9.3 金属材料的性能及应用（教学课件）化学苏教版必修第二册

该高中化学课件聚焦金属材料性能、合金应用及无机非金属材料，通过青铜奔马、铁剑等历史案例导入，从纯金属到合金再到非金属材料，构建递进式学习支架，帮助学生梳理知识脉络。 其亮点在于融合科学思维与科学探究，通过对比纯金属与合金性质、分析材料选择原因等活动，结合典型范例和实战题强化应用，培养学生解决实际问题能力，教师可借助系统资源提升教学效率。

专题9 金属与人类文明 第三单元 金属材料的性能 及应用 苏教版必修2 合金及其应用 2 金属材料的性能 1 知识导航 无机非金属材料 3 知识导航 明·学习目标 1．通过对金属材料和合金应用案例的分析，初步认识金属的组成与其性能的关系。 2．认识化学发展对人类社会可持续发展的重要贡献。 3．初步认识非金属材料的组成及其性能。 引·新课导入 01 金属材料的性能 探·知识奥秘 一、金属材料的性能 1.金属材料的发展史 青铜器时代 东汉晚期的青铜奔马 （马踏飞燕） 铁器时代 河北沧州铁狮子，铸造于953年 铝的广泛使用 （铝的使用在100多年前） 探·知识奥秘 一、金属材料的性能 1.金属材料的发展史 人们已经发现的金属元素有90余种，形成了丰富多样的金属 材料。金属材料因其优良的性能，在改善人类生活、促进生产力发展的过程中发挥了巨大的作用，有力地推动了人类文明的进程。人们在金属材料的开发和应用实践中，也拓展了化学科学研究的新领域。 探·知识奥秘 一、金属材料的性能 2.金属材料的分类 (1) 纯金属 (2) 合金 铁(Fe) 铜(Cu) 铝(Al) 金(Au) 铁合金（不锈钢） 铜合金（黄铜） 铝合金（硬铝） 探·知识奥秘 一、金属材料的性能 3.金属的物理性质 铜 (Cu) 金 (Au) 铁 (Fe) 铝 (Al) 银 (Ag) 大多数金属呈银白色，但铜呈紫红色，金呈黄色 思考：上述金属以及制品，它们的外观有什么共同之处？ 探·知识奥秘 一、金属材料的性能 思考：铁、铜可制导线，这说明了金属的什么性质？ 铁导线 铜电缆 金属能够导电 思考：铁、铜、铝能拉成丝，也能展成薄片，这说明了金属的什么性质？ 金属有延展性 探·知识奥秘 一、金属材料的性能 思考：铁锅、铝锅、铜火锅可以用来炒菜、烧水、涮肉，铝、铜还可制作散热器等，这说明什么？ 铝材散热器 全铜散热器 铁锅炒菜 铝锅烧水 铜火锅涮肉 金属能够导热 探·知识奥秘 一、金属材料的性能 思考：观察以上图片，这说明金属的什么性质？ 金属能够弯曲 探·知识奥秘 一、金属材料的性能 3.金属的物理性质 性质 表现 状态 颜色 延展性 导电、导热性 常温下，除汞是液态外，其余都是固态 不透明，有金属光泽，大多数是银白色，个别为其他颜色（如Au呈金黄色，Cu呈红色） 大多数较好，且延性与展性常一致，但不全一致，如Au的展性最好，Pt的延性最好 易导电、导热，导电性：Ag＞Cu＞Au＞Al＞Fe 探·知识奥秘 一、金属材料的性能 4.金属的化学性质 通常情况下，金属原子的最外层电子数较少，一般少于4个，在化学反应中易失去电子，表现出较强的还原性。 金属元素在化合物中只有正价，没有负价。 探·知识奥秘 一、金属材料的性能 5.金属材料的性能 1、力学性能 2、物理性能 3、化学性能 4、工艺性能 延展性、硬度、塑性等 密度、熔点、导电性、导热性 抗氧化性、耐酸碱性 可铸性、可锻性、切削加工性 探·知识奥秘 一、金属材料的性能 6.正确选用金属材料 延展性、硬度、塑性 密度、熔点、导电性、导热性等物理性能 使用要求 材料性能 在使用过程中，必然会受到多种力的作用，从而体现出一些力学性能 到导热和导电的作用，而且能够在一定温度范围内稳定工作 金属材料在工农业生产和社会生活的各个方面应用广泛。 抗氧化性、耐酸碱性等化学性能 可铸性、可锻性、切削加工性等工艺性能 在使用过程中不可避免地会暴露在空气中，或者接触到一些化学药品 从金属原材料到最后的金属产品， 加工成型 探·知识奥秘 一、金属材料的性能 金属之最 地壳中含量最高的金属元素_________; 目前世界年产量最高的金属_________; 导电、导热性最好的金属_________; 人体中含量最高的金属元素_________; 硬度最高的金属_________; 熔点最高的金属_________; 熔点最低的金属_________; 密度最大的金属_________; 密度最小的金属_________。 铝(Al) 钙(Ca) 铁(Fe) 银(Ag) 铬(Cr) 钨(W) 汞(Hg) 锇(Os) 锂(Li) 探·知识奥秘 一、金属材料的性能 思考讨论 根据生活经验和表格信息，回答下列问题。 （1）为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铝制？ （2）银的导电性比铜好，为什么电线一般用铜制而不用银制？ （3）为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？如果用锡制的话，可能会出现什么情况？ （4）为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬？如果镀金会怎样？ 铁比铝的硬度大，铝易变性。 银的成本比铜高。 钨的熔点比锡高。用锡制灯丝，通电后锡会熔化，灯丝会熔断，灯泡不能正常发光。 铬比铁的硬度大，耐磨，耐腐蚀性强，且美观。镀金虽然美观，但成本高，不耐磨。 析·典型范例 1.人类使用材料的历史就是人类的进步史。下列物品的主要材质不是金属材料的是（ ） D A．青铜器 B．龙泉宝剑 C．黄金首饰 D．塑料器具 析·典型范例 2.金属材料在人类活动中已得到广泛的应用,下列性质属于金属共性的是（ ） B A.硬度很大、熔点很高　 B.有良好的导电性、导热性 C.银白色、有金属光泽　 D.常温下是固体 析·典型范例 3.用于火箭发动机、航天飞机制动闸的金属，要有良好的热学性能，如熔点高、比热高、热导率高、适宜的热膨胀率等优异性能。根据下表数据，用于制造制动闸的最佳金属材料为（ ） D 金属 熔点(℃) 比热(J·g－1·K－1) 热导率(W·m－1·K－1) 热膨胀率(25℃)α(×106) A 418 0.106 75.37 11.76 B 923 0.243 153.66 24.3 C 933 0.215 221.91 23.6 D 1 550 0.436 146.5 11.6 02 合金及其应用 探·知识奥秘 二、合金及其应用 1.合金的定义 将两种或两种以上的金属（或金属与非金属）共熔，制备出的特殊的金属材料 注意：合金是混合物。合金中各成分金属的化学性质不变。 焊锡：锡和铅的合金 生铁 钢 生铁和钢：铁和碳的合金 探·知识奥秘 二、合金及其应用 2.合金特性 (1) 硬度 合金与纯金属在组成和结构上的不同，使得它们的性质存在较大的差异，人们恰好利用这一点制备出了性能更强、用途更广的合金材料。 合金的硬度一般都比组成它的纯金属大。 铝合金 硬铝 Al、Cu、Mn、Mg等元素 性能 铝合金成本低，性能优异，密度小、强度大、塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性，抗腐蚀能力强，装饰效果好，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中都得到广泛的应用。 探·知识奥秘 二、合金及其应用 (2) 熔点 多数合金的熔点低于组成它的任何一种组分金属。 保险丝 武德合金 锡、铋、镉、铅等元素 性能 熔点低 思考：合金硬度大、溶点低的原因是什么？ 学生活动：拓展视野——“合金硬度大、熔点低的秘密” 探·知识奥秘 二、合金及其应用 思考讨论 相比于成分金属，为什么合金硬度更高、熔点更低？ 纯金属所有原子的大小和形状相同，原子排列十分规整； 加入较大或较小的其他元素的原子后，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间滑动困难，合金硬度变大。 固体的熔点与原子排列是否整齐有关。 合金中原子的大小不一，与纯金属相比，排列整齐程度下降，使得原子之间的相互作用力减小。所以，多数合金的熔点一般比其组成金属的熔点低。 探·知识奥秘 二、合金及其应用 (3) 导电性和导热性 合金的导电性和导热性一般低于任一种组分金属。 镍铬铝铁合金 镍铬铝铜合金 有很高的电阻率，用于制备电路中的精密元件 铝锂合金 镍铬铝铜合金 低密度 高强度 航空飞行器理想的结构材料 不锈钠 铁铬合金 强抗氧化性，强耐腐蚀性 钛合金 强度高，密度小，耐热性好，易于加工，抗腐蚀性强，远优于不锈钢。 探·知识奥秘 二、合金及其应用 注意 ①组成合金的物质不一定全是金属，也可以有非金属，但一定有金属。 ②常温下，多数合金是固态，但钠钾合金呈液态。 ③合金的物理性质相比于成分金属有所改变，但合金中各成分金属的化学性质仍然不变。 ④并非所有的金属都能形成合金。因为两种金属必须熔合在一起才能形成合金。如果一种金属还未熔化时，另一种金属已经气化，则一般不能熔合在一起，如Cu与Na、Fe与Na等不能形成合金。 探·知识奥秘 二、合金及其应用 3.常见合金及性能 (1) 铁合金 不锈钢是一种重要的合金钢，主要的合金元素是铬(占12%～32%)，铬具有很强的耐腐蚀性，在空气中表面会生成一层致密的氧化物，防止内部进一步被氧化，从而保护了内层金属。不锈钢抗腐蚀能力强，常用于制造医疗器材、厨房用具和餐具，以及地铁列车的车体等。 探·知识奥秘 二、合金及其应用 3.常见合金及性能 (2) 铜合金 合　金 主要成分 主要性能与用途 铜 合 金 青铜 铜、锡、铅 强度高、可塑性好、耐磨、耐腐蚀，用于制造轴承、齿轮等机器零件 黄铜 铜、锌 强度高、可塑性好、易加工、耐腐蚀，用于制造仪表等机器零件 白铜 铜、镍 光泽好、耐磨、耐腐蚀、易加工，用于制造精密仪器和装饰品 司母戊方鼎 探·知识奥秘 二、合金及其应用 3.常见合金及性能 (3) 铝合金 硬铝等铝合金成本低，性能优异，密度小、强度大、塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性，抗腐蚀能力强，装饰效果好，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中都得到广泛的应用。 目前铝合金的使用量仅次于钢，发展前景广阔。 硬铝：将铜、镁、锰等加到铝中。 探·知识奥秘 二、合金及其应用 3.常见合金及性能 锡（熔点232 ℃） 铋（熔点271 ℃） 镉（熔点321 ℃） 铅（熔点327 ℃） 按照一定的质量比熔合 武德合金熔点67 ℃ 电器、火灾报警等装置中的保险丝 (4) 武德合金 探·知识奥秘 二、合金及其应用 3.常见合金及性能 (5) 铝锂合金 铝锂合金具有低密度、高强度的特点。若用其代替常规的铝合金，可使构件质量减轻10%～20%，强度提高15%～20%，具有较高的工作温度、较好的高温韧性与加工性能，且价格便宜，因此是21世纪航空飞行器较理想的结构材料之一。 我国“神舟号”航天飞船的许多部件就是用铝锂合金制造的。 探·知识奥秘 二、合金及其应用 3.常见合金及性能 (6) 钛合金 钛是一种新型金属，制成的钛合金强度高，密度小，耐热性好，易于加工，抗腐蚀性强，远优于不锈钢，即使将它们放入海水中数年，取出后仍然光亮如新。 钛和钛合金被认为是21世纪的重要金属材料，被广泛应用于医疗、火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等领域。 探·知识奥秘 二、合金及其应用 3.常见合金及性能 (7) 其他合金 像镍铬铝铁、镍铬铝铜等合金，具有很高的电阻率，可用于制备电路中的精密元件。 析·典型范例 1.下列物质中，不属于合金的是（　　） D A. 硬铝 B. 黄铜 C. 钢铁 D. 铁锈 2.下列金属材料中，最适合用于制造飞机部件的是（　　） A A. 镁铝合金 B. 铜合金 C. 不锈钢 D. 铅锡合金 3.考古出土的吴王夫差剑为春秋末期制造的青铜剑，历经2500余年，剑的表面虽有一层蓝色薄锈，但仍寒光逼人，剑刃锋利。从上述信息可以看出，青铜具有的性质有（　　） A A. 强度高 B. 可塑性好 C. 耐腐蚀 D. 易加工 03 无机非金属材料 探·知识奥秘 1.定义 三、无机非金属材料 是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。 是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。 2.分类 (1) 传统无机非金属材料 水泥、传统陶瓷、玻璃等 半导体材料、光导纤维、新型陶瓷（结构陶瓷、功能陶瓷）等 (2) 新型无机非金属材料 探·知识奥秘 三、无机非金属材料 3.半导体材料——硅 硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料。 芯片 硅单质 (1) 硅的制备 SiO2＋2C === Si ＋ 2CO↑ 高温 高温 SiCl4 ＋2H2 === Si ＋ 4HCl Si＋2Cl2 === SiCl4 高温 探·知识奥秘 三、无机非金属材料 (2) 硅的化学性质 a.常温下，化学性质稳定，只与强碱、氟化氢、氟气反应 ①Si+2F2=SiF4 ②Si+4HF=SiF4 ↑+2H2↑ ③Si+ 2NaOH + H2O = Na2SiO3 +2H2↑ b.高温下，与氧气反应 Si + O2 SiO2 探·知识奥秘 三、无机非金属材料 4.光导纤维——SiO2 (1) 自然界中的二氧化硅 光导纤维导光能力强，可代替普通金属通信电缆，节约大量有色金属。 硅在地壳中的含量仅次于氧，居第二位。自然界中的硅几乎都以二氧化硅和硅酸盐的形式存在着，是构成矿物和岩石的主要成分。 水晶 石英 玛瑙 探·知识奥秘 三、无机非金属材料 (2) 二氧化硅性质 ①物理性质：固体，熔沸点高，硬度大，不溶于水 ②化学性质：酸性氧化物 Ⅰ 与强碱反应 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O Ⅱ与碱性氧化物反应 高温 SiO2+CaO===CaSiO3 Ⅲ 与HF的反应： SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O Ⅳ与碳酸钠、碳酸钙反应（制玻璃的反应原理） Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2↑ CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2↑ 高温 高温 探·知识奥秘 5.新型陶瓷材料 三、无机非金属材料 1.高温结构陶瓷 Al2O3陶瓷 Si3N4陶瓷 2.功能陶瓷 压电陶瓷 析·典型范例 1.硅被誉为无机非金属材料的主角。据2001年12月的《参考消息》报道，有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”。下列有关说法正确的是（ ） B A．硅在地壳中含量居第二位，在地球上有丰富的硅资源，如石英、水晶、玛瑙的主要成分都是单质硅 B．在野外，用硅、烧碱的混合物可以制取氢气 C．硅的性质稳定，不与任何酸反应 D．硅是一种良好的半导体材料，所以是制造光导纤维的基本原料 析·典型范例 2.硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是（ ） A A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料 B．单质硅是制光导纤维的材料 C．粗硅制备高纯度单质硅不涉及氧化还原反应 D．硅能与氢氟酸反应，则硅可以与盐酸反应 金属材料的性能及应用 金属材料的性能 合金及其应用 理·核心要点 物理性质 化学性质 金属材料的发展史 金属材料的物理性质 金属材料的性能 非金属材料 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 1.化学行业中把材料分为：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料等。金属材料在现实生活中有极为重要的作用。下列金属材料的运用与金属所具有的性质不一致的是(　　) A. 制造白炽灯灯丝——熔点高 B. 制造飞机——坚硬而质轻 C. 制造保险丝——硬度大 D. 制造装化工原料的容器——耐腐蚀 C 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 2.碲锌镉(Te－Zn－Cd)晶体可以用于制造红外探测器的基础材料，下列有关它的叙述中不正确的是（ ） A．它是由Te、Zn、Cd按一定比例混合而成的，无固定的熔沸点 B．它易导电、导热，具有延展性 C．它的熔沸点比Zn的低 D．它的硬度和强度比Cd的大 A 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 3.我国自主研发的新一代动车组在京沪高铁上跑出过486.1千米的世界列车最高时速，这得益于全路铺设的优质无缝平滑的超长钢轨。下列有关说法不正确的是（ ） A.制造钢轨的材料是钢，钢是用量最大的合金 B.钢的熔点比纯铁的熔点高，而纯铁的用途更广泛 C.我国在商代就开始使用铜合金 D.铝合金的强度、硬度比组成合金各成分金属的大 B 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 4.下列关于合金的叙述中不正确的是（　 　） A.合金都是由两种或两种以上的金属熔合而成的 B.一般来说，合金的硬度大于其成分金属，熔点低于其成分金属 C.钢是用量最大、用途最广的合金，青铜是我国记载使用最早的合金 D.使用不同的原料，改变原料的配比，变更制造合金的工艺等，可以制得具有不同性能的合金 A 练·技能实战 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 5.据报道，某核潜艇上的核反应堆使用了液态铝钠合金作载热介质。下列有关说法不恰当的是（ ） A.铝钠合金的熔点低于铝的熔点 B.若将铝钠合金投入一定量水中可得到无色澄清溶液，则合金中n(Al) ≤ n(Na) C.将m g不同组成的铝钠合金分别投入足量盐酸中，若放出H2越多，则合金中铝的质量分数越大 D.将铝钠合金投入足量CuCl2溶液中，肯定有Cu(OH)2 沉淀生成，不可能有铜析出 D 练·技能实战 感谢 您的聆听 THANKS 苏教版必修2 Lavf59.6.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.2.30(gap_fixed:False) Lavf57.41.100 $