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第八单元金属和金属材料第一节金属材料金属材料:金属材料包括纯金属及其合金。l金属的物理性质氮在室温下通常是固体(汞是液体),并具有金属光泽(大多数金属为银白色,铜为紫红色,金为黄色);氮具有高导电性、导热性、熔点、延展性、柔韧性、硬度和密度。大部分金属地壳中最丰富的金属元素是铝。人体内最丰富的金属元素是钙目前全球最大的金属年产量为铁(铁铝铜)n金属银(银铜金铝)具有最佳的导电性和导热性熔点最高的金属钨汞,熔点最低的金属硬度最高的金属铬氮密度最高的金属,锇最小氮密度的金属锂l金属的分类黑色金属:通常指铁、锰、铬及其合金。有色金属:通常指除黑色金属以外的金属。重金属:如铜、锌、铅等。轻金属:如钠、镁、铝等。l金属的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。在考虑物质的使用时,还应考虑许多因素,如价格、资源、美观、使用方便、废料易于回收和环境影响。铜和铝线具有良好的导电性和低廉的价格。钨灯丝具有高熔点铬电镀具有高硬度。n铁菜刀、镰刀、锤子等。水银温度计液柱n银保温瓶内胆铝“银粉”,锡箔l合金:由两种或多种金属或金属和非金属通过某种方法合成的具有金属特性的物质。合金是混合物。金属氧化物不是合金。目前,只有90种纯金属和数千种合金。铝合金的硬度通常高于组成它的纯金属,并且它的耐腐蚀性很强。铝合金的熔点通常低于组成它的纯金属的熔点。l普通合金:合金铁合金铜合金锡焊钛和钛合金形状记忆合金生铁钢铁黄铜青铜成分碳含量2%4.3%碳含量0.03%2%pinchbeck合金铜锡合金terne金属钛镍合金评论不锈钢是一种含铬和镍的钢,具有耐腐蚀性。生铁易碎,钢有韧性。生铁经常被制成散热器。紫铜是纯铜。低熔点见下文具有形状记忆效果钛及钛合金:它被认为是21世纪重要的金属材料。钛合金与人体具有良好的“相容性”,可用于制造人工骨。钛及钛合金的优点:高熔点、低密度;(2)塑性好,易加工,力学性能好;(3)良好的耐腐蚀性。生铁和钢材性能不同的原因:不同的碳含量。第2节金属的化学性质l金属与氧的反应镁、铝:在常温下,铀能与空气中的氧发生反应:2毫克氧22毫克氧4Al 3O2=2Al2O3铝具有良好耐腐蚀性的原因是铝与空气中的氧反应,在其表面形成一层致密的氧化铝膜,从而防止铝进一步氧化。铁、铜在常温和干燥环境下,铀几乎不与氧反应,但在潮湿的空气中会生锈。铁和铜在高温下能与氧反应:3Fe 2O2Fe3O4 2Cu O22CuO即使在高温下,金也不与氧反应。l金属与酸的反应:活性金属酸盐H2描述这一现象时,应注意:如果反应中涉及铁和铜元素,应注意溶液的颜色变化;(2)反应是放热的,但只有当镁与酸反应时,放热现象才是明显的。置换反应:一种简单物质和一种化合物生成另一种简单物质和另一种化合物的反应称为置换反应。当铁元素参与置换反应时,产物中的铁元素是二价的。溶液中常见金属的活性顺序:钾钙钠镁铝锌铁锡铅(氢)铜汞银铂金金属活性从强到弱逐渐降低。按照金属活性的顺序,金属的位置越高按照金属活性的顺序,氢前面的金属可以代替盐酸和稀硫酸中的氢(不允许使用浓硫酸和硝酸)。按照金属活性的顺序,位于前面的金属可以从它们化合物的溶液中取代位于后面的金属。钾、钙和钠不符合本文。它们将首先与水反应产生碱和氢,然后是碱和盐。金属与盐溶液的反应:金属盐另一种金属另一种盐(条件:“盐在交换后是可溶的”)按照活性的顺序,如果金属之间的距离大,反应首先发生。一个取代反应完成后,另一个取代反应将不会发生。如果将锌颗粒加入到硫酸亚铁和硫酸铜的混合溶液中,锌将首先与硫酸铜反应,然后在反应完成后与硫酸亚铁反应。“湿法冶金”的反应原理:硫酸铁=硫酸铜1 Fe2盐溶液为淡绿色,Fe3盐溶液为黄色,Cu2盐溶液为蓝色。比较铜、铁和银金属的迁移率序列。使用铁、银和溶液,可获得一次性结果:操作及现象:将铁和银分别放入硫酸铜溶液中,铁表面无现象;另一方面,银表面会附着一层红色物质,溶液会从蓝色逐渐变成无色。使用铜、硫酸亚铁溶液和硝酸银溶液,可获得一次性结果:操作及现象:将铜分别放入硫酸亚铁溶液和硝酸银溶液中,硫酸亚铁溶液无现象;在硝酸银溶液中,铜表面会附着一层白色物质,溶液会从无色逐渐变成蓝色。n选择试剂时,应根据金属活性顺序表对三种金属进行分类,然后将中间的金属变为盐溶液,或者将两边的金属变为盐溶液,以便一次获得结果。第三节金属资源的利用和保护矿石:可以用来提炼金属的矿物在工业上称为矿石。常见矿石及主要成分:赤铁矿(Fe2O3)、磁铁矿(Fe3O4)、黄铁矿(FeS2)、菱铁矿(Fe2O 3)、铝土矿(Al2O3)、黄铜矿(CuFeS2)、黄铜矿(Cu2S)等。生铁的冶炼实验室一氧化碳还原氧化铁工业高炉炼铁u设备:高炉(见第17页图)。原材料:铁矿石(赤铁矿或磁铁矿)、焦炭、石灰石(空气)。反应原理:二氧化碳,二氧化碳,三氧化二铁。铀石灰石的主要功能是将矿石中的二氧化硅转化为矿渣。产品:生铁(实验室“精炼”的铁不含碳,而工业生产中精炼的铁含碳)。含有杂质的反应物或产物的计算当参与反应的物质含有杂质时,含杂质物质的质量应在计算前换算成纯物质的质量。通常,使用以下公式及其变体:的例子1000吨赤铁矿含有80%的氧化铁,理论上可以提炼出96%的生铁质量是什么?溶液11000吨赤铁矿中氧化铁的质量如下:让产生的铁的质量为x。相当于96%铁的生铁质量如下答:理论上,800吨氧化铁可以提炼成583吨生铁。方案2理论上,含铁96%的生铁可以用质量为X的东西生产(X不是纯物质的质量,不能直接代入计算)1000吨赤铁矿中氧化铁的质量如下:答:理论上,800吨氧化铁可以提炼成583吨生铁。植物油干燥剂生铁生锈试验(见右图)实验设备大型试管、试管夹(带铁夹的铁架台)、橡胶塞、沸腾快速冷却的蒸馏水、植物油、干净的不锈钢铁钉、棉花和氯化钙干燥剂等。实验过程取三个干净的不锈钢指甲,一个放在装有蒸馏水的试管中,露出一半的指甲;一个在用植物油密封的蒸馏水中;将一个放在干燥的空气中,每天观察钉子的生锈情况,大约持续一周。实验现象第一根试管中的钉子生锈,而第二根和第三根试管中没有明显现象。实验结论铁生锈实际上是铁与氧气和水蒸气共同作用的结果第二根试管中没有任何现象,这证明铁钉需要氧气才能生锈。第三根试管没有出现任何现象,这证明铁钉需要蒸汽才能生锈。铁锈非常松散,所有铁制品都可能生锈。除锈方法物理方法:刮刀和砂纸打磨。化学方法:加入少量的稀盐酸或稀硫酸多次。防止铁制品生锈的方法保持铁制品的清洁和干燥;干燥后涂一层保护膜(功能:空气隔离和防水)。具体方法如下:物理方法油漆(油漆或银粉),油
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