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1、专题3 丰富多彩的生活材料 材料是人类赖以生存和发展的物质 基础，一直是人类进步的重要里程碑。 石器时代、青铜器时代、铁器时代都是 以材料作标志。没有半导体材料就没有 计算机技术；没有耐高温、高强度的特 殊材料就没有航天技术；没有光导纤维 就不会有现代通讯；没有合成材料，今 天的生活还会这么丰富多彩吗？ 东汉马踏飞燕 2007年10月24日嫦娥-1号成功发射! 艾菲尔铁塔 各种金属制品 地壳中元素含量示意图 金属之最 硬度最高的金属 熔点最高的金属 熔点最低的金属 地壳中含量最高的金属元素 目前世界上应用最广、用量最大的金属元素 人体中含量最高的金属元素 铝 铁 钙 铬 9度 钨 汞 下列金属
2、制品通常是用哪些金属材料 制成的?各利用了金属的哪些性质? 表31 组成金属制品的成分及其性质 金属制品金属成分应用的金属性质 “钢精锅” 电线 灯泡中的灯丝 熔断器中的保险丝 18K金首饰 硬币或纪念币 Al Al、Cu W Pb、Sn、Bi、Cd Au(Ag、Cu25%) 国内的： 第三套人民币硬币 1元硬币 铜镍合金 5角硬币 铜锌合金 2角硬币 铜锌合金 1角硬币 铜锌合金 第四套人民币硬币 1元硬币 钢芯镀镍 5角硬币 铜锌合金 1角硬币 铝镁合金 第五套人民币硬币 1元硬币 钢芯镀镍 5角硬币 钢芯镀铜合金 1角硬币 铝合金 1.金属的通性 有金属光泽、易导电导热、有延展性。 2.
3、金属的特性 （1）铜和铝有良好的导电性。 （2）金和铝有良好的延展性。 （3）钨有很高的熔点。 1铝是一种活泼金属，为什么可用它制 作铝锅?我们在使用铝制炊具时应注意什 么问题? 2为什么铝制容器可盛装浓硫酸和 浓硝酸? 3铁是活泼金属，易被腐蚀氧化。 为了延长铁制品的使用寿命，人们常用什 么方法加以处理? 铝具有一定的抗腐蚀能力，这是因为 表面的铝和空气中的氧气反应形成一层致 密的氧化膜，阻止了铝与氧气的进一步反 应。此外，可采用电解的方法，使铝表面 形成较厚且致密的保护膜，增强铝制品的 抗腐蚀能力。 铝在冷的浓硫酸、浓硝酸中发生钝化 ，表面生成一层致密的氧化膜，阻止了反 应的进一步进行。
4、（1）制成不锈钢。 （2）涂油漆。 （3）涂油。 （4）镀上其他抗腐蚀能力强的金属。 【实验1】用坩埚钳夹持一块薄铝片， 在酒精灯上加热一段时间，轻轻晃动 ，仔细观察实验现象。 现象： 铝箔熔化，并且失去了光泽， 但是熔化的铝并没有脱落下来 ，好象有一层膜兜着。 解释： 4Al+3O2 = 2Al2O3 铝表面的氧化膜保护了铝，构成薄膜 的氧化铝的熔点（2050）高于铝的 熔点（660），包在铝的外面，所 以熔化了的液态铝不会滴落下来。 【实验2】 (1)向1只小烧杯里加入20 mL 0.5 molL 1CuSO4溶液，把1小块铝片浸入溶液，12 min 后观察铝片表面的现象，将现象填写在表3
5、2中 。 (2)取1支试管，加入10 mL 2 molL-1 CH3COOH 溶液。将1块铝片浸入CH3COOH溶液几分钟，观察 并记录铝片表面的现象。 (3)取1支试管，加入10 mL 2 molL1NaOH溶液 。将1块铝片放入NaOH溶液里，片刻后取出，用蒸 馏水冲洗后浸入CuSO4溶液里。12 min后，将铝 片取出。观察并记录铝片表面发生的变化。 铝丝与硫酸铜 溶液反应 2Al+3CuSO4=Al2(SO4 )3+3Cu (4)取1支试管，加入10 mL浓硝酸。将1块铝片放 入浓硝酸里，片刻后取出，用蒸馏水冲洗后浸入 CuS04溶液里。l2 min后，将铝片取出。观察 并记录铝片表面
6、发生的变化。 从上述实验你能得出什么结论? （一）存在 一、从铝土矿中提取铝 铝元素占地壳总量的773，是地壳中 含量的金属元素。铝土矿(主要 成分为，还有少量的Fe2O3、SiO2 等杂质)是铝元素在地壳中的主要存在形 式之一。 最大 Al2O3 （二）结构 很容易失3e 结论: 铝有很强的还原性。 Al3 Al （三）物理性质 铝是银白色有金属光泽的金属， 熔点较低（660.4）, 是热和电的良导体。 密度较小（2.7gcm3）, （四）化学性质 （1）与非金属反应： （2）与酸反应 在冷的浓硫酸、浓硝酸中钝化。 在热的浓硫酸、浓硝酸，稀硝酸 中反应，但不产生氢气。 与稀硫酸，盐酸反应产生
7、氢气。 （4）与碱反应 （3）与氧化物反应 （五）用途 （五）用途 铝合金：主要用于建筑业、交通运输业 以及电子行业。 铝导热能力强，可用于各种家用器皿。 铝导电能力强，可用于导线。 铝延展性好，可制成铝箔。 铝热反应放出大量热，可置换铁。 1.什么叫合金? 2.合金跟纯的金属有什么差别? 合金：由两种或两种以上的金属（或金属与非 金属）融合而成的具有金属特性的物质。 “齐”是合金的意思。汞的合金常叫汞齐。 例如钠汞齐是钠和汞组成的合金，锌汞齐 是锌和汞组成的合金。除铁以外，几乎所 有的金属都能跟汞形成汞齐。 二、常见合金的组成及应用 你知道“钠汞齐”是什么吗？ 合金的机械、物理和化学性能往往
8、优于纯金属， 因此，人类自古到今主要是生产、研究和应用合 金。人类已知的合金达数万种之多。 合金的性能： 1、硬度较大 2、熔点一般比各成分金属低 思考：为什么在纯金属加入其他元素形成合金 以后，它的性能与纯金属有很大的差异呢？ 3、合金的性能可以通过所添加的元素的种 类、含量和生成合金的条件等来加以控制。 合金与各成分金属相比，具有许多优良的物理、 化学或机械性能。 纯金属和合金的结构不同 合金种类主要组成元素常用生活器件 碳钢铁、碳刀具 黄铜铜、锌门锁及家庭装修材料等 青铜铜、锡青铜器 白铜铜、镍餐具 坚铝铝、铜、镁、锰门窗框架 镁铝合金镁、铝计算机和照相机外壳 武德合金铅、锡、铋、镉保险
9、丝 焊锡铅、锡焊接时使用的材料 表33 生活中常见的合金 生活中常见的合金P86 碳钢 生活中常见的合金 P86 黄铜 生活中常见的合金 P86 青铜 生活中常见的合金P86 白铜 生活中常见的合金P86 坚铝 生活中常见的合金P86 镁铝合金 生活中常见的合金P86 武德合金 生活中常见的合金P86 焊锡 1、铁合金 铁碳合金： 生铁 ： 钢： 含碳量为2% 4.3% 用途：生铁硬度大，抗压，性脆，可以铸 造成型，是制造机座、管道的重要材料 用途：钢有良好的延展性，机械性能 好，用于制造机械和交通工具 含碳量为0.3% 2% （在高温条件下，用氧化剂把生 铁中的过多的碳和杂质除去得 到的铁合
10、金。） 炒菜用的铁锅、下水井盖是 由生铁铸造的 钢的分类 钢 碳素钢： 合金钢： 低碳钢、中碳钢、高碳钢 如不锈钢（熔合的金属为铬Cr 和镍Ni） 在钢中分别按一定的比例 熔合锰、钨、镍、硅等物质。 （特种钢） 生活中的不锈钢制品 不锈钢是不是在任何情况下都不生锈？ 在某些情况下（如在海水中）， 不锈钢仍然会被腐蚀。 合金钢中合金元素的作用 铬： 增强耐腐蚀性和抗氧化性；增强高温强度， 提高高碳钢的耐磨性 锰： 防止硫引起的脆性；增强钢的强度和韧性 钼： 减少脆性；增强高温强度；提高红热时的 硬度和耐磨性等 钨： 提高高温时的强度和硬度；增强工具钢的 耐磨性等 钴：提高红热时的硬度和耐磨性；用
11、于制造磁 性合金等 镍: 合金钢中合金元素的作用 增强低温时的韧性； 改变高铬钢的内部结构等 硅: 提高低合金钢的强度和硬度， 增强高温时的抗氧化性等 2、铝合金 铝合金：向纯铝中加入合金元素如Cu 、 Mg、 Si、 Mn、 Zn 及稀土金属等。 如硬铝： Cu 4%、 Mg 0.5 % 、 Mn 0.5 % 、 Si 0.7% 性能：密度小、强度大、抗腐蚀 带翼的金属 硬铝 铝和航空事业紧紧地连在一起，因 此，有些国家把铝誉为“带翼的金属” ，即能飞的意思。 广泛用于飞机、火箭、汽车、火车、 船舶等许多军用和民用产品中。 高压锅是用铝合金制造的 你还能说出生活中哪些用品是用铝合金 制造的吗
12、？ 铝壶、铝盖、洗衣大盆、及其他制品 。 在我们的日常生活中，时常 可以看到铝合金。从家庭装修材 料到各类日用器具，都有铝合金 制品。请结合实例，说明铝合金 在性能上有什么优点。 调查研究 质轻、强度大、耐腐蚀、易加工。 3、铜合金 黄铜： Cu Zn （含Zn 20% 36%） 青铜： Cu Sn （含Sn 10% 30%） 战国初期的曾侯乙编钟 （青铜器） 4、金合金 K金:商店里出售的金首饰，上面都标有 K数。K数是表示金的纯度指标，K数越高， 表示含金量越高，价格也越高。24K表示含 金量达99.5%以上，这种金很软，强度也较 差；18K金表示含金量在75%左右，这种金比 纯金的硬度和
13、强度大；有些金笔尖是14K金 （含金58.3%），硬度就更大一些，也更耐 磨。 你知道什么是24K金、什么是18K金吗？ 5、新型合金 储氢合金：Ti- Fe La-Ni 钛合金：亲生物金属 储氢合金可用于以 H2为燃料的汽车 人造骨头 5、新型合金 形状记忆合金：合金的形状被改变之后， 一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔 术般地变回到原来的形状，人们把具有这种 特殊功能的合金称为形状记忆合金。 钛镍合金 形状记忆效应可用下图所示的简单实验演 示，原本弯弯曲曲的形状记忆合金丝（a） 经拉直后（b），只要放入盛有热水的烧杯 中，合金丝就会迅速恢复到和原来一摸一 样的弯弯曲曲的形状（c）。 (
14、a) 原始形状 (b) 拉 直 (c) 加热后恢复 永不忘本的金属 形状记忆合金不仅单次“记忆”能力几乎可 达百分之百，即恢复到和原来一模一样的 形状，更可贵之处在于这种“记忆”本领即 使重复500万次以上也不会产生丝毫疲劳 断裂。因此，形状记忆合金享有“永不忘 本”、“百折不挠”等美誉，被比作一个人 应具有的永不变节、坚贞不屈的精神和气 节。 名副其实的大力士 形状记忆合金（a）能撑起自重100倍以上 的重量，马达（b）的驱动力可达自重的50 倍，而蚂蚁（c）和人（d）则分别是20倍 和2倍。 （a）记忆合金（b）马 达 （c）蚂 蚁 （d） 人 实现月、地之间的信息沟通 1969年7月20
15、日，乘坐“阿波罗-11 号”登月舱的美国宇航员阿姆斯特朗在 月球上踏下的第一个人类的脚印，谛听 着这位勇士从月宫里传回的富于哲理的 声音：“ 对我个人来说，这只是迈出的 一小步；但对全人类来说，这是跨了一 大步 ”。阿姆斯特朗当时的图像和声音 就是通过形状记忆合金制成的天线从月 球传输回地面的。 月球上使用的形状记忆合金天线 （a）原始形状（b）折成球形装入登月舱（c）太阳能加热后 科学家用当时刚刚发现不久的形状记忆合金丝制成了如 图（a）所示的抛物线形天线。在宇宙飞船 发射之前，首先 将抛物面天线折叠成一个小球，如图 （ b ）所示，这样很 容易就能装进宇宙飞船上的登月舱内。当登月舱在月球上
16、成 功着陆后，只需利用太阳的辐射能对小球加温，折叠成球形 的天线因具有形状 “ 记忆 ” 功能便会自然展开，恢复到 原始的抛物面形状，如图 （ c ）所示 。 在医学上的应用 形状记忆合金在现代临床医疗领域内 已获得广泛应用，正扮演着不可替代的重 要角色。例如，各类人体腔内支架、心脏 修补器、血栓过滤器、口腔正畸器、人造 骨骼、伤骨固定加压器、脊柱矫形棒、栓 塞器、节育环、医用介入导丝和手术缝合 线等等，都可以用形状记忆合金制成。 医用腔内支架的应用原理示意 （a）预压缩 （b）受热扩张后 （c）植入腔道内效果 作为一类新兴的功能材料，形状记忆合金的很多新 用途正不断被开发。记忆合金还可以制成任意变形的眼 镜架，如果不小心被碰弯曲了，只要将其放在热水中加 热，就可以恢复原状。不久的将来，汽车的外壳也可以 用记忆合金制作。如果不小心碰瘪了，只要用电吹风加 加温就可恢复原状，既省钱又省力，实在方便。 其它领域的应用 除金、铂外，大多数金属都会发生
