《用途廣泛的金屬材料》劉穎樺

用途廣泛的金屬材料鐵銅的重要化合物人教版化學(xué)必修1第三章第三節(jié)前世——自然界中鐵銅的存在1誕生——鐵銅的冶煉2今生——鐵銅的應(yīng)用3未來——鐵銅的前景展望4Contents目錄金屬材料的分類：金屬材料純金屬合金(根據(jù)組成成分分類)人類文明與材料發(fā)展史人類文明與材料發(fā)展史石器時代人類文明與材料發(fā)展史人類文明與材料發(fā)展史石器時代青銅時代人類文明與材料發(fā)展史人類文明與材料發(fā)展史石器時代青銅時代鐵器時代人類文明與材料發(fā)展史石器時代青銅時代鐵器時代多元材料時代工具的變遷是人類文明進(jìn)步的標(biāo)志之一

青銅是人類歷史上的一項偉大發(fā)明，是世界冶金鑄造史上最早的合金。青銅硬度大、鑄造性能好、耐腐蝕，適于制作工具、武器、日用器及雕塑藝術(shù)品，是人類最先廣泛使用的金屬器，在人類歷史上促成了繼石器時代、銅石并用時代之后的青銅時代。三千多年前商代的青銅器已表明我國古代無與倫比的冶煉技術(shù)石器時代青銅時代青銅是我國最早的合金，主要含銅和錫，有良好的強(qiáng)度和塑性、耐磨、耐腐蝕，主要用于制機(jī)器零件如軸承、齒輪等。銅合金青銅黃銅2.黃銅、主要含銅和鋅，有良好的強(qiáng)度和塑性、易加工、耐腐蝕，主要用于制機(jī)器零件、儀表和日用品。白銅3、白銅，主要含銅和鎳，耐腐蝕，易加工，它不容易生銅綠，常用于制造精密儀器和裝飾品。司母戊鼎——是世界上已發(fā)現(xiàn)的最大最重的青銅制品?你能幫幫我嗎？黃銅古代稱為藥金，密度比黃金小，外觀與金非常相似，常被誤認(rèn)為是黃金，有些不法之徒卻用黃銅制成假元寶、假手飾來騙人

，假如是你，你怎樣來判別“藥金”和黃金？藥金黃金人類文明與材料發(fā)展史石器時代青銅時代鐵器時代世界近代史上,鋼鐵是國力最重要的標(biāo)志.盡管三千多年前商代的青銅器已表明我國古代無與倫比的冶煉技術(shù)，但直到晚清的洋務(wù)運動才開始發(fā)展鋼鐵工業(yè)，而1949年共和國建立時只有區(qū)區(qū)的15萬噸。

1958年大煉鋼鐵運動明朝·宋應(yīng)星《天工開物》二、鐵合金（其中鋼是用量最大,用途最廣的合金）鋼鐵航母煉鐵圖生鐵鋼二、鐵合金（其中鋼是用量最大,用途最廣的合金）鐵合金生鐵鋼二、鐵合金（其中鋼是用量最大,用途最廣的合金）鐵合金含碳量在2％～4.3％含碳量在0.03％～2％碳素鋼合金鋼在碳素鋼中加入鉻、錳、鎢、鎳、鉬、鈷等合金元素。低碳鋼中碳鋼高碳鋼（含碳0.3％～0.6％）（含碳0.03％～0.3％）（含碳0.6％～2％）碳素鋼:根據(jù)碳的含量分硬度比較硬度比較硬度比較硬度比較抗腐蝕能力純鐵鋼鋼不僅比純鐵硬，而且其抗腐蝕性能也比純鐵好抗腐蝕能力生鐵鋼（含碳量在2％～4.3％之間,還含硅、錳及少量硫、磷）碳素鋼低碳鋼（含碳0.3％～0.6％）高碳鋼（含碳0.03％～0.3％）中碳鋼（含碳0.6％～2％）

在碳素鋼中加入鉻、錳、鎢、鎳、鉬、鈷等合金元素。根據(jù)含碳量合金鋼：有良好的強(qiáng)度和塑性、易加工、耐腐蝕，主要用于制機(jī)器零件、儀表和日用品。二、鐵合金（其中鋼是用量最大,用途最廣的合金）具有各種不同的優(yōu)良性能，用于制不銹鋼及各種特種鋼

因為不銹鋼中除鐵以外，還含有抗腐蝕性很強(qiáng)的Cr和Ni。Cr的含量一般在13％以上，Ni的含量也在10%左右。不銹鋼為什么耐腐蝕？錳鋼：

是一種高強(qiáng)度的耐磨鋼，主要用于需要承受沖擊、擠壓、物料磨損等惡劣工況條件。鎢鋼：

鎢鋼屬于硬質(zhì)合金，可用于制做手表，具有高硬度、耐磨等優(yōu)點。

生鐵鋼（含碳量在2％～4.3％之間,還含硅、錳及少量硫、磷）碳素鋼低碳鋼（含碳0.3％～0.6％）高碳鋼（含碳0.03％～0.3％）中碳鋼（含碳0.6％～2％）

在碳素鋼中加入鉻、錳、鎢、鎳、鉬、鈷等合金元素(如不銹鋼)。鋼的①含碳量越低，韌性越好，硬度越低；

根據(jù)含碳量合金鋼：硬度比較：生鐵>鋼有良好的強(qiáng)度和塑性、易加工、耐腐蝕，主要用于制機(jī)器零件、儀表和日用品。二、鐵合金（其中鋼是用量最大,用途最廣的合金）人類文明與材料發(fā)展史石器時代青銅時代鐵器時代多元材料時代特點：密度小、強(qiáng)度高、抗腐蝕用途：制造飛機(jī)和宇宙飛船鋁被稱為“有翼的金屬”“會飛的金屬”？鋁合金07:30氫氣與汽油兩用車上的儲氫裝置

儲氫合金新型合金記憶金屬隨著社會的發(fā)展，我們對金屬的認(rèn)識也在增加。也許在不遠(yuǎn)將來，我們都會擁有一輛由“記憶金屬”制作的汽車，我們再也不怕把汽車碰撞的凹凸不平而心痛惋惜了。這種“記憶金屬”即是鎳鈦合金。如把這樣一塊金屬任意揉皺，或使它彎曲。加熱后，它又恢復(fù)了原狀。新型合金純金屬是最簡單的金屬材料，合金卻有著更廣泛、更重要的應(yīng)用，展示大家生活周邊的金屬制品，說說是什么材料制成及性能？

展示活動根據(jù)大家的生活經(jīng)驗和所學(xué)過的知識思考：(1)什么是合金？(2)試將其與純金屬作比較，歸納出合金有什么特點？問題探究合金定義：由兩種或兩種以上的金屬（或金屬與非金屬）熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。1.合金具有許多良好的物理、化學(xué)或機(jī)械性能；2.多數(shù)合金的熔點比各成分金屬的熔點低；3.合金的硬度、強(qiáng)度比各成分金屬的硬度、強(qiáng)度大；合金的特點：合金鉛錫及合金熔點比較實驗探究：純金屬及合金熔點比較金屬材料黑色金屬材料(根據(jù)組成元素分類)資料卡片：閱讀課本66頁有色金屬材料（通常包括鐵、錳、鉻以及它們的合金）（除黑色金屬以外的其他各種金屬及其合金）科學(xué)視野：用途廣泛的稀土金屬人類社會最早出現(xiàn)的合金是

。銅合金青銅(銅、

)黃銅（銅、

）白銅（銅、

）常見的合金青銅錫錫、鉛、鋁鋅、錳鋼碳素鋼合金鋼低碳鋼(

)中碳鋼（

）高碳鋼(

)C%<0.3%0.3%~0.6%C%>0.6%鋼的含碳量越低，韌性越

，硬度越

；含碳量越高，韌性越

，硬度越

。好低差高你知道嗎？

鐵和銅在自然界中主要以化合態(tài)的形式存在，也有少量的鐵、銅單質(zhì)存在，不同之處是鐵單質(zhì)只存在于從天而降的“隕鐵”中，而銅單質(zhì)則存在于地球。隕鐵是隕星的一種，含鐵80%以上，常含鎳。新疆阿勒泰隕鐵世界第三號隕鐵，重約30噸說一說：生活中你見過哪些鐵或銅的制品？漢代銅奔馬

銅器和鐵器司母戊銅方鼎越王劍銅器鐵器黃銅礦（CuFeS2）赤鐵礦】（Fe203）隕鐵天然銅鐵銅在自然界的主要存在形式——化合態(tài)游離態(tài)化合態(tài)磁鐵礦(Fe304)孔雀石CuCO3?Cu(OH)2黃鐵礦（FeS2）藍(lán)銅礦Cu2[CO3](OH)2思考：人類如何從自然界中獲取鐵、銅？化合態(tài)游離態(tài)還原劑：H2、CO、C、金屬等請完成P72頁表3-3鐵、銅從化合態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)誕生——鐵銅的冶煉表3-3鐵、銅從化合態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)生成鐵的化學(xué)方程式生成銅的化學(xué)方程式Fe+CuSO4

══Cu+FeSO4H2+CuO══Cu+H2O

ΔCO+CuO══Cu+CO2Δ2Al+Fe2O3

══2Fe+Al2O3高溫3CO+Fe2O3

══2Fe+3CO2高溫3H2+Fe2O3

══2Fe+3H2OΔ

現(xiàn)代工業(yè)煉鐵：高爐煉鐵結(jié)構(gòu)圖C+O2=CO2CO2+C=2CO3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2想一想？

閱讀課本關(guān)于工業(yè)煉鐵的介紹，完成73頁“交流與討論”的思考題，并從原料和反應(yīng)原理的角度分析：現(xiàn)代煉鐵和古代煉鐵的區(qū)別？交流與討論

一氧化碳是怎樣形成？

鐵礦石是如何被還原的？

石灰石的作用是什么？C+O2==CO2

；CO2+C==2CO

（空氣，焦炭）

Fe2O3+3CO===

2Fe+3CO2

（鐵礦石）高溫

造渣（除去脈石）：CaCO3==

CO2+CaO；CaO+SiO2=CaSiO3

（熔劑：石灰石）高溫除去鐵礦石中的二氧化硅，并根據(jù)鐵水和爐渣的密度差異進(jìn)行分層，獲得的鐵的質(zhì)量更好。（脈石：礦石中不能利用的礦物集合體。主要成分是二氧化硅。）點燃高溫由塊狀堆積改為粉碎后投入的方式，提高反應(yīng)物的接觸面積現(xiàn)代工業(yè)煉鐵原料1設(shè)備2原理3造渣4鐵礦石（）、焦炭、空氣、石灰石等煉鐵高爐在高溫下，用還原劑把鐵從鐵礦石中還原出來。硅酸鈣

將生鐵（含碳2%-4.5%）進(jìn)一步煉制，可以得到用途更為廣泛的鋼（含碳量在0.03%—2%）。鐵的合金生鐵鋼

C%

2%－4.5%

0.03%－2%其它雜質(zhì)Si、Mn、S、P（較多）Si、Mn、S、P（較少）機(jī)械性能用途生鐵堅硬、耐磨、鑄造性好但生鐵脆，不能鍛壓,可鑄不煅堅硬、韌性大，可塑性好,可鑄可煅用做煉鋼的原料；用于制造各種鑄件；鋼有不同型號，應(yīng)用不同如鋼絲網(wǎng)、鍋爐等古代十大名劍十：承影九：純鈞八：魚腸六、七：干將莫邪五：七星龍淵四：泰阿三：赤霄二：湛盧一：軒轅夏禹劍思考與討論根據(jù)工業(yè)煉鐵的原理：實驗室如何設(shè)計實驗?zāi)M一氧化碳還原氧化鐵?工業(yè)上銅的冶煉古老的冶煉技術(shù)：（1）火燒孔雀石煉銅（CuCO3?Cu(OH)2）

（2）濕法煉銅

Fe+CuSO4

══Cu+FeSO4新型冶煉技術(shù)：

（1）高溫冶煉黃銅礦（CuFeS2）電解精煉（2）生物煉銅CuSCuSO4Cu粗銅提高純度細(xì)菌氧氣Fe金屬冶煉方法篇“金”風(fēng)玉露一相逢；“銀”鞍照白馬；揚州青“銅”作明鏡；“鐵”馬冰河入夢來；金屬的冶煉的方法4321

在自然界的存在形式

用化學(xué)的方法實現(xiàn)轉(zhuǎn)變

選擇合適的冶煉方法

設(shè)計合理的工藝流程

請你根據(jù)所學(xué)知識，說一說如何從自然界中獲取金屬鈉、鎂；金屬鐵和銅；金屬汞？不同金屬冶煉方法的選擇KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAg電解法熱還原法熱分解法KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）Cu

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