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第二節 金屬材料
第三章 鐵 金屬材料
第1課時：鐵合金　鋁和鋁合金　新型合金
金屬材料的發展歷史
任務一 金屬材料 鐵合金
思考1：日常使用的金屬材料為什么大多數都屬于合金？
合金是由兩種或兩種以上的金屬（或金屬與非金屬）加熱熔合而成的具有
金屬特性的物質。
合金中一定含有金屬元素，可能含有非金屬元素
2.定義
物理變化，并非簡單混合而成，若熔沸點相差大則不能熔合成合金
具有金屬光澤、良好的導電性、導熱性和延展性等
純凈物，只有一種金屬
混合物，由金屬與其他金屬或非金屬組成
純金屬
合金
1.金屬材料
任務一 金屬材料 鐵合金
3.合金的性能：
具有許多優良的物理、化學或機械性能，如合金的硬 度、熔點不同于其成分金屬。
不銹鋼護欄
鐵制護欄
①具有金屬通性
④硬度大于各成分金屬
③熔點低于各成分金屬
②導電性和導熱性低于各成分金屬
⑤其抗腐蝕能力一般強于組成它們的金屬
合金的物理性質通常不同于它的成分金屬！
合金的化學性質通常相同于它的成分金屬！
任務一 金屬材料 鐵合金
思考2：合金的硬度為什么會大于成分金屬，熔點低于成分金屬呢？
宏觀性質
微觀結構
決定
決定
用途
任務一 金屬材料 鐵合金
4.鐵合金：指鐵（含量高）與其他金屬或非金屬熔合而成的一類合金。
生鐵
鋼
鐵合金
含碳量不同
含碳量在2％～4.3％之間
含碳量在0.03％～2％之間
硬度大、性脆、抗壓、可以鑄造成型、幾乎不可可以鍛軋
塑性好、強度高、韌性好、機械性能好、抗沖擊力強，
可以鍛軋和鑄造
鋼是用量最大、最廣的合金
制造機座、管道的重要材料
廣泛用于制造機械和交通工具
任務一 金屬材料 鐵合金
含碳量越低，韌性越好，硬度越低；
含碳量越高，韌性越差，硬度越高。
鋼
碳素鋼
合金鋼
(特種鋼)
低碳鋼
（含碳量低于0.3%）
中碳鋼
（含碳量為0.3%-0.6%）
高碳鋼
（含碳量高于0.6%）
鋼絲（低碳鋼）
鋼軌（中碳鋼）
刀具（高碳鋼）
不銹鋼是最常見的合金鋼，其合金元素是Cr和Ni
任務二 鋁和鋁合金
1.鋁的原子結構
易失去3個電子
Al3+
還原性
Al
鋁是地殼中含量最多的金屬元素。鋁是一種活潑金屬，在常溫下就能與空氣中的O2發生反應，表面生成一層致密的氧化鋁(俗稱剛玉)薄膜，保護內部金屬不受腐蝕。
問題：鋁較活潑，為什么生活中廣泛使用鋁合金制品？
任務二 鋁和鋁合金
2.鋁和氧化鋁的性質
在一支試管中加入5 mL鹽酸，再向其中放入一小塊鋁片，觀察現象。一段時間后，將點燃的木條放在試管口，你觀察到什么現象
實驗現象
化學方程式
結論
鋁片逐漸溶解，有無色氣泡冒出，將點燃的木條放在試管口有爆鳴聲
Al2O3＋6HCl=2AlCl3＋3H2O
2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑
Al2O3和鋁均能與鹽酸發生反應
任務二 鋁和鋁合金
2.鋁和氧化鋁的性質
在兩支試管中分別加入少量NaOH溶液，然后向其中一支試管中放入一小塊鋁片，向另一支試管中放入用砂紙仔細打磨過（除去表面的氧化膜）的一小塊鋁片。觀察現象。一段時間后，將點燃的木條分別放在兩支試管口，你觀察到什么現象
實驗現象
化學方程式
結論
試管①中鋁片逐漸溶解，一開始無氣泡，一段時間后，有無色氣泡冒出，試管②中鋁片逐漸溶解，立即產生無色氣泡，將點燃的木條放在試管口，都有爆鳴聲
Al2O3＋2NaOH＋3H2O=2Na[Al(OH)4]
2Al＋2NaOH＋6H2O=2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
Al2O3和鋁均能與NaOH溶液發生反應
任務二 鋁和鋁合金
Al2O3：兩性氧化物
既能與酸反應生成鹽和水，又能與強堿反應生成鹽和水的氧化物。
Al2O3＋2NaOH＋3H2O==2Na[Al(OH)4]
Al2O3＋6HCl==2AlCl3+3H2O
問題：鋁制餐具為何不易用來蒸煮或長時間存放酸性或堿性食品？
Al和Al2O3均能與酸、堿反應，因此鋁制餐具不宜用來蒸煮或長時間存放酸性或堿性食物。
問題：為什么生活中很少見到以純鋁為材料的制品？
純鋁的硬度和強度都比較小，不適合作為生產生活中的材料使用，使用較多的是具有不同組成和性質的鋁合金。
任務二 鋁和鋁合金
3.鋁合金
“會飛的金屬”
向鋁中加入少量的合金元素，如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等，可制成鋁合金。鋁合金是目前用途廣泛的合金之一。例如，硬鋁的密度小、強度高，具有較強的抗腐蝕能力，是制造飛機和宇宙飛船的理想材料。
任務三 新型合金
1.儲氫合金
能夠大量吸收氫氣，并與氫氣結合成金屬氫化物的材料。
儲氫量大，金屬氫化物既容易形成，稍稍加熱又容易分解，室溫下吸、放氫的速率快。
Ti-Fe合金
La-Ni合金
2.鈦合金
鈦合金強度高、好、高。主要用于制作飛機發動機壓氣機，其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件。
任務三 新型合金
3.耐熱合金
高溫使用環境條件下，具有組織穩定和優良力學、物理、化學性能的合金。包括耐熱鋼、耐熱鋁合金、耐熱鈦合金、高溫合金、難熔合金等。耐熱合金在高溫下具有一定拉伸、蠕變、疲勞性能等。
4.記憶合金
組成：鎳（Ni）-鈦(Ti)；性能：形變后遇高溫（或低溫）恢復形狀。
判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。
(1)合金中不可能含有非金屬元素。(　　)
(2)合金中的金屬元素以化合物的形式存在。(　　)
(3)合金中各元素的含量一定，所以合金是純凈物。(　　)
(4)生鐵的熔點比鐵低，但機械強度和硬度比鐵高。(　　)
(5)兩性氧化物是既有酸性又有堿性的氧化物。(　　)
(6)等質量的Al與足量的鹽酸、NaOH溶液充分反應，生成的H2的物質的量相同。(　　)
(7)等物質的量的鹽酸、NaOH溶液與足量Al充分反應，生成的H2的物質的量相同。(　　)
課堂練習
×
×
×
√
×
√
×
課堂練習
純鐵的熔點為1 535 ℃，而高爐中煉鐵時生鐵(含碳量較高的鐵的合金)在 1200 ℃左右就熔化了，這是因為
A．鐵的純度越高，熔點越低
B．合金的熔點一般比其成分物質的熔點低
C．形成了鐵碳合金，所以熔點變高
D．在高爐內熔化的過程中發生了化學反應
B
課堂練習
關于鋁及其合金的說法正確的是
A. 常溫下鋁具有較強的抗腐蝕性主要原因是鋁不活潑
B. 鎂鋁合金的密度大、強度高,是制造飛機和宇宙飛船的理想材料
C. 鋁單質在化學反應中容易失去電子,表現出還原性
D. 向裝有氫氧化鈉溶液的試管中放入未打磨的鋁片,一直觀察不到氣泡
C
課堂練習
下列關于新型合金材料說法不正確的是
A. 鑭鎳合金能大量吸收H2形成金屬氫化物,可作儲氫材料
B. 鈦合金生物相容性好,強度大,可作人造骨骼
C. 形狀記憶合金可在使合金發生形變的作用力消失后恢復原狀
D. 利用合金的熔點低于成分金屬這一特點可制得耐熱合金
D

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