3.3 用途广泛的金属材料
【学习目标】
1、了解合金的定义及一般性质；
2、了解铜合金、铝合金、铁合金等金属材料的基础知识；
3、学会正确选用金属材料。
【要点梳理】
要点一、常见合金的重要应用
用途广泛的金属材料#认识合金】
1．合金及其性质。
合金定义：由两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合在一起形成的具有金属特性的物质。合金属于混合物，如：黄铜、青铜、钢、生铁、钠钾合金等。
合金的性质特点：一般说来，合金的熔点比其成分金属都低，而在硬度、韧性等方面却往往有其成分金属所不具有的独特性质。如：纯铁的硬度很小而钢的硬度较大。
用途广泛的金属材料#使用合金】
2．常见合金的比较。
（1）铁合金（钢）
钢
主要成分元素
主要特征
主要用途
碳
素
钢
低碳钢
Fe、C（低于0.3%）
韧性、焊接性好，强度低
制钢板、钢丝、钢管等
中碳钢
Fe、C（0.3%～0.6%）
强度高、韧性及加工性好
制钢轨、车轮和建材等
高碳钢
Fe、C（高于0.6%）
硬而脆，热处理后弹性好
制器械、弹簧、刀具等
合
金
钢
锰钢
Fe、Mn
韧性好，强度大
钢轨、轴承、坦克装甲等
硅钢
Fe、Si
导磁性好
变压器、发电机和电动机中的铁芯等
不锈钢
Fe、Cr、Ni
抗腐蚀性好
医疗器械、炊具、反应釜、容器等
（2）铝合金
成分元素
主要特性
主要用途
Al、Mg、Cu、Si等
密度小，强度大
用于汽车、飞机、火箭、船舶制造等
（3）铜合金
铜合金
成分金属
性能及用途
青铜
Cu、Sn、Pb
硬而脆，强度大，古人用来制刀具、祭器、酒具等
黄铜
Cu、Zn、少量Sn、Pb、Al等
硬度较青铜差，耐磨、耐腐蚀，可塑性强，主要用作饰品、制耐压设备等
白铜
Cu、Ni、Zn、少量的Mn
常用作酒具、饰品等
（4）新型合金
新型合金包括储氢合金、钛合金、耐热合金和形状记忆合金等。 氢能的利用存在两大难题：制取和储存。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。具有实用价值的储氢合金要求：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。
要点二、正确选用金属材料
1．选择材料应注意的问题。
某种金属能不能成为一种应用广泛的材料主要取决于该金属的储量、冶炼成本、市场价格以及所具有的性能和是否易于加工等。
选择金属材料时，除了要考虑金属的用途、外观和价格外，还要考虑金属的物理性质和化学性质。
（1）物理性质：密度、硬度、强度、导电性和导热性等，这些性质决定金属材料的加工难易程度。
（2）化学性质：对水的作用、耐腐蚀性等，这些性质决定金属材料的日常维护和环境对其的影响。
2．金属的回收和资源保护。
（1）废旧金属的最好处理方法是回收利用。
（2）回收利用废旧金属的意义是减少垃圾量，防止污染环境且缓解资源短缺的矛盾。
要点诠释：金属材料的基本元素是金属，因此可笼统说金属材料具有高强度、优良的可塑性和韧性，耐热、耐寒，可铸造、锻造、冲压和焊接，还有良好的导电性、导热性和铁磁性。因此是一切工业和现代科学技术中最重要的材料。
【典型例题】
类型一：合金的概念及其性质
例1 制取合金常用的方法是将两种或两种以上的金属（或金属与非金属）加热到某一温度。使其全部熔化，再冷却成为合金。根据表中数据判断（其他条件均满足），下列合金不宜采用这种方法制取的是（ ）。
金属
Na
Mg
Al
Fe
熔点／℃
97.5
649
660
1535
沸点／℃
883
1090
2467
2750
A．Fe—Al合金 B．Na—Al合金 C．Mg—Fe合金 D．Mg—Al合金
【答案】C
【解析】由题意知，C项的合金不宜采用题给方法制取，原因是镁的沸点（1090℃）比铁的熔点（1535℃）低，当温度升高到大于1090℃而小于1535℃时，镁已经变成气体逸散，而铁还没有熔化。
【总结升华】涉及合金的知识还可以有合金的概念、常见合金的种类、熔点比较、硬度比较。
举一反三：
【变式1】合金有许多特点，如Na—K合金为液体，而Na和K的单质均为固体。据此试推测生铁、纯铁、碳三种物质中，熔点最低的是（ ）。
A．纯铁 B．生铁 C．碳 D．无法确定
【答案】B
【变式2】有关合金的性质叙述不正确的是
A、合金的熔点比它的各成分的熔点低
B、合金一定是金属熔合而成
C、合金的硬度和强度一般比纯金属高
D、硬铝、黄铜、钢均为合金
【答案】B
类型二：关于铁合金
例2 取3.00 g某钢样粉末放在O2气流中充分灼烧后，将得到的气体通到足量含140Ba(OH)2的溶液中，得到了0.50 g沉淀。
（1）写出下列反应的化学方程式。
①Fe和O2点燃：________________；
②产生的气体通入140Ba(OH)2溶液：________________。
（2）钢样中碳的质量分数是________。
【答案】（1）①3Fe+2O2Fe3O4 ②CO2+140Ba(OH)2==140BaCO3↓+H2O （2）1.0％
【解析】钢是除去S、P等杂质后的Fe—C合金，所以将钢样粉末放在O2气流中灼烧时，Fe、C分别与O2反应生成Fe3O4和CO2。CO2通入140Ba(OH)2溶液中得到140BaCO3沉淀，根据40BaCO3的质量求出n (CO2)，利用原子守恒，钢样中n (C)=n (CO2)，从而求出碳的质量分数。
【总结升华】在计算中要注意使用守恒法使解题灵活快捷。
举一反三：
【变式1】将一块低碳钢放入装有足量盐酸的烧杯中，充分反应后烧杯中剩下的固体物质是（ ）。
A．HCl B．FeCl2 C．C D．Fe
【答案】C
类型三：正确选用金属材料
例3 根据你的生活经验和下表所提供的信息，分析并回答下列问题。
物理性质
物理性质比较
导电性
（以银为100）
银 铜 金 铝 锌 铁 铅
100 99 74 61 27 17 7.9
密度
（g／cm3）
金 铅 银 铜 铁 锌 铝
19.3 11.3 10.5 8.92 7.86 7.14 2.70
熔点
（℃）
钨 铁 铜 金 银 铝 锡
3410 1535 1083 1064 962 660 232
硬度
（以金刚石为10）
铬 铁 银 铜 金 铝 铅
9 4～5 2.5～4 2.5～3 2.5～3 2～2.9 1.5
（1）为什么菜刀、锤子等通常用铁制而不用铅制？
（2）银的导电性比铜好，为什么导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？
【答案】（1）因为铁的硬度比铅大，且铅有毒。故常用铁而不用铅做菜刀、锤子。
（2）银和铜导电性相近，但银比铜贵得多，且电线用量大，所以用铜不用银。
（3）因为钨的熔点高（3410℃），而锡的熔点（232℃）太低，通电时锡就熔化了。所以用钨丝而不用锡丝做灯泡的灯丝。
【解析】在确定金属的用途时，要考虑其硬度、熔点、导电性等多种性质，有时还要考虑价格、资源、是否便利、是否有毒、是否利于回收等因素。正确解答本题还要会读题，充分利用题中所给信息进行比较解题。
【总结升华】化学是来源于生活同时又服务于生活的一门学科。通过金属性质的学习，进一步了解金属在实际生活中的运用。
举一反三：
【变式1】用于飞机制造业的重要材料是
A、镁铝合金
B、铜锡合金
C、铝硅合金
D、不锈钢
【答案】A
【变式2】某合金与铁的物理性质的比较如下表所示：
熔点（℃）
密度（g／cm3）
硬度（金刚石为10）
导电性（银为100）
某合金
2500
3.00
7.4
2.3
铁
1535
7.86
4.5
17
还知该合金耐腐蚀，强度大。从以上性能看，该合金不适合做（ ）。
A．导线 B．门窗框 C．炉具 D．飞机外壳
【答案】A
3.3 用途广泛的金属材料
教学目标
1.以钢铁、铜合金为例，认识合金的性能及合金材料在生活中的应用.
2.学会正确选用金属材料的方法。
3..通过介绍金属材料的发展历史、重要作用和面临的挑战，激发学生的爱国热情和社会责任感，提高求知欲。
教学重点、难点
重点：1．合金的特性
2．合金材料的应用与材料的选择
难点：金属材料的选择
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
新课导入
从材料的发展史和今天的高科技材料简介导入
新知
学
习
知识回顾
金属材料包括哪些？
什么是合金？合金有哪些特性？
学习交流
试列举我们生活周围的用品有哪些是金属材料制成的。在这些材料中哪些是金属？哪些是合金？
知识导入
一．常见合金的重要应用
合金的特性
阅读：教材P55
归纳整理
（1）合金的熔点比它的各成分金属的熔点都低
（2）合金的硬度和强度比纯金属的大，合金的密度较小
（3）合金具有不同成分金属的特殊化学性能和机械性能
学习交流
硬铝是Al、Cu、Mg、Si的合金，它可以用来作制造飞机的材料，与同学交流一下，这种合金的最大优势是什么？它的主要成分是Al，为什么不可以直接用Al来制造飞机？
过渡
合金材料分为黑色金属材料和有色金属材料，其中钢铁是最重要的黑色金属材料，而铜合金是人类使用最早的有色金属。
知识导入
1．铜合金
学习探究
（1）人类对金属认识的早晚与该金属的性质有什么关系？
（2）铜合金的种类有哪些？
阅读：教材P55—56
学习交流
列举铜合金在我们身边有哪些应用？
知识导入
2．钢
复习回顾
钢和铁有什么区别? 铁是如何炼成钢的？
阅读：教材P56
归纳整理
学习探究
合金的性质与成分有什么关系？合金中元素含量的多少对合金的性质有何影响？
结合铁合金的组成和性能讨论回答
知识导入
3．铝合金
学习交流
说说你所知道的铝合金有哪些用途？有哪些优良的性能？
思考交流
铝合金的用途非常广泛，但人类用铝的历史却很晚，为什么？
应用
实践
铝制器具不能用来盛放醋、酸梅汤和碱水等物质。如果盛放这些物质的话，铝制器具就容易被腐蚀。请你尝试分析其中所发生的化学反应并写出有关化学反应方程式。
知识导入
4．金和银
学习交流
金、银、铜、铁、锡合称“五金”，而金、银、铜则更是金属家族中的贵族，它们曾做过货币，又被制作成高贵的装饰品，同时，金牌、银牌、铜牌又是对胜利者的奖赏。试分析它们受宠的理由。
应用
实践
用铜锌合金制成的假金元宝欺骗行人的事件屡有发生。不能用于区别其真伪的方法是（ ）
Ａ．测定密度 Ｂ．放入硝酸中 Ｃ．放入盐酸中 Ｄ．观察外观
知识导入
正确选用金属材料
活动天地
指导学生带着“如何选用材料”的任务，采取小组合作的方式进行市场调查，同时完成教材提供的“实践活动”任务。
归纳整理
由各小组选出代表在全班交流自己的实践体会，上一次汇报课。总结选择材料时需要考虑的几个方面。
板书设计
常见合金的重要应用
钢
碳素钢
合金钢
低碳钢
中碳钢
高碳钢
组成
元素
含碳量
性能
用途
合金的特性 ：（1）硬度
（2）熔点
铜合金
青铜：Cu Sn Pb
黄铜：Cu Zn Sn Pb Al
白铜：Cu Ni Zn Mn
钢
碳素钢
钢 合金钢
铁合金
生铁
二．正确选用金属材料
3.3用途广泛的金属材料
[随堂基础巩固]
1．在生活、生产中，目前用量最大、用途最广的合金是( )
A．钛合金 B．铜
C．钢 D．硬铝
解析：目前在生产、生活中用量最大，用途最广的合金是钢。
答案：C
2．用于飞机制造业的重要材料是( )
A．Mg—Al合金 B．Cu—Sn合金
C．Al—Si合金 D．不锈钢
解析：制造飞机所用的材料强度越高、密度越小越好。铝的密度只有2.7 g/cm3，是典型的轻金属。铝合金轻而坚韧可作制造汽车、飞机、火箭的材料。
答案：A
3．下列合金抗腐蚀性能较好的是( )
A．铝合金 B．青铜
C．碳素铜 D．生铁
解析：铝合金由于表面上的氧化膜成为抗腐蚀性最好的合金。
答案：A
4．关于合金性质的说法中，错误的是( )
A．多数合金的硬度一般比其各成分金属的硬度高
B．多数合金的熔点一般比其各成分金属的熔点低
C．合金的物理性质一般与其各成分金属的物理性质不同
D．合金的化学性质一般与其各成分金属的化学性质不同
解析：合金改变了金属的物理性质，其化学性质仍是各成分金属的化学性质。
答案：D
5．汞合金是目前使用较多的补牙材料。英国《新科学家》杂志发表了一篇文章，对汞合金补牙材料的安全性提出了质疑。汞合金补牙材料中除了水银外，还含有锌、锡、铜等金属。下列有关汞合金的说法不正确的是( )
A．汞合金是一种具有金属特性的物质
B．汞合金的强度和硬度比锡的大
C．汞合金的熔点比汞的低
D．汞合金的毒性远低于汞的毒性
解析：合金是指由两种以上的金属与金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质，所以A正确；合金一般比各成分金属的强度和硬度都大，所以B正确；补牙的结果是得到强度较大的固体，所以汞合金应不是液态，即其熔点不会比汞的低，C不正确；而长期使用中未见中毒现象，说明它比汞的毒性要低。
答案：C
6．某课外活动小组将1.100 g碳素钢钢样在纯氧中完全燃烧，生成的CO2通入足量NaOH溶液中，NaOH溶液增重0.013 g。求此钢样中碳的质量分数，并判断这种钢是何种钢。
解析：钢样燃烧，C单质变为CO2，可被NaOH吸收。
C＋O2CO2,2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O；
故NaOH(aq)增加的质量就是生成的CO2的质量。则
C ～ CO2
12 44
m(C) 0.013 g
m(C)＝3.55×10－3g，w(C)＝0.32%，属于中碳钢。
答案：0.32 % 中碳钢
课件36张PPT。第三节 用途广泛的金属材料1．举例说明生活中经常使用的金属材料。
【答案】刀、铁锨、锁、电线、电缆、自行车、锅、保险丝、焊条、钢筋、剪刀、钉、易拉罐、金项链、发动机、硬币。温 故
2．什么是合金？你能区别纯金属与合金吗？
【答案】合金是指两种或两种以上的金属或金属和非金属熔合而成的具有金属特性的物质。生活中常见到的一般为合金而不是纯金属。1．形成合金的成分只能是金属吗？
【答案】不是。合金是两种或两种以上的金属或金属与非金属熔合而成的具有一定金属特性的物质。
2．合金通常比组成它的纯金属有哪些更优良的性质？
【答案】合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，有许多方面不同于各成分金属。如：合金的硬度一般比它的各成分金属的大，多数合金的熔点一般也比它的各成分金属的低。知 新1．合金概念：指_________________的金属或金属和非金属熔合而成的具有一定___________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________各成分金属，熔点________各成分金属。因使用不同的原料，改变原料的________，改变生成合金的________等，可以制得具有不同性能的合金。因此合金在工业上具有比纯金属更广泛的用途。互动探究常见的合金两种或两种以上 金属特性 大于 低于 配比 条件 3．铜合金、钢
(1)我国使用最早的合金是________。司母戊鼎是________制品，其成分为______________。常见的铜合金还有________(成分是__________________________)和________(成分是____________________)。
(2)用量最大、用途最广的合金是__________。钢分为________和________两大类。铜合金 青铜 铜、锡、铅 黄铜 铜、锌和少量的锡、铅、铝 白铜 铜、镍、锌、锰 钢 碳素钢 合金钢 探究1：常见的合金有哪些？有什么重要应用？
1．铜合金2.合金钢3.铝合金
4.钛合金
钛的合金具有密度小、强度高、耐腐蚀、耐高温等优点，主要用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船等领域。
点睛之笔：对合金的理解：
(1)合金中一定含有金属元素。
(2)合金中可能含有非金属元素。
(3)合金是混合物。
(4)合金同样具有金属的一切共性。 合金相对纯金属制成的金属材料来说优点是( )
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更低
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．①②③⑤ B．②③④
C．①②④ D．①②④⑤
【答案】A
【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，合金的硬度一般比各成分金属硬度大，多数合金的熔点一般比各成分金属的熔点低。 合金是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。
(1)下列物质不属于合金的是( )
A．明矾 B．硬铝 C．生铁 D．青铜
(2)根据下表中四种金属的熔点、沸点：
其中不能形成合金的是( )
①Cu与Na ②Fe与Cu ③Fe与Na ④Al与Na
A．①② B．①③ C．①④ D．②④【解析】根据题给合金的概念，不难判断出问题(1)的答案；对于问题(2)，要在充分理解合金概念中的“熔合”二字的基础上，认真分析表中的数据，从而得出正确的答案。(1)A属于化合物；硬铝中含铝、镁、硅等，生铁中主要含铁、碳，青铜中含有铜、锡，它们都属于合金。(2)当一种金属的熔点超过另一种金属的沸点时，它们就不可能熔合在一起而形成合金。
【答案】(1)A (2)B 钛和钛的合金被誉为“21世纪最有发展前景的金属材料”，它们具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、耐腐蚀等，尤其是钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”。根据它们的主要性能，下列用途不切合实际的是( )
A．用来做保险丝
B．用于制造航天飞机
C．用来制造人造骨
D．用于家庭装修，做钛合金装饰门
【答案】A
【解析】由于钛和钛的合金密度小、可塑性好，因此可用于航天领域，B正确；由于钛和钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”，可与人体的组织相容，不引起排异反应，因此可以用来制造人造骨，C正确；由于其密度小、可塑性好、易于加工，因此可用于家庭装修，做钛合金装饰门，D正确；只有A错误，由于其熔点高，不适合做保险丝。1．选择材料时常要考虑因素
①主要用途；②外观；③物理性质(如____________、________、________、________、________)；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。正确选用金属材料密度 硬度 强度 导电性 导热性 如对水的作用 耐腐蚀性 2．用途广泛的稀土金属
稀土元素是周期表中ⅢB族钪、钇和镧系元素的总称，包括原子序数________(从镧到镥，称为镧系元素)的15种元素以及________和________，共有________种元素，它们在科技、生产中有广泛的用途。57～71 钪 钇 17 探究2：如何正确选用金属材料？
一般来说，选择金属材料时，常常考虑以下几个方面：
(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：不仅材料本身要外观美，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：化学性质主要包括材料在空气、水、阳光、酸、碱、盐等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要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
①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。
②考虑材料的废弃物对环境有哪些不利影响，要尽量做到避免不利影响。
点睛之笔：(1)某种金属能不能成为一种应用广泛的材料，主要取决于该金属的储量、冶炼成本、市场价格以及所具有的性能和是否易于加工等。
(2)选择金属材料时，除了要考虑金属的用途、外观和价格外，还要考虑金属的物理性质和化学性质。 日常生活中常用铝制炊具，它质轻且坚固耐用，其中的原因是( )A．铝很不活泼，不易与其他物质反应
B．铝虽然很活泼，但是只有在高温下才能与其他物质反应
C．铝制品表面有一层致密的氧化物薄膜，起保护作用
D．铝制品表面镀有一层铜，可以保护铝制品
【答案】C
【解析】铝很活泼，常温下能与氧气反应生成一层致密坚硬的氧化物薄膜，能阻止内部铝继续被氧化，故铝有一定的抗腐蚀能力。 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
【答案】A
【解析】碲锌镉晶体是由Te、Zn、Cd按一定比例熔合而成的具有金属特性的合金，只要比例确定，其组成就固定，因而有固定的熔、沸点；合金具有比成分金属低的熔、沸点，高的硬度和强度。 根据你的生活经验和下表所提供的信息，分析并回答下列问题。(1)为什么菜刀、锤子等通常用铁制而不能铅制？
________________________________________________。
(2)银的导电性比铜好，为什么导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？
______________________________________________________________________________________________________。
【解析】在确定金属的用途时，要考虑其硬度、熔点、导电性等多种性质；有时还要考虑价格、资源、是否便利、是否有毒、是否利于回收等因素。正确解答本题还要会读题，要充分利用题中所给信息。
【答案】(1)因为铁的硬度比铅大，且铅有毒，故常用铁而不用铅制菜刀、锤子
(2)银和铜的导电性相近，但银比铜的价格贵得多，且电线用量大，所以用铜不用银
(3)因为钨的熔点高(3 410 ℃)，而锡的熔点(232 ℃)太低，通电时锡就熔化了，所以用钨丝而不用锡丝作灯泡的灯丝 已知某混合金属粉末中，除铝外还含有铁、铜中的一种或两种，所含金属的量都在5%以上。请设计合理实验，探究该混合金属粉末中铁、铜元素的存在。
仅限选择的仪器和试剂：烧杯、试管、玻璃棒、量筒、容量瓶、滴管、药匙；1 mol·L－1硫酸、2 mol·L－1硝酸、2 mol·L－1 NaOH溶液、20%KSCN溶液。创新探究完成以下实验探究过程：
(1)提出假设
假设1：该混合金属粉末中除铝外还含有________元素；
假设2：该混合金属粉末中除铝外还含有________元素。
(2)设计实验方案
假设该混合金属粉末中除铝外还含有Fe元素，设计实验方案。(3)实验过程
根据(2)的实验方案，叙述实验操作、预期现象和结论。答案：(1)Fe、Cu Cu(答案的顺序可交换)
(3)
