广泛应用的金属材料.ppt

丰富多彩的生活材料 第一单元 应用广泛的金属材料 金属的性质及其应用 常见合金的组成及应用 金属的腐蚀与防护 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n人类应用金属材料简史 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n人类应用金属材料简史 人类使用材料的进化顺序 材料的分类 石器时代铜器时代铁器时代 材 料 金属材料 非金属材料 合成高分子材料 传统无机非金属材料 新型无机非金属材料 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n人类应用金属材料简史 旧石器时代 人们利用燧石、 鹿角和石头制作 的工具。 石器时代 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n人类应用金属材料简史 新石器时代的石砚 环顾你家里的日常生活用品，如锅、 壶、刀、锄、水龙头等，它们都是由金属 材料制成的。金属材料包括纯金属以及它 们的合金。 人类从石器时代进入青铜器时代，继 而进入铁器时代，铜和铁作为金属材料一 直被广泛地应用着。 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n人类应用金属材料简史 青 铜 极 品 尊 与 盘 人类从石器时代进入青铜器时代。 司母戊鼎 商 代 的 青 铜 礼 器 四 羊 方 尊 战 国 初 期 曾 侯 乙 铜 钟 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n人类应用金属材料简史 进入铁器时代，铜和铁作为金属 材料一直被广泛地应用着。 铁 刃 铜 钺 越王勾践剑 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n人类应用金属材料简史 涂料合成橡胶(塑胶跑道) 陶瓷材料 钢铁材料 合成纤维 胶黏剂 第二次世界大战后，对材料提出一系列新第二次世界大战后，对材料提出一系列新 要求，具有优异性能的工程塑料部分地代替了要求，具有优异性能的工程塑料部分地代替了 金属材料，合成纤维、合成橡胶、涂料和胶黏金属材料，合成纤维、合成橡胶、涂料和胶黏 剂等都得到了相应的发展和应用。合成高分子剂等都得到了相应的发展和应用。合成高分子 材料的问世是材料发展中的重大突破，从此，材料的问世是材料发展中的重大突破，从此， 以金属材料、陶瓷材料和合成高分子材料为主以金属材料、陶瓷材料和合成高分子材料为主 体，建立了完整的材料体系，形成了材料科学体，建立了完整的材料体系，形成了材料科学 。金属材料的资源比较丰富，生产技术成熟，。金属材料的资源比较丰富，生产技术成熟， 有大规模生产的经验，质量稳定、价格低廉、有大规模生产的经验，质量稳定、价格低廉、 性能优异。这节课我们就来学习金属材料。性能优异。这节课我们就来学习金属材料。 金属材料 非铁合金钢铁 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n人类应用金属材料简史 金属材料 非铁合金铁合金 钢铁铝合金 镁合金 铜合金 金银铂合金 铝合金轮毂 镁合金笔记本电脑 铂合金首饰 青 铜 器 钢铁航母 钢铁材料 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n人类应用金属材料简史 你知道吗？ 下列金属制品通常是用哪些金属材料制成的? 各利用了金属的哪些性质? 金属制品 金属成分 应用的金属性质 “钢精锅” 电线 灯泡中的灯丝 熔断器中的保险丝 18K金首饰 硬币或纪念币 Al 导热性 Cu或Al 导电性 W 高熔点、导电 Sn、Pb 、Bi、Cd 导电、低熔点 Au、Cu、Zn 延展性、金属光泽 Cu、Zn、Al、Ni等 延展性、有光泽 18K约含 75%Au； 24K含 99%的Au 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n金属的性质及其应用 1铝是一种活泼金属，为什么可用它制作铝锅? 我们在使用铝制炊具时应注意什么问题? 表面有致密氧化物保护膜，保护里面的铝不与氧气等 物质反应；注意不要破坏保护膜，同时不能盛放酸性或碱 性食物，也不要用来盛放含盐食物。洗涤铝炊具时也不宜 使用酸性或碱性的洗涤剂。 铝在常温下遇浓硫酸或浓硝酸时会产生钝化现象 （表面生成致密保护膜） 改变金属内部结构；涂保护层（抹油、油漆、烧搪 瓷、镀其它金属、烤蓝等）；采用电化学保护（牺牲阳 极的阴极保护法如与锌块用导线相连、将铁与直流电流 的负极相连等） 2为什么铝制容器可盛装浓硫酸和浓硝酸? 3铁是活泼金属，易被腐蚀。为了延长铁制品的使用寿命， 人们常用什么方法加以处理? 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n金属的性质及其应用 实验实验步骤现象 实验1 用坩埚钳夹持一块薄铝片在酒精灯上加热片刻 实 验 2 1） 铝片浸入CuSO4溶液中，12 min后观察现象 2） 铝片浸入CH3COOH溶液中，几分钟后观察现象 3） 铝片浸入NaOH溶液中，片刻后取出用蒸馏水洗 净后浸入CuSO4溶液中，12 min后观察现象 4） 铝片浸入浓HNO3中，片刻后取出用蒸馏水洗净 后浸入CuSO4溶液中，12 min后观察现象 无现象 无现象 无现象 铝片表面有 气泡产生 铝片表面析 出红色固体 结论： 铝是一种比较活泼的金属，能与酸、碱溶液发生反应； 常温下遇冷浓硫酸、冷浓硝酸发生钝化。 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 n铝是一种比较活泼的金属，能与酸、碱溶 液发生反应； n常温下遇冷浓硫酸、冷浓硝酸发生钝化。 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n金属的性质及其应用 金属的一些物理性质及应用 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n金属的性质及其应用 一些金属的物理性质的比较 物理性质物理性质比较 导电性（以银 的导电性为 100作标准） 银 铜 金 铝 锌 铁 铅 (优)100 99 74 61 27 17 7.9(良) 密度/（gcm） 金 铅 银 铜 铁 锌 铅 (大)19.3 11.3 10.5 8.92 7.86 7.14 2.7(小) 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n金属的性质及其应用 一些金属的物理性质的比较 物理性质物理性质比较 熔点/ 钨 铁 铜 金 银 铝 锡 (高)3410 1535 1083 1064 962 660 232(低) 硬度(以金刚 石的硬度为 10作标准) 铬 铁 银 铜 金 铝 铅 (大)9 4-5 2.5-4 2.5-3 2.5-3 2-2.9 1.5(小) 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n金属的性质及其应用 讨论： 1、为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用 铅制？ 2、银的导电性比铜好，为什么电线一般用铜 制而不用银制？ 3、为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？ 如果用锡制的话，可能会出现什么情况？ 4、为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬？如 果镀金怎么样？ 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n金属的性质及其应用 物质的性质在很大程度上决定了物质 的用途，但这不是唯一的决定因素。在考 虑物质的用途时，还需要考虑价格、资源、 是否美观、使用是否便利，以及废料是否 易于回收和对环境的影响等多种因素。 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n金属的性质及其应用 合金 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n金属的性质及其应用 铁不锈钢 铜 铁 锅 铝 锅 火 锅 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n常见合金的组成及应用 学与问？学与问？ 钢铁和非铁合金都是合金，什么是合金？合钢铁和非铁合金都是合金，什么是合金？合 金有那些优良的性质？金有那些优良的性质？ 答：合金是有两种或两种以上的金属（或金属跟答：合金是有两种或两种以上的金属（或金属跟 非金属）熔合而成具有金属特性的物质。非金属）熔合而成具有金属特性的物质。 合金的合金的硬度硬度一般比它各成分的金属的一般比它各成分的金属的大大，熔熔 点点一般比它的各成分的金属的一般比它的各成分的金属的低低。 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n常见合金的组成及应用 知识卡片知识卡片 硬度一般比它各成分的金属的大硬度一般比它各成分的金属的大， 熔点一般比它的各成分的金属的低。熔点一般比它的各成分的金属的低。 焊锡焊锡(18(18) ) 67%67%锡锡 ( ( 232.1232.1 ) ) 33%33%铅铅 ( (327.7327.7 ) ) 保险丝保险丝 (70(70) ) 12.5%12.5%锡锡 ( (232.1232.1 ) ) 25%25%铅铅 ( (327.7327.7 ) ) 50%50%铋铋 ( (271.4271.4 ) ) 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n常见合金的组成及应用 合金种类 主要组成元素 常用生活器件 碳钢 铁、碳 刀具 黄铜 铜、锌门锁及家庭装修材料等 青铜 铜、锡 青铜器 白铜 铜、镍 餐具 坚铝 铝、铜、镁、锰 门窗框架 镁铝合金 镁、铝 计算机和照相机外壳 武德合金 铅、锡、铋、镉 保险丝 焊锡 铅、锡 焊接时使用的材料 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n常见合金的组成及应用 含碳量含碳量 钢铁钢铁 （2%2%4%4%）生铁）生铁 （低于（低于0.03%0.03%）熟铁）熟铁 （0.03%0.03%2%2%）碳素钢）碳素钢 钢的含碳量越低，韧性越好，硬度越低； 含碳量越高，韧性越差，硬度越高。 怎么理解？（类比橡胶） 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n常见合金的组成及应用 钢的分类钢的分类 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n常见合金的组成及应用 二、常见合金的重要应用二、常见合金的重要应用 1 1、钢、钢 2 2、非铁合金、非铁合金 2 2、铝及铝合金、铝及铝合金 3 3、钛和稀土金属、钛和稀土金属 铜合金铜合金 从金属的活泼性思考，为什么青铜是我从金属的活泼性思考，为什么青铜是我 国使用最早的合金？国使用最早的合金？ K Ca Na Mg Al Zn Fe K Ca Na Mg Al Zn Fe SnSn PbPb (H) (H) CuCu Hg Ag Pt Au Hg Ag Pt Au 金属活动顺序金属活动顺序CuCu靠后，性质不活泼容靠后，性质不活泼容 易冶炼，使用最早；像易冶炼，使用最早；像AuAu更不活泼，自然更不活泼，自然 界中就有游离态的金，不需化学方法冶炼，界中就有游离态的金，不需化学方法冶炼， 水洗即可。水洗即可。 铜合金铜合金青铜青铜黄铜黄铜白铜白铜 主要成分主要成分铜和锡铜和锡铜和锌铜和锌铜和镍铜和镍 1 1、铜合金、铜合金 1 1、含碳量、含碳量 2 2、钢的分类、钢的分类 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n常见合金的组成及应用 二、常见合金的重要应用二、常见合金的重要应用 1 1、钢、钢 1 1、含碳量、含碳量 2 2、钢的分类、钢的分类 2 2、非铁合金、非铁合金 2 2、铝及铝合金、铝及铝合金 3 3、钛和稀土金属、钛和稀土金属 名称名称组成组成主要性质主要性质主要用途主要用途 铝合金铝合金 含有含有 10%10%30%30%镁镁 硬度和强度硬度和强度 都比纯铝和都比纯铝和 纯镁大纯镁大 火箭、飞火箭、飞 机、轮船机、轮船 等制造业等制造业 硬铝硬铝 含有含有 Cu Cu 4%4% Mg Mg 0.5%0.5% MnMn 0.5%0.5% Si Si 0.7%0.7% 强度和硬度强度和硬度 都比纯铝大都比纯铝大 铝及铝合金铝及铝合金 1 1、铜合金、铜合金 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n常见合金的组成及应用 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n常见合金的组成及应用 铝的利用要比铜和铁晚得多，那仅仅 是100多年前的事情。 铝 制 品 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n常见合金的组成及应用 由于铝的密度小和具有抗腐蚀等优良 性能，现在世界上铝的年产量已超过了铜， 位于铁之后，居第二位。 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n常见合金的组成及应用 2 2、铝及铝合金、铝及铝合金 3 3、钛和稀土金属、钛和稀土金属 钛和稀土金属钛和稀土金属 （1 1）钛：具有银白色金属光泽，密度）钛：具有银白色金属光泽，密度4.5g/cm4.5g/cm 3 3 ，熔点很高（熔点很高（17251725），沸点），沸点32603260。具有良好。具有良好 的延性和展性。在常温下，钛的外形很像钢铁，的延性和展性。在常温下，钛的外形很像钢铁， 但远比钢铁坚硬，而重量只有同样大小的钢铁的但远比钢铁坚硬，而重量只有同样大小的钢铁的 一半。安然无恙的一半。安然无恙的“ “躺躺” ”在各种强酸、强碱中；连在各种强酸、强碱中；连 最凶猛的酸最凶猛的酸王水，也不能腐蚀它。王水，也不能腐蚀它。 金属钛 目前，钛主要用于飞机、火箭、目前，钛主要用于飞机、火箭、 导弹、人造卫星、宇宙飞船等尖端领域导弹、人造卫星、宇宙飞船等尖端领域 。这是因为钛的冶炼比较困难，冶炼钛。这是因为钛的冶炼比较困难，冶炼钛 要在高温条件下，而高温时钛的化学性要在高温条件下，而高温时钛的化学性 质变得活泼，需用惰性气体保护，还要质变得活泼，需用惰性气体保护，还要 使用不含氧的材料，工艺要求，冶炼成使用不含氧的材料，工艺要求，冶炼成 本高于铁或铝。本高于铁或铝。 “发现”号航天飞机 人造卫星 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n常见合金的组成及应用 钛合金“21世纪金属” 用钛合金制成的人造关节 由于它有较高的强度 、良好的抗氧化性和优异 的耐腐蚀性，对人体无毒 和无不良反应，还可作为 人造骨的材料，因而又被 称为“亲生物金属”。现 在，钛合金已广泛应用于 膝关节、肩关节、头盖骨 的修复或再造。 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 n常见合金的组成及应用 神奇的形状记忆合金 记忆合金制成的眼镜框架 具有形状记忆功能的记忆合 金在高科技领域、工业和民用部 门发挥着独特的作用。镍记忆合 金除了可以制作飞船的发射和接 收天线外，还可用于制造玻璃暖 房顶部窗户的启闭装置：当温度 较高时，装置的弹簧自动伸长， 顶冒打开，使之通风；气温降低 时，弹簧自动收缩，使顶窗关闭 。在医学方面，对脊椎骨弯曲的 患者进行脊椎校直时，可将形状 记忆合金制成的器件固定在脊椎 骨上，受热时因器件伸长，而使 脊椎被校直。用形状记忆合金制 成的高级眼镜框架，扭曲折弯后 ，能够自动恢复成原来的形状， 弹性好，经久耐用。 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 练习练习 1 1下列物质，不属于合金的是（下列物质，不属于合金的是（ ） A A硬铝硬铝 B B黄铜黄铜 C C钢铁钢铁 D D水银水银 2 2我国使用最早的合金是是（我国使用最早的合金是是（ ） A A青铜青铜 B B白铜白铜 C C生铁生铁 D D石块石块 3 3下列几种合金硬度最大的是（下列几种合金硬度最大的是（ ） A A生铁生铁 B B低碳钢低碳钢 C C中碳钢中碳钢 D D高碳钢高碳钢 4 4合金有许多特点，如：合金有许多特点，如：NaNaKK合金为液体，而单质合金为液体，而单质 的的NaNa、KK均为固态。据此推测生铁、铁、碳三种物质中均为固态。据此推测生铁、铁、碳三种物质中 ，熔点最低的是。，熔点最低的是。 （ ） A A生铁生铁 B B纯铁纯铁 C C碳碳 D D无法确定无法确定 D D A A A A A A 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 第一单元 应用广泛的金属材料 练习练习 5 5除去铜粉中的铝粉，不可选用的试剂是（除去铜粉中的铝粉，不可选用的试剂是（ ） A A稀硫酸稀硫酸 B BCuSOCuSO 4 4 溶液溶液 C CNaOHNaOH溶液溶液 D DAgNOAgNO 3 3 溶液溶液 6 6铝在人体内引起慢性中毒，引起老年痴呆症，铝在人体内引起慢性中毒，引起老年痴呆症，19891989 年世界卫生组织将铝确定为年世界卫生组织将铝确定为“ “食品污染源之一食品污染源之一” ”而加以控而加以控 制。铝在下列使用场合一般无需控制的是（制。铝在下列使用场合一般无需控制的是（ ） A A电线电缆电线电缆 B B牙膏皮牙膏皮 C C制造炊具餐具制造炊具餐具 D D糖果香烟包装糖果香烟包装 D D A A 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 n金属的腐蚀与防护 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 n金属的腐蚀与防护 铁合金在使用过程中发生锈蚀的原因 是什么?为什么炒过菜的铁锅没有及时 清洗容易生锈? 铁合金在使用过程中发生锈蚀，是因为在潮湿环 境下的铁合金大多数情况下会发生“微电池”腐蚀 ，属于电化学腐蚀，其本质是形成了原电池。 炒过菜的铁锅残留有烹饪用的食盐等电解质，溶 解在水中形成了电解质溶液，如不及时洗净很容 易发生电化学腐蚀。 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 n金属的腐蚀与防护 金属的腐蚀现象非常普遍： 1、钢铁生锈： 铁锈的主要成分：Fe2O3xH2O 2、铜器表面生成铜绿： 铜绿的主要成分：Cu2(OH)2CO3 金属腐蚀的不利后果有哪些？ P89 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 n金属的腐蚀与防护 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 n金属的腐蚀与防护 金属腐蚀的类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 n金属的腐蚀与防护 化学腐蚀 金属跟接触到的物质直接发生化学反 应而引起的腐蚀。 原理：氧化还原反应 例如：铁与氯气直接反应 钢管被原油中的含硫 化合物腐蚀 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 n金属的腐蚀与防护 电化学腐蚀 不纯的金属(或合金)跟电解质溶液接触 时，会发生原电池反应，比较活泼的金 属失去电子而被氧化的反应。 原理：原电池反应 本质：氧化还原反应 例如： 钢铁在潮湿的空气中被腐蚀 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 n金属的腐蚀与防护 条件：1、有电解质溶液（水膜） 2、有活泼性不同的两种金属 或其中一种是导电非金属（Fe和C） 3、闭合回路 电极判断：比较活泼的一极是负极（Fe） 比较不活泼的是正极（C） 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 n金属的腐蚀与防护 CFe 2e- Fe 2+ H + H2 负极（Fe）：Fe - 2e-= Fe2+ 钢铁的电化学腐蚀（析氢腐蚀） （水膜酸性较强） 正极（C）：2H+2e- =H2 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 n金属的腐蚀与防护 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 n金属的腐蚀与防护 Fe - 2+ O2 OH C Fe 2e- 负极（Fe）：Fe 2e- = Fe2+ 正极（C）：O2+2H2O+4e- =4OH 钢铁的电化学腐蚀（吸氧腐蚀） （水膜酸性很弱或呈中性） 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 n金属的腐蚀与防护 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 n金属的腐蚀与防护 析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe-C合金为例） 析氢腐蚀吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强 （pH4.3） 水膜酸性很弱 或中性 电极 反应 负 极 正 极 O2+2H2O+4e- =4OH- 2H+2e- =H2 Fe - 2e-= Fe2+ 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 n金属的腐蚀与防护 化学腐蚀与电化学腐蚀 化学腐蚀电化学腐蚀 条件 金属跟氧化剂 直接接触跟 接触 现象无电流产生 本质 联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普 遍 不纯金属或合金 电解质溶液 较活泼金属被氧化 有微弱电流产生 金属被氧化 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料 n金属的腐蚀与防护 2、金属防护的方法（结合日常生活经验谈谈） （1）改变金属内部结构 （2）加保护层 （3）外加活泼电极保护法 制成各种合金制成各种合金 涂油漆、涂油漆、 涂油、电镀、喷镀、涂油、电镀、喷镀、 制成氧化膜、喷塑等。制成氧化膜、喷塑等。 牺牲牺牲锌块锌块来保护船身、牺牲来保护船身、牺牲镁块