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 课时1 合金 铁合金 新型合金 你知道这些硬币的材料有什么不一样么？ 钢芯镀镍 铝合金 钢芯镀铜 2 学习目标 1.了解合金的概念，并能联系纯金属与合金的微观结构解释二者性能的差异 2.以铁合金为例，能从元素组成上对合金进行分类，并认识不同类型金属材料组成、性能与应用的联系，强化性能决定用途的观念 合金的认识 1.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. ①合金熔合的过程是物理变化过程 ②合金是混合物而不是纯净物 ③合金至少含有一中金属，可能含有非金属 ④金属、合金均属于金属材料 金属材料 合金 纯金属 几千种 84多种 2、合金的性质 （1）物理性质： ①硬度：合金的硬度一般比其成分金属的硬度____。 ②熔点：合金的熔点一般比其成分金属的熔点____。 大 低 保险丝 （熔点：70℃） 12.5% 锡 232.1℃ 50% 铋 271.4℃ 25% 铅 327.7℃ ③导电性、导热性低于任一组分金属。 （2）化学性质： 部分合金增强了其抗腐蚀能力 合金的结构、性质和应用 宏观性质 硬度 熔点 ........ 微观结构 原子 大小和排列 决定 决定 用途 掺杂其他原子 形成合金 纯金属只有一种金属原子，排列很整齐 合金中有多种原子，且原子的大小不同，原子排列不规则 结构 性质 决定 反映 合金的物理性质通常不同于它的成分金属！ 合金的化学性质通常相同于它的成分金属！ 例1人类的日常生活中离不开合金，下列物质中不属于合金 的是( ) A．用于门窗框架上的硬铝 B．用于冶炼金属铁的赤铁矿 C．用于生产铁锅的生铁 D．用于制造手术刀的不锈钢 解析：硬铝是铝和铜、镁等熔合而成的合金；赤铁矿的主要成分是氧化铁，氧化铁属于氧化物；生铁和不锈钢是铁和碳等物质形成的合金。 B 例2下列关于合金的说法正确的是（ ） ①合金只能由两种或两种以上的金属组成  ②合金具有金属特性  ③碳 钢和生铁的主要成分相同，故性能相同  ④改变原料的配比及生成合金 的条件，可得到具有不同性能的合金 A．②③ B．②④ C．①② D．①④ 解析：①合金可由两种或两种以上的金属或者金属与非金属熔合而成，故错误；②合金是指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，故正确；③碳钢和生铁含碳量不同，含碳量越高，硬度越大，因此两者的性能不同，故错误；④合金的性质与合金的原料配比以及制造工艺有关，所以改变原料的配比、变更制造合金的工艺，可以制得具有不同性能的合金，正确；故选：B。 B 资料卡片 铁是人体中必需的微量量元素中含量最高的一个，中国营养学会建议成人每天铁摄入量为10-20mg。 铁锅遇到酸性食物，产生的Fe2+并进一步氧化成Fe3+，可以增加食物中的含铁量，对补铁有微小的作用。 纯铁：质地较软，易生锈 思考：如何增大它的硬度和耐腐蚀性呢？ 生铁铸造的下水井盖 不锈钢制造的地铁列车车体 不锈钢餐具 【铁合金】主要由碳元素和铁元素，以及少量其他元素融合而成的合金。 生铁：含铁和碳（0.2％～4.3％） 钢：含铁和碳（0.03％～2％） 铁合金 纯铁丝和钢丝都为铁制品，为什么硬度不同？ 铁合金 碳素钢 钢 含碳量不同 强度高，韧性及加工性好，用于制造钢轨、车轮和建材等 0.3%<ω(c)<0.6% 中碳钢 ω(c)<0.3% 韧性、焊接性好，但强度低，用于制造钢板、钢丝和钢管等 低碳钢 硬而脆，热处理后弹性好，用于 制造器械、弹篢和刀具等 高碳钢 ω(c)>0.6% 含碳量越高，韧性越差，硬度越高。 思考：如何提高纯铁的硬度？ 加碳 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。 合金钢 (特种钢) 钢 Fe+C +Ni+Cr.....=不锈钢 碳素钢 +合金元素 C%（<0.3） C%（0.3~0.6） C%（>0.6） 低碳钢 中碳钢 高碳钢 合金钢 钢 生铁 铁合金 思考：综上所述，金属的性能可通过哪些方式加以调节？ 改变元素种类、含量等方式加以调节 不锈钢 性能：大气中比较稳定，不容易生锈，具有很强的抗腐蚀能力。 用途：医疗器材、厨房用具和餐具、地铁列车的车体材质等。 超级钢 P81【科学·技术·社会】 性能：强度很大且耐磨，在应用时能够实现钢板的轻薄化。 用途：汽车、航空和航天等领域。 储氢合金 记忆合金 钛合金 耐热合金 近年来，为满足某些尖端技术发展的需要，人们又设计和合成了许多新型合金。 例如： 新型合金 储氢合金 组成：常见以Mg, Ti, Nb, V, Zr和稀土类金属为主， 添加Cr, Fe, Mn, Co, Ni, Cu 性质：易活化，吸氢量大； 用途：贮存氢气 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。 了解储氢合金工作原理 常温、常压吸收H2 升温或减压释放H2 储氢合金 金属氢化物 钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。 其他新型合金 钛合金 组成：以钛为基础加入其他金属元素（常有：钼、钒、铬、锰、铜、铁、硅等） 性质：强度高 热强度高、抗腐蚀性好 用途：航天器的燃料贮箱、构架和火箭壳体，人造地球卫星、登月舱、载人飞船和航天飞机。 耐热合金 组成：以镍为基础加入Fe, C, Co 性质：耐高温 用途：航空、舰艇和工业用燃气轮机的涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘、高压压气机盘和燃烧室等 高温部件 记忆合金 低温下把半球形天线变形缩小体积装入登月舱 组成：镍（Ni）-钛(Ti) 形变条件：温度 性能：形变后遇高温（或低温）恢复形状。 形状记忆合金制成的移动跳跃的机器人 合金的结构、性质和应用 性质 物理、化学、机械性能 熔合条件 组成结构 元素 种类、含量 决定 决定 用途 时间、温度等 相应 应用领域 例1关于生铁和钢的区别正确的是（ ） A．生铁属于纯净物，钢属于混合物 B．生铁比钢的含碳量更高 C．生铁比钢弹性更好 D．生铁属于铁-碳合金，钢也是合金但不含碳 解析：A．生铁也是混合物，且含碳量更高，A错误；B．生铁比钢的含碳量更高(生铁：>2%，钢：0.03-2%)，B正确；C．钢弹性更好，C错误；D．钢中含碳，D错误。故答案：B。 B 例2社会的进步与时代的发展充满了人类智慧的结晶。下列有关 说法中错误的是（ ） A．合金为纯净物，具有许多优良的物理、化学或机械性能 B．不锈钢是最常见的一种合金钢，不容易生锈。 C．商朝的“后母戊鼎”是我国较早使用的铜制品之一 D．近年来，人们又设计和合成了许多新型合金。如储氢合金、钛合 金等 A 解析：A．合金是混合物，具有许多优良的物理、化学或机械性能，A错误；B．不锈钢是最常见的一种合金钢且不容易生锈，B正确；C．后母戊鼎是我国较早使用的铜制品之一，C正确；D．随着社会的发展，人们设计和合成了许多新型合金，如储氢合金、钛合金等，D正确；故答案选A。 例3下列说法正确的是（ ） A．合金一般由多种元素组成，属于化合物 B．常温下，铝制品耐腐蚀是因为铝不活泼 C．新型储氢合金因具有较大空隙，通过物理吸附大量H2而广泛用 于新能源汽车行业 D．合金中加入其他元素原子后，使原子层之间的相对滑动变得困 难，导致合金的硬度变大 D 解析：合金是属于混合物，A错误；常温下，铝制品耐腐蚀是因为铝和空气中氧气生成一层致密的氧化膜，B错误；合金具有在吸氢化学反应时放出大量热，而在放氢时吸收大量热，新型储氢合金吸氢是化学变化，C错误；合金内加入了其他元素或大或小的原子，改变了金属原子有规则的层状排列，原子层之间的相对滑动变得困难。一般合金比纯金属硬度更大、更坚固，D正确。 例4我国“蛟龙”号载人潜水器已成功下潜至海中7 062.68米处。“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 例5下列关于新型合金材料说法不正确的是( ) A.镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料 B.钛合金生物相容性好，强度大，可作人造骨骼 C.形状记忆合金可在使合金发生形变的作用力消失后恢复原状 D.利用合金的熔点低于成分金属这一特点可制得耐热合金 D 合金 铁合金 新型合金 概念 性能 种类：生铁、钢 结构 碳素钢 合金钢(特种钢) 低碳钢：ω(c)<0.3% 中碳钢：0.3%<ω(c)<0.6% 高碳钢：ω(c)>0.6% 储氢合金 钛合金 记忆合金 耐热合金 铁合金 课堂总结 $$