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1、第三节用途广泛的金属材料【本节学习要点】1掌握合金的概念和性质。2.掌握常见合金的重要用途。3.初步认识合理使用金属材料的意义。【重难点讲解】重难点一、常见合金及其重要应用1铁合金铁合金,主要成分元素,主要特性,主要用途生铁,Fe、C(2%4.3%)及Si、Mn、S、P等,硬而脆，强度大，可铸不可锻,炼钢，制各种铸件钢,碳素钢,低碳钢,Fe、C(低于0.3%),韧性、焊接性好，强度低,制钢板、钢丝、钢管等中碳钢,Fe、C(0.3%0.6%),强度高，韧性及加工性好,制钢轨、车轮和建材等高碳钢,Fe、C(高于0.6%),硬而脆，热处理后弹性好,制器械、弹簧、刀具等合金钢,锰钢,Fe、Mn,韧性好
2、，强度大,钢轨、轴承、钢磨、坦克装甲硅钢,Fe、Si,导磁性好,变压器、发电机和电动机中的铁芯不锈钢,Fe、Cr、Ni,抗腐蚀性好,医疗器械、炊具、反应釡、容器2铜合金铜合金,成分金属,性能及用途青铜,Cu、Sn、Pb,硬而脆，强度大，古人用来制刀具、祭器、酒具等黄铜,Cu、Zn(少量Sn、Pb、Al等),硬度较青铜差，耐磨、耐腐蚀，可塑性强，主要用作饰品、制耐压设备等白铜,Cu、Ni、Zn少量的Mn,常用酒具、饰品等3其他合金名称,组成,主要特性,主要用途铝合金,含有10%30%的镁,强度和硬度都比纯铝和纯镁大,火箭、飞机、轮船等制造业硬铝,含铜4%、镁0.5%、锰0.5%、硅0.7%,强度
3、和硬度都比纯铝大,火箭、飞机、轮船等制造业钛合金,含铝6%、钒4%,耐高温、耐腐蚀、高强度,用于宇航、飞机、造船、化学工业重难点二、稀土元素的性能及用途1性能稀土金属元素指物理性质和化学性质极为相似、在自然界中共生的金属元素，具有特殊的物质结构，具有优异的物理、化学、磁、光、电学性能，它既可以单独使用，也可用于生产合金。稀土元素被称为冶金工业的维生素。2用途(1)结构材料：在钢铁中加入适量稀土金属或稀土金属的化合物，可使钢铁得到良好的塑性、韧性、耐磨性、耐热性、抗氧化性、抗腐蚀性等。(2)磁性材料：稀土金属可制成永磁材料，钕铁硼永磁是当今最强的永磁体，制成磁光存储记录材料，用于生产磁光盘等。(
4、3)发光材料：稀土金属的氧化物可作发光材料，如彩色电视机显像管中使用的稀土荧光粉，使画面亮度和色彩的鲜艳度都提高了许多。(4)催化剂：在石油化工中，稀土金属主要用于催化活性高、寿命长的分子筛型催化剂。(5)特种玻璃：在石英光导纤维中掺入某些稀土金属，可大大增强光纤的传输能力。(6)在农、林、牧、医等方面的应用：稀土金属元素可制成微量元素肥料，促进作物对N、P、K等常用元素的吸收。(7)在环境保护方面的应用：硝酸镧在环境保护方面得到应用，可以很有效地除去污水中的磷酸盐。(8)引火合金：作民用打火石和炮弹引信。【典例精讲】题型1合金的性质【例1】碲锌镉(TeZnCd)晶体可以用于制造红外探测器的基
5、础材料，下列有关它的叙述中不正确的是()A.它是由Te、Zn、Cd按一定比例混合而成的，无固定的熔、沸点B它易导电、导热，具有延展性C它的熔、沸点比Zn的低D它的硬度和强度比Cd的大解析碲锌镉晶体是由Te、Zn、Cd按一定比例熔合而成的具有金属特性的合金，只要比例确定、其组成就固定，因而有固定的熔、沸点；合金具有比成分金属低的熔、沸点，高的硬度和强度。答案A合金是混合物，无因定熔、沸点。题型2合金的应用【例2】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
6、度g/cm3,金,铅,银,铜,铁,锌,钠193,11.3,10.5,8.92,7.86,7.14,2.70熔点C,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949.52.542.532.5322.91.5(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
7、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 410C)，而锡的熔点(232C)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。做好本题的关键是利用生活经验和表中所提供的信息。从硬度、导电性、熔点等角度去考虑，有的题目看似新颖，其实只要抓住其问题的核心就能顺利解决。题型3金属的冶炼【例3】古代的“药金”外观与金相似，常被误以为是金子，冶炼方法如下：将碳酸锌、赤铜(Cu2O)、木炭混合加热到800，得到金光闪闪的“药金”。(1)药
8、金的主要成分是_。(2)有关冶炼的化学方程式是_。解析高温下，碳酸锌分解生成氧化锌和二氧化碳，木炭在高温下将氧化亚铜和氧化锌还原为金属铜和锌，在这种高温下铜锌形成合金而呈金黄色。答案(1)铜锌合金(2)ZnCO3ZnOCO2，2Cu2OC4CuCO2，2ZnOC2ZnCO2若某些金属以碳酸盐形式存在时，如菱镁矿（碳酸镁）、菱铁矿（碳酸亚铁）等，首先应将其转化成氧化物，然后再用还原剂还原。金属活动顺序表中ZnCu的金属用还原剂法进行冶炼。题型4合金与酸碱的反应来源:学,科,网Z,X,X,K【例4】有镁、铝合金10.2 g，将它溶于500 mL 4 molL1的盐酸中，若要使沉淀质量达到最大值，则
9、需加入2 molL1的氢氧化钠溶液的体积为()A.1 000 mL B.500 mLC100 mL D1 500 mL解析当镁、铝全部以Mg(OH)2、Al(OH)3沉淀，即沉淀质量达到最大值时，溶液中只存在NaCl，故当沉淀的量最多时n(NaOH)n(HCl)。n(NaOH)0.5 L4 molL12 mol，V(NaOH)2 mol2 molL11 L1 000 mL。答案A当遇到较复杂的计算时，可以分析开始状态和反应终止状态，将其中的过程简化，找出其中的本质关系，运用守恒定律，化繁为简，提高解题速度。题型5合金成分金属含量的测定【例5】某铝合金中含有合金元素镁、铜、硅，为了测定该合金中铝
10、的含量，设计了如下实验，请回答有关问题：(1)称取样品a g，称量时应该使用的主要仪器的名称是。(2)将样品溶解于足量的稀盐酸中，过滤。滤液中主要含有，滤渣中含有 ，溶解、过滤用到的玻璃仪器是。(3)滤液中加过量氢氧化钠溶液、过滤，有关的离子方程式是_。(4)向步骤(3)的滤液中通入足量二氧化碳气体，过滤，有关的离子方程式是_。(5)步骤(4)过滤后的滤渣用蒸馏水洗涤数次，烘干并灼烧至恒重，冷却后称重，其质量为b g，有关的化学方程式是，原样品中铝的质量分数是。(6)若步骤(3)中加入氢氧化钠的量不足，则实验结果(填“偏高”“偏低”或“不影响”，下同)；若步骤(5)中滤渣没有洗涤，则实验结果；
11、若滤渣灼烧不充分，则实验结果。解析(1)称量样品的仪器，在中学阶段只介绍了托盘天平。(2)合金中能与盐酸反应的只有Mg、Al，Mg2HCl=MgCl2H2，2Al6HCl=2AlCl33H2。(3)据滤液中主要含有的溶质，即可写出相应的离子方程式。(4)通入CO2时，CO2可与AlO2反应，因CO2过量必须写成HCO3形成。(5)氢氧化铝灼烧：2Al(OH)3Al2O33H2O。做实验取样品a g，实验后得氧化铝b g，设b g氧化铝中含铝的质量为x。Al2O32Al10254b gx10254b gx，xgg样品中铝的质量分数：100%100%(6)当加入NaOH不足时，有一部分Al(OH)
12、3未转化为AlO2而被过滤除去，即使Al的质量减少了，所以测定结果偏低；若(5)中未洗涤滤渣，则滤渣中附有溶液中的溶质的质量被当作Al2O3的质量，使Al2O3的质量增大，即Al的质量增大，因而测得的结果偏高；若滤渣灼烧不充分，则使Al2O3的质量增大，即Al的质量增大，因而实验结果偏高。答案(1)托盘天平(2)MgCl2、AlCl3、HClCu、Si烧杯、玻璃棒、普通漏斗(3)Mg22OH=Mg(OH)2，Al34OH=AlO2H2O，HOH=H2O(4)AlOCO22H2O=Al(OH)3HCO(5)2Al(OH)3Al2O33H2O%(6)偏低偏高偏高镁铝合金中镁质量分数的测定方案可设计
13、如下：盐酸实验设计1：铝镁合金测定生成气体的体积（标准状况）NaOH溶液实验设计2：铝镁合金测定生成气体的体积（标准状况）盐酸NaOH溶液实验设计3：铝镁合金溶液过量过滤，测定沉淀的质量【自测题】1下列物质中，不属于合金的是()A.硬铝 B.黄铜 C.钢 D水银答案解析硬铝为AlCuMgMnSi合金；黄铜为CuZn合金；钢可分为碳素钢和合金钢，碳素钢是铁和碳的合金，合金钢是铁与C、Cr、Mn、W、Ni、Mo、Co、Si等元素所组成的合金；水银即是单质汞，不是合金。2下列说法正确的是()A.所有不锈钢都只含有金属元素B我国流通的硬币材质是金属单质C广东正在打捞的明代沉船上存在大量铝制餐具D镁合金的硬度和强度均高于纯镁答案 D解析A项不锈钢都含有C等非金属元素；流通硬币材质是合金，明代还没有铝制品，B、C错；D项一般来说合金熔点比成分金属低，硬度、强度比成分金属大。3将10 g铁碳合金放入氧气中高温灼烧，反应后的气体通入过量石灰水中得到沉淀1.4 g。则此铁碳合金是()A.生铁 B.高碳钢C中碳钢 D低碳钢答案B解析沉淀为CaCO3,1.
