【高中化學(xué)】合金材料 課件 2023-2024學(xué)年高一上學(xué)期化學(xué)人教版（2019）必修第一冊(cè)

第1課時(shí)合金材料素養(yǎng)目標(biāo)1.聯(lián)系生活中人們對(duì)金屬及其合金的應(yīng)用,認(rèn)識(shí)合金的組成及特性,深入了解常見鐵合金、鋁合金、新型合金的組成及用途,培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任。2.結(jié)合生活中鋁制品的使用,認(rèn)識(shí)鋁的氧化膜對(duì)鋁制品的保護(hù)作用,通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究認(rèn)識(shí)金屬鋁及氧化鋁與酸、堿溶液的反應(yīng),特別是對(duì)氧化鋁兩性的認(rèn)識(shí),完善按性質(zhì)對(duì)氧化物進(jìn)行分類,培養(yǎng)科學(xué)探究的能力與創(chuàng)新意識(shí)。【溫顧】1.金屬具有許多共同的物理性質(zhì),如不透明、有金屬光澤、易導(dǎo)電、易導(dǎo)熱、有延展性。2.生產(chǎn)、生活中應(yīng)用較多的合金是生鐵和鋼,歷史上應(yīng)用最早的金屬是銅。3.金屬材料包括純金屬和合金兩類。金屬分為黑色金屬和有色金屬。1、金屬的分類(2)按密度分：重金屬(ρ>4.5g/cm3)和輕金屬(ρ<4.5g/cm3)(1)冶金工業(yè)：黑色金屬(Fe、Cr、Mn)和有色金屬(除Fe、Cr、Mn以外)(3)從含量分常見金屬（如Fe、Al、Cu等）稀有金屬（如鋯、鈮、鉬等）(1)狀態(tài)：常溫下汞是液體，其余均為固體(2)顏色：整塊金屬有金屬光澤，大多數(shù)為銀白色，粉末狀金屬大多為黑色(如銀粉、鐵粉等)（3）密度、硬度、熔點(diǎn)熔點(diǎn)最高的金屬是鎢，硬度最大的金屬是鉻，常見金屬中密度最大的鉑，最小的是鋰。（4）延展性大多良好(金最好),少數(shù)很差(銻、鉍、錳等)（5）導(dǎo)電導(dǎo)熱性一般都是電和熱的良導(dǎo)體，銀、銅的傳熱、導(dǎo)電性最好2、金屬的物理性質(zhì)合金1.合金的定義和特性定義由兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)性能硬度硬度一般大于它的成分金屬熔點(diǎn)熔點(diǎn)一般低于它的成分金屬與純金屬材料相比,合金具有優(yōu)良的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和機(jī)械性能并非合金的所有性能都優(yōu)于成分金屬,合金的導(dǎo)電性一般比純金屬的弱。合金不一定為固態(tài),如用作原子反應(yīng)堆導(dǎo)熱劑的鈉鉀合金,常溫下呈液態(tài)。合金的組成和性質(zhì)(1)組成:

①合金中一定有金屬元素,也可能含有非金屬元素。②合金一般屬于混合物。(2)性質(zhì):①合金的熔點(diǎn)一般比成分金屬的低。②合金在硬度、密度、強(qiáng)度以及其他一些機(jī)械性能上要優(yōu)于成分金屬。③合金具有金屬特性,如導(dǎo)熱、導(dǎo)電性。④合金中各成分金屬的化學(xué)性質(zhì)不變。02合金1.合金由金屬和金屬或金屬和非金屬熔合而成的、有金屬特性的物質(zhì)。定義形成條件合金中至少有一種金屬元素物理變化【深化拓展】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。已知銅的熔點(diǎn)為1083℃,鈉的沸點(diǎn)為883℃,試問(wèn)銅與鈉能否形成合金?不能。當(dāng)銅開始熔化時(shí),鈉已經(jīng)是氣體,所以二者不能形成合金?！旧罨卣埂亢辖鸬男纬蓷l件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一般不能形成合金。合金中各成分是以單質(zhì)形式存在的2.改變合金性能的方法和導(dǎo)致合金硬度變大的原因

改變合金性能的方法改變合金元素的種類和含量改變生成合金的條件導(dǎo)致合金硬度變大的原因其他元素的原子加入后,改變了金屬原子有規(guī)則的層狀排列二、鐵合金1.鐵合金的分類分類含碳量性能用途生鐵2%~4.3%硬度大、抗壓,性脆、可鑄造成型制造機(jī)座和管道等鋼0.03%~2%良好的延展性,機(jī)械性能好,可鍛軋和鑄造制造機(jī)械和交通工具鐵合金主要成分元素主要特性主要用途生鐵Fe、C(2%~4.3%)及Si、Mn、S、P等硬而脆、強(qiáng)度大、可鑄不可鍛煉鋼、制各種鑄件鋼碳素鋼低碳鋼Fe、C(含碳量低于0.3%)韌性、焊接性好,強(qiáng)度低制鋼板、鋼絲、鋼管中碳鋼Fe、C(含碳量為0.3%~0.6%)強(qiáng)度高、韌性及加工性好制鋼軌、車輪和建材高碳鋼Fe、C(含碳量高于0.6%)硬而脆、彈性好制器械、彈簧、刀具等2.鋼的分類(1)鋼是用量最大、用途最廣的合金,根據(jù)其化學(xué)成分,分為碳素鋼和合金鋼。(2)碳素鋼(3)合金鋼①又叫特種鋼,特殊性能:強(qiáng)度、硬度大,可塑性、韌性好,耐磨,耐腐蝕等。②不銹鋼合金元素性能用途主要是Cr、Ni在大氣中穩(wěn)定,不容易生銹,具有很強(qiáng)的抗腐蝕能力制造醫(yī)療器材、廚房用具和餐具;地鐵列車的車體等鐵合金主要成分元素主要特性主要用途鋼合金鋼錳鋼Fe、Mn韌性好、強(qiáng)度大鋼軌、軸承、鋼磨、坦克裝甲硅鋼Fe、Si導(dǎo)磁性好變壓器、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)中的鐵芯不銹鋼Fe、Cr、Ni抗腐蝕性好醫(yī)療器械、炊具、容器、反應(yīng)釜在我國(guó)使用最早的合金是什么?合金是純凈物還是混合物?提示:我國(guó)使用最早的合金是青銅。合金屬于混合物。銅合金成分金屬性能及用途青銅Cu、Sn、Pb硬而脆、強(qiáng)度大,古人用來(lái)制刀具、祭器、酒具等黃銅Cu、Zn(少量Sn、Pb、Al等)硬度較青銅差,耐磨、耐腐蝕,可塑性強(qiáng),主要用于制飾品、耐壓設(shè)備等白銅Cu、Ni、Zn(少量Mn等)常用來(lái)制酒具、飾品等四、新型合金

合金名稱組成主要性質(zhì)主要用途鎂鋁合金一般含有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Ti及其他金屬或非金屬密度小,強(qiáng)度高,耐腐蝕,耐高溫飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船等尖端領(lǐng)域正確選用金屬材料的原則金屬材料的使用范圍很廣。對(duì)金屬材料的選擇是一個(gè)綜合性問(wèn)題,它不僅關(guān)系到生活質(zhì)量、生產(chǎn)效益、經(jīng)濟(jì)支付等問(wèn)題,還關(guān)系到環(huán)境保護(hù)等方面的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益,一般來(lái)說(shuō),選擇金屬材料時(shí),常常要考慮以下幾個(gè)方面:1.主要用途:材料的用途與材料的性能有密切的關(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):包括密度、硬度、強(qiáng)度、伸縮性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等。4.化學(xué)性質(zhì):主要包括在空氣、水、陽(yáng)光、酸、堿、鹽等環(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。正確選用金屬材料的原則5.價(jià)格:考慮價(jià)格時(shí)要把對(duì)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(duì)較弱,在選擇金屬材料時(shí)必須要考慮使用后的日常維護(hù)問(wèn)題。8.對(duì)環(huán)境的影響:一是要考慮在使用材料的過(guò)程中,它的反光性、放射性、產(chǎn)生的噪音等對(duì)環(huán)境的不利影響;二是考慮材料的廢棄物對(duì)環(huán)境有哪些不利影響。制造飛機(jī)的材料應(yīng)具備哪些特點(diǎn)?提示:制造飛機(jī)的材料——合金應(yīng)具有以下特點(diǎn):①密度小;②機(jī)械強(qiáng)度大。導(dǎo)電能力最強(qiáng)的金屬是銀,為什么常見的導(dǎo)線都是銅線和鋁線?提示:銅、鋁的價(jià)格比銀的低,故常見的導(dǎo)線是銅線和鋁線?！咀晕倚y(cè)】判斷正誤:(1)合金是混合物,沒(méi)有固定熔、沸點(diǎn)。(

)(2)Al2O3可以與所有酸或堿發(fā)生反應(yīng)。(

)(3)制飯勺、飯盒、高壓鍋等的不銹鋼是合金。(

)(4)鋁合金大量用于高鐵建設(shè)。(

)(5)氫氧化鋁可用于中和過(guò)多胃酸。(

)答案(1)√

(2)×

(3)√

(4)√

(5)√下列所用材料不屬于合金的是(

)A.家用的鋁窗B.溫度計(jì)用的水銀C.鑄造用的黃銅D.建筑用的鋼筋解析家用的鋁窗是鋁合金,A不符合題意;溫度計(jì)用的水銀是金屬汞單質(zhì),不是合金,B符合題意;鑄造用的黃銅是銅的合金,C不符合題意;建筑用的鋼筋是鐵合金,D不符合題意。B【問(wèn)題探究】2020年我國(guó)嫦娥五號(hào)探測(cè)器成功在月球軟著陸并回收成功。1.月球白天地面溫度高達(dá)150度,而到了夜晚,溫度又跌落到零下180度。嫦娥五號(hào)探測(cè)器使用了大量合金材料,這些合金材料應(yīng)具有哪些性質(zhì)?提示密度小、強(qiáng)度大、既耐高溫又耐低溫等。2.形狀記憶合金是一種在加熱升溫后能完全消除其在較低的溫度下發(fā)生的變形,恢復(fù)其變形前原始形狀的合金材料。嫦娥五號(hào)探測(cè)器,使用了記憶合金制作天線,試分析其好處。提示嫦娥五號(hào)探測(cè)器使用記憶合金制作,天線折疊起來(lái)裝進(jìn)探測(cè)器內(nèi),工作時(shí)只需升溫,折疊的衛(wèi)星天線因具有“記憶”功能而自然展開,恢復(fù)設(shè)計(jì)形狀。3.已知銅的熔點(diǎn)為1083℃,鈉的沸點(diǎn)為883℃,試問(wèn)銅與鈉能否形成合金?提示不能。當(dāng)銅開始熔化時(shí),鈉已經(jīng)是氣體,所以二者不能形成合金。4.鎂鋁合金為什么廣泛應(yīng)用于飛機(jī)?提示因?yàn)槠渚哂忻芏刃?、?qiáng)度大的特性,且價(jià)格較低。5.合金通常比組成它的純金屬有哪些更優(yōu)良的性質(zhì)?提示合金具有許多優(yōu)良的物理、化學(xué)或機(jī)械性能,在許多方面不同于各成分金屬。如合金的硬度一般比它的各成分金屬的大,多數(shù)合金的熔點(diǎn)一般也比它的各成分金屬的低等。【深化拓展】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一般不能形成合金?！肮噤摲ā笔俏覈?guó)古代勞動(dòng)人民對(duì)鋼鐵冶煉技術(shù)的重大貢獻(xiàn),陶弘景在其《本草經(jīng)集注》中提到“鋼鐵是雜煉生钅柔作刀鐮者”。“灌鋼法”主要是將生鐵和熟鐵(含碳量約0.1%)混合加熱,生鐵熔化灌入熟鐵,再鍛打成鋼。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.鋼是以鐵為主的含碳合金B(yǎng).鋼的含碳量越高,硬度和脆性越大C.生鐵由于含碳量高,熔點(diǎn)比熟鐵高D.冶煉鐵的原料之一赤鐵礦的主要成分為Fe2O3C解析

本題考查化學(xué)與傳統(tǒng)文化及鋼鐵的基本知識(shí)。鋼和生鐵均屬于鐵碳合金,鋼中的含碳量低、生鐵中的含碳量高,鐵合金的硬度和脆性隨含碳量增大而增大,A、B項(xiàng)均正確。合金的熔點(diǎn)通常比各組分的熔點(diǎn)低,C項(xiàng)錯(cuò)誤。赤鐵礦的主要成分為氧化鐵,D項(xiàng)正確。溫馨提示

(1)合金是混合物而不是純凈物。(2)合金具有許多優(yōu)良的物理和機(jī)械性能,在許多方面不同于各成分金屬;但在化學(xué)性質(zhì)上,一般認(rèn)為合金體現(xiàn)的是各成分金屬的化學(xué)性質(zhì)。(3)并非任意兩種金屬都能形成合金,兩種金屬形成合金,其前提是兩種金屬在同一溫度范圍內(nèi)都能熔化。中國(guó)第5架國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919大型客機(jī)的機(jī)身部分采用第三代新型鋁鋰合金材料。下列關(guān)于鋁鋰合金的認(rèn)識(shí)不正確的是(

)A.鋁鋰合金密度較小,強(qiáng)度較大,硬度大于純鋁,熔點(diǎn)低于鋰單質(zhì)B.改變?cè)系呐浔?可以制得性能不同的鋁鋰合金C.鋁鋰合金具有金屬光澤,可導(dǎo)電導(dǎo)熱D.鋁鋰合金的性質(zhì)與各成分金屬的性質(zhì)完全相同D沈括根據(jù)變法需要,悉心總結(jié)了兵器制作技術(shù)?！秹?mèng)溪筆談·器用》中記載:“古人以劑鋼為刃,柔鐵為莖干,不爾則多斷折。劍之鋼者,刃多毀缺,巨闕是也,故不可純用劑鋼?！币运鶎W(xué)合金的知識(shí),分析古人鑄劍時(shí)劍身的材料為(

)A.鋼 B.生鐵 C.青銅

D.白銅解析生鐵硬度大、抗壓、性脆,鋼有良好的延展性,機(jī)械性能好,可以鍛軋和鑄造,所以古人鑄劍時(shí)劍身的材料為鋼,與銅無(wú)關(guān)。A人們的日常生活離不開金屬,高科技新材料的開發(fā)和應(yīng)用也需要金屬。(1)地殼中含量最高的金屬元素是

。

(2)根據(jù)下圖金屬應(yīng)用實(shí)例推斷,金屬具有的物理性質(zhì)有

。

(1)Al(或鋁)

(2)導(dǎo)電性、延展性、導(dǎo)熱性(3)日常使用的金屬材料多數(shù)屬于合金。下表列出了一些常見合金的主要成分和性能。合金合金的主要性