6.2 金属的性质和应用 课件 -2025-2026学年九年级化学沪教版（2024）上册

6.2 金属的性质和应用 1 知识回顾 说一说下列常见的物质都是由哪些金属制成的？ 新课导入 金属是一类重要的材料，人类的生活和生产都离不开金属。了解金属的性质对科学利用金属材料有着十分重要的作用。 新课讲解 • 目标预览 • 能结合生活经验列举金属具备的一些共同的物理性质；能通过实验探究认识常见金属的主要化学性质；能认识在金属中加入其他元素形成合金可以改变金属材料的性能，体会金属材料在日常生产生活与社会发展过程中的重要作用。 一、金属的物理性质 在我们的日常生活用品中有许多金属制品，在使用金属器具的过程中，人们积累了很多有关金属的生活经验。例如，铁锅可以用来炒菜，铜丝能够做导线，铝质易拉罐质轻壁薄等。这些都反映出金属相应的物理性质。 1.你见过或了解哪些金属? 把它们的名称和金属元素的符号写在表6-1 中。 表 6-1 常见金属的名称和元素符号 金属名称 铁 镁 钠 锌 钙 铜 汞 铝 金 银 元素符号 Fe Mg Na Zn Ca Cu Hg Al Au Ag 2.金属在生产生活中的应用十分广泛。与同学交流讨论，举例说明金属用途和它所具有的物理性质之间的联系。 表 6-2 金属的某些物理性质及其应用 金属所具有的物理性质 金属的应用 具有金属光泽 金、铂可作装饰品 机械强度大 制造钢轨、桥梁等 延展性好 制造汽车外壳、钢丝绳、铝箔纸等 延展性、导电性好 制作电线、电缆等 导热性好 制作铁锅、铝壶等 金属一般都具有金属光泽和良好的导热性、导电性、延展性，常温下大多数金属为固体。 金属除了具有这些共同的物理性质之外，还各具特性，如铁铝、银等大多数金属都呈现出银白色，而铜为紫红色，金为黄色；铁、钴、镍三种金属可以被磁体吸引，而其他金属不具有这一特点······此外，不同金属的导电性、导热性、密度、熔点、硬度等物理性质也存在一定的差异。 金属的性质在很大程度上决定了金属的用途，在生产生活中根据用途选用金属时需要综合考虑价格成本、外形美观、轻巧便利、环境保护等多种因素。 1.为什么铁制锅铲需要加上木柄或塑料柄? 2.银的导电性比铜好，一般情况下为什么不用银来制造电线或电缆? 铁具有良好的导热性，而木柄和塑料柄都不易导热，可以避免把手烫伤。 银的价格比铜高得多，从性价比来看，不宜用银来制造电线或电缆。 3.选择铸造硬币的金属材料需要考虑哪些因素? 应考虑选用耐磨、硬度较大、化学性质稳定、不易生锈、对人类和环境没有危害、色泽美观的金属，如金、银、铜等。 二、常见金属的化学性质 金属的用途不仅取决于它们的物理性质，还与金属的化学性质有关。常见金属有哪些主要的化学性质? 1.回忆并描述镁在空气中燃烧、铁丝在氧气中燃烧的现象。 2.分别把镁条、铁片(或铁丝) 铝片 (或铝丝) 和铜片 (或铜丝) 的表面用砂纸擦亮，然后按表6-3所列内容进行实验，记录实验现象，写出反应的化学方程式。 表 6-3 金属与氧气反应的实验记录 实验内容 实验现象 化学方程式 镁条在空气中点燃 剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出热量，生成白色固体 铝片(或铝丝)在空气中加热 铝受热后熔化但不滴落，表面变暗 实验内容 实验现象 化学方程式 铁片(或铁丝)在氧气中点燃 剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成黑色固体 铜片(或铜丝)在空气中加热 表面由紫红色变为黑色 在点燃或加热的条件下，镁、铝、铁、铜等很多金属能与氧气化合生成金属氧化物。在常温下，镁、铝等金属也能与氧气发生反应。铝与氧气反应，表面生成一层致密的氧化膜 (Al2O3)。 分别把锌粒、铁片和铜片(表面用砂纸打磨)放入试管中，再加入稀硫酸(或稀盐酸)，观察实验现象，写出反应的化学方程式。 图 6-7 锌粒、铁片和铜片与稀硫酸、稀盐酸反应 表 6-4 金属与稀硫酸(或稀盐酸)反应的实验记录 实验内容 实验现象 化学方程式 把锌粒放入试管中，再加人稀硫酸(或稀盐酸) 反应剧烈，产生大量气泡，放出大量的热 实验内容 实验现象 化学方程式 把铁片(表面用砂纸打磨)放入试管中，再加入稀硫酸(或稀盐酸) 反应缓慢，有气泡产生，溶液由无色逐渐变为浅绿色，放出热量 实验内容 实验现象 化学方程式 把铜片 (表面用砂纸打磨) 放入试管中，再加入稀硫酸(或稀盐酸) 无明显现象，不反应 —— 锌和铁都能与稀硫酸 (或稀盐酸) 反应，生成氢气和相应的化合物；铜不与稀硫酸 (或稀盐酸) 反应。 这些反应都是由一种单质和一种化合物作用生成另一种单质和另一种化合物，这样的化学反应叫做置换反应 (displacement reaction )。 在常温下，锌能与稀硫酸 (或稀盐酸) 发生置换反应生成氢气。氢气密度比空气小，难溶于水。请结合你所学的气体制备与收集知识设计一个简便的实验方案，用锌粒与稀硫酸反应制取少量氢气。 设计制取氢气的实验方案 反应原理：_______________________________。 实验步骤：____________________________________________ _____________________________________________________。 实 验 装 置 ： (1)连接装置，检查装置的气密性；(2)向发生装置内加入锌粒和稀硫酸；(3)用向下排空气法或排水法收集氢气 我国古代科技著作、宋代沈括所著的《梦溪笔谈》中有记载：“信州铅山县有苦泉，流以为涧，挹其水熬之则成胆矾，烹胆矾则成铜，熬胆矾铁釜，久之亦化为铜。”上述反应又是怎么实现的? 图6-8 宋代沈括的《梦溪笔谈》 在试管中加入少量硫酸铜溶液，用砂纸打磨铁丝并绕成螺旋状，浸入硫酸铜溶液中。观察实验现象并填写表 6-5。 表6-5 铁与硫酸铜溶液反应的实验记录 实验内容 实验现象 化学方程式 铁丝浸入硫酸铜溶液中 铁丝表面覆盖 层紫红色物质，溶液由蓝色逐渐变为浅绿色 从上述实验中我们可以发现，铁能从硫酸铜溶液中置换出铜。 我国是湿法冶金的先驱。早在西汉时期，《淮南万毕术》中就有记载：“曾青得铁则化为铜。” 三、合金及其应用 金属材料具有各种特殊性能，因而具有广泛的用途。 例如，制造飞机机翼的金属材料，需要具有坚硬而质轻的特点；用于制造切割工具的金属材料，需要有很大的硬度；制造白炽灯灯丝的金属材料熔点要高；制造保险丝的金属材料熔点要低；制造化工生产设备的金属材料要耐腐蚀等。 纯金属很难满足生产生活中的各种特殊要求，因此人们在生产实践中制造出了许多具有特殊性能的“新型金属”——合金。 在金属中加入其他元素可以改变金属的性能，形成合金(alloy)。如人类历史上使用最早的青铜是由铜、锡等元素形成的合金。生产生活中最常见、应用广泛的钢和生铁是由铁、碳等形成的合金。 图6-9 各种各样的合金 生铁与钢 铁矿石在高炉中冶炼后，得到含有一定量碳、硫、磷和硅等元素的生铁。生铁的含碳量为 2%~4.3%。生铁坚硬，韧性差，一般用于铸造。炒菜用的铁锅、暖气片、机床的底座等，大多是用生铁制造的。 把生铁放在炼钢炉中冶炼，其中部分碳、硅、硫和磷经反应后形成炉渣或气体而被除去，便得到钢。钢的含碳量为 0.03%~2%。钢较硬，有韧性良好的延展性和弹性，机械性能好，可以锻、轧和铸造，性能比生铁优越。 各种纯金属与丰富多样的合金构成了人们日常生活中广泛使用的金属材料。 某合金由四种熔点相近的金属制成，其中铋的熔点是271℃，铅的熔点是 327℃，锡的熔点是 232℃，镉的熔点是 321℃。请你预估该合金的熔点大致是多少。 查资料可知，由上述合金 (武德合金) 制成的保险丝熔点为69℃。由此对该合金与其组成金属熔点的差异，提出你的想法。你还能举出类似的例子吗? 该合金的熔点应低于 232℃。武德合金的熔点比其组成金属的熔点低得多。 例如，焊锡，主要由锡和铅组成，其熔点比锡和铅的熔点都要低。 合金具有许多良好的物理、化学和机械性能。合金的硬度一般比各成分金属大，多数合金的熔点低于组成它的各成分金属的熔点。调整合金的组成比例和改变合金的形成条件，可以制成各种性能不同的合金。 合金的制造大大拓宽了金属材料的应用范围和使用价值，也为社会科技发展、人类生产生活提供了保障。 合金材料的应用十分广泛。你知道哪些具体的合金材料及其应用? 请与同学交流讨论。 日常生活中，常用的合金有不锈钢、铝合金、黄铜、焊锡、生铁、碳素钢、钛合金等。如用不锈钢制作厨具，用铝合金制作门窗等。 尽管目前已制得的纯金属不足百种，但由这些纯金属按一定组成和质量比制得的合金品种远远超出纯金属的种类。 表6-6中列出了一些生产生活中常见合金的主要成分、性能和用途。 表 6-6 一些常见合金的主要组成元素、特性和用途 几种合金 不锈钢 不锈钢是指含铬 10.5%以上的铁合金。这种合金在空气中较稳定，不容易生锈，能够长久保持银白色金属光泽。但在某些情况下(如在海水中)，不锈钢仍然会被腐蚀。所以，不锈钢并不是绝对不会生锈，只不过是它的“自我保护能力”比较强而已。 304和316是日常生活中常用的不锈钢型号，均可以满足日常生活需求。与 304不锈钢相比，316不锈钢添加了金属钼(Mo)，其抗腐蚀性更好、硬度更大。 形状记忆合金 形状记忆合金是指具有特殊的形状记忆功能的合金从组成上看，有的是镍钛合金，有的是镍铜合金等。用形状记忆合金做成的金属丝，即使被揉成一团，但只要达到一定的温度，就能自发恢复原来的形状。这类合金被广泛地用于卫星、航空、生物工程、医疗、能源和自动化等领域。 高温合金 在高温下仍能保持较高强度的合金称为高温合金。它主要用于制造飞机和航天飞行器的关键部件。 图 6-10 镍氢电池 储氢合金 储氢合金是指能在室温下吸收氢气，稍稍加热即能很快放出氢气的合金。它是以镁或稀土金属为主形成的合金。氢气是21世纪要开发的新能源之一。储氢合金不但能解决氢气的储存和运输问题，而且可用于氢气的回收、分离和净化等方面。 四、我国钢铁工业的发展 钢铁的生产和使用是人类文明和社会进步的一个重要标志。 中华人民共和国成立以后，我国的钢铁工业飞速发展。1949年，我国的钢年产量仅15.8万吨，位居世界第26位。经过40多年的努力，1996年，我国的钢年产量首次突破1亿吨，跃居世界第一。 图6-11 我国发行的1996年钢产量突破1亿吨纪念邮票 进入21世纪，我国的钢年产量继续迅猛增长，多年来连续保持世界第一，2022年我国粗钢产量达10.2亿吨，占世界钢产量的一半多。 图6-12 用途广泛的钢铁 请查阅有关资料，以某一特种钢 (具有特殊性能的铁合金) 为例，说明其组成、特点和应用，针对我国目前研制的情况，对该特种钢的发展情况作出评估并提出建议。 不锈钢主要含铁、铬、镍等元素，特点是耐腐蚀性强，广泛应用于餐具、化工、医疗等众多领域。 我国在不锈钢研制方面取得了很大进展，比如在航天用超高强度不锈钢方面达到世界领先水平，但在些高端领域仍有提升空间。 建议政府加大引导力度，如推动产业转型升级、保障资源、淘汰落后工艺等，促进不锈钢行业更好发展。 我国是钢铁大国，钢铁年产量全球第一，但一些特种钢仍需要进口。因此我们仍要花大力气持续推进钢铁技术创新，支撑制造强国建设。 1.用线段将下列物质与有关的描述连接起来。 青铜 不易生锈的铁合金 不锈钢 易生锈 硬铝 人类最早使用的合金 生铁 质轻、强度高 2.判断下列说法是否正确 ( 正确的在括号内打“✔”，错误的打“✘”)。 (1) 合金中一定不含有非金属元素。( ) (2) 硫酸铜溶液不能用铁制容器盛放。( ) (3) 不锈钢是永不生锈的钢铁。( ) (4) 通常情况下铝制品耐腐蚀，是因为铝不易发生化学反应。 ( ) ✘ ✔ ✘ ✘ 3. 人类利用铁、铝、铜三种金属的年代先后顺序是( )。 A. 铜、铁、铝 B. 铁、铝、铜 C. 铝、铜、铁 D. 铁、铜、铝 4. 下列关于铁、铝、铜的说法中正确的是( )。 A. 都是银白色的金属 B. 都能与稀硫酸反应 C. 都能与氧气反应 D. 都能被磁铁吸引 A C 5. 下列反应中属于置换反应的是 ( )。 B 6. 合金具有许多特殊的性能，合金的硬度一般比各成分金属的硬度___________，多数合金的熔点____________组成它的成分金属。 大 低于 7.回答下列有关金属性质的问题。 (1)油罐车的尾部经常有一条铁链拖到地面上，这是利用了铁的________性。 (2)铁和铝都可以用来制作炊具，这是利用了铁和铝的______性。 (3)铝能制成很薄的铝箔，这是利用了铝的________性。 8.在日常生活中，用于制作导线的紫红色金属是__________，体温计中填充的金属是_________。 导电 导热 延展 Cu Hg 9.根据下列现象写出发生反应的化学方程式。 (1)锌与稀硫酸反应有气体放出： _____________________________________________________。 (2)铁与硫酸铜溶液反应有铜析出： _____________________________________________________。 (3)铜丝在空气中加热变黑： _____________________________________________________。 10.铁是一种重要的金属，认识以铁为代表的金属的性质与变化有重要意义。请你绘制以铁为中心的物质转化图。 课堂小结 1. 数控技术所使用的 0.01 mm 铝，是由铝块加工而成，这体现了铝具有( ) A.密度小 B.导电性 C.导热性 D.延展性 D 课堂练习 2.氢气作为、种清洁、高能燃料，越来越受到人们关注。某小组同学设计如图所示装置制取氢气并验证氢气在空气里燃烧。 回答下列问题： (1)仪器 a 的名称是______________。 水槽 (2)图1中，发生反应的化学方程式是_____________________________。除采用图示方法外，还可以用______________法收集氢气。 (3)点燃氢气前应先检验氢气的纯度。操作：试管中的水排尽后，_____________________________________________；若发出______________，表明气体不纯。 向下排空气 用拇指堵住试管口，靠近火焰，移开拇指点火 尖锐爆鸣声 (4)如图2，在尖嘴管管口点燃纯净的氢气，上方罩一个冷而干燥的小烧杯。观察到的现象：纯净的氢气在空气中安静燃烧，_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。 产生淡蓝色的火焰，烧杯内壁凝结有水雾，用手触摸烧杯外壁，感觉发烫 3.下列反应属于置换反应的是 ( ) B 4.研究证明，某些金属具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和压力条件下，这些金属能够大量“吸收”氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来。这些会“吸收”氢气的金属,称为储合金。则下列说法中正确的是( ) A.在储存过程中氢元素的化合价发生了改变 B.氢气在储存过程中发生了物理变化 C.氢气在储存过程中部分内能转化为化学能 D.储氢合金是一种化合物 A $$