1、专题专题9 9 金属与人类文明金属与人类文明 第三单元第三单元 金属材料的性能与应用金属材料的性能与应用 在日常生产、生活和科学技术中，金属材料是非常重要的。在日常生产、生活和科学技术中，金属材料是非常重要的。我们周围的很多物品都是由金属材料制成的。你知道它们的组我们周围的很多物品都是由金属材料制成的。你知道它们的组成吗成吗? ?【情境思考】【情境思考】1.1.认识金属与合金在性能上的主要差异。认识金属与合金在性能上的主要差异。2.2.知道生活中常见合金知道生活中常见合金，铝合金，铝合金的主要成分及的主要成分及性能。性能。3 3. .了解新型合金的应用。了解新型合金的应用。1.1.能从合金结构
2、与组成的角度理解合金的特殊性能。能从合金结构与组成的角度理解合金的特殊性能。2.2.能列举常见合金的组成和性能，能科学、合理的选择和使用金属材能列举常见合金的组成和性能，能科学、合理的选择和使用金属材料。料。我们很少使用纯金属，主要使用合金。我们很少使用纯金属，主要使用合金。铝合金锅铝合金锅钛合金羽毛球拍钛合金羽毛球拍镍合金门锁镍合金门锁【探究导学】【探究导学】合金是由两种或两种以上的金属或金属与非金合金是由两种或两种以上的金属或金属与非金属熔合而成的具有金属特性的物质。属熔合而成的具有金属特性的物质。金金属属材材料料纯金属纯金属合金合金几十种几十种数千种数千种一、金属材料一、金属材料一、金属
3、材料的性能一、金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。对金属材料的使用要求对金属材料的使用要求金属材料具有的性能金属材料具有的性能承受多种力的作用承受多种力的作用, ,体现力学性能体现力学性能 、 、塑性等起到起到导电导电、导热的作用、导热的作用, ,一定温度范一定温度范围内稳定工作围内稳定工作密度、熔点、 、导热性等与空气、化学品接触与空气、化学品接触 、抗氧化性等制备金属产品制备金属产品可铸性、 、切削加工性等延展性延展性硬度硬度导电性导电性耐腐蚀性耐腐蚀性可锻性可锻性纯金属只有一种金属原子，纯金属只有一种金属原子，排列很整齐排列很整齐合金中有
4、多种原子，且原子的合金中有多种原子，且原子的大小不同，原子排列不规则大小不同，原子排列不规则掺杂其他原子掺杂其他原子 形成合金形成合金微观上原子的排列不同，导致了宏观上金属材料的性能不同微观上原子的排列不同，导致了宏观上金属材料的性能不同纯金属与合金的比较纯金属与合金的比较二二、合金及其应用、合金及其应用1 1. .合金定义。合金定义。将两种或两种以上的金属将两种或两种以上的金属( (或或 与与 ) )共熔共熔, ,可制备出特殊可制备出特殊的的 金属材料金属材料, ,这种材料这种材料叫作叫作 。如如: :焊锡焊锡是是 和和 的的合金合金, ,生铁和生铁和钢钢是是 和和 的的合金合金。金属金属非
5、金属非金属合金合金锡锡铅铅铁铁碳碳2 2、合金、合金的特性的特性 合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于各成分金属合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于各成分金属。1 1、硬度：、硬度：合金的硬度一般都比组成它的纯金属大。合金的硬度一般都比组成它的纯金属大。铝合金铝合金硬铝硬铝Al、Cu、Mn、Mg等元素等元素性能性能铝合金成本低，性能优异，密度小、铝合金成本低，性能优异，密度小、强度大、塑性好，可加工成各种型材，强度大、塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性，抗腐蚀具有优良的导电性、导热性，抗腐蚀能力强，装饰效果好，在航空、航天、能力强，装饰效
6、果好，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中汽车、机械制造、船舶及化学工业中都得到广泛的应用。都得到广泛的应用。铝合金的使用量仅次于钢铝合金的使用量仅次于钢，发，发展前景广阔。展前景广阔。2 2、熔点：、熔点：多数合金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。保险丝保险丝武德合金武德合金锡、铋、镉、锡、铋、镉、铅等元素铅等元素性能性能熔点低熔点低思考：合金硬度大思考：合金硬度大、熔点、熔点低的原因是什么？低的原因是什么？学生活动：拓展视野学生活动：拓展视野“合金硬度大、熔点低的秘密合金硬度大、熔点低的秘密”3 3、导电性和导热性、导电性和导热性合金
7、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种组分金属。任一种组分金属。镍铬铝铁合金镍铬铝铁合金镍铬铝铜合金镍铬铝铜合金有很高的电阻率，用于制备电路中的精密元件有很高的电阻率，用于制备电路中的精密元件铝锂合金铝锂合金镍铬铝铜合金镍铬铝铜合金低密度低密度高强度高强度航空飞行器理航空飞行器理想的结构材料想的结构材料不锈钠不锈钠铁铬合金铁铬合金 强抗氧化性，强耐腐蚀性强抗氧化性，强耐腐蚀性钛合金钛合金 强度高，密度小，耐热性好，易于加工，抗腐蚀性强，远优强度高，密度小，耐热性好，易于加工，抗腐蚀性强，远优于不锈钢。于不锈钢。【注意】【注意】合金中一定含有金属元素合金中一定含有金属元素合金
8、中也可能含有非金属元素合金中也可能含有非金属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响合金的性质。合金中成分的含量影响合金的性质。为什么生活中很少见到以纯铝为材料的制品？为什么生活中很少见到以纯铝为材料的制品？【提示】【提示】纯铝的硬度和强度都比较小，不适合作为生产生活中的材料使用，纯铝的硬度和强度都比较小，不适合作为生产生活中的材料使用，使用较多的是具有不同组成和性质的铝合金。使用较多的是具有不同组成和性质的铝合金。【想一想】【想一想】4 4、新型合金新型合金储氢合金：储氢合金：TiFe, LaNiTiFe, LaNi钛合金：钛合金：TiTi，V V，FeFe，AlAl等，飞机
9、起落架等，飞机起落架耐热合金：喷气式飞机的发动机叶片耐热合金：喷气式飞机的发动机叶片记忆合金：记忆合金：泡沫合金：泡沫合金：多孔金属材料兼有功能材多孔金属材料兼有功能材料和结构材料的双重作用，料和结构材料的双重作用，是一种性能优异的多用途是一种性能优异的多用途工程材料。工程材料。泡沫金属泡沫金属钛合金钛合金 黄金的特点之一就是柔软，人们常在黄金中加入银、铜、锌等金黄金的特点之一就是柔软，人们常在黄金中加入银、铜、锌等金属以增加黄金的强度和韧性。属以增加黄金的强度和韧性。黄金的纯度越高其越黄金的纯度越高其越柔软，柔软，纯度越低纯度越低其越硬。黄金的纯度在其越硬。黄金的纯度在珠宝首饰行业通常用珠宝
10、首饰行业通常用K K表示。表示。K K数与含金量的数与含金量的关系式：关系式：Au % = K / 24 Au % = K / 24 100% 100% ，即即1 1 K=4.166% K=4.166% 如如1818K K（75%75%）、）、22K22K（91.6%91.6%）、）、24K24K（100%100%） 理论说法，实际不理论说法，实际不存在，但有足金（含金量不少于存在，但有足金（含金量不少于9999）、千足金（含金量不少于）、千足金（含金量不少于99.999.9）的说法。）的说法。 【联系生活】【联系生活】真有真有24K24K金吗？金吗？【提示提示】（1）火烧法：俗话说真金不怕火
11、炼，火烧后真金颜色）火烧法：俗话说真金不怕火炼，火烧后真金颜色不变，则为元宝。火烧后不变，则为元宝。火烧后Cu-Zn合金表面变暗。合金表面变暗。（2）酸溶法：用醋酸或盐酸浸泡，若有气泡产生，则为假元宝）酸溶法：用醋酸或盐酸浸泡，若有气泡产生，则为假元宝。元宝的主要成分是元宝的主要成分是Au,Au,有些不法之徒却用有些不法之徒却用Cu-ZnCu-Zn合金制成假元宝、假合金制成假元宝、假首饰来骗人。运用你所学的知识，想一想用什么方法可以揭穿他们首饰来骗人。运用你所学的知识，想一想用什么方法可以揭穿他们呢呢? ?【学与用学与用】 某家庭准备装修窗户某家庭准备装修窗户( (计划使用计划使用1010年年
12、),),可供选用的材料有木可供选用的材料有木材、钢铁、铝合金、塑钢。请调查分析选用哪种材料比较好？说材、钢铁、铝合金、塑钢。请调查分析选用哪种材料比较好？说明理由。明理由。【提示提示】选用材料时，常常考虑以下几个方面：主要用途、外观、选用材料时，常常考虑以下几个方面：主要用途、外观、物理性质、化学性质、价格、加工难度、日常维护、对环境的影物理性质、化学性质、价格、加工难度、日常维护、对环境的影响等。响等。【思考与交流思考与交流】三、无机三、无机非金属材料非金属材料1 1、传统非金属材料：、传统非金属材料： 水泥、玻璃、陶瓷水泥、玻璃、陶瓷2 2、半导体材料：硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是一
13、种重要的半导体材料。、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。3 3、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、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。高强度的激光等。4 4新型陶瓷材料新型陶瓷材料新型陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷具有机械新型陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。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陶瓷主要有高温氧化物( (如氧化铝陶瓷如氧化铝陶瓷) )和高温非氧
14、化物和高温非氧化物( (如氮如氮化硅陶瓷化硅陶瓷) )两大类。功能陶瓷具有光、电、磁、化学和生物等两大类。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。和钛酸铅。无机材料无机材料金属材料金属材料非金属材料非金属材料纯金属：金、银纯金属：金、银合金合金铝合金铝合金铁合金铁合金钛合金钛合金不锈钢不锈钢传统非金属材料：水泥、陶瓷、玻璃传统非金属材料：水泥、陶瓷、玻璃半导体材料：硅半导体材料：硅光导纤维：二氧化硅光导纤维：二氧化硅新型陶瓷材料新型陶瓷材料【课堂小结】【课堂小结】1.1.合金具有优
15、良的机械性能，用途广泛。下列物质属于合金的是（合金具有优良的机械性能，用途广泛。下列物质属于合金的是（ ）A. A. 铜铜 B B钢钢C C金刚石金刚石 D D石英石英 B B【随堂训练】【随堂训练】2.2.20202020年年7 7月月2323日日1212点点4141分，长征五号遥四火箭托举起中国人的深空梦，将分，长征五号遥四火箭托举起中国人的深空梦，将“天问天问”一号送入太空，启程奔赴遥远的火星。一号送入太空，启程奔赴遥远的火星。卫星进入预定轨道卫星进入预定轨道, ,标志着中国标志着中国的航空铝材处于世界领先行列。下面关于铝合金的说法中，错误的是（的航空铝材处于世界领先行列。下面关于铝合金
16、的说法中，错误的是（ ）A.A.铝合金是一种混合物，它比纯铝的熔点低铝合金是一种混合物，它比纯铝的熔点低B.B.高温铝液易被氧化，铝合金应在熔剂层覆盖下熔炼高温铝液易被氧化，铝合金应在熔剂层覆盖下熔炼C.C.镁铝合金耐腐蚀，但能被烧碱镁铝合金耐腐蚀，但能被烧碱(NaOH)(NaOH)腐蚀腐蚀D.D.镁铝合金在盐酸中无法溶解镁铝合金在盐酸中无法溶解【解析解析】A A项，合金均为混合物，一般来说，合金的熔点比成分金属的项，合金均为混合物，一般来说，合金的熔点比成分金属的熔点低；熔点低；B B项，在熔剂层覆盖下熔炼，可隔绝空气，防止高温铝液被项，在熔剂层覆盖下熔炼，可隔绝空气，防止高温铝液被O O2
17、 2氧化；氧化；C C项，镁铝合金中的铝能与项，镁铝合金中的铝能与NaOHNaOH溶液反应；溶液反应；D D项，合金中的项，合金中的MgMg、AlAl均能与盐酸反应。均能与盐酸反应。D D3.3.下列有关金属或合金的说法中不正确的是（下列有关金属或合金的说法中不正确的是（ ）A.A.生铁属于合金生铁属于合金B.B.一般地，合金的熔点比它的各成分金属的更低一般地，合金的熔点比它的各成分金属的更低C.C.合金的化学性质与成分金属的化学性质不同合金的化学性质与成分金属的化学性质不同D.D.改变原料的配比、改变生成合金的条件，可以得到具有不同性改变原料的配比、改变生成合金的条件，可以得到具有不同性能的
18、合金能的合金C C4 4、合金合金相对于纯金属制成的金属材料来说优点是相对于纯金属制成的金属材料来说优点是( () )。合金的硬度一般比它的各组分金属的大合金的硬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, ,可得到具有不同性能的合金可得到具有不同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.A. B B. . C C. . D D. .A A5.5.下列关于硅的叙述，不正确的是（下列关于硅的叙述，
19、不正确的是（ ）A.A.硅是非金属元素，但其单质是灰黑色有金属光泽的固体硅是非金属元素，但其单质是灰黑色有金属光泽的固体B.B.硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料C.C.硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D.D.当加热到一定温度时，硅能与氧气、氢气等非金属单质反应当加热到一定温度时，硅能与氧气、氢气等非金属单质反应C C6.6.陶瓷是火与土的结晶陶瓷是火与土的结晶, ,是中华文明的象征之一是中华文明的象征之一, ,其形成、性质与化其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是学有着密切的关系。下列说法错误的是( () )A.“A.“雨过天晴云破处雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色所描述的瓷器青色, ,来自氧化铁来自氧化铁B.B.闻名世界的秦兵马俑是陶制品闻名世界的秦兵马俑是陶制品, ,由黏土经高温烧结而成由黏土经高温烧结而成C.C.陶瓷是应用较早的人造材料陶瓷是应用较早的人造材料, ,主要化学成分是硅酸盐主要化学成分是硅酸盐D.D.陶瓷化学性质稳定陶瓷化学性质稳定, ,具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点A A
