6.2 金属的性质和应用 第2课时 金属性质的应用合金 课件-2025-2026学年九年级化学沪教版(2024)上册

金属性质的应用合金 第6章 金属资源综合利用 沪教版·九年级化学 学习目标 1. 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。 2. 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。 新课导入 制造飞机机翼的金属材料，需要具有坚硬而质轻的特点； 金属材料具有各种特殊性能，因而具有广泛的用途。 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 探索新知  在金属中加入其他元素可以改变金属的性能，形成合金。 不锈钢 铜合金 铂铱合金 铝合金 拓展视野 生 铁 钢 含碳量为 2% ~ 4.3% 坚硬，韧性差 冶炼 含碳量为 0.03% ~ 2% 较硬，有韧性、 良好的延展性和弹性 根据数据信息你能得到什么启示？ 批判性思维 纯金属 合金 铅 镉 铋 锡 焊锡 武德合金 熔点/℃ 327 321 271 232 183 69 启示 焊锡材料是电子行业的生产与维修工作中必不可少的，通常来说，常用焊锡材料有锡铅合金。 武德合金用50%铋（Bi）、25%铅（Pb）、13%锡（Sn）和12%镉（Cd）制成的。熔点是70℃，常用作保险丝。 合金相比于纯金属具有的优点： （1）合金的硬度 组成金属的硬度 （2）合金的熔点 组成金属的熔点 （3）合金的抗腐蚀性能更好 > < 一些常见合金的主要组成元素、特性和用途 拓展视野 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。 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。 点击播放视频 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。 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。 镍氢电池 1949 年 我国的钢年产量仅 15.8 万吨； 我国钢铁工业的发展 1978 年（用了 30 年）我国钢产量 3178 万吨（增长约 200 倍）； 1996 年 我国的钢年产量突破 1 亿吨（相当于 78 年约 3 倍多）； 2019 年 我国的钢年产量 9.9 亿吨（相当于 96 年约 10 倍）； 2022 年 我国粗钢产量达10.2 亿吨，占世界钢产量的一半多。 调查研究 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。 3200 兆帕超级钢 3200 兆帕超级钢 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。 （ ） × √ × 通常情况下铝制品耐腐蚀，并不是因为铝不易发生化学反应，而是因为铝易与空气中的氧气发生化学反应，在其表面形成一层致密的氧化铝薄膜。 × 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 A 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 C 5. 下列反应中属于置换反应的是（ ）。 A. 2H2O 2H2↑ + O2↑ B. Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2↑ C. 3Fe + 2O2 Fe3O4 D. CaCO3 + 2HCl CaCl2 + H2O + CO2↑ 通电 点燃 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。 导电 导热 延展 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______。 铜 汞 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：__________________________。 Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2↑ Fe + CuSO4 FeSO4 + Cu 2Cu + O2 2CuO △ 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。 Fe Fe3O4 FeCl3 FeCl2 FeSO4 O2 H2SO4 Cl2 HCl Cl2 Fe Fe(OH)3 NaOH △ Fe2O3 $$你知道宇航员在完成星际探险任务后，为什么能够将信息原路返回给地球吗？为什么不会迷路呢？其实这是因为一种奇特的材料，形状记忆合金。形状记忆合金在升温后能消除在低温下发生的变形，恢复原始形状，既拥有记忆效应的合金以其制成的弹簧为例，把弹簧放在热水中，长度会立即伸长，再放到冷水中会立即恢复原状。月球天线就使用极薄的记忆合金在高温环境下制作好天线，再在低温下把它压缩成一个小铁球，使它的体积缩小到原来的1‰，这样很容易运上月球。太阳的强烈辐射使它恢复原来的形状，按照需求向地球发回宝贵的宇宙信息。还有运用于医疗领域的TINI形状记忆合金，除了利用其记忆效应或超弹性外，还满足了良好的生物相容性。在医学上主要应用有牙齿矫正丝、脊柱侧弯矫形以及各种外科手术配置等。在工程和建筑领域，记忆合金作为隔音材料及探测地震损害控制的潜力已显示出来。随着薄膜形成记忆合金材料的出现和开发利用，形状记忆合金在智能材料系统中受到高度重视，应用前景更广阔。 中国3200兆帕超级钢横空出世，成功实现了弯道超车，因此也让西方国家开始忧心忡忡，那3200兆帕的超级钢究竟有多牛呢？众所周知，航母的造价是非常昂贵的，甚至可以说是用黄金堆砌而成。其中航母甲板因为其面积大小，在总造价中也是占据了一席之地，而超级钢就是航母甲板的主材料，因为需要承受舰载机快速起飞和降落的冲击力以及动力，所以对于钢板的屈服强度等要求极高，就比如我们常见的民用船只只需250兆帕，普通军舰的钢板需要300兆帕，而航母则要达到800兆帕以上，屈服强度直接进行了翻倍。要知道，屈服强度是材料的临界应力值，也就是材料在不形变的基础上能接受的最大外力值。在上世纪末，美日两国就已经研发出了1000兆帕的超级钢，并且已经应用于潜艇等军工设备上。就拿世界上排水量最大的常规动力潜艇日本苍龙级潜艇来说，采用了日本自行研制的强度超1000兆帕的合金钢，使其极限潜深超过了600米，并且牢牢占据着超级钢出口市场的半壁江山，我国当然也不甘落后，在2018年研究出了屈服强度达2200兆帕的超级钢，这是个什么概念呢？要知道，美国的航母甲板的屈服强度为850兆帕，即便是核潜艇用钢的屈服强度也仅为1000兆帕。在此之前，我国的094战略核潜艇的钢材也是进口日本的1100兆帕钢材。如今中国2200兆帕超级钢的成功，在屈服强度上面就已经领先了这些国家好几个量级。如今不过五年时间，我国的川高科新材料研究院再次实现了突破，研究出了高强度、超3200兆帕的超级特殊钢产品，具有着高硬度、高韧性以及超高强度等特点，技术和成果都是全球独有。那这个3200兆帕的超级钢究竟有多牛呢？超级钢的生产必不可少的就是各种合金金属的添加，国外通常使用的就是钛、铝等昂贵的合金金属，而我国却另辟蹊径，添加了常见的铝元素，然后和镍合金在一定的温度下形成细小弥散的晶粒，从而增强其硬度。经过国家权威检测机构检验，3200兆帕的超级钢在硬度等各项指标方面都处于国内领先、国际先进的水平，可以应用于国防、航天航空等领域，其强度已经超过美俄潜艇用钢的两倍还要多。他的成功研究打破了国外在高品质超级特殊钢领域核心技术的垄断，高铁轴承、高耐磨洗刀以及盾构机刀具等高端装备。据了解，这个高品质特殊钢材料已经具备了规模化的生产条件，通过采用智能化、超短化以及规模化等加工工艺，大幅提高钢材的性能产能。单条的生产线生产规模可达2万吨，每年生产期更是缩短至了3到10天，大大缩短了生产时间和交货工期。届时，我国的潜艇、战斗机等军备武器都将脱胎换骨，即便是常见的铁路运输行业和汽车制造业也能焕发新的生机和活力，让全世界重新认识中国制造。 记忆金属大家听的比较多，那你知道吗？塑料也能恢复成记忆中的形状。比如这个红色的塑料小条，把它放进热水当中，瞬间变得柔软了很多，几秒钟后夹出，用手攥住两头猛拉，原先短短的塑料就像烩面一样被扯得老长了，并且在室温下它会保持这个形状，接下来将其转移到铁架上，下方还挂着一个砝码，这时用吹风机对着塑料猛吹，我们能看到砝码迅速上升的有趣画面。而这就是形状记忆聚合物的独特魅力。我们可以通过这张图了解一下具体的转变过程。当温度高于转变温度时，材料是具有弹性的，我们能轻易的将其从永久形状B改变成临时形状A如果这个时候保持外力，温度也降到了转化温度以下，那么临时形状A就被固定了下来。最后当温度重新升高，随着弹性的恢复，材料也会回到永久形状壁。说到这儿，可能会有人想到做手工用的热缩片。首先在薄薄的塑料片上画自己喜欢的图案，然后再剪裁成合适的形状，下面将其放进烤箱中烘烤，或者用热风枪加热。这时我们能看到神奇的一幕，又薄又大的塑料片很快就收缩成了一块厚厚的塑料板，尺寸大概只有原来的4分之1，最后给它配上链条，就能得到好看的小挂件了。其实热缩片的主要成分是聚苯乙烯，它是一种透明、质量轻、硬质的热塑性塑料，因为转化温度高于100度，所以常被用来制作一次性杯子、一次性饭盒等等。而之所以能实现热缩，是因为大的塑料薄片属于临时形状A即在事先的加工过程中，聚苯乙烯已经经过了两个方向的拉伸，并且在冷却后固定了下来，这样塑料制品就会出现形状记忆效应，一旦温度达到它的转化温度，便有了我们看到的卷曲、收缩、恢复平展的热缩片。在现实生活中，形状记忆聚合物被应用到了很多地方，比如热缩管将它套在电线外面或者焊点处，然后用热风枪加热到一定程度，管子会沿着直径方向收缩，能起到绝缘保护的作用。再比如防伪标签，这是一张看似平平无奇的塑料薄片，但用打火机轻轻加热几下，上面隐藏的字迹就冒出来了。2016年，来自浙大的科学家们还研究出了一种新型的形状记忆塑料，他们在材料中加入一种可交换共价键，重组了分子间的连接关系，就好像手拉着手跳集体舞。温度较高时，分子之间会换手结成新的队形，产生永久记忆。当温度较低时，分子并不会放手，所以无论怎么叠都是临时形状。又因为换手的方式是多样的，所以这种新材料可以被多次植入记忆。更为重要的是，这种植入不是擦除之前的形状，而是将新形状叠加到其中，因此可以利用这种形状累积效应实现复杂的形状。