元金属和金属材料

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1、第八单 元金属和金属材料课题一 金属材料教学目标： 1、 过日常生活中广泛使用金属材料等具体事例，认识金属材料与人类生活和社会发展的 密切联系。 2、了解常见金属的物理性质，知道物质的性质很大程度上决定物质的用途，但还需考虑价 格等因素。 3、认识合金，知道生铁和钢等重要合金，以及合金比纯金属具有更广泛的用途。 重点：1、知道物质的性质很大程度上决定物质的用途，但还需考虑价格等因素。2、认识合金。 难点：采用活动与探究的方式来研究金属及合金的物理性质上的差异 教学过程： 教师先展示一些物品，然后设问：这些物品是由什么材料制成？教师引导学生，如何 根据金属的一些用途，推断金属的物理性质。使学生明

2、白：物质的性质、资源、价格、美 观等决定其用途 引导学生查询资料解决实际问题。教会学生如何获取新的知识。 通过实物引入合金的概念。 举例说明合金与纯金属的区别。 动手实验：比较黄铜与铜、焊锡与锡在光泽、颜色、硬度等方面的区别。 实验操作：比较锡、铅、焊锡的熔点。 引导学生通过实验，探究一些合金与纯金属物理性质上的差异。 引导学生用自己的语言描述金属及合金的性质和用途。 在日常生活中，铝、钛、锌、铜等金属的应用非常广泛，如：铝合金的门窗、铜线、铜火 锅、铜电器，以及锌在常见干电池的应用等。 一些金属牛物理性质比较物理性质物理性质比较导电性Ag Cu Au Al Zn Fe Pb 导电性逐渐减弱密

3、度Au Pb Ag Cu Fe Zn Al 密度逐渐减少熔点W Fe Cu Au Ag Al Sn 熔点由高到低硬度Cr Fe Ag Cu Au Al Pb 硬度由大到小合金：合金是由一种金属跟其它一种或几种金属（或金属跟非金属）一起熔合而成的具有 金属特性的物质。 【讲述】合金的简单命名。 【引入】我们在日常生活中接触到的钢铁都是铁碳合金。根据含碳量的不同，铁碳合金 又分为生铁和钢。 一些合金和组成它们的纯金属性质比较性质比较现象黄铜铜焊锡锡光泽和颜色硬度结论实验 8-2 比较焊锡、锡和铅的熔化温度现象结论最近一些学者研究发现，古罗马人的遗骸中含有大量铅，古罗马帝国的灭亡竟与铅 中毒有关。原

4、来古罗马贵族惯用铅制器皿（瓶、杯、壶等）和含铅化合物的化妆品，甚至 输送饮水的水管也是用铅做的，从而导致慢性铅中毒死亡。根据上述材料回答下列问题：（1）人们日常接触的哪些物质中含铅？（2）铅对人体有哪些危害？（3）为防止铅中毒，请你提出几条合理建议。（4）以小组的形式组织一项调查活动：到附近的加油站，调查汽油的种类，是否还在 使用含铅汽油？是什么时候停止使用含铅汽油的？并进行环保宣传。 铁片与铁粉颜色不同的原因问题：铝粉具有银白色的光泽，常用来做涂料（俗称银粉、银漆） ，保护铁制品不被腐 蚀，而且美观、但一般金属的粉未的颜色多为黑色。为什么金属在粉未状时的颜色是黑色 呢？实验：实验一：取一块铁

5、片，用细砂纸打磨表面，用滤纸（或软布）擦拭后，观察铁片的颜 色；观察实验室里的铁屑样品颜色。实验二：取一小块玻璃残片，观察其颜色。将玻璃小心敲碎（注意保护好眼睛） ，观察 玻璃屑的颜色。根据以上实验探究，结合你学过的物理光学知识，解释玻璃屑颜色不同于玻璃片的原 因。推测铁粉颜色与铁片颜色不同的原因。 铁合金的抗锈蚀性能问题：建筑物的防盗门及防盗网为什么常用不锈钢制造呢？实验：班上的同学集体协作，选派代表到小五金商店购买少量普通铁钉和不锈钢钉， 并购买一张细砂纸。利用这些材料进行如下家庭小实验。用细砂纸打磨普通铁钉和不锈钢钉表面。将两枚铁钉分别浸在食盐水中，食盐水不要全部浸没铁钉。几天后观察两枚

6、铁钉锈蚀 的情况，并与同学们进行交流。（1）普通铁钉与不锈钢钉哪个更能抗锈蚀？（2）查找课本，比较生铁、钢及不锈钢的成分有何不同。 铁的历史人类使用铁的历史可以追溯到四千五百多年以前，不过那时的铁是从太空掉下的陨铁 （其中含铁 90以上） 。我国在商代就开始用铁，在河北、北京、河南的某些地区出土过 用陨铁打制的铁刃铜钺。我国最早的人工冶铁制品是甘肃灵台出土的春秋初年秦国的铜柄 铁剑，这说明春秋初年我国已掌握了冶铁技术。铁是人体健康、植物生长所必需的元素之一。一个成年人的身体里约含 3 g5 g 铁元 素，其中 70以上在血红蛋白里。人体必须保证足够的铁的摄入，如果每天膳食中含铁量 太低，长时间

7、供铁不足，就会患缺铁性贫血。这类病人往往面色苍白，并有头昏、无力、 心悸、气急等症状。因此，应多吃一些含铁丰富的食物，含铁较多的食物有动物的肝脏、 芹菜、番茄等。植物生长也离不开铁，铁是植物制造叶绿素时不可缺少的催化剂。如果植物叶子发黄 枯萎，就是土壤中缺铁的特征，就应施加如硫酸亚铁等予以补充。铝从比黄金还贵的金属变为廉价金属铝是一种“年轻的金属” ，它的发现和工业生产的历史很短。1827 年德国化学家维勒， 用他独创的一种复杂的方法制得了粉未状金属铝，并首次指出了铝的化学性质，他被科学 界公认为铝的发现者。30 年后，法国化学家得维尔用金属钠还原氯化铝，得到了有金属光 泽的铝球，但用这种方法

8、制得的铝比黄金还贵好几倍，使铝成为当时颇受羡慕的“贵金属” 门捷列夫于 1889 年接受了英国皇家协会的最高奖赏一架用金和铝制成的天平。至 1886 年，英国奥柏林学院化学系的青年学生霍尔，在实验中偶然发现冰晶石可大大降低炼 铝成本。他将氧化铝与冰晶石混合熔化然后电解，结果在阴极得到了铝。几乎同时，法国 青年大学生埃罗也成功地用电解法制得了铝。从此，铝变成 金属分类黑色金属 通常指铁，锰、铬及它们的合金（主要指钢铁） 。锰和铬主要应用于制合金钢，而钢铁表面常覆盖着一层黑色的四氧化三铁，所以把铁、 锰、铬及它们的合金叫做黑色金属。这样分类，主要是从钢铁在国民经济中占有极重要的 地位出发的。有色金

9、属 通常是指除黑色金属以外的其他金属。有色金属可分为四类：（1）重金属，如铜、锌、铅、镍等；（2）轻金属，如钠、钙、 镁、铝等；（3）贵金属，如金、银、铂、铱等；（4）稀有金属，如锗、铍、镧、铀等。轻金属 密度在 4.5 gcm-3 以下的金属叫轻金属。例如钠、钾、镁、钙、铝等。周 期系中第A、A 族均为轻金属。重金属 一般是指密度在 4.5 gcm-3 以上的金属叫重金属。例如铜、锌、钻、镍、 钨、钼、锑、铋、铅、锡、镉、汞等，过渡元素大都属于重金属。贵金属 贵金属通常是指金、银和铂族元素。这些金属在地壳中含量较少，不易开采， 价格较贵，所以叫贵金属。这些金属对氧和其他试剂较稳定，金、银常用

10、来制造装饰品和 硬币。稀有金属 稀有金属通常指在自然界中含量较少或分布稀散的金属。它们难于从原料 中提取，在工业上制备及应用较晚。稀有金属跟普通金属没有严格的界限，如有的稀有金属在地壳中的含量比铜、汞、镉 等金属还要多。稀有金属在现代工业中具有重要的意义。 往往把黑色金属、有色金属和稀有金属并列为三大类。有人将铜、铁、铝分别称为第一、二、三代金属，它们的接班人，即第四代金属，就 是后起之秀钛了。钛的拉丁文名称“Tanium”是希腊神话中的大力神“泰但”之意。钛具有不寻常的综合优点。在航空工业中称霸已久的铝，面对钛只能是自愧不如了。 钛比铝重一些，比钢轻一倍，而强度和硬度可与钢媲美，同时又具有良

11、好的可塑性、超凡 的韧性、惊人的抗腐蚀性，并能在-253 500 的温度范围内保持高强度，可以说是性 能极其优越。当飞机的速度超过音速的 2.2 倍时，飞机和空气的剧烈摩擦产生的温度会超 过 300 ，铝合金的强度会急剧下降，而钛却泰然自若。难怪在美国的新式战斗机中钛用 量达全机重量的 90%以上。从 20 世纪 60 年代起，钛就成了卫星、火箭、宇宙飞船的重要材料。目前每年用于航天工业的钛已超过千吨。钛除有“空间金属”的美称外，同时又兼有“深海金属”的美名。因为，一般舰船是 用钢铁制成的，会因海水腐蚀而锈损。虽然人们想了许多诸如涂上防腐漆之类的办法，还 是不能从根本上解决问题，使得舰船要定期

12、大修，而钛有惊人的抗腐蚀性能。另一方面， 海水中深度每增加 10 m，压力就会增加一个大气压，因此潜水艇的船体材料就要求高强度、 耐腐蚀，钛恰好可以从容胜任。钛不仅强度高，且表面有致密的氧化膜，长期在海水中也 不会被腐蚀。1977 年，前苏联用 3 500 多吨钛建造了当时世界上航行速度最快的核潜艇。美国海军 也制成了以钛合金为材料的深海潜艇，能在 4 500 m 的深海中航行。钛还有一个奇特的性能，即是一种“亲生物金属” 。植入人体后不会引起过敏反应，加 之它与骨骼密度相仿，因此可用来制造人造骨。总之，在原来使用钢材、铝材的地方，几乎都能用钛取而代之。而一些钢材、铝材难 以胜任的地方，钛也能

13、应付自如。故人们称钛为“未来的钢铁，21 世纪的金属” 。钛，在地壳中的含量并不太少。钛矿分布很广，仅次于铝、铁、钙、钠钾、镁，而比 铜、锡、锰、锌多得多，约占地壳重的 0.6%。1910 年人们首次得到纯钛。1947 年才开始在工厂里炼钛，当年产量仅 2 吨。到 1972 年，钛的年产量即达 20 万吨。直到目前，大规模生产高纯度的钛，仍是冶金工业追求的目 标。相信随着这一目标的实现，钛将很快脱颖而出，成为金属材料界居于统治地位的金属。金属铝在现代工业中大显身手的同时，也渗入到了我们的家庭。为此有人开始研究铝 对人体健康的影响。长期以来，人们一直认为铝是一种对人体无害的金属元素，治疗胃酸过多

14、的药胃 舒平的主要成分就是氢氧化铝。然而，近代科技的发展，对“铝无害论”提出了异议。 l975 年，美国佛蒙特医院雷弗教授等用电子显微镜和 X 射线衍射光谱测定法分析了多名老 年痴呆症患者的神经元，结果发现这些人的神经元中，铝的含量比正常人多了 24 倍。后来，美国科学家达伦用原子吸收光谱分析了老年痴呆症人的大脑，发现他们脑中铝 的含量竟是正常人的 5 倍。美国的一个医疗小组到世界上饮水含铝量最高的关岛调查，最 后发现那里患老年痴呆症的人数比正常地区多了 35 倍。这些都证实铝是老年痴呆症的罪 魁祸首。物质的用途在很大程度上取决于物质的性质。由于铝有多种优良性能，因而铝有着极 为广泛的用途。（

15、1）铝的密度很小，仅为 2.7 g/cm3，虽然它比较软，但可制成各种铝合金，如硬铝、 超硬铝、防锈铝、铸铝等。这些铝合金广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。 此外，宇宙火箭、航天飞机、人造卫星也使用大量的铝及其合金。例如，一架超音速飞机 约由 70的铝及其合金构成。船舶建造中也大量使用铝，一艘大型客船的用铝量常达几千 吨。（2）铝的导电性仅次于银、铜，虽然它的导电率只有铜的 23，但密度只有铜的 13，所以输送同量的电，铝线的质量只有铜线的一半。铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的 能力，而且有一定的绝缘性，所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业中有广 泛的用途。（3）铝是热的良导体

16、，它的导热能力比铁大 3 倍，工业上可用铝制造各种热交换器、 散热材料和炊具等。（4）铝有较好的延展性（它的延展性仅次于金和银） ，在 100 150 时可制成 薄于 0.01 mm 的铝箔。这些铝箔广泛用于包装香烟、糖果等，还可制成铝丝、铝条，并能轧制各种铝制品。（5）铝的表面因有致密的氧化物保护膜，不易受到腐蚀，常被用来制造化学反应器、 医疗器械、冷冻装置、石油精炼装置、石油和天然气管道等。（6）铝粉具有银白色光泽（一般金属在粉未状时的颜色多为黑色） ，常用来做涂料， 俗称银粉、银漆，以保护铁制品不被腐蚀，而且美观。（7）铝在氧气中燃烧能放出大量的热和耀眼的光，常用于制造爆炸混合物，如铵铝炸 药（由硝酸铵、木炭粉、铝粉、烟黑及其他可燃性有机物混合而成） 、燃烧混合物（如用铝 热剂做的炸弹和炮弹可用来攻击难以着火的目标或坦克、大炮等）和照明混合物（如含硝 酸钡 68、铝粉 28、虫胶 4）