完全充气还是部分充气，燃料容器系统在火中都必须是安全的。

（5）裂纹容限试验：这一试验主要用于模拟刀割、刨削等使用中可能出现的损伤或缺陷，证明容器不会因存在适当的损伤而发生泄漏或破裂。

（6）坠落试验：坠落试验用于模拟燃料容器在安装使用之前的搬运、装卸中可能引入的损伤或缺陷。并通过试验证实：这些损伤和缺陷，在容器的使用寿命中不会发生泄漏和破裂。坠落时容器可呈水平、垂直和45°方向落下。

（7）穿透试验：正如众所周知的枪击试验那样，本试验在于证实，即使一个高能的冲击物使气瓶简体复合材料增强体穿透，燃料容器也不会发生碎状破裂。

（8）渗透试验：本试验主要用于检验以非金属内衬或焊接非金属内衬所制成的全塑复合材料燃料容器不允许存在有超出标准规定所限制的天然气渗漏损失。

（9）天然气循环试验：本试验主要用于证实由于天然气气流所产生的静电或者由于天然气的迅速压缩和膨胀所引起的温度瞬变，不会引起气瓶的损伤。

（10）加速应力破裂试验：本试验主要用于证实气瓶的增强纤维和树脂体系可以持续暴露在高温高压下而无衰变。

（11）关于断裂性能的要求，及非破坏检验方法进行确定缺陷大小的有关试验：其目的在于寻找在金属容器和内衬中的裂纹、缺陷，包括疲劳敏感位置的鉴别，在破裂前的泄漏性能（1eak—beforc－break：LBB）和临界裂缝的大小（critical

flaw

sizes）。

1.1.3复合材料CNG气瓶优势介绍

由于CNG汽车的逐渐推广，CNG气瓶将具有十分广阔的前景。CNG气瓶可用合金钢瓶，也可以是复合材料气瓶。CNG复合材料气瓶是在金属或塑料内衬外缠绕纤维增强树脂。按结构形式可以分为全缠绕、环缠绕；按内胆材料可分为塑料内胆、铝合金内胆和钛

合金内胆、不锈钢内胆；按内胆壁厚分为承载内胆和非承载内胆；按几何形状分为柱形和、球形。

与钢瓶相比，玻璃钢/复合材料气瓶具有以下优点：

（1）比强度高

复合材料（玻璃钢）比强度为钢的4倍，而比模量仅比钢低22%；比强度为铝的3倍，比模量仅比铝低19%。可见用玻璃钢制作CNG气瓶重量将大幅下降。若采用薄铝内衬，外以玻璃纤维或碳纤维浸渍环氧树脂后缠绕，其瓶重比绕钢丝者轻40%；比绕铝丝者轻10%。因此采用复合材料CNG气瓶可以提高汽车的有效载荷，增加行驶速度。

（2）破损安全性好

玻璃钢重采用大量纤维增强，每平方厘米上的纤维多达几千几万根。从力学观点上看，是典型的静不定体系。当玻璃钢气瓶超载并发生少量纤维断裂时，其载荷会迅速重新分配在未破坏的纤维上，这在短期乃至相当一段时间内不致使气瓶丧失承载能力。

（3）减震性好

复合材料中纤维与树脂基体界面具有吸震能力，震动阻尼甚高，抗声振疲劳性亦佳。

1.2项目背景分析

1.2.1环境保护和石油能源紧缺

近年来，我国汽车工业得到了快速发展。2005年，我国汽车年产量达到570.7万辆，汽车保有量达到约3500万辆。据预测，到2020年我国汽车总保有量有可能突破1.5亿辆。汽车保有量的增长同时带来了燃油消耗总量的快速增加。我国已经成为世界上第二大能源消费国。2004年我国累计进口原油1.2亿吨。据有关人士预计，到2020年我国石油需求量将超过4亿吨，其中，汽车燃料消耗约2亿吨，石油的对外依存度将有可能达到60%。随着机动车保有量的激增，我国机动车尾气污染问题更显严重，国家环保中心预测，到2010年我国汽车尾气排放量将可能占空气总污染源的64%。综上所述，随着我国汽车工业快速发展，环境污染与能源紧缺这两个重要的问题将愈显严峻。解决这些问题的有效途径是：

（1）采取政策与技术措施大幅度节约燃料消耗；

（2）开发应用各种清洁替代燃料。设想到2020年，经过大家努力，全国汽车燃料消耗比预测值节约20%左右，替代燃料（尤其是可再生的替代燃料）比例也达到20%左右，能源紧缺与环境污染问题将会得到有效缓解。

压缩天然气（CNG）是优选的汽车替代燃料。天然气的主要成分为甲烷，它可以从纯气田的天然气中获得，也可以从油田的石油伴生气中获得。天然气用作汽车燃料主要方式是压缩天然气（CNG）和液化天然气（LNG）。天然气经过合成技术成为品质优良的柴油（GTL），天然气还可以用来生产甲醇、二甲醚、氢气，成为汽车的燃料。

压缩天然气（CNG）通常应用于点燃式发动机。它具有较高的辛烷值(RON高达130),有利于提高发动机的热效率；天然气进入气缸之前以气态与空气较均匀混合，在缸内实现较完全燃烧，有利于CO、HC排放物的减少；经过严格脱硫处理的CNG硫含量很低，有助于降低硫化物和常规污染物的排放，延长尾气处理催化剂的寿命。CNG的主要缺点是能量密度及混合气热值均低于汽油，导致发动机的动力性会有所降低，在有限的储气瓶容积下，车辆的续驶里程短；储气瓶往往占用较大空间和重量；CNG加气站等基础设施建设需要较大的土地面积和资金。

1.2.2天然气储藏丰富

天然气在世界的储量相当丰富，因此CNG汽车发展很快。根据某些资料介绍，全球CNG汽车保有量约480万辆，加气站约8800座。许多国家生产大功率电控车用CNG发动机，装备于公交车和重型载重车。据欧美一些专家预测，天然气是最具发展潜力的汽车替代燃料。天然气发动机的低排放优点，也是混合动力汽车优选的内燃机类型。可以预测，在今后5～10年内，CNG汽车的比例将会明显增长，成为我国汽车的主要品种之一。

我国是天然气资源尚较丰富的国家，据全国油气资源评价，我国气层资源蕴藏量为38万亿立方米，已探明的地质储量为1.52万亿立方米。目前世界大多数发达国家天然气的消耗占一次能源20～30%，而我国仅占2%左右，也就是说，我国天然气的开发利用具有很大的潜力。我国西气东输工程计划到2010年覆盖260个城市，将为大量推广使用天然气汽车提供资源条件。八十年代以来，尤其是1999年全国开展清洁汽车行动以后，我国的天然气汽车发展很快。目前全国的天然气汽车总数约22万辆，加气站总数400余座。尤其在西部天然气资源丰富、价格便宜的地方，压缩天然气（CNG）汽车增长很快。

我国的天然气资源十分丰富，四川、重庆、新疆、陕北、大港及近海油田都有丰富的天然气资源。

1.2.3天然气用作汽车燃料优点

天然气用作汽车燃料具有以下优点：

（1）有较好的社会效益。机动车尾气是城市大气污染的主要来源之一，其中主要有害成分是一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、一氧化氮（NO）、和二氧化氮（NO2）等。世界各国为了减少汽车尾气中有害物质对大气的污染，都制定了汽车排放标准，对其中有害成分的限制越来越严，这就相应提高了汽车发动机的制造难度。使用天然气作为汽车燃料，可以大大地降低发动机废气排放中的各种有害成分，据有关资料显示，天然气作汽车燃料与汽油相比，可减排CO92%、SO290%、HC72%、NOx39%、CO224%、粉尘100%，对改善城市环境有显著作用。当然，天然气汽车的环保效益与汽车的性能、改装装置、改装技术有很大关系，对于在用化油器汽车改装后的效果则差许多，对单一燃气汽车，其排放性能可达到欧洲3号、4号法规限制和美国加州超低排放车标准。

（2）有利于缓解能源安全。我国每年需进口大量原油、成品油和LPG，并且国内仅少数炼厂能生产符合车用标准的LPG。如用天然气替代汽柴油，以每辆车年均行驶里程5万km计，改装100万辆天然气汽车，每年可以替代油品1000万t。因此，从国家能源政策来看，发展CNG产业，可调整燃料结构，减少对石油资源的依赖程度，减轻国家石油储备压力。世界上不少国家，如阿根廷、澳大利亚等，发展代用燃料汽车的一个根本出发点就是降低石油资源消耗、平衡能源消费结构。

（3）有较高的经济效益。在相同的当量热值时，世界各国一般将车用CNG价格与汽柴油价格的比控制在0.5左右。如果各类发动机的热效率接近，则天然气汽车的燃料费用大约是汽油车或柴油车的一半，这不仅弥补了由于汽车数量不断增加而引起的液体燃料供应不足，而且运行费用大幅度降低。另外，我国将在近期出台燃油费改税政策，根据《交通和车辆税费改革实施方案草案》，汽油和柴油的燃料税征收分别为1元／L、0.8元／L，车用LPG和CNG按与汽油的热值比例及汽油税率换算，减半征收。如果天然气和汽油的热值分别为33.4MJ／m3、31.8MJ／m3，天然气税率约0.52元／m3，届时油气差价将在现有基础上增加近0.5元，CNG在价格上将更有竞争力。

（4）可延长发动机寿命。天然气容易扩散，在发动机中容易和空气混合均匀，燃烧比较完全、干净；辛烷值高，抗爆性能好，使用时不需添加抗爆剂，不容易产生积碳；不会稀释润滑油，因而使发动机汽缸内的零件磨损大大减少，使发动机的寿命和润滑油的使用期限大幅度增长。所有这些都会降低汽车的保养和运行费用，从而也提高汽车使用的经济性。

2、市场分析

天然气汽车以低排放、抑制温室效应和摆脱对石油的依赖这三大特性，正在世界范围内得到普及和推广。截止到2006年2月的统计资料显示，全世界共有486万辆天然气汽车。其中，位居世界第一位的是阿根廷，保有量为145.9万辆；中国居世界第七位，保有量约9.7万辆（见表2—12）。

近二十多年来，世界天然气需求持续稳定增长，平均增长率保持在2%。预计到2020年，天然气在世界能源组成中的比重将会增加到30%。到21世纪中后期，天然气在世界能源结构中的比重将超过石油，成为世界第一大能源。

世界许多国家生产大功率电控车用CNG发动机，装备于公交车和重型载重车。据欧美一些专家预测，天然气是最具发展潜力的汽车替代燃料。天然气发动机的低排放优点，也是混合动力汽车优选的内燃机类型。可以预测，在今后5～10年内，CNG汽车的比例将会明显增长，成为我国汽车的主要品种之一。

表2—12

世界天然气汽车及加注站的普及情况

国家

保有量（台）

CNG加注站

国家

保有量（台）

CNG加注站

阿根廷

1459236

1400

孟加拉

44534

106

巴西

1035348

1176

委内瑞拉

44146

149

巴基斯坦

870000

828

俄罗斯

41780

213

意大利

382000

509

玻利维亚

38855

63

印度

204000

198

亚美尼亚

38100

60

美国

130000

1340

德国

33000

647

中国

97200

357

日本

25000

289

伊朗

91314

120

加拿大

20505

222

乌克兰

67000

147

其他国家

114324

883

埃及

63135

95

合计

4859477

8892

哥伦比亚

60000

90

天然气汽车在我国发展迅速。截至2004年底，我国正式确定的清洁汽车重点推广应用城市(地区)有19个，燃气汽车保有量为215000辆，其中使用压缩天然气的汽车已达97200辆。

从图2—14可以看出，LPG（液化石油）汽车发展趋于平稳。CNG车辆发展则呈平稳增长势头。1999年CNG汽车占燃气汽车比例为9.3%，到2004年时CNG汽车占燃气汽车比例为达47%，几乎占了整个燃气汽车的一半，天然气汽车区域化发展模式已逐步形成。

图2-14

我国燃气汽车历年数据统计(单位：万辆)

燃气汽车及加气站在我国主要城市的推广情况（截至2004年底）。

表2-13

燃气汽车及加气站主要城市推广情况(截至到2004年底)

城市（地区）

燃气汽车（辆）

燃气汽车加油站（座）

LPGV

CNGV

LPGV

CNGV

北京市

32412

2089

69

27

上海市

39000

175

102

4

天津市

760

850

12

5

重庆市

—

18985

—

46

四川省

—

52461

—

185

海南省

515

1841

3

7

乌鲁木齐

3777

5398

34

30

长春市

10092

200

36

2

西安市

—

10497

—

27

广州市

7300

—

14

—

哈尔滨市

5789

—

27

—

济南市

2400

1400

7

3

青岛市

3506

—

17

—

银川市

1436

264

6

4

廊坊市

—

1910

—

5

注：截至目前，北京天然气公交车保有量已达3800辆。

可以预见，随着国内加气站网络建设的完善，天然气汽车必将得到大力推广，天然气企业和天然气汽车行业的市场空间将更为广阔。

国内天然气汽车加气站稳定增长。

从图2-15可以看出，LPG汽车和CNG汽车加气站均发展平稳，相比而言CNG车辆加气站增长速度更快些。

图2-15

我国燃气加气站历年数据统计(单位：座)

燃气汽车保有量的增加及使用率的提高极大的增加了汽车能源消耗的替代效益。据不完全统计，2004年度19个重点推广应用城市(地区)的加气站累计出售LPG34.8万吨，CNG9.4亿立方米，替代燃油达116万吨，能源替代效益逐步显现。

重庆市自1999年被确立为全国首批清洁汽车示范城市以来，天然气汽车产业发展迅猛，目前全市天然气汽车保有量已达38000辆，主城区25000辆，投入使用的加气站53座，居全国领先水平。同时，作为国内天然气汽车基础最好、发展最快的城市之一，重庆市已初步形成了天然气汽车整车及零部件、加气站成套设备、气瓶、供气装置、售气机等门类齐全的天然气汽车产业体系。

重庆位于四川盆地东南部，天然气资源丰富，是我国天然气的主产区，其天然气储量约占全国1/4。目前重庆地区已累计获得天然气探明地质储量为7687亿m3，可采储量为2949亿m3。储采比26.8：1；还有剩余控制储量1898亿m3，剩余预测储量3154亿m3。按照天然气储量及目前和规划的开采能力，重庆地区天然气的服务年限可达50年以上。

产业发展迅速，产业规模全国领先：经过几年的发展，目前重庆市已初步形成天然气汽车整车及零部件、加气站成套设备、气瓶、供气装置、售气机等门类齐全的天然气汽车研究、开发、生产体系，拥有重庆益峰高压容器有限公司、重庆气体压缩机厂等全国知名的关键设备生产厂家，部分产品市场占有率极高，详见下表2-14。全市有2家整车生产企业拥有压缩天然气汽车整车生产目录，另有25家压缩天然气汽车改装厂、8家维修厂。

重庆产、学、研紧密结合，研发体系完善。国内燃气汽车领域的唯一一家国家工程中心——国家燃气汽车工程技术研究中心设在重庆，该中心是全行业最重要的成果工程化转化的研发机构，它的设立体现了国家对重庆市天然气汽车发展的重视。

重庆市也是我国重要的汽车开发、生产基地之一，拥有重庆汽车研究所、重庆交通科研设计院、重庆大学等一批从事汽车开发的单位，具有开发天然气汽车的良好技术基础。同时，重庆市在天然气汽车推广应用中积极引进国内和国际的先进技术和产品，对于提升重庆市天然气汽车推广应用水平发挥了相当重要的作用。

表2-14

重庆市天然气汽车产业主要生产厂家年产量及市场占有率

企业名称

主要产品

国内市场占有率

重庆宇通客车有限公司

CNG客车

30%

重庆鼎辉汽车燃气

系统有限公司

供气转换装置关键零部件

35%

重庆气体压缩机厂有限责任公司

CNG压缩机

40%

重庆益峰高压容器有限公司

CNG气瓶

50%

重庆四联加油机器有限公司、重庆巨创计量设备有限公司

CNG加气机

60%

重庆爱尔机电有限公司

顺序控制盘

80%

重庆具有汽车制造和玻璃纤维生产的雄厚基础，在重庆市开发压缩天然气车用气瓶具有雄厚的技术支持和广阔的市场前景，具有良好的经济效益和社会效益。

3、项目规模及产品方案

年产110升CNG气瓶10万只。

4、建设条件

占地面积45000m2，厂房30000

m2。

5、工艺技术方案及设备

5.1工艺流程简介

钢管

缠绕

内胆涂层

无损检测

机加工

热处理

旋压收口

批量检验

气密性试验

水压试验

固化

图2-16

工艺流程图

5.2主要原材料：环氧树脂、玻璃纤维、碳纤维、酸酐固化剂

5.3技术指标

主要技术参数及性能：

内胆材料：铝合金6061、6351

外缠绕材料：玻璃纤维、碳纤维

工作压力：20Mpa

水压压力：30Mpa

爆破压力：≥70Mpa

容

积：50～120L

重

量：30～50kg

5.4复合材料压力容器相关国内外参照标准

MILL-STD-1522

气瓶安全规范

?

ISO11439－2000《车用压缩天然气高压气瓶》

?

ANSI/AGANGV2-2000

?

DOT-CFFC《

Basic

Requirements

for

Fully

Wrapped

carbon-

fiber

Reinforced

Aluminum

Lined

Cylinders》

?

GB17258-1998《车用压缩天然气钢瓶》

?

EN12245

《Transportable

gas

cylinder-fully

wrapped

composite

cylinders》

?

HSE-AL-FW2

5.5技术来源

内衬制造设备：德国、美国或国产

纤维缠绕设备：加拿大、德国、美国、国产

工艺技术与质量控制：国内

国内外生产复合材料压力容器的主要厂家有Lincoln

、Dynetek

、Luxfer

、CPI、Hydrospin、SCI、韩国NK公司、北京天海、中复连众沈阳公司、重庆益峰、北京科泰克、上海德坤，中材科技苏州公司等。

5.6主要生产设备

主要设备：冲床、压机、旋压机、缠绕机、热处理设备、固化炉

国内设备供应厂家：纤维缠绕机―――苏州中科时代公司、旋压机―――北京航空材料研究所（北京625所）。

6、主要经济技术指标

总投资：13000万元，其中生产设备10000万元；厂房投资2400万元；土地675万元。

年销售收入45000万元（110升玻璃纤维CNG气瓶市场售价约4500元/只）

材料成本，2900元，人员工资75万元（30人计）

年利润总额9245万元，增值税2720万元，企业所得税约3960万元。

篇3：20XX版高考化学复习材料家族中的元素第3节金属材料复合材料学案鲁科版

2019版高考化学复习材料家族中的元素第3节金属材料复合材料学案鲁科版 本文关键词：高考，复合材料，金属材料，复习，元素

2019版高考化学复习材料家族中的元素第3节金属材料复合材料学案鲁科版 本文简介：第3节金属材料复合材料1．了解常见金属的活动顺序。2．了解合金的概念及其重要应用。3．了解铜及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。4．以上各部分知识的综合应用。金属材料复合材料[知识梳理]1．金属矿物的开发利用(1)金属在自然界中存在的形式—绝大多数金属化合物中的金属元素都显正价|—金、

2019版高考化学复习材料家族中的元素第3节金属材料复合材料学案鲁科版 本文内容：

第3节

金属材料

复合材料

1．了解常见金属的活动顺序。

2．了解合金的概念及其重要应用。

3．了解铜及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。

4．以上各部分知识的综合应用。

金属材料

复合材料

[知识梳理]

1．金属矿物的开发利用

(1)金属在自然界中存在的形式

—绝大多数金属化合物中的金属元素都显正价

|

—金、铂等极少数金属

(2)金属冶炼的一般步骤

(3)金属冶炼的实质

金属冶炼的过程就是使金属化合物中的金属离子得到电子被还原为金属单质的过程，即：Mn＋＋ne－===M。

(4)金属冶炼的方法(用化学方程式表示)

2．合金

(1)概念：合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。

(2)性能

①熔点：多数合金的熔点比它的各成分金属的熔点低；

②硬度：合金的硬度一般比它的各成分金属的硬度大。

3．常见金属材料

(1)黑色金属材料——钢铁

①钢是用量最大、用途最广的合金。

②钢—

(2)有色金属材料——铜、铝

①铝及铝合金

铝

铝合金

②铜及铜合金

铜

铜合金：包括青铜、黄铜、白铜，其中青铜是我国使用最早的合金。

4．复合材料

(1)概念：将两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的一种材料。

(2)组成

①基体：在复合材料中起黏结作用。

②增强体：在复合材料中起骨架作用。

(3)分类

①按基体

②按增强体形状

(4)性能：既保持或发展了原来材料的长处，又能弥补原材料的不足。

(1)冶炼Mg时只能电解MgCl2不能电解MgO，原因是MgO的熔点高，熔融时耗费更多能源，增加生产成本。

(2)冶炼Al时只能电解Al2O3不能电解AlCl3，原因是AlCl3是共价化合物，熔融态难导电。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。

(3)用热还原法得到的铜还要经过电解精炼才能得到精铜。

(4)金属制成合金后性能也随之改变，并且合金比纯金属用途更广泛，但合金的性质并不是其各成分金属的性质之和。

(5)并非所有的金属都能形成合金，因为两种金属必须熔合在一起才能形成合金。如果一种金属还未熔化时，另一种金属已经汽化，则一般不能熔合在一起，如Cu与Na、Fe与Na等不能形成合金。

[自我检测]

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”

(1)工业上常用电解MgO制Mg。(

)

(2)铝合金的熔点比纯铝的高。(

)

(3)合金材料中只含金属元素。(

)

(4)流通用的硬币属于合金。(

)

(5)钢筋混凝土的增强体是钢筋。(

)

答案：(1)×

(2)×

(3)×

(4)√

(5)√

2．将下列合金与其用途连线

①青铜

A．不锈钢

②铬镍合金

B．司母戊鼎

③低碳钢

C．门窗框架

④铝合金

D．钢丝、钢管

答案：①—B，②—A，③—D，④—C

下列关于金属冶炼方法的叙述不正确的是(

)

选项

金属

存在形式

冶炼方法

A

金

游离态

金子比沙子密度大，利用水洗法直接分离

B

银

化合态

银的金属性弱，用加热Ag2O的方法冶炼

C

铁

化合态

用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物

D

钠

化合态

钠的金属性强，一般还原剂很难将其还原出来，所以用电解饱和NaCl溶液的方法冶炼

[解析]

钠一般是由电解熔融NaCl的方法来制取，而电解饱和食盐水得到的是NaOH、H2和Cl2。

[答案]

D

(1)铝是地壳中含量最高的金属元素，为什么人类对铝的使用比铁、铜晚得多？

(2)热还原法用到的还原剂有焦炭、CO和H2，试从所得产物纯度及对环境污染的角度考虑哪种还原剂更好？

答案：(1)铝的金属活动性比铁、铜强，难于冶炼，古代人们的技术条件达不到，不能冶炼铝，故铝的发现和大量使用比铁、铜晚得多。

(2)最好的还原剂是H2；原因是焦炭会使产品的纯度降低，CO会污染环境。

根据金属活动性顺序表选择冶炼方法

(1)电解法：K～Al。

(2)热还原法：Zn～Cu。

(3)热分解法：Hg、Ag。

(4)富集法：Pt、Au(此为物理方法)。

(5)有些活泼性很强的金属也可以用热还原法来冶炼，如Na＋KClK↑＋NaCl、2RbCl＋MgMgCl2＋2Rb↑等，在此主要运用了化学平衡移动原理，利用K、Rb沸点低，汽化离开反应体系，使化学反应得以向正反应方向进行。

题组

金属材料

复合材料

1．由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是(

)

①Fe2O3

②NaCl

③Cu2S

④Al2O3

A．①③

B．①④

C．②③

D．②④

解析：选D。非常活泼的金属如Na、K、Mg、Al等用电解法冶炼。

2．现代建筑的门窗架常用电解加工成的古铜色硬铝制造。取硬铝样品进行如下实验(每一步试剂均过量)，由此可以推知硬铝的组成可能为(

)

A．Al、Mg、Si、Zn

B．Al、Fe、Zn、Na

C．Al、Na、Cu、Fe

D．Al、Cu、Mg、Si、Mn

解析：选D。硬铝中一定含有Al，样品加入足量稀盐酸后有难溶物存在，说明有金属活动性在H之后的金属或非金属存在，再加入浓NaOH溶液后有气体生成和难溶物存在，根据题目信息可知硬铝样品中含有Si，最终的难溶物为Cu，D项中含有上述三种物质。

3．(2018·豫南九校联考)球墨铸铁中含有一种铁碳化合物X。某实验小组为测定化合物X的组成设计实验如下：

下列说法不正确的是(

)

A．固体2是氧化铁

B．X的化学式可以表示为Fe3C2

C．溶液甲加热、蒸发、灼烧也可得到24．0

g固体

D．X与足量的热浓硝酸反应有NO2和CO2生成

解析：选B。X在空气中煅烧转化为CO2气体与铁的氧化物，再经盐酸、氯气处理后得到FeCl3溶液(溶液乙)，加热、蒸发时，FeCl3水解得到Fe(OH)3，灼烧Fe(OH)3得到固体Fe2O3(固体2)，A项正确；n(Fe2O3)＝＝0．15

mol，故n(Fe)＝0．3

mol，m(Fe)＝16．8

g，则m(C)＝18．0

g－16．8

g＝1．2

g，n(C)＝0．1

mol，n(Fe)∶n(C)＝3∶1，故X的化学式可以表示为Fe3C，B项错误；溶液甲加热、蒸发、灼烧过程中，Fe2＋会被空气中的氧气氧化为Fe3＋，最后得到的固体也是Fe2O3，C项正确；浓硝酸和铁碳化合物反应，碳元素被氧化成CO2，氮元素被还原为NO2，D项正确。

4．航母螺旋桨主要用铜合金制造。80．0

g

Cu-Al合金用酸完全溶解后，加入过量氨水，过滤得白色沉淀

39．0

g，则合金中Cu的质量分数为____________。

解析：因加入过量的氨水会发生反应Cu2＋＋4NH3·H2O===[Cu(NH3)4]2＋＋4H2O，故得到的白色沉淀为Al(OH)3，物质的量为0．5

mol，据Al原子守恒可知Al的质量为13．5

g，则Cu的质量为66．5

g，Cu的质量分数约为83．1%。

答案：83．1%

定量测定合金组成与含量的两种方法

(1)定量集气法

定量集气法是指收集合金中某种物质溶于酸或碱溶液时所产生的气体的量，应用化学方程式或关系式来判断合金的组成。其原理的关键点是根据某组分的特殊性质(特别是与酸或碱反应能产生气体)，其操作要点和注意事项有保证装置的气密性良好，注意收集气体的读数方法。

(2)沉淀法

沉淀法测定物质含量是常用的一种方法，采用沉淀法时涉及的基本实验操作和主要问题有称量、溶解(溶解试剂)、沉淀(重点是沉淀剂的选择)、过滤、沉淀的洗涤、沉淀的干燥、称量及数据的处理(包括测定结果的误差分析)。

铜及其重要化合物

[知识梳理]

1．单质铜

(1)物理性质：紫红色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性。

(2)化学性质

①化学方程式：2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3。

②化学方程式：2Cu＋SCu2S。

③与氧化性酸反应

a．与浓硫酸共热的化学方程式：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O；

b．与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。

④与盐溶液反应(写离子方程式)

a．与硝酸银溶液：Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋；

b．与FeCl3溶液：Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。

2．氧化铜和氧化亚铜

名称

氧化铜

氧化亚铜

颜色

黑色

砖红色

与酸反应(H＋)

CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O

Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O

与H2反应

CuO＋H2Cu＋H2O

Cu2O＋H22Cu＋H2O

转化关系

4CuO2Cu2O＋O2↑

3．氢氧化铜

(1)物理性质：蓝色不溶于水的固体。

(2)化学性质及应用

①化学方程式：Cu(OH)2CuO＋H2O。

②离子方程式：Cu(OH)2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O。

4．铜盐

(1)碱式碳酸铜

Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，是铜绿的成分，它是铜在潮湿的空气中被锈蚀的结果，受热易分解：Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑。

(2)硫酸铜

①CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾。

②无水CuSO4为白色粉末，遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水的检验依据。

(3)铜盐的毒性

铜盐溶液有毒，是因为铜离子能使蛋白质变性失去生理活性，故可利用胆矾、熟石灰、水配成波尔多液，用来杀灭植物的病毒。

(1)通常利用反应：2Cu＋O22CuO除去混合气体中的少量O2或用于测定混合气体中O2的含量。

(2)无水CuSO4常用作水的检验剂；由于其吸水效率低，一般不用作干燥剂。

(3)铜可在O2和H＋共存环境中逐渐溶解，如2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O。

(4)铜盐属于重金属盐，可使蛋白质变性，故铜盐有毒。农业上常用石灰乳和CuSO4混合使用，是被称为“波尔多液”的农药。

[自我检测]

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”

(1)铁锈和铜锈的成分都是金属氧化物。(

)

(2)过量的铜与浓硝酸反应一定没有一氧化氮生成。(

)

(3)检验CO2中是否含有H2O(g)可将气体通入装有无水CuSO4的干燥管中。(

)

(4)浓H2SO4使CuSO4·5H2O失水是物理变化。(

)

(5)铜锈是铜被空气中的氧气缓慢氧化生成的氧化物。(

)

(6)无水硫酸铜可用于检验酒精中是否含有水。(

)

(7)将铜片置于干燥的空气中，不易被腐蚀。(

)

(8)用稀硝酸清除铜制品上的铜锈。(

)

(9)铜是导电性最好的金属材料。(

)

答案：(1)×

(2)×

(3)√

(4)×

(5)×

(6)√

(7)√

(8)×

(9)×

2．把铜及其化合物的化学式与其颜色用线连接起来。

答案：

为了比较铁和铜的金属活动性强弱，某化学研究小组的同学设计了如下方案，并将实验结果记录如下：

方案

现象或产物

①将铁片置于CuSO4溶液中

铁片上有亮红色物质析出

②将铁丝和铜丝分别在氯气中燃烧

产物分别为FeCl3和CuCl2

③将铁片和铜片分别放入热的浓硫酸中

产物分别为Fe2(SO4)3和CuSO4

④将铁片和铜片分别放入稀硫酸中

铁片上有气泡逸出，铜片上没有气泡逸出

⑤将铁片和铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线连接

铁片逐渐溶解，铜片上有气泡逸出

能根据上述现象或产物证明铁的金属活动性比铜强的方案一共有(

)

A．2种

B．3种

C．4种

D．5种

[解析]

①铁能置换出铜，可证明铁比铜活泼；④铁能置换出稀硫酸中的氢，而铜不能，可证明铁比铜活泼；⑤铁、铜、稀硫酸形成原电池，铁作负极，铜作正极，可证明铁比铜活泼，共有3种方案符合题意，选项B正确。

[答案]

B

(1)已知2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，上述反应能否证明铁比铜活泼？说明理由。

(2)向FeCl3、CuCl2、FeCl2混合液中插入锌棒，金属阳离子先后发生反应的顺序怎样？

答案：(1)不能。只证明氧化性：Fe3＋>Cu2＋，还原性：Cu>Fe2＋。

(2)先后发生反应的顺序为Fe3＋、Cu2＋、Fe2＋。

题组一

铜及其化合物的性质

1．(2018·河南十校联考)据央视新闻报道，考古人员在江西发掘一座距今2

000多年、迄今保存最完好的西汉古墓。在古墓中有10余吨西汉铜钱。这些铜钱锈迹斑斑，铜锈的主要成分可表示为Cu2H2CO5。下列有关判断正确的是(

)

A．铜锈中Cu和C的化合价均为＋2

B．铜质文物表面的铜锈可用稀硝酸除去

C．铜锈易溶于水

D．32

g铜生成铜锈转移1

mol电子

解析：选D。铜锈中Cu为＋2价，C为＋4价，A项错误；稀硝酸能够溶解铜锈，也能溶解铜，除去铜质文物表面的铜锈应用稀硫酸或稀盐酸，B项错误；铜锈难溶于水，C项错误；铜生成铜锈时，铜由0价变为＋2价，32

g(0．5

mol)铜生成铜锈时，转移1

mol电子，D项正确。

2．(2018·河北三市联考)化学美无处不在，如图是物质间发生化学反应的颜色变化，其中物质a、b、c、d对应的物质正确的是(

)

选项

物质a

物质b

物质c

物质d

A

Cu2(OH)2CO3

Ba(OH)2

Fe(OH)3

酚酞试液

B

CuO

Na[Al(OH)4]

Fe2O3

紫色石蕊试液

C

Cu2O

BaCl2

Fe2O3和Cu

酚酞试液

D

Cu(OH)2

Ba(NO3)2

Fe(OH)2

紫色石蕊试液

解析：选D。稀硫酸与Fe(OH)3反应得到的Fe2(SO4)3溶液呈黄色，稀硫酸遇酚酞试液显无色，A项错误，C项错误；稀硫酸与Fe2O3反应得到的Fe2(SO4)3溶液呈黄色，B项错误；稀硫酸与Cu(OH)2反应得到的CuSO4溶液呈蓝色，稀硫酸与Ba(NO3)2反应得到的BaSO4是白色沉淀，稀硫酸与Fe(OH)2反应得到的FeSO4溶液呈浅绿色，稀硫酸遇紫色石蕊试液变红，D项正确。

3．(2018·衡水模拟)下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是(

)

选项

陈述Ⅰ

陈述Ⅱ

判断

A

铜绿的主要成分是碱式碳酸铜

可用稀盐酸除铜器表面的铜绿

Ⅰ对；

Ⅱ对；无

B

铜表面易形成致密的氧化膜

铜制容器可以盛放浓硫酸

Ⅰ对；

Ⅱ对；有

C

向硫酸铜溶液中通入氨气，有深蓝色沉淀产生，过滤后灼烧滤渣，最后变成黑色固体

把铜丝放在酒精灯火焰上灼烧，铜丝表面变黑

Ⅰ对；

Ⅱ对；有

D

蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化

硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂

Ⅰ错；

Ⅱ对；无

解析：选D。稀盐酸可以与Cu2(OH)2CO3反应，而且稀盐酸不能与Cu反应，所以可用稀盐酸除铜器表面的铜绿Cu2(OH)2CO3，Ⅰ、Ⅱ有因果关系，A错误；铜表面不能形成致密的氧化膜，铜与浓硫酸在一定温度下能发生反应，所以不能用铜制容器盛装浓硫酸，B错误；硫酸铜与氨水生成

Cu(OH)2，Cu(OH)2受热分解生成黑色CuO，Ⅰ、Ⅱ均正确，但没有因果关系，C错误；蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末有新物质生成，属于化学变化，CuSO4可用作消毒剂，但与前者没有因果关系，D正确。

题组二

铜及其化合物的综合利用与有关计算

4．(2018·贵阳期末)CuSO4是一种重要的化工原料，其有关制备途径及性质如图所示。下列说法不正确的是(

)

A．将CuSO4溶液蒸发浓缩、冷却结晶可制得胆矾晶体

B．相对于途径①、③，途径②更好地体现了绿色化学思想

C．CuSO4在1

100

℃分解所得气体X可能是SO2和SO3的混合气体

D．Y可能是葡萄糖

解析：选C。将CuSO4溶液蒸发浓缩、冷却结晶可制得胆矾晶体，A项正确；途径①有污染性气体产生，相对于途径③，途径②的优点是制取等质量CuSO4需要的硫酸少并且无污染性气体产生，途径②更好地体现了绿色化学思想，B项正确；由流程图知硫酸铜分解生成了Cu2O，若X是SO2和SO3的混合气体，则铜元素、硫元素化合价降低，无元素化合价升高，根据2CuSO4Cu2O＋SO2↑＋SO3↑＋O2↑知，X可能是O2、SO2和SO3的混合气体，C项错误；葡萄糖与氢氧化铜反应会生成Cu2O，所以Y可能是葡萄糖，D项正确。

5．向13．6

g

Cu和Cu2O的混合物中加入某浓度的稀硝酸0．25

L，固体物质完全反应，生成NO和Cu(NO3)2。向所得溶液中加入1

L

0．5

mol·L－1的NaOH溶液，反应后溶液恰好呈中性，此时金属离子已完全转化为沉淀，所得沉淀的质量为19．6

g。下列说法不正确的是(

)

A．Cu与Cu2O的物质的量之比为2∶1

B．稀硝酸的物质的量浓度为2

mol·L－1

C．Cu、Cu2O与稀硝酸反应后剩余HNO3的物质的量为0．1

mol

D．产生的NO在标准状况下的体积为2．24

L

解析：选B。A项，n[Cu(OH)2]＝＝0．2

mol，设原混合物中Cu为x

mol，则x

mol×64

g·mol－1＋×(0．2－x)

mol×144

g·mol－1＝13．6

g，故x＝0．1，即n(Cu)＝0．1

mol，n(Cu2O)＝0．05

mol，A项正确。B项，设原稀硝酸的浓度为a

mol·L－1，由氧化还原反应中得失电子守恒及反应前后N元素守恒可知，0．25a＝(0．1×2＋0．05×2×1)÷3＋0．5×1，得a＝2．4，B项错误。C项，Cu、Cu2O与稀硝酸反应后剩余HNO3的物质的量为2．4

mol·L－1×0．25

L－0．1

mol－2×(0．1

mol＋0．05

mol×2)＝0．1

mol，C项正确。D项，由N原子守恒及氧化还原反应中得失电子守恒可知，n(NO)＝0．1

mol×2÷3＋0．05

mol×2×1÷3＝0．1

mol，D项正确。

[课后达标检测][学生用书P270(单独成册)]

一、选择题

1．(教材改编题)下列说法中正确的是(

)

A．铁是人类在生产、生活中最早使用的金属材料

B．金、银、铜是应用最广泛的金属材料

C．钛被誉为“21世纪的金属”，应用前景很广阔

D．铜是导电性、导热性最好的有色金属

解析：选C。铜是人类使用最早的金属材料，A错；铁、铝及铝合金是应用最广泛的金属材料，B错；银的导电性比铜好，D错。

2．合金与纯金属制成的金属材料相比，优点是(

)

①合金的硬度一般比它的各成分金属的大

②一般地，合金的熔点比它的各成分金属的更低

③改变原料的配比、改变生成合金的条件，得到有不同性能的合金

④合金比纯金属的导电性更强

⑤合金比纯金属的应用范围更广泛

A．②③④

B．①②③⑤

C．①②④

D．①②④⑤

答案：B

3．下列有关金属的工业制法中正确的是

(

)

A．制钛：用金属钠置换氯化钛(TiCl4)溶液中的钛

B．炼铁：用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物

C．通电条件下，电解熔融AlCl3制备单质Al

D．炼铜：用黄铜矿经电解精炼得到纯度为99．9%的铜

解析：选B。A中不能用TiCl4溶液，要用熔融状态的TiCl4；C中熔融AlCl3不导电，应电解熔融Al2O3制取单质Al；D中电解法精炼铜的原料是粗铜。

4．(2018·阜阳模拟)下列说法中正确的是(

)

A．氯化铝是一种电解质，可用于电解法制铝

B．工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气

C．工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应

D．MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg，在给定条件下能实现

解析：选C。A项，AlCl3属于共价化合物，熔融时不发生电离；B项，电解氯化钠溶液的反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑；D项，MgO熔点高，高温熔化时耗能大，应电解熔融MgCl2制Mg。

5．(2018·蚌埠模拟)Al、Fe、Cu都是重要的金属元素，下列说法正确的是(

)

A．三者都有多种氧化物

B．三者的单质放置在空气中均只生成氧化物

C．制备AlCl3、FeCl3、CuCl2固体时，均能采用将溶液直接蒸干的方法

D．电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时阴极上只能析出Cu

解析：选D。A项，Al的氧化物只有Al2O3；B项，Cu在空气中久置时生成Cu2(OH)2CO3；C项，由于Al3＋、Fe3＋、Cu2＋均易水解，且加热时，水解生成的HCl易挥发促进水解平衡正向移动，故不能得到相应固体。

6．下列反应中，反应后固体物质增重的是(

)

A．将氢气通过灼热的CuO粉末

B．将二氧化碳通过Na2O2粉末

C．铝与Fe2O3发生铝热反应

D．将锌粒投入Cu(NO3)2溶液中

解析：选B。氢气与灼热的CuO反应生成Cu和水，反应前固体为CuO，反应后固体为Cu，二者物质的量相同，固体质量减小，A项错误；二氧化碳与过氧化钠反应生成碳酸钠和氧气，反应前固体为过氧化钠，反应后固体为碳酸钠，二者物质的量相同，固体质量增加，B项正确；Al与Fe2O3反应生成Al2O3和Fe，反应前后固体质量不变，C项错误；等物质的量的Zn与Cu(NO3)2反应生成Zn(NO3)2和Cu，反应前固体为Zn，反应后固体为Cu，固体质量减小，D项错误。

7．氢化亚铜(CuH)是一难溶物质，用CuSO4溶液和另一种“反应物”在40～50

℃时反应可生成它。CuH不稳定，易分解；CuH在氯气中能燃烧，跟盐酸反应能产生气体。下列有关推断中错误的是(

)

A．这里的另一种“反应物”具有还原性

B．CuH可作氧化剂、还原剂

C．CuH＋Cl2===CuCl＋HCl(燃烧)

D．CuH＋HCl===CuCl＋H2↑(常温)

解析：选C。C项中Cl2具有强氧化性，产物应为CuCl2和HCl。

8．已知酸性条件下有如下反应：2Cu＋Cu2＋＋Cu。由于反应温度不同，用氢气还原氧化铜时，可能产生Cu或Cu2O，两者都是红色固体。一同学对某次用氢气还原氧化铜实验所得的红色固体产物做了验证，实验操作和实验现象记录如下：

加入试剂

稀硫酸

浓硫酸、加热

稀硝酸

浓硝酸

实验现象

红色固体和蓝色溶液

无色气体和蓝色溶液

无色气体和蓝色溶液

红棕色气体和蓝色溶液

由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物是(

)

A．Cu

B．Cu2O

C．一定有Cu，可能有Cu2O

D．一定有Cu2O，可能有Cu

解析：选D。H2还原CuO生成红色固体，可能是Cu和Cu2O中的一种或两种，产物中加入稀H2SO4溶液变蓝并得到红色固体，证明产物中含Cu2O，在酸性条件下2Cu＋Cu2＋＋Cu，故不能证明产物中是否含有Cu。

9．(2018·安徽五校联考)某物质W由Cu、Al2O3、SiO2、Fe2O3中的一种或几种物质组成。进行如下实验：

4．7

g

W

下列有关说法不正确的是(

)

A．由步骤Ⅰ可知W中一定存在Fe2O3和Cu

B．由步骤Ⅱ可知4．7

g

W中SiO2的质量为1．5

g

C．根据步骤Ⅰ、Ⅱ可以判断W中一定存在Fe2O3、Cu、SiO2

D．根据步骤Ⅰ、Ⅱ可以得出m(Fe2O3)∶m(Cu)＝1∶1

解析：选D。4．7

g

W和过量盐酸反应生成蓝色溶液，说明溶液中有铜离子，但是金属Cu和盐酸不反应，所以W中一定含有氧化铁，氧化铁和盐酸反应生成的三价铁离子可以和金属铜反应。二氧化硅可以和氢氧化钠反应，2．46

g固体和氢氧化钠反应后，固体质量减少了1．5

g，所以减少的1．5

g固体为二氧化硅，一定涉及的反应有Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O，Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋，SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，又Cu与NaOH不反应，0．96

g固体中只含Cu，故W中一定存在Fe2O3、Cu、SiO2，A、B、C项正确；不能确定W中是否存在Al2O3，无法计算Fe2O3和Cu的质量比，D项错误。

二、非选择题

10．(2018·银川质检)黄铜矿(主要成分为CuFeS2，S为－2价)是工业炼铜的主要原料，现有一种天然黄铜矿(含SiO2)，为了测定该黄铜矿的纯度，设计了如下实验：

现称取研细的黄铜矿样品1．84

g，在空气存在下进行煅烧，发生如下反应：

3CuFeS2＋8O23Cu＋Fe3O4＋6SO2

实验后取d中溶液的置于锥形瓶中，用0．050

0

mol·L－1标准碘溶液进行滴定，消耗标准溶液20．00

mL。请回答下列问题：

(1)3CuFeS2＋8O23Cu＋Fe3O4＋6SO2中氧化产物是________________，当生成0．3

mol

SO2气体时，转移电子________mol。

(2)将样品研细后再反应，其目的是__________________________________________

________________________________________________________________________；

装置c的作用是________________。

(3)用标准碘溶液滴定d中溶液的离子方程式是__________________________，滴定达终点时的现象是__________________________________________。

(4)上述反应结束后，仍需通一段时间的空气，其目的是

________________________________________________________________________。

(5)通过计算可知，该黄铜矿的纯度为________。

(6)若将原装置d中的试液换为Ba(OH)2溶液，测得黄铜矿纯度偏高，假设实验操作均正确，可能的原因主要是__________________________________________。

解析：(1)该反应中电子转移情况为

，则氧化产物为Fe3O4、SO2。该反应中转移38e－，则生成0．3

mol

SO2气体时，转移1．9

mol电子。

(2)将样品研细后再反应，可以增大接触面积，使原料充分反应，加快反应速率。装置c中铜网的作用是除去反应后多余的氧气。

(3)用标准碘溶液滴定d中溶液，SO2和I2发生氧化还原反应，离子方程式为SO2＋I2＋2H2O===SO＋2I－＋4H＋。滴定达终点时，SO2消耗完，淀粉遇I2变蓝色，锥形瓶中的溶液由无色变为蓝色且半分钟内不退色。

(4)反应结束后，仍需通一段时间的空气，目的是使反应生成的SO2全部进入d装置中，以减少实验误差。

(5)根据关系式CuFeS2～2SO2～2I2，得n(CuFeS2)＝n(I2)＝×0．050

0

mol·L－1×20．00×10－3

L×10＝0．005

mol，故该黄铜矿的纯度为×100%＝50%。

(6)若将原装置d中的试液换为Ba(OH)2溶液，空气中的CO2与Ba(OH)2反应生成BaCO3沉淀或BaSO3被氧化成BaSO4，均会使所得沉淀质量偏大，实验结果偏高。

答案：(1)Fe3O4、SO2

1．9

(2)增大接触面积，使原料充分反应，加快反应速率

除去反应后多余的氧气

(3)SO2＋I2＋2H2O===SO＋2I－＋4H＋

锥形瓶中的溶液由无色变为蓝色且半分钟内不退色

(4)使反应生成的SO2全部进入d装置中，以减少实验误差

(5)50%

(6)空气中的CO2与Ba(OH)2反应生成BaCO3沉淀(或BaSO3被氧化成BaSO4)

11．(2018·北京高三模拟)CuCl是有机合成的重要催化剂，并用于颜料、防腐等工业。工业上由废铜料(含Fe、Al及其化合物、SiO2杂质)生产CuCl的工艺流程如下：

物质

开始沉淀时的pH

沉淀完全时的pH

Fe(OH)3

2．7

3．7

Cu(OH)2

5．6

6．7

Al(OH)3

3．8

4．7

已知：CuCl溶于NaCl的浓溶液可生成CuCl，CuCl的溶液用水稀释后可生成CuCl沉淀。

(1)煅烧的主要目的是__________________________________________。

(2)操作Ⅰ为调节溶液的pH，范围为________，加入的物质X可以是________。

A．CuO

B．Cu(OH)2

C．NaOH溶液

D．CaCO3

(3)滤渣Ⅱ的主要成分是________。

(4)往滤液Ⅱ中加入食盐并通入SO2可生成CuCl，请写出反应的离子方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)铜在废铜料中主要以铜单质的形式存在，由整个流程图可知，CuCl需从溶液中提取，故煅烧的目的是将铜转化为溶于酸的氧化物。(2)调节溶液中的pH时，应保证使Fe3＋和Al3＋完全沉淀，而Cu2＋不能沉淀，故溶液的pH应为4．7≤pH<5．6，加入的物质能消耗H＋，但不能在含铜离子的溶液中引入新的杂质，再结合后面反应Ⅰ中需加入NaCl，符合要求的有ABC三项。(3)溶液的pH为4．7≤pH<5．6时，Fe3＋和Al3＋完全转化为相应的氢氧化物沉淀，故滤渣Ⅱ的主要成分为Fe(OH)3和Al(OH)3。(4)根据题给的反应物和生成物，再结合氧化还原反应的基本规律可写出反应的离子方程式：2H2O＋2Cu2＋＋SO2＋4Cl－===2CuCl＋SO＋4H＋。

答案：(1)使铜转化为可溶于酸的氧化物

(2)4．7≤pH<5．6

ABC

(3)Fe(OH)3和Al(OH)3

(4)2H2O＋2Cu2＋＋SO2＋4Cl－===2CuCl＋SO＋4H＋

12．将铜器久置，其表面会生成一层绿色固体，某化学兴趣小组收集家中铜器表面的绿色固体进行探究。查阅相关资料后，得知该绿色物质是碱式碳酸铜。该小组同学利用如图装置进行实验，探究碱式碳酸铜的分解产物。

①对试管内的绿色固体进行加热至完全分解，观察到A装置中绿色固体逐渐变成黑色，B装置中无水硫酸铜变成蓝色，C装置中澄清石灰水变浑浊。

②取少量A装置中加热后生成的黑色固体于试管中，加入稀盐酸，观察到黑色固体逐渐溶解，溶液变成蓝绿色。

③取少量上述蓝绿色溶液于试管中，浸入一根洁净的铁丝，观察到铁丝表面有红色物质析出。

请回答下列问题：

(1)加热后试管中剩余的黑色物质是________(填化学式)。

(2)写出该绿色物质受热分解的化学方程式：__________________________________

________________________________________________________________________。

(3)上述实验步骤③中反应的离子方程式为____________________________________

________________________________________________________________________。

(4)实验装置最后的干燥管的作用是__________________________________________。

(5)已知：

物质

开始沉淀时的pH

完全沉淀时的pH

Fe(OH)3

2．7

3．7

Fe(OH)2

7．0

9．0

Cu(OH)2

5．6

6．7

若提供的药品有Cl2、浓硫酸、NaOH溶液、CuO、Cu，试结合题给表格，简述除去步骤③CuCl2溶液中Fe2＋的实验步骤：________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：根据无水硫酸铜变蓝，可知反应中有水生成；根据澄清石灰水变浑浊，可知有CO2生成；根据黑色固体溶于稀盐酸，溶液变蓝绿色，插入铁丝后有红色物质析出，知黑色物质应是CuO。(1)加热后试管中剩余的黑色物质是CuO。(2)碱式碳酸铜受热分解的化学方程式为Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑。(3)上述实验步骤③中为铁置换出铜的反应，离子方程式为Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋。(4)该实验装置中最后的干燥管中装有碱石灰，目的是防止空气中的CO2进入广口瓶中，干扰实验。(5)根据表格中数据可知Fe2＋开始沉淀的pH为7．0，而Cu2＋完全沉淀的pH为6．7，所以当Fe2＋开始沉淀时Cu2＋已完全沉淀，要保证Cu2＋不被沉淀，只有把Fe2＋先氧化为Fe3＋，再调节溶液pH使Fe3＋生成沉淀。根据提供的氧化剂，只能选择Cl2，为了不引入杂质，选择CuO调节溶液的pH，注意沉淀后一定要过滤。

答案：(1)CuO

(2)Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑

(3)Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋

(4)防止空气中的CO2进入广口瓶，干扰实验

(5)向溶液中通入足量Cl2，再加入过量CuO，然后进行过滤