3.2金属材料 第1课时 课件 -2024-2025学年高一上学期化学人教版（2019）必修第一册

金属材料 第一课时 合金 课程导入 青铜是合金冶炼史上最早的合金，通过往纯铜中加入锡或铅的合金炼成。相较于紫铜（及纯铜），青铜硬度高且熔点低，铸造性好，更适合制作刀剑及工具。 商朝最大青铜器—后母戊鼎 青铜器：铜和锡 黄铜：铜和锌 白铜：铜和镍 合金 合金是由两种或两种以上的金属（或金属与非金属）加热熔合而成的具有金属特性的物质。 合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素 2.定义 制作过程为物理变化，形成合金满足一种金属的熔点低于另一金属的沸点 具有金属光泽、良好的导电性、导热性和延展性等 纯净物，只有一种金属 混合物，由金属与其他金属或非金属组成，无固定熔点 纯金属 合金 1.金属材料 合金的性能 ①具有金属通性 ③硬度大于各成分金属 ②熔点低于各成分金属 ④导电性和导热性低于各成分金属 ⑤抗腐蚀能力一般强于组成它们的金属 合金中各成分金属的化学性质一般不变，具有以下物理性质： 纯金属内原子的排列十分规整 合金内原子层之间的相对滑动变得困难 金 属 Na Cu Al Fe 熔点/℃ 97.8 1 083 660 1 535 沸点/℃ 883 2 567 2 467 2 750 已知下表中四种金属的熔、沸点： 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 两种金属形成合金的前提是二者在同一温度范围内都能熔化，即一种金属的熔点低于另一金属的沸点。 铁合金 铁合金 生铁 钢 碳素钢 合金钢 低碳钢 中碳钢 高碳钢 (2%~4.3%) (0.03%~2%) 根据含碳量不同 (低于0.3%) (0.3%∽0.6%) (高于0.6%) 不锈钢 其它 （特种钢） 钢是用量最大、用途最广的合金 根据化学成分 加合金元素 合金元素主要是铬(Cr)和镍(Ni) 含碳量越低，韧性越好，硬度越低；含碳量越高，韧性越差，硬度越高。 超级钢(Mn、C、Al、V） 铁合金 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 根据定义，判断对错 (1) 合金一定是不同金属熔合而成的具有金属特性的化合物(　　) (2) 生铁的熔点比纯铁低，但机械强度和硬度比纯铁高(　　) (3) 铁、铬、镍熔合成不锈钢是化学变化(　　) (4) 生铁中的铁与纯铁的化学性质不同(　　) (5) 地震灾区重建要使用大量钢材，钢材是合金(　　) √ √ 新型合金 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。 1.储氢合金 要求：储氢量大，金属氢化物既容易形成，稍稍加热又容易分解，室温下吸、放氢的速率快。 新型合金 2.钛合金 钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高，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。 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，连比较凶猛的酸—王水，也不能腐蚀它。 万米载人潜水器奋斗者号 新型合金 3.耐热合金 高温使用环境条件下，具有组织稳定和优良力学、物理、化学性能的合金。 包括耐热钢、耐热铝合金、耐热钛合金、高温合金、难熔合金等。 飞机发动机叶片 新型合金 由镍(Ni)-钛(Ti)组成的这种合金在外力作用下会产生变形，当把外力去掉，在一定的温度条件下，能恢复原来的形状。由于它具有百万次以上的恢复功能，因此叫作“记忆合金”。 4.形状记忆合金 储氢合金是一类新型合金，如铁系储氢合金、钛系储氢合金。储氢合金既能在一定条件下吸收H2，又能在一定条件下放出H2，该循环中发生变化：H2 2H。下列说法错误的是(　　) A．储氢合金的吸氢和放氢都是物理变化 B．温度和压强都会影响储氢合金的吸氢和放氢 C．铁系储氢合金可以做成纳米合金 D．铁系储氢合金和钛系储氢合金可以用磁铁进行鉴别 A 铝和铝合金 为什么铁合金、铝合金是生活、生产中使用最广泛的金属材料？ 铝是地壳中含量最多的金属，自然界中的铝全部以化合态存在。铝的密度小，虽然很活泼，但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。 铝制餐具 易拉罐 飞机制造 4Al＋3O2 == 2Al2O3 铝的性质 1.铝的物理性质 具有金属光泽，良好的延展性，密度小，质地软，是电、热的良导体。 2.铝的化学性质 原子结构 物质类别 活泼金属单质 还原性 失电子 Al3+ Al 铝的化学性质 现象：铝箔熔化，且失去光泽，但熔化的铝并不滴落，好像有一层膜兜住。 4Al + 3O2 == 2Al2O3 1.与氧气反应 点燃 熔点：铝（660°C)，Al2O3（2054°C) 2.与盐溶液(CuSO4)反应 2Al +3Cu2+ == 3Cu+2Al3+ 铝的化学性质 3.与某些金属氧化物反应 2Al + Fe2O3 点燃 Al2O3 + 2Fe 铝热剂 现象：剧烈反应，放出大量的热，发出耀眼光芒。纸漏斗烧穿，有熔融物落入沙中。 引燃剂 助燃剂 铝热剂 (铝热反应) 铝的化学性质 实验3-4 在一支试管中加入5 mL盐酸，再向试管中放入一小块铝片。观察现象。过一段时间后，将点燃的木条放在试管口，你观察到什么现象? 4.与酸反应 实验现象 化学方程式 刚开始无明显现象，一段时间后铝片逐渐溶解，有无色气泡冒出，将点燃的木条放在试管口发出爆鸣声 Al2O3＋6H＋ = 2Al3＋＋3H2O 2Al＋6H＋ = 2Al3＋＋3H2↑ Al2O3＋6HCl = 2AlCl3＋3H2O 2Al＋6HCl = 2AlCl3＋3H2↑ 铝的化学性质 为什么现实生活中可以用铝罐车来运输浓硝酸、浓硫酸？ 铝桶能否盛放氢氧化钠等碱性溶液？ 钝化：常温下，铁、铝在遇到冷的浓硫酸和浓硝酸时会生成一层致密的氧化膜，阻止了反应的进一步进行，因此可用铝制容器盛放浓硫酸和浓硝酸。 铝的化学性质 5.与强碱反应 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，均发出爆鸣声。 结论：铝和氧化铝都能与强碱反应 实验3-5 在两支试管中分别加入少量的NaOH溶液，然后向其中一支试管中放入一小块铝片，向另一支试管中放入用砂纸仔细打磨过(除去表面的氧化膜)的一小块铝片。观察现象。过一段时间后，将点燃的木条分别放在两支试管口。你观察到什么现象? 铝的化学性质 2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4] + 3H2↑ 2Al+2NaOH+2H2O = 2NaAlO2+3H2 偏铝酸钠 2Al+2OH-+6H2O = 2[Al(OH)4]- + 3H2 四羟基合铝酸根离子 Al2O3＋ 2NaOH + 3H2O ＝ 2Na[Al(OH)4] Al2O3＋2OH－＋3H2O＝2[Al(OH)4]- 5.与强碱反应 四羟基合铝酸钠 离子方程式： 金属铝和 NaOH 溶液反应生成的化合物曾被认为 NaAIO2，但科学研究证明该产物实际上是Na[Al(OH)4]，它属于配位化合物。配位化合物的结构中包含中心体和配位体，例如： Na [Al (OH )4] 中心体 配位体 四羟基合铝酸钠 NaAlO2是以晶体形式存在，Na[Al(OH)4]是NaAlO2在水溶液里面的形态 思考讨论 1.等物质的量的Al 分别与足量盐酸、NaOH溶液反应，放出H2的量？ 2.等物质的量的盐酸和NaOH溶液分别与足量Al反应，放出H2的量？ 2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑ 2Al+2NaOH+6H2O = 2Na[Al(OH)4] +3H2 2mol 3mol 2mol Al~6mol H+~3mol H2 1:1 6mol 3mol 1:3 2mol 3mol 2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑ 2Al+2NaOH+6H2O = 2Na[Al(OH)4] +3H2 2mol 3mol 6mol 9mol 2mol Al~2mol OH-~3mol H2 氧化铝的性质 1.物理性质：白色固体，难溶于水，熔点很高(2050℃) 常作耐火材料(耐火坩埚、耐火管、耐高温的实验仪器等)，氧化铝坩埚不能用于熔融NaOH固体。 2.化学性质 电解熔融Al2O3制Al 2Al2O3(熔融) === 4Al＋3O2↑ 通电 冰晶石 两性氧化物 Al2O3＋6H＋ = 2Al3＋＋3H2O 与酸反应 与强碱反应 Al2O3＋2OH－＋3H2O＝2[Al(OH)4]- Na3AlF6 (助溶剂) 氢氧化铝的性质 1.物理性质： 白色胶状固体，几乎不溶于水，能凝聚水中的悬浮物，并能吸附色素 可作净水剂及胃酸中和剂(能与酸反应且碱性不强) 2.化学性质 两性氢氧化物 与酸反应 与强碱反应 Al(OH)3 + 3H+ = Al3++ 3H2O Al(OH)3 + OH- = [Al(OH)4]- 不稳定性：受热易分解 2Al(OH)3 == Al2O3＋3H2O 工业上制取纯净氧化铝 铝盐(AlCl3) 2.与弱碱(NH3·H2O)反应 1.与强碱(NaOH)反应 AlCl3+4NaOH=Na[Al(OH)4]+3NaCl+2H2O Al3++4OH-= [Al(OH)4]- Al(OH)3+OH- =[Al(OH)4]- AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓ +3NaCl Al3++3OH- = Al(OH)3↓ AlCl3+3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4Cl Al3++3NH3·H2O = Al(OH)3↓+3NH4+ 氢氧化铝在氨水中不会溶解，氢氧化铝不溶于弱碱和酸性较弱的弱酸 适量 足量 四羟基合铝酸钠(Na[Al(OH)4]) 1.与强酸(HCl)反应 适量 足量 Na[Al(OH)4]+HCl = Al(OH)3↓ +NaCl +H2O [Al(OH)4]- + H+ = Al(OH)3 +H2O Na[Al(OH)4]+4HCl = AlCl3+NaCl+4H2O [Al(OH)4]-+4H+ = Al3+ + 4H2O 2.与弱酸(H2CO3)反应 适量 足量 2Na[Al(OH)4] +CO2 = 2Al(OH)3↓ +Na2CO3 +H2O 2[Al(OH)4]- + CO2 = 2Al(OH)3↓ + CO32-+ H2O Na[Al(OH)4] + CO2 = Al(OH)3↓ + NaHCO3 [Al(OH)4]- + CO2 = Al(OH)3↓ + HCO3- 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、Mn、Si 密度小，强度和硬度都比纯铝的大，具有较强的抗腐蚀能力 制造飞机和宇宙飞船的理想材料 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 是目前用途广泛的合金之一 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。 向一个铝质易拉罐中充满CO2,然后往罐中注人足量的浓NaOH溶液,立即用胶布封严罐口。一会儿听到罐内发出 “咔、咔”的响声,且易拉罐变瘪；再过一会儿易拉罐又鼓起来恢复原样。请完成下列空白。 (1)易拉罐变瘪的原因________________________________________________ ,反应的离子方程式为______________________________。 (2)易拉罐又鼓原因是___________________________________________________，反应的离子方程式为_______________________________________。 CO2和NaOH溶液反应，导致易拉罐内压强变小 CO2+2OH- = CO32-+H2O Al和NaOH溶液反应产生H2，导致易拉罐内压强又变大 2Al+2OH-+6H2O = 2[Al(OH)4]- + 3H2 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.6.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.2.58(gap_fixed:False) $$