合金課件高一上學(xué)期化學(xué)人教版

第三章

鐵

金屬材料第二節(jié)

金屬材料第一課時(shí)

合金1、了解鐵合金的分類(lèi)及用途。2、了解鋁合金的分類(lèi)及用途。3、了解新型合金的分類(lèi)及用途。教學(xué)目標(biāo)課前導(dǎo)入人類(lèi)文明史，從某種意義上說(shuō)，也是世界材料的發(fā)展史。陶瓷、青銅和鐵等材料的興起和廣泛應(yīng)用對(duì)社會(huì)進(jìn)步起到了關(guān)鍵的推動(dòng)作用，這些材料成為劃分一個(gè)時(shí)代的重要標(biāo)志，如石器時(shí)代、青銅時(shí)代、鐵器時(shí)代。石器時(shí)代銅器時(shí)代鐵器時(shí)代合成材料課前導(dǎo)入鋁合金[思考與討論]

制造飛機(jī)的材料中為什么大量使用鋁合金而不用純鋁？純鋁的強(qiáng)度不夠，為了確保飛機(jī)的機(jī)身材質(zhì)能夠抵抗得住高速飛行時(shí)的阻力壓強(qiáng)，又要兼顧減輕機(jī)體重量，所以選用了高強(qiáng)度的鋁合金。一、合金材料1.金屬材料：是指金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材料的統(tǒng)稱(chēng)。2.合金：是由兩種或兩種以上的金屬(或金屬和非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。純金屬合金90多種幾千種金屬材料物理變化故合金中各成分保持各自原有的化學(xué)性質(zhì)一、合金材料1.金屬材料：是指金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材料的統(tǒng)稱(chēng)。2.合金：是由兩種或兩種以上的金屬(或金屬和非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。?

注意：合金可以由金屬與金屬熔合而成，也可以由金屬與非金屬熔合而成。?

例如：生鐵和鋼就是含碳量不同的兩種鐵合金。純金屬合金90多種幾千種金屬材料一、合金材料3.合金與純金屬的性能差異：(1)合金的硬度比其成分金屬

，機(jī)械性能一般

各成分金屬。(2)合金的熔點(diǎn)一般

各成分金屬。(3)合金的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性低于各成分金屬。利用合金的這一特性，可制造高電阻和高熱阻材料，制造有特殊性能的材料。(4)有的抗腐蝕能力強(qiáng)(如不銹鋼)。(5)具有金屬通性。大優(yōu)于低于一、合金材料

思考1：已知銅的熔點(diǎn)為1083℃，鈉的沸點(diǎn)為883℃，請(qǐng)

問(wèn)銅和鈉能否形成合金？

思考2：合金比成分金屬的硬度一般都大，原因是什么？[解析]不能，當(dāng)銅開(kāi)始熔化時(shí)，鈉已經(jīng)汽化，故二者不能形成合金。[解析]純金屬內(nèi)所有原子的大小和形狀相同，原子的排列十分規(guī)整，形成合金后，改變了有規(guī)則的層狀排列，使原子之間的相對(duì)滑動(dòng)變得困難，導(dǎo)致合金的硬度變大。形成合金的前提是兩種金屬在同一溫度范圍內(nèi)都能熔化，如果一種金屬的熔點(diǎn)高于另一種金屬的沸點(diǎn)時(shí)，二者不能形成合金。一、合金材料在純金屬內(nèi)加入其他元素形成合金以后，結(jié)構(gòu)發(fā)生變化使性能出現(xiàn)很大的差異。例如，常見(jiàn)的一些合金的硬度比其成分金屬的大，是因?yàn)樵诮饘賰?nèi)，所有原子的大小和形狀都是相同的，原子的排列十分規(guī)整；加入或大或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，使原子層之間的相對(duì)滑動(dòng)變得困難，導(dǎo)致合金的硬度變大。合金的性能可以通過(guò)所添加的合金元素的種類(lèi)、含量和生成合金的條件等來(lái)加以調(diào)節(jié)。對(duì)應(yīng)訓(xùn)練[典例1]下列關(guān)于合金的敘述正確的是()

①具有金屬的特性②通過(guò)熔合而成

③含有兩種或兩種以上金屬或金屬與非金屬

④一般來(lái)說(shuō)，合金的熔點(diǎn)比各成分的熔點(diǎn)低A．①② B．③④

C．②③④

D．全部D對(duì)應(yīng)訓(xùn)練[典例2]人類(lèi)的日常生活中離不開(kāi)合金，下列物質(zhì)中不屬于合金的是()A．用于門(mén)窗框架上的硬鋁B．用于冶煉金屬鐵的赤鐵礦C．用于生產(chǎn)鐵鍋的生鐵D．用于制造手術(shù)刀的不銹鋼B對(duì)應(yīng)訓(xùn)練[典例3]某合金與鐵的物理性質(zhì)的比較如表所示：又知該合金耐腐蝕，強(qiáng)度大，從以上性能看該合金不適合制()A．導(dǎo)線(xiàn)

B．門(mén)窗框

C．爐具

D．飛機(jī)外殼A

熔點(diǎn)/℃密度/(g/cm3)硬度(金剛石為10)導(dǎo)電性(銀為100)某合金25003.007.42.3鐵15357.864～517二、鐵合金鐵合金生鐵鋼(2%

~

4.3%)(0.03%~2%)根據(jù)含碳量不同?性能：硬度大、抗壓、性脆、可以鑄造成型。?用途：制造機(jī)座和管道等。?性能：良好的延展性和機(jī)械性，可鍛軋和鑄造。?用途：制造機(jī)械和交通工具。

?鋼是用量最大、用途最廣的合金。1、鐵合金二、鐵合金低碳鋼(低于0.3%)中碳鋼(0.3%~0.6%)高碳鋼(高于0.6%)根據(jù)化學(xué)成分2、鋼的分類(lèi)(1)鋼是用量_____、用途最廣的合金，分為：_______和_______。(2)碳素鋼：最大碳素鋼合金鋼鋼碳素鋼合金鋼韌性、焊接性好，但強(qiáng)度低，用于制造鋼板、鋼絲和鋼管等。強(qiáng)度高，韌性及加工性好，用于制造鋼軌、車(chē)輪和建材等。硬而脆，熱處理后彈性好，用于制造器械、彈篢和刀具等。二、鐵合金2、鋼的分類(lèi)(3)合金鋼：

合金鋼也叫特種鋼，是在碳素鋼里適量地加入一種或幾種合金元素，使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使鋼具有各種特殊性能，如強(qiáng)度、硬度大，可塑性、韌性好，耐磨，耐腐蝕等。醫(yī)療器材廚房用具和餐具地鐵列車(chē)的車(chē)體二、鐵合金名稱(chēng)主要合金元素主要特性主要用途不銹鋼鉻(Cr)、鎳(Ni)比較穩(wěn)定，不易生銹，具有很強(qiáng)的抗腐蝕能力醫(yī)療器材、廚房用具和餐具、地鐵列車(chē)的車(chē)體材質(zhì)等超級(jí)鋼Mn

CAl

V強(qiáng)度很大且耐磨，能夠?qū)崿F(xiàn)鋼板的輕薄化汽車(chē)、航空和航天等領(lǐng)域錳鋼錳(Mn)韌性好，硬度大鋼軌、軸承、鋼模、挖掘機(jī)鏟斗、坦克裝甲硅鋼硅(Si)導(dǎo)磁性好變壓器、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)中的鐵芯鎢鋼鎢(W)耐高溫、硬度大刀具二、鐵合金

思考1：碳素鋼的含碳量的高低與其硬度、韌性有何關(guān)系？[解析]碳素鋼的含碳量越高，硬度越大；含碳量越低，韌性越好。

思考2：在碳素鋼中，由于含碳量不同，高碳鋼、中碳鋼和低碳鋼的性能有很大差異；向碳素鋼中加入不同的合金元素，可制得不同性能的合金鋼。這對(duì)你有什么啟示？[解析]1、合金元素不同，其性能不同。

2、結(jié)構(gòu)決定性能，性能決定其用途。

3、改變?cè)氐姆N類(lèi)和含量可以調(diào)節(jié)金屬的性能。對(duì)應(yīng)訓(xùn)練[典例4]判斷正誤。(1)合金一定是不同金屬熔合而成的具有金屬特性的化合物()(2)生鐵的熔點(diǎn)比純鐵低，但機(jī)械強(qiáng)度和硬度比純鐵高()(3)鐵、鉻、鎳熔合成不銹鋼是化學(xué)變化()(4)生鐵中的鐵與純鐵的化學(xué)性質(zhì)不同()(5)地震災(zāi)區(qū)重建要使用大量鋼材，鋼材是合金()對(duì)應(yīng)訓(xùn)練[典例4]判斷正誤。(6)人類(lèi)歷史上使用最早的合金是青銅。(

)(7)合金中只存在金屬元素，不可能有非金屬元素。(

)(8)鎂鋁熔合成合金的過(guò)程是化學(xué)變化。(

)(9)合金的硬度一般比它的各成分金屬的小。(

)(10)一般合金的熔點(diǎn)比它的各成分金屬的低。(

)三、鋁鋁制餐具鋁合金門(mén)窗鋁制電線(xiàn)易拉罐?鐵合金、鋁合金是生活、生產(chǎn)中使用最廣泛的金屬材料。三、鋁?

鋁是地殼中含量最高的金屬元素?

鋁是一種活潑金屬，常溫下能被空氣中的氧氣氧化，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。4Al＋3O2===2Al2O3?

鋁容易被空氣氧化，那為什么人們?nèi)粘Ｉ钪锌傁矚g使用鋁合金制造的物品呢？

因?yàn)楸砻娓采w著的致密的氧化膜薄膜起著保護(hù)內(nèi)部金屬的作用。三、鋁1、鋁的物理性質(zhì)顏色狀態(tài)延展性硬度外觀(guān)其它銀白色金屬常溫下為固體延展性好質(zhì)地軟電和熱的良導(dǎo)體具有金屬光澤

熔點(diǎn)：660.4℃

沸點(diǎn)：2467℃三、鋁2、鋁元素的原子結(jié)構(gòu)易失去3個(gè)電子還原性AlAl3+3、鋁的用途①純鋁用作導(dǎo)線(xiàn)；②鋁合金用于制造汽車(chē)、飛機(jī)、生活用品等。三、鋁4、鋁的化學(xué)性質(zhì)①常溫：鋁與空氣中的氧氣反應(yīng)，表面生成一層致密的氧化鋁薄膜，對(duì)內(nèi)部金屬起著保護(hù)作用，化學(xué)方程式為：4Al＋3O2===2Al2O3

②點(diǎn)燃：鋁在氧氣中點(diǎn)燃，放出大量的熱和耀眼的白光，化學(xué)方程式為：4Al＋3O2===2Al2O3

與氧氣反應(yīng)點(diǎn)燃三、鋁4、鋁的化學(xué)性質(zhì)與鹽酸反應(yīng)[實(shí)驗(yàn)3-4]

在一支試管中加入5mL鹽酸，再向試管中放入一小塊鋁片。觀(guān)察現(xiàn)象。過(guò)一段時(shí)間后，將點(diǎn)燃的木條放在試管口，你觀(guān)察到什么現(xiàn)象？三、鋁4、鋁的化學(xué)性質(zhì)與鹽酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：剛開(kāi)始沒(méi)有氣泡，一段時(shí)間后，鋁片逐漸溶解，有無(wú)色氣泡冒出，將點(diǎn)燃的木條放在試管口有爆鳴聲。Al2O3＋6HCl==2AlCl3＋3H2O

2Al＋6HCl==2AlCl3＋3H2↑

Al2O3＋6H＋==2Al3＋＋3H2O

2Al＋6H＋==2Al3＋＋3H2↑

三、鋁4、鋁的化學(xué)性質(zhì)與氫氧化鈉反應(yīng)[實(shí)驗(yàn)3-5]

在兩支試管中分別加入少量的NaOH溶液，然后向其中一支試管中放入一小塊鋁片，向另一支試管中放入用砂紙仔細(xì)打磨過(guò)(除去表面的氧化膜)的一小塊鋁片。觀(guān)察現(xiàn)象。過(guò)一段時(shí)間后，將點(diǎn)燃的木條分別放在兩支試管口。你觀(guān)察到什么現(xiàn)象?三、鋁4、鋁的化學(xué)性質(zhì)與氫氧化鈉反應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：試管①中一開(kāi)始無(wú)氣泡產(chǎn)生，一段時(shí)間后，鋁片逐漸溶解，有無(wú)色氣泡冒出，試管②中鋁片溶解，立即產(chǎn)生無(wú)色氣泡，將點(diǎn)燃的木條放在試管口，都有爆鳴聲(說(shuō)明均有H2生成)Al2O3＋2NaOH＋3H2O==2Na[Al(OH)4]2Al＋2NaOH＋6H2O==2Na[Al(OH)4]＋3H2↑Al2O3＋2OH—＋3H2O==2Al(OH)4—2Al＋2OH—＋6H2O==2Al(OH)4—＋3H2↑

四羥基合鋁酸鈉四羥基合鋁酸根離子四、氧化鋁和氫氧化鋁1、Al2O3兩性氧化物：既能與酸反應(yīng)生成鹽和水，又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物。2、Al(OH)3兩性氫氧化物：既能與酸反應(yīng)生成鹽和水，又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氫氧化物。Al(OH)3溶于鹽酸：Al(OH)3＋3HCl

==AlCl3＋3H2OAl(OH)3溶于NaOH溶液：Al(OH)3＋NaOH

==Na[Al(OH)4]四、氧化鋁和氫氧化鋁1、Al2O3兩性氧化物：既能與酸反應(yīng)生成鹽和水，又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物。(1)白色固體，難溶于水，純凈的氧化鋁俗稱(chēng)剛玉。(2)熔點(diǎn)高(2050℃)，可制作耐火材料。(3)硬度大，可制作防彈玻璃。四、氧化鋁和氫氧化鋁鋁制餐具為何不易用來(lái)蒸煮或長(zhǎng)時(shí)間存放酸性或堿性食品？[解釋]由于A(yíng)l和Al2O3均能與酸、堿反應(yīng)，因此鋁制餐具不宜用來(lái)蒸煮或長(zhǎng)時(shí)間存放酸性或堿性食物。鋁比鐵活潑，但是鋁的抗腐蝕性卻比鐵強(qiáng)的多，這是為什么呢？[解釋]常溫下，活潑的金屬在空氣中易與氧氣反應(yīng)，表面生成一層氧化膜，但有的氧化膜致密，可以保護(hù)內(nèi)部的金屬不會(huì)繼續(xù)被氧化，如鎂、鋁表面的氧化膜，因此鎂、鋁可在空氣中保存；有的氧化膜疏松，不能保護(hù)內(nèi)部金屬，如鐵表面形成的鐵銹。四、氧化鋁和氫氧化鋁

如何除去鐵粉中的鋁粉？如何除去氧化鐵中的氧化鋁？[解釋]向樣品加入足量的NaOH溶液，然后過(guò)濾、洗滌、干燥。五、鋁合金鋁合金：鋁合金是目前用途廣泛的合金之一。鋁合金具有密度小、強(qiáng)度高、塑性好、制造工藝簡(jiǎn)單、成本低、耐抗腐蝕等特點(diǎn)，主要用于建筑外墻材料及房屋的門(mén)窗，可制成汽車(chē)車(chē)輪骨架和飛機(jī)構(gòu)件等。主要組成元素主要特性主要用途鋁合金硬鋁Al、Mg、Cu、Si、Mn等(Mg0.5%、Cu4%、Si0.7%、Mn0.5%)密度小，強(qiáng)度和硬度都比純鋁的大，具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力用于汽車(chē)、飛機(jī)、火箭、船舶等制造業(yè)鎂鋁合金Mg、Al強(qiáng)度和硬度都比純鋁和純鎂的大用于火箭、飛機(jī)、輪船等制造業(yè)Al(OH)4—?dú)w納總結(jié)——Al3+、Al(OH)3、Al(OH)4—的轉(zhuǎn)化對(duì)應(yīng)訓(xùn)練[典例5]取等質(zhì)量的鋁粉兩份，分別放入足量的濃氫氧化鈉溶液和鹽酸溶液中，充分反應(yīng)后，兩者放出氫氣的體積()A．1：1 B．1：3 C．1：2 D．2：1A2Al＋6HCl==2AlCl3＋3H2↑

2Al＋2NaOH＋6H2O==2Na[Al(OH)4]＋3H2↑對(duì)應(yīng)訓(xùn)練[典例6]用氧化鋁為原料來(lái)制取氫氧化鋁的最好的方法是(

)A．將氧化鋁粉末溶于水 B．將氧化鋁粉末溶于鹽酸，再滴加氫氧化鈉溶液C．將氧化鋁粉末溶于鹽酸中，再滴加氨水 D．將氧化鋁粉末溶于氫氧化鋁溶液中，再滴加鹽酸C六、新型合金儲(chǔ)氫合金記憶合金鈦合金耐熱合金近年來(lái)，為滿(mǎn)足某些尖端技術(shù)發(fā)展的需要，人們又設(shè)計(jì)和合成了許多新型合金。六、新型合金六、新型合金六、新型合金六、新型合金儲(chǔ)氫合金是一類(lèi)能夠大量吸收H2，并與H2結(jié)合成金屬氫化物的材料。具有實(shí)用價(jià)值的儲(chǔ)氫合金要求儲(chǔ)氫量大，金屬氫化物既容易形成，稍稍加熱又容易分解，室溫下吸、放氫的速率快，如Ti-Fe合金和La-Ni合金等。氫能利用存在兩大難題是：制取和儲(chǔ)存。新型儲(chǔ)氫合金材料的研究和開(kāi)發(fā)將為氫氣作為能源的實(shí)際應(yīng)用起到重要的推動(dòng)作用。儲(chǔ)氫合金常溫常壓升溫減壓六、新型合金鈦合金強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高。鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。鈦的外形很像鋼鐵，但遠(yuǎn)比鋼鐵堅(jiān)硬，而重量只有同樣大小的鋼鐵的一半。安然無(wú)恙的“躺”在各種強(qiáng)酸、強(qiáng)堿中；連比較兇猛的酸—王水，也不能腐蝕它。六、新型合金耐熱合金在高溫下還具有高強(qiáng)度和良好的抗氧化性，因而可用于熱處理工業(yè)，制造各種結(jié)構(gòu)件。六、新型合金形狀記憶合金是一種原子排列很有規(guī)則、體積變?yōu)樾∮?.5%的馬氏體相變合金。這種合金在外力作用下會(huì)產(chǎn)生變形，當(dāng)把外力去掉，在一定的溫度條件下，能恢復(fù)原來(lái)的形狀。由于它具有百萬(wàn)次以上的恢復(fù)功能，因此叫作“記憶合金”。六、新型合金形狀記憶合金發(fā)射人造衛(wèi)星之前，將拋物面天線(xiàn)折疊起來(lái)裝進(jìn)衛(wèi)星體內(nèi)，火箭升空把人造衛(wèi)星送到預(yù)定軌道后，只需加溫，折疊的衛(wèi)星天線(xiàn)因具有"記憶"功能而自然展開(kāi)，恢復(fù)拋物面形狀。六、新型合金在金屬元素中，有一類(lèi)性質(zhì)相似，并在自然界共生在一起的稀土元素，他們是元素周期表中原子序數(shù)從57~71（從鑭至镥，稱(chēng)為鑭系元素）的15種元素以及鈧和釔，共17種元素。稀土元素在科技、生產(chǎn)中有廣泛的用途，被譽(yù)為新材料的寶庫(kù)。

稀土金屬既可單獨(dú)使用，也可用于生產(chǎn)合金。在合金中加入適量稀土金屬，能大大改善合金的性能。因而，稀土元