1、专题专题9金属与人类文明金属与人类文明第三单元金属材料的性能及应用第三单元金属材料的性能及应用自主自主预习预习新知新知导学导学合作探究合作探究释疑释疑解惑解惑课课 堂堂 小小 结结课标定位课标定位素养阐释素养阐释1.了解金属材料的性能了解金属材料的性能,知道合金及其应用。知道合金及其应用。2.通过对金属材料应用案例的学习通过对金属材料应用案例的学习,知道化学发知道化学发展对人类社会进步具有重要的意义展对人类社会进步具有重要的意义;并通过对合并通过对合金及无机非金属材料应用的学习金及无机非金属材料应用的学习,明确材料的组明确材料的组成与用途之间的关系。成与用途之间的关系。一、金属材料的性能一、金
2、属材料的性能金属材料的制备与使用时应考虑的因素。金属材料的制备与使用时应考虑的因素。二、合金及其应用二、合金及其应用1.合金定义。合金定义。将两种或两种以上的将两种或两种以上的金属金属(或或金属与非金属金属与非金属)共熔共熔,可制备出可制备出特殊的特殊的金属材料金属材料,这种材料叫作合金。如这种材料叫作合金。如:焊锡是焊锡是锡和铅锡和铅的合的合金金,生铁和钢是生铁和钢是铁和碳铁和碳的合金的合金。2.合金性质。合金性质。(1)硬度硬度:合金的硬度一般比组成它的纯金属合金的硬度一般比组成它的纯金属大大。如。如:硬铝等硬铝等铝合金材料的硬度比纯铝大。铝合金材料的硬度比纯铝大。(2)熔点熔点:多数合金
3、的熔点多数合金的熔点低于低于组成它的任何一种组分金属。组成它的任何一种组分金属。(3)导电性和导热性导电性和导热性:合金的导电性和导热性一般合金的导电性和导热性一般低于低于任一任一组分金属。组分金属。【自主思考【自主思考1】 合金一定是多种金属的混合物吗合金一定是多种金属的混合物吗?钢和纯钢和纯铁铁,哪种物质的熔点高哪种物质的熔点高?提示提示:不一定。因为不一定。因为合金也可能含有非金属。合金也可能含有非金属。合金不是合金不是多种金属的简单混合多种金属的简单混合,它是由两种或两种以上的金属它是由两种或两种以上的金属(或金属或金属与非金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。钢属于合金熔合而成
4、的具有金属特性的物质。钢属于合金,其其熔点低于纯铁熔点低于纯铁,故纯铁熔点高。故纯铁熔点高。3.常见合金的应用。常见合金的应用。(1)如镍铬铝铁、镍铬铝铜等合金如镍铬铝铁、镍铬铝铜等合金,具有很高的具有很高的电阻率电阻率,可用可用于制备电路中的精密元件。于制备电路中的精密元件。【自主思考【自主思考2】 列举生活中的合金材料列举生活中的合金材料,并简述选择该材料并简述选择该材料时利用了该合金的哪些优异性能时利用了该合金的哪些优异性能?而金属制品在使用的过程而金属制品在使用的过程中会被腐蚀或损坏中会被腐蚀或损坏,对于废旧金属对于废旧金属,我们应如何处理我们应如何处理?提示提示:铝合金门窗铝合金门窗
5、:密度小、耐腐蚀密度小、耐腐蚀;黄金首饰黄金首饰:化学性质化学性质稳定、色泽艳丽稳定、色泽艳丽;易拉罐易拉罐:密度小、易回收利用。密度小、易回收利用。废旧金属虽是一种固体废弃物废旧金属虽是一种固体废弃物,若处理不当若处理不当,会污染环境会污染环境,对对于我们来说于我们来说,应把废旧金属作为一种资源加以回收利用应把废旧金属作为一种资源加以回收利用,变废变废为宝为宝,既可以防止污染既可以防止污染,又可以缓解资源短缺的矛盾。又可以缓解资源短缺的矛盾。【自主思考【自主思考3】 为什么航空业上铝合金比铁合金用途更广为什么航空业上铝合金比铁合金用途更广泛泛?提示提示:铝合金比铁合金密度小铝合金比铁合金密度
6、小;铝合金表面易形成致密铝合金表面易形成致密的氧化膜的氧化膜,此氧化膜耐高温、防腐蚀此氧化膜耐高温、防腐蚀,而铁合金的氧化膜易脱而铁合金的氧化膜易脱落落,起不到防腐蚀的作用。起不到防腐蚀的作用。三、无机非金属材料三、无机非金属材料1.早期使用的无机非金属材料早期使用的无机非金属材料:石器工具石器工具、陶瓷器皿陶瓷器皿。2.现代广泛利用的无机非金属材料现代广泛利用的无机非金属材料:水泥水泥、玻璃、玻璃、半导体材半导体材料料(如硅如硅)、光导纤维、光导纤维(主要成分主要成分二氧化硅二氧化硅)等。等。四、新型陶瓷材料四、新型陶瓷材料1.高温结构陶瓷高温结构陶瓷:主要有主要有高温氧化物高温氧化物(如氧
7、化铝陶瓷如氧化铝陶瓷)和和高温高温非氧化物非氧化物(如氮化硅陶瓷如氮化硅陶瓷)两大类。两大类。2.压电陶瓷压电陶瓷:主要成分是钛酸钡和钛酸铅。主要成分是钛酸钡和钛酸铅。【效果自测】【效果自测】 1.判断正误判断正误,正确的画正确的画“ ”,错误的画错误的画“”。(1)人类历史上使用最早的合金是青铜。人类历史上使用最早的合金是青铜。()(2)焊锡是锡和铅的合金。焊锡是锡和铅的合金。()(3)铝合金的熔点比铝低铝合金的熔点比铝低,但机械强度和硬度比铝高。但机械强度和硬度比铝高。()(4)生铁中的铁与纯铁的化学性质不同。生铁中的铁与纯铁的化学性质不同。()(5)镁铝熔合成合金的过程发生了化学变化。镁
8、铝熔合成合金的过程发生了化学变化。()(6)光导纤维的主要成分是硅。光导纤维的主要成分是硅。()(7)合金是混合物合金是混合物,具有金属的特性。具有金属的特性。()(8)石墨烯是无机非金属材料。石墨烯是无机非金属材料。() 2.化学行业把材料分为金属材料、无机非金属材料、有机化学行业把材料分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料等。金属材料在现实生活中有极为重要的作用。高分子材料等。金属材料在现实生活中有极为重要的作用。下列金属材料的用途与金属所具有的性质不相符的是下列金属材料的用途与金属所具有的性质不相符的是()。A.制造白炽灯灯丝制造白炽灯灯丝熔点高熔点高B.制造飞机制造飞机硬度大而密
9、度小硬度大而密度小C.制造保险丝制造保险丝硬度大硬度大D.制造盛装化工原料的容器制造盛装化工原料的容器耐腐蚀耐腐蚀答案答案:C解析解析:制造保险丝的材料应具备熔点低的特性。制造保险丝的材料应具备熔点低的特性。3.阅读材料阅读材料,回答下列问题。回答下列问题。近年来近年来,科研人员研究得到一种新型材料科研人员研究得到一种新型材料泡沫铝。它是泡沫铝。它是把发泡剂加到熔融铝合金中制成的把发泡剂加到熔融铝合金中制成的,其优点是硬度大、密度其优点是硬度大、密度小小(为为0.160.5 gcm-3),比木材还轻比木材还轻,可浮于水面可浮于水面,又有很大刚性又有很大刚性,且隔音、保温且隔音、保温,是一种良好
10、的建筑材料和轻质材料是一种良好的建筑材料和轻质材料,近几年可近几年可大批量投放市场大批量投放市场。(1)下列关于泡沫铝的说法中错误的是下列关于泡沫铝的说法中错误的是(填字母填字母,下下同同)。 A.泡沫铝是铝单质泡沫泡沫铝是铝单质泡沫B.泡沫铝是一种合金泡沫铝是一种合金C.泡沫铝是一种优质的建筑材料和轻质材料泡沫铝是一种优质的建筑材料和轻质材料D.泡沫铝可用于飞机制造泡沫铝可用于飞机制造(2)铝制成铝箔用于食品包装铝制成铝箔用于食品包装,是利用它的是利用它的 。 A.金属光泽金属光泽 B.延展性延展性C.导电性导电性D.导热性导热性(3)铝在空气中会被氧化生成一层致密的氧化膜而对内部铝铝在空气
11、中会被氧化生成一层致密的氧化膜而对内部铝起保护作用起保护作用,但这层氧化膜遇到强酸或强碱溶液都会溶解。但这层氧化膜遇到强酸或强碱溶液都会溶解。请写出该氧化膜与盐酸反应的离子方程式请写出该氧化膜与盐酸反应的离子方程式: 。 请写出该氧化膜与氢氧化钠溶液反应的离子方程式请写出该氧化膜与氢氧化钠溶液反应的离子方程式: 。 答案答案:(1)A(2)B(3)Al2O3+6H+2Al3+3H2O解析解析:(1)根据题给信息可知根据题给信息可知,泡沫铝是一种合金泡沫铝是一种合金,是混合物是混合物;泡泡沫铝是一种优质的建筑材料和轻质材料沫铝是一种优质的建筑材料和轻质材料;由于泡沫铝有很大由于泡沫铝有很大刚性刚
12、性,密度小密度小,且隔音、保温且隔音、保温,故泡沫铝可用于飞机制造。故泡沫铝可用于飞机制造。(2)铝制成铝箔用于食品包装铝制成铝箔用于食品包装,利用的是铝的延展性。利用的是铝的延展性。(3)Al2O3与盐酸、氢氧化钠溶液反应的离子方程式分别为与盐酸、氢氧化钠溶液反应的离子方程式分别为 探究任务探究任务 合金合金的形成、性能和金属材料的的形成、性能和金属材料的选用选用问题引领问题引领根据你的生活经验和下表所提供的信息根据你的生活经验和下表所提供的信息,分析并回答下列问分析并回答下列问题题:1.为什么菜刀、锤子等通常用铁制而不用铅制为什么菜刀、锤子等通常用铁制而不用铅制?提示提示:制作菜刀、锤子所
13、用的金属硬度要大制作菜刀、锤子所用的金属硬度要大,铁比铅的硬度铁比铅的硬度大。且制造菜刀大。且制造菜刀,应该选择无毒的金属应该选择无毒的金属,这是首先要考虑的。这是首先要考虑的。故菜刀、锤子等通常用铁制而不用铅制。故菜刀、锤子等通常用铁制而不用铅制。2.银的导电性比铜强银的导电性比铜强,金的导电性比铝强金的导电性比铝强,为什么导线一般用为什么导线一般用铜、铝制而不用银、金铜、铝制而不用银、金?为什么远距离输电多用铝而少用铜为什么远距离输电多用铝而少用铜?提示提示:银的导电性比铜强银的导电性比铜强,金的导电性比铝强金的导电性比铝强,但它们的导电但它们的导电性相差不大而价格却差距太大。且金属导线对
14、金属的需求量性相差不大而价格却差距太大。且金属导线对金属的需求量很大很大,银、金储量较少银、金储量较少,因此不能大量使用银、金。虽然铝的因此不能大量使用银、金。虽然铝的导电性比铜、银差导电性比铜、银差,但铝的密度只有铜的三分之一但铝的密度只有铜的三分之一,同时铜的同时铜的价格也高于铝价格也高于铝,故我们在远距离输电时多用铝而少用铜。故我们在远距离输电时多用铝而少用铜。3.为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制?提示提示:因为钨的熔点高因为钨的熔点高(3 410 ),而锡的熔点而锡的熔点(232 )太低太低,通电时锡制的灯丝很容易就熔断了通电时锡制的灯丝很容易就熔断
15、了,所以用钨丝而不用锡丝所以用钨丝而不用锡丝作灯泡的灯丝。作灯泡的灯丝。归纳提升归纳提升1.合金的形成条件。合金的形成条件。(1)金属与金属形成合金时金属与金属形成合金时:合金是金属在熔化状态时相互合金是金属在熔化状态时相互熔合形成的熔合形成的,熔化时的温度需达到组分金属中熔点最高的金熔化时的温度需达到组分金属中熔点最高的金属的熔点属的熔点,但又不能高于组分金属中沸点最低的金属的沸点。但又不能高于组分金属中沸点最低的金属的沸点。一种金属的熔点高于另一种金属的沸点时则不能形成合金。一种金属的熔点高于另一种金属的沸点时则不能形成合金。(2)金属与非金属形成合金时金属与非金属形成合金时:部分不活泼非
16、金属与金属可部分不活泼非金属与金属可形成合金形成合金,活泼非金属与活泼金属则不能形成合金。活泼非金属与活泼金属则不能形成合金。2.合金的组成及性能。合金的组成及性能。(1)合金中一定含有金属元素合金中一定含有金属元素,可能含有非金属元素。可能含有非金属元素。(2)合金是混合物合金是混合物,不是化合物。不是化合物。(3)合金具有金属特性合金具有金属特性,如导电、传热等。如导电、传热等。(4)合金形成后会影响各组分金属的物理性质合金形成后会影响各组分金属的物理性质,如合金的熔如合金的熔点一般比各组分金属低点一般比各组分金属低,而硬度、机械强度一般比各组分金而硬度、机械强度一般比各组分金属高属高;但
17、一般来说各组分金属均保持了其原有的化学性质。但一般来说各组分金属均保持了其原有的化学性质。3.选择金属材料应考虑的因素。选择金属材料应考虑的因素。(1)主要用途主要用途:材料的用途与材料的性能有很密切的关系。材料的用途与材料的性能有很密切的关系。(2)外观外观:不仅要材料本身外观美不仅要材料本身外观美,还要使材料的外观与周边还要使材料的外观与周边环境相协调。环境相协调。(3)物理性质物理性质:物理性质包括密度、硬度、强度、伸缩性、物理性质包括密度、硬度、强度、伸缩性、导电性、导热性、被水浸润性等。导电性、导热性、被水浸润性等。(4)化学性质化学性质:化学性质主要包括在空气、水、阳光、酸、化学性
18、质主要包括在空气、水、阳光、酸、碱、盐等的环境里的化学稳定性。这些性质会影响到材料的碱、盐等的环境里的化学稳定性。这些性质会影响到材料的使用寿命。使用寿命。(5)价格价格:考虑价格时要把对材料的基本需求和材料的基本性能考虑价格时要把对材料的基本需求和材料的基本性能放在前面。放在前面。(6)加工难度加工难度:考虑加工难度时要将材料的性质与加工的技术、考虑加工难度时要将材料的性质与加工的技术、设备相结合。设备相结合。(7)日常维护日常维护:金属材料耐腐蚀性相对较弱金属材料耐腐蚀性相对较弱,在选择金属材料时必在选择金属材料时必须要考虑材料使用后的日常维护问题。须要考虑材料使用后的日常维护问题。(8)
19、对环境的影响对环境的影响:一是要考虑在使用材料的过程中一是要考虑在使用材料的过程中,它的反光性、它的反光性、放射性、产生的噪音等对环境的不利影响放射性、产生的噪音等对环境的不利影响;二是要考虑材料的废二是要考虑材料的废弃物对环境有哪些不利影响弃物对环境有哪些不利影响,要尽量避免有关的不利影响。要尽量避免有关的不利影响。典型例题典型例题【例题】【例题】 合金是两种或两种以上的金属合金是两种或两种以上的金属(或金属与非金属或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。熔合而成的具有金属特性的物质。(1)下列物质不属于合金的是下列物质不属于合金的是(填字母填字母,下同下同)。 A.明矾明矾B.硬硬铝
20、铝C.生铁生铁D.青铜青铜(2)下表为四种金属的熔点、沸点下表为四种金属的熔点、沸点:其中不能形成合金的是其中不能形成合金的是。 Cu与与NaFe与与CuFe与与NaAl与与NaA.B.C.D.(3)镁铝合金与盐酸完全反应后镁铝合金与盐酸完全反应后,加入过量的氢氧化钠溶液加入过量的氢氧化钠溶液,最后的结果是最后的结果是。 A.没有沉淀物生成没有沉淀物生成B.只有氢氧化铝沉淀生成只有氢氧化铝沉淀生成C.只有氢氧化镁沉淀生成只有氢氧化镁沉淀生成D.有氢氧化铝和氢氧化镁沉淀生成有氢氧化铝和氢氧化镁沉淀生成答案答案:(1)A(2)B(3)C解析解析:(1)明矾属于化合物明矾属于化合物;硬铝中含铝、铜、
21、镁等硬铝中含铝、铜、镁等,生铁中主生铁中主要含铁、碳要含铁、碳,青铜中含有铜、锡等青铜中含有铜、锡等,它们都属于合金。它们都属于合金。(2)当一当一种金属的熔点超过另一种金属的沸点时种金属的熔点超过另一种金属的沸点时,它们就不可能熔合它们就不可能熔合在一起而形成合金。在一起而形成合金。(3)Mg、Al都与盐酸反应都与盐酸反应,Mg(OH)2不溶不溶于于NaOH溶液溶液,而而Al(OH)3溶于溶于NaOH溶液生成溶液生成NaAlO2和和H2O。【变式训练】【变式训练】 合金相对于纯金属制成的金属材料来说优合金相对于纯金属制成的金属材料来说优点是点是()。合金的硬度一般比它的各组分金属的大合金的硬
22、度一般比它的各组分金属的大一般合金的熔点比它的各组分金属的更低一般合金的熔点比它的各组分金属的更低改变原料的配比改变原料的配比,改变生成合金的条件改变生成合金的条件,可得到具有不同可得到具有不同性能的合金性能的合金合金比纯金属的导电性更强合金比纯金属的导电性更强合金比纯金属的应用范围更广泛合金比纯金属的应用范围更广泛A. B. C. D.答案答案:A解析解析:合金具有许多优良的物理、化学或机械性能合金具有许多优良的物理、化学或机械性能,在许多在许多方面优于它的各组分金属。例如方面优于它的各组分金属。例如,合金的硬度一般比各组分合金的硬度一般比各组分金属的硬度大金属的硬度大,多数合金的熔点比各组分金属的熔点低多数合金的熔点比各组分金属的熔点低,但合但合金的导电性比纯金属弱。金的导电性比纯金属弱。
