9.3金屬材料的性能及應(yīng)用-2024學(xué)年高一化學(xué)同步課堂（蘇教版2019必修第二冊(cè)）

第三節(jié)

金屬材料的性能及利用

專題九

金屬與人類文明授課人：學(xué)習(xí)目標(biāo)1．能從合金結(jié)構(gòu)與組成的角度理解合金的特殊性能，培養(yǎng)宏觀辨識(shí)與微觀探析的能力。2．能列舉常見(jiàn)合金的組成和性能，能科學(xué)、合理的選擇和使用金屬材料，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的金屬元素有90余種，這些元素為金屬材料的多樣性提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。越來(lái)越多的金屬材料被開(kāi)發(fā)和使用，在人類文明的進(jìn)程中發(fā)揮了重要作用。金屬材料因其優(yōu)良的性能，在改善人類生活、促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展的過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用，同時(shí)人們也從材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用視角拓展了化學(xué)科學(xué)研究的新領(lǐng)域。一、金屬材料的性能1、金屬的物理性質(zhì)性質(zhì)表現(xiàn)狀態(tài)顏色延展性導(dǎo)電、導(dǎo)熱性常溫下，除汞是液態(tài)外，其余都是固態(tài)不透明，有金屬光澤，大多數(shù)是銀白色，個(gè)別為其他顏色（如Au呈金黃色，Cu呈紅色）大多數(shù)較好，且延性與展性常一致，但不全一致，如Au的展性最好，Pt的延性最好易導(dǎo)電、導(dǎo)熱，導(dǎo)電性：Ag＞Cu＞Au＞Al＞Fe一、金屬材料的性能2、金屬的化學(xué)性質(zhì)通常情況下，金屬原子的最外層電子數(shù)較少，一般少于4個(gè)，在化學(xué)反應(yīng)中易失去電子，表現(xiàn)出較強(qiáng)的還原性。金屬元素在化合物中只有正價(jià)，沒(méi)有負(fù)價(jià)。一、金屬材料的性能3、正確選用金屬材料金屬材料在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活的各個(gè)方面應(yīng)用廣泛。

延展性、硬度、塑性密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等物理性能使用要求材料性能在使用過(guò)程中，必然會(huì)受到多種力的作用，從而體現(xiàn)出一些力學(xué)性能到導(dǎo)熱和導(dǎo)電的作用，而且能夠在一定溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作一、金屬材料的性能3、正確選用金屬材料

抗氧化性、耐酸堿性等化學(xué)性能可鑄性、可鍛性、切削加工性等工藝性能使用要求材料性能在使用過(guò)程中不可避免地會(huì)暴露在空氣中，或者接觸到一些化學(xué)藥品

從金屬原材料到最后的金屬產(chǎn)品，加工成型典例解析D例1．用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、航天飛機(jī)制動(dòng)閘的金屬，要有良好的熱學(xué)性能，如熔點(diǎn)高、比熱高、熱導(dǎo)率高、適宜的熱膨脹率等優(yōu)異性能。根據(jù)下表數(shù)據(jù)，用于制造制動(dòng)閘的最佳金屬材料為(

)金屬熔點(diǎn)(℃)比熱(J·g－1·K－1)熱導(dǎo)率(W·m－1·K－1)熱膨脹率(25℃)α(×106)A4180.10675.3711.76B9230.243153.6624.3C9330.215221.9123.6D15500.436146.511.6二、合金及其應(yīng)用將兩種或兩種以上的金屬（或金屬與非金屬）共熔制備出特殊的金屬材料。合金：焊錫生鐵和鋼錫和鉛的合金鐵和碳的合金二、合金及其應(yīng)用硬度一般高于它的成分金屬熔點(diǎn)一般低于它的成分金屬合金相比純金屬材料具有優(yōu)良的物理、化學(xué)或機(jī)械性能1、合金性能導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性一般低于它的成分金屬二、合金及其應(yīng)用思考：相比于成分金屬，為什么合金硬度更高、熔點(diǎn)更低？二、合金及其應(yīng)用固體的熔點(diǎn)與原子排列是否整齊有關(guān)。合金中原子的大小不一，與純金屬相比，排列整齊程度下降，使得原子之間的相互作用力減小。所以，多數(shù)合金的熔點(diǎn)一般比其組成金屬的熔點(diǎn)低。純金屬所有原子的大小和形狀相同，原子排列十分規(guī)整；加入較大或較小的其他元素的原子后，改變了金屬原子有規(guī)則的層狀排列，使原子層之間滑動(dòng)困難，合金硬度變大。二、合金及其應(yīng)用（1）組成合金的物質(zhì)不一定全是金屬，也可以有非金屬，但一定有金屬。（2）常溫下，多數(shù)合金是固態(tài)，但鈉鉀合金呈液態(tài)。（3）合金的物理性質(zhì)相比于成分金屬有所改變，但合金中各成分金屬的化學(xué)性質(zhì)仍然不變。（4）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。如果一種金屬還未熔化時(shí)，另一種金屬已經(jīng)氣化，則一般不能熔合在一起，如Cu與Na、Fe與Na等不能形成合金。注意：二、合金及其應(yīng)用2、常見(jiàn)合金鐵合金不銹鋼是一種重要的合金鋼，主要的合金元素是鉻(占12%～32%)，鉻具有很強(qiáng)的耐腐蝕性，在空氣中表面會(huì)生成一層致密的氧化物，防止內(nèi)部進(jìn)一步被氧化，從而保護(hù)了內(nèi)層金屬。不銹鋼抗腐蝕能力強(qiáng)，常用于制造醫(yī)療器材、廚房用具和餐具，以及地鐵列車的車體等。二、合金及其應(yīng)用2、常見(jiàn)合金鐵合金二、合金及其應(yīng)用2、常見(jiàn)合金鋁合金硬鋁等鋁合金成本低，性能優(yōu)異，密度小、強(qiáng)度大、塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，抗腐蝕能力強(qiáng)，裝飾效果好，在航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中都得到廣泛的應(yīng)用。目前鋁合金的使用量?jī)H次于鋼，發(fā)展前景廣闊。硬鋁：將銅、鎂、錳等加到鋁中。二、合金及其應(yīng)用2、常見(jiàn)合金武德合金由錫(熔點(diǎn)232℃)、鉍(熔點(diǎn)271℃)、鎘(熔點(diǎn)321℃)和鉛(熔點(diǎn)327℃)等金屬按照一定的質(zhì)量比制成的，熔點(diǎn)只有67℃。它可以用來(lái)做電器、火災(zāi)報(bào)警等裝置中的保險(xiǎn)絲。二、合金及其應(yīng)用鋁鋰合金具有低密度、高強(qiáng)度的特點(diǎn)。若用其代替常規(guī)的鋁合金，可使構(gòu)件質(zhì)量減輕10%～20%，強(qiáng)度提高15%～20%，具有較高的工作溫度、較好的高溫韌性與加工性能，且價(jià)格便宜，因此是21世紀(jì)航空飛行器較理想的結(jié)構(gòu)材料之一。我國(guó)“神舟號(hào)”航天飛船的許多部件就是用鋁鋰合金制造的。2、常見(jiàn)合金鋁鋰合金二、合金及其應(yīng)用鈦是一種新型金屬，制成的鈦合金強(qiáng)度高，密度小，耐熱性好，易于加工，抗腐蝕性強(qiáng)，遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼，即使將它們放入海水中數(shù)年，取出后仍然光亮如新。鈦和鈦合金被認(rèn)為是21世紀(jì)的重要金屬材料，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、火箭、導(dǎo)彈、航天飛機(jī)、船舶、化工和通信設(shè)備等領(lǐng)域。2、常見(jiàn)合金鈦合金二、合金及其應(yīng)用像鎳鉻鋁鐵、鎳鉻鋁銅等合金，具有很高的電阻率，可用于制備電路中的精密元件。2、常見(jiàn)合金其它合金三、無(wú)機(jī)非金屬材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質(zhì)組成的材料。是除有機(jī)高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統(tǒng)稱。傳統(tǒng)非金屬材料水泥玻璃陶瓷三、無(wú)機(jī)非金屬材料半導(dǎo)體材料硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是一種重要的半導(dǎo)體材料，被廣泛用于電子工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。工業(yè)上利用二氧化硅可以制得高純度的硅。三、無(wú)機(jī)非金屬材料光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅，可用來(lái)制造通訊光纜，用于光纖通信或傳送高強(qiáng)度的激光等。光導(dǎo)纖維導(dǎo)光能力非常強(qiáng)，一條光纜由上萬(wàn)條光導(dǎo)纖維組成，因此可以利用其傳輸大量的信息。用光纜代替普通的金屬通信電纜可以節(jié)約大量有色金屬。光導(dǎo)纖維三、無(wú)機(jī)非金屬材料新型陶瓷材料功能陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷具有機(jī)械功能、熱功能和部分化學(xué)功能，如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷等。功能陶瓷具有光、電、磁、化學(xué)和生物等方面的特殊功能，如壓電陶瓷等。三、無(wú)機(jī)非金屬材料高溫結(jié)構(gòu)陶瓷主要是指能在高溫條件下承受靜態(tài)或動(dòng)態(tài)機(jī)械負(fù)荷的陶瓷，主要有高溫氧化物（如氧化鋁陶瓷）和高溫非氧化物（如氮化硅陶瓷）兩大類。它們具有較好的高溫強(qiáng)度、耐熱震性、抗腐蝕、抗氧化和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等特性。高溫結(jié)構(gòu)材料彌補(bǔ)了金屬材料在高溫下不耐氧化、易腐蝕的不足。三、無(wú)機(jī)非金屬材料壓電陶瓷是具有壓電特性的電子陶瓷材料，其主要成分是鈦酸鋇和鈦酸鉛。壓電陶瓷對(duì)外力極為敏感，可將極其微弱的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，常被用于聲吶系統(tǒng)、氣象探測(cè)、遙測(cè)環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。用它制作的壓電地震儀能精確地測(cè)出地震強(qiáng)度、方位和距離。典例解析例2.我國(guó)自主研發(fā)的新一代動(dòng)車組在京滬高鐵上跑出過(guò)486.1千米的世界列車最高時(shí)速，這得益于全路鋪設(shè)的優(yōu)質(zhì)無(wú)縫平滑的超長(zhǎng)鋼軌。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是（）A.制造鋼軌的材料是鋼，鋼是用量最大的合金B(yǎng).鋼的熔點(diǎn)比純鐵的熔點(diǎn)高，而純鐵的用途更廣泛C.我國(guó)在商代就開(kāi)始使用銅合金D.鋁合金的強(qiáng)度、硬度比組成合金各成分金屬的大B課堂小結(jié)金屬材料的性能合金及其應(yīng)用不良反應(yīng)金屬的物理性質(zhì)金屬的化學(xué)性質(zhì)正確選擇金屬材料合金性能常見(jiàn)合金隨堂練習(xí)1.下列關(guān)于合金的敘述中不正確的是（）A.合金都是由兩種或兩種以上的金屬熔合而成的B.一般來(lái)說(shuō)，合金的硬度大于其成分金屬，熔點(diǎn)低于其成分金屬C.鋼是用量最大、用途最廣的合金，青銅是我國(guó)記載使用最早的合金D.使用不同的原料，改變?cè)系呐浔?，變更制造合金的工藝等，可以制得具有不同性能的合金A隨堂練習(xí)2.據(jù)報(bào)道，某核潛艇上的核反應(yīng)堆使用了液態(tài)鋁鈉合金作載熱介質(zhì)。下列有關(guān)說(shuō)法不恰當(dāng)?shù)氖牵?/p>