专题9
金属与人类文明
第三单元 金属材料的性能及应用
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能从合金结构与组成的角度理解合金的特殊性能。
能列举常见合金的组成和性能，能科学、合理的选择和使用金属材料。
知识解读
知识点一
金属材料的性能
金属材料在工农业生产和社会生活的各个方面应用广泛。从使用的要求和性能看，可以从以下几个方面来分析。
使用要求
材料性能
金属材料
体现出一些力学性能
延展性、硬度、塑性等
起到导热和导电的作用，而且能够在一定温度范围内稳定工作
金属材料的密度、熔点、导电性、导热性等物理性能密切相关
在使用过程中不可避免地会暴露在空气中，或者接触到一些化学药品
具有抗氧化性、耐酸碱性等化学性能
从金属原材料到最后的金属产品，加工成型这一步骤必不可少
可铸性、可锻性、切削加工性等工艺性能
知识点二
合金及其应用
1．合金
概念
将两种或两种以上的金属(或金属与非金属)共熔可制备出特殊的金属材料，这种材料叫作合金
性能
硬度
硬度一般高于它的成分金属
熔点
熔点一般低于它的成分金属
与纯金属材料相比，合金具有优良的物理、化学或机械性能
举例
在焊接电子元件中使用的焊锡是锡和铅的合金，生铁和钢都是铁和碳的合金
2.常见的合金
(1)铝合金是目前用途广泛的合金之一，硬铝是在铝中添加了一定比例的铜、镁、锰等，密度小，强度大，具有较强抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
(2)武德合金
由锡(熔点232
℃)、铋(熔点271
℃)、镉(熔点321
℃)和铅(熔点327
℃)等金属按照一定的质量比制成的，熔点只有67
℃，它可以用来做电器、火灾报警等装置中的保险丝。
(3)镍铬铝铁、镍铬铝铜等合金具有很高的电阻率，可用于制备电路中的精密元件。
(4)铁合金
不锈钢是一种重要的合金钢，主要的合金元素是铬(占12%～32%)，在大气中比较稳定，不易生锈，抗腐蚀能力强，常用于制造医疗器材、厨房用具和餐具，以及地铁列车的车体等。
(5)钛合金
①钛合金是一种新型的金属材料，其强度高，密度小，耐热性好，易于加工，抗腐蚀性强，远优于不锈钢，即使将它们放入海水中数年，取出后仍然光亮如新。
②应用
钛和钛合金被认为是21世纪的重要金属材料，被广泛应用于医疗、火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等领域。
知识点三
无机非金属材料
1．传统非金属材料：水泥、玻璃、陶瓷。
2．半导体材料：硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料，被广泛用于电子工业的各个领域。工业上利用二氧化硅可以制得高纯度的硅。
3．光导纤维
光导纤维的主要成分是二氧化硅，可用来制造通讯光缆，用于光纤通信或传送高强度的激光等。光导纤维导光能力非常强，一条光缆由上万条光导纤维组成，因此可以利用其传输大量的信息。用光缆代替普通的金属通信电缆可以节约大量有色金属。
4．新型陶瓷材料
新型陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷具有机械功能、热功能和部分化学功能，如高温结构陶瓷等，高温结构陶瓷主要有高温氧化物(如氧化铝陶瓷)和高温非氧化物(如氮化硅陶瓷)两大类。功能陶瓷具有光、电、磁、化学和生物等方面的特殊功能，如压电陶瓷等，压电陶瓷主要成分是钛酸钡和钛酸铅。
重点归纳
无机材料
随堂演练
1.下列有关实验装置和原理能达到实验目的的是(???
)
A
B
C
D
测量锌粒和3
mol/L硫酸反应生成H2的体积
制备并收集乙酸乙酯
加热熔融的纯碱固体
制取并收集SO2
A.A
???B.B
C.C
D.D
2.下列说法错误的是(???
)
A.?港珠澳大桥水下钢柱镶铝块防腐的方法为牺牲阳极的阴极保护法
B.?某天文望远镜的镜片材料为
，属于新型无机非金属材料
C.?用酒精和
杀菌消毒，都是利用其强氧化性
D.?铅蓄电池、镍镉电池均属于二次电池，若不回收，则会污染环境
3.下列说法正确的是（
??）
A.?铁表面自然形成的铁锈能保护内层金属不被空气氧化
B.?生物柴油是由动植物油脂和短链醇反应得到的，是可再生资源，地沟油不能作为生物柴油的原料
C.?古法可用CaSO4、FeSO4、CuSO4的加热分解制硫酸
D.?铜氨纤维和光导纤维都是新型无机材料
4.我国的古代文物呈现了瑰丽的历史文化。下列文物中，主要成分属于合金的是（???
）
A．颜真卿祭侄文稿
B．西汉素纱禅衣
C．唐兽首玛瑙杯
D．三星堆青铜面具
A.?A???????????????????????????????????????????B.?B???????????????????????????????????????????C.?C???????????????????????????????????????????D.?D
5.下列说法错误的是（
??）
A.?“金（即铜）柔锡柔，合两柔则刚”，体现了合金硬度方面的特性
B.?NO2在一定条件下可使O2经过复杂的反应生成臭氧
C.?碳钠米点是一种直径小于10nm的材料，由它作为分散质形成的分散系均为胶体
D.?天然气是一种清洁的化石燃料，作为化工原料它主要用于合成氨和甲醇
6.锡青铜(铜锡合金)文物常有
Cu2(OH)3Cl
覆盖在其表面。下列说法正确的是(???
)
A.?锡青铜的熔点比纯铜高???????????????????????????????????????????
?B.?在自然环境中，锡比铜更容易氧化
C.?锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中慢?????D.?生成Cu2(OH)3Cl
覆盖物是非氧化还原过程
7.中国的高铁技术居于国际领先地位。
（1）我国高铁轨道目前使用的高锰钢轨属于________（填“铁合金”或“单质铁”）
（2）雨后的铁轨表面易产生少量的锈迹，这是因为铁轨在潮湿的空气中形成许多微小的原电池，发生________（填“电化学腐蚀”或“化学腐蚀”），其中负极材料是________，负极的电极反应式________；
（3）铺设在隧道中的钢轨每隔一根轨枕系一块锌片，这是采用电化学的方法
________（填“牺牲阳极的阴极保护法”或“外加电流的阴极保护法”）来保护铁轨，防止锈蚀。
8.???????????????????
（1）工业上通常利用SiO2和碳反应来制取硅，写出反应的化学方程式________。工业上还可以利用镁制取硅，反应为2Mg+SiO2=2MgO+Si，同时会发生副反应：2Mg
+
Si=Mg2Si。如图是进行Mg与SiO2反应的实验装置，试回答下列问题：
（2）由于O2和H2O（g）的存在对该实验有较大影响，实验中应通入气体X作为保护气，试管中的固体药品可选用________(填序号)。
a.石灰石??
b.锌粒??
c.纯碱
（3）实验开始时，必须先通一段时间X气体，再加热反应物，其理由是
________；当反应引发后，移走酒精灯，反应能继续进行，其原因是________。
（4）反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸，可观察到闪亮的火星，产生此现象的原因是副产物Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4（硅烷）气体，然后SiH4自燃。用化学方程式表示这两个反应①________，②________。
答案解析
1.【答案】
A
【解析】A..Zn与H2SO4反应生成H2
，
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2
，可以通过右侧的注射器测出生成H2的体积，A符合题意；
B.乙醇和乙酸的酯化反应需用浓硫酸做催化剂，CH3COOH+CH3CH2OH?CH3COOCH2CH3
+H2O，B不符合题意；
C.瓷坩埚中含有SiO2
，
会与Na2CO3反应，C不符合题意；
D.稀硫酸与不能与Cu发生反应，应使用浓硫酸并加热，D不符合题意；
故答案为：A
2.【答案】
C
【解析】A．港珠澳大桥水下钢柱镶铝块防腐的方法为牺牲阳极的阴极保护法，故A不符合题意；
B．
属于新型无机非金属材料，故B不符合题意；
C．酒精杀菌消毒是其使蛋白质变性，ClO2杀菌消毒是利用其强氧化性，故C符合题意；
D．铅镍镉都属于重金属，若不回收，均会污染环境，故D不符合题意；
故答案为：C。
3.【答案】
C
【解析】A．由表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化为致密的结构，可保护内层金属，故A不符合题意；
B．地沟油的主要成分也是动植物油脂，能作为生物柴油的原料，故B不符合题意；
C．生产硫酸最古老的方法是用绿矾(FeSO4·7H2O)等硫酸盐为原料，放在蒸馏釜中煅烧而制得硫酸，故C符合题意；
D.
铜氨纤维是合成纤维，不是新型无机材料无机材料，故D不符合题意。
故答案为：C。
4.【答案】
D
【解析】A．纸张的主要成分是纤维素，不属于合金，故A不选；
B．西汉素纱禅衣由蚕丝织造，主要成分是蛋白质，不属于合金，故B不选；
C．唐兽首玛瑙杯的主要成分是二氧化硅，不属于合金，故C不选；
D．三星堆青铜面具中的青铜为铜合金，故D选；
故答案为：D。
5.【答案】
C
【解析】A．“金（即铜）柔锡柔，合两柔则刚”，体现了合金硬度一般比较大的特性，A不符合题意；
B．氮氧化物和O3、O发生如下反应：O3+NO＝O2+NO2
，
O+NO2＝NO+O2
，
这两个反应反复循环，在低空，氮氧化物是空气中氧气转化为臭氧的催化剂。B不符合题意；
C．碳纳米点是一种直径小于10nm的材料，胶体是指分散质直径在1-100nm之间的分散系，故碳纳米点形成的分散系有可能不属于胶体，C符合题意；
D．天然气广泛用于民用及商业燃气灶具、热水器，天然气也可用作化工原料，以天然气为原料的一次加工产品主要有合成氨、甲醇等近20个品种，D不符合题意；
故答案为：C。
6.【答案】
B
【解析】A．锡青铜属于合金，根据合金的特性可知熔点比任何一种纯金属的低，故A不符合题意；
B．由于锡比铜活泼，锡比铜更容易氧化，故在发生电化学腐蚀时，锡失电子保护铜，故B符合题意；
C．潮湿的环境将会加快金属的腐蚀速率，故C不符合题意；
D．电化学腐蚀过程实质是有电子的转移，属于氧化还原反应过程，故D不符合题意；
故答案为：B。
7.【答案】
（1）铁合金
（2）电化学腐蚀；铁；
（3）牺牲阳极的阴极保护法
【解析】（1）我国高铁轨道目前使用的高锰钢轨属于铁合金；
（2）雨后的铁轨表面易产生少量的锈迹，这是因为铁轨上有Fe、C及溶解在钢铁表面上的水膜的氧气构成的原电池构成的原电池，发生了电化学腐蚀，Fe作负极，失去电子被氧化，电极反应式为
；溶解在其中的氧气获得电子，被还原，发生的电化学腐蚀为吸氧腐蚀；
（3）铺设在隧道中的钢轨每隔一根轨枕系一块锌片，这是由于Zn活动性大于Fe，首先被氧化而发生腐蚀的是Zn，这种电化学的方法叫牺牲阳极的阴极保护法，从而保护了铁轨，防止了铁锈蚀。
8.【答案】
（1）SiO2
+
2C
Si
+
2CO↑
（2）b
（3）防止加热条件下H2与空气混合爆炸；Mg与SiO2的反应是放热反应
（4）Mg2Si＋4HCl=
2MgCl2＋SiH4↑；SiH4＋2O2
=
SiO2↓＋2H2O
【解析】碳和二氧化硅在高温下反应生成硅和CO，反应的化学方程式为SiO2
+
2C
?Si
+
2CO↑。（2）Mg可以与CO2、N2发生化学反应，Mg与氢气不能发生反应，因此可用氢气作为保护气；选用的药品为稀硫酸和锌粒，再用浓硫酸干燥，答案选b；（3）装置中有空气，若不用氢气排空装置中的空气，氢气和空气的混合气体燃烧会发生爆炸，所以反应开始前应该先通氢气排尽装置中的空气；Mg与SiO2反应的条件是加热，当反应引发后，移走酒精灯，反应能继续进行，这说明Mg与SiO2的反应是放热反应；（4）Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4（硅烷），其反应的方程式为：Mg2Si＋4HCl＝2MgCl2＋SiH4↑，SiH4常温下是一种不稳定、易自燃的气体，反应的方程式为SiH4＋2O2
＝SiO2↓＋2H2O，所以往反应后的混合物中加入稀盐酸，可观察到闪亮的火星。(共19张PPT)
化学
第三单元
金属材料的性能及应用
专题9
必修第二册
学习目标
1.能从合金结构与组成的角度理解合金的特殊性能。
2.能列举常见合金的组成和性能，能科学、合理的选择和使用金属材料。
知识解读
知识点一
金属材料的性能
使用要求
材料性能
金属材料
体现出一些力学性能
延展性、硬度、塑性等
起到导热和导电的作用，而且能够在一定温度范围内稳定工作
金属材料的密度、熔点、导电性、导热性等物理性能密切相关
在使用过程中不可避免地会暴露在空气中，或者接触到一些化学药品
具有抗氧化性、耐酸碱性等化学性能
从金属原材料到最后的金属产品，加工成型这一步骤必不可少
可铸性、可锻性、切削加工性等工艺性能
典型例题
典型例题
解析
(1)金属单质及合金都属于金属材料,
铁螺丝钉、铝箔反光片、铜质插头都属于金属材料。(2)利用金属铝具有良好的延展性可把金属铝制成片。(3)铝制品常温下，与氧气反应表面生成致密的氧化铝薄膜，阻止铝的进一步被氧化，
故比铁制品耐腐蚀。(4)比较铝和铁的金属活动性，可以采用金属与盐溶液反应的方法,将铝片插入到硫酸亚铁溶液中,化学方程式为
知识解读
知识点二
合金及其应用
1．合金
概念
将两种或两种以上的金属(或金属与非金属)共熔可制备出特殊的金属材料，这种材料叫作合金
性能
硬度
硬度一般高于它的成分金属
熔点
熔点一般低于它的成分金属
与纯金属材料相比，合金具有优良的物理、化学或机械性能
举例
在焊接电子元件中使用的焊锡是锡和铅的合金，生铁和钢都是铁和碳的合金
知识解读
2.常见的合金
(1)铝合金是目前用途广泛的合金之一，硬铝是在铝中添加了一定比例的铜、镁、锰等，密度小，强度大，具有较强抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
(2)武德合金
由锡(熔点232
℃)、铋(熔点271
℃)、镉(熔点321
℃)和铅(熔点327
℃)等金属按照一定的质量比制成的，熔点只有67
℃，它可以用来做电器、火灾报警等装置中的保险丝。
知识解读
(3)镍铬铝铁、镍铬铝铜等合金具有很高的电阻率，可用于制备电路中的精密元件。
(4)铁合金
不锈钢是一种重要的合金钢，主要的合金元素是铬(占12%～32%)，在大气中比较稳定，不易生锈，抗腐蚀能力强，常用于制造医疗器材、厨房用具和餐具，以及地铁列车的车体等。
知识解读
(5)钛合金
①钛合金是一种新型的金属材料，其强度高，密度小，耐热性好，易于加工，抗腐蚀性强，远优于不锈钢，即使将它们放入海水中数年，取出后仍然光亮如新。
②应用
钛和钛合金被认为是21世纪的重要金属材料，被广泛应用于医疗、火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等领域。
典型例题
典型例题
典型例题
知识解读
知识点三
无机非金属材料
1．传统非金属材料：水泥、玻璃、陶瓷。
2．半导体材料：硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料，被广泛用于电子工业的各个领域。工业上利用二氧化硅可以制得高纯度的硅。
3．光导纤维
光导纤维的主要成分是二氧化硅，可用来制造通讯光缆，用于光纤通信或传送高强度的激光等。光导纤维导光能力非常强，一条光缆由上万条光导纤维组成，因此可以利用其传输大量的信息。用光缆代替普通的金属通信电缆可以节约大量有色金属。
知识解读
4．新型陶瓷材料
新型陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷具有机械功能、热功能和部分化学功能，如高温结构陶瓷等，高温结构陶瓷主要有高温氧化物(如氧化铝陶瓷)和高温非氧化物(如氮化硅陶瓷)两大类。功能陶瓷具有光、电、磁、化学和生物等方面的特殊功能，如压电陶瓷等，压电陶瓷主要成分是钛酸钡和钛酸铅。
典型例题
典型例题
典型例题
归纳总结
重点归纳一
化学
THANK
YOU
苏教版
必修第二册
高一化学课件
专题九
