第1节 金属材料 第2课时（导学案）科学浙教版九年级上册

第1节 金属材料 第2课时（导学案） 科学观念：了解合金的概念和特性；​​了解金属的污染及回收利用的必要性​​。 科学思维：构建“合金成分-性能”关系，如碳含量和钢硬度的关系；解释镀锡铁罐头防锈原理；比较纯金属和合金应用场景。 探究实践：电磁铁分拣废铁；收集本地废金属回收率数据；完成“弃置金属环境问题与对策”报告。 态度责任：设计校园铝罐回收方案；解读《重金属污染综合防治规划》核心措施；评价垃圾发电厂资源化价值。 1. 合金的概念与特性（重点） 2. 合金成分与性能的关系（难点） 1. 金属材料包括纯金属和合金；把一种金属跟其他一种或几种金属（或非金属）一起熔合而成的具有金属特性的物质，就称为合金。合金是混合物，合金中各种成分保持各自原有的化学性质。 2.合金的性能：合金和组成其的纯金属相比较，硬度、强度一般更大；合金的熔点低于组成它们的成分金属；合金的抗腐蚀性比纯金属更好。 3.生铁和钢是常见的铁合金，两者的主要区别是含碳量不同，生铁含碳量较高，为2%~4.3%，钢的含碳量较低，为0.03%~2%。 4.金属资源的储量有限，而且不能再生，废旧金属的随意丢弃，不仅造成资源浪费，还会造成环境污染、侵占土地。我国大多数垃圾均运到填埋区处理，像铅、镉等有毒的金属被腐蚀后会溶于水中形成金属离子，污染土壤和地下水源。在潮湿的空气中,金属的氧化和锈蚀也会污染土壤，危害生态环境。基本上所有金属都可循环再生，而普遍回收的金属包括：铝、铅、铁、铜、锡、锌、银和金等。 经检验，越王勾践剑成分：铜80.3%、锡18.8%、铅0.4% 越王勾践剑千年不锈，普通铁剑却很容易生锈，这是为什么呢？ 为何将铜和锡一起铸剑而不是单独使用铜呢？ 一、常见金属材料 我们可以发现，日常生活中有许多物品是由金属材料制成的。 什么是金属材料呢？ 金属材料 金属材料是以金属为主要成分的一类重要材料，包括各种纯金属和合金。 金属的性质：金属光泽、导电性、导热性、延展性…… 大多数的金属材料实际上是合金，你知道这是为什么吗？ 合金往往比纯金属具有更好的性能 什么是合金 把一种金属跟其他一种或几种金属（或非金属）一起熔合而成的具有金属特性的物质，就称为合金。 注意：“熔合”指的是在加热条件下相互熔合，并非简单混合 合金一定是混合物。合金中各种成分保持各自原有的化学性质。属于物理变化（初中阶段） 合金属于金属材料，同样具有良好的导电性、导热性、延展性和金属光泽。 常见的合金 铁合金 生铁和钢都是常见的由铁与少量碳等物质形成的铁合金 生铁和钢的对比 项目 生铁 钢 含碳量（主要区别） 较高2%～4.3% 较低0.03%～2% 生产方式 高炉炼铁 用生铁再精炼（降碳、去杂质） 硬度和脆性 很硬但非常脆 硬度可调，韧性好，不易断裂 能否锻造 不能锻造、轧制（太脆） 可以锻造 铸造性能 超好（易熔化浇铸成型） 较差（收缩大，难铸复杂件） 主要用途 炼钢原料、铸造铁制品（如：铁锅、暖气片、机器底座） 万能材料（如：钢筋、汽车、刀具、桥梁、螺丝） 注意：钢是最常见、应用较广的一种合金材料 思考与讨论 现代建筑物的门窗广泛使用铝合金，你能说说为什么不用纯铁或纯铝吗？ 合金往往比纯金属具有更好的性能。与纯铁或纯铝相比，铝合金的硬度更大、抗腐蚀性能更强，因而，现代建筑物的门窗广泛使用铝合金。 合金相对于纯金属有哪些独特的性能呢？ 合金的性质 ①合金的熔点低于组成它们的成分金属； ②合金的导电、导热性比组成它们的成分金属差； ③合金的强度和硬度高于组成它们的成分金属； ④合金的抗腐蚀能力强于组成它们的成分金属。 使金属材料变成很小很小（纳米级）的粒子，就会形成纳米粒子。这时，金属的性质就会发生变化，甚至与原来的性质完全不同。 思考与讨论 有些同学的牙齿排列不整齐，你知道医学上采用什么办法进行牙齿矫正的吗？ 在做牙齿矫正时，人们利用记忆合金在一定温度下做成矫形弓丝，为了恢复原来的形状，矫形弓丝便对牙齿施力，于是牙齿在记忆合金的作用下变得整齐好看。 阅读：记 忆 合 金 一些特定成分的合金（如镍钛合金），在外力作用下会发生变形，当把外力去掉后，在一定的温度条件下，能恢复原来的形状。这种合金具有百万次以上的恢复功能，人们形象地称之为“记忆合金”。 记忆合金在航空、军事、工业、农业、医疗等领域有着重要的用途，从而使得金属的应用又向前跨进了一步。用记忆合金制作的眼镜架，如图所示，则具有良好的弹性、强度和抗拉性能。 你还知道其他合金吗？ 同学们可查找资料了解合金在我们生活中的应用！ 二、金属的污染和回收利用 你知道每年被废弃的金属有多少吗？当看到人们随意抛弃盛饮料的铝罐时，你有何感想？ 金属资源的储量有限，且不可再生，废旧金属的随意丢弃不仅造成资源浪费，还会造成环境污染。 金属垃圾的来源 金属的污染 目前，我国大多数垃圾均运到填埋区处理。像铅、镉等有毒的金属被腐蚀后会溶于水中形成金属离子，污染土壤和地下水源。在潮湿的空气中，金属的氧化和锈蚀也会污染土壤，危害生态环境。 思考与讨论 金属污染可能引发哪些问题？  ①浪费资源和能源； ②破坏土壤结构，有毒的重金属离子会污染土壤和水源，危害生态环境； ③重金属会在生态系统的食物链里流动，生物等级越高，重金属含量越高，造成生物污染。 我国是如何解决这些问题的？ 金属的回收和利用 基本上所有的金属都是可循环再生的，金属的回收可减少对环境的污染，节约金属资源、节约能源等。 普遍回收的金属有：铝、铅、铁、铜、锡、锌、银和金等。 具体的，可分类回收有用的重金属，对工业废水进行重金属除污处理，达标后再排放，对工业废渣中的重金属实行循环再生，用无铅汽油代替含铅汽油，不随意丢弃废旧电池和废旧金属等。 我们可用巨型的电磁铁把废铁从垃圾中分离出来，也可以从工业金属废料中回收其他金属。例如，铝的循环再造技术较简单，只需把铝罐加热熔化后，便可以制成新的用品。 课堂小结： 1. 家里的很多日用品都是由金属或合金制成的。下列物质属于金属材料制成的是（　　） A．玻璃酒瓶 B．铝合金窗 C．羊毛衫 D．塑料碗 【答案】B 【详解】A、玻璃属于无机非金属材料，不属于金属材料，选项错误； B、铝合金属于金属材料，选项正确； C、羊毛属于天然有机材料，不属于金属材料，选项错误； D、塑料属于有机合成材料，不属于金属材料，选项错误，故选B。 2．下列有关合金的叙述：①合金中至少含两种金属；②合金中的元素以化合物形式存在；③合金中一定含有金属：④合金一定是混合物：⑤氧化铁不是铁合金：⑥合金的强度和硬度一般比组成它们的纯金属更高，抗腐蚀性能也更好。以上叙述正确的是（ ） A．①③④⑤⑥ B．②⑤⑥ C．①②③④⑤⑥ D．③④⑤⑥ 【答案】D 【详解】①合金是指在一种金属中加热熔合其它金属或非金属而形成的具有金属特性的物质，因此合金中至少含1种金属，说法不正确； ②合金中的元素以单质形式存在，说法不正确； ③合金中一定含有金属，说法正确； ④合金是指在一种金属中加热熔合其它金属或非金属而形成的具有金属特性的物质，则合金一定是混合物，说法正确； ⑤氧化铁是化合物，不是铁合金，说法正确； ⑥合金的强度和硬度一般比组成它们的纯金属更高，抗腐蚀性能也更好，说法正确。 故选D。 3．下列关于金属资源的说法中，不正确的是（　　） A．自然界中除少数不活泼的金属（如金、银等）以单质形式存在外，其余都以化合物形式存在 B．自然界中的金属资源是取之不尽的 C．防止金属锈蚀、回收利用废旧金属可以保护金属资源和环境 D．合理开采矿物、寻找金属代用品都是保护金属资源的有效途径 【答案】B 【详解】A、在金属活动顺序表中，金、银等金属的活动性极弱，在常温或高温时不与氧气反应，它们以单质形式存在于地壳中，其余都以化合物形式存在，故A正确。 B、矿物的贮存有限，而且不能再生，所以不是取之不尽用之不竭的，故B错误。 C、每年因腐蚀而报废的金属材料相当于年产量的20%-40%，所以防止金属腐蚀可以保护金属．废旧电池中含有汞等重金属，如果将废旧电池任意丢弃，汞等重金属渗出会造成地下水和土壤的污染，威胁人类健康。如果将汞等重金属回收利用，不仅可以节约金属资源，还可以减少对环境的污染，故C正确。 D、随着科学技术的发展，新材料层出不穷，如用塑料代替钢等，可以减少金属的使用，故D正确。 故选B。 4．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。一般来说，合金的熔点低于其中任何一个组成金属的熔点。下表是一些金属熔点的数据。 金属 铜 锌 锡 铅 铋 镉 熔点/℃ 1083 419.6 231.9 327.5 271.3 320.9 （1）铅锡合金中某种金属的质量分数与合金的熔点有如图所示的关系，当合金熔点最低时，合金中锡与铅的质量比为 。 （2）保险丝由铋、铅、锡、镉等金属组成，其熔点约为 。 A．20~40℃ B．60~80℃ C．230~250℃ D．300~320℃ 【答案】（1）3：2（2）B 【详解】（1）横坐标质量分数为零时熔点要比质量分数为1时熔点高，因为铅的熔点比锡的熔点高，所以横坐标表示锡的质量分数；合金熔点最低时锡占60%，所以铅占40%，合金中铅与锡的质量比为40%：60%=2：3； （2）合金的熔点比它的组成成分熔点要低，铋、铅、锡、镉这四种物质熔点最低的是231.9，所以要选择熔点比231.9低，且不能很低，必须要高于室温，所以选择B。 5．2024年2月7日，中国第5个南极考察站秦岭站（74°56′S，163°42′E）开站。秦岭站建筑主体采用特制轻质高强能抵抗零下60摄氏度超低温和海岸环境强腐蚀性的钢材，以下说法错误的是（　　） A．钢是一种铁碳合金 B．钢是合成材料，且硬度、强度、熔点都高于铁 C．钢比生铁含碳量低 D．钢中加入铬、钨、镍等元素可提高钢的耐蚀性 【答案】B 【详解】A、钢是一种铁碳合金，故A说法正确； B、钢是一种铁合金，属于金属材料，其硬度和强度大于铁，熔点比铁低，故B说法错误； C、生铁的含碳量为2%～4.3%，钢的含碳量为0.03%～2%，即钢比生铁含碳量低，故C说法正确； D、钢中加入铬、钨、镍等元素可提高钢的耐腐蚀性，故D说法正确。 故选B。 6．金属在生活生产中有着非常广泛的应用。请回答下列问题： （1）根据如图金属应用实例推断，金属具有的物理性质有 （至少答两点）； （2）生铁和钢都是属于合金，它们的主要成分是 ； （3）厨房中的下列物品所使用的主要材料属于金属材料的是 ； A．陶瓷碗     B．不锈钢炊具     C．橡胶手套     D．铜质水龙头 （4）微型化录音录像的高性能磁带中磁粉主要材料之一是化学组成相当于CoFe2O4的化合物，又知钴（Co）和铁都有+2、+3价，且在上述化合物中每种元素只具有一种化合价，则铁元素的化合价为 。 【答案】（1）导电性、导热性、延展性等（2）铁/Fe （3）BD/DB （4）+3 【详解】（1）根据图片可知，电缆用于输送电能，利用金属的导电性；热水壶利用金属的导热性；金属丝利用金属的延展性。 （2）生铁的含碳量是2%—4.3%，钢的含碳量是0.03%—2%之间，生铁和钢都是属于合金，它们的主要成分是铁（Fe）； （3）A、陶瓷碗属于无机非金属材料，错误； B、不锈钢炊具是铁的合金，属于金属材料，正确； C、橡胶手套属于有机合成材料，不是金属材料，错误； D、铜质水龙头属于金属材料，正确。 故选BD； （4）若钴（Co）和铁的化合价相同时，即都为+2价时，则钴和铁的化合价的和为：(+2)+(+2)×2+(-2)×4≠0；都为+3价时，则钴和铁的化合价的和为：(+3)+(+3)×2+(-2)×4≠0；则都不符合要求；所以Co和Fe铁的化合价不同； 若钴（Co）的化合价为+3，铁的化合价为+2时，钴和铁的化合价的和为：(+3)+(+2)×2+(-2)×4≠0，不符合要求； 若钴（Co）的化合价为+2，铁的化合价为+3时，钴和铁的化合价的和为：(+2)+(+3)×2+(-2)×4=0，符合要求，故铁的化合价为+3。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第1节 金属材料 第2课时（导学案） 科学观念：了解合金的概念和特性；​​了解金属的污染及回收利用的必要性​​。 科学思维：构建“合金成分-性能”关系，如碳含量和钢硬度的关系；解释镀锡铁罐头防锈原理；比较纯金属和合金应用场景。 探究实践：电磁铁分拣废铁；收集本地废金属回收率数据；完成“弃置金属环境问题与对策”报告。 态度责任：设计校园铝罐回收方案；解读《重金属污染综合防治规划》核心措施；评价垃圾发电厂资源化价值。 1. 合金的概念与特性（重点） 2. 合金成分与性能的关系（难点） 1. 金属材料包括 ；把一种 跟其他一种或几种 （或 ）一起 而成的具有 的物质，就称为合金。合金是 ，合金中各种成分保持各自原有的化学性质。 2.合金的性能：合金和组成其的纯金属相比较，硬度、强度一般更 ；合金的熔点 于组成它们的成分金属；合金的抗腐蚀性比纯金属更 。 3. 是常见的铁合金，两者的主要区别是 不同，生铁含碳量较高，为2%~4.3%，钢的含碳量较低，为0.03%~2%。 4.金属资源的储量 ，而且 再生，废旧金属的随意丢弃，不仅造成 ，还会造成 、 。我国大多数垃圾均运到填埋区处理，像铅、镉等有毒的金属被腐蚀后会溶于水中形成 ，污染 和 。在潮湿的空气中,金属的 和 也会污染土壤，危害生态环境。基本上所有金属都可 ，而普遍回收的金属包括： 。 经检验，越王勾践剑成分：铜80.3%、锡18.8%、铅0.4% 越王勾践剑千年不锈，普通铁剑却很容易生锈，这是为什么呢？ 为何将铜和锡一起铸剑而不是单独使用铜呢？ 一、常见金属材料 我们可以发现，日常生活中有许多物品是由金属材料制成的。 什么是金属材料呢？ 金属材料 金属材料是以金属为主要成分的一类重要材料，包括各种纯金属和合金。 金属的性质： 大多数的金属材料实际上是合金，你知道这是为什么吗？ 什么是合金 把一种 跟其他一种或几种 （或 ）一起 而成的具有 的物质，就称为合金。 注意：“熔合”指的是在加热条件下相互熔合，并非简单混合 合金一定是混合物。合金中各种成分保持各自原有的化学性质。属于物理变化（初中阶段） 合金属于金属材料，同样具有良好的导电性、导热性、延展性和金属光泽。 常见的合金 铁合金 生铁和钢都是常见的由铁与少量碳等物质形成的铁合金 生铁和钢的对比 项目 生铁 钢 含碳量（主要区别） 生产方式 硬度和脆性 能否锻造 铸造性能 主要用途 注意：钢是最常见、应用较广的一种合金材料 思考与讨论 现代建筑物的门窗广泛使用铝合金，你能说说为什么不用纯铁或纯铝吗？ 合金相对于纯金属有哪些独特的性能呢？ 合金的性质 ①合金的熔点 组成它们的成分金属； ②合金的导电、导热性比组成它们的成分金属 ； ③合金的强度和硬度 组成它们的成分金属； ④合金的抗腐蚀能力 组成它们的成分金属。 使金属材料变成很小很小（纳米级）的粒子，就会形成纳米粒子。这时，金属的性质就会发生变化，甚至与原来的性质完全不同。 思考与讨论 有些同学的牙齿排列不整齐，你知道医学上采用什么办法进行牙齿矫正的吗？ 阅读：记 忆 合 金 一些特定成分的合金（如镍钛合金），在外力作用下会发生变形，当把外力去掉后，在一定的温度条件下，能恢复原来的形状。这种合金具有百万次以上的恢复功能，人们形象地称之为“记忆合金”。 记忆合金在航空、军事、工业、农业、医疗等领域有着重要的用途，从而使得金属的应用又向前跨进了一步。用记忆合金制作的眼镜架，如图所示，则具有良好的弹性、强度和抗拉性能。 你还知道其他合金吗？ 同学们可查找资料了解合金在我们生活中的应用！ 二、金属的污染和回收利用 你知道每年被废弃的金属有多少吗？当看到人们随意抛弃盛饮料的铝罐时，你有何感想？ 金属资源的储量有限，且不可再生，废旧金属的随意丢弃不仅造成资源浪费，还会造成环境污染。 金属垃圾的来源 金属的污染 目前，我国大多数垃圾均运到填埋区处理。像铅、镉等有毒的金属被腐蚀后会溶于水中形成金属离子，污染土壤和地下水源。在潮湿的空气中，金属的氧化和锈蚀也会污染土壤，危害生态环境。 思考与讨论 金属污染可能引发哪些问题？  我国是如何解决这些问题的？ 金属的回收和利用 基本上所有的金属都是可循环再生的，金属的回收可减少对环境的污染，节约金属资源、节约能源等。 普遍回收的金属有：铝、铅、铁、铜、锡、锌、银和金等。 具体的，可分类回收有用的重金属，对工业废水进行重金属除污处理，达标后再排放，对工业废渣中的重金属实行循环再生，用无铅汽油代替含铅汽油，不随意丢弃废旧电池和废旧金属等。 我们可用巨型的电磁铁把废铁从垃圾中分离出来，也可以从工业金属废料中回收其他金属。例如，铝的循环再造技术较简单，只需把铝罐加热熔化后，便可以制成新的用品。 课堂小结： 1. 家里的很多日用品都是由金属或合金制成的。下列物质属于金属材料制成的是（　　） A．玻璃酒瓶 B．铝合金窗 C．羊毛衫 D．塑料碗 2．下列有关合金的叙述：①合金中至少含两种金属；②合金中的元素以化合物形式存在；③合金中一定含有金属：④合金一定是混合物：⑤氧化铁不是铁合金：⑥合金的强度和硬度一般比组成它们的纯金属更高，抗腐蚀性能也更好。以上叙述正确的是（ ） A．①③④⑤⑥ B．②⑤⑥ C．①②③④⑤⑥ D．③④⑤⑥ 3．下列关于金属资源的说法中，不正确的是（　　） A．自然界中除少数不活泼的金属（如金、银等）以单质形式存在外，其余都以化合物形式存在 B．自然界中的金属资源是取之不尽的 C．防止金属锈蚀、回收利用废旧金属可以保护金属资源和环境 D．合理开采矿物、寻找金属代用品都是保护金属资源的有效途径 4．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。一般来说，合金的熔点低于其中任何一个组成金属的熔点。下表是一些金属熔点的数据。 金属 铜 锌 锡 铅 铋 镉 熔点/℃ 1083 419.6 231.9 327.5 271.3 320.9 （1）铅锡合金中某种金属的质量分数与合金的熔点有如图所示的关系，当合金熔点最低时，合金中锡与铅的质量比为 。 （2）保险丝由铋、铅、锡、镉等金属组成，其熔点约为 。 A．20~40℃ B．60~80℃ C．230~250℃ D．300~320℃ 5．2024年2月7日，中国第5个南极考察站秦岭站（74°56′S，163°42′E）开站。秦岭站建筑主体采用特制轻质高强能抵抗零下60摄氏度超低温和海岸环境强腐蚀性的钢材，以下说法错误的是（　　） A．钢是一种铁碳合金 B．钢是合成材料，且硬度、强度、熔点都高于铁 C．钢比生铁含碳量低 D．钢中加入铬、钨、镍等元素可提高钢的耐蚀性 6．金属在生活生产中有着非常广泛的应用。请回答下列问题： （1）根据如图金属应用实例推断，金属具有的物理性质有 （至少答两点）； （2）生铁和钢都是属于合金，它们的主要成分是 ； （3）厨房中的下列物品所使用的主要材料属于金属材料的是 ； A．陶瓷碗     B．不锈钢炊具     C．橡胶手套     D．铜质水龙头 （4）微型化录音录像的高性能磁带中磁粉主要材料之一是化学组成相当于CoFe2O4的化合物，又知钴（Co）和铁都有+2、+3价，且在上述化合物中每种元素只具有一种化合价，则铁元素的化合价为 。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$