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）

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)。越來越多的金屬材料被開發(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)展的過程中發(fā)揮了重要的作用，同時(shí)人們也從材料的開發(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、常見合金鐵合金二、合金及其應(yīng)用2、常見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僅次于鋼，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“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、常見合金其它合金三、無機(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、遙測環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。用它制作的壓電地震儀能精確地測出地震強(qiáng)度、方位和距離。典例解析例2.我國自主研發(fā)的新一代動(dòng)車組在京滬高鐵上跑出過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)無縫平滑的超長鋼軌。下列有關(guān)說法不正確的是（）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.我國在商代就開始使用銅合金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.一般來說，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，青銅是我國記載使用最早的合金D.使用不同的原料，改變原料的配比，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)說法不恰當(dāng)?shù)氖牵?/p>