1、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专专题题9金属与人类文明金属与人类文明1.了解金属材料的性能和金属性质的关系,了解合金的定义、性能、特点,能从合金的微观组成理解合金的性质,逐渐形成宏观辨识与微观探析的学科核心素养。2.了解常见合金的组成特点和性能,了解传统无机非金属材料的用途,了解新型陶瓷材料的用途,逐渐形成科学态度与社会责任的学科核心素养。素养目标【知识铺垫】1.金属单质一般具有金属光泽,如Na为银白色金属;是电和热的良导体,如钠和钾形成的合金常温下呈液态,可用作快中子反应堆的热交换剂;常温下,金属单质一般呈固态,只有汞为液态;金属的密度多数较大,但也有些密度较小的金
2、属,如Na的密度小于水。2.钢铁都不是纯净的铁,在潮湿的空气中容易发生电化学腐蚀生成铁锈,铁锈的主要成分是Fe2O3(填化学式)。素养初探【自主梳理】一、金属材料的性能金属材料在工农业生产和社会生活的各个方面应用广泛。从使用的要求和性能看,可以从以下几个方面来分析。使用要求材料性能体现出一些力学性能延展性、硬度、塑性等起到导热和导电的作用,能够在一定温度范围内稳定工作密度、熔点、导电性、导热性等物理性能在使用过程中不可避免地会暴露在空气中,或者接触到一些化学药品耐酸碱性、抗氧化性等化学性能从金属原材料到最后的金属产品,加工成型这一步骤必不可少可铸性、可锻性、切削加工性等工艺性能【微点拨】延展性
3、是延性、展性的合称。延性是材料被拉伸成线条状而不断裂的能力,展性是材料受到锻造或轧制成薄板而不破裂的能力。【微思考1】手机的电接触件经常频繁地插拔或通断,这些电子元件的引脚常镀有黄金,你知道它的作用是什么吗?提示 金可以导电,化学性质稳定,不会被空气中的氧气氧化,保证了电器的正常运行。二、合金及其应用1.合金合金中可能含有非金属元素,如钢铁中含有碳。 定义将两种或两种以上的金属(或金属与非金属)共熔,可制备出特殊的金属材料,这种材料叫作合金性能硬度一般都比组成它的纯金属大熔点多数低于组成它的任何一种组分金属导电性和导热性 一般低于任一组分金属与纯金属材料相比,合金具有优良的物理、化学或机械性能
4、举例在焊接电子元件中使用的焊锡是锡和铅的合金,生铁和钢都是铁和碳的合金2.常见的合金(1)硬铝:在铝中添加了一定比例的铜、镁、锰等。硬铝等铝合金材料的硬度大,密度小,常被用于飞机部件和门窗等受力构件的制造。(2)武德合金由锡(熔点232 )、铋(熔点271 )、镉(熔点321 )和铅(熔点327 )等金属按照一定的质量比制成,熔点只有67 ,可以用来做电器、火灾报警等装置中的保险丝。(3)镍铬铝铁、镍铬铝铜等合金具有很高的电阻率,可用于制备电路中的精密元件。(4)不锈钢:一种重要的合金钢,除了铁元素外,主要的合金元素是铬(占12%32%),铬具有很强的耐腐蚀性,在空气中表面会生成一层致密的氧化
5、物,防止内部进一步被氧化,从而保护了内层金属。常用于制造医疗器材、厨房用具和餐具,以及地铁列车的车体等。(5)钛合金:一种新型的金属材料,其强度高,密度小,耐热性好,易于加工,抗腐蚀性强,远优于不锈钢。钛和钛合金被认为是21世纪的重要金属材料,被广泛应用于医疗、火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等领域。【微思考2】人类早在6 000年以前已经知道有黄金,并用黄金作装饰品。纯金首饰是由纯金制成的。俗话说“金无足赤”,就是说纯金的含量也达不到100%,实际上金含量达到99%、99.9%的都称为纯金制品。这种纯金首饰质地柔软,色泽赤黄,永不泛色。但容易变形,容易磨损,不能镶嵌各种精美的宝石。
6、K金是在黄金中添加少量银、铜、锌等金属,以增强黄金的强度和韧性。K金首饰款式易翻新,能够镶嵌各种钻、翠、珠和雕、锯、凿、镂出各种精美的图案。根据上面描述,说明合金和纯金属有哪些不同的性质。提示 合金比纯金属硬度大,韧性强,耐磨损。三、无机非金属材料 主要是非金属元素及其化合物,如Si、SiO2。 1.传统非金属材料:水泥、玻璃、陶瓷。2.半导体材料:硅的导电性介于导体和绝缘体之间,是一种重要的半导体材料,被广泛用于电子工业的各个领域。工业上利用二氧化硅可以制得高纯度的硅。3.光导纤维光导纤维的主要成分是二氧化硅,可用来制造通讯光缆,用于光纤通信或传送高强度的激光等。4.新型陶瓷材料新型陶瓷分为
7、结构陶瓷和功能陶瓷两大类。(1)结构陶瓷具有机械功能、热功能和部分化学功能,如高温结构陶瓷等,高温结构陶瓷主要有高温氧化物(如氧化铝陶瓷)和高温非氧化物(如氮化硅陶瓷)两大类。(2)功能陶瓷具有光、电、磁、化学和生物等方面的特殊功能,如压电陶瓷等,压电陶瓷主要成分是钛酸钡和钛酸铅。【微思考3】硅是一种重要的半导体材料,你知道它有哪些用途吗?提示 硅可用于制造计算机芯片、太阳能电池、集成电路、硅整流器等。【自我检测】1.判断正误(正确的打“”,错误的打“”)。(1)SiO2可用于制造光导纤维是因为其导电性()(2)不锈钢中含有铬元素()(3)硬铝等铝合金材料的硬度比纯铝大,常被用于门窗的制造()
8、(4)钛合金抗腐蚀性强,但抗腐蚀性比不锈钢差()(5)纯铁的硬度和熔点都比生铁高() 2.我国的古代文物呈现了瑰丽的历史文化。下列文物中,主要成分属于合金的是() D3.合金是生活中常用的材料,请回答下列问题:(1)现代社会应用最广泛的金属是。 (2)生铁和钢是含碳量不同的铁碳合金,含碳量在2.11%4.3%的称为。不锈钢在空气中比较稳定,不易生锈,有强的抗腐蚀能力,其合金元素主要是。 铁生铁铬新知新知 合合金的特点金的特点【问题探究】1.钠和钾常温下均为固体,但钠和钾形成的合金常温下呈液态,可用作快中子反应堆的热交换剂,说明合金的熔点和组成合金的组分的熔点有怎样的关系。提示 合金的熔点低于组
9、成它的任何一种组分金属的熔点。2.铜是重要的金属材料,制作导线用的是纯铜,而不是粗铜(粗铜中含有少量Zn、Fe、Ni、Ag、Au、Pt等金属);用来做电器、火灾报警等装置中的保险丝用的是武德合金,而不是纯金属,说明纯金属和合金在性质上有何差别。提示 合金导电性低于纯金属,因此制作导线用的是纯铜,而不是粗铜;制作保险丝用的是武德合金,导电性弱,电阻大,熔点低,发生短路时容易熔断,保证了用电安全。素养提升【素能应用】例 天工开物五金铁中记载:“若造熟铁,则生铁流出时相连数尺内,低下数寸筑一方塘,短墙抵之。其铁流入塘内,数人执持柳木棍排立墙上众人柳棍疾搅,即时炒成熟铁。”以下说法不正确的是()A.金
10、属冶炼方法由金属活动性决定B.生铁比熟铁质地更硬,延展性稍差C.炒铁是为了提高铁水中的碳含量D.该法与近代往生铁水中吹空气炼钢异曲同工C【变式设问】(1)“众人柳棍疾搅,即时炒成熟铁”,“疾搅”的目的是什么?提示 快速搅拌,增大生铁与空气的接触面积,使部分碳被空气氧化除去。(2)“疾搅”过程中可能会发生哪些化学反应?试写出可能发生反应的化学方程式。变式训练锡青铜(铜锡合金)文物常有Cu2(OH)3Cl覆盖在其表面。下列说法正确的是()A.锡青铜的熔点比纯铜高B.在自然环境中,锡比铜更容易氧化C.锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中慢D.生成Cu2(OH)3Cl覆盖物是非氧化还原过程B素养脉
11、络1.金属材料在日常生活中有着广泛的应用,下列关于金属材料的一些说法中不正确的是()A.合金的性质与其组分金属的性质不完全相同B.锈蚀后的金属制品没有回收再利用的价值C.我国使用最早的金属材料是青铜D.通常情况下合金的熔点低于其组分金属素养巩固B2.我国自主研发的新一代动车组在京沪高铁上跑出过486.1千米的高时速,这得益于全路铺设优质无缝平滑的超长钢轨。下列有关说法错误的是()A.制造钢轨的材料是钢,钢是用量最大、用途最广的合金B.在我国使用最早的合金是钢C.不锈钢是一种合金钢,经常用来制造医疗器材、厨房用具和餐具等D.合金的强度、硬度一般比组成合金的组分金属的大B3.电器上,利用合金制成保
12、险丝是因为()A.增加延展性B.具有适当的熔点C.耐腐蚀D.增加强度B4.纯铁的熔点为1 535 ,而高炉炼铁时生铁(含碳量较高的铁合金)在1 200 左右就熔化了,这是因为()A.铁的纯度越高,熔点越低B.合金的熔点比其各组分金属的熔点高C.生铁是铁碳合金,熔点比纯铁低D.生铁在高炉中熔化时发生了化学反应C5.上海是我国最早建成磁悬浮铁路的城市,磁悬浮的核心技术是对超导体反磁性高温超导物质(Y2Ba4Cu6O13)的利用,已知该物质是以YmOn、BaCO3和CuO为原料,经研磨烧结而成(此过程中所有元素的化合价均不变),则YmOn的化学式是;制备高温超导物质的化学方程式是。 Y2O3+4BaCO3+6CuO=Y2Ba4Cu6O13+4CO2Y2O3
