【高中化学】合金材料 课件 2023-2024学年高一上学期化学人教版（2019）必修第一册

第1课时合金材料素养目标1.联系生活中人们对金属及其合金的应用,认识合金的组成及特性,深入了解常见铁合金、铝合金、新型合金的组成及用途,培养科学态度与社会责任。2.结合生活中铝制品的使用,认识铝的氧化膜对铝制品的保护作用,通过实验探究认识金属铝及氧化铝与酸、碱溶液的反应,特别是对氧化铝两性的认识,完善按性质对氧化物进行分类,培养科学探究的能力与创新意识。【温顾】1.金属具有许多共同的物理性质,如不透明、有金属光泽、易导电、易导热、有延展性。2.生产、生活中应用较多的合金是生铁和钢,历史上应用最早的金属是铜。3.金属材料包括纯金属和合金两类。金属分为黑色金属和有色金属。1、金属的分类(2)按密度分：重金属(ρ>4.5g/cm3)和轻金属(ρ<4.5g/cm3)(1)冶金工业：黑色金属(Fe、Cr、Mn)和有色金属(除Fe、Cr、Mn以外)(3)从含量分常见金属（如Fe、Al、Cu等）稀有金属（如锆、铌、钼等）(1)状态：常温下汞是液体，其余均为固体(2)颜色：整块金属有金属光泽，大多数为银白色，粉末状金属大多为黑色(如银粉、铁粉等)（3）密度、硬度、熔点熔点最高的金属是钨，硬度最大的金属是铬，常见金属中密度最大的铂，最小的是锂。（4）延展性大多良好(金最好),少数很差(锑、铋、锰等)（5）导电导热性一般都是电和热的良导体，银、铜的传热、导电性最好2、金属的物理性质合金1.合金的定义和特性定义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性能硬度硬度一般大于它的成分金属熔点熔点一般低于它的成分金属与纯金属材料相比,合金具有优良的物理性质、化学性质和机械性能并非合金的所有性能都优于成分金属,合金的导电性一般比纯金属的弱。合金不一定为固态,如用作原子反应堆导热剂的钠钾合金,常温下呈液态。合金的组成和性质(1)组成:

①合金中一定有金属元素,也可能含有非金属元素。②合金一般属于混合物。(2)性质:①合金的熔点一般比成分金属的低。②合金在硬度、密度、强度以及其他一些机械性能上要优于成分金属。③合金具有金属特性,如导热、导电性。④合金中各成分金属的化学性质不变。02合金1.合金由金属和金属或金属和非金属熔合而成的、有金属特性的物质。定义形成条件合金中至少有一种金属元素物理变化【深化拓展】合金的形成条件1、金属与金属形成合金时:合金是金属在熔化状态时相互混合形成的,熔化时的温度需达到成分金属中熔点最高的金属的熔点,但又不能超出成分金属中沸点最低的金属的沸点。一种金属的熔点高于另一种金属的沸点时则不能形成合金。已知铜的熔点为1083℃,钠的沸点为883℃,试问铜与钠能否形成合金?不能。当铜开始熔化时,钠已经是气体,所以二者不能形成合金。【深化拓展】合金的形成条件2、金属与非金属形成合金时:部分不活泼非金属与金属可形成合金,活泼非金属与活泼金属一般不能形成合金。合金中各成分是以单质形式存在的2.改变合金性能的方法和导致合金硬度变大的原因

改变合金性能的方法改变合金元素的种类和含量改变生成合金的条件导致合金硬度变大的原因其他元素的原子加入后,改变了金属原子有规则的层状排列二、铁合金1.铁合金的分类分类含碳量性能用途生铁2%~4.3%硬度大、抗压,性脆、可铸造成型制造机座和管道等钢0.03%~2%良好的延展性,机械性能好,可锻轧和铸造制造机械和交通工具铁合金主要成分元素主要特性主要用途生铁Fe、C(2%~4.3%)及Si、Mn、S、P等硬而脆、强度大、可铸不可锻炼钢、制各种铸件钢碳素钢低碳钢Fe、C(含碳量低于0.3%)韧性、焊接性好,强度低制钢板、钢丝、钢管中碳钢Fe、C(含碳量为0.3%~0.6%)强度高、韧性及加工性好制钢轨、车轮和建材高碳钢Fe、C(含碳量高于0.6%)硬而脆、弹性好制器械、弹簧、刀具等2.钢的分类(1)钢是用量最大、用途最广的合金,根据其化学成分,分为碳素钢和合金钢。(2)碳素钢(3)合金钢①又叫特种钢,特殊性能:强度、硬度大,可塑性、韧性好,耐磨,耐腐蚀等。②不锈钢合金元素性能用途主要是Cr、Ni在大气中稳定,不容易生锈,具有很强的抗腐蚀能力制造医疗器材、厨房用具和餐具;地铁列车的车体等铁合金主要成分元素主要特性主要用途钢合金钢锰钢Fe、Mn韧性好、强度大钢轨、轴承、钢磨、坦克装甲硅钢Fe、Si导磁性好变压器、发电机和电动机中的铁芯不锈钢Fe、Cr、Ni抗腐蚀性好医疗器械、炊具、容器、反应釜在我国使用最早的合金是什么?合金是纯净物还是混合物?提示:我国使用最早的合金是青铜。合金属于混合物。铜合金成分金属性能及用途青铜Cu、Sn、Pb硬而脆、强度大,古人用来制刀具、祭器、酒具等黄铜Cu、Zn(少量Sn、Pb、Al等)硬度较青铜差,耐磨、耐腐蚀,可塑性强,主要用于制饰品、耐压设备等白铜Cu、Ni、Zn(少量Mn等)常用来制酒具、饰品等四、新型合金

合金名称组成主要性质主要用途镁铝合金一般含有10%~30%的镁强度和硬度都比纯铝和纯镁大火箭、飞机、轮船等制造业硬铝含铜4%、镁0.5%、锰0.5%、硅0.7%强度和硬度都比纯铝大火箭、飞机、轮船等制造业钛合金Ti及其他金属或非金属密度小,强度高,耐腐蚀,耐高温飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船等尖端领域正确选用金属材料的原则金属材料的使用范围很广。对金属材料的选择是一个综合性问题,它不仅关系到生活质量、生产效益、经济支付等问题,还关系到环境保护等方面的长远利益,一般来说,选择金属材料时,常常要考虑以下几个方面:1.主要用途:材料的用途与材料的性能有密切的关系。2.外观:不仅要材料本身外观美,还要使材料的外观与周边环境相协调。3.物理性质:包括密度、硬度、强度、伸缩性、导电性、导热性等。4.化学性质:主要包括在空气、水、阳光、酸、碱、盐等环境里的化学稳定性,这些性质会影响到材料的使用寿命。正确选用金属材料的原则5.价格:考虑价格时要把对材料的基本需求和材料的基本性能放在前面。6.加工难度:考虑加工难度时要将材料的性质与加工的技术、设备相结合。7.日常维护:金属材料耐腐蚀性相对较弱,在选择金属材料时必须要考虑使用后的日常维护问题。8.对环境的影响:一是要考虑在使用材料的过程中,它的反光性、放射性、产生的噪音等对环境的不利影响;二是考虑材料的废弃物对环境有哪些不利影响。制造飞机的材料应具备哪些特点?提示:制造飞机的材料——合金应具有以下特点:①密度小;②机械强度大。导电能力最强的金属是银,为什么常见的导线都是铜线和铝线?提示:铜、铝的价格比银的低,故常见的导线是铜线和铝线。【自我小测】判断正误:(1)合金是混合物,没有固定熔、沸点。(

)(2)Al2O3可以与所有酸或碱发生反应。(

)(3)制饭勺、饭盒、高压锅等的不锈钢是合金。(

)(4)铝合金大量用于高铁建设。(

)(5)氢氧化铝可用于中和过多胃酸。(

)答案(1)√

(2)×

(3)√

(4)√

(5)√下列所用材料不属于合金的是(

)A.家用的铝窗B.温度计用的水银C.铸造用的黄铜D.建筑用的钢筋解析家用的铝窗是铝合金,A不符合题意;温度计用的水银是金属汞单质,不是合金,B符合题意;铸造用的黄铜是铜的合金,C不符合题意;建筑用的钢筋是铁合金,D不符合题意。B【问题探究】2020年我国嫦娥五号探测器成功在月球软着陆并回收成功。1.月球白天地面温度高达150度,而到了夜晚,温度又跌落到零下180度。嫦娥五号探测器使用了大量合金材料,这些合金材料应具有哪些性质?提示密度小、强度大、既耐高温又耐低温等。2.形状记忆合金是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形,恢复其变形前原始形状的合金材料。嫦娥五号探测器,使用了记忆合金制作天线,试分析其好处。提示嫦娥五号探测器使用记忆合金制作,天线折叠起来装进探测器内,工作时只需升温,折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开,恢复设计形状。3.已知铜的熔点为1083℃,钠的沸点为883℃,试问铜与钠能否形成合金?提示不能。当铜开始熔化时,钠已经是气体,所以二者不能形成合金。4.镁铝合金为什么广泛应用于飞机?提示因为其具有密度小、强度大的特性,且价格较低。5.合金通常比组成它的纯金属有哪些更优良的性质?提示合金具有许多优良的物理、化学或机械性能,在许多方面不同于各成分金属。如合金的硬度一般比它的各成分金属的大,多数合金的熔点一般也比它的各成分金属的低等。【深化拓展】合金的形成条件1、金属与金属形成合金时:合金是金属在熔化状态时相互混合形成的,熔化时的温度需达到成分金属中熔点最高的金属的熔点,但又不能超出成分金属中沸点最低的金属的沸点。一种金属的熔点高于另一种金属的沸点时则不能形成合金。2、金属与非金属形成合金时:部分不活泼非金属与金属可形成合金,活泼非金属与活泼金属一般不能形成合金。“灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的重大贡献,陶弘景在其《本草经集注》中提到“钢铁是杂炼生钅柔作刀镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热,生铁熔化灌入熟铁,再锻打成钢。下列说法错误的是(

)A.钢是以铁为主的含碳合金B.钢的含碳量越高,硬度和脆性越大C.生铁由于含碳量高,熔点比熟铁高D.冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3C解析

本题考查化学与传统文化及钢铁的基本知识。钢和生铁均属于铁碳合金,钢中的含碳量低、生铁中的含碳量高,铁合金的硬度和脆性随含碳量增大而增大,A、B项均正确。合金的熔点通常比各组分的熔点低,C项错误。赤铁矿的主要成分为氧化铁,D项正确。温馨提示

(1)合金是混合物而不是纯净物。(2)合金具有许多优良的物理和机械性能,在许多方面不同于各成分金属;但在化学性质上,一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。(3)并非任意两种金属都能形成合金,两种金属形成合金,其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化。中国第5架国产大飞机C919大型客机的机身部分采用第三代新型铝锂合金材料。下列关于铝锂合金的认识不正确的是(

)A.铝锂合金密度较小,强度较大,硬度大于纯铝,熔点低于锂单质B.改变原料的配比,可以制得性能不同的铝锂合金C.铝锂合金具有金属光泽,可导电导热D.铝锂合金的性质与各成分金属的性质完全相同D沈括根据变法需要,悉心总结了兵器制作技术。《梦溪笔谈·器用》中记载:“古人以剂钢为刃,柔铁为茎干,不尔则多断折。剑之钢者,刃多毁缺,巨阙是也,故不可纯用剂钢。”以所学合金的知识,分析古人铸剑时剑身的材料为(

)A.钢 B.生铁 C.青铜

D.白铜解析生铁硬度大、抗压、性脆,钢有良好的延展性,机械性能好,可以锻轧和铸造,所以古人铸剑时剑身的材料为钢,与铜无关。A人们的日常生活离不开金属,高科技新材料的开发和应用也需要金属。(1)地壳中含量最高的金属元素是

。

(2)根据下图金属应用实例推断,金属具有的物理性质有

。

(1)Al(或铝)

(2)导电性、延展性、导热性(3)日常使用的金属材料多数属于合金。下表列出了一些常见合金的主要成分和性能。合金合金的主要性