9.3 金属材料的性能及应用 学案（含答案） 2023-2024学年高一化学苏教版（2020）必修第二册

9.3金属材料的性能及应用
【学习目标】
1.了解常见的金属材料,认识金属材料组成、性能与应用的联系,强化性能决定用途的观念。
2.能列举常见合金的组成和性能,能科学、合理地选择和使用金属材料,培养学生的科学态度和社会责任感。
【合作探究】
【学习情境】
嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆,成为人类首次在月球背面软着陆的探测器。玉兔二号月球车实现了对月球背面的巡视。月球在白天时的地面温度高达150度,而到了夜晚,温度又跌落到零下180度!嫦娥四号探测器、玉兔二号月球车均使用了大量合金材料,这些合金材料应具有哪些性质呢
任务1　金属材料的性能
【新知生成】
金属材料的力学性能:　　　　　　、　　　　、塑性等。
金属材料的物理性能:　　　　　　　、熔点、　　　　、　　　　等。
金属材料的化学性能:　　　　　、耐酸碱性等。
金属材料的工艺性能:　　　　　　、　　　　、切削加工性等。
【答案】延展性　硬度　密度　导电性　导热性　抗氧化性　可铸性　可锻性
【核心突破】
典例1　我国高铁、航空航天、手机制造等都已经跻身世界一流水平,根据下列材料回答问题。
应用 “复兴号” 高铁车轮 “鲲龙”水陆两 栖飞机零部件 华为折叠 手机屏幕
用到的材料 高速钢 钛合金、铝合金 聚酰亚胺塑料
　　(1)上述材料中属于有机合成材料的是　　　　,属于金属材料的是　　　　(写一种即可)。
(2)飞机外壳用钛合金、铝合金的优点是
　　　　　　　　。
(3)在对高铁钢轨中的缝隙进行焊接时,常用铝和氧化铁在高温条件下反应生成熔融状态下的铁和另一种氧化物。写出该反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　,基本反应类型是　　　　。
【答案】(1)聚酰亚胺塑料　高速钢(或钛合金或铝合金)　(2)耐腐蚀、轻、硬度大等　(3)2Al+Fe2O32Fe+Al2O3　置换反应
【归纳总结】
金属材料的性能
1.机械性能
金属在一定温度条件下承受外力(载荷)作用时,抵抗变形和断裂的能力称为金属材料的机械性能(也称为力学性能)。金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据。常用的机械性能包括:强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。
2.化学性能
金属与其他物质引起化学反应的特性称为金属的化学性能。在实际应用中主要考虑金属的抗蚀性、抗氧化性以及不同金属之间、金属与非金属之间形成的化合物对机械性能的影响等等。
3.物理性能
金属的物理性能主要考虑:(1)密度;(2)熔点;(3)热膨胀性;(4)磁性;(5)电学性能。
4.工艺性能
金属对各种加工工艺方法所表现出来的适应性称为工艺性能,主要包括:(1)切削加工性能;(2)可锻性;(3)可铸性;(4)可焊性。
训练1　下列关于金属材料用途的说法中正确的是(　　)。
A.铅的密度比铁大,用铅制作菜刀、锤子会比铁好
B.银的导电性比铜好,所以通常用银制作电线
C.储氢合金的开发利用是利用氢能的重要环节
D.焊锡和铝熔点较低,都可用于焊接各种金属
【答案】C
【解析】铅是重金属,有毒,不能用作菜刀,硬度小,不适合制作锤子;银的导电性虽好但价格高,从资源和价格考虑不用银制作电线;铝熔点高,不能用于焊接金属,A、B、D三项不正确。氢能是最理想的清洁能源,储存氢气是利用氢能的重要环节,C项正确。
任务2　合金及其应用
【新知生成】
一、合金的概念
由两种或两种以上的金属与　　　　　　　　(或金属与　　　　　　　　)熔合而成的具有　　　　特性的物质。
二、合金的特性
1.合金的硬度一般都比组成它的纯金属　　　　　。
2.合金的熔点　　　　　组成它的任何一种组分金属。
3.合金的导电性和导热性一般　　　　　　　任一组分金属。
【答案】金属　非金属　金属　大　低于　低于
【核心突破】
典例2　某合金与铁的物理性质的比较如表所示:
熔点/℃ 密度/(g·cm-3) 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
已知该合金耐腐蚀、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
【解析】该合金熔点远高于铁,因此可用于作炉具;其密度小,质量轻,可用于作飞机外壳;该合金的硬度大于铁,可作门窗框;铁的导电性一般,不可用作导线,而此合金的导电性更差,因此不适合作导线。
【归纳总结】
几种常见合金
不锈钢:由铁、铬、镍组成,具有抗腐蚀性,用于门窗、炊具、医疗器械、手表等。
碳素钢:由铁和碳组成,质地坚硬,用于机器零件、建材、铁轨、桥梁、船体等。
硬铝:由铝、铜、镁、硅组成,具有质轻、强度好、硬度好等特性,用于火箭、飞机轮船、高压锅等。
焊锡:由锡和铅组成,熔点低,用于焊接金属。
武德合金:由铋、铅、锡、镉组成,具有熔点低、质软的特性,用于制作保险丝、防火防爆装置。
黄铜:由铜和锌组成,强度好、易加工、耐腐蚀,用于制造机器零件和日用品。
青铜:由铜和锡组成,易加工、耐腐蚀,用于机器零件、齿轮的制造。
K金:由黄金、银、铜组成,光泽好、易加工、耐磨,一般用作装饰品、金币和电子元件。(K表示金的纯度,24K:金的纯度为99.99%,18K:金的纯度为75%)
训练2　我国“蛟龙”号载人潜水器已成功下潜至海中7062.68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
【答案】D
【解析】合金含有两种或者两种以上元素,不是单质,A项错误;合金熔点一般比其组分中任一金属的熔点低,B项错误;合金硬度一般比其组分中任一金属的硬度大,C项错误;青铜、合金钢和硬铝都是合金,D项正确。
【课堂小结】
【随堂检测】
1.化学与生产、生活密切相关,下列说法错误的是(　　)。
A.“超级钢”属于合金
B.合金的熔点比各成分金属的高
C.储氢金属可用于解决氢能储存和运输难题
D.不锈钢在大气中比较稳定,不容易生锈,有很强的抗腐蚀性能
【答案】B
【解析】钢为铁的合金,则“超级钢”属于合金,A项正确;合金熔点低,则合金的熔点比各成分金属的低,B项错误;氢气为气体,不易储存和运输,则储氢金属可用于解决氢能储存和运输难题,C项正确;不锈钢是以铁、铬为主,再添加如镍、锰、钼等元素冶炼而成的合金,从而性能高,在大气中比较稳定,不容易生锈,有很强的抗腐蚀性能,D项正确。
2.2021年3月1日,东方航空公司与中国商飞公司在上海正式签署了C919购机合同。东航将成为全球首家运营C919大型客机的航空公司。大飞机C919其主结构材料大量使用了铝锂合金,铝锂合金的优点是(　　)。
A.高强度、导热性 B.低密度、高强度
C.低密度、导电性 D.导热性、导电性
【答案】B
3.钠钾合金可在核反应堆中用作热交换液。取5.05 g 钠-钾合金溶于200 mL水生成0.075 mol H2。则该钠-钾合金的化学组成为(　　)。
A.NaK B.Na2K C.NaK2 D.NaK3
【答案】C
【解析】钠钾和水反应生成氢气,反应关系分别为2Na~H2、2K~H2,设钠钾合金中Na、K的物质的量分别为x mol、y mol,则有x+y=0.075×2、23x+39y=5.05,解得x=0.05、y=0.1;x∶y=1∶2;
4.合金是两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。回答下列问题:
(1)下列物质不属于合金的是　　　　(填字母,下同)。
A.明矾 B.硬铝 C.生铁 D.青铜
(2)根据下表中四种金属的熔、沸点:
金属 Na Cu Al Fe
熔点/℃ 97.8 1083 660 1535
沸点/℃ 883 2567 2467 2750
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
(3)镁、铝合金与盐酸完全反应后,加入过量的氢氧化钠溶液,最后的结果是　　　　。
A.没有沉淀物生成
B.只有氢氧化铝沉淀生成
C.只有氢氧化镁沉淀生成
D.有氢氧化铝和氢氧化镁沉淀生成
【答案】(1)A　(2)B　(3)C
【解析】(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。(3)Mg、Al都与盐酸反应,Mg(OH)2不溶于NaOH溶液,而Al(OH)3溶于NaOH溶液生成NaAlO2和H2O。
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