3.2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 金属的性质 具有金属光泽，大多数金属为银白色(铜：紫红色，金：黄色) 大多数金属为固体(汞：液体) 具有导电性、导热性和延展性 导热性 延展性 导电性 金属光泽 实际生活中却使用的最多的是合金，很少使用纯金属。 一、合金 合金是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。 金属材料 纯金属 合金 90多种 几千种 金属材料 金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称 我国使用最早的合金 为什么合金应用如此广泛？ 合金的组成和性质 教材P78第一二自然段 2、具有许多优良的物理、化学或机械性能 合金的导电性、导热性一般低于成分金属 合金的硬度一般大于成分金属 合金的熔点多数比成分金属低 1、合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素 一般认为在化学性质上，合金体现的是各成分金属的化学性质。 合金是混合物,不是纯净物。 与一般混合物不同的是合金有固定的熔点,原因是合金有固定的组成。 特别提醒： 金属与合金的微观结构比较 教材P78图3—13 使得原子之间相互作用力减小，原子层之间的相对滑动变得困难 熔点变小，硬度变大。 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 掺杂其他原子 形成合金 结构 性质 决定 微观上原子的排列不同，导致了宏观上金属材料的性能不同 课堂练习 下表中四种金属的熔、沸点： 金属 Na Cu Al Fe 熔点/℃ 97.8 1 083 660 1 535 沸点/℃ 883 2 567 2 467 2 750 其中不能形成合金的是(　　) ①Cu与Na　②Fe与Cu　③Fe与Na　④Al与Na A．①②　　 B．①③　　C．①④　　D．②④ B 合金的形成条件 (1)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，但又不能超出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。 (2)金属与非金属形成合金时：部分不活泼非金属与金属可形成合金，活泼非金属与活泼金属则不能形成合金。 一、铁合金 阅读教材P78-P79 下水井盖是用生铁铸造的 用不锈钢制造的地铁列车的车体 不锈钢餐具 铁碳合金 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 铁 合 金 生铁：含碳量2％～4.3％ 钢：含碳量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； 含碳量不同 由于含碳量不同，钢和生铁在性能上有很大的差异。 一、铁合金 一、铁合金 钢 碳素钢 合金钢 （特种钢） 化学成分 含碳量不同 低碳钢 含碳量低于0.3% 中碳钢 含碳量为0.3%~0.6% 高碳钢 含碳量高于0.6% 用量最大、用途最广的合金 教材P79第二自然段 不锈钢 性能：在大气中比较稳定,不容易生锈,具有很强的抗腐蚀能力。 用途：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。 合金元素：主要是 铬 (Cr)和镍 (Ni ) “山东舰” 航母 优异性能：超强的坚韧性，耐磨性 超级钢 组成： Mn 10% 、C 0.47% 、Al 2%、V0.7% 条件：压轧时把压力增加到通 常的5倍，并且提高冷却速度和严格控制温度。其晶粒直径仅有1微米，为一般钢铁的1/10～1/20，因此组织细密，强度高，韧性也大。 中国是目前世界上第一个实现超级钢的工业化生产的国家！ 教材P81科学技术社会 合金钢 教材P80资料卡片 名称 主要合金元素 主要特性 主要用途 不锈钢 铬、镍 比较稳定，不易生锈，具有很强的抗腐蚀能力 医疗器材、厨房用具和餐具、地铁列车的车体材质等 超级钢 Mn、C、Al、V 强度很大，能够实现钢板的轻薄化 汽车、航空和航天等领域 锰钢 锰 韧性好，硬度大 钢轨、轴承、钢模、挖掘机铲斗、坦克装甲 硅钢 硅 导磁性好 变压器、发电机和电动机中的铁芯 钨钢 钨 耐高温、硬度大 刀具 一、铁合金 教材P80思考与讨论 钢 ①含碳量越低，韧性越好，硬度越低； ②含碳量越高，韧性越差，硬度越高。 启示： ⒈合金元素不同，其性能不同 ⒉结构决定性能，性能决定其用途 ⒊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。 二、铝合金 铝是地壳中含量最多的金属。铝密度小，虽然很活泼，但表面覆盖着致密的氧化物薄膜,保护内部金属不易被腐蚀。 目前用途广泛的合金之一 教材P83第一自然段 二、铝合金 主要组成元素 主要特性 主要用途 铝合金 硬铝 Al、Mg、Cu、Si、Mn等(Mg 0.5%、Cu 4%、Si 0.7%、Mn 0.5%) 密度小，强度和硬度都比纯铝的大，具有较强的抗腐蚀能力 用于汽车、飞机、火箭、船舶等制造业 镁铝合金 Mg、Al 强度和硬度都比纯铝和纯镁的大 用于火箭、飞机、轮船等制造业 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。 三、新型合金 教材P83第二自然段 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： 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材料。受热又会分解放出氢气，常见的储氢合金是Ti- Fe、La-Ni。 储氢合金 阅读教材，思考以下问题： （1）氢能的利用关键要解决什么问题？ （2）储氢合金的储氢原理是什么? 三、新型合金—储氢合金 教材P83第二自然段 三、新型合金—钛合金 钛合金 钛：银白色金属光泽，密度4.5g/cm3，熔点1725℃，沸点3260℃。具有良好的延展性。在常温下，钛的外形很像钢铁，但远比钢铁坚硬，而重量只有同样大小的钢铁的一半。安然无恙“躺”在各种强酸、强碱中；连最凶猛的酸—王水，也不能腐蚀它。 金属钛 目前，钛合金70%用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船等尖端领域。这是因为钛的冶炼比较困难，冶炼钛要在高温条件下，而高温时钛的化学性质变得活泼，需用惰性气体保护，还要使用不含氧的材料，工艺要求，冶炼成本高于铁或铝。 “发现”号航天飞机 人造卫星 三、新型合金—钛合金 "奋斗者"号深潜器的耐压壳体是用由钛合金制造的。 2020年11月10日，“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底，坐底深度10909米。从“蛟龙”号到“奋斗者”号，中国深潜载人潜水器不断挑战洋底最深处的极限。 这种“记忆金属”即镍钛合金。任意揉皱或弯曲。加热后，又恢复了原状。 形状记忆合金制成的水龙头上的温度调节装置 形状记忆合金制成的移动跳跃的机器人 三、新型合金—记忆合金 三、新型合金—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。 教材P84科学技术社会 用途广泛的稀土金属 稀土（Rare earth）是化学周期表中镧系元素和钪、钇共十七种金属元素的总称。自然界中有250 种稀土矿 二、铝及其化合物 铝元素在地壳中的含量排在第三位，仅次于氧、硅，是含量最多的金属元素 铝原子的结构 铝主要化合价： Al2O3 Al(OH)3 AlCl3 NaAlO2（偏铝酸钠） +3 自然界中只有化合态 主要存在与氧化物、氢氧化物及其盐中 （一）、铝单质 1、物理性质： 铝是银白色的轻金属，较软，有良好的导电、导热和延展性。 密度2.7g/cm3 熔点660.4℃ 沸点2467℃ K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg … 铝在金属活动顺序表中的位置 铝属于活泼金属 2、化学性质： ①与非金属的反应： ②与酸的反应： ③与盐溶液的反应： 4Al+3O2 = Al2O3 2Al +3 Cu2+ = 3Cu+2Al3+ 2Al + 6H+ = 2Al3++3H2↑ 金属的通性 （一）、铝单质 铝是非常活泼的金属，可生活中我们却可见到很多铝制品，这是为什么？ 铝制电线 易拉罐 铝制餐具 铝合金门窗 铝表面会与空气中氧气生成一层致密的氧化铝薄膜，保护内部金属。 生活中的铝制品 教材P81第一自然段 感受铝的氧化膜的存在 （二）、氧化铝 白色固体，难溶于水，熔点高（2050℃），硬度大，沸点高（2980℃），用于制造耐火材料—耐火坩埚、耐火管、耐高温的实验仪器。 纯净的氧化铝俗称刚玉。 活泼的金属在空气中易与氧气反应，生成一层氧化物。有的氧化膜疏松，如铁和钠等。有的氧化物致密，可以保护内层金属不被继续氧化，如镁和铝等。 【思考】铝是活泼的金属，为什么铝的抗腐蚀性能比铁强？ 铝制品的表面处理 铝在空气中自然形成的氧化膜很薄，在实际使用的过程中，耐磨性和抗腐蚀性还不够强。对铝制品的表面处理：化学方法。加厚、着色如化学氧化（用铬酸作氧化剂可以使氧化膜产生美丽的颜色）。 具有一定厚度的氧化膜 资料 对氧化膜进行着色 资料 教材P82实验3-4 探究Al、Al2O3和盐酸反应 实验操作 实验现象 实验原理 铝片逐渐溶解，一段时间后产生气泡，试管壁有发热现象；将点燃的木条放在试管口，观察到淡蓝色火焰，爆鸣声。 Al2O3＋6H+===2Al3+＋3H2O, 2Al＋6H+ ===2Al3+＋3H2↑ 探究Al和碱的反应 教材P82实验3-5 实验操作 实验现象 实验原理 开始没有气泡，一段时间后才产生气泡，铝片逐渐溶解，将点燃的木条放在试管口有爆鸣声。 立即产生大量气泡，铝片逐渐溶解，将点燃的木条放在试管口有爆鸣声。 两支试管均放出H2，铝、氧化铝均能与NaOH液反应。 2Al＋2NaOH＋6H2O==2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ Al2O3＋2NaOH＋3H2O==2Na[Al(OH)4] 教材P82实验3-5 探究Al和碱的反应 两性氧化物 与碱溶液反应生成盐和水 与酸溶液反应生成盐和水 两性 氧化物 Al2O3 Al2O3 + 2NaOH +3H2O 2Na[Al(OH)4] Al2O3 + 6HCl 2AlCl3 + 3H2O 【思考】为什么铝制品餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性、碱性的食物？ 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，叫做两性氧化物。 （三）、氢氧化铝 白色胶状不溶于水的固体，有较强的吸附性。 用途： 1. 氢氧化铝胶体有较强吸附性，可用于净水 2. 氢氧化铝碱性不强，可以用作胃酸中和剂 （三）、氢氧化铝 实验操作 实验现象 实验原理 白色胶状物质逐渐减少，最终完全溶解。 白色胶状物质逐渐减少，最终完全溶解。 Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4] Al(OH)3＋OH－==[Al(OH)4]－ 补充实验探究Al(OH)3与盐酸、NaOH溶液反应 补充实验探究Al(OH)3与盐酸、NaOH溶液反应 两性氢氧化物 与碱溶液反应生成盐和水 与酸溶液反应生成盐和水 两性 氢氧化物 Al(OH)3 Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4] 既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氢氧化物，叫做两性氢氧化物。 Al(OH)3易溶于强酸强碱，难溶于弱酸弱碱 （四）铝盐 Al3+ + 3NH3·H2O === Al(OH)3↓+ 3NH4+ 2 [Al(OH)4]－ + CO2 === 2Al(OH)3↓ + CO32- +3H2O 1、铝盐与碱的反应 Al3+ + 3OH- === Al(OH)3↓ 2、偏铝酸盐与酸的反应 H+ + [Al(OH)4]－ === Al(OH)3↓ NaOH溶液过量有什么现象？ HCl溶液过量有什么现象？ CO2过量反应有什么不同？ 讨论：制备氢氧化铝你有哪些方法？酸或碱的选择应注意什么？ 方法一：铝盐和弱碱反应。 方法二：偏铝酸盐和弱酸的反应 探究Al(OH)3 的制备 +H+ +OH－ +OH－ +H+ 铝及其化合物的总结 课堂练习 1、下列用途或说法主要体现铝的物理性质的是（ ） ①家用铝锅　②铝具有还原性　③制导线　④铝锅不能长期贮存碱液　⑤制包装铝箔　⑥做防锈油漆　⑦制成合金作制造飞机的材料 A．①②③④ B．②⑤⑥⑦ C．①③⑤⑦ D．②④⑤⑥ D 2、铝分别与足量的稀盐酸和NaOH溶液反应，当两个反应放出的气体在相同状况下的体积相等时，反应中消耗的HCl与NaOH的物质的量之比为（ ） A.1:1 B.1:3 C.3:1 D.4:1 C 课堂练习 3．加入铝粉能放出氢气的溶液中，一定能大量共存的离子组是（ ） A. K+ Na+ CO32- SO42- B. NH4+ Na+ NO3- Cl- C. K+ Na+ Cl- SO42- D. K+ HCO3- Cl- SO42- C 课堂练习 4．下列物质中，既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应的是(　　) ①NaHCO3　 ②Al　 ③Al2O3 　④Na2CO3　 ⑤(NH4)2SO3 A．①②③⑤　　 B．②③④　　 C．①③④⑤　　 D．①②④ A 课堂练习 5、铁和铝是科技、生产、生活中应用最广泛的金属材料。现有铁、铝的混合物进行如下实验: (1)操作X的名称是　　　。  (2)气体A是　 　　　。  (3)A与Cl2混合光照可能发生爆炸,生成　　　　(填化学式),A在该反应中作为　　 　　(填“氧化剂”或“还原剂”)。  (4)溶液B中阴离子除OH-外还有　　　,溶液D中存在的金属离子为_____ 过滤 H2(或氢气) HCl 还原剂 Fe2+ AlO2- 课堂练习 Lavf58.45.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.2.58(gap_fixed:False) Lavf58.45.100 EVCapture4.1.9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 $$