第三章 金屬及其化合物 第三節(jié) 用途廣泛的金屬材料

1、高一年級高一年級 化學(xué)必修化學(xué)必修1一、合金的概念及特性：一、合金的概念及特性：合金是合金是由兩種或兩種以上的由兩種或兩種以上的金屬或金屬或非金屬非金屬熔合而成的熔合而成的, ,具有金屬特性具有金屬特性的物質(zhì)。的物質(zhì)。1 1、合金的概念、合金的概念 ：2、合金的物理性質(zhì)：、合金的物理性質(zhì)：1）一般情況下，合金比純金屬）一般情況下，合金比純金屬硬度大硬度大2）多數(shù)合金的）多數(shù)合金的熔點熔點一般比各成分金屬一般比各成分金屬 的的低低3）一般來說，合金的性質(zhì)并不是各成）一般來說，合金的性質(zhì)并不是各成分的性質(zhì)的總和，分的性質(zhì)的總和，合金具有優(yōu)良的物合金具有優(yōu)良的物理、化學(xué)或機(jī)械的性能理、化學(xué)或機(jī)械的性

2、能4）合金的性能可以通過所添加的合金）合金的性能可以通過所添加的合金元素的種類、含量和生成合金的條件元素的種類、含量和生成合金的條件等來加以調(diào)節(jié)。等來加以調(diào)節(jié)。如：生鐵的熔點比純鐵的低；如：生鐵的熔點比純鐵的低；硬鋁（硬鋁（Cu、Mn、Si）的強(qiáng)度和硬度都的強(qiáng)度和硬度都比純鋁大。比純鋁大。注意：注意：合金中一定含有金屬元素合金中一定含有金屬元素合金中也可能含有非金屬元素合金中也可能含有非金屬元素合金一定是混合物合金一定是混合物合金中成分的含量影響合金的性質(zhì)。合金中成分的含量影響合金的性質(zhì)。 二、常見的合金及用途：二、常見的合金及用途： 使用不同的原料，改變原料的配使用不同的原料，改變原料的配比

3、以及改變生成合金的條件等，可以比以及改變生成合金的條件等，可以制得具有不同性能的合金。合金在工制得具有不同性能的合金。合金在工業(yè)上的用途比純金屬更廣、更重要。業(yè)上的用途比純金屬更廣、更重要。河南安陽河南安陽司母戊鼎司母戊鼎青銅、黃銅、白銅和錳銅青銅、黃銅、白銅和錳銅青銅青銅黃銅（黃銅（CuZn，Zn20%36%）古代稱為藥金，密度比黃金小，外觀古代稱為藥金，密度比黃金小，外觀與金非常相似，常被誤認(rèn)為是黃金。與金非常相似，常被誤認(rèn)為是黃金。假如是你，你怎樣來判別假如是你，你怎樣來判別“藥金藥金”和和黃金？黃金？白銅（白銅（Cu和鎳）和鎳）不易生銅綠不易生銅綠銅錳合金，具有極高的電阻。銅錳合金，具

4、有極高的電阻。2、鋼、鋼生鐵和生鐵和鋼鋼就是鐵的合金，就是鐵的合金，其中其中鋼鋼使用量最大、用途最廣的合金。使用量最大、用途最廣的合金。生鐵的含碳量為生鐵的含碳量為2%4.3%之間；之間；鋼鋼的含碳量在的含碳量在0.03%2%之間。之間。根據(jù)化學(xué)成分，把分為兩大類：根據(jù)化學(xué)成分，把分為兩大類：碳素鋼碳素鋼合金鋼合金鋼低碳鋼低碳鋼中碳鋼中碳鋼含碳量低含碳量低 0.3%0.3%0.6%高碳鋼高碳鋼含碳量高于含碳量高于0.6%鋼鋼合金鋼可用于制不銹鋼及各種特種鋼。合金鋼可用于制不銹鋼及各種特種鋼。3、鋁合金、鋁合金硬鋁：硬鋁：Cu 4%、 Mg 0.5%、 Mn 0.5%、Si 0.7%特點：密度小

5、、強(qiáng)度高、抗腐蝕特點：密度小、強(qiáng)度高、抗腐蝕用途：制造飛機(jī)和宇宙飛船用途：制造飛機(jī)和宇宙飛船鋁鋁“有翼的金屬有翼的金屬” “會飛的金會飛的金屬屬”實踐活動角色扮演角色扮演是否應(yīng)該停止使用鋁質(zhì)飲料罐課堂課堂實踐實踐你的聲音，有我們重視你的聲音，有我們重視“是否應(yīng)該停止使用鋁質(zhì)飲料罐是否應(yīng)該停止使用鋁質(zhì)飲料罐” 聽證會聽證會飲料公司工人、采礦工人的聲音飲料公司工人、采礦工人的聲音老板的訴求老板的訴求售貨員的話售貨員的話消費者有話要說消費者有話要說環(huán)保官員的呼吁環(huán)保官員的呼吁公司回收人員的說法公司回收人員的說法鋁制飲料罐可回收利用鋁制飲料罐可回收利用 據(jù)估算，據(jù)估算，回收一個鋁回收一個鋁制飲料罐比制

6、飲料罐比制造一個新制造一個新飲料罐節(jié)省飲料罐節(jié)省20%,20%,而且還而且還可以節(jié)約金可以節(jié)約金屬資源和屬資源和95%95%的能源。的能源。我們的共識我們的共識聽證會共識：聽證會共識： 使用鋁質(zhì)飲料罐有利有弊，但回使用鋁質(zhì)飲料罐有利有弊，但回收鋁質(zhì)飲料罐是目前趨利避害的最有收鋁質(zhì)飲料罐是目前趨利避害的最有效也是最急迫的做法。畢竟，環(huán)境保效也是最急迫的做法。畢竟，環(huán)境保護(hù)已經(jīng)是全社會的共識，投身環(huán)保，護(hù)已經(jīng)是全社會的共識，投身環(huán)保，不只是你我的責(zé)任。不只是你我的責(zé)任。 某家庭準(zhǔn)備裝修（計劃用某家庭準(zhǔn)備裝修（計劃用10年），可年），可供使用的材料有木材、鋼鐵、鋁合金供使用的材料有木材、鋼鐵、鋁合金

7、和和塑鋼塑鋼，請你調(diào)查每種材料的性能、，請你調(diào)查每種材料的性能、價格、制造及安裝成本、利弊，進(jìn)行價格、制造及安裝成本、利弊，進(jìn)行分析。你認(rèn)為選用哪種材料比較好？分析。你認(rèn)為選用哪種材料比較好？說明理由。說明理由。與你與你對話對話性能性能價格價格制造安裝制造安裝成本成本木材木材鋁合金鋁合金塑鋼塑鋼鋼鐵鋼鐵一般一般耐用、牢固耐用、牢固 質(zhì)輕高強(qiáng)、質(zhì)輕高強(qiáng)、美觀、耐腐蝕美觀、耐腐蝕保溫隔熱、保溫隔熱、隔音降噪隔音降噪適中適中適中適中適中適中較高較高較高較高適中適中適中適中較高較高選用金屬材料時應(yīng)該考慮的因素：選用金屬材料時應(yīng)該考慮的因素： 給我的啟示給我的啟示1.主要用途主要用途2.外觀外觀3.物理

8、性質(zhì)物理性質(zhì)4.化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)5.價格價格6.加工難度加工難度7.日常維護(hù)日常維護(hù)8.對環(huán)境的影響對環(huán)境的影響科學(xué)視野科學(xué)視野用途廣泛的稀土金屬稀土元素是鑭系元素系稀土類元素群稀土元素是鑭系元素系稀土類元素群的總稱，包含鈧的總稱，包含鈧Sc、釔、釔Y及鑭系中的鑭及鑭系中的鑭La、鈰、鈰Ce、鐠、鐠Pr、釹、釹Nd、钷、钷Pm、釤、釤Sm、銪、銪Eu、釓、釓Gd、鋱、鋱Tb、鏑、鏑Dy、鈥、鈥Ho、鉺、鉺Er、銩、銩Tm、鐿、鐿Yb、镥、镥Lu，共，共17個元素。稀土元素個元素。稀土元素能與其它元素組能與其它元素組成品種繁多、功能千變?nèi)f化，用途各成品種繁多、功能千變?nèi)f化，用途各異的新型材料，被

9、稱為異的新型材料，被稱為“現(xiàn)代工業(yè)的現(xiàn)代工業(yè)的維生素，和神奇的新材料寶庫維生素，和神奇的新材料寶庫。” 我國稀土資源我國稀土資源占世界稀土資源的占世界稀土資源的80%，以氧化物以氧化物(REO)計達(dá)計達(dá)3600萬噸，遠(yuǎn)景儲萬噸，遠(yuǎn)景儲量實際是量實際是1億噸。我國稀土資源分南北兩億噸。我國稀土資源分南北兩大塊。大塊。北方：輕稀土資源北方：輕稀土資源，集中在包頭，集中在包頭白云鄂博特等地，以后在四川冕寧又有白云鄂博特等地，以后在四川冕寧又有發(fā)現(xiàn)。主要含鑭、鈰、鐠、釹和少量釤發(fā)現(xiàn)。主要含鑭、鈰、鐠、釹和少量釤、銪、釓等元素；、銪、釓等元素；南方：中重稀土資源南方：中重稀土資源，分布在江，分布在江西、

10、廣東、廣西、福建、湖南等省，以西、廣東、廣西、福建、湖南等省，以罕見的離子態(tài)賦存與花崗巖風(fēng)化殼層中罕見的離子態(tài)賦存與花崗巖風(fēng)化殼層中，主要含釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺，主要含釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔和鑭、釹等元素。、銩、鐿、镥、釔和鑭、釹等元素。 稀土作為基體元素能制造出具有稀土作為基體元素能制造出具有特殊特殊“光電磁光電磁”性能性能的多種功能材料，的多種功能材料，如如稀土永磁材料稀土永磁材料，稀土鎳氫電池材料稀土鎳氫電池材料，稀土熒光材料稀土熒光材料，稀土催化劑稀土催化劑。稀土激稀土激光材料光材料，稀土精密陶瓷材料稀土精密陶瓷材料。生物工生物工程材料程材料等，它們都是發(fā)展電

11、子信息產(chǎn)等，它們都是發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)，開發(fā)新能源，治理環(huán)保和國防尖業(yè)，開發(fā)新能源，治理環(huán)保和國防尖端技術(shù)等方面必不可缺少的材料。端技術(shù)等方面必不可缺少的材料。 例如稀土永磁材料（釹鐵硼永磁）是當(dāng)例如稀土永磁材料（釹鐵硼永磁）是當(dāng)今磁性最強(qiáng)的永磁體，它被稱今磁性最強(qiáng)的永磁體，它被稱“一代磁一代磁王王”。稀土永磁材料現(xiàn)已廣泛的用到了稀土永磁材料現(xiàn)已廣泛的用到了微型電機(jī)，工業(yè)用電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、微型電機(jī)，工業(yè)用電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、音響設(shè)備、儀器儀表。航天航空通訊，音響設(shè)備、儀器儀表。航天航空通訊，醫(yī)用核磁共振成像儀等方面醫(yī)用核磁共振成像儀等方面。 稀土永磁材料用于電機(jī)，使設(shè)備小稀土永磁材料用于電機(jī)，使

12、設(shè)備小型化，輕型化，同等功率的電機(jī)，型化，輕型化，同等功率的電機(jī)，體積體積和重量減少和重量減少30%以上以上。用。用稀土永磁同步稀土永磁同步電機(jī)代替工業(yè)上的異步電機(jī)電機(jī)代替工業(yè)上的異步電機(jī)，節(jié)電率可節(jié)電率可達(dá)達(dá)12-15%，真正的稀土三基色熒光燈代真正的稀土三基色熒光燈代替白熾燈替白熾燈，節(jié)電率可達(dá)到節(jié)電率可達(dá)到80%。稀土金稀土金屬鹵化物燈屬鹵化物燈已被大量用于已被大量用于城市廣場、體城市廣場、體育場館和高層建筑的美化泛光照明育場館和高層建筑的美化泛光照明。這。這些新型電光源不但些新型電光源不但新型合金新型合金儲氫合金：儲氫合金：TiFe, LaNi鈦合金：鈦合金：Ti，V，F(xiàn)e，Al等，等

13、， 飛機(jī)起落架飛機(jī)起落架耐熱合金：耐熱合金：噴氣式飛機(jī)的發(fā)動噴氣式飛機(jī)的發(fā)動機(jī)葉片機(jī)葉片記憶合金：記憶合金：泡沫合金：泡沫合金： 由于石油和煤炭的儲量有限，而且在使由于石油和煤炭的儲量有限，而且在使用過程中會帶來環(huán)境污染等問題，尤其是用過程中會帶來環(huán)境污染等問題，尤其是2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代全年代全球石油危機(jī)，使氫能作為新的清潔燃料成為研究熱點。在球石油危機(jī)，使氫能作為新的清潔燃料成為研究熱點。在氫能利用過程中，氫的儲運是重要環(huán)節(jié)。氫能利用過程中，氫的儲運是重要環(huán)節(jié)。19691969年荷蘭飛利年荷蘭飛利浦公司研制出浦公司研制出LaNiLaNi5 5儲氫合金，具有大量的可逆地吸收、儲氫合金

14、，具有大量的可逆地吸收、釋放氫氣的性質(zhì)，其合金氫化物釋放氫氣的性質(zhì)，其合金氫化物L(fēng)aNiLaNi5 5H H6 6中氫的密度與液中氫的密度與液態(tài)氫相當(dāng)，約為氫氣密度的態(tài)氫相當(dāng)，約為氫氣密度的10001000倍。倍。 合金是由兩種特定金屬構(gòu)成的合金，其中一種可以大合金是由兩種特定金屬構(gòu)成的合金，其中一種可以大量吸氫，形成穩(wěn)定的氫化物，而另一種金屬雖然與氫的親量吸氫，形成穩(wěn)定的氫化物，而另一種金屬雖然與氫的親和力小，但氫很容易在其中移動。和力小，但氫很容易在其中移動。MgMg、CaCa、TiTi、ZrZr、Y Y和和LaLa等屬于第一種金屬，等屬于第一種金屬，F(xiàn)eFe、CoCo、NiNi、CrCr

15、、CuCu和和ZnZn等屬于第等屬于第二種金屬。前者控制儲氫量，后者控制釋放氫的可逆性。二種金屬。前者控制儲氫量，后者控制釋放氫的可逆性。通過兩者合理配制，調(diào)節(jié)合金的吸放氫性能，制得在室溫通過兩者合理配制，調(diào)節(jié)合金的吸放氫性能，制得在室溫下能夠可逆吸放氫的較理想的儲氫材料。下能夠可逆吸放氫的較理想的儲氫材料。儲氫合金儲氫合金 鎳鈷合金能耐鎳鈷合金能耐12001200的高溫，可的高溫，可用于噴氣飛機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的構(gòu)件。鎳用于噴氣飛機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的構(gòu)件。鎳鈷鐵非磁性耐熱合金在鈷鐵非磁性耐熱合金在12001200時仍具時仍具有高強(qiáng)度、韌性好的特點，可用于航有高強(qiáng)度、韌性好的特點，可用于航天飛機(jī)的部件和原

16、子反應(yīng)堆的控制棒天飛機(jī)的部件和原子反應(yīng)堆的控制棒等。尋找符合耐高溫、可長時間運行等。尋找符合耐高溫、可長時間運行（10000h10000h以上）、耐腐蝕、高強(qiáng)度等以上）、耐腐蝕、高強(qiáng)度等要求的合金材料，仍是今后研究的方要求的合金材料，仍是今后研究的方向。向。超耐熱合金超耐熱合金常見金屬之最密度最大的是密度最大的是 ；硬度最大的是硬度最大的是 ；熔點最低的是熔點最低的是 ；熔點最高的是熔點最高的是 ；延性最好的是延性最好的是 ；展性最好的是展性最好的是 ；導(dǎo)電性最好的是導(dǎo)電性最好的是 ；地殼中含量最多的金屬元素是地殼中含量最多的金屬元素是 .OsCrHgWPtAuAgAl練習(xí)練習(xí)1 1： 試分析

17、鋼鐵、鋁、銅等能夠成試分析鋼鐵、鋁、銅等能夠成為大量使用的金屬材料的原因。為大量使用的金屬材料的原因。 工業(yè)上制取鐵、銅、鋁較容易，工業(yè)上制取鐵、銅、鋁較容易，而且價格相對較便宜，常溫下它們而且價格相對較便宜，常溫下它們的化學(xué)性質(zhì)相對較穩(wěn)定，且較耐腐的化學(xué)性質(zhì)相對較穩(wěn)定，且較耐腐蝕，硬度、強(qiáng)度、機(jī)械性能相對較蝕，硬度、強(qiáng)度、機(jī)械性能相對較好，而且它們可以回收加工再利用。好，而且它們可以回收加工再利用。練習(xí)練習(xí)2 2： 下列物質(zhì)中，不屬于合金的是下列物質(zhì)中，不屬于合金的是 ( )( ) A.硬鋁硬鋁 B.黃銅黃銅 C.鋼鐵鋼鐵 D.水銀水銀D練習(xí)練習(xí)3:3: 下列對合金的說法正確的是下列對合金的

18、說法正確的是 ( )( ) A.合金中至少含有兩種金屬元素合金中至少含有兩種金屬元素B.合金中的金屬元素以化合物的形式存在合金中的金屬元素以化合物的形式存在C.黃銅是純凈物黃銅是純凈物D.合金中也可以含有非金屬合金中也可以含有非金屬D練習(xí)練習(xí)4 4： 自然界的地殼中，含量居自然界的地殼中，含量居前兩位的金屬元素是（前兩位的金屬元素是（ ）A.Fe Al B.Ca Fe A.Fe Al B.Ca Fe C.Al Fe D.Al CaC.Al Fe D.Al CaC練習(xí)5： 選用金屬材料時，以下方面需要考慮的是 （ ）（1）主要用途）主要用途 （2）物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)）物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì) （3）價

19、格）價格 （4）加工難度）加工難度 （5）日常維護(hù)）日常維護(hù) （6）環(huán)境保護(hù)）環(huán)境保護(hù)A.（1）（）（2）（）（3） B.（3）（）（4）（）（5）C.（1）（）（5）（）（6） D.（1）（）（2）（）（3） （4）（）（5）（）（6）D練習(xí)6： 鋁鎂合金因堅硬、輕巧、美觀、潔凈、易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 ( )A.A.不易生銹不易生銹 B.B.導(dǎo)電性好導(dǎo)電性好 C.C.密度小密度小 D.D.強(qiáng)度大強(qiáng)度大B B練習(xí)練習(xí)7 7： 關(guān)于不銹鋼和普通鋼的認(rèn)識中，關(guān)于不銹鋼和普通鋼的認(rèn)識中，你認(rèn)為正確的是你認(rèn)為正確的是 （ ）A.A.它們的組成元素是相同的它們的組成元素是相同的B.B.耐腐蝕的性能不同耐腐蝕的性能不同C.C.它們都屬于鋼，因此物理性質(zhì)是一樣的它們都屬于鋼，因此物理性質(zhì)是一樣的D.D.構(gòu)成普通鋼和不銹鋼的主要元素都是鐵構(gòu)成普通鋼和不銹鋼的主要元素都是鐵, , 因此它們的化學(xué)性質(zhì)完全相同因此它們的化學(xué)性質(zhì)完全相同B練習(xí)練習(xí)8 8： 鋁硅合金（含鋁硅合金（含Si 13.5%)Si 13.5%)在在凝固時收縮率很小，因而這種合凝固時收縮率很小，因而這種合金適合鑄造。對于鋁和鋁硅合金金適合鑄造。對于鋁和鋁硅合金的熔點比較正確的是（的熔點比較正確的是（ ）A.大于 B.小于 C.等于 D.無法確定A A練