3.2.1 铁合金 课件 --2025-2026学年高一上学期化学人教版必修第一册

3.2.1 铁合金 核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析： 能从宏观上认识铁合金的性能和用途，从微观角度探析合金性能优于纯金属的原因，理解合金成分与性能的关系。 2.变化观念与平衡思想： 认识通过改变合金的成分，可以调节合金的性能，体会物质的组成、结构与性质的动态变化关系，形成物质变化可通过改变条件来调控的观念。 3.科学态度与社会责任： 通过对铁合金知识的学习，感受化学在材料科学中的重要性，培养严谨求实的科学态度；结合铁合金在生活、生产及超级钢等前沿领域的应用，认识化学对社会发展、科技进步的贡献，增强社会责任感。 学习重难点 学习重点​ 1.铁合金（生铁、钢、不锈钢等）的成分与性能、用途的关系； 2.合金性能优于纯金属的原因。 学习难点​ 1.从微观结构角度解释合金性能与纯金属的差异； 2.理解合金元素对钢性能的影响。 课前导入 生活中，我们能看到下水井盖是生铁铸造的，地铁列车车体用不锈钢制造，还有各种机械零件用不同的钢制作。为什么不同的金属制品会选用不同的铁合金呢？铁合金和纯铁在性能上有什么区别？ 合金及其性质 合金及其性质 1.合金的含义： 合金是由两种或两种以上的金属（或金属与非金属）融合而成的具有金属特性的物质。 在纯金属内加入其他元素形成合金以后，结构发生了变化，使合金的性能与纯金属有很大的差异。 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 合金及其性质 2.合金的特性 （1）一般情况下，合金的硬度比其成分金属的大。 （2）合金的熔点一般比其成分金属的低。 （3）合金的导电性和导热性一般低于任一成分金属。 如镍铬铝铁、镍铬铝铜等合金具有很高的电阻率， 可用于制造电路中的精密元件。 （4）合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、 含量和生成合金的条件等来加以调节。 铁合金 生铁和钢 铁合金 含碳量不同 生铁（含碳量为2%~4.3%） 钢（含碳量为0.03%~2%） 硬度大、抗压，性脆、可以铸造成型 延展性良好，机械性能好，可以锻轧和铸造 钢的分类 钢 碳素钢 合金钢 低碳钢 中碳钢 高碳钢 (低于0.3%) (0.3%~0.6%) (高于0.6%) 韧性、焊接性好，但强度低，用于制造钢板、钢丝和钢管等 强度高，韧性及加工性好，用于制造钢轨、车轮和建材等 硬而脆，热处理后弹性好，用于制造器械、弹簧和刀具等 （根据含碳量不同） 碳素钢的含碳量越高，硬度越大；含碳量越低，韧性越好。 钢的分类 合金钢也叫特种钢，是在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种特殊性能，如强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀等。 钢的分类——合金钢 名称 主要元素 主要特性 主要用途 不锈钢 超级钢 锰钢 硅钢 钨钢 铁、铬、镍 Fe、Mn、C、 Al、V 铁、锰 铁、硅 铁、钨 比较稳定，不易生锈，具有很强的抗腐蚀能力 强度很大，能够实现钢板的轻薄化 医疗器材、厨房用具和餐具、地铁列车的车体材质等 汽车、航空和航天等领域 钢轨、轴承、钢模、挖掘机铲斗、坦克装甲 变压器、发电机和电动机中的铁芯 刀具 耐高温、硬度大 韧性好，硬度大 导磁性好 钢的分类 碳素钢 在碳素钢中，由于含碳量不同，高碳钢、中碳钢和低碳钢的性能有很大差异；向碳素钢中加入不同的合金元素，可制得不同性能的合金钢。这对你有什么启示？与同学讨论。 碳素钢中其他元素原子的加入改变了铁原子的规则层状排列，不同合金元素或者不同比例的同一合金元素，对原子规则排列的改变不同，因而制得的合金性能也有差异；我们可依据钢的使用条件，加入不同的合金元素；利用各种合金元素的不同性质，可以制得具有多种优良性能的合金，以满足各种不同的性能要求；少量的某种元素可能会对合金的性质造成很大的影响。 钢中合金元素的主要作用 合金元素 主要作用 铬(Cr) 增强耐磨性和抗氧化性；增强高温强度；提高高碳钢的耐磨性等 锰(Mn) 防止硫引起的脆性；增强钢的强度和韧性等 钼(Mo) 降低脆性；增强高温强度；提高红热时的硬度和耐磨性等 钨(w) 提高高温时的强度和硬度；增强工具钢的耐磨性等 钴(Co) 提高红热时的硬度和耐磨性；用于制造磁性合金等 镍 (Ni) 增强低温时的韧性；改变高铬钢的内部结构等 硅(si) 提高低合金钢的强度和硬度；增强高温时的抗氧化性等 化学与职业 在一些金属材料研究机构，有一批工程师专门从事金属材料的测试工作。他们运用各类高精度化学检测仪器或化学检测方法，对合金等金属材料或冶炼产品中的微量、常量杂质元素，以及金属材料中 C、H、O、N、S 的含量等进行定性和定量分析， 以获得金属材料的组成及其含量，为一些研究单位 和企业提供相关的分析测试数据和质量检测结果等。 例如，若需要对某不锈钢进行等级判断，测试工程师 可测出其中的某些组成元素及其含量，并根据标准确 定不锈钢的等级。 测试工程师 测试工程师在工作 新型合金 储氢合金 （1）含义：储氢合金是一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。 （2）具有实用价值的储氢合金的要求：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，如Ti—Fe合金、L—Ni合金等。 （3）价值：解决了H2的安全储存和运输问题。 其他几种新型合金 钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。 其他几种新型合金 合金名称 主要性质 主要用途 钛合金 耐热合金 形状记忆合金 熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好、抗腐蚀性能强等。 广泛用于火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等。 高温下具有高的抗氧化性、抗蠕变性与持久强度。 主要应用于航空、舰艇、火箭等领域。 在加热升温后能完全消除其在较低温度下发生的变形，恢复其变形前的原始形状。 在航空航天、临床医疗等领域有着广泛的应用，如宇宙飞船的天线、人造骨骼、心脏修补器、手术缝合线等。 用途广泛的稀土金属 在金属元素中，有一类性质相似，并在自然界共生在一起的稀土元素，它们是元素周期表中原子序数从57~71的15种元素以及钪和钇，共17种元素。稀土金属在科技、生产中有广泛的用途，被誉为新材料的宝库。 稀土金属既可单独使用，也可用于生产合金。在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能。因而，稀土元素又被称为“冶金工业的维生素”。例如，在钢中加入稀土元素，可以增加钢的塑性、韧性、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性和抗氧化性等。因此，稀土金属广泛应用在冶金、石油化工、材料工业、医药及农业等领域。 稀土元素镝（Dy）常 用于制造硬盘驱动器 随堂测试 1.关于生铁和钢的区别正确的是（ ） A．生铁属于纯净物，钢属于混合物 B．生铁比钢的含碳量更高 C．生铁比钢弹性更好 D．生铁属于铁-碳合金，钢也是合金但不含碳 B 随堂测试 2.社会的进步与时代的发展充满了人类智慧的结晶。下列有关 说法中错误的是（ ） A．合金为纯净物，具有许多优良的物理、化学或机械性能 B．不锈钢是最常见的一种合金钢，不容易生锈。 C．商朝的“后母戊鼎”是我国较早使用的铜制品之一 D．近年来，人们又设计和合成了许多新型合金。如储氢合金、钛合金等 A 随堂测试 3.下列说法正确的是（ ） A．合金一般由多种元素组成，属于化合物 B．常温下，铝制品耐腐蚀是因为铝不活泼 C．新型储氢合金因具有较大空隙，通过物理吸附大量H2而广泛用于新能源汽车行业 D．合金中加入其他元素原子后，使原子层之间的相对滑动变得困难，导致合金的硬度变大 D 随堂测试 4.下列关于新型合金材料说法不正确的是( ) A.镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料 B.钛合金生物相容性好，强度大，可作人造骨骼 C.形状记忆合金可在使合金发生形变的作用力消失后恢复原状 D.利用合金的熔点低于成分金属这一特点可制得耐热合金 D 谢谢观看 $