3.3 用途广泛的金属材料（人教版必修1）

(共55张PPT)
第三节　用途广泛的金属材料
金属材料在生活中随处可见，常见的金属材料有哪些？如何正确的选择金属材料呢？
1．了解合金的定义及特性。
2．了解铜合金和钢的分类、组成及用途。
3．初步认识正确选择和合理使用金属材料的意义。
1．合金的定义
合金是指由两种或两种以上的_____ (或______ ______)熔合而成的具有金属特性的物质。
常见合金
金属
金属跟
非金属
2．合金的部分性质
(1)硬度：合金的硬度及机械加工性能一般 _____各成分金属。
(2)熔点：合金的熔点一般_____各成分金属。
高于
低于
3．常见的合金
(1)铜合金
(2)钢
　常见合金的成分及其重要应用
1．铜合金
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
2.合金钢
名称 主要合金元素 主要特性 主要用途
锰钢 锰 韧性好，硬度大 钢轨、轴承、钢模、挖掘机铲斗、坦克装甲
不锈钢 铬、镍 抗腐蚀性好 医疗器械、容器、反应釜、炊具
硅钢 硅 导磁性好 变压器、发电机和电动机中的铁芯
钨钢 钨 耐高温、硬度大 刀具
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。
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
[温馨提示]　合金的形成改变了金属的内部结构，对部分物理性质影响较大。同时对化学性质也有影响，如不锈钢的抗腐蚀能力比纯铁强的多。
1．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
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。
答案：　A
1．金属材料的分类
金属材料
正确选用金属材料
2．金属材料的正确选用
在进行金属材料选择时，常常要考虑以下几 个方面：主要用途、____、____性质(密度、 硬度、强度、导电性)、化学性质(对水的作 用、耐____性)、价格、加工难度、日常维护 等方面。
外观
物理
腐蚀
　正确选用金属材料
金属材料的用途广泛，涉及日常生活、工农业生产和科学研究等方面，它的选择不仅关系到生活质量、生产效益、经济成本等问题，还关系到环境保护、可持续发展等方面。选择金属材料时，一般从以下几个方面考虑：
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：不仅要材料本身外观美，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：化学性质主要包括在空气、水、阳光、酸、碱、盐等的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求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：一是要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；二是要考虑到材料的废弃物对环境有哪些不利影响。要尽量做到避免有关的不利影响。
2．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
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。
答案：　A
铜是生命必要的元素，也是人类最早使用的金属之一，铜的生产和使用对国计民生各个方面产生了深远的影响。在化学反应中，铜元素可表现为0、＋1、＋2几种化合价。
合金的性质
(1)在西汉古籍中曾有记载：曾青得铁则化为铜[即曾青(CuSO4)跟铁反应生成铜]，试写出该反应的离子方程式：_________________。
(2)虽然铜比铁稳定，但铜器表面经常会生成铜锈[即铜绿，化学式为Cu2(OH)2CO3]，其中生成铜绿的反应物除铜外还有O2、CO2和H2O。试写出保护铜制品的方法：____________
__________________________________。
(3)铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币，试从物理性质和化学性质的角度分析为什么铜常用于制造货币(铜的熔点是1 183.4 ℃，铁的熔点是1 534.8 ℃)：________________
________________________________________________________。
思路点拨：　解答本题要注意以下两点：
(1)铜元素的主要性质及其单质的物理性质和化学性质。
(2)准确分析并应用题给信息。
解析：　(1)铁跟硫酸铜发生置换反应；(2)铜生锈的反应物有好几种，缺一不可，所以保持空气干燥，可以减缓铜的锈蚀；(3)从物理性质上看，铜比铁熔点低，易于铸造，从化学性质看，铜排在金属活动性顺序中氢之后，比较稳定，不易锈蚀。
答案：　(1)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
(2)干燥空气中保存
(3)铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀；铜的熔点比较低，容易冶炼铸造成型
1．纯铁的熔点为1 535 ℃，而高炉中炼铁时生铁(含碳量较高的铁合金)在1 200 ℃左右就熔化了，这是因为(　　)
A．铁的纯度越高，熔点越低
B．合金的熔点比其成分物质的熔点高
C．形成了铁碳合金，所以熔点变低
D．在高炉中熔化的过程发生了化学反应
解析：　合金的熔点比各成分金属的熔点低。生铁是铁合金，铁的纯度越高，熔点越高。A项、B项错误，合金的熔化过程没有发生化学反应，D项错。
答案：　C
金属材料的选用
铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。下列与这些用途无关的性质是(　　)
A．不易生锈 B．导电性好
C．密度小 D．强度高
解析：　镁铝合金强度高，制成的门窗、防护栏等坚硬牢固；密度小，同体积下比较轻，方便运输、搬运；不容易生锈，制成的装潢材料经久耐用。只有导电性好与这方面用途无关。
答案：　B
[思考感悟]　选择金属材料用做装修应尽量做到：①外观美
②强度高　③密度小　④不易生锈　⑤便于加工　⑥经久耐用。
2．有资料显示，铝元素在人体内的残留积累量过多后对大脑发育有不良影响，建议多用不锈钢代替铝合金作为材料制作餐厨等日用品。下列说法中不正确的是(多选)(　　)
A．不锈钢中的主要元素是镍、铬
B．不锈钢属于铁合金
C．不锈钢是无腐蚀性的
D．不锈钢是绝对不能被腐蚀的
解析：　不锈钢是含有镍、铬元素的铁合金，主要成分还是铁。不锈钢本身无腐蚀性，耐腐蚀性也很强，但不锈钢也并不是绝对不能被腐蚀的。
答案：　AD
热点实验　合金中各成分含量的测定
[探究举例]　用定量方法进行实验，测定某铁铝合金中铝的质量分数。实验操作过程如下：称取该合金试样1.0 g，放入烧杯中加足量盐酸，盖上玻璃片，使其充分反应。反应停止，经冷却向其中加入过量NaOH溶液，充分放置后过滤，过滤出的沉淀经洗涤在空气中加热灼烧至恒重，得到固体物1.2 g，试回答：
(1)实验中以玻璃片盖烧杯的原因是_________________________________；
(2)加入过量NaOH溶液的作用是
________________________________________________________________________；
(3)加入NaOH溶液后充分放置的作用是
________________________________________________________________________；
(4)在空气中将沉淀灼烧的目的是
_________________________________；
(5)合金中铝的质量分数为(写出计算式) _________________________________。
(6)想一想，还可用什么方法来测定Al的质量分数？
解析：　铁、铝合金中的铁和铝均与盐酸反应，产生的Fe2＋、Al3＋与过量的NaOH反应后，Fe2＋先生成Fe(OH)2沉淀，放置后进一步转化成Fe(OH)3，而Fe(OH)3受热分解后得Fe2O3；Al3＋转化为AlO，仍存在于溶液中。沉淀物为Fe(OH)3,1.2 g固体的成分为Fe2O3。
答案：　(1)防止液体溅出，影响测定结果
(2)使Al完全反应进入溶液和Fe(OH)2分离
(3)使不稳定的Fe(OH)2完全转化为Fe(OH)3
(4)将Fe(OH)3转化为Fe2O3
1．下列关于合金的叙述正确的是(　　)
①具有金属的特性　②通过熔合而成　③含有两种或两种以上金属或金属和非金属　④一般来说，合金的熔点比各组分的熔点低
A．仅①②　　 B．仅③④
C．仅②③④ D．全部
解析：　合金是由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，其熔点一般低于成分金属，硬度高于成分金属。
答案：　D
2．下表中金属难与表中其他金属形成二元合金的是(　　)
A.Cu、Fe B．Fe、Au
C．Zn、W D．Cu、Ag
Fe Cu Zn Ag Au W
熔点/℃ 1 535 1 083 419.5 962 1 064 3 410
沸点/℃ 3 000 2 595 907 2 212 2 707 5 627
解析：合金是在熔化状态下形成的一种熔合物。熔点之间相差过大不易形成熔合物。Zn熔点较低，491.5 ℃时，其他金属还未熔化；其他金属熔化时，它已气化。W熔点过高，同样不易与表中其他金属形成合金。
答案：　C
3．为验证全运金牌为纯金制造，而非合金，可选用下列哪种试剂进行鉴别(　　)
A．硫酸铜溶液 B．盐酸
C．稀硝酸 D．硝酸银溶液
解析：　硝酸能溶解除Au、Pt以外的其他金属，故取制造金牌的金属粉末加入硝酸，如能部分溶解则为合金，不溶则为纯金。
答案：　C
4．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
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，能阻止铝继续被氧化，故铝有一定的抗腐蚀能力。
答案：　C
5．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(以银的导电性为100作标准) 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　　钠
19.3　11.3　10.5　8.92　7.86　7.14　2.70
熔点℃ 钨　　 铁　　 铜　 　金　 银　 铝　 锡
3 410　1 535　1 083　1 064　962　660 232
硬度(以金刚石的硬度为10作标准) 铬　铁　　银　　 铜　　金　　铝　　 铅
9.4～9.5　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？
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(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。