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1、第一节第一节 铁及其化合物铁及其化合物（金属材料金属材料）随着科学技术的飞跃发展，金属的用途日新月异地变化着：改善钢质量的锰，用作战争金属和宇宙润滑剂的钼，最难熔的金属和光明的使者钨，最硬的金属铬，最重的金属锇，会贮藏气体的钯，能显示踪迹的钴，“长眼睛”的铷和铯，被称为“原子能工业之宝”的铍和锂， “多才多艺”的锆，钢铁的维生素钒，不怕烈火的钽，未来的金属钛，超导元素铌，神通广大的铝，珍贵而实用的铂，用途日新月异的银，国际金融交换媒介的金，核时代的燃料铀和钍正在各显神通，人类生活在金属世界中，一刻也离不开金属。金属材料的使用并不仅仅局限于我们熟悉的金、银、铜、铁、铝这几种，有很多其他的金属现已
2、被广泛应用，让我们走进教材，学习用途广泛的金属材料。人类使用材料的进化顺序人类使用材料的进化顺序材料的分类材料的分类石器时代石器时代铜器时代铜器时代铁器时代铁器时代材材 料料金属材料金属材料非金属材料非金属材料合成高分子材料合成高分子材料智能材料智能材料合金材料合金材料纯金属纯金属功能功能高高分子材料分子材料分离膜分离膜传感膜传感膜热电膜热电膜仿生材料仿生材料隐形材料隐形材料液晶材料液晶材料合成材料合成材料材料材料金属材料金属材料非金属材料非金属材料复合材料复合材料无机非金属材料无机非金属材料有机非金属材料有机非金属材料传统材料传统材料新型材料新型材料天然材料天然材料合成材料合成材料它们是纯金
3、属做的吗？它们是纯金属做的吗？铝合金锅铝合金锅钛合金羽毛球拍钛合金羽毛球拍镍合金门锁镍合金门锁钢铁材料钢铁材料铝合金轮毂铝合金轮毂铂合金首饰铂合金首饰 在工农业生产和日常生活中，我们很少使用纯金属，而主要在工农业生产和日常生活中，我们很少使用纯金属，而主要使用合金。使用合金。一、合金一、合金1.1.定义定义: :由两种或两种以上的由两种或两种以上的_与与_(_(或或_)_)熔合而成的具有熔合而成的具有_的物质。的物质。金属金属金属金属非金属非金属金属特性金属特性【微点拨微点拨】合金一般是混合物合金一般是混合物, ,没有固定的熔点。合金没有固定的熔点。合金中各成分金属的化学性质不变。中各成分金属
4、的化学性质不变。使用不同的原料，改变原料的配比或改变生成合金的使用不同的原料，改变原料的配比或改变生成合金的条件，都可以得到不同性能的合金。条件，都可以得到不同性能的合金。焊锡焊锡(183(183) )67%67%锡锡 ( (232.1232.1) )33%33%铅铅 ( (327.7 327.7 ) )保险丝保险丝 (70)(70)12.5%12.5%12.5%12.5%锡锡锡锡 ( ( ( (232.1232.1232.1232.1) ) ) )50%50%铋铋铋铋 ( ( ( (271.4271.4271.4271.4 ) )25%25%铅铅铅铅 ( ( ( (327.7327.7327
5、.7327.7 ) ) ) )导电性和导热性低于任一组分金属。导电性和导热性低于任一组分金属。 特性特性： 合金与各成分金属相比，具有许多优良的物理、化学及机械合金与各成分金属相比，具有许多优良的物理、化学及机械性能，在许多方面不同于各成分金属。性能，在许多方面不同于各成分金属。金属合金的硬度一般比它的各成分金属要金属合金的硬度一般比它的各成分金属要大大。多数合金的熔点比它的各成分金属要多数合金的熔点比它的各成分金属要低低。合金在工业上的用途比纯金属更广、更重要。合金在工业上的用途比纯金属更广、更重要。【微思考微思考】为什么合金硬度比成分金属大为什么合金硬度比成分金属大? ?提示提示: :纯金
6、属所有原子的大小和形状相同纯金属所有原子的大小和形状相同, ,原子排列十分规整原子排列十分规整; ;加加入或大或小的其他元素的原子后入或大或小的其他元素的原子后, ,改变了金属原子有规则的层状改变了金属原子有规则的层状排列排列, ,使原子层之间的相对滑动变得困难使原子层之间的相对滑动变得困难, ,导致合金硬度变大。导致合金硬度变大。3.3.合金性能合金性能的影响因素的影响因素_、_、生成条件。、生成条件。元素的种类元素的种类元素含量元素含量生铁生铁钢钢2%4.3%0.03%2%延展性延展性机械性能好机械性能好钢钢碳素钢碳素钢合金钢合金钢高高中中低低特种特种合金合金不锈钢不锈钢铬铬(Cr)镍镍(
7、Ni)铝铝铝合金铝合金氧化铝氧化铝 铝和氧化铝的性质铝和氧化铝的性质 铝是地壳中含量最多的金属元素，是一种活泼金属，在常温下就能与空气中的氧气发生反应，在表面生成一层致密的氧化铝薄膜。 氧化铝（ Al2O3 ）是白色、不溶于水的固体，熔点很高（2054）常作耐火材料 。 刚玉的主要成分是Al2O3 ，其中把含少量铬元素的刚玉称为红宝石；含少量的铁和钛元素的刚玉称为蓝宝石。（3 3）铝与酸、碱的反应）铝与酸、碱的反应铝与盐酸反应铝与盐酸反应铝与氢氧化钠溶液铝与氢氧化钠溶液反应反应实验实验操作操作 铝与盐酸反应铝与盐酸反应铝与氢氧化钠溶液反应铝与氢氧化钠溶液反应实验实验现象现象铝片铝片_,_,有无
8、色气泡冒出有无色气泡冒出, ,将点燃将点燃的木条放在试管口有的木条放在试管口有_化学方化学方程式程式_逐渐溶解逐渐溶解爆鸣声爆鸣声2Al+6HCl=2Al+6HCl=2AlCl2AlCl3 3+3H+3H2 22Al+2H2Al+2H2 2O+2NaOHO+2NaOH=2NaAlO2NaAlO2 2+3H+3H2 2铝与盐酸反应铝与盐酸反应铝与氢氧化钠溶液反应铝与氢氧化钠溶液反应离子方离子方程式程式_实验实验结论结论铝既能与盐酸反应铝既能与盐酸反应, ,又能与氢氧化钠溶液又能与氢氧化钠溶液反应反应, ,都产生都产生_2Al+6H2Al+6H+ +=2Al2Al3+3+3H+3H2 22Al+2
9、OH2Al+2OH- -+2H+2H2 2O O=2Al +3H2Al +3H2 2氢气氢气（4 4）氧化铝与酸、）氧化铝与酸、碱的反应碱的反应(1)(1)两性氧化物两性氧化物: :既能与酸反应生成既能与酸反应生成_,_,又能与碱又能与碱反应生成反应生成_的氧化物的氧化物, ,如如AlAl2 2O O3 3。盐和水盐和水盐和水盐和水(2)(2)氧化铝的两性氧化铝的两性 铝铝合合金金的的性性质质及及用用途途：铝合金具有密度小、强度高、塑性好、易于成型、制造工艺简单、成本低廉等特点。主要用于建筑业、容器制造、交通运输及电子行业。是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。铝质易拉罐的利与弊铝质易拉罐的利与弊
10、近年来，铝质易拉罐产量在中国有逐年增长的势头。据国家统计局公布，2002年我国啤酒以2 386.83万吨的产量位居世界第一，超过美国的2 200万吨。其中用易拉罐包装的产量超过5%，使用易拉罐15亿20亿个，主要供啤酒和碳酸类饮料行业使用。据业内专家预测，2010年全国易拉罐用铝将达到29万吨。 铝质易拉罐具有诸多优点，如重量轻、密闭性好、不易破碎等，被大量地用作啤酒、碳酸类饮料等饮料的包装材料。 据科研人员对22种饮料的调查发现，易拉罐饮料中铝含量较高，比瓶装饮料高36倍，如果贪饮，不加节制，势必造成铝摄入量过多，对身体产生危害。铝被人体吸收后，在人体的脑、心脏、肝、肾等器官内沉积，且排泄缓
11、慢，有“只进不出”的趋势，对各器官功能特别是脑组织和免疫功能会造成很大伤害。世界卫生组织于1989年正式将铝确定为食品污染物而加以控制，提出成年人每天允许摄铝量为60毫克。许多发达国家已限制易拉罐的生产。四、新型合金四、新型合金氢气与汽油两用车上的储氢装置氢气与汽油两用车上的储氢装置 储氢合金储氢合金新型合金新型合金TiFe, LaNi氢燃料电池汽车上的储氢罐氢燃料电池汽车上的储氢罐 储氢合金储氢合金新型合金新型合金 储氢合金储氢合金新型合金新型合金“发现发现”号航天飞机号航天飞机人造卫星飞机起落架飞机起落架钛金属腕表钛金属腕表新型合金新型合金钛及钛合金钛及钛合金 耐热合金耐热合金新型合金新型
12、合金喷气式飞机的发动机叶片喷气式飞机的发动机叶片“形状记忆形状记忆”合金合金新型合金新型合金 “形状记忆合金形状记忆合金”是具有形状记忆效应的合金是具有形状记忆效应的合金即是即是镍钛合金镍钛合金。 被广泛用于做人造卫星和宇宙飞船的天线，水暖系统、防被广泛用于做人造卫星和宇宙飞船的天线，水暖系统、防火门和电路断电的自动控制开关，以及牙齿矫正等医疗材料。火门和电路断电的自动控制开关，以及牙齿矫正等医疗材料。低温低温下下用钛用钛-镍形状记忆合金制成的人造卫星天线镍形状记忆合金制成的人造卫星天线水龙头上的温度调节装置水龙头上的温度调节装置移动跳跃的机器人移动跳跃的机器人形状记忆合金制成的形状记忆合金制
13、成的“蝴蝶蝴蝶” （可模仿肌肉的收缩）（可模仿肌肉的收缩） 泡沫泡沫合金合金新型合金新型合金泡沫镍合金泡沫镍合金泡沫铝合金泡沫铝合金硅锰合金硅锰合金锌合金锌合金铂铑合金网铂铑合金网金属金属 冶金工业冶金工业 黑色金属：铁、铬、锰黑色金属：铁、铬、锰 有色金属：除铁、铬、锰以有色金属：除铁、铬、锰以外的金属外的金属 密密 度度 重金属重金属 ：密度：密度4.5g/cm4.5g/cm3 3以上以上 轻金属轻金属 ：密度：密度4.5g/cm4.5g/cm3 3以下以下 接触概率接触概率 常见金属：如铁、铝、铜等常见金属：如铁、铝、铜等 稀有金属：如锆、铌、钼等稀有金属：如锆、铌、钼等 金属的分类金属
14、的分类科学视野科学视野用途广泛的稀土金属用途广泛的稀土金属练练习习1判断正误判断正误(正确的打正确的打“”，错误的打错误的打“”“”)。(1)人类历史上使用最早的合金是青铜。人类历史上使用最早的合金是青铜。()(2)合金中只存在金属元素合金中只存在金属元素，不可能有非金属元素。不可能有非金属元素。()(3)生铁的熔点比铁低生铁的熔点比铁低，但机械强度和硬度比铁高。但机械强度和硬度比铁高。()(4)生铁生铁中的铁与纯铁的化学性质不同。中的铁与纯铁的化学性质不同。()(5)镁、铝熔合成合金的过程发生了化学变化。镁、铝熔合成合金的过程发生了化学变化。()(6)储氢合金属于金属氢化物材料。储氢合金属于
15、金属氢化物材料。()(7)合金是混合物，具有金属的特性。合金是混合物，具有金属的特性。()2下列有关铁和铁合金的说法错误的是下列有关铁和铁合金的说法错误的是()A生铁比铁软生铁比铁软B铁有良好的导热性铁有良好的导热性C钢是铁的合金钢是铁的合金D生铁在潮湿的空气中容易生锈生铁在潮湿的空气中容易生锈解析：合金的硬度一般大于各成分金属解析：合金的硬度一般大于各成分金属，生铁比铁的硬度大；生铁比铁的硬度大；铁具有良好的导热性；钢是铁的合金；生铁在潮湿的空气中铁具有良好的导热性；钢是铁的合金；生铁在潮湿的空气中容易生锈。容易生锈。A3钛和钛的合金被誉为钛和钛的合金被誉为“21世纪最有发展前景的金属材料世
16、纪最有发展前景的金属材料”，它们它们具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工，尤其是钛合金与人体器官具有很好的于加工，尤其是钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性生物相容性”。根据它们的主要性能，下列用途不切实际的是根据它们的主要性能，下列用途不切实际的是()A用来做保险丝用来做保险丝B用于制造航天飞机用于制造航天飞机C用来制造人造骨用来制造人造骨D用于家庭装修用于家庭装修，制作钛合金装饰门制作钛合金装饰门解析：由于钛和钛的合金密度小、可塑性好解析：由于钛和钛的合金密度小、可塑性好，因此可用于航天领域因此可用于航天领域，B正确；由于正确；由于钛合金与人体器官具有很好的钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性生物相容性”，可与人体的组织相容可与人体的组织相容，不引起排斥不引起排斥反应反应，因此可以用来制造人造骨因此可以用来制造人造骨，C正确；由于其密度小、可塑性好、易正确；由于其密度小、可塑性好、易于加工于加工，因此可用于家庭装修，制作钛合金装饰因此可用于家庭装修，制作钛合金装饰门门，D正确；由于其熔点高正确；由于其熔点高，
