第三章 金属及其化合物 第三节 用途广泛的金属材料

1、高一年级高一年级 化学必修化学必修1 一、合金的概念及特性：一、合金的概念及特性： 合金是合金是由两种或两种以上的由两种或两种以上的金属或金属或 非金属非金属熔合而成的熔合而成的, ,具有金属特性具有金属特性 的物质。的物质。 1 1、合金的概念、合金的概念 ： 2、合金的物理性质：、合金的物理性质： 1）一般情况下，合金比纯金属）一般情况下，合金比纯金属硬度大硬度大 2）多数合金的）多数合金的熔点熔点一般比各成分金属一般比各成分金属 的的低低 3）一般来说，合金的性质并不是各成）一般来说，合金的性质并不是各成 分的性质的总和，分的性质的总和，合金具有优良的物合金具有优良的物 理、化学或机械的

2、性能理、化学或机械的性能 4）合金的性能可以通过所添加的合金）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元素的种类、含量和生成合金的条件 等来加以调节。等来加以调节。 如：生铁的熔点比纯铁的低；如：生铁的熔点比纯铁的低； 硬铝（硬铝（Cu、Mn、Si）的强度和硬度都的强度和硬度都 比纯铝大。比纯铝大。 注意：注意： 合金中一定含有金属元素合金中一定含有金属元素 合金中也可能含有非金属元素合金中也可能含有非金属元素 合金一定是混合物合金一定是混合物 合金中成分的含量影响合金的性质。合金中成分的含量影响合金的性质。 二、常见的合金及用途：二、常见的合金及用途： 使用不同的原料

3、，改变原料的配使用不同的原料，改变原料的配 比以及改变生成合金的条件等，可以比以及改变生成合金的条件等，可以 制得具有不同性能的合金。合金在工制得具有不同性能的合金。合金在工 业上的用途比纯金属更广、更重要。业上的用途比纯金属更广、更重要。 河南安阳河南安阳 司母戊鼎司母戊鼎 青铜、黄铜、白铜和锰铜青铜、黄铜、白铜和锰铜 青铜青铜 黄铜（黄铜（CuZn，Zn20%36%） 古代称为药金，密度比黄金小，外观古代称为药金，密度比黄金小，外观 与金非常相似，常被误认为是黄金。与金非常相似，常被误认为是黄金。 假如是你，你怎样来判别假如是你，你怎样来判别“药金药金”和和 黄金？黄金？ 白铜（白铜（Cu

4、和镍）和镍） 不易生铜绿不易生铜绿 铜锰合金，具有极高的电阻。铜锰合金，具有极高的电阻。 2、钢、钢 生铁和生铁和钢钢就是铁的合金，就是铁的合金， 其中其中钢钢使用量最大、用途最广的合金。使用量最大、用途最广的合金。 生铁的含碳量为生铁的含碳量为2%4.3%之间；之间； 钢钢的含碳量在的含碳量在0.03%2%之间。之间。 根据化学成分，把分为两大类：根据化学成分，把分为两大类： 碳素钢碳素钢 合金钢合金钢 低碳钢低碳钢 中碳钢中碳钢 含碳量低含碳量低 0.3% 0.3%0.6% 高碳钢高碳钢 含碳量高于含碳量高于0.6% 钢钢 合金钢可用于制不锈钢及各种特种钢。合金钢可用于制不锈钢及各种特种钢

5、。 3、铝合金、铝合金 硬铝：硬铝：Cu 4%、 Mg 0.5%、 Mn 0.5%、Si 0.7% 特点：密度小、强度高、抗腐蚀特点：密度小、强度高、抗腐蚀 用途：制造飞机和宇宙飞船用途：制造飞机和宇宙飞船 铝铝“有翼的金属有翼的金属” “会飞的金会飞的金 属属” 实践活动 角色扮演角色扮演 是否应该停止使用铝质饮料罐 课堂课堂 实践实践 你的声音，有我们重视你的声音，有我们重视 “是否应该停止使用铝质饮料罐是否应该停止使用铝质饮料罐” 听证会听证会 饮料公司工人、采矿工人的声音饮料公司工人、采矿工人的声音 老板的诉求老板的诉求 售货员的话售货员的话 消费者有话要说消费者有话要说 环保官员的呼

6、吁环保官员的呼吁 公司回收人员的说法公司回收人员的说法 铝制饮料罐可回收利用铝制饮料罐可回收利用 据估算，据估算， 回收一个铝回收一个铝 制饮料罐比制饮料罐比 制造一个新制造一个新 饮料罐节省饮料罐节省 20%,20%,而且还而且还 可以节约金可以节约金 属资源和属资源和95%95% 的能源。的能源。 我们的共识我们的共识 听证会共识：听证会共识： 使用铝质饮料罐有利有弊，但回使用铝质饮料罐有利有弊，但回 收铝质饮料罐是目前趋利避害的最有收铝质饮料罐是目前趋利避害的最有 效也是最急迫的做法。毕竟，环境保效也是最急迫的做法。毕竟，环境保 护已经是全社会的共识，投身环保，护已经是全社会的共识，投身

7、环保， 不只是你我的责任。不只是你我的责任。 某家庭准备装修（计划用某家庭准备装修（计划用10年），可年），可 供使用的材料有木材、钢铁、铝合金供使用的材料有木材、钢铁、铝合金 和和塑钢塑钢，请你调查每种材料的性能、，请你调查每种材料的性能、 价格、制造及安装成本、利弊，进行价格、制造及安装成本、利弊，进行 分析。你认为选用哪种材料比较好？分析。你认为选用哪种材料比较好？ 说明理由。说明理由。 与你与你 对话对话 性能性能价格价格 制造安装制造安装 成本成本 木材木材 铝合金铝合金 塑钢塑钢 钢铁钢铁 一般一般 耐用、牢固耐用、牢固 质轻高强、质轻高强、 美观、耐腐蚀美观、耐腐蚀 保温隔热、保

8、温隔热、 隔音降噪隔音降噪 适中适中 适中适中 适中适中 较高较高较高较高 适中适中 适中适中 较高较高 选用金属材料时应该考虑的因素：选用金属材料时应该考虑的因素： 给我的启示给我的启示 1.主要用途主要用途 2.外观外观 3.物理性质物理性质 4.化学性质化学性质 5.价格价格 6.加工难度加工难度 7.日常维护日常维护 8.对环境的影响对环境的影响 科学视野科学视野 用途广泛的稀土金属 稀土元素是镧系元素系稀土类元素群稀土元素是镧系元素系稀土类元素群 的总称，包含钪的总称，包含钪Sc、钇、钇Y及镧系中的镧及镧系中的镧 La、铈、铈Ce、镨、镨Pr、钕、钕Nd、钷、钷Pm、钐、钐 Sm、铕

9、、铕Eu、钆、钆Gd、铽、铽Tb、镝、镝Dy、钬、钬 Ho、铒、铒Er、铥、铥Tm、镱、镱Yb、镥、镥Lu，共，共 17个元素。稀土元素个元素。稀土元素能与其它元素组能与其它元素组 成品种繁多、功能千变万化，用途各成品种繁多、功能千变万化，用途各 异的新型材料，被称为异的新型材料，被称为“现代工业的现代工业的 维生素，和神奇的新材料宝库维生素，和神奇的新材料宝库。” 我国稀土资源我国稀土资源占世界稀土资源的占世界稀土资源的80%， 以氧化物以氧化物(REO)计达计达3600万吨，远景储万吨，远景储 量实际是量实际是1亿吨。我国稀土资源分南北两亿吨。我国稀土资源分南北两 大块。大块。 北方：轻稀

10、土资源北方：轻稀土资源，集中在包头，集中在包头 白云鄂博特等地，以后在四川冕宁又有白云鄂博特等地，以后在四川冕宁又有 发现。主要含镧、铈、镨、钕和少量钐发现。主要含镧、铈、镨、钕和少量钐 、铕、钆等元素；、铕、钆等元素； 南方：中重稀土资源南方：中重稀土资源，分布在江，分布在江 西、广东、广西、福建、湖南等省，以西、广东、广西、福建、湖南等省，以 罕见的离子态赋存与花岗岩风化壳层中罕见的离子态赋存与花岗岩风化壳层中 ，主要含钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒，主要含钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒 、铥、镱、镥、钇和镧、钕等元素。、铥、镱、镥、钇和镧、钕等元素。 稀土作为基体元素能制造出具有稀土作为基体元素

11、能制造出具有 特殊特殊“光电磁光电磁”性能性能的多种功能材料，的多种功能材料， 如如稀土永磁材料稀土永磁材料，稀土镍氢电池材料稀土镍氢电池材料， 稀土荧光材料稀土荧光材料，稀土催化剂稀土催化剂。稀土激稀土激 光材料光材料，稀土精密陶瓷材料稀土精密陶瓷材料。生物工生物工 程材料程材料等，它们都是发展电子信息产等，它们都是发展电子信息产 业，开发新能源，治理环保和国防尖业，开发新能源，治理环保和国防尖 端技术等方面必不可缺少的材料。端技术等方面必不可缺少的材料。 例如稀土永磁材料（钕铁硼永磁）是当例如稀土永磁材料（钕铁硼永磁）是当 今磁性最强的永磁体，它被称今磁性最强的永磁体，它被称“一代磁一代磁

12、 王王”。稀土永磁材料现已广泛的用到了稀土永磁材料现已广泛的用到了 微型电机，工业用电机、风力发电机、微型电机，工业用电机、风力发电机、 音响设备、仪器仪表。航天航空通讯，音响设备、仪器仪表。航天航空通讯， 医用核磁共振成像仪等方面医用核磁共振成像仪等方面。 稀土永磁材料用于电机，使设备小稀土永磁材料用于电机，使设备小 型化，轻型化，同等功率的电机，型化，轻型化，同等功率的电机，体积体积 和重量减少和重量减少30%以上以上。用。用稀土永磁同步稀土永磁同步 电机代替工业上的异步电机电机代替工业上的异步电机，节电率可节电率可 达达12-15%，真正的稀土三基色荧光灯代真正的稀土三基色荧光灯代 替白

13、炽灯替白炽灯，节电率可达到节电率可达到80%。稀土金稀土金 属卤化物灯属卤化物灯已被大量用于已被大量用于城市广场、体城市广场、体 育场馆和高层建筑的美化泛光照明育场馆和高层建筑的美化泛光照明。这。这 些新型电光源不但些新型电光源不但 新型合金新型合金 储氢合金：储氢合金：TiFe, LaNi 钛合金：钛合金：Ti，V，Fe，Al等，等， 飞机起落架飞机起落架 耐热合金：耐热合金：喷气式飞机的发动喷气式飞机的发动 机叶片机叶片 记忆合金：记忆合金： 泡沫合金：泡沫合金： 由于石油和煤炭的储量有限，而且在使由于石油和煤炭的储量有限，而且在使 用过程中会带来环境污染等问题，尤其是用过程中会带来环境污

14、染等问题，尤其是2020世纪世纪7070年代全年代全 球石油危机，使氢能作为新的清洁燃料成为研究热点。在球石油危机，使氢能作为新的清洁燃料成为研究热点。在 氢能利用过程中，氢的储运是重要环节。氢能利用过程中，氢的储运是重要环节。19691969年荷兰飞利年荷兰飞利 浦公司研制出浦公司研制出LaNiLaNi5 5储氢合金，具有大量的可逆地吸收、储氢合金，具有大量的可逆地吸收、 释放氢气的性质，其合金氢化物释放氢气的性质，其合金氢化物LaNiLaNi5 5H H6 6中氢的密度与液中氢的密度与液 态氢相当，约为氢气密度的态氢相当，约为氢气密度的10001000倍。倍。 合金是由两种特定金属构成的合

15、金，其中一种可以大合金是由两种特定金属构成的合金，其中一种可以大 量吸氢，形成稳定的氢化物，而另一种金属虽然与氢的亲量吸氢，形成稳定的氢化物，而另一种金属虽然与氢的亲 和力小，但氢很容易在其中移动。和力小，但氢很容易在其中移动。MgMg、CaCa、TiTi、ZrZr、Y Y和和 LaLa等属于第一种金属，等属于第一种金属，FeFe、CoCo、NiNi、CrCr、CuCu和和ZnZn等属于第等属于第 二种金属。前者控制储氢量，后者控制释放氢的可逆性。二种金属。前者控制储氢量，后者控制释放氢的可逆性。 通过两者合理配制，调节合金的吸放氢性能，制得在室温通过两者合理配制，调节合金的吸放氢性能，制得在

16、室温 下能够可逆吸放氢的较理想的储氢材料。下能够可逆吸放氢的较理想的储氢材料。 储氢合金储氢合金 镍钴合金能耐镍钴合金能耐12001200的高温，可的高温，可 用于喷气飞机和燃气轮机的构件。镍用于喷气飞机和燃气轮机的构件。镍 钴铁非磁性耐热合金在钴铁非磁性耐热合金在12001200时仍具时仍具 有高强度、韧性好的特点，可用于航有高强度、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天飞机的部件和原子反应堆的控制棒 等。寻找符合耐高温、可长时间运行等。寻找符合耐高温、可长时间运行 （10000h10000h以上）、耐腐蚀、高强度等以上）、耐腐蚀、高强度等 要求的合金材料，仍是今后研究的

17、方要求的合金材料，仍是今后研究的方 向。向。 超耐热合金超耐热合金 常见金属之最 密度最大的是密度最大的是 ； 硬度最大的是硬度最大的是 ； 熔点最低的是熔点最低的是 ； 熔点最高的是熔点最高的是 ； 延性最好的是延性最好的是 ； 展性最好的是展性最好的是 ； 导电性最好的是导电性最好的是 ； 地壳中含量最多的金属元素是地壳中含量最多的金属元素是 . Os Cr Hg W Pt Au Ag Al 练习练习1 1： 试分析钢铁、铝、铜等能够成试分析钢铁、铝、铜等能够成 为大量使用的金属材料的原因。为大量使用的金属材料的原因。 工业上制取铁、铜、铝较容易，工业上制取铁、铜、铝较容易， 而且价格相对

18、较便宜，常温下它们而且价格相对较便宜，常温下它们 的化学性质相对较稳定，且较耐腐的化学性质相对较稳定，且较耐腐 蚀，硬度、强度、机械性能相对较蚀，硬度、强度、机械性能相对较 好，而且它们可以回收加工再利用。好，而且它们可以回收加工再利用。 练习练习2 2： 下列物质中，不属于合金的是下列物质中，不属于合金的是 ( )( ) A.硬铝硬铝 B.黄铜黄铜 C.钢铁钢铁 D.水银水银 D 练习练习3:3: 下列对合金的说法正确的是下列对合金的说法正确的是 ( )( ) A.合金中至少含有两种金属元素合金中至少含有两种金属元素 B.合金中的金属元素以化合物的形式存在合金中的金属元素以化合物的形式存在

19、C.黄铜是纯净物黄铜是纯净物 D.合金中也可以含有非金属合金中也可以含有非金属 D 练习练习4 4： 自然界的地壳中，含量居自然界的地壳中，含量居 前两位的金属元素是（前两位的金属元素是（ ） A.Fe Al B.Ca Fe A.Fe Al B.Ca Fe C.Al Fe D.Al CaC.Al Fe D.Al Ca C 练习5： 选用金属材料时，以下方 面需要考虑的是 （ ） （1）主要用途）主要用途 （2）物理性质、化学性质）物理性质、化学性质 （3）价格）价格 （4）加工难度）加工难度 （5）日常维护）日常维护 （6）环境保护）环境保护 A.（1）（）（2）（）（3） B.（3）（）（4

20、）（）（5） C.（1）（）（5）（）（6） D.（1）（）（2）（）（3） （4）（）（5）（）（6） D 练习6： 铝镁合金因坚硬、轻巧、 美观、洁净、易加工而成为新型 建筑装潢材料，主要用于制作窗 框、卷帘门、防护栏等。下列与 这些用途无关的 ( ) A.A.不易生锈不易生锈 B.B.导电性好导电性好 C.C.密度小密度小 D.D.强度大强度大 B B 练习练习7 7： 关于不锈钢和普通钢的认识中，关于不锈钢和普通钢的认识中， 你认为正确的是你认为正确的是 （ ） A.A.它们的组成元素是相同的它们的组成元素是相同的 B.B.耐腐蚀的性能不同耐腐蚀的性能不同 C.C.它们都属于钢，因此物理性质是一样的它们都属于钢，因此物理性质是一样的 D.D.构成普通钢和不锈钢的主要元素都是铁构成普通钢和不锈钢的主要元素都是铁, , 因此它们的化学性质完全相同因此它们的化学性质完全相同 B 练习练习8 8： 铝硅合金（含铝硅合金（含Si 13.5%)Si 13.5%)在在 凝固时收缩率很小，因而这种合凝固时收缩率很小，因而这种合 金适合铸造。对于铝和铝硅合金金适合铸造。对于铝和铝硅合金 的熔点比较正确的是（的熔点比较正确的是（ ） A.大于 B.小于 C.等于 D.无法确定 A A 练习练习9 9： 下列举措不能防止或