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第二节 金属材料
第一课时 铁合金 铝合金
第三章 铁 金属材料
【课堂引入】生活中的金属材料
金属材料包括纯金属和他们的合金
合金
合金是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。
合金中一定含有金属元素,可能含有非金属元素
1.定义
并非简单混合而成,若熔沸点相差大则不能熔合成合金
具有金属光泽、良好的导电性、导热性和延展性等
合金
硬度大、熔点低、耐磨、耐腐蚀等。
2.性质
合金的硬度一般比组成它的纯金属大
多数合金的熔点低于组成它的成分金属
合金的化学性质与组成合金的各成分金属的化学性质相似
1、合金
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
【思考】从组成金属和合金的原子排列出发,思考为什么合金的硬度比其成分金属的大,熔点比其成分金属低?
微观结构
宏观性质
决定
决定
用途
硬度较小
硬度较大
二、铁合金
生铁
钢
铁合金
含碳量不同
含碳量在2%~4.3%之间
含碳量在0.03%~2%之间
硬度大、抗压、性脆、可以铸造成型,是制作机座、管道的重要材料
延展性和机械性能好,可以锻轧和铸造,广泛用于制造机械和交通工具
用量最大、用途最广的合金
二、铁合金
碳素钢
含碳量不同
高碳钢
>0.6%
中碳钢
0.3%~0.6%
低碳钢
<0.3%
韧性好、焊接性好、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
合金钢
钢
按其化学成分
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。
(特种钢)
二、铁合金
最常见一种的合金钢
不锈钢
主要是铬 (Cr)和镍 (Ni )
合金元素:
性能:
在大气中比较稳定,不容易生锈,具有 很强的抗腐蚀能力。
用途:
生活中常见的医疗器材、厨房用具和餐具等,很多都是用不锈钢制造的;有些地铁列车的车体材质也是不锈钢。
【学习任务二】铁合金
超级钢
2017年8月24日,我国宣布已经成功完成某种性能优异的超级钢的研制。我国研制的这种超级钢具有优异的强度和延展性的结合。这种超级钢中含Mn 10%、C 0.47%、Al 2%、V 0.7%,这种合金配方低廉,强度很大。
可运用于汽车、航空和航天等领域的轻量化发展,不仅可以节约材料,还可以降低能源消耗和减少环境污染等。
钢的含碳量越低,韧性越好,硬度越低;含碳量越高,韧性越差,硬度越大。
(1)合金一定是不同金属熔合而成的具有金属特性的化合物( )
(2)生铁的熔点比纯铁低,但机械强度和硬度比纯铁高( )
(3)铁、铬、镍熔合成不锈钢是化学变化( )
(4)生铁中的铁与纯铁的化学性质不同( )
(5)地震灾区重建要使用大量钢材,钢材是合金( )
×
√
1.判断正误
√
×
×
学习评价1
2.根据下表数据判断,能否制得Cu-Na合金
金属 Na K Al Cu Fe
熔点/℃ 97.5 63.6 660 1083 1535
沸点/℃ 883 774 2467 2567 2750
不能。
纯铝的硬度和强度较小,不适合制造机器零件等。
铝合金的性质及用途:铝合金具有密度小、强度高、塑性好、易于成型、制造工艺简单、成本低廉等特点。主要用于建筑业、容器制造、交通运输及电子行业。是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
铝合金
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。
新型合金
储氢合金
钛合金
耐热合金
形状记忆合金
储氢合金
①解决了以往用钢瓶储存和运输过程中的不方便和不安全的问题。
1.定义
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.要求
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,
如Ti-Fe合金和La-Ni合金等。
3.意义
②为氢气作为能源的实际应用起到了重要的推动作用。
储氢合金
新型合金
我国“蛟龙”号载人潜水器最关键的部件——供人活动的耐压球壳是用钛合金制造的
钛合金
新型合金
耐热合金
喷气式飞机的发动机叶片是由镍、铁、碳和钴组成的镍钴合金制造的,能承受1100℃的高温。
记忆合金
铝是非常活泼的金属,可生活中我们却可见到很多铝制品,这是为什么?
铝制电线
易拉罐
铝制餐具
铝合金门窗
铝表面会与空气中氧气生成一层致密的氧化铝薄膜,保护内部金属。
4Al+3O2 ===2Al2O3
铝和铝合金
感受铝的氧化膜的存在
实验3-4探究Al、Al2O3和盐酸反应
实验操作
实验现象
实验原理
铝片逐渐溶解,一段时间后产生气泡,试管壁发热;将点燃的木条放在试管口,观察到淡蓝色火焰,爆鸣声。
Al2O3+6H+===2Al3++3H2O,
2Al+6H+ ===2Al3++3H2↑
实验3-5探究Al、Al2O3和NaOH溶液反应
实验操作
实验现象
实验原理 开始没有气泡,一段时间后才产生气泡,铝片逐渐溶解,将点燃的木条放在试管口有爆鸣声。
Al2O3+2OH- ===2AlO2-+H2O
立即产生大量气泡,铝片逐渐溶解,将点燃的木条放在试管口有爆鸣声。
两支试管均放出H2,铝、氧化铝均能与NaOH溶液反应。
2H2O +2Al+ 2OH- === 2AlO2- +3H2↑
两性氧化物
与碱溶液反应生成盐和水
与酸溶液反应生成盐和水
两性
氧化物
Al2O3
Al2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 + H2O
Al2O3 + 6HCl 2AlCl3 + 3H2O
【思考】为什么铝制品餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性、碱性的食物?
既能与酸反应生成盐和水,又能与碱反应生成盐和水的氧化物,叫做两性氧化物。
资料卡片
科学研究发现,老年性痴呆症与铝有密切关系。同时还发现,铝对人体的脑、心、肝、肾功能都有损害。因此,世界卫生组织于1989年正式将铝确定为食品污染物而加以控制。提出成年人每天允许铝摄入量为36 mg。如经常吃油条等油炸食品,喝铝罐装饮料等,或是经常食用铝制炊具炒出的饭菜,都会使人的摄铝量增加,从而影响脑细胞功能,导致记忆力下降,思维能力迟钝。
老年痴呆阿莫兹海默病
实验操作 实验现象 实验原理
白色胶状物质逐渐减少,最终完全溶解。
白色胶状物质逐渐减少,最终完全溶解。
Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O
Al(OH)3 + 3H+ = Al3+ + 3H2O
Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O
Al(OH)3 + OH- = AlO2- + 2H2O
补充实验探究Al(OH)3与盐酸、NaOH溶液反应
两性氢氧化物
与碱溶液反应生成盐和水
与酸溶液反应生成盐和水
两性
氢氧化物
Al(OH)3
Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O
Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O
既能与酸反应生成盐和水,又能与碱反应生成盐和水的氢氧化物,叫做两性氢氧化物。
Al(OH)3易溶于强碱,难溶于弱碱------氨水。
【总结】铝、氧化铝、氢氧化铝与酸或碱的反应
1. 铝
2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
2. 氧化铝(两性氧化物)
Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O
Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O
3. 氢氧化铝(两性氢氧化物)
Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O
Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O
1.如何除去镁粉中的铝粉
___________________________________________________
提示将样品加入足量的NaOH溶液,然后过滤、洗涤、干燥。
A
3. 下列物质中,既能与盐酸反应,又能与NaOH溶液反应的是( )
①NaHCO3 ②Al ③Al2O3 ④Na2CO3 ⑤(NH4)2SO3
A. ①②③⑤ B. ②③④ C. ①③④⑤ D. ①②④
4. 向一个铝制易拉罐中充满CO2,然后往罐中注入足量的NaOH溶液,立即用胶布封住罐口,一会儿就听到罐内“咔咔”地响,发现易拉罐变瘪,再过一会儿易拉罐又鼓起老了。
(1)易拉罐变瘪的原因是 ,反应的离子方程式是 。
(2)易拉罐又鼓起来的原因是 ,
反应的离子方程式是 、
。
NaOH溶液与CO2气体发生反应,导致易拉罐内压强变小
CO2 + 2OH- = CO32- + H2O
Al表面的氧化膜溶解后,Al与NaOH溶液反应产生H2
2Al + 2OH- + 2H2O = 2AlO2- + 3H2↑
Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O
易拉罐内压强又变大。
A
5. 用铁、铝的混合物进行如下实验:
(1)操作X的名称是________。
(2)气体A是________。
(3)A与Cl2混合光照可能发生爆炸,生成________(填化学式),A在该反应中作为__________(填“氧化剂”或“还原剂”)。
(4)溶液B中阴离子除OH-外还有________,溶液D中存在的金属离子为________。
过滤
H2
HCl
还原剂
AlO2-
Fe2+
5. 将一定质量的Mg、Al合金投入500 mL稀硫酸中,固体全部溶解并产生气体。待反应完全后,向所得溶液中加入NaOH溶液,生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液的体积关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.Mg和Al的总质量为8 g
B.硫酸的物质的量浓度为5 mol/L
C.NaOH溶液的物质的量浓度为5 mol/L
D.生成的H2在标准状况下的体积为11.2L
C
1.下列关于铝的说法中,正确的是 ( )。
A.铝的化学性质不活泼 B.铝不与酸、碱反应
C.常温下铝不与氧气反应 D.铝表面容易生成一层致密的氧化铝保护膜
学习评价2
C
2.向一个铝质易拉罐中充满CO2,然后往罐中注人足量的浓NaOH溶液,立即用胶布封严罐口。一会儿听到罐内发出 “咔、咔”的响声,且易拉罐变瘪;再过一会儿易拉罐又鼓起来恢复原样。请完成下列空白。
(1)易拉罐变瘪的原因________________________________________________ ,反应的离子方程式为______________________________。
(2)易拉罐又鼓原因是___________________________________________________,反应的离子方程式为_______________________________________。
CO2和NaOH溶液反应,导致易拉罐内压强变小
CO2+2OH- = CO32-+H2O
2Al+2OH-+2H2O===2AlO2-+3H2↑
Al和NaOH溶液反应产生H2,导致易拉罐内压强又变大
1.我国“蛟龙”号载人潜水器已成功下潜至海中7 062.68米处。“蛟龙”号载人潜水器的外壳是耐超高压的钛合金,下面有关合金的说法正确的是( )
A.钛合金是一种新型金属单质
B.钛合金熔点比钛金属高
C.钛合金的硬度与钛单质相同
D.青铜、合金钢和硬铝都是合金
D
D
2.下列关于合金的说法中,正确的是A.合金的硬度一般比其各成分金属的硬度高,熔点一定比其各成分金属的熔点低B.合金的物理性质一般与其各成分金属的物理性质相同C.生铁的含碳量为0.03%~2%D.目前世界上用途最广、使用量最大的合金是钢
3.下列不属于新型合金材料的是( )
A.储氢合金
B.形状记忆合金
C.不锈钢
D.镍钴耐热合金
C
01
02
03
04
合金
铁合金
铝合金
新型合金