第三節(jié)金屬材料

成才之路·化學(xué)332路漫漫其修遠(yuǎn)兮吾將上下而求索人教版·必修1金屬及其化合物第三章1.1.1集合的概念第三節(jié)用途廣泛的金屬材料第三章1.1.1集合的概念新情境·激趣入題方法警示探究新知識(shí)·預(yù)習(xí)探究新思維·名師講堂新提升·達(dá)標(biāo)作業(yè)新視點(diǎn)·專家博客新考題·隨堂自測新情境·激趣入題隨著科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，金屬的用途日新月異地變化著：改善鋼質(zhì)量的錳，用作戰(zhàn)爭金屬和宇宙潤滑劑的鉬，最難熔的金屬和光明的使者鎢，最硬的金屬鉻，最重的金屬鋨，會(huì)貯藏氣體的鈀，能顯示蹤跡的鈷，“長眼睛”的銣和銫，被稱為“原子能工業(yè)之寶”的鈹和鋰，

“多才多藝”的鋯，鋼鐵的維生素釩，不怕烈火的鉭，未來的金屬鈦，超導(dǎo)元素鈮，神通廣大的鋁，珍貴而實(shí)用的鉑，用途日新月異的銀，國際金融交換媒介的金，核時(shí)代的燃料鈾和釷……正在各顯神通，人類生活在金屬世界中，一刻也離不開金屬。下面我們就以生鐵和鋼為例，來了解合金有哪些方面的重要應(yīng)用？新知識(shí)·預(yù)習(xí)探究●學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解合金的定義及特性。2．了解銅合金和鋼的分類、組成及用途。3．初步認(rèn)識(shí)合理使用金屬材料的意義。●新知預(yù)習(xí)1．合金是由________或___________的金屬(或金屬跟非金屬)________而成的具有金屬特性的物質(zhì)。2．合金具有許多優(yōu)良的物理、化學(xué)或機(jī)械性能。如硬度________各成分金屬，熔點(diǎn)________各成分金屬。3．我國使用最早的合金是________。司母戊鼎是________制品，其成分為___________________等。常見的銅合金還有________(成分是Cu和Zn及少量的Sn、Pb、Al等)和________(成分是Cu和Ni、Zn及少量的Mn)。兩種

兩種以上

熔合

大于

低于

青銅

青銅

Cu、Sn、Pb

黃銅

白銅

4．用量最大、用途最廣的合金是________。鋼分為________和________兩大類。5．選擇材料時(shí)，常常要考慮以下幾個(gè)方面：(1)主要用途；(2)外觀；(3)物理性質(zhì)(如________、________、__________、__________、________)；(4)化學(xué)性質(zhì)；(5)價(jià)格；(6)加工難度；(7)日常維護(hù)；(8)對環(huán)境的影響等。鋼

碳素鋼

合金鋼

密度

硬度

強(qiáng)度

導(dǎo)電性

導(dǎo)熱性

●自主探究1．硬鋁是Al、Cu、Mg、Mn、Si的合金，它可用作制造飛機(jī)的材料，為什么不可以直接用Al來制造飛機(jī)呢？提示：選擇材料的首要條件是能夠滿足一定的需要，制造飛機(jī)的材料就要滿足降低起飛重量、強(qiáng)度高、耐沖擊、耐高溫等條件的要求，硬鋁合金重量小、硬度大，適合制造飛機(jī)外殼，而純鋁的硬度和強(qiáng)度都不合格，所以不可以直接用Al來制造飛機(jī)。大主宰網(wǎng)絡(luò)目錄2．首飾店里的金首飾除了黃金的以外，還有白金和鉑金的首飾，這么多品種，你能解釋它們的成分嗎？提示：在不規(guī)范的市場上，鉑金和K白金都被人習(xí)慣地叫做白金，所以有些消費(fèi)者懷疑鉑金和白金是不是一種金屬？鉑，也稱鉑金，它的英文是platium，一般以其縮寫Pt為代號(hào)。而商家所售的標(biāo)有18K白金或18KWG的金首飾，則是黃金中加入25%的鈀或鎳的白色合金，它實(shí)際上就是K金的一種，其黃金含量為75%。鉑金與K金可以從如下幾點(diǎn)進(jìn)行區(qū)別：鉑金是一種天然純白色的金屬，K白金是黃金與鈀、鎳、銀和鋅等金屬的合金，故又稱K白黃金。鉑金抗強(qiáng)酸、堿腐蝕，抗氧化，化學(xué)性質(zhì)比K白金穩(wěn)定。鉑金首飾均打有“Pt”印記及成色。而K白金的記號(hào)為“18KWG”。新思維·名師講堂●思維導(dǎo)圖合金及常見的合金●細(xì)品教材1．合金的概念由兩種或兩種以上的金屬(或金屬跟非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。2．合金的特性(1)合金具有許多優(yōu)良的物理、化學(xué)或機(jī)械性能。(2)合金的硬度一般大于其成分金屬。(3)合金的熔點(diǎn)多數(shù)低于其成分金屬。例如：已知四種金屬的熔沸點(diǎn)金屬NaCuAlFe熔點(diǎn)℃97.8110836601535沸點(diǎn)/℃883259522003000溫馨提示：(1)并非所有的金屬都能形成合金。因?yàn)閮煞N金屬，必須熔合在一起才能形成合金。根據(jù)數(shù)據(jù)分析當(dāng)銅達(dá)到熔點(diǎn)時(shí)，金屬鈉已達(dá)到了沸點(diǎn)，由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，故不能熔合在一起，同理，鐵與鈉也不能形成合金。而Fe與Cu，Al與Na能形成合金。(2)有關(guān)合金的問題，還要注意以下幾點(diǎn)：①合金一定含有金屬元素；②合金中可能含有非金屬元素；③合金一定是混合物；④合金同樣具有金屬的一切共性；⑤合金中成分元素的含量影響合金的性質(zhì)。3．合金的形成條件(1)金屬與金屬形成合金時(shí)：合金是金屬在熔化狀態(tài)時(shí)相互混合形成的，熔化時(shí)的溫度需達(dá)到成分金屬中熔點(diǎn)最高的金屬的熔點(diǎn)，但又不能超出成分金屬中沸點(diǎn)最低的金屬的沸點(diǎn)。一種金屬的熔點(diǎn)高于另一種金屬的沸點(diǎn)時(shí)則不能形成合金。(2)金屬與非金屬形成合金時(shí)：部分不活潑非金屬與金屬可形成合金，活潑非金屬與活潑金屬則不能形成合金。4．常見的合金(1)銅合金合金主要成分主要用途青銅銅、錫、鉛制機(jī)器零件，如軸承、齒輪等黃銅銅、鋅、錫、鉛、鋁制機(jī)器零件、儀表、日用品白銅銅、鎳、鋅、錳制醫(yī)療器械、代替銀作飾品(2)鐵合金鐵合金主要成分主要用途生鐵Fe、C(2%～4.3%)及Si、Mn、S、P等煉鋼、制各種鑄件鋼碳素鋼低碳鋼Fe、C(含碳量低于0.3%)制鋼板、鋼絲、鋼管中碳鋼Fe、C(含碳量為0.3%～0.6%)制鋼軌、車輪、建材高碳鋼Fe、C(含碳量高于0.6%)制器械、彈簧、刀具合金鋼錳鋼Fe、Mn制鋼軌、軸承、坦克裝甲硅鋼Fe、Si制變壓器、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)中的鐵芯不銹鋼Fe、Cr、Ni制醫(yī)療器械、炊具、反應(yīng)釜、容器鎢鋼刀具(3)其他合金名稱組成主要特性主要用途鋁合金含有10%～30%的鎂強(qiáng)度和硬度都比純鋁和純鎂大火箭、飛機(jī)、輪船等制造業(yè)硬鋁含銅4%、鎂0.5%、錳0.5%、硅0.7%強(qiáng)度和硬度都比純鋁大火箭、飛機(jī)、輪船等制造業(yè)鈦合金含鋁6%、釩4%耐高溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度用于宇航、飛機(jī)、造船、化學(xué)工業(yè)溫馨提示：合金的形成改變了金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對部分物理性質(zhì)影響較大，同時(shí)對化學(xué)性質(zhì)也有影響，如不銹鋼的抗腐蝕能力比純鐵強(qiáng)得多?！竦淅饰?/p>

(2014·經(jīng)典習(xí)題選萃)所謂合金必須是(

)①通過熔合而成②由兩種或兩種以上金屬或金屬與非金屬組成③耐腐蝕④耐高溫⑤具有金屬的特征⑥鑄造性能良好A．①②④

B．②①③C．①②⑤ D．③②①【解析】合金是指一種金屬跟另一種或幾種金屬或非金屬所組成的具有金屬特性的物質(zhì)。合金一般由各組分熔合成均勻的液體，再經(jīng)冷凝而制得。合金的基本元素是金屬，故具有金屬的特征。不同的合金其性能也不相同，用途也不一樣?！敬鸢浮緾●活學(xué)巧練1．(2014·試題調(diào)研)合金相對純金屬制成的金屬材料來說優(yōu)點(diǎn)是(

)①合金的硬度一般比它的各成分金屬的大②一般合金的熔點(diǎn)比它的各成分金屬的更低③改變原料的配比，改變生成合金的條件，可得到具有不同性能的合金④合金比純金屬的導(dǎo)電性更強(qiáng)⑤合金比純金屬的應(yīng)用范圍更廣泛A．①②③⑤ B．②③④C．①②④ D．①②④⑤【解析】合金具有許多優(yōu)良的物理、化學(xué)或機(jī)械性能，在許多方面優(yōu)于各成分金屬。例如，合金的硬度一般比各成分金屬硬度大，多數(shù)合金的熔點(diǎn)一般比各成分金屬的熔點(diǎn)低，但合金的導(dǎo)電性比純金屬弱?！敬鸢浮緼●思維導(dǎo)圖正確選用金屬材料2．正確使用金屬材料(1)選擇金屬材料應(yīng)考慮的因素①主要用途：材料的用途與材料的性能有很密切的關(guān)系。②外觀：不僅要材料本身外觀美，還要使材料的外觀與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)。③物理性質(zhì)：物理性質(zhì)包括密度、硬度、強(qiáng)度、伸縮性、導(dǎo)電導(dǎo)熱性、被水浸潤性等。④化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)主要包括在空氣、水、陽光、酸、堿、鹽等的環(huán)境里的化學(xué)穩(wěn)定性。這些性質(zhì)會(huì)影響到材料的使用壽命。⑤價(jià)格：考慮價(jià)格時(shí)要把對材料的基本需求和材料的基本性能放在前面。⑥加工難度：考慮加工難度時(shí)要將材料的性質(zhì)與加工的技術(shù)、設(shè)備相結(jié)合。⑦日常維護(hù)：金屬材料耐腐蝕性相對較弱，在選金屬材料時(shí)必須要考慮到使用后的日常維護(hù)問題。⑧對環(huán)境的影響：一是要考慮到在使用材料的過程中，它的反光性、放射性、產(chǎn)生的噪音等對環(huán)境的不利影響；二是要考慮到材料的廢棄物對環(huán)境有哪些不利影響。要盡量做到避免有關(guān)的不利影響。(2)正確使用金屬材料在使用金屬材料時(shí)，除注意選擇的因素外，還要考慮防止和減緩金屬材料的腐蝕?！竦淅饰?/p>

鋁鎂合金因堅(jiān)硬、輕巧、美觀、潔凈、易于加工而成為新型建筑裝潢材料，主要用于制作窗框、卷簾門、防護(hù)欄等。下列與這些用途無關(guān)的性質(zhì)是(

)A．不易生銹 B．導(dǎo)電性好C．密度小 D．強(qiáng)度高【解析】導(dǎo)電性與裝飾材料無關(guān)?！敬鸢浮緽●活學(xué)巧練2．某合金與鐵的物理性質(zhì)的比較如下表所示：還知該合金耐腐蝕、強(qiáng)度大。從以上性能看，該合金不適合做(

)A．導(dǎo)線 B．門窗框C．爐具 D．飛機(jī)外殼熔點(diǎn)/℃密度/g·cm－3硬度(金剛石為10)導(dǎo)電性(銀為100)某合金25003.007.42.3鐵15357.864.517【解析】由于該合金的強(qiáng)度和硬度均較大，且耐腐蝕，所以可以用作門框、爐具和制造飛機(jī)的材料，但由于其導(dǎo)電性差，所以不做導(dǎo)線使用?！敬鸢浮緼●思維導(dǎo)圖金屬混合物的組成判斷●細(xì)品教材利用金屬與酸或堿反應(yīng)的性質(zhì)取定量樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)一些可測量的物理量數(shù)值，利用關(guān)系式計(jì)算合金中某金屬元素的含量。實(shí)驗(yàn)探究：鋁鎂合金中鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定思路分析：要測定鋁、鎂合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，必須利用兩者性質(zhì)的差異——鎂不與NaOH溶液反應(yīng)，而鋁可與NaOH溶液反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，測定生成氫氣的量即可求出鋁的質(zhì)量，進(jìn)而求出鎂的含量。原理：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)裝置如圖：實(shí)驗(yàn)步驟：(1)取一塊鋁鎂合金，稱得其質(zhì)量為mg，放入圓底燒瓶中，按如圖組裝好裝置。(2)打開分液漏斗的活塞，向圓底燒瓶中放入足量NaOH溶液，至合金不再產(chǎn)生氣泡為止。(3)保持廣口瓶和量筒中液面高度相同，讀出量筒中水的體積，即為反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣的體積。(4)依據(jù)反應(yīng)原理，計(jì)算出合金中鋁的質(zhì)量，進(jìn)而求出鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。(已知實(shí)驗(yàn)條件下的氣體摩爾體積)溫馨提示：合金成分的測定分為定性和定量兩個(gè)過程，可通過觀察法大致判斷金屬的種類，也可能通過測定合金的密度對金屬的種類作一大致判斷。通過加酸、加堿驗(yàn)證離子的種類，對合金的成分作出精確判斷，再通過沉淀、氣體的測量即可實(shí)現(xiàn)定量測定。●典例剖析

(2014·試題調(diào)研)鋁鎂合金已成為輪船制造、化工生產(chǎn)等行業(yè)的重要材料。某研究性學(xué)習(xí)小組的三位同學(xué)，為測定某含鎂3%～5%的鋁鎂合金(不含其他元素)中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，設(shè)計(jì)下列三種不同實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究。填寫下列空白。問題討論：(1)某同學(xué)提出該實(shí)驗(yàn)裝置不夠完善，應(yīng)在A、B之間添加一個(gè)干燥、除酸霧的裝置。你的意見是____________(填“需要”或“不需要”)。(2)為使測定結(jié)果盡可能精確，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的問題是(寫出兩點(diǎn))：①________________________________；②________________________________________________________________________?！咎骄咳繉?shí)驗(yàn)方案：稱量xg鋁鎂合金粉末，放在如右圖所示裝置的惰性電熱板上，通電使其充分灼燒。問題討論：(1)欲計(jì)算Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，該實(shí)驗(yàn)中還需測定的數(shù)據(jù)是________。(2)若用空氣代替O2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對測定結(jié)果是否有影響？________(填“是”或“否”)?！窕顚W(xué)巧練3．某合金粉末11g，加入到足量的稀硫酸中，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下產(chǎn)生的氣體體積為11.2L，此合金可能是(

)A．Mg、Al合金 B．Cu、Zn合金C．Zn、Fe合金 D．Mg、Zn合金【答案】A

新考題·隨堂自測1．(2013·廣雅中學(xué)高一期末)合金是一類用途廣泛的金屬材料，下列物質(zhì)中不屬于合金的是(

)A．鋼 B．青銅C．黃銅 D．水銀【解析】水銀是單質(zhì)汞?！敬鸢浮緿2．(2013·滇池中學(xué)高一期末)在生活、生產(chǎn)中，目前用量最大，用途最廣的合金是(

)A．鈦合金 B．青銅C．鋼 D．硬鋁【答案】C3．(2013·遼寧實(shí)驗(yàn)中學(xué)高一期末)下列關(guān)于合金的說法不正確的是(

)A．青銅是一種銅錫合金B(yǎng)．合金中可以含有非金屬元素C．硬鋁比純鋁的硬度低D．儲(chǔ)氫合金是一類能大量吸收H2成金屬氫化物的材料【解析】合金的熔點(diǎn)一般低于其成分金屬，合金的硬度一般高于其成分金屬?！敬鸢浮緾4．(2014·經(jīng)典習(xí)題選萃)關(guān)于合金性質(zhì)的說法中，錯(cuò)誤的是(

)A．多數(shù)合金的硬度一般比其各成分金屬的硬度高B．多數(shù)合金的熔點(diǎn)一般比其各成分金屬的熔點(diǎn)低C．合金的物理性質(zhì)一般與其各成分金屬的物理性質(zhì)不同D．合金的化學(xué)性質(zhì)一般與其各成分金屬的化學(xué)性質(zhì)不同【