1、第三章第三章 铁铁 金属材料金属材料 金属材料金属材料金属材料：包括纯金属和合金金属材料：包括纯金属和合金1 1、大多数金属为银白色（铜：紫红色，金：黄色）固体（汞：液体）。、大多数金属为银白色（铜：紫红色，金：黄色）固体（汞：液体）。2 2、有、有金属光泽。金属光泽。3 3、具有导电性、导热性和、具有导电性、导热性和延展性。延展性。导热性导热性延展性延展性导电性导电性金属特性：金属特性： 合金是由两种或两种以上的_熔合而成的具有_特性的物质。金属金属(或金属和非金属或金属和非金属) 金属金属 CuAuAgPtTi纯金属材料纯金属材料实际生活中却使用的最多的是合金，很少使用纯金属。实际生活中却
2、使用的最多的是合金，很少使用纯金属。Al 因为因为铁的表面常常生锈，盖着一层黑色的四氧化三铁铁的表面常常生锈，盖着一层黑色的四氧化三铁与棕褐色的氧化铁的混合物，看去就是黑色的。所以人们与棕褐色的氧化铁的混合物，看去就是黑色的。所以人们称之为称之为“黑色金属黑色金属”。又因为。又因为最常见的合金钢是锰钢与铬最常见的合金钢是锰钢与铬钢，这样，人们把锰与铬也算成是钢，这样，人们把锰与铬也算成是“黑色金属黑色金属”了。了。稀土元素。包含元素：镧系元素(从镧到镥，原子序数从5771的15种元素)及_、_共17种元素。钪钪 钇钇 二、合金二、合金两种两种或两种以上的金属（或金属跟非金属）熔合而成的具有金属
3、特性的物质。或两种以上的金属（或金属跟非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。1 1、定义：、定义：2 2、性质：、性质： 具有许多优良的物理、化学或机械性能。具有许多优良的物理、化学或机械性能。（1 1） 硬度大于硬度大于各成分金属各成分金属 （2 2） 熔点低于熔点低于各成分金属各成分金属 结构决定性质： 合金合金的的性能可以通过所添加的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节。合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节。 纯金属与合金的结构比较纯金属与合金的结构比较 提醒提醒 (1)(1)合金是混合物而不是纯净物。合金是混合物而不是纯净物。 (2) (2)
4、不锈钢的抗腐蚀能力比纯铁强。不锈钢的抗腐蚀能力比纯铁强。(3)(3)合金在许多方面不同于各成分金属，不是简单加合；合金在许多方面不同于各成分金属，不是简单加合； 但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。(4)(4)并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，若一种金属的熔点高于另一金属的沸点，则二者不能形成合金。范围内都能熔化，若一种金属的熔点高于另一金属的沸点，则二者不能形成合金。三、铁合金三、铁合金（
5、含碳量在（含碳量在2 24.34.3之间之间, ,还含硅锰及少量磷还含硅锰及少量磷 ）碳素钢碳素钢合金钢合金钢生铁生铁钢钢低碳钢低碳钢（含碳（含碳0.30.6 ）高碳钢高碳钢（含碳（含碳0.030.3 ）中碳钢中碳钢（含碳（含碳0.62 ）不锈钢不锈钢超级钢超级钢（特种钢）（特种钢） 合金钢也叫特种钢，是在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变合金钢也叫特种钢，是在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种特殊性能，如强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀等等。化，从而使钢具有各种特殊性能，如强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀
6、等等。性能：硬度大、抗压性能：硬度大、抗压, ,性脆、可以铸造成型。性脆、可以铸造成型。用途：是制造机座、管道的重要材料。用途：是制造机座、管道的重要材料。韧性、焊接性好，但强度低，用于制造钢板、钢丝和钢管等韧性、焊接性好，但强度低，用于制造钢板、钢丝和钢管等强度高强度高, ,韧性及加工性好韧性及加工性好, ,用于制造用于制造钢轨、车轮和建材等钢轨、车轮和建材等硬而脆硬而脆, ,热处理后弹性好热处理后弹性好, ,用于制造用于制造器械、弹簧和刀具等器械、弹簧和刀具等它的合金元素主要是铬它的合金元素主要是铬 (Cr)(Cr)和镍和镍 ( (NiNi ) )，具有很强的抗腐蚀能力具有很强的抗腐蚀能力
7、。 具有优异的强度和延展性的结合。具有优异的强度和延展性的结合。1 1生铁的熔点是生铁的熔点是1100 1100 1200 1200 ，则可推断纯铁的熔点，则可推断纯铁的熔点是是 ( () )A A1085 1085 B B1160 1160 C C1200 1200 D D1535 1535 练一练练一练D2 2. .下列下列有关铁和铁合金的说法错误的是有关铁和铁合金的说法错误的是( () )A A生铁比铁生铁比铁软软 B B铁有良好的导热性铁有良好的导热性C C钢是铁的钢是铁的合金合金 D D铁在潮湿的空气中容易生锈铁在潮湿的空气中容易生锈A3.3.生铁生铁和钢组成上有什么不同？和钢组成上
8、有什么不同？（1 1）钢的含碳量越低，韧性越好，硬度越低；）钢的含碳量越低，韧性越好，硬度越低；（2 2）含碳量越高，韧性越差，硬度越高。）含碳量越高，韧性越差，硬度越高。（3 3）不同合金具有不同的性能。与钢铁相比，主要表现在机械强度、韧性、硬度、可）不同合金具有不同的性能。与钢铁相比，主要表现在机械强度、韧性、硬度、可塑性、耐腐蚀性等方面塑性、耐腐蚀性等方面4.工业生产中常将两种金属在同一容器中加热使其熔化，冷却后得到具有金属特性的熔合物合金。试根据下表所列金属的熔点和沸点的数据（其它条件均已满足），判断哪种金属不易跟其它金属制得合金_（填代号，双选）。 A.Zn B.Fe C.W D.A
9、g 【答案】AC金属FeCuZnAgAuW熔点（）15351083419.5960.810633380沸点（）30002595907221227075637 2、在碳素钢中，由于含碳量不同，高碳钢、中碳钢和低碳钢的性能有很大差异；向碳素钢中加入不同的合金元素，可制得不同性能的合金钢。这对你有什么启示？1 1、合金元素不同，其性能不同、合金元素不同，其性能不同2 2、结构决定性能，性能决定其用途、结构决定性能，性能决定其用途3 3、改变合金元素来开发新功能的金属材料、改变合金元素来开发新功能的金属材料启示：启示：【思考与讨论】1、碳素钢的含碳量的高低与其硬度、韧性有何关系？【答】碳素钢的含碳量越
10、高，硬度越大；【答】碳素钢的含碳量越高，硬度越大； 含碳量越低，韧性越好。含碳量越低，韧性越好。（1）青铜是我国最早的合金，主要含铜和锡，有良好的强度和塑性、耐磨、耐腐蚀，主要用于制机器零件如轴承、齿轮等。（2）黄铜，主要含铜和锌，有良好的强度和塑性、易加工、耐腐蚀，主要用于制机器零件、仪表和日用品。（3）白铜，主要含铜和镍，它不容易生铜绿，常用于制造精密仪器和装饰品。四、铜合金四、铜合金五五、铝和铝合金铝和铝合金物理性质物理性质Al +132 8 3问题问题3 3：阅读课本P76第一段感受铝的氧化膜的存在加热铝箔加热铝箔实验现象：实验现象：实验结论：实验结论： 铝箔熔化，表面失去光泽，熔化的
11、铝并不滴落，铝箔熔化，表面失去光泽，熔化的铝并不滴落，好象有一层膜兜着好象有一层膜兜着 因为铝表面有一层氧化膜保护了铝。构成因为铝表面有一层氧化膜保护了铝。构成膜的氧化铝膜的氧化铝( (Al2O3) )的熔点很高，没有熔化，包的熔点很高，没有熔化，包在外面使熔化的液态铝不会滴落下来。在外面使熔化的液态铝不会滴落下来。 活泼的金属在空气中易与氧气反应，生有一活泼的金属在空气中易与氧气反应，生有一层氧化物。有的氧化膜疏松，不能保护内层金属，层氧化物。有的氧化膜疏松，不能保护内层金属，如铁和钠等。有的氧化物致密，可以保护内层金如铁和钠等。有的氧化物致密，可以保护内层金属不被继续氧化，如镁和铝等。属不
12、被继续氧化，如镁和铝等。铝铝片片表面开始没有气泡，随后有表面开始没有气泡，随后有大量气泡产生，试管壁有发热现象。大量气泡产生，试管壁有发热现象。一段时间后，将点燃的木条放在试管口可观察到淡蓝色火焰。一段时间后，将点燃的木条放在试管口可观察到淡蓝色火焰。【实验【实验3-43-4】在一支试管中加入】在一支试管中加入5mL5mL盐酸，再向试管中放入一小块铝片。观察现象。过盐酸，再向试管中放入一小块铝片。观察现象。过一段时间后，将点燃的木条放在试管口，你观察到什么现象一段时间后，将点燃的木条放在试管口，你观察到什么现象? ?铝铝表面的表面的保护膜和铝保护膜和铝均能与盐酸发生反应。均能与盐酸发生反应。实
13、验实验现象：现象：实验实验结论：结论：化学方程式：化学方程式：Al2O36HCl=2AlCl33H2O,2Al6HCl =2AlCl33H2想象实验：想象实验：把一小块铝片分别与把一小块铝片分别与2mol/L的盐酸和的盐酸和1mol/L的硫酸反应，哪个反应现的硫酸反应，哪个反应现象更明显、反应更剧烈？象更明显、反应更剧烈？氯离子会破坏氧化膜的结构。氯离子会破坏氧化膜的结构。为什么氯离子会破坏铝表面的氧化膜？为什么氯离子会破坏铝表面的氧化膜？活泼金属铝的保护衣活泼金属铝的保护衣-氧化铝氧化铝实验实验3-53-5实验现象实验现象反应方程式反应方程式铝片与铝片与NaOHNaOH溶液溶液反应反应铝片（
14、打磨过）铝片（打磨过）与与NaOHNaOH溶液反应溶液反应开始没有气泡，一段时间后产生气泡，将点燃的木条放在试管口可观察到淡蓝色火焰。立即产生气泡，将点燃的木条放在试管口可观察到淡蓝色火焰。偏铝酸钠偏铝酸钠【实验【实验3-3-5 5】在两支】在两支试管试管中分别加入少量的中分别加入少量的NaOHNaOH溶液，然后向其中一支试管溶液，然后向其中一支试管中放入一小中放入一小块铝块铝片，向另一支试管中放入用砂纸仔细打磨过（片，向另一支试管中放入用砂纸仔细打磨过（除去表面的氧化膜除去表面的氧化膜）的一小块铝片。）的一小块铝片。观察现象。过一段时间后，将观察现象。过一段时间后，将点燃的点燃的木条分别放在
15、两支试管木条分别放在两支试管口，你观察到什么现象口，你观察到什么现象? ?问：通过实验，问：通过实验，你对铝和氧化铝的性质有什么认识你对铝和氧化铝的性质有什么认识？两性氧化物：两性氧化物：既能与酸反应生成盐和水既能与酸反应生成盐和水, ,又能与碱反应生成盐和水的氧化物又能与碱反应生成盐和水的氧化物, ,例如例如AlAl2 2O O3 3。【应用】【应用】由于由于Al和和 A12O3均能与酸、碱均能与酸、碱反应，反应，氯氯离子又会离子又会破坏氧化膜的破坏氧化膜的结构，结构，因此因此铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物。铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物。Al和和 A12O3
16、均能与酸、碱均能与酸、碱反应。反应。分别属于两性金属和两性氧化物。分别属于两性金属和两性氧化物。问：氧化铝是两性氧化物，当作为酸性氧化物时，其对应的酸是什么酸？是几元酸？问：氧化铝是两性氧化物，当作为酸性氧化物时，其对应的酸是什么酸？是几元酸？其中其中Al(OH)4 AlO2- 2H2O，因此因此NaAlO2也可写成也可写成NaAl(OH)4。Al(OH)3H3AlO3铝酸铝酸偏铝酸偏铝酸问：作为问：作为碱碱性氧化物时，其对应的碱是什么？性氧化物时，其对应的碱是什么？= HAlO2 + H2O= =Al是两性金属，试分析铝跟碱反应的本质？是两性金属，试分析铝跟碱反应的本质？2Al + 2H2O
17、 + 2NaOH = 2NaAlO2 + 3H2 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O + +2Al + 6H2O + 2NaOH = 2NaAlO2 + 4H2O + 3H2 问：铝与碱反应氧化剂是什么？问：铝与碱反应氧化剂是什么？ 纯铝的硬度和强度较小，不适合制造机器零件等。纯铝的硬度和强度较小，不适合制造机器零件等。铝合金铝合金（P80P80教材习题教材习题3 3）向一个铝质易拉罐中充满）向一个铝质易拉罐中充满C CO O2 2, ,然后往罐中注人足量的浓然后往罐中注人足量的浓NaNaO OH H溶液溶液, ,
18、立即用胶布封严罐口。一会儿听到罐内发出立即用胶布封严罐口。一会儿听到罐内发出 “ “咔、咔咔、咔”的响声的响声, ,且易拉罐变瘪且易拉罐变瘪; ;再再过一会儿易拉罐又鼓起来恢复原样。请完成下列空白。过一会儿易拉罐又鼓起来恢复原样。请完成下列空白。(1)(1)易拉罐变瘪的原因易拉罐变瘪的原因_,_,反应的离子方程式反应的离子方程式为为_。(2)(2)易拉罐又鼓起来的原因是易拉罐又鼓起来的原因是_，反应的离子方程式为，反应的离子方程式为_。CO2和和NaOH溶液反应，导致易拉罐内压强变小溶液反应，导致易拉罐内压强变小CO2+2OH= CO32+H2OAl和和NaOH溶液反应产生溶液反应产生H2，导
19、致易拉罐内压强又变大，导致易拉罐内压强又变大2Al+2OH+2H2O= 2AlO2+3H2六六 、新型、新型合金合金1 1、储、储氢合金氢合金阅读教材阅读教材P77-78P77-78，思考以下问题：，思考以下问题：（1 1）氢能的利用关键要解决什么问题？）氢能的利用关键要解决什么问题？（2 2）储氢合金的储氢原理是什么）储氢合金的储氢原理是什么? ?储氢合金是一类能够大量吸收H2,并与H2结合成金属氢化物的材料。安全储存和运输问题要求：储氢量大, 金属氢化物既容易形成,稍稍加热又容易分解,室温下吸、 放氢的速率快。钛合金钛合金镍钴合金镍钴合金2 2、钛合金、钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型
20、合金广泛应用于航空航天、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。生物工程和电子工业等领域。 （P80P80教材习题教材习题9 9）我国发行的第五套人民币中）我国发行的第五套人民币中,l,l元元 、5 5角角 和和 1 1角角 硬币的材硬币的材质分别为钢芯镀镍质分别为钢芯镀镍 (1 (1元元 ) )、 钢芯镀铜钢芯镀铜(5(5角角 ) )和铝合金和铝合金 ( (1 1角角 ) )。 请查阅资请查阅资料料, ,讨论选择铸造硬币的金属材料时应考虑哪些因素。讨论选择铸造硬币的金属材料时应考虑哪些因素。（提示：选择铸造硬币的金属材料时，应该考虑的因素有硬度、（提示：
21、选择铸造硬币的金属材料时，应该考虑的因素有硬度、价格、光泽、耐磨性、耐腐蚀性、易加工程度等）价格、光泽、耐磨性、耐腐蚀性、易加工程度等）课堂练习课堂练习1 1、镁镁铝合金质优体轻铝合金质优体轻, ,又不易锈蚀又不易锈蚀, ,大量用于航空工业、造船工业、日用化工等大量用于航空工业、造船工业、日用化工等领域。下列关于镁铝合金性质的叙述中领域。下列关于镁铝合金性质的叙述中, ,不正确的是不正确的是( () )A.A.此合金的熔点比镁和铝的熔点都低此合金的熔点比镁和铝的熔点都低B.B.此合金能全部溶解于足量稀盐酸中此合金能全部溶解于足量稀盐酸中C.C.此合金能全部溶解于足量氢氧化钠溶液中此合金能全部溶
22、解于足量氢氧化钠溶液中D.D.此合金的硬度比镁和铝的硬度都大此合金的硬度比镁和铝的硬度都大C2 2、判断判断正误正误( (正确的打正确的打“”,“”,错误的打错误的打“”)”)。(1)(1)合金中只存在金属元素合金中只存在金属元素, ,不可能有非金属元素不可能有非金属元素。 ( () )(2)(2)生铁的熔点比铁低生铁的熔点比铁低, ,但机械强度和硬度比铁高但机械强度和硬度比铁高。 ( () )(3)(3)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。 ( () )(4)(4)硬铝、钢铁、水银均属于合金硬铝、钢铁、水银均属于合金。 ( () )(5)(5)镁铝熔合成合金的过程
23、发生了化学变化镁铝熔合成合金的过程发生了化学变化。 ( () )(6)(6)熔化烧碱可在氧化铝坩埚中进行熔化烧碱可在氧化铝坩埚中进行。 ( () )(7)Al(7)Al2 2O O3 3与少量的氢氧化钠溶液反应生成与少量的氢氧化钠溶液反应生成Al(OH)Al(OH)3 3沉淀沉淀。 ( () )(8)(8)硬铝、生铁均属于混合物硬铝、生铁均属于混合物。 ( () ) 4 4、等等体积、等物质的量浓度的稀硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中体积、等物质的量浓度的稀硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中, ,各加各加入等质量的铝入等质量的铝, ,生成氢气的体积之比为生成氢气的体积之比为5 5
24、6,6,则甲、乙两烧杯中的反应情况是则甲、乙两烧杯中的反应情况是( () ) B2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H22Al+2NaOH+ 2H2O=2NaAlO2+3H23 3、将将等物质的量的等物质的量的NaNa和和AlAl两种金属加入足量的水中两种金属加入足量的水中, ,生成生成26.88 L(26.88 L(标准状况下标准状况下) )的气体的气体, ,则下列描述错误的则下列描述错误的是是 ( ( ) )A.A.金属金属NaNa无无剩余剩余 B B. .金属金属AlAl有剩余有剩余C.C.所得溶液溶质为所得溶液溶质为NaAlONaAlO2 2 D.NaD.Na的物质的量是的物质
25、的量是0.6 mol0.6 mol2Al+2NaOH+ 2H2O=2NaAlO2+3H2BA.A.甲、乙中都是铝过量甲、乙中都是铝过量 B. B.甲中铝过量甲中铝过量, ,乙中碱过量乙中碱过量C C. .甲中酸过量甲中酸过量, ,乙中铝过量乙中铝过量 D. D.甲中酸过量甲中酸过量, ,乙中碱过量乙中碱过量5 5、铁铁和铝是科技、生产、生活中应用最广泛的金属材料。现有铁、铝的混和铝是科技、生产、生活中应用最广泛的金属材料。现有铁、铝的混合物进行如下实验合物进行如下实验: :(1)(1)操作操作X X的名称是的名称是。(2)(2)气体气体A A是是 。(3)A(3)A与与ClCl2 2混合光照可
26、能发生爆炸混合光照可能发生爆炸, ,生成生成( (填化学式填化学式),A),A在该反应中在该反应中作为作为 ( (填填“氧化剂氧化剂”或或“还原剂还原剂”)”)。(4)(4)溶液溶液B B中阴离子除中阴离子除OHOH- -外还有外还有, ,溶液溶液D D中存在的金属离子为中存在的金属离子为。 过滤H2(或氢气)HCl还原剂Fe2+AlO2-6、Al(OH)3既能与酸反应，生成铝盐既能与酸反应，生成铝盐( Al3 )，又能与碱反应生成，又能与碱反应生成偏铝酸盐偏铝酸盐( AlO2 )，属于两性氢氧化物，属于两性氢氧化物，试写出试写出Al(OH)3与盐酸、与盐酸、氢氧化钠溶液反应的离子方程式。氢氧化钠溶液反应的离子方程式。Al(OH)3 3H = Al33H2OAl(OH)3 OH = AlO2 2H2O
