新课标同步导学高一化学课件：第三章 金属及其化合物第三节 用途广泛的金属材料

新课标同步导学高一化学课件：第三章 金属及其化合物第三节 用途广泛的金属材料

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 (CuSO 4 ) 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 Cu 2 (OH) 2 CO 3 ] ，其中生成铜绿的反应物除铜外还有 O 2 、 CO 2 和 H 2 O 。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 ＋ Cu 2 ＋ ===Fe 2 ＋ ＋ 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 Fe 2 ＋ 、 Al 3 ＋ 与过量的 NaOH 反应后， Fe 2 ＋ 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 Fe 2 O 3 ； Al 3 ＋ 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 Fe 2 O 3 。 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 Fe 2 O 3 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/cm 3 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。 练规范、练技能、练速度