第一节常见的金属材料

1、第三单元第三单元 金金 属属第一节第一节 常见的金属材料常见的金属材料悉尼奥运会的金牌味道不错！悉尼奥运会的金牌味道不错！哗！我要是有一个该多好！哗！我要是有一个该多好！金、银金、银这是什么做的？这是什么做的？一、金属的物理性质一、金属的物理性质思考：下列金属都是利用了金属的哪些物理性质？思考：下列金属都是利用了金属的哪些物理性质？用锰钢制成的钢轨用锰钢制成的钢轨金属之最金属之最熔点最低的金属是熔点最低的金属是- 汞汞熔点最高的金属是熔点最高的金属是- 钨钨密度最小的金属是密度最小的金属是-锂锂密度最大的金属是密度最大的金属是- 锇锇硬度最小的金属是硬度最小的金属是-铯铯硬度最大的金属是硬度最

2、大的金属是- 铬铬最活泼的金属是最活泼的金属是- 铯铯最稳定的金属是最稳定的金属是- 金金延性最好的金属是延性最好的金属是- 铂铂展性最好的金属是展性最好的金属是- 金金地壳中含量最高的金属元素地壳中含量最高的金属元素铝铝目前世界年产量最高的金属目前世界年产量最高的金属铁铁导电导热性最好的金属导电导热性最好的金属银银人体中含量最高的金属元素人体中含量最高的金属元素钙钙1.1.什么是合金？什么是合金？ 在一种金属中加热熔合其他金属或非金属而形成的在一种金属中加热熔合其他金属或非金属而形成的具有金属特性的物质，叫做合金。具有金属特性的物质，叫做合金。2.2.为什么我们使用的金属材料主要是合金，而不

3、是纯金属？为什么我们使用的金属材料主要是合金，而不是纯金属？ 合金与金属相比，除具有金属的特性外，还具有许多合金与金属相比，除具有金属的特性外，还具有许多比各成分金属或非金属更优良的物理、化学或机械的性能。比各成分金属或非金属更优良的物理、化学或机械的性能。如：硬度大、熔点低、密度小、耐磨、耐腐蚀等。如：硬度大、熔点低、密度小、耐磨、耐腐蚀等。二、合金二、合金3.3.使用合金材料是否一定比纯金属材料好呢？使用合金材料是否一定比纯金属材料好呢？ 查阅资料，填写下列汽车配件所用的金属或合金，并查阅资料，填写下列汽车配件所用的金属或合金，并解释使用这些材料的原因。解释使用这些材料的原因。汽车配件汽车

4、配件金属或合金金属或合金使用原因使用原因电线芯电线芯汽车外壳汽车外壳灯丝灯丝发动机发动机排气管排气管金属（金属（CuCu）导电能力强导电能力强合金合金强度大，质量轻强度大，质量轻金属金属熔点高熔点高合金合金耐高温、强度大耐高温、强度大合金合金耐腐蚀耐腐蚀 1.1.为什么合金的性能与纯金属相比有很大的差异呢？为什么合金的性能与纯金属相比有很大的差异呢？ 2.2.我们在日常生活中使用的合金有铁合金、铝合金、我们在日常生活中使用的合金有铁合金、铝合金、铜合金等，这些合金的组成是怎么样的？铜合金等，这些合金的组成是怎么样的？ 金属与合金的结构比较：金属与合金的结构比较：纯金属内原子的排纯金属内原子的排

5、列十分规整列十分规整合金内原子层之间的相对合金内原子层之间的相对滑动变得困难滑动变得困难 固体的熔点与原子排列是否规整有关。你能否解释固体的熔点与原子排列是否规整有关。你能否解释为什么多数合金的熔点一般比各成分金属的低呢？为什么多数合金的熔点一般比各成分金属的低呢？ 在纯金属内，所有的原子大小相同，排列十分规整。在纯金属内，所有的原子大小相同，排列十分规整。而合金内原子的大小不一，排列没有纯金属那样整齐，而合金内原子的大小不一，排列没有纯金属那样整齐，使得原子之间的相互作用力减小。所以，多数合金的熔使得原子之间的相互作用力减小。所以，多数合金的熔点一般比各成分金属的低。点一般比各成分金属的低。

6、纯金属内原子的排纯金属内原子的排列十分规整列十分规整合金内原子层之间的相对合金内原子层之间的相对滑动变得困难滑动变得困难合金的分类：合金的分类：1.1.铁合金铁合金铁铁合合金金按组成元素分类：铁合金和非铁合金按组成元素分类：铁合金和非铁合金根根据据含含碳碳量量的的高高低低生铁生铁钢钢低碳钢低碳钢合金钢合金钢铸造生铁（灰口铁）铸造生铁（灰口铁）炼钢生铁炼钢生铁 ( (白口铁白口铁) )碳碳素素钢钢中碳钢中碳钢高碳钢高碳钢在碳素钢中加入铬在碳素钢中加入铬 锰锰 钨钨 镍镍 钼钼 钴钴 硅硅 等合金元素等合金元素0.03%-2%0.03%-2%球墨铸铁球墨铸铁0.3%0.3%0.3%-0.6%0.3

7、%-0.6%0.6%0.6%由于组成不同，由于组成不同，导致在性能、应导致在性能、应用上均不同。用上均不同。具有各种不同具有各种不同的优良性能。的优良性能。1.1.铁合金铁合金生铁：生铁：钢：钢：含碳量为含碳量为2% - 4.3%2% - 4.3%含碳量为含碳量为0.03% - 2%0.03% - 2%用途用途: :生铁硬度大，抗压，性脆，可以铸造成型，是制造生铁硬度大，抗压，性脆，可以铸造成型，是制造 机座、管道的重要材料。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。通工具。铁合金：铁合金：钢钢碳素钢：

8、碳素钢：合金钢：合金钢：如：不锈钢（合金元素为铬如：不锈钢（合金元素为铬(Cr)(Cr)和镍和镍(Ni)(Ni)）低碳钢、中碳钢、高碳钢低碳钢、中碳钢、高碳钢2.2.铜合金铜合金铜铜合合金金黄铜：（含黄铜：（含Zn 20% Zn 20% 36%36%）青铜：（含青铜：（含Sn 10% Sn 10% 30%30%）白铜：白铜：含含Cu ZnCu Zn耐腐蚀，耐磨，可塑性强，耐腐蚀，耐磨，可塑性强，硬度较小。硬度较小。含含Cu Sn PbCu Sn Pb等等硬而脆，强度大。硬而脆，强度大。含含Ni ZnNi Zn（少量（少量MnMn）制酒具等。制酒具等。3.3.铝合金：铝合金：向纯铝中加入合金元素

9、如向纯铝中加入合金元素如CuCu、MgMg、SiSi、MnMn、ZnZn及及稀土金属等。稀土金属等。 硬铝硬铝：Cu 40%Cu 40%、 Mg 0.5 %Mg 0.5 %、 Mn 0.5 %Mn 0.5 %、 Si 7%Si 7%性能：密度小、强度大、抗腐蚀。性能：密度小、强度大、抗腐蚀。 合金的成分不同，其性质也不相同；如果改变某一合合金的成分不同，其性质也不相同；如果改变某一合金元素的含量，合金的性质也会发生改变。金元素的含量，合金的性质也会发生改变。高压锅高压锅 世界上铝的年产量仅次于铁，居第二位。世界上铝的年产量仅次于铁，居第二位。铝有较好的延展性，可制成铝有较好的延展性，可制成0.

10、01mm0.01mm的铝箔，的铝箔，用于包装香烟、糖果；铝的密度小和具有抗用于包装香烟、糖果；铝的密度小和具有抗腐蚀等优良性能，铝及其合金在电线电缆工腐蚀等优良性能，铝及其合金在电线电缆工业、飞机、汽车等制造业有广泛的用途。业、飞机、汽车等制造业有广泛的用途。铝合金铝合金用途用途用钛用钛- -镍形状记忆合金制成的人造卫星天线镍形状记忆合金制成的人造卫星天线4.4.形状记忆合金形状记忆合金：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

11、形状记忆合金。被广泛用于做人造有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。被广泛用于做人造卫星和宇宙飞船的天线，水暖系统、防火门和电路断电的自动卫星和宇宙飞船的天线，水暖系统、防火门和电路断电的自动控制开关，以及牙齿矫正等医疗材料。控制开关，以及牙齿矫正等医疗材料。低温下低温下钛合金与人体有很好的钛合金与人体有很好的“相容性相容性”，因此可用来制造人造骨。，因此可用来制造人造骨。 被认为是被认为是2121世纪的重要材料，它具有很多优良世纪的重要材料，它具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好等。尤其是抗腐蚀性能非常好，即使把机

12、械性能好等。尤其是抗腐蚀性能非常好，即使把它们放在海水中数年，取出后仍光亮如新，其抗腐它们放在海水中数年，取出后仍光亮如新，其抗腐蚀性能远优于不锈钢，因此被广泛用于制造火箭、蚀性能远优于不锈钢，因此被广泛用于制造火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通讯设备等。导弹、航天飞机、船舶、化工和通讯设备等。钛金属腕表钛金属腕表5 5. .钛和钛合金钛和钛合金金属材料金属材料主要成分主要成分 光泽和颜色光泽和颜色硬度大小对比硬度大小对比黄铜片（合金）黄铜片（合金）铜锌铜锌铜片（纯铜）铜片（纯铜）铜铜焊锡（合金）焊锡（合金）铅锡铅锡锡（纯锡）锡（纯锡）锡锡 通过以上对比实验，可得出什么结论？（从颜通过以上对

13、比实验，可得出什么结论？（从颜色、硬度方面）色、硬度方面）黄铜片铜片黄铜片铜片 锡锡 焊锡焊锡黄色黄色紫红色紫红色银白色银白色银白色银白色合金和纯金属性质的对比合金和纯金属性质的对比金属材料金属材料主要成分主要成分熔化速度对比熔化速度对比铅（纯铅）铅（纯铅）铅铅锡（纯锡）锡（纯锡）锡锡焊锡（合金）焊锡（合金）铅锡铅锡通过以上对比实验，可得出什么结论通过以上对比实验，可得出什么结论？慢慢中中快快合金和纯金属性质的对比合金和纯金属性质的对比磁铁矿（主要成分磁铁矿（主要成分FeFe3 3O O4 4）赤铁矿（主要成分赤铁矿（主要成分FeFe2 2O O3 3）菱铁矿（主要成分菱铁矿（主要成分FeCO

14、FeCO3 3）铁矿石铁矿石常见的铁矿石常见的铁矿石黄铁矿（主要成分黄铁矿（主要成分FeSFeS2 2) )三、炼铁的原理三、炼铁的原理 铁矿石是怎样炼成铁的呢？让我们通过实验来研究铁矿石是怎样炼成铁的呢？让我们通过实验来研究铁冶炼的化学原理。铁冶炼的化学原理。一氧化碳与氧化铁的反应一氧化碳与氧化铁的反应实验的原理实验的原理实验的步骤实验的步骤实验的现象实验的现象实验应注意哪些问题？（先加热还是先通气？实实验应注意哪些问题？（先加热还是先通气？实验完毕是先停止加热吗？）验完毕是先停止加热吗？）实验需要改进吗？（一氧化碳有毒，实验完毕之实验需要改进吗？（一氧化碳有毒，实验完毕之后，尾气怎么处理？

15、）后，尾气怎么处理？）一氧化碳还原氧化铁的实验一氧化碳还原氧化铁的实验实验原理：实验原理：实验操作：实验操作：1.1.按上图组装仪器，并检查气密性。按上图组装仪器，并检查气密性。2.2.把少量研细的氧化铁粉末装进硬质玻管中，轻轻转动，把少量研细的氧化铁粉末装进硬质玻管中，轻轻转动，使氧化铁粉末均匀地附在玻璃管内壁上。使氧化铁粉末均匀地附在玻璃管内壁上。FeFe2 2O O3 3 + 3 + 3COCO = 2Fe + 3CO = 2Fe + 3CO2 2高温高温3.3.把硬质玻璃管接入装置系统中，先通入一氧化碳气体排把硬质玻璃管接入装置系统中，先通入一氧化碳气体排气；待排尽后，点燃出气口处的酒

16、精灯及酒精喷灯，并观气；待排尽后，点燃出气口处的酒精灯及酒精喷灯，并观察装置中所发生的变化。察装置中所发生的变化。4.4.当红棕色粉末已转变成黑色后，先停止加热，再通一会当红棕色粉末已转变成黑色后，先停止加热，再通一会儿一氧化碳，直至玻璃管冷却。儿一氧化碳，直至玻璃管冷却。 将产生的气体通入到澄清石灰水中，澄清石灰水变浑将产生的气体通入到澄清石灰水中，澄清石灰水变浑浊，则生成二氧化碳：浊，则生成二氧化碳：COCO2 2+Ca(OH)+Ca(OH)2 2=CaCO=CaCO3 3+H+H2 2O O；红色；红色粉末变黑色，用磁铁检验，证明黑色粉末为铁。粉末变黑色，用磁铁检验，证明黑色粉末为铁。(

17、 (若是一若是一氧化碳还原四氧化三铁，就将黑色粉末加入盐酸中，有气氧化碳还原四氧化三铁，就将黑色粉末加入盐酸中，有气体生成，证明有铁。四氧化三铁也有磁性，不能用磁铁吸体生成，证明有铁。四氧化三铁也有磁性，不能用磁铁吸引的方法检验。引的方法检验。) )实验现象实验现象 红色（氧化铁）粉末逐渐变成黑色，同时澄清红色（氧化铁）粉末逐渐变成黑色，同时澄清的石灰水逐渐变浑浊。的石灰水逐渐变浑浊。问题讨论：问题讨论：1.1.如何判断反应中生成了什么物质？如何判断反应中生成了什么物质？把尾气烧掉，防止污染空气。把尾气烧掉，防止污染空气。2.2.装置中右边的酒精灯起什么作用？装置中右边的酒精灯起什么作用？3.

18、3.石灰水的作用有哪些？石灰水的作用有哪些？ 检验生成物二氧化碳，并吸收二氧化碳，便于处理尾检验生成物二氧化碳，并吸收二氧化碳，便于处理尾气。气。注意事项：注意事项： 1.1.一氧化碳还原氧化铁是在封闭的硬质玻管中进行的，一氧化碳还原氧化铁是在封闭的硬质玻管中进行的，先通一氧化碳，可以把管内的空气排出，防止一氧化碳与空先通一氧化碳，可以把管内的空气排出，防止一氧化碳与空气混合受热时发生爆炸。气混合受热时发生爆炸。 2. 2.实验完毕先停止加热，还要继续通入一氧化碳直到玻实验完毕先停止加热，还要继续通入一氧化碳直到玻璃管冷却为止。因为如果先停止通一氧化碳，管内会因为缺璃管冷却为止。因为如果先停止

19、通一氧化碳，管内会因为缺少气体而变成真空，这样澄清石灰水中的液体（含水）就会少气体而变成真空，这样澄清石灰水中的液体（含水）就会倒吸入管内，冷水遇到热的玻璃管会导致玻璃管炸裂。倒吸入管内，冷水遇到热的玻璃管会导致玻璃管炸裂。实验改进：实验改进： 可将上述装置除尾气的部分，改成用气球或方便袋收可将上述装置除尾气的部分，改成用气球或方便袋收集，这样收集得到的未燃的一氧化碳气体可重复利用。集，这样收集得到的未燃的一氧化碳气体可重复利用。 把尾气烧掉，防把尾气烧掉，防止污染空气。止污染空气。 FeFe2 2O O3 3 + 3CO = 2Fe + 3CO + 3CO = 2Fe + 3CO2 2高温高

20、温失去氧失去氧得到氧得到氧是氧化剂是氧化剂是还原剂是还原剂化学上把氧化物中氧被夺去的反应叫做还原反应。化学上把氧化物中氧被夺去的反应叫做还原反应。具有氧化性具有氧化性具有还原性具有还原性发生还原反应发生还原反应发生氧化反应发生氧化反应高炉炼铁高炉炼铁钢铁的用途钢铁的用途生铁生铁钢钢含碳量含碳量含其他含其他元素元素性能性能用途用途2% - 4.3%2% - 4.3%0.03% - 2%0.03% - 2%含较多的碳、硫、磷、含较多的碳、硫、磷、硅等元素硅等元素含碳、硫、磷、硅等元含碳、硫、磷、硅等元素较少素较少硬而脆、可铸不可硬而脆、可铸不可煅煅硬而韧、良好的延展性硬而韧、良好的延展性和弹性。可

21、铸又可煅和弹性。可铸又可煅烧菜用的铁锅、暖气烧菜用的铁锅、暖气片、机床的底座等片、机床的底座等制造机械、交通工具和制造机械、交通工具和武器武器生铁和钢生铁和钢炼铁和炼钢炼铁和炼钢冶冶炼炼钢钢生铁生铁铁合金铁合金 在高温条件下，用还原剂一在高温条件下，用还原剂一氧化碳从铁的氧化物中将铁还原氧化碳从铁的氧化物中将铁还原出来。出来。例：例： FeFe2 2O O3 3+3CO 2Fe+3CO+3CO 2Fe+3CO2 2高温高温原料原料铁矿石、焦炭、石灰石、空气铁矿石、焦炭、石灰石、空气生铁、废钢、生铁、废钢、氧气、生石灰氧气、生石灰 高温下用氧气或铁高温下用氧气或铁的氧化物将生铁中多余的氧化物将生铁中多余的碳和其他杂质转变为的碳和其他杂质转变为气体或炉渣而除去。气体或炉渣而除去。原原理理设备设备产品产品高炉高炉生铁生铁转炉、平炉、电炉转炉、平炉、电炉 钢钢1.1.以下金属的用途主要是利用了金属的什么性质？以下金属的用途主要是利用了金属的什么性质？用铜和铝制造导线和电缆用铜和铝制造导线和电缆 。用钨制成灯丝用钨制成灯丝 。2.2.有关合金的叙述不正确