第三章 第三节 金属材料与合金

第三章金属及其化合物,第三节金属材料与合金,本节所复习内容导读：一、合金1、概念2、物理性质二、常用的合金1、铁合金2、铝和铝合金3、铜合金4、新型合金三、金属的冶炼1、原理2、步骤3、冶炼方法4、金属的回收和环境的保护,一、合金,1、概念：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。2、物理性质（1）一般情况下，合金比纯金属硬度大。（2）多数合金的熔点比各成分金属的低。（3）一般来说，合金的性质并不是各成分的性质的总和，合金具有良好的物理、化学和机械性能。（4）合金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。,生铁,钢,（含碳量在24.3之间,还含硅、锰及少量硫、磷）,碳素钢,低碳钢,（含碳0.30.6）,高碳钢,（含碳0.030.3）,中碳钢,（含碳0.62）,合金钢：在碳素钢中加入铬、锰、钨、镍、钼、钴等合金元素(如不锈钢),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。,钢：用量最大,用途最广的合金。,根据含碳量,二、常用的合金,1、铁的合金,2、铝和铝的合金,3、铜合金,铜合金分类：铜合金分为黄铜、青铜、和白铜。（1）黄铜：是铜和锌制成的合金统称为黄铜。其中铜锌二元合金称为黄铜。除锌外，再加入其它元素所组成的多元黄铜称为特殊黄铜。用途：用于制轴承、衬套、齿轮等耐磨件和阀门等耐蚀件。（2）青铜：可分为普通青铜（锡青铜）和特殊青铜（铝青铜、铅青铜、硅青铜等）（3）白铜：是铜镍合金用途：主要用来制造精密机械、精密仪表中的耐蚀零件及电阻器，热电偶等。,4、新型合金,（1）储氢合金：未来能源的开发中，氢是一种发热高、无污染、无公害、取之不尽、用之不竭的能源，是能源研究的一个发展方向，关键问题是如何贮存氢，氢气是一种易燃易爆的气体。La-Ni贮氢合金在常温、0.152MPa下就可放出氢。可用于汽车、燃料电池等，新型贮氢合金材料的发现和实际应用有待二十一世纪的继续努力。（2）钛合金：在钛金属中加入其它合金元素组成的合金称作钛合金。钛合金具有密度小，强度高、抗腐蚀性能好，工艺性能好等优点，是较为理想的航天工程结构材料。,（3）耐热合金：镍钴合金能耐12000C高温，用于喷气发动机和燃气轮机的构件。镍铬铁非磁性耐热合金在12000C时仍具有高强度、韧性好的特点，可用于航天飞机的部件和原子反应堆的控制棒等。寻找耐高温（10000C以上），可长时间运行，耐腐蚀、高强度等要求的合金材料，仍是今后研究的方向。（4）形状记忆合金：它们具有高弹性、金属橡胶性能、高强度等特点。如：Ni-Ti，Ag-Cd，Cu-Cd等合金，可用作调节装置的弹性元件（如离合器、节流阀、温控元素等）、热引擎材料、医疗材料等。,三、金属的冶炼,1、原理：利用氧化还原反应，在一定条件下，把金属离子还原成金属单质。2、步骤：富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量。冶炼：一定条件下，将化合态的金属转变成游离态，即：Mn+ne-=M精练：根据对金属纯度的要求，采用一定的方法，提纯金属。3、金属的冶炼方法：常见的方法有：（1）电解法（2）热还原法（3）热分解法,（1）电解法：,对于活泼金属如Na、Mg、Al等，其离子很难结合电子，只能用电解其熔融盐或氧化物的方法来制取。,如果精炼不活泼金属，也可以电解可溶性盐的水溶液：,（2）热还原法：,用还原剂（C、CO、H2、Al等）还原金属氧化物。适用于金属活动顺序表中介于Zn-Cu之间的大多数金属冶炼。,在冶炼金属所用的还原剂可以视情况灵活选择，例如工业上冶炼铜时：,不活泼的金属，如Ag、Hg的冶炼，可把它们的氧化物加热，使金属分解出来。,（3）热分解法：,金属活动顺序表和有关金属单质的性质（见下表）,4、金属的回收和环境的保护,一方面矿产资源日渐减少，另一方面废旧金属作为固体废弃物，会污染环境，应将废旧金属回收利用、再生。,回收废旧金属，将其重新制成金属或它们的化合物，再行使用。例如废旧钢铁可以用于炼钢；废铁屑可以用于制铁盐；从电解精练铜的阳极泥中，可以回收金、银等贵金属；从定影液中可以提取金属银。,随堂练习：,1、将10g铁碳合金放入O2中高温灼烧，反应后的气体通入过量石灰水中得沉淀1.4g，则此铁合金是（）,A、生铁B、高碳钢C、中碳钢D、低碳钢,B,2、铜合金是人类使用最早的金属材料，铜在化合物中的常见化合价有+1、+2。已知Cu2O与稀硫酸反应，溶液呈蓝色。现向Cu、Cu2O和CuO组成的混合物中，加入1L0.6mol/LHNO3溶液恰好使混合物溶解，同时收集到2240mLNO气体（标准状况）。请回答下列问题：（1）写出Cu2O跟稀硝酸反应的离子方程式：。（2）若将上述混合物用足量的H2加热还原，所得到固体的质量为g。（3）若混合物中含0.1molCu，将该混合物与稀硫酸充分反应，至少消耗H2SO4的物质的量为。（4）若混合物中Cu的物质的量为nmol，则n的取值范围为。,3Cu2O+14H+2NO-3=6Cu2+2NO+7H2O,16,0