高中化学 33用途广泛的金属材料课件 新人教版必修1课件

1情境·激趣引航随着科学技术的飞跃发展，金属的用途日新月异地变化着：改善钢质量的锰，用作战争金属和宇宙润滑剂的钼，最难熔的金属和光明的使者钨，最硬的金属铬，最重的金属锇，会贮藏气体的钯，能显示踪迹的钴，“长眼睛”的铷和铯，被称为“原子能工业之宝”的铍和锂，“多才多艺”的锆，钢铁的维生素矾，不怕烈火的钽，未来的金属钛，超导元素铌，神通广大的铝，珍贵而实用的铂，用途日新月异的银，国际金融交换媒介的金，核时代的燃料铀和钍……正在各显神通，人类生活在金属世界中，一刻也离不开金属。我们就以生铁和钢为例，来了解合金有哪些方面的重要应用？2知识·预习探索学习目标1.了解合金的定义及特性。2.了解铜合金和钢的分类、组成及用途。3.初步认识合理使用金属材料的意义。新知预习1.合金是由两种或两种以上的金属(或金属跟非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。2．合金具有许多优良的物理、化学或机械性能。如硬度大于各成分金属，熔点低于各成分金属。3．我国使用最早的合金是青铜。司母戊鼎是青铜制品，其成分为Cu、Sn、Pb等。常见的铜合金还有黄铜(成分是Cu和Zn及少量的Sn、Pb、Al等)和白铜(成分是Cu和Ni、Zn及少量的Mn)。4．用量最大、用途最广的合金是钢。钢分为碳素钢和合金钢两大类。5．选择材料时，常常要考虑以下几个方面：(1)主要用途；(2)外观；(3)物理性质(如密度、硬度、强度、导电性、导热性)；(4)化学性质；(5)价格；(6)加工难度；(7)日常维护；(8)对环境的影响等。问题探索1.由于铝制品对大脑发育有不良影响，厨具中铝制品已逐步被不锈钢代替，不锈钢的组成是()A．含铁、锌、铜的合金B．含铁、镁、铝的合金C．含铁、铬、镍的合金D．普通钢表面镀镍【答案】C2．联合国卫生组织认为我国的铁锅是一种理想的炊具而向世界推广。其主要原因是()A．升热慢，退热也慢，保温效果好B．烹饪的食物中含有丰富的“铁质”C．生产过程简单，价格便宜D．生铁中含有碳元素，因而含有对人体有益的有机物【答案】B3．制造货币，应该根据下列哪些性质而选材()A．从化学性质来看，金属材料化学性质应稳定B．从物理性质来看，金属材料应有较低的熔点C．从物理性质来看，金属材料应对强度、硬度无要求D．制造货币的金属本身的价值应高于货币的面值【答案】A4．(2015·唐山高一检测)下列有关金属的说法中，正确的是()①不锈钢抗腐蚀性较好②钛合金可用于飞机、火箭的制造③司母戊鼎是铁合金④缺钙会引起骨质疏松，缺铁会引起贫血⑤青铜、不锈钢都是合金⑥形成合金时金属与金属之间发生了化学反应A．①②④⑤B．②③④⑤⑥C．①③④⑤D．①②③④⑤⑥【答案】A5．判断下列说法的正误。(1)合金一定是由金属组成的混合物。()(2)生铁的熔点比铁低，但机械强度和硬度比铁高。()(3)青铜比纯铜的硬度低。()(4)生铁中的铁与纯铁的化学性质不同。()(5)铁是黑色金属，故铁是黑色的。()(6)铝废弃后会污染环境，要回收利用。()×√×××√3新课堂·互动探究知识点一常见合金的重要应用细解教材1．合金的概念由两种或两种以上的金属(或金属跟非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。2．合金的组成和性质(1)组成①合金中一定有金属元素，也可能含有非金属元素。②合金可以认为是混合物，一般没有固定的熔点。(2)性质①合金的熔点一般比成分金属的低。②合金在硬度、密度、强度以及其他一些机械性能上要优于成分金属。③合金具有金属特性，如导热、导电性。④合金中各成分金属的化学性质不变。例如：已知四种金属的熔沸点金属NaCuAlFe熔点/℃97.510836601535沸点/℃883259522003000特别提醒a．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。根据数据分析当铜达到熔点时，金属钠已达到了沸点，由液态变为气态，故不能熔合在一起，同理，铁与钠也不能形成合金。而Fe与Cu，Al与Na能形成合金。b．有关合金的问题，还要注意以下几点：合金一定含有金属元素；合金中可能含有非金属元素；合金一定是混合物；合金同样具有金属的一切共性；合金中成分元素的含量影响合金的性质。3.合金的形成条件(1)金属与金属形成合金时：合金是金属在熔化状态时相互混合形成的，熔化时的温度需达到成分金属中熔点最高的金属的熔点，但又不能超出成分金属中沸点最低的金属的沸点。一种金属的熔点高于另一种金属的沸点时则不能形成合金。(2)金属与非金属形成合金时：部分不活泼非金属与金属可形成合金，活泼非金属与活泼金属则不能形成合金。4．常见合金的成分及其重要作用(1)铜合金合金主要成分主要性能主要用途青铜铜、锡、铅强度高、可塑性好、耐磨、耐腐蚀机械零件，如轴承、齿轮等黄铜铜、锌强度高、可塑性好、易加工、耐腐蚀机械零件、仪表、日用品白铜铜、镍、锌光泽好、耐磨、耐腐蚀、易加工钱币、代替银做饰品(2)碳素钢碳素钢俗称普通钢。根据含碳量的多少，碳素钢又可以分为3种，见下表：合金名称含碳量主要性质低碳钢0.3%韧性、焊接性好，但强度低中碳钢0.3%～0.6%强度高，韧性及加工性好高碳钢0.6%硬而脆，热处理后弹性好(3)合金钢在碳素钢中适量加入一种或几种其它元素。名称主要合金元素主要特性主要用途锰钢锰韧性好，硬度大钢轨、轴承、钢磨、挖掘机铲斗、坦克装甲不锈钢铬、镍抗腐蚀性好医疗器械、容器、反应釜、炊具硅钢硅导磁性好变压器、发电机和电动机中的铁芯钨钢钨耐高温、硬度大刀具特别提醒铁合金的正确认识a．含碳量是生铁和钢区别的主要标志，生铁的含碳量高，一般在2%～4.3%，使得生铁硬而脆，含碳量2%的为钢。b．生铁无塑性，不易变形，无法进行加工，焊接性能差。c．碳素钢又称普通钢，含碳量越低，钢的韧性越大；含碳量越大，钢的硬度越大。典例精析[例1](2015·经典习题选萃)相对于纯金属制成的金属材料来说合金的优点是()①合金的硬度一般比它的各成分金属的大②一般合金的熔点比它的各成分金属的低③改变原料的配比，改变生成合金的条件，可得到具有不同性能的合金④合金比纯金属的导电性更强⑤合金比纯金属的应用范围更广泛A．①②③⑤B．②③④C．①②④D．①②④⑤【解析】合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面优于各成分金属。例如，合金的硬度一般比它的各成分金属的硬度大，多数合金的熔点比它的各成分金属的熔点低。合金的导电性比纯金属弱。【答案】A跟踪练习1．(2015·新题调研)现代建筑的门窗框架，常用电解加工成古铜色的硬铝。取硬铝样品进行如下实验：样品――→过量盐酸气体溶液不溶物Ⅰ――→过量NaOH溶液气体溶液不溶物Ⅱ――→过量盐酸部分溶解(硅可与氢氧化钠溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑)由此推知硬铝的组成是()A．Al、Mg、Si、ZnB．Al、Cu、Mg、SiC．Al、Fe、C、CuD．Al、Si、Zn、Na【答案】B知识点二正确选用金属材料细解教材1．金属材料的特点与类型(1)特点：一般具有高强度、优良的塑性和韧性，耐热、耐寒，可铸造、锻造、冲压和焊接，还有良好的导电性、导热性。(2)分类组成成分纯金属合金冶金工业黑色金属——铁、铬、锰及其合金有色金属——除铁、铬、锰以外的材料及其合金2．正确使用金属材料(1)选择金属材料应考虑的因素①主要用途：材料的用途与材料的性能有很密切的关系。②外观：不仅要材料本身外观美，还要使材料的外观与周边环境相协调。③物理性质：物理性质包括密度、硬度、强度、伸缩性、导电导热性、被水浸润性等。④化学性质：化学性质主要包括在空气、水、阳光、酸、碱、盐等的环境里的化学稳定性。这些性质会影响到材料的使用寿命。⑤价格：考虑价格时要把对材料的基本需求和材料的基本性能放在前面。⑥加工难度：考虑加工难度时要将材料的性质与加工的技术、设备相结合。⑦日常维护：金属材料耐腐蚀性相对较弱，在选金属材料时必须要考虑到使用后的日常维护问题。⑧对环境的影响：一是要考虑到在使用材料的过程中，它的反光性、放射性、产生的噪音等对环境的不利影响；二是要考虑到材料的废弃物对环境有哪些不利影响。要尽量做到避免有关的不利影响。(2)正确使用金属材料在使用金属材料时，除注意选择的因素外，还要考虑防止和减缓金属材料的腐蚀。(3)用途广泛的稀土金属稀土元素包括原子序数从57～71(从镧到镥，称为镧系元素)的15种元素以及钪和钇，共有17种元素。稀土元素能与其他元素组成品种繁多、功能千变万化、用途各异的新型材料。如在合金中加入适量稀土金属就会大大改善合金的性能。被称为“冶金工业的维生素”；稀土金属可以制造引火合金、永磁材料、超导材料和纳米材料等等。特别提醒某种金属能否成为一种应用广泛的材料，往往要考虑下列因素：储量是否丰富，开采、冶炼难易程度和成本，金属的物理、化学或机械性能是否优良，是否可回收利用等。典例精析[例2]某合金与铁的物理性质的比较如下表所示：已知该合金耐腐蚀，强度大。从以上性能看，该合金不适合作()A．导线B．门窗框C．炉具D．飞机外壳【解析】从表格中总结，该合金具有密度小、机械性能好的特点，所以适合作飞机外壳、门窗框。由于熔点较高，所以适合作炉具。但是导电性不好，所以不适宜作导线。【答案】A【点拨】物质的性质决定物质的用途。从表中数据对比知某合金导电性与铁相差较大，不适合作导线。跟踪练习2．铝镁合金坚硬、轻巧、美观、洁净，易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等，下列与这些用途无关的性质是()A．不易生锈B．导电性好C．密度小D．强度高【解析】合金材料在日常生活中使用很广泛，铝镁合金在家居装潢中经常会用到。铝镁合金强度高，制成窗框、卷帘门、防护栏等坚硬牢固；密度小，同体积下比较轻，方便运输、搬运；不容易生锈，制成的装潢材料经久耐用；只有导电性与这方面的用途无关。【答案】B【点拨】物质的用途反映性质，而导电性与制作窗框、卷帘门、防护栏等无关。知识点三有关合金的计算细解教材合金与酸反应的计算——平均二价相对原子质量法平均二价相对原子质量法是指在特定的反应中，把金属或金属混合物均看为正二价，则其相对原子质量相应改变，如：1．一价金属Na、K等看成二价时，其相对原子质量分别为46、78。2．三价金属Al等看成二价时，其相对原子质量为18。3．实际价态为正二价的金属相对原子质量不变。典例精析[例3]某合金粉末11g，加入到足量的稀硫酸中，在标准状况下产生的气体体积为11.2L，此合金可能是()A．Mg、Al合金B．Cu、Zn合金C．Zn、Fe合金D．Mg、Zn合金【解析】设混合物的平均摩尔质量为M－，化合价为＋2，则：M＋2H＋===M2＋＋H2↑122.411M－11.2M－＝22g·mol－1则＋2价金属的摩尔质量：Mg—24、Al—18×23×27、Zn—65、Fe—56、Cu不反应其摩尔质量比M－大，只有假设的＋2价Al的摩尔质量小于22，故选A。【答案】A【点拨】解决此类习题规律性较强。一般方法是：设出该混合物的平均摩尔质量及对应的化合价，通过化学方程式，利用其他已知量求出在此化合价下的平均摩尔质量，平均摩尔质量在两物质(多种物质)摩尔质量之间即为答案。但要注意两点：(1)不与所给物质反应的物质的摩尔质量看作大于平均摩尔质量；(2)根据化合价换算对应的摩尔质量，如＋1价Na换成＋2价时，摩尔质量为23g·mol－1×2＝46g·mol－1。跟踪练习3．(2015·新题调研)有一镁铝合金共21g，把其加入到1L5mol·L－1的盐酸中，共收集到标准状况下的气体22.4L。(1)关于合金的下列说法正确的有________。a．合金只能由两种或两种以上的金属组成b．合金的硬度一般比其组成成分金属的硬度大c．镁铝熔成合金的过程是一个化学过程d．合金的熔点一般比其组成成分的熔点低e．合金具备金属的特性(2)该合金中镁铝的质量分别为________、________。(3)反应中共消耗5mol·L－1的盐酸________L。(4)向