第三章 金属及其化合物
第三节 用途广泛的金属材料
1课时
新课标人教版高中化学课件系列
化学 必修1
在日常生产、生活和科学技术中,金属材料是非常重要的。我们周围的很多物品都中由金属材料制成的。
一、常见合金的重要应用
人类使用材料的进化顺序
材料的分类
石器时代
铜器时代
铁器时代
材 料
金属材料
非金属材料
合成高分子材料
智能材料
合金材料
纯金属
功能高
分子材料
分离膜
传感膜
热电膜
仿生材料
隐形材料
液晶材料
合成材料
一、常见合金的重要应用
学与问:
1. 初中曾学过有关合金的一些知识,你还记得什么是合金吗?合金有哪些优良的性质?
2. 你知道合金在生活中有哪些用途吗?举出一些例子。
一、常见合金的重要应用
学与问:
合金是由一种金属跟其他一种或几种金属(或金属跟非金属)一起熔合而成的具有金属特性的物质。合金属于混合物。
一、常见合金的重要应用
注意:
①合金中一定含有金属元素
②合金中也可能含有非金属元素
③合金一定是混合物
④合金中成分的含量影响合金的性质。
一、常见合金的重要应用
学与问:
合金具有许多优良的物理、化学或机械性能,在许多方面不同于各组分金属,例如,合金的硬度一般比它的各成分金属的大,合金的熔点比各成分的金属低。
一、常见合金的重要应用
学与问:
在工农业生产和日常生活中,我们很少使用纯金属,而主要使用合金,常见的合金有铜合金、铁合金和铝合金等。
一、常见合金的重要应用
镁铝合金制成的自行车
铝合金制成的车载桌
十二生肖兽首铜像—虎首
锰钢制成的钢轨
一、常见合金的重要应用
1、铜合金:我国使用最早的合金
白铜:主要含铜、镍和锌(少量锰) ,它不容易生铜绿,常用于制造精密仪器和装饰品。
青铜:主要含铜、锡和铅,有良好的强度和塑性、耐磨、耐腐蚀,主要用于制造机器零件如轴承、齿轮等。
黄铜:主要含铜和锌(少量锡、铅、铝),有良好的强度和塑性、易加工、耐腐蚀,主要用于制造机器零件、仪表和日用品。
锰铜:铜锰合金,具有极高的电阻。
司母戊鼎
一、常见合金的重要应用
黄铜(Cu~Zn,Zn20%~36%)
古代称为药金,密度比黄金小,外观与金非常相似,常被误认为是黄金。假如是你,你怎样来判别“药金”和黄金?
一、常见合金的重要应用
黄金的特点之一就是柔软,人们常在黄金中加入银、铜、锌等金属以增加黄金的强度和韧性。黄金的纯度越高其越柔软,纯度越低其越硬。黄金的纯度在珠宝首饰行业通常用K表示。K数与含金量的关系式:
Au% = K/24 × 100% ,即1 K=4.166%
如18K(75%)、22K(91.6%)、24K(100%)[理论说法,实际不存在,但有足金(含金量不少于99%)、千足金(含金量不少于99.9%)的说法 ]
一、常见合金的重要应用
合金
主要成分
主要性能
主要用途
青铜
铜、锡
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
光泽好、耐磨、耐腐蚀、易加工
钱币、代替银做饰品,精密仪器
一、常见合金的重要应用
钢
碳素钢:
铁和碳的合金
合金钢:在碳素钢中加
入铬、锰、钨、镍、钼、
钴等合金元素
低碳钢---含碳量低于0.3%
中碳钢---含碳量0.3%~0.6%
高碳钢---含碳量高于0.6%
钢的种类
2.钢:用量最大,用途最广的合金
镍、铬---不锈钢,抗腐性强,不易氧化
铬、钨---高速钢,硬度大,韧性很强
锰、硅---锰硅钢,韧性特强
一、常见合金的重要应用
一、常见合金的重要应用
铁的合金
生铁
钢
C%
2%-4.3%
0.03%-2%
其他杂质
Si、Mn、S、P
(较多)
Si、Mn、S、P
(较少)
机械性能
质硬而脆、
无韧性
坚硬、韧性大、 可塑性好。
生铁和钢的比较
一、常见合金的重要应用
名称
组成
主要性质
主要用途
铝合金
含镁10%~30%
硬度和强度都比纯铝和纯镁大
火箭、飞机、轮船等制造业
硬铝
含铜4%、
镁0.5%、
锰0.5%、
硅0.7%
硬度和强度都比纯铝和纯镁大
火箭、飞机、轮船等制造业
钛合金
含铝6%
钒4%
耐高温、耐腐蚀、高强度
用于飞机、宇航、化学工业
金合金
加入银、铜、稀土元素等
有光泽、易加工、耐磨耐腐蚀
金饰品、电子元件、钱币、笔尖
其他几种常见合金的组成、性质和用途
一、常见合金的重要应用
新型合金
储氢合金:Ti~Fe, La~Ni
钛合金:Ti,V,Fe,Al等,
飞机起落架
耐热合金:喷气式飞机的发动机叶片
记忆合金:
泡沫合金:
一、常见合金的重要应用
记忆金属
随着社会的发展,我们对金属的认识也在增加。并且,也希望新的材料的诞生。也许在不远将来,我们都会拥有一辆由“记忆金属”制作的汽车,我们再也不怕把汽车碰撞的凹凸不平而心痛惋惜了。这种“记忆金属”即是镍钛合金。如把这样一块金属进行加热,它将形成一定的形态。冷却后,任意揉皱,或使它弯曲,再加热后,它又恢复了原状。
一、常见合金的重要应用
一、常见合金的重要应用
课外实践活动
请选择你感兴趣的关于合金的课题进行调查研究
1、合金的性能和成分有什么关系?改变某种合金的成分,如增加或减少某种合金元素的含量,合金的性能会不会改变?
3、调查某种合金所具有的广泛用途,如铝合金、铁合金或铜合金等。
2、除了教材中讲到的,你所知道的合金还有哪些?某些新型金属材料比传统的金属材料有哪些优越性?
4、你经常使用的交通工具是什么(如自行车、汽车或火车)?其中使用了哪些纯金属?使用了哪些合金?
黑色金属
有色金属
铁、铬、锰及其合金
除了黑色金属以外的金属
轻金属
重金属
密度小于4.5g/cm3的金属
密度大于4.5g/cm3的金属
资料卡片:金属材料的分类
金属单质
合金
组成
冶金
密度
一、常见合金的重要应用
某家庭准备装修窗户(计划使用10年),可供选用的材料有:木材、钢铁、铝合金、塑钢。请调查分析选用哪种材料比较好?说明理由。
思考与交流:
二、正确选用金属材料
选用金属材料时应该考虑的因素:
1.主要用途
2.外观
3.物理性质
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
二、正确选用金属材料
思考与交流:
2003年底以来全国各地建筑材料价格都出现了上涨的情况。比如,钢材涨价超过了50%,水泥涨价超过了30%,木材涨价超过了10%。
二、正确选用金属材料
调查报告
调查内容
家庭装修时材料的选用
指导老师
调查组成员
组长
背景介绍:某家庭准备装修窗户(计划使用10年),可供选用的材料有:木材、钢铁、铝合金、塑钢。请调查分析选用哪种材料比较好?
调查目的与意义:
调查内容与结果:
二、正确选用金属材料
性能
价格
制造安装成本
木材
一般
适中
较高
钢铁
耐用、牢固
适中
适中
铝合金
质轻高强、美观、耐腐蚀
适中
适中
塑钢
保温隔热、隔音降噪
较高
较高
调查内容与结果
二、正确选用金属材料
选用金属材料时应该考虑的因素:主要用途、外观、物理性质、化学性质、价格、加工难度、日常维护、对环境的影响等。
小结:
选择方案:铝合金
二、正确选用金属材料
实践活动
请你扮演下列不同的角色对“是否应该停止使用铝质饮料罐”谈一谈自己的看法?
A、饮料公司老板的心思
B、开采铝矿工人的声音
C、生产铝质饮料罐工人诉求
D、售货员的话
E、消费者有话要说
F、环保官员的呼吁
G、公司回收人员的说法
你的声音,有我们重视——
听证会
二、正确选用金属材料
铝制饮料罐可回收利用
据估算,回收一个铝制饮料罐比制造一个新饮料罐节省20%,而且还可以节约金属资源和95%的能源。
二、正确选用金属材料
听证会共识:
使用铝质饮料罐有利有弊,但回收铝质饮料罐是目前扬长避短的最有效也是最急迫的做法。环境保护是全社会的共识,投身环保,不只是你我的责任。
二、正确选用金属材料
科学视野:用途广泛的稀土金属
相关网址:中国稀土在线
http://www.cre-ol.com/soft/newmaterindex/newmaterin.htm
中国的改革总
设计师邓小平
同志早在1992
年春南巡时就
指出:“中东有石油,中国有
稀土,……一
定要把稀土的
事情办好,把
中国稀土的优
势发挥出来。”
二、正确选用金属材料
稀土作为基体元素能制造出具有特殊“光电磁”性能的多种功能材料,如稀土永磁材料,稀土镍氢电池材料,稀土荧光材料,稀土催化剂。稀土激光材料,稀土精密陶瓷材料。生物工程材料等,它们都是发展电子信息产业,开发新能源,治理环保和国防尖端技术等方面必不可缺少的材料。
二、正确选用金属材料
例如稀土永磁材料(钕铁硼永磁)是当今磁性最强的永磁体,它被称“一代磁王”。稀土永磁材料现已广泛的用到了微型电机,工业用电机、风力发电机、音响设备、仪器仪表。航天航空通讯,医用核磁共振成像仪等方面。
二、正确选用金属材料
稀土永磁材料用于电机,使设备小型化,轻型化,同等功率的电机,体积和重量减少30%以上。用稀土永磁同步电机代替工业上的异步电机,节电率可达12-15%,真正的稀土三基色荧光灯代替白炽灯,节电率可达到80%。稀土金属卤化物灯已被大量用于城市广场、体育场馆和高层建筑的美化泛光照明。这些新型电光源不但
二、正确选用金属材料
稀土永磁材料用于电机,可使设备小型化,轻型化,同等功率的电机,体积和重量可减少30%以上。用稀土永磁同步电机代替工业上的异步电机,节电率可达12-15%,真正的稀土三基色荧光灯代替白炽灯,节电率可达到80%。稀土金属卤化物灯已被大量用于城市广场、体育场馆和高层建筑的美化泛光照明。这些新型电光源不但节电效果明显。而且大大提高了照明质量,其生产过程也减少了污染,被称作“绿色照明”。彩色电视正是采用了稀土三基色荧光粉,才能获得彩色逼真的画面。稀土镍氢电池,可以充电而无记忆效应,代替了有污染的镍镉电池,被称作无污染的“绿色电池”。它已广泛用于移动电话,笔记本电脑等设备上。各种稀土功能材料,在航空、航天和尖端国防技术上,如雷达,侦查卫星。激光制导和自动指挥系统等方面都获得了广泛的应用。
稀土在高新技术领域中的应用,与其工业技术发达程度成正比。美国的稀土用量一直居世界第一位,日本、英国、法国、德国等工业发达国家都没有稀土资源,但他们都有很先进的稀土应用技术。美国认定的35个战略元素和日本选定的26个高技术元素中,都包括了全部的稀土元素。所以稀土被称为神奇的稀土。
二、正确选用金属材料
常见金属之最
①密度最大的是 ;
②硬度最大的是 ;
③熔点最低的是 ;
④熔点最高的是 ;
⑤延性最好的是 ;
⑥展性最好的是 ;
⑦导电性最好的是 ;
⑧地壳中含量最多的金属元素是 ;
Os
Cr
Hg
W
Pt
Au
Ag
Al
二、正确选用金属材料
向一铝制易拉罐中充满 CO2 后,再往罐中注入足量的质量分数为 20% 的 NaOH 溶液,立即严封罐口,不一会儿就发现易拉罐变瘪,再过一会易拉罐又鼓胀起来,解释上述实验现象。
(1)易拉罐开始变瘪的原因是:______________,
______________________________
反应的化学方程式为:_____________________。
(2)易拉罐又鼓胀起来的原因是:_____________
_____________________________________
其反应的离子方程式为:
NaOH与 CO2反应,
罐内压强减小,大气压将易拉罐压瘪。
2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
NaOH溶液与Al反应,
产生H2,使罐内压强增大。
2Al + 2OH-+2H2O = 2AlO2-+ 3H2↑
课堂练习
二、正确选用金属材料
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