专题二 第二节 金属材料（教学设计）-【中职专用】高中化学同步精品课堂（高教版2023·加工制造类）

专题二 化学与材料 第二节 金属材料（教学设计） 课程标准 1.能依据典型材料的组成和性质辨识普通合金和新型合金等金属材料； 2.通过观察硬币、铝合金门窗等物品的性质和特点，归纳总结合金共性。 3.了解我国在普通合金和新型合金等金属材料领域的研究发展、应用、发展水平和发展前景，了解化学对社会发展和人类生产、生活的重大贡献 教学目标 1.通过列举硬币、金属首饰、熔断器、铝合金门窗、自行车钢圈等使用的合金材料，培养学生现象观察与规律认知等化学学科核心素养。 2.通过了解我国在金属材料和超导材料领域的发展水平和我国科技人员在该领域所做的创新性工作，培养学生实验探究与创新意识、科学态度与社会责任等化学学科核心素养 教学过程 【情景与问题】 2020年11月10日，我国“奋斗者”号载人潜水器(图T2-2-1)在全球最深的马里亚纳海沟成功坐底，坐底深度10909m，创造了中国载人深潜新纪录，体现了我国在海洋高技术领域的综合实力。马里亚纳海沟10000m处，水压超过110 MPa，对载人潜水器结构设计、材料、性能、成型和焊接技术等都有极高要求。你知道制造载人舱都使用了哪些材料吗? 【展示】 【观察与认知】 观察表T2-2-1中铝合金和钢与其组分金属的性质，说一说合金与其组分金属相比性质有什么优越性。 表T2-2-1 性质 铝 某种铝合金 铁 某种钢 熔点/℃ 660 500 ~ 635 1535 1300 ~ 1 400 硬度 柔软 高 较软 高 抗腐蚀能力 强  很强  弱 较强 【新课讲解】 一、普通合金 定义：由金属与金属或 金属与非金属熔合而成的具有金属特性的物质。 合金与其组分中任一种纯金属相比，熔点更低、硬度更大、抗腐蚀能力更强。 合金的性能一般优于纯金属。钢铁、铝合金和铜合金是几种最常使用的普通合金材料。 【思考】 1. 相比于成分金属，为什么合金硬度更高、熔点更低？ [讲解] (1)纯金属所有原子的大小和形状相同，原子排列十分规整； (2)加入较大或较小的其他元素的原子后，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间滑动困难，合金硬度变大。 (3)固体的熔点与原子排列是否整齐有关。合金中原子的大小不一，与纯金属相比，排列整齐程度下降，使得原子之间的相互作用力减小。所以，多数合金的熔点一般比其组成金属的熔点低。 1.钢铁 (1)钢铁是是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。 (2)将含碳量降到0.03%~2%，加入Si、W、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Ti等元素中的一种或几种，形成延展性、硬度、耐磨性、耐腐蚀性更好的钢。 (3)在普通钢中加入Mn制作的锰钢，锰钢硬度大、耐磨，可加工成工具。 (4)不锈钢是普通钢加入Ni、Cr等多种元素形成的特殊钢材，它在空气中能保持金属光泽，具有不生锈的特性。 (5)不锈钢的这些优良性能，使得它广泛应用在建筑装饰、日用品等领域。 2.铝合金 1.铝合金是铝中加入Mg、Cu、Zn、Li等元素中的一种或几种形成的合金体系。金属铝强度低、耐性差，加入这些元素就形成了具有各种优良性能的铝合金。 (1)加入Mn、Mg形成具有耐腐蚀性、良好的塑性和较高强度的防锈铝合金，用于制造油箱、容器、管道、铆钉等。 (2)加入Cu、Mg、Zn或Li形成的具有高强度和高硬度的高强度铝合金，比如Al-Li合金可制作飞机零件[图T2-2-3(a)]和承受载重的高级运动器材。 (3)A1-Zn合金广泛应用于制造飞机[图T2-2-3(b)]、舰艇和载重汽车等，可使它们更加轻量化的同时增加载重量、提高运行速度，并具有耐海水侵蚀、避磁性等特点。 【实践活动】 国产大型客机C919于2017年5月5日首飞成功，并于2022年12月开启100小时验证飞行。这是我国第一款真正意义上的民航大飞机，是我国大飞机事业征程上的又一重要里程碑C919大型客机的机身蒙皮、座椅滑轨、客舱地板支撑立柱等部件都使用了我国自主研发的第三代铝锂合金，其机体结构重量占比达7.4%，获得综合减重7%的收益，在国际上属于领先水平。百年铝材百年航空，铝合金的发展满足了不同时代飞机的发展需求。在教师的组织下，参观当地的航空博物馆或者小组合作查阅资料，了解不同时代飞机中应用的铝合金材料和我国铝合金材料的研发现状及应用情况，制作演示文稿并在班级分享。 【观察与认知】 激光切割已广泛应用于工业加工领域，图T2-2-4所示是切割机的喷嘴，它是由某种合金制作而成的。你认为这种合金应该具有哪些性质? 【新课讲解】 1、 普通合金 3. 铜合金 (1)铜合金是在铜中加人Zn、Sn、Ni等元素形成的合金。 (2)铜合金具有较高的强度、耐磨性和优异的塑性，良好的导电性和导热性，在大气、海水等许多介质中具有良好的耐腐蚀性，因而在电力、仪表、海水淡化、石油化工、船舶制造和机械制造(如切割机)等行业得到广泛的应用。 (3)常见的传统铜合金有黄铜(铜锌合金)、青铜(铜锡合金)和白铜(铜镍合金)等。随着现代工业的迅猛发展，对铜合金的性能也提出了更高的要求，例如，在黄铜中添加1%的锡形成具有更强耐海水、大气腐蚀能力和更高耐热性的“海军黄铜”(图T2-2-5)，应用于内陆热电厂高强耐腐蚀的热交换器冷凝管或接触腐蚀性液体的导管。锆铜、镁铜、铬铜系列高强度高导电铜合金用于制作集成电路引线框架铜带(图T2-2-6)，与传统铁镍系引线框架相比，电导率更高，成本更低。 【实践活动】 在教师组织下，分小组去附近的4S店、汽车修理厂、汽车制造厂参观交流，填写下列汽车配件所用的材料，并解释使用这些材料的原因，完成表T2-2-2。 表T2-2-2 汽车配件使用材料及原因 汽车配件 所用材料 使用原因 电线芯 汽车外壳 发动机 排气管 【观察与认知】 观察图T2-2-7所示的几种新型合金，你能想到有这些特殊性质的合金分别是什么吗? 【新课讲解】 二、新型合金 1. 储氢合金 (1)储氢合金是一种具有储存和释放氢气功能的新型合金材料。它能可逆地与氢形成金属氢化物，实现储氢和放氢的过程。 (2)储氢合金储氢的密度大于液态氢，储氢过程不需要消耗能量，放氢过程消耗的能量也不高，工作压力低，操作简便、安全。 (3)主要有稀土镧镍系合金、铁钛系合金、镁系合金、钛锆系合金和碱金属、碱土金属与第三主族元素形成的配位氢化物等。 (4)可应用在氢燃料电池领域，氢燃料电池已应用在混合动力汽车中。 2.形状记忆合金 (1)形状记忆合金是具有记忆形状并能自动恢复形状能力的新型合金，这种特性具有很高的应用价值。 (2)用形状记忆合金丝在高温绕制成一个紧密的螺旋弹簧，低温时对弹簧施加拉力将其拉长，当将弹簧加热到一定温度时，便能自动恢复到绕制时的紧密形状。 (3)形状记忆合金主要有钛镍、铜基和铁基三类合金。 (4)由于它们的形状记忆特性和良好的机械性能、耐腐蚀性能、超弹性、生物相容性，形状记忆合金已经在航空航天领域、汽车制造领域、生物医学领域和日常生活领域广泛应用。 3. 超导合金 (1) 在一定温度下电阻突然消失的现象称为“超导”现象，具有这种现象的合金就是超导合金。常见的超导合金有铌钛合金（Nb-Ti）、铌锆合金（Nb-Zr）、铌锆钛合金（Nb-Zr-Ti）、铌钛钽合金（Nb-Ti-Ta）等。 (2) 零电阻现象和完全抗磁性是超导合金的两大基本特性。超导合金材料在磁体、电子仪器和器件、电网改造等方面都有应用，如制作抗磁性无摩擦轴承、磁悬浮列车 【拓展延伸】 锌合金中常见的合金元素有铝、铜、镁、镉、铅、钛等。锌合金熔点低，流动性好易熔焊、钎焊和塑性加工，在空气中耐腐蚀，残废料便于回收和重熔。锌合金常用熔融法制备，再通过压铸或压力加工成材。锌合金按制造工艺可分为铸造锌合金和变形锌合金铸造锌合金的流动性和耐腐蚀性较好，适用于制作成水龙头灯具、电器元件、仪表、汽车零件外壳等(图T2-2-13)。 【实践活动】 2019年2月21日我国首条千米级高温超导电缆示范工程在上海启动。2019年12月5日 中国科学院成功研制出中心磁场高达32.35T的全超导磁体，突破了低温超导磁体产生的磁场强度上限23.0T。小组合作，查阅更多超导材料实际应用的新闻和案例，制作宣传海报或微信公众号推文，向校内其他专业的同学普及超导材料的知识和应用。 【练一练】 1．（多选）铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷帘门等。下列性质与这些用途有关的是（ ） A．强度高 B．不易生锈 C．密度小 D．导电性好 【答案】ABC 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！8 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$