9.1常见的金属材料同步课件---2024--2025学年九年级化学鲁教版（2024）下册

第九单元 金属 第一节 常见的金属材料 by 劉66老师 （鲁教版）九年级 学习目标 金属的物理性质 01 02 合金的特性 03 金属矿物及其冶炼 打开教科书最后的元素周期表，数一数其中列出了多少种金属元素？想一想：在你用过或见过的各种物品或设备中可以找到哪 些金属？这些金属是从何而来的？不同的金属与金属材料具有怎样的性质和功能？ 人类文明进步与金属材料发展关系十分密切。 继石器时代之后的青铜器时代和铁器时代，均以金属材料的广泛应用为其时代标志。现代，种类繁多的金属材料已成为社会发展的重要物质基础。你在日常生活中见到或使用过哪些金属制品？这些金属制品有什么特点？ 一、金属的物理性质 金属在生活、生产中有着非常广泛的应用，这些应用有许多都是由金属的物理性质决定的。金属具有哪些物理性质呢？ 列举一些常见或常用的金属制品，想一想它们各是用什么金属制成的？分别应用了金属的哪些性质？ 大多数金属都具有金属光泽，密度和硬度较大，熔点和沸点较高，具有良好的延展性和导电、导热性能。除汞外，金属在常温下都是固体。 不同的金属还具有各自的特性，例如：铂的延性好，可以抽成直径只有1/5 000 mm的细丝；金的展性好，可以压成厚度只有1/10 000 mm的薄片。性质的差异决定了金属的不同用途。例如：钨的熔点高，所以被用来制造灯泡中的灯丝；铜的导电性优良，故被广泛用于电子制造业（例如印刷电路板）；金的稀有象征着富有和高贵，常用于制作饰品等。 金属的分类 在已发现的一百多种元素里，大约有五分之四是金属元素。金属的单质有很多种，在冶金工业上，人们常把金属分为黑色金属（包括铁、铬、锰）和有色金属（铁、铬、锰以外的金属）两大类。人们也常按照密度大小将金属分类，密度小于4.5 g/cm3的叫作轻金属（钠、钙、镁、铝等）；密度大于4.5 g/cm3的叫作重金属（汞、铜、镉、铅等）。此外，还可以将金属分为常见金属（铁、铝等）和稀有金属（锆、铌、钼等）。 二、合金的特性 常见的金属材料大多数不是组成单一的纯金属，而是合金，即在某种金属中加热熔合其他金属或非金属后形成的、具有金属特性的物质。代表我国早期金属铸造工艺水平的商代后母戊鼎，其制作材料就是一种铜锡合金（即青铜）。青铜是人类最早使用的合金。 合金的种类很多。青铜、黄铜（铜锌合金）都属于铜合金，生铁和钢都是铁合金（两者的主要区别是含碳量不同：生铁含碳量为2%〜4.3%，钢为0.03%〜2%）。常见的合金还有铝合金、钛合金等。 金属与合金的性质比较 现有铝片、铝合金、铜片、黄铜片、锡片、焊锡（主要含锡、铅）等金属材料，分别进行下列实验，观察、分析实验现象，并与同学交流你得到的结论。 1. 观察铝片与铝合金、铜片与黄铜片、锡片与焊锡的颜色与光泽。 2. 将铝片与铝合金、铜片与黄铜片、锡片与焊锡两两互相刻划，比较它们的硬度。 3. 将锡片和焊锡放在铁片上，用酒精灯在铁片的中心部位加热，观察比较两者熔化的难易。 合金与纯金属的性质差异较大。与合金中各成分对应的纯金属相比，多数合金材料都具有熔点较低、硬度较大、导电性和导热性较弱等特点。 合金在日常生活、工农业生产和科学研究中的应用非常广泛。人们利用熔合的方法，控制合金的组成比例和形成条件，就可以制得具有特殊性能、符合特定需求的各种合金。如钛镍合金具有形状记忆功能，用于制作人造卫星的天线；钛钼镍合金抗腐蚀性强，在航海及海洋资源开发领域应用广泛。 钛合金新材料与“奋斗者”号潜水器 2020 年 11 月 10 日，我国首台拥有自主知识产权的全海深载人潜水器“奋斗者”号顺利下潜至地球海洋最深处，在太平洋马里亚纳海沟成功坐底，深度达 10 909 米，创造了中国载人深潜的新纪录。在 10 000 米以下的深海，水压是海洋表面的1 100倍。为完成万米探潜，“奋斗者”号潜水器的载人舱球壳采用了我国自主研发的 Ti62A 钛合金新材料，其通过先进的焊接技术连接打造，抗压能力卓越。中国制造，正在为“上九天揽月”“下五洋捉鳖”提供更多的可能。 三、金属矿物及其冶炼 地球上的金属资源广泛存在于地壳和海洋中， 其中少数很不活泼的金属（如金、铂等）以单质形式存在，其余金属都以化合物的形式存在于各种矿物中。大自然为人类提供了丰富的金属矿物资源。 铜是人类最早使用的金属之一。人们主要是通 过用焦炭焙烧含有铜元素的矿石获得金属铜。含铜的矿石主要有黄铜矿、孔雀石、辉铜矿等，它们都具有引人注目的颜色。 当人们焙烧孔雀石时，其主要成分碱式碳酸铜受热会分解，生成氧化铜等产物。氧化铜能与木炭反应，生成铜和二氧化碳，反应的化学方程式为： 在这个反应中，氧化铜中的氧被碳夺去，铜被还原出来。像这样，含氧化合物中的氧被夺去的反应属于还原反应。 当今社会，在众多的金属材料中，铁、铝及其 合金一直在人类生产生活中占据着主导地位，钢铁 工业的发展状况是世界各国工业化水平的重要标志。 工业上是如何从铁矿石中得到铁的呢？ 实验开始时的顺序： ①先点燃尾部的酒精灯 ②再通入一氧化碳，排尽玻璃管中空气 ③最后点燃酒精喷灯 实验结束时的顺序： ①先熄灭酒精喷灯 ②待冷却到室温后停止通入一氧化碳 ③最后熄灭尾部酒精灯 实验时的现象： ①玻璃管中红色粉末变为黑色 ②试管中澄清石灰水变浑浊 ③尾部导管处有蓝色火焰生成 实验时涉及到的化学方程式： ①玻璃管中：3CO+ Fe2O3=2Fe+3CO2 ②试管中：Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O ③尾部导管处：2CO+O2=2CO2 一高温三点燃 实验表明，氧化铁和一氧化碳在高温条件下发生反应，生成金属铁和二氧化碳，这也是工业炼铁的原理。该反应的化学方程式为: 钢铁工业中就是利用这一原理来炼铁的。将赤铁矿（主要成分是Fe2O3 ）、焦炭和石灰石一起加入高炉，在高温下，利用炉内反应生成的一氧化碳将铁从氧化铁中还原出来。此时炼的铁为生铁，仍含有少量杂质。 徐光宪与稀土分离新技术 元素周期表中的镧系元素和钪、钇共计 17 种金属元素，由于它们在自然界存量稀少且分散而被称为稀土元素。这些稀土元素在信息、能源、航天、军事等领域中有着重要的应用，被视为冶金工业“维生素”。我国是稀土资源大国，2022 年已探明的储量约占世界总储量的 33.8%。由于这些稀土元素的性质太相近了，如何分离和提取它们就成为世界难题。20 世纪 70 年代， 我国科技发展需要高纯度的稀土产品。国际上提炼稀土的技术都是保密的，而且产品极其昂贵。引进技术和购买产品，都是不现实的，必须自力更生。如何利用稀土元素之间微小的差异，寻找适合的分离技术，将它们从矿物中分别提取出来呢？我国化学家徐光宪（1920—2015）带领团队跨过国外已有的分离方法，直接从当时未曾触碰过的萃取分离技术入手，经过反复实验，创新出一套稀土分离的串级萃取理论，并在该理论指导下，独创了稀土分离“三出口”工艺，使我国稀土分离技术达到国际先进水平，促进了我国从稀土资源大国向高纯稀土生产强国的转变，使我国成为全球唯一一个拥有完整稀土产业链技术的国家。徐光宪院士被誉为“中国稀土之父”，并荣获 2008 年度“国家最高科学技术奖”。 四、扩展提升 一 课堂导入 人类文明进步与金属材料发展关系密切。 继石器时代之后的青铜器时代和铁器时代，均以金属材料的广泛应用为其时代标志。 现代，种类繁多的金属材料已经成为社会发展的重要物质基础。 你在日常生活中见到或者使用过哪些金属制品？这些金属制品有什么特点？ 二 师生互动，共学新知 活动天地：4--1 有延展性 有金属光泽 密度大 强度大 熔点、沸点高 热和电的良导体 （一）金属的物理性质 二 师生互动，共学新知 通过活动天地，可以发现金属共有的物理性质。 延展性良好 颜色： 大多数金属为银白色，铜为红色，金为黄色。 状态： 常温下，大多数金属为固态，汞为常温下的液态金属 光泽： 金属光泽 密度： 一般密度较大 硬度： 一般硬度较大 导电性： 具有良好的导电性 熔、沸点： 导热性： 具有良好的导热性 一般都较高 延展性： 二 师生互动，共学新知 不同的金属还具有各自的特性，例如：铂的延展性好，可以抽成直径只有 mm的细丝；金的延展性好，可以压成厚度只有 mm的薄片。性质 的差异决定了金属的不同的用途。例如：钨的熔点高，所以用来制作灯泡的 灯丝；铜的导电性优良，故被广泛用于电子制造业（例如印刷电路板）；金 的稀有象征着富有和高贵，常用于制作饰品。 二 师生互动，共学新知 金属性质 金 (Au) 银 (Ag) 铜 (Cu) 铁 (Fe) 铝 (Al) 铬 (Cr) 金属光泽 黄色 银白色 紫红色 银白色 银白色 银白色 密度g/cm3 19.3 10.5 8.92 7.86 2.7 7.2 熔点/℃ 1064 962 1083 1535 660 1875 导电性(100最好) 74 100 99 17 61 硬度(10最大) 2.5~3 2.5~4 2.5~3 4~5 2~2.9 9 1 . 为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制？ 2 . 银的导电性比铜好，为什么电线一般用铜制而不用银制？ 3. 为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？如果用锡制的话，可能会出现什么情况？ 二 师生互动，共学新知 考虑物质的用途时，首先要考虑物质的_____， 还需要考虑那些因素 美观 价格 对环境 的影响 废料是否 易于回收 资源 使用 是否便利 二 师生互动，共学新知 （二）合金 1、合金是一种金属与其他一种或几种金属（或非金属）熔合形成的有金属特性的混合物。 合金 主要成分 生铁 铁、碳 不锈钢 铁、铬、镍 锰钢 铁、锰、碳 青铜 铜、锡 黄铜 铜、锌 硬铝 铝、铜、镁、硅 钛合金 钛、铝、钒 2、几种合金的组成 二 师生互动，共学新知 活动天地4--2 金属与合金的性质的比较 现有铝片、铝合金、铜片、黄铜片、锡片、焊锡（主要含锡、铅）等金属材料， 分别进行如下实验，观察、分析实验现象，并与同学交流你得到的结论。 （1）观察铝片与铝合金、铜片与黄铜片、锡片与焊锡的颜色与光泽。 （2）将铝片与铝合金、铜片与黄铜片、锡片与焊锡两两互相刻划，比较它们的硬度。 （3）如右图所示，将锡片和焊锡放在铁片上，用酒精灯在铁片的中心部位加热，观察 两者熔化的难易。 二 师生互动，共学新知 3、合金与组成它们的金属的性质的差异 ⑴合金比其组分金属的颜色鲜艳； ⑵合金的硬度大于组成它们的金属； ⑶合金的熔点低于组成它们的金属； ⑷合金的抗腐蚀能力一般强于各组分金属。 二 师生互动，共学新知 合金 主要成分 性能 用途 生铁 铁、碳 硬而脆，可铸造但不能煅轧 炉具、炊具、机床底座等 不锈钢 铁铬镍 抗腐蚀性好 医疗器械 锰钢 铁锰碳 韧性好、硬度大 钢轨、挖掘机铲斗、自行车架等 青铜 铜、锡 强度高、可塑性好、易加工耐腐蚀 机器零件、仪表、日用品 黄铜 铜、锌 强度较高、可塑性好、耐磨、耐腐蚀 机器零件如轴承、齿轮等 硬铝 铝铜镁硅 强度和硬度均比纯铝或纯美大 火箭、飞机、轮船等的制造 钛合金 钛铝钒 耐高温、耐腐蚀、强度高 用于航空、航天工业及化工工业等 常见的合金 二 师生互动，共学新知 （三）金属矿物及其冶炼 地球上的金属资源广泛存在于地壳和浩瀚的海洋中，其中少数很不活泼的金属（ 如金、银、铂等）以单质形式存在，其余金属都以化合物的形式存在。 铝元素在自然界中的分布极广，以化合物的形式存在于各种岩石和矿物中， 常见的铝土矿、钾长石头和明矾石等，它们的主要成分别是Al2O3、KAlSi3O8 和KAl3(SO4)2(OH)2。 铁元素在自然界中的分布也很广，大多以化合物的形式存在于各种铁矿石中。 常见的铁矿石有赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿和黄铁矿等，它们的主要成分为Fe2O3、 Fe3O4、FeCO3和FeS2。 二 师生互动，共学新知 常见的几种铁矿石 赤铁矿 主要成分为Fe2O3 磁铁矿 主要成分为Fe3O4 菱铁矿 主要成分为FeCO3 黄铁矿 主要成分为FeS2 70% 72% 48% 56% 主要成分中的含铁量 二 师生互动，共学新知 那么，人类是如何从铁矿石中得到铁的呢？ 下面让我们通过实验来探究炼铁的化学原理 在众多金属材料中，铁一直在人类生活、生产中占据着重要地位。钢铁工业的发展状况是世界各国工业化水平的重要标志之一。 二 师生互动，共学新知 实验探究4---1 实验开始时的顺序： ①先点燃尾部的酒精灯 ②再通入一氧化碳，排尽玻璃管中空气 ③最后点燃酒精喷灯 实验结束时的顺序： ①先熄灭酒精喷灯 ②待冷却到室温后停止通入一氧化碳 ③最后熄灭尾部酒精灯 二 师生互动，共学新知 实验探究4---1 实验时的现象： ①玻璃管中红色粉末变为黑色 ②试管中澄清石灰水变浑浊 ③尾部导管处有蓝色火焰生成 实验时涉及到的化学方程式： ①玻璃管中：3CO+ Fe2O3 2Fe+3CO2 ②试管中：Ca(OH)2+ CO2 ==CaCO3↓+H2O ③尾部导管处：2CO+O2 2CO2 二 师生互动，共学新知 3CO + Fe2O3 2Fe+3CO2 高温 还原性 还原剂 得氧，被氧化 氧化反应 氧化性 氧化剂 失氧，被还原 还原反应 还原产物 氧化产物 总结 金属的物理性质 01 02 合金的特性 03 金属矿物及其冶炼 第九单元 金属 第一节 常见的金属材料 by 劉66老师 （鲁教版）九年级 $$