应用广泛的金属材料.ppt

第一单元第一单元 应用广泛的金属材料应用广泛的金属材料 专题3 丰富多彩的生活材料 人类使用材料的进化顺序 材料的分类 石器时代青铜器时代铁器时代 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 专题3 丰富多彩的生活材料 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 专题3 丰富多彩的生活材料 新石器时代的石砚 青 铜 极 品 尊 与 盘 专题3 丰富多彩的生活材料 青铜器时代 商 代 的 青 铜 礼 器 司母戊鼎 四 羊 方 尊 战 国 初 期 曾 侯 乙 铜 钟 专题3 丰富多彩的生活材料 青铜器时代 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 专题3 丰富多彩的生活材料 铁器时代 越王勾践剑 专题3 丰富多彩的生活材料 绚丽多彩的金属世界 合金的广泛应用 专题3 丰富多彩的生活材料 绚丽多彩的金属世界 专题3 丰富多彩的生活材料 绚丽多彩的金属世界 专题3 丰富多彩的生活材料 绚丽多彩的金属世界 专题3 丰富多彩的生活材料 2008年9月25日神七成功发射! 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 应应用的金属性质质 “钢钢精锅锅” 电线电线 灯泡中的灯丝丝 熔断器中的保险险 丝丝 18K金首饰饰 硬币币或纪纪念币币 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约含有 75%Au； 24K含有 99%的Au 专题3 丰富多彩的生活材料 一、金属的性质及其应用 金属的共同物理性质 金属的导电性、导热性 导电性：由于自由电子在外加电场的作用下产 生定向移动形成电流。故金属容易导电。 导热性：自由电子在运动时与金属离子相互碰 撞，在碰撞过程中发生能量交换，使整块金 属达到同样的温度。 金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的 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 铝 (大)19.3 11.3 10.5 8.92 7.86 7.14 2.7(小) 一、金属的性质及其应用 金属的共同物理性质 一、金属的性质及其应用 金属的共同物理性质 绝大多数金属有延展性 当金属受到外力时，金属内原子层之间容 易作相对位移，而金属离子和自由电子仍 保持着金属键的结合力，金属发生变形而 不易断裂，因此金属具有良好的延展性。 最细的白金丝直径不过1/5000mm 最薄的金箔只有1/10000mm厚 金属的一些物理性质及应用 一、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） 2为什么铝制容器可盛装浓硫酸和浓硝酸? 交流与讨论 活动与探究 一、金属的性质及其应用 实验实验现现 象 实验实验 实验实验 铝片表面无明显现象 铝片表面出现气泡 铝片表面附着一层红色的铜 铝片表面无明显现象 铝箔熔化，失去光泽，熔化的铝 并不滳落，好象有一层膜兜着 一、金属的性质及其应用 铝是一种比较活泼的金属，具有两性，能与 酸、强碱溶液反应； 表面的铝能与空气中的氧气反应形成一层致 密的氧化膜，具有一定的抗腐蚀能力； 常温下，与强氧化性的酸（如浓硫酸、浓硝 酸）接触时，表面会钝化； 铝、氧化铝、氢氧化铝都具有两性，能与酸 或强碱反应，请写出反应方程式 归纳：铝的性质 1.什么叫合金? 2.合金跟纯的金属有什么差别? 合金：由两种或两种以上的金属（或金属与非 金属）融合而成的具有金属特性的物质。 二、常见合金的组成及应用 合金的机械、物理和化学性能往往优于纯金属， 因此，人类自古到今主要是生产、研究和应用合 金。人类已知的合金达数万种之多。 合金的性能： 1、硬度较大 2、熔点一般比各成分金属低 思考：为什么在纯金属加入其他元素形成合金 以后，它的性能与纯金属有很大的差异呢？ 3、合金的性能可以通过所添加的元素的种 类、含量和生成合金的条件等来加以控制。 合金与各成分金属相比，具有许多优良的物理、 化学或机械性能。 纯金属和合金的结构不同 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 表33 生活中常见的合金 生活中常见的合金P86 碳钢 生活中常见的合金 P86 黄铜 生活中常见的合金 P86 青铜 生活中常见的合金P86 坚铝 生活中常见的合金P86 镁铝合金 1、铁合金 铁碳合金： 生铁 ： 钢： 含碳量为2% 4.3% 用途：生铁硬度大，抗压，性脆，可以铸 造成型，是制造机座、管道的重要材料 用途：钢有良好的延展性，机械性能 好，用于制造机械和交通工具 含碳量为0.3% 2% （在高温条件下，用氧化剂把生 铁中的过多的碳和杂质除去得 到的铁合金。） 炒菜用的铁锅、下水井盖是 由生铁铸造的 钢的分类 钢 碳素钢： 合金钢： 低碳钢、中碳钢、高碳钢 如不锈钢（熔合的金属为铬Cr 和镍Ni） 在钢中分别按一定的比例 熔合锰、钨、镍、硅等物质。 （特种钢） 生活中的不锈钢制品 不锈钢是不是在任何情况下都不生锈？ 在某些情况下（如在海水中）， 不锈钢仍然会被腐蚀。 2、铝合金 铝合金：向纯铝中加入合金元素如Cu 、 Mg、 Si、 Mn、 Zn 及稀土金属等。 如硬铝： Cu 4%、 Mg 0.5 % 、 Mn 0.5 % 、 Si 0.7% 性能：密度小、强度大、抗腐蚀 带翼的金属 硬铝 铝和航空事业紧紧地连在一起，因 此，有些国家把铝誉为“带翼的金属” ，即能飞的意思。 广泛用于飞机、火箭、汽车、火车、 船舶等许多军用和民用产品中。 高压锅是用铝合金制造的 你还能说出生活中哪些用品是用铝合金 制造的吗？ 3、铜合金 黄铜： Cu Zn （含Zn 20% 36%） 青铜： Cu Sn （含Sn 10% 30%） 战国初期的曾侯乙编钟 （青铜器） 4、新型合金 储氢合金：Ti- Fe La-Ni 钛合金：亲生物金属 储氢合金可用于以 H2为燃料的汽车 人造骨头 5、新型合金 形状记忆合金：合金的形状被改变之后， 一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔 术般地变回到原来的形状，人们把具有这种 特殊功能的合金称为形状记忆合金。 钛镍合金 形状记忆效应可用下图所示的简单实验演 示，原本弯弯曲曲的形状记忆合金丝（a） 经拉直后（b），只要放入盛有热水的烧杯 中，合金丝就会迅速恢复到和原来一摸一 样的弯弯曲曲的形状（c）。 (a) 原始形状 (b) 拉 直 (c) 加热后恢复 在医学上的应用 形状记忆合金在现代临床医疗领域内 已获得广泛应用，正扮演着不可替代的重 要角色。例如，各类人体腔内支架、心脏 修补器、血栓过滤器、口腔正畸器、人造 骨骼、伤骨固定加压器、脊柱矫形棒、栓 塞器、节育环、医用介入导丝和手术缝合 线等等，都可以用形状记忆合金制成。 作为一类新兴的功能材料，形状记忆合金的很多新 用途正不断被开发。记忆合金还可以制成任意变形的眼 镜架，如果不小心被碰弯曲了，只要将其放在热水中加 热，就可以恢复原状。不久的将来，汽车的外壳也可以 用记忆合金制作。如果不小心碰瘪了，只要用电吹风加 加温就可恢复原状，既省钱又省力，实在方便。 其它领域的应用 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，而合金为液体，而 单质的单质的 Na Na、KK均为固态。据此推测生铁、铁、碳三均为固态。据此推测生铁、铁、碳三 种物质中，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 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 7.人类历史上大量生产和使用铝、铁、钛、人类历史上大量生产和使用铝、铁、钛、 铜四种金属的时间顺序是（铜四种金属的时间顺序是（ ） A. A. 铜、铁、铝、钛铜、铁、铝、钛 B. B. 铁、铝、铜、钛铁、铝、铜、钛 C. C. 铜、铁、钛、铝铜、铁、钛、铝 D. D. 铁、铜、铝、钛铁、铜、铝、钛 D D A A A 9.在铁、铝、铜、锌、钛五种金属中： 常用于电镀和作干电池电极的金属是 生铁和钢是哪种金属的合金 包装糖果、香烟的银白色金属材料 常用于制造电线和电缆的金属 常用于航空工业作制造飞机等材料 的金属 锌 铜 铝 铝 铝 铁 钛 讨论：用来铸造硬币的合金需要具有什么性质？ 资源丰富无毒轻便 耐磨耐腐蚀 美观、易加工 除金、铂外，大多数金属都会发生腐蚀。铁 器使用时间较长会生锈；较不活泼的金属铜在潮 湿的空气中也会慢慢形成一层绿色的铜锈(俗称“ 铜绿”)；银首饰在空气中受到微量硫化物的作用 ，表面会生成硫化银薄层，逐渐失去光泽。 1、定义：金属的腐蚀（corrosion)是 指金属或合金与周围的物质接触， 发生 化学反应被侵蚀损耗的过程， 在金属腐蚀 过程中金属失去电子被氧化。 MMn 失去n个电子 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? 铁器件不仅容易受到环境中化学物质(如酸雾 )的侵蚀而发生化学腐蚀，在潮湿的空气中还能发 生电化学腐蚀。在潮湿的空气里，铁器件表面吸 附了一层水膜。水膜中溶解有氧和少量盐类等， 形成一薄层电解质溶液，与铁器件中的铁和碳构 成了许多微小的原电池，发生原电池反应，从而 加快了铁器件腐蚀的速率。 2、分类： 化学腐蚀（chemical corrosion） 电化学腐蚀（electrochemical corrosion） 金属跟周围的物质接触直接发生化学反应而引起的 腐蚀叫化学腐蚀，如铁被氯气、氧气氧化而腐蚀。 由于钢铁中含有少量的碳等杂质，在潮湿的空气中，钢铁表 面形成了一层电解质溶液的薄膜。金属接触电解质溶液后， 较活泼的金属铁被氧化而腐蚀(Fe失去电子形成Fe2)，溶液 中的氢离子或水和氧气则在碳(或金属活动性比铁弱的金属) 上得到电子被还原(H得到电子生成H2)，金属在这种情况下 发生的腐蚀称为电化学腐蚀。 析氢腐蚀 负：Fe2e=Fe2 正：2H2e=H2 吸氧腐蚀 负：Fe2e=Fe2 正：O24e2H2O=4OH 金属腐蚀给生产生活带来很多不便，造 成了巨大的经济损失。据报道，全世界每年 因金属腐蚀造成的直接经济损失约达7 000亿 美元，是地震、水灾、台风等自然灾害造成 损失总和的6倍。我国因金属腐蚀造成的损失 占国民生产总值(GNP)的4，钢铁因腐蚀而 报废的数量约占钢铁当年产量的2530 。金属腐蚀还可能造成环境污染。例如，重 金属制成的材料被腐蚀后，重金属离子就会 进入到水体、土壤中，引起重金属污染。因 此，采取各种措施防止金属的腐蚀十分必要 。 3、金属的防护 （1）覆盖保护层； （2）改变金属内部结构； （3）钢铁表面镶嵌活泼金属， 如锌； （4）钢铁连接电源负极。 有些盛放食品的铁罐是用“马口铁”(镀锡铁皮 )制成的；屋檐的水槽、浇花用的水壶和水桶等器具 一般是用白铁皮(镀锌铁皮)制成的。当“马口铁”铁 罐被腐蚀时，锈斑呈点状分布，锈孔容易穿透铁罐； 而白铁皮水槽被腐蚀时，锈斑容易在面上扩展开来， 镀锌层先被腐蚀而内部的铁却不易被锈蚀。你知道造 成这种现象的原因吗? 检索咨询 牺牲阳极的阴极保护 在被保护的金属器件上 附着一 种更易失去电子的金属或合金的方法 ，称为“