3.2.1用途广泛的金属材料 课件 2024-2025学年高一上学期化学人教版（2019）必修第一册

第三节 用途广泛的金属材料 1 甄嬛传中的“金瓜子” 眉庄随手赏一把瓜子，为何苏培盛连呼不敢当？ 金瓜子其实就是一种瓜子模样的金子。黄金本身就是一种贵金属，具有易于加工而且性质稳定的优点，因此早在公元前5世纪的春秋时期，我国部分地区已经开始使用黄金作为一种货币使用。 甄嬛传中的“金瓜子” 黄金含量十分稀少，因此它的价值也十分之高，直到19世纪之前，全世界的黄金流通量都极其之少，总共加起来不到10000吨，这个数字看上去似乎很大，但事实上分配到整个世界，其实就不怎么多了。 在古代，30g左右差不多就是一两，而金瓜子通常也以1两当做基本重量。如果按照购买力来算，当时1个金瓜子，其价值就相当于现在的20万元以上，皇帝随手赏几个金瓜子，对于普通人来说一辈子可以说是衣食无忧了。 活动单元一 —— 赏宝 材料 1: 3000 多年前的商朝，工匠们正在赶制一件青铜器， 该青铜器高 133 cm、口长 110 cm、口宽 79 cm， 重达 832.84 kg， 它便是鼎中的王者 —司母戊鼎， 封印着权力的镇国之宝。司母戊鼎是商王祖庚为祭祀其母戊所制， 制作工艺极其精巧、复杂， 该鼎见证了我国悠久的历史和璀璨的文化。 材料 2: 越王勾践剑， 春秋晚期青铜器， 历史文化价值极高， 被誉为“天下第一剑”。因剑身镀铬而千年不锈， 历经 2400 余年仍然寒气逼人、纹饰清晰。该剑长55.7 cm， 宽 4.6 cm， 柄长 8.4 cm， 重 875 g， 同时锋利无比。 活动单元一 —— 赏宝 合金 主要成分 主要性能 主要用途 青铜 铜、锡 强度高、可塑性好、耐磨、耐腐蚀 机械零件，如轴承、齿轮等 黄铜 铜、锌 强度高、可塑性好、易加工、耐腐蚀 机械零件、仪表、日用品 白铜 铜、镍 光泽好、耐磨、耐腐蚀、易加工 钱币、代替银做饰品，精密仪器 合金：由两种或两种以上的金属（或金属跟非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。 合金的优良性能： 硬度大于其纯金属成分 熔点低于其纯金属成分 两件文物均为青铜器时代的杰作， 代表了当时的最高制造水平。人类历史在某种意义上也是一部金属冶炼史。 活动单元一 —— 赏宝 活动单元二—— 寻宝 材料 3: 取之无禁， 用之不竭， 是造物者之无尽藏也。 ——苏轼《赤壁赋》 材料 5: 丹砂烧之成水银， 积变又还成丹砂 —— 葛洪《抱朴子》 材料 4: 日照澄洲江雾开， 淘金女伴满江隈。 美人首饰侯王印， 尽是沙中浪底来。 ——刘禹锡《浪淘沙》 2HgS === 2Hg + S 加热 活动单元二—— 寻宝 小结: Au 和 Pt 还原性很弱， 可通过物理方法从自然界中获取; Ag 和 Hg 则可通过热分解法冶炼。 活动单元二—— 寻宝 材料 6: 金、铜元素在地壳中的丰度分别约为两亿分之一、两万分之一， 可见自然界中铜的含量远高于金。除此之外， 铜矿颜色鲜艳， 易于被发现。在冶炼铜之前， 古人已经学会了烧制陶瓷， 为铜的冶炼奠定了基础 蓝铜矿( CuS) 赤铜矿( Cu2O) 辉铜矿( Cu2S) 孔雀石 ［Cu2( OH) 2CO3］ 若你是厂长， 你会选择哪种矿石进行冶炼? 活动单元二—— 寻宝 小结：在自然界中“淘宝”， 欲追求高“性价比”，需要权衡的因素有很多， 例如: 矿石的储量与分布情况、矿石 的 开 采 难 度、矿 石 的 品 味 ( 元 素 的 质 量 分数) 等。 活动单元三—— 炼宝 材料 7: 信州铅山县有苦泉， 流以为涧， 挹其水熬之， 则成胆矾， 熬胆矾铁釜， 久之亦化为铜 — 北宋·沈括《梦溪笔谈》 材料 9: 炼矿曰扯铜， 其法矿千斤( 氧化矿， 灼烧得CuO) 用炭七八百斤不等， 炉如夹墙， 底作圆窠， 铺以炭末， 始加矿炭 …… 而铜沉于低， 有流碣， 即铜成之候矣———清·张泓《滇南新语》 材料 8: 用矿( 硫化矿，主要成分为 Cu2S) 二百五十箩…… 入大旋风炉， 连烹 ( 灼烧) 三日三夜， 方见成铜—明·陆容《菽园杂记》 Fe + CuSO4 == FeSO4 + Cu Cu2S + O2 == 2Cu + SO2 2CuO + C == 2Cu + CO2↑。 高温 加热 材料 7: 信州铅山县有苦泉， 流以为涧， 挹其水熬之， 则成胆矾， 熬胆矾铁釜， 久之亦化为铜 — 北宋·沈括《梦溪笔谈》 我国有着悠久的青铜文化， 追寻先贤的足迹， 欲与古人试比高。请设计实验从孔雀石［主要成分为 Cu2( OH) 2CO3］ 中提取铜。 活动单元三—— 炼宝 预处理 冶炼 精炼 应用 粉碎 电解精炼 方式 方式2 方式1 湿法 火法 酸浸 碱浸 有氧焙烧 无氧焙烧 活动单元三—— 炼宝 选矿 品位 储量 考虑因素 矿石中有用组分的含量 考虑因素 活动单元三—— 炼宝 材料 10: 公元前约 600 年， 古人将富铁砂矿和木炭混合装入炉中， 点火加热并通风， 铁矿石被木炭还原而形成海绵状铁块， 该方法称作“块炼铁”。由于炉温仅1000℃ 左右， 远低于铁的熔点( 1538℃) ， “块炼铁”所得到的铁质地疏松， 杂质多， 实用价值不大。 材料 11: 古人采用锻焊的方法， 将铁块烧红锻打，排出大部分杂质， 使其致密， 制成所需的工具或兵器。在此基础上， 古人逐渐学会了块炼铁渗碳成钢， 发明了炼钢的淬火工艺， 产品的机械性能不断提升。经过漫长而艰辛的探索后， 铸铁工艺日趋成熟。 生铁：含碳量大于2%的铁碳合金 活动单元三—— 炼宝 H2/CO / C 铝热反应 Fe2O3+2Al === 2Fe + Al2O3 （铝热法炼铁） 高温 铝热剂 活动单元三—— 炼宝 钢是用量最大、用途最广的合金。 钢 碳素钢： 铁和碳的合金 合金钢： 在碳素钢中加入铬、锰、钨、镍、钼、钴等合金元素 低碳钢---含碳量低于0.3% 中碳钢---含碳量0.3%~0.6% 高碳钢---含碳量高于0.6% 镍、铬---不锈钢，抗腐性强，不易氧化 铬、钨---高速钢，硬度大，韧性很强 锰、硅---锰硅钢，韧性特强 活动单元三—— 炼宝 材料 14: 1886 年， 美国化学家霍尔通过电解冰晶石 氧化铝熔融盐的方法成功制得铝。从此冶炼铝的成本大大降低， 铝制品这一曾经的奢侈品走进了千家万户， 可谓“旧时王谢堂前燕， 飞入寻常百姓家”。 材料 12: 有人说， 如果时光可以倒流， 他最想做的事情是背上行囊， 装满铝， 回到拿破仑时代换回许多金子。 材料 13: 1827 年， 德国化学家维勒将金属钾和无水氯化铝共热， 冷却后投入水中， 得到银灰色的金属铝粉末。30 年后， 法国化学家德维尔用金属钠还原氯化铝， 使铝成为工业产品。但当时金属钠价格昂贵， 导致铝比黄金还要贵好几倍。 为什么冶炼 Na、Mg 都是电解其熔融氯化物， 而冶炼 Al 却电解其熔融氧化物? 电解铝时加入冰晶石的作用是什么? 活动单元三—— 炼宝 溶解 过滤 酸化 过滤 灼烧 电解 铝 铝土矿 NaOH溶液 残渣 二氧化碳 滤液 H2O 活动单元三—— 炼宝 活动单元四—— 用宝 材料 16: 稀土金属在生产生活、国防军工等领域均发挥着不可或缺的作用。工业上， 稀土是“维生素”，在光纤通信、贮氢能源、超导材料等领域应用广泛; 军事上， 稀土是“大心脏”， 几乎所有高科技武器的核心部位都需要稀土材料; 生活上， 稀土是“陪伴者”， 数码相机、LED 屏幕、电脑中稀土材料如影随形。 材料 15: 中东有石油， 中国有稀土。中国的稀土资源很丰富， 其地位可媲美中东的石油， 战略意义非比寻常， 一定要办好稀土的事情 ——— 邓小平 1992 年南巡讲话。 硬币：用金属铸造的货币。金属币具有使用方便，耐磨损，流通寿命长等优点。它除了自身所具备的货币职能外，还有很高艺术欣赏和收藏保值功能。 活动单元四—— 用宝 $$