第一节 常见的金属材料（同步课件） 化学鲁教版五四学制2024九年级全一册

感受化学魅力 探寻化学之美 金 属 第四单元 第一节 常见的金属材料 目 录 CONTENTS 1 了解金属的物理性质，知道金属材料在日常生产生活中的重要用途 2 知道合金的组成，了解生铁和钢等重要合金，会区别纯金属与合金 心有质量思过往 行有方向期未来 感受化学魅力 探寻化学之美 重点:金属的物理性质、合金的性质、炼铁的原理 难点:合金的性质、炼铁的原理、还原反应 3 了解炼铜原理，掌握工业炼铁的原理，知道还原反应及常用的还原剂 人类文明的进步与金属材料发展关系密切。当今，种类繁多的金属材料更成为社会发展的重要物质基础。你在日常生活中见到或使用过哪些金属制品？这些金属制品有什么特点？ 课堂导入 金属的物理性质 一、 金属在生产、生活中有着非常广泛的应用，这些应用有许多都是由金属的物理性决定的。 探究新知 观察生活中常见或常用的金属制品，想一想：它们主要是用什么金属制成的？分别应用了哪些性质？ 观察思考4-1 金属的物理性质与应用 延展性 熔点和沸点较高 热和电的良导体 强度大 密度较大 坚硬且有金属光泽 大多数金属都具有金属光泽，密度和硬度较大，熔点和沸点较高，具有良好的延展性和导电、导热性能。 除汞以外，金属在常温下都是固体。 不同的金属具有各自的特性和特定的用途。 光泽——金呈黄色，铜呈紫红色，铁粉呈黑色； 延展性——金的展性最好，铂的延性最好； 硬度——铬的硬度最高； 熔点——钨的熔点最高，汞的熔点最低； 导电性——银的导电性最好（铜导电性良好，常用于导线）。 金属物理性质的共性和特性 在已发现的100多种元素里，大约有4/5是金属元素。金属的单质有很多种，在冶金工业上，人们常把金属分为黑色金属（包括铁、铬、锰）和有色金属（铁、铬、锰以外的金属）两大类。人们也常按照密度大小将金属分类，密度小于4.5g/cm3的叫作轻金属（钠、钙、镁、铝等）；密度大于4.5g/cm3的叫作重金属（汞、铜、镉、铅等）。此外，还可以将金属分为常见金属（铁、铝等）和稀有金属（锆、铌、钼等）。 金属的分类 合金的特性 二、 常见的金属材料大多数不是组成单一的纯金属，而是合金 探究新知 以某种金属为基础，添加其他金属或非金属通过高温熔炼、烧结等方式形成的具有金属特性的材料。 合金 1.合金是混合物； 2.青铜是人类最早使用的合金； 3.目前产量最高、应用最广的合金是钢(铁合金)。 生铁和钢都是铁合金，两者的区别是含碳量不同。 现有铝片、铝合金、铜片、黄铜片、锡片、焊锡（锡铅合金）等金属材料，分别进行下列实验，观察、分析实验现象，并与同学交流你得到的结论。 1.观察铝片与铝合金、铜片与黄铜片、锡片与焊锡的颜色与光泽。 2.将铝片与铝合金、铜片与黄铜片、锡片与焊锡两两互相刻划，比较它们的硬度。 活动探究4-1 金属与合金的性质比较 金属材料 主要成分 光泽和颜色 硬度大小对比 黄铜片(合金) 铜、锌 铜片(纯铜) 铜 焊锡(合金) 铅、锡 锡(纯锡) 锡 结论 黄铜大 焊锡大 合金的光泽和颜色比组成它的纯金属更好 合金的硬度比组成它的纯金属的硬度大 黄色 紫红色 银白色 灰色 3.如右图所示，将锡片和焊锡放在铁片上，用酒精灯在铁片的中心部位加热，观察比较两者熔化的难易。 活动探究4-1 金属与合金的性质比较 金属材料 主要成分 熔化速度对比 锡片(纯锡) 锡 焊锡(锡铅合金) 铅、锡 结论 慢快 合金的熔点比组成它们的纯金属的熔点低 人们利用熔合的方法，控制合金的组成比例和形成条件，就可以制得具有特殊性能、符合特定需求的各种合金。如钛镍合金具有形状记忆功能，用于制作人造卫星的天线；钛钼镍合金抗腐蚀性强、在航海及海洋资源开发领域应用广泛。 特殊性能的合金 常见合金的主要成分、性能与用途 钛合金新材料与“奋斗者”号潜水器 2020年11月10日，我国首台拥有自主知识产权的全海深载人潜水器“奋斗者”号顺利下潜至地球海洋最深处，在太平洋马里亚纳海沟成功坐底，深度达10909米，创造了中国载人深潜的新纪录在10000米以下的深海，水压是海洋表面的1100倍。为完成万米探潜，“奋斗者”号潜 水器的载人舱球壳采用了我国自主研发的Ti62A 钛合金新材料，其通过先进的焊接技术连接打造， 抗压能力卓越。中国制造，正在为“上九天揽月” “下五洋捉鳖”提供更多的可能。 三、 大自然为人类提供了丰富的金属矿物资源，通过冶炼可制得纯金属 心有质量思过往 行有方向期未来 金属矿物 及其冶炼 地球上的金属资源广泛存在于地壳和海洋中，其中少数很不活泼的金属（如金、铂等）以单质形式存在，其中金属都以化合物的形式存在于各种矿物中。 铜是人类最早使用的金属之一。主要是通过用焦炭焙烧含有铜元素的矿石获得金属铜。孔雀石的主要成分是碱式碳酸铜。 碱式碳酸铜受热分解生成氧化铜、水和二氧化碳。 金属矿物及金属单质 △ Cu2(OH)2CO3 === 2CuO + H2O + CO2↑ 氧化铜能与木炭反应，生成铜和二氧化碳。 化学方程式为：2CuO + C === 2Cu + CO2↑ 还原反应 高 温 氧化剂,失去氧,被还原 还原剂,得到氧,被氧化 在这个反应中，氧化铜中的氧被碳夺去，铜被还原出来。像这样，含氧化合物中的氧被夺去的反应属于还原反应。 常用的还原剂：C、CO、H2 CuO + H2 === Cu + H2O 加 热 如图9-10所示，在硬质玻璃管中放 入少量红色氧化铁粉末，先通入一氧化 碳，然后用酒精喷灯加热，观察现象。 实验步骤： ①按上图组装仪器，并检查气密性； ②把少量研细的红色氧化铁粉末装进硬质玻璃管中； ③把硬质玻璃管固定，先点燃出气口处的酒精灯，再通入一氧化碳气体排气，待排尽硬质玻璃管中的空气后，再点燃酒精喷灯加热； ④当红色粉末全部转变成黑色后，先停止加热，继续通入一氧化碳，直至玻璃管冷却，最后熄灭酒精灯。 活动探究4-2 工业炼铁的化学原理 实验步骤注意事项： （1）一氧化碳还原氧化铁是在封闭的硬质玻璃管中进行的，先通一氧化碳，可以把管内的空气排出，防止一氧化碳与空气混合受热爆炸。 （2）实验完毕先停止加热，还要继续通入一氧化碳直到玻璃管冷却。防止高温的条件下，生成的铁再被氧化。 口诀速记 一氧化碳早出晚归； 酒精喷灯迟到早退； 前者颠倒会爆炸； 后者颠倒会氧化。 实验现象： 【问题讨论】1.如何判断反应中生成了什么物质？ （1）红色粉末变黑色，用磁铁检验，证明黑色粉末为铁； （2）将产生的气体通入到澄清石灰水中，澄清石灰水变浑浊，则生成二氧化碳。 红色粉末逐渐变成黑色，同时澄清的石灰水逐渐变浑浊。 【问题拓展】若用一氧化碳还原四氧化三铁，应将生成的黑色粉末加入盐酸中，若有气体生成，则证明有铁生成。由于四氧化三铁也有磁性，不能用磁铁吸引的方法检验。 2.装置导管末端为什么要放一个点燃的酒精灯？ 点燃一氧化碳，防止污染空气 3.石灰水的作用有哪些？ （1）澄清石灰水可用来检验生成物二氧化碳； （2）吸收二氧化碳便于处理尾气（一氧化碳在常规条件下可以燃烧生成二氧化碳，但在高浓度的二氧化碳环境中，由于缺乏足够的氧气，一氧化碳无法维持燃烧反应。） 实验证明，氧化铁和一氧化碳在高温条件下发生反应，生成铁和二氧化碳。 实验涉及的化学方程式： 3CO+Fe2O3==2Fe+3CO2 Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O 2CO+O2==2CO2 高 温 点 燃 【实验装置改进】 可将上述装置除尾气的部分，改成用气球收集，收集得到的未燃一氧化碳气体可重复利用 利用尾气中的CO为反应提供热量，提高了CO的利用率，又能防止污染空气 钢铁工业中就是利用这一原理来炼铁的。将赤铁矿（主要成分是Fe2O3）、焦炭和石灰石一起加入高炉，在高温下，利用炉内反应生成的一氧化碳将铁从氧化铁中还原出来。 工业炼铁 徐光宪与稀土分离新技术 元素周期表中的镧系元素和钪、钇共计17种金属元素，由于它们在自然界存量稀少且 分散而被称为稀土元素。这些稀土元素在信息、能源、航天、军事中国科学化学等领域中 有着重要的应用，被视为冶金工业“维生素”。我国是稀土资源大国，2022年已探明的储 量约占世界总储量的33.8%。由于这些稀土元素的性质太相近了，如何分离和提取它们就成 为世界难题。20世纪70年代我国科技发展需要高纯度的稀土产品。国际上提炼稀土的技术 都是保密的，而且产品极其昂贵。引进技术和购买产品，都是不现实的，必须自力更生。如 何利用稀土元素之间微小的差异，寻找适合的分离技术，将它们从矿物中分别提取出来呢? 我国化学家徐光宪(1920—2015)带领团队跨过国外已有的分离方法，直接从当时未曾触碰过的萃取分离技术入手，经过反复实验，创新出一套稀土分离的串级萃取理论，并在该理论指导下，独创了稀土分离“三出口”工艺，使我国稀土分离技术达到国际先进水平，促进了我国从稀土资源大国向高纯稀土生产强国的转变，使我国成为全球唯一一个拥有完整稀土产业链技术的国家。徐光宪院士被誉为“中国稀土之父”，并荣获2008年度“国家最高科学技术奖”。 课堂达标 1.金可制成金箔，拉成金丝，说明金具有良好的（　　 ） A．导电性 B．延展性 C．导热性 D．抗腐蚀性 B 课堂达标 2.北斗系统的全面建成彰显了中国航天的力量。在航天科技中运用了大量金属材料，下列有关金属材料的说法正确的是（　　 ） A．纯金属的硬度一般比它们组成合金的硬度更高 B．钛和钛合金被广泛应用于火箭、导弹等 C．金属单质在常温下都是固体 D．合金中一定只含金属元素 B 3.下列有关金属及合金的说法错误的是（　　 ） A．金属在常温下大多数都是固体 B．铝合金的硬度比铝的硬度小 C．铁制品在潮湿的空气中易生锈 D．钢铁是使用最多的金属材料 B 课堂达标 课堂达标 4. 2021年5月15日“祝融号”火星车成功着陆。该车使用了新型镁锂合金，下列说法正确的是（　　 ） A．镁锂合金属于金属材料 B．锂属于非金属元素 C．镁是地壳中含量最高的金属元素 D．镁锂合金的硬度比镁的小 A 课堂达标 5.图是“一氧化碳与氧化铁反应” 的部分实验装置，关于该实验说法 正确的是（ ） A. 充分反应后，向固体中加稀盐酸会产生气泡 B. 在实验过程中，黑色的粉末会逐渐变成红色 C. 该实验的反应原理为FeO + CO 高温 Fe + CO2 D. 在实验过程中，产生的尾气可以直接排放到空气中 A 课堂达标 6.春秋初期，绍兴一带是南方的一个冶铁中心，其炼铁方法是在1000℃左右的温度下，使木炭和铁矿石（主要成分为Fe2O3）发生一系列的反应生成含较多杂质的海绵铁。其中主要化学反应为：3CO+Fe2O3 高温2Fe+3CO2。下列说法正确的是（　　） A．海绵铁是一种纯净物 B．Fe2O3中铁元素的化合价为+3价 C．上述反应中涉及的氧化物只有2种 D．炼铁过程中，木炭只是作为燃料使用 B 课堂达标 7.“嫦娥揽月、北斗指路、祝融探火……”中国航天砥砺奋进，“神舟十四”再探天河！神舟十四号飞船很多部件都用到了哈尔滨制造的铝合金，如轨道舱壳体结构、返回舱侧壁金属壳体等，这样可以有效的减轻飞船的重量。请结合上述内容，回答下列问题： （1）铝合金属于 　 （填“混合物”或“纯净物”）。 （2）铝合金的优良性能有 　 　（填字母）等。 A.密度小、硬度大 B.强度高抗腐蚀性差 混合物 A 课堂达标 8.冶炼金属需要考虑多方面因素： （1）固体氧化镁或氯化镁加热至熔化后电解都能制得金属镁。从节能方面考虑，工业上选择了氯化镁，是因为这两种物质的 　 　（填物理性质）不同。 （2）①高炉炼铁选用铁矿石作为原料应考虎的因素有 　 　 （写一点即可）。 ②冶炼时将铁矿石粉碎的目的是 　 　 。 ③赤铁矿石（主要成分是Fe2O3）炼铁的化学方程式为 　 　 。 熔点 考虑矿石中铁元素的含量或是否在冶炼过程中造成环境污染 增大反应物之间的接触面积，加快反应速率或使之充分反应 3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2 课堂达标 9.物质的性质决定着物质在生产和生活 中的用途。木炭和一氧化碳都具有还原 性，都可用于冶炼金属。请根据下图回答有关问题。 (1)请写出下列反应的化学方程式： ①一氧化碳还原氧化铁________________。 ②木炭还原氧化铜___________________； (2)A、B装置中澄清石灰水的作用是___________________________。 (3)B装置最右端酒精灯的作用是_______________________________。 (4)在A装置中，当观察到____________________________________时，证明木炭粉末和氧化铜粉末已经完全反应 C+2CuO高温2Cu+CO2↑ 3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2 检验是否有二氧化碳生成 除去未反应完的一氧化碳气体，防止污染空气 A装置竖直的试管内导管口不再有气泡冒出 课堂达标 10.钢铁冶炼的部分工艺流程如图所示，回答下列问题： （1）用化学方程式表示赤铁矿石冶炼成 生铁的反应原理 　 　。 （2）钢铁冶炼的产品是生铁和钢，两者 的主要区别是 　 　 。 （3）在钢水铸件机中，高温钢水加工成钢制零件时，充入氮气的作用是 　 　 。 （4）流程的最后一道操作是涂层（即在金属制品表面进行喷漆或搪瓷等），该操作的主要目的是 　 　 。 Fe2O3+3CO高温2Fe+3CO2 含碳量不同 作保护气，防止铁在高温下被空气中的氧气氧化 隔绝氧气和水，防止金属制品生锈 知识总结 1.大多数金属具有共同的物理性质及特性，如具有金属光泽、可以导电和导热、延展性良好等 2.合金是在一种金属中加热熔合其他金属或非金属而形成的具有金属特性的物质 （1）合金的色泽更鲜艳 （2）金属的硬度大于纯金属 （3）合金的熔点比组成的它的纯金属低 （4）合金的抗腐蚀性强 3.工业炼铁的主要化学反应原理是： （1）实验步骤 （2）实验现象 （3）实验注意事项 （4）还原反应、常用还原剂C、H2、CO Fe2O3+3CO == 2Fe+3CO2 高温 谢谢您的观看 THANKS 感受化学魅力 探寻化学之美 心有质量思过往 行有方向期未来 $