3.2.1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

第三章 铁 金属材料 第二节 金属材料 第1课时 合金 1 .了解合金的概念，性质及用途。 2.通过实验探究铝和氧化铝的性质及转化,认识两性氧化物。 3.了解储氢合金、钛合金等新型合金。 学习目标 导 在科技生产、工农业和日常生活中，我们很少使用纯金属，而主要使用合金，那么什么是合金？合金有哪些优良的性能？你知道合金在生活中有哪些用途？ 不锈钢制成的餐具 锰钢制成的钢轨 铝合金制成的车载桌 生活中常见的合金 阅读教材p78~80，思考以下问题： 1、合金中只有金属元素吗? 2、合金属于纯净物还是混合物?合金的性质是各成分金属的性质之和吗? 3、根据纯金属与合金的结构比较，说明合金的硬度比其成分金属大的原因? 4、已知铜的熔点为1 083 ℃，钠的沸点为883 ℃，试问铜与钠能否形成合金？ 5、生铁和钢都是铁合金，各有什么特点，钢有哪些类别，各有什么特点？ 一、合金与铁合金 (1)合金中一定含有金属元素,可能含有非金属元素；合金是混合物。 (2) 合金具有金属特性,如导电性、导热性等。 (3)合金具有优良的物理、化学或机械性能,不是各成分简单地加和。一般来说，合金的硬度大于各成分金属，熔点低于各成分金属。 在纯金属内加入其他元素形成合金以后，结构发生了变化，使合金的性能与纯金属有很大的差异。 1.合金的组成及性质。 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等来加以调节。因此，尽管目前已经制得的纯金属只有几十种，但由这些纯金属(或金属与非金属)制得的合金已达数千种，大大拓展了金属材料的使用范围和价值。 例如，常见的一些合金的硬度比其成分金属的大，是因为在纯金属内,所有原子的大小和形状都是相同的，原子的排列十分规整;加入或大或小的其他元素的原子后(如图3-13)，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难，导致合金的硬度变大。 2.合金的形成条件。 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,但又不能高于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。 3．铁合金 (1)____ 和___是含碳量不同的两种铁碳合金。 (2)生铁的含碳量比钢的___。。生铁的含碳量为2%~4.3%，钢的含碳量为0.03%~2%。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; 钢有良好的延展性，机械性能好，可以锻轧和铸造，广泛用于制造机械和交通工具等。 (3)___ 是用量最大、用途最广的合金，根据其化学成分，可分为两大类:碳素钢和合金钢。根据含碳量不同，碳素钢可分为高碳钢、中碳钢和低碳钢，其性能和用途如下所示。 生铁 钢 高 钢 合金钢也叫特种钢，是在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种特殊性能，如强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀等。 不锈钢是最常见的一种合金钢，它的合金元素主要是铬(cr)和镍(Ni)。常用的不锈钢中含Cr 18%、含Ni8%(有的不锈钢含Cr17%~19%，含Ni 8%~13%)。不锈钢在大气中比较稳定，不容易生锈，具有很强的抗腐蚀能力。生活中常见的医疗器材、厨房用具和餐具等，很多都是用不锈钢制造的;有些地铁列车的车体材质也是不锈钢。 PPT模板下载：www.1ppt.com/moban/ 行业PPT模板：www.1ppt.com/hangye/ 节日PPT模板：www.1ppt.com/jieri/ PPT素材下载：www.1ppt.com/sucai/ PPT背景图片：www.1ppt.com/beijing/ PPT图表下载：www.1ppt.com/tubiao/ 优秀PPT下载：www.1ppt.com/xiazai/ PPT教程： www.1ppt.com/powerpoint/ Word教程： www.1ppt.com/word/ Excel教程：www.1ppt.com/excel/ 资料下载：www.1ppt.com/ziliao/ PPT课件下载：www.1ppt.com/kejian/ 范文下载：www.1ppt.com/fanwen/ 试卷下载：www.1ppt.com/shiti/ 教案下载：www.1ppt.com/jiaoan/ 字体下载：www.1ppt.com/ziti/ PPT模板下载：www.1ppt.com/moban/ 行业PPT模板：www.1ppt.com/hangye/ 节日PPT模板：www.1ppt.com/jieri/ PPT素材下载：www.1ppt.com/sucai/ PPT背景图片：www.1ppt.com/beijing/ PPT图表下载：www.1ppt.com/tubiao/ 优秀PPT下载：www.1ppt.com/xiazai/ PPT教程： www.1ppt.com/powerpoint/ Word教程： www.1ppt.com/word/ Excel教程：www.1ppt.com/excel/ 资料下载：www.1ppt.com/ziliao/ PPT课件下载：www.1ppt.com/kejian/ 范文下载：www.1ppt.com/fanwen/ 试卷下载：www.1ppt.com/shiti/ 教案下载：www.1ppt.com/jiaoan/ 字体下载：www.1ppt.com/ziti/ 4. 用途：① 纯铝用作导线；②铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。 （一）铝 2．结构：铝的原子结构示意图为 3. 物理性质：有银白色金属光泽的固体，有良好的延展性、导电性和传热性等，密度较小，质地柔软。 1. 存在：铝是地壳中含量最多的金属元素，自然界中的铝全部以化合态存在。 二、铝和铝合金 5．化学性质： （1）铝与氧气的反应 ① 常温：铝与空气中的氧气反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜，对内部金属起着保护作用，化学方程式为 ② 点燃：铝在氧气中点燃，放出大量的热和耀眼的白光，化学方程式为 4Al＋3O2===2Al2O3 4Al＋3O2===2Al2O3 点燃 （2）铝与（非氧化性）酸的反应 2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑ 2Al＋6H+=2Al3+＋3H2↑ 思考：铝制餐具为何不宜用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性食品？ 铝和稀盐酸的反应 现象：铝片逐渐溶解，有无色气泡冒出，将点燃的木条放在试管口有爆鸣声 （3）铝与碱反应— 现象：试管①中一开始无气泡产生，一段时间后，铝片溶解；有无色气泡冒出，试管②中铝片溶解，立即产生无色气泡。将点燃的木条放在试管口，都有爆鸣声 2Al＋2NaOH＋6H2O = 2Na[Al (OH)4 ] + 3H2↑ 铝和氢氧化钠溶液的反应 （4）铝与部分 盐的反应 2Al+3CuSO4 Al2(SO4)3+3Cu （5）铝与某些金属氧化物的反应—铝热反应 现象:剧烈反应，放出大量的热，耀眼光芒。 纸漏斗烧穿，有熔融物落入沙中。 2Al +3Hg(NO3)2 2Al(NO3)3 +3Hg 毛刷实验 （二）氧化铝 1. 物理性质：白色固体，难溶于水，有很高的熔点 2055℃ Al2O3 常作耐火材料 冶炼金属铝的原料 (耐火坩埚、耐火管 耐高温的实验仪器等) 氧化铝坩埚 2. 化学性质 思考：为什么铝片和酸、碱反应刚开始没有气泡产生，后产生气泡了呢？ 铝片表面存在致密氧化膜（氧化铝），铝氧化铝均可以与酸碱反应 两性氧化物 Al2O3＋2NaOH＋3H2O ===2Na[Al (OH)4 ] Al2O3＋6HCl = 2AlCl3＋3H2O 既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物，如Al2O3等。 【知识扩展】（三）两性氢氧化物—氢氧化铝(Al(OH)3) 密度：2.40g/cm3 熔点：300℃ 外观：白色非晶形的粉末 1、Al(OH)3不稳定，受热易分解 2、可与强酸反应 3、可与强碱反应 2Al(OH)3 Al2O3＋3H2O Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2O Al(OH)3＋OH－=Al(OH)4－ 【解决问题】 铝制餐具不易用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性物质，为什么？ 物理性质：白色胶状物质，不溶于水，有强的吸附性，能凝聚水中的悬浮物，并能吸附色素。 作用：净水（能凝聚水中的悬浮物，并吸附色素）； 胃酸中和剂。 Al Al2O3 Al(OH)3 Al3+ AlO2 . Al3+ 　　 Al(OH)3 ： OH- NH3·H2O 、AlO2- H+ CO2 、Al3＋ AlO2- 　　 Al(OH)3 ： 铝及其化合物的转化关系小结： [问题] 1.本转化关系的核心知识是什么? 答:氧化铝和氢氧化铝的两性 有关Al(OH)3沉淀图像： 图像 4H++AlO-2= Al3++2H2O Al3++3AlO2+6H2O=4Al(OH)3↓ AlO2 -+H++H2O=Al(OH)3↓ Al(OH)3+3H+=Al3++2H2O 4OH-+Al3+=AlO2- +2H2O 3AlO2+6H2O+Al3+=4Al(OH)3↓ Al3++3OH-=Al(OH)3↓ Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O 反应 先无沉淀，后有沉淀且不消失， 先有白色絮状沉淀，过量沉淀消失。 先无沉淀，后有沉淀且不消失， 先产生白色絮状沉淀，然后沉淀消失 现象 将NaAlO2逐滴滴入盐酸中至过量 将盐酸逐滴滴入NaAlO2至过量 将AlCl3逐滴滴入到NaOH中至过量 将NaOH逐滴滴入AlCl3中至过量 实验 Al(OH)3 Al3+ H+ Al(OH)3 AlO2- Al(OH)3 OH- Al(OH)3 【课外阅读1】刚玉——氧化铝的天然产物 红宝石即红刚玉，是铬（主要为Cr2O3）含量≥0.1%的刚玉，主要成分是氧化铝（Al2O3），一般呈红色故得名。 蓝宝石是除红宝石之外的刚玉宝石的通称，主要成分是氧化铝（Al2O3）。蓝宝石可以有粉红、黄、绿、白等颜色，甚至在同一颗石有多种颜色，其中蓝色的蓝宝石是由于其中混有少量钛（Ti）和铁（Fe）杂质所致 【课外阅读2】铝与人体健康 世界卫生组织提出人体每天的摄铝量不应超过每千克体重1毫克，一般情况下，一个人每天摄取的铝量绝不会超过这个量，但是，经常喝铝盐净化过的水，吃含铝盐的食物，如油条、粉丝、凉粉、油饼、易拉罐装的软饮料等，或是经常食用铝制炊具炒出的饭莱，都会使人的摄铝量增加，从而影响脑细胞功能，导致记忆力下降，思维能力迟钝。 1、为什么铝制餐具不适宜用来蒸煮或长时间盛放酸性、碱性食物？ 提示：由于铝和氧化铝能跟酸、碱反应，因此铝制餐具不宜用来蒸煮或长期存放酸性、碱性食物。 【交流研讨，合作解惑】 2、若要除去铁粉中的少量铝粉,可采用什么方法? 提示：在混合物中加过量NaOH溶液，铝和碱反应溶解，过滤得铁。 3.将两小块质量相等的金属钠,一块放入水中,另一块用铝箔包住,在铝箔上刺些小孔,再放入水中,试分析两者放出的氢气的量是否相等。 提示：不相等。因为用铝箔(刺有小孔)包住的金属钠放入水中时,钠先与水反应,产生的氢气与直接把钠投入水中所产生的氢气的量相同,但生成的氢氧化钠溶液会与铝箔反应产生氢气,故后者产生的氢气总量大于前者。 向集满CO2的铝制易拉罐中加入过量NaOH浓溶液，立即封闭罐口，易拉罐渐渐凹瘪；再过一段时间，罐壁又重新凸起。上述实验过程中发生的离子反应有_______________________________________________________________ ___________________________________。 称取两份铝粉,第一份加入足量的盐酸,第二份加入足量的烧碱溶液。若同温同压下放出相同体积的气体,则两份铝粉的质量之比为(　　)。 A.1∶1 B.2∶3 C.3∶2 D.1∶6 【练习1】 【练习2】 √ 【思考】 铝是地壳中含量最丰富的金属元素，因表面会生成致密的氧化膜而具有良好的耐腐蚀性，为什么生活中很少见到以纯铝为材料的制品？ 纯铝的硬度和强度都比较小，不适合作为生产生活中的材料使用，使用较多的是具有不同组成和性质的铝合金。 （四）铝合金 向铝中加入少量的合金元素，如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等，可制成铝合金。铝合金具有密度小、强度高、塑性好、易于成型、制造工艺简单、成本低廉等特点。铝合金是目前用途广泛的合金之一。 添加4%Cu、0.5%Mg、0.5%Mn、0.7%Si的铝合金，称为硬铝，是制造飞机的理想材料。 铝被称为“会飞”的金属，现代飞机有70%是铝和铝合金制造的！ 小结 (1)储氢合金：一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。如Ti­Fe合金、La-­Ni合金等，为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用。 储氢合金 三 新型合金 2.钛合金 钛合金：指的是多种用钛与其他金属制成的合金金属。 强度高、耐蚀性好、耐热性高 钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。医用钛合金可用作植入人体的植入物。 3.形状记忆合金 通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应的由两种以上金属元素所构成的材料。 迄今为止，人们发现具有形状记忆效应的合金有50多种。 人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作。发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开，恢复抛物面形状。 4.耐热合金 4.稀土金属 又称稀土元素，是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称。稀土一般是以氧化物状态分离出来，又很稀少，因而得名稀土。主要用于冶金、石油化工、玻璃陶瓷、荧光和电子材料等工业 课堂小结 随堂练习 1．我国“蛟龙”号载人潜水器的外壳是耐超高压的钛合金，下面有关合金的说法正确的是(　 ) A．钛合金是一种新型金属单质 B．钛合金熔点比钛金属高 C．钛合金的硬度与钛单质相同 D．青铜、合金钢和硬铝都是合金 D 2．在铝制易拉罐中收集满CO2，加入过量的NaOH溶液，立即封口并振荡，可以发现易拉罐先咔咔作响，变瘪，然后再次鼓起来，其过程中没有涉及的化学反应是(　 ) A．Al(OH)3分解 B．CO2与NaOH溶液反应 C．Al与NaOH溶液反应 D．Al2O3与NaOH溶液反应 解析：NaOH溶液先与CO2反应，气压减小，易拉罐变瘪，再与铝表面的Al2O3反应，最后与Al反应，生成H2，易拉罐又鼓起来。 A 3．储氢合金是一种新型合金。下列关于储氢合金的说法错误的是(　 ) A．储氢合金是一类能够大量吸收氢气，并与氢气结合成金属氢化物 的新型合金材料 B．储氢合金具有储氢量大、能耗低、使用方便的特点 C．储氢合金具有很强的捕捉氢的能力，氢分子在合金中先分解成单个 的原子，氢原子进入合金原子的缝隙中，并与合金生成金属氢化物 D．储氢合金形成的金属氢化物性质稳定，在高温条件下也不易分解 解析：储氢合金中形成的金属氢化物既容易形成，加热又容易分解，室温下吸、放氢的速率快，故D错误。 D 进入二十一世纪以来，我国航空航天事业得到前所未有的发展。制造航空器所用的零部件一般为金属材料，其中铝合金、镁合金、钛合金和镍钼钨合金等合金材料以其密度低、使用寿命长、优异的耐腐蚀及耐高温等综合性能，在飞行器及航空航天领域被广泛应用。 1．钛合金 钛合金是一种强度高、密度低、抗腐蚀性强的材料，广泛用于航空工业。钛合金具有高的比强度和比刚度，适合制作高速飞行器和高温部件。由于其高昂的成本，钛合金通常用于制造高价值的部件，如发动机涡轮叶片、机身结构和附件等。 知识扩展 合金在航空航天中的应用 2．铝合金 铝合金的优点是耐腐蚀、易加工和成本较低。航空器中使用的许多零部件都由铝合金制成，如机翼和机身结构等。 3．镁合金 镁合金具有轻质、高强度和抗腐蚀性等优点，也逐渐被航空工业所采用。它们主要用于制造小型和中型飞机的零部件，如座椅和机身结构。 4．超级合金钢 超级合金钢是一种高温、高压和高强度的合金材料，主要用于制造发动机零部件。它们具有优异的耐腐蚀性和高温稳定性，可以在高温和高压的环境下保持强度和韧性。 1．铝锂合金是我国商用飞机上使用的一种新材料，铝锂合金是(　 ) A．合成材料 B．金属材料 C．复合材料 D．非金属材料 解析：铝锂合金是金属合金，属于金属材料，B选项正确。 浸润素养训练 B 2．我国高铁、航空航天、手机制造等都已经跻身世界一流水平，根据下列材料的应用回答问题。 (1)上述材料中属于金属材料的是____________________________ (写一种即可)。 (2)飞机外壳用钛合金、铝合金的优点是_________________________。 应用 “复兴号” 高铁车轮 “鲲龙”水陆两栖 飞机零部件 折叠手 机屏幕 用到的材料 高速钢 钛合金、铝合金 聚酰亚胺塑料 (3)在对高铁钢轨中的缝隙进行焊接时，常用铝和氧化铁在高温条件下反应生成熔融状态下的铁和另一种氧化物。写出该反应的化学方程式为_________________________________，反应基本类型是________________________。 解析：聚酰亚胺塑料是一种有机合成材料，合金相对于成分金属往往硬度更大，熔点低，更耐腐蚀。 答案：(1)高速钢(或钛合金或铝合金)　(2)耐腐蚀、轻、硬度大等　 (3)2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3　置换反应 Lavf58.45.100 Lavf58.45.100 EVCapture4.2.2软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn Lavf58.28.100 Lavf58.28.100 $$