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文檔簡介

第三章

鐵金屬材料第二節(jié)

金屬材料

課時1鋁合金課堂導(dǎo)入Al是地殼中含量最高的金屬元素。課堂學(xué)習(xí)鋁的物理性質(zhì)Al是活潑金屬,自然界中以化合態(tài)存在,主要是以Al2O3的形式存在于鋁土礦中。顏色狀態(tài)熔點沸點質(zhì)地密度導(dǎo)電、導(dǎo)熱性延展性銀白色固態(tài)660℃2327℃軟相對較小(2.7g·cm-3)良好好課堂學(xué)習(xí)鋁的化學(xué)性質(zhì)性質(zhì)預(yù)測物質(zhì)類別活潑金屬與非金屬反應(yīng)與酸反應(yīng)與鹽反應(yīng)原子結(jié)構(gòu)易失電子具有還原性元素價態(tài)最低價態(tài)具有還原性課堂學(xué)習(xí)鋁的化學(xué)性質(zhì)與非金屬反應(yīng):4Al+3O2=2Al2O3物質(zhì)AlAl2O3熔點660℃2054℃Al2O3的熔點要比Al高得多,所以加熱鋁片或鋁球時會熔而不滴。課堂學(xué)習(xí)鋁的化學(xué)性質(zhì)與非金屬反應(yīng):4Al+3O2=2Al2O3Al是一種比鐵要活潑的金屬,很容易與O2反應(yīng),為什么鋁制品不用施加防銹措施呢?結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),從圖片上面能夠發(fā)現(xiàn)Al2O3是一種非常致密的氧化膜,當(dāng)表面的Al被氧化之后,內(nèi)部的Al就不會再接觸到O2了,起到了自身防銹的效果,但鐵銹結(jié)構(gòu)就較為疏松,所以表面銹蝕之后反而會加快內(nèi)部的銹蝕速度。課堂學(xué)習(xí)鋁的化學(xué)性質(zhì)與酸反應(yīng):2Al+6H+=2Al3++3H2↑因為Al可以和酸反應(yīng),所以鋁制易拉罐不能直接用來裝可樂等碳酸飲料,內(nèi)部會添加一層環(huán)氧樹脂薄膜。與鹽反應(yīng):2Al+3Cu2+=2Al3++3Cu課堂學(xué)習(xí)鋁的化學(xué)性質(zhì)在鋁的金屬單質(zhì)通性里,我們不難發(fā)現(xiàn)鋁的化合價都是上升的,符合根據(jù)原子結(jié)構(gòu)和元素價態(tài)預(yù)測的還原性,那鋁有沒有什么樣的特性呢?如果向打磨過的易拉罐中加入廚房清潔劑(堿性)會有什么現(xiàn)象?課堂學(xué)習(xí)鋁的化學(xué)性質(zhì)我們發(fā)現(xiàn),堿性的溶液也可以將鋁質(zhì)的易拉罐腐蝕掉,暴露出內(nèi)部的有機膜。反應(yīng)原理:2Al

+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑實驗證明Al不僅能夠和酸反應(yīng),還能夠和堿反應(yīng),對于像Al這種與酸和堿都能反應(yīng)的金屬,我們稱為兩性金屬。也正因為Al屬于兩性金屬,所以鋁制餐具不宜用來蒸煮或長時間放置酸性或堿性食物。課堂學(xué)習(xí)氧化鋁的性質(zhì)氧化鋁,俗稱剛玉,是難溶于水的白色固體,無臭、無味、質(zhì)極硬,熔點為2054℃,沸點為2980℃,自然界中紅寶石、藍(lán)寶石的主要成分都是氧化鋁。氧化鋁可以溶于鹽酸:Al2O3

+6H+=2Al3++3H2O鋁是兩性金屬,可以溶于氫氧化鈉溶液的,那氧化鋁可以與氫氧化鈉溶液反應(yīng)嗎?課堂學(xué)習(xí)氧化鋁的性質(zhì)實驗操作:在兩支試管中分別加入少量的NaOH溶液,然后向一支試管放入一小塊鋁片,向另一只試管中放入用砂紙仔細(xì)打磨過(除去表面氧化膜)的一小塊鋁片,觀察現(xiàn)象。過一段時間后,將點燃的木條分別放在兩支試管口,觀察現(xiàn)象。實驗現(xiàn)象:放入打磨后鋁片的試管立即產(chǎn)生氣泡,放入未被打磨的鋁片的試管開始沒有氣泡,一段時間后產(chǎn)生氣泡,將點燃的木條放置于試管口,均能聽到爆鳴聲。課堂學(xué)習(xí)氧化鋁的性質(zhì)實驗結(jié)論:Al和Al2O3均能夠與氫氧化鈉溶液反應(yīng),Al與NaOH溶液反應(yīng)會生成H2,Al2O3與NaOH溶液反應(yīng)不會產(chǎn)生氣體。實驗原理:Al2O3

+2NaOH+3H2O=2Na[Al(OH)4]對于這種既能與酸反應(yīng),也能與堿反應(yīng)的氧化物,我們稱為兩性氧化物。氧化鋁溶于鹽酸:Al2O3

+6H+=2Al3++3H2O2Al

+2OH-+6H2O=2[Al(OH)4]-+3H2↑Al2O3

+2OH-+3H2O=2[Al(OH)4]-請你分別寫出Al和Al2O3分別與NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式,并判斷電子轉(zhuǎn)移情況。Al與NaOH溶液的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng);Al2O3的不是氧化還原反應(yīng),沒有電子轉(zhuǎn)移。課堂學(xué)習(xí)氫氧化鋁的性質(zhì)Al(OH)3是否像Al與Al2O3一樣具有兩性,既能和酸反應(yīng)也能和堿反應(yīng)呢?實驗現(xiàn)象:向Al2(SO4)3溶液中滴加NaOH溶液,先產(chǎn)生沉淀后變澄清,滴加氨水只能產(chǎn)生沉淀不能溶解,再加入稀硫酸后沉淀溶解。Al(OH)3受熱分解:2Al(OH)3

=Al2O3

+3H2O課堂學(xué)習(xí)氫氧化鋁的性質(zhì)實驗原理:鋁鹽與少量強堿反應(yīng):Al3+

+3OH-=Al(OH)3↓鋁鹽與過量強堿反應(yīng):Al3+

+4OH-=[Al(OH)4]-鋁鹽與弱堿反應(yīng):Al3+

+3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+Al(OH)3與強酸、強堿反應(yīng):Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O

Al(OH)3+OH-=[Al(OH)4]-實驗結(jié)論:向Al2(SO4)3溶液中滴加NaOH溶液或者氨水,產(chǎn)生的沉淀都是Al(OH)3,但是Al(OH)3沉淀能繼續(xù)溶解在強酸或強堿溶液中,而不能溶解在弱酸或弱堿溶液中,說明Al(OH)3也具有兩性,屬于兩性氫氧化物。課堂學(xué)習(xí)氫氧化鋁的性質(zhì)通過實驗,我們能總結(jié)出鋁的相關(guān)轉(zhuǎn)化如右圖所示。除此之外,鋁的化合物間還可以發(fā)生如下轉(zhuǎn)化:Al3+

+3[Al(OH)4]-=4Al(OH)3↓根據(jù)轉(zhuǎn)化,如果需要制備Al(OH)3,一般選擇向鋁鹽溶液中滴加氨水。Al3+Al(OH)3[Al(OH)4]-足量強酸弱酸、少量強酸弱堿、少量強堿強酸足量強堿強堿如果是向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液,現(xiàn)象會是什么?我們之前學(xué)習(xí)過,向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液,會先產(chǎn)生白色沉淀,后沉淀溶解;若是向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液,則開始無明顯現(xiàn)象,后產(chǎn)生白色沉淀。課堂學(xué)習(xí)鋁鹽的性質(zhì)和鋁的制取明礬,化學(xué)式為KAl(SO4)2·12H2O,是一種無色晶體,可溶于水,常用作凈水劑。作用原理:KAl(SO4)2=K++Al3+

+SO42-Al3+

+3H2O=Al(OH)3(膠體)+3H+鋁的制?。?Al2O3(熔融)=4Al

+3O2↑課堂學(xué)習(xí)合金在進(jìn)行Fe和Al兩種單質(zhì)學(xué)習(xí)的時候,我們知道,它們的質(zhì)地都是軟的,但是在實際生活中卻并不是這樣,你知道其中的原因嗎?在生產(chǎn)和生活中,對于純金屬的應(yīng)用相對較少,應(yīng)用的最多的是具備著一些優(yōu)良性能的合金。合金:由一種金屬和其他金屬或非金屬熔合而成的、具有金屬特性的物質(zhì)。合金具有許多優(yōu)良的物理、化學(xué)或機械性能,合金的硬度一般高于成分金屬、熔點一般低于成分金屬。課堂學(xué)習(xí)合金結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),合金的硬度會變大的原因是混入了其它元素的原子后,改變了金屬原子有規(guī)則的層狀排列,使原子層之間的相對滑動變得困難。鐵合金生鐵(含碳量2%-4.3%)硬度大、抗壓、性脆、可以制造成型制造機座、管道的重要材料鋼(含碳量0.03%-2%)良好的延展性,機械性能好,可以鍛軋和鑄造廣泛用于制造機械和交通工具等課堂學(xué)習(xí)合金鋼碳素鋼(只含有鐵和碳兩種元素)低碳鋼(含碳量低于0.3%)韌性、焊接性好,但強度低,用于制造鋼板、鋼絲和鋼管等中碳鋼(含碳量0.3%-0.6%)強度高,韌性及加工性好,用于制造鋼軌、車輪和建材等高碳鋼(含碳量高于0.6%)硬而脆,熱處理后彈性好,用于制造器械、彈簧和刀具等合金鋼(特種鋼)在碳素鋼中加入其它合金元素(如Cr、Mn、W、Mo、Co、Ni、Si)各種特殊性能,如強度、硬度大,可塑性、韌性好,耐磨,耐腐蝕課堂學(xué)習(xí)合金不銹鋼是最常見的一種合金鋼,它的合金元素主要是Cr和Ni,在大氣中比較穩(wěn)定,不易生銹,抗腐蝕能力強。合金元素主要作用鉻(Cr)增強耐磨性和抗氧化性;增強高溫強度;提高高碳鋼的耐磨性等錳(Mn)防止硫引起的脆性;增強鋼的強度和韌性等鉬(Mo)降低脆性;增強高溫強度;提高紅熱時的硬度和耐磨性等鎢(W)提高高溫時的強度和硬度;增強工具鋼的耐磨性等鈷(Co)提高紅熱時的硬度和耐磨性;用于制造磁性合金等鎳(Ni)增強低溫時的韌性;改變高鉻鋼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等硅(Si)提高低合金鋼的強度和硬度;增強高溫時的抗氧化性等名稱主要合金元素主要特性主要用途不銹鋼鉻、鎳比較穩(wěn)定,不易生銹、具有很強的抗腐蝕能力醫(yī)療器械、廚房用具和餐具、地鐵列車的車體材質(zhì)等超級鋼錳、碳、鋁、釩強度很大,能夠?qū)崿F(xiàn)鋼板的輕薄化汽車、航空和航天等領(lǐng)域錳鋼錳韌性好,硬度大鋼軌、軸承、鋼模、挖掘機鏟斗、坦克裝甲硅鋼硅導(dǎo)磁性好變壓器、發(fā)電機和電動機中的鐵芯鎢鋼鎢耐高溫,硬度大刀具課堂學(xué)習(xí)合金鐵的合金在生產(chǎn)生活中應(yīng)用極其廣泛,鋼甚至是世界上用量最大、用途最廣的合金。而由于鋁的含量豐富、密度小、耐腐蝕等優(yōu)良性能,鋁合金已經(jīng)成為目前用途最廣泛的合金之一。硬鋁是在鋁中添加了一定比例的Cu、Mg、Mn、Si形成的合金,它的密度小,強度高,具有較強的抗腐蝕能力,是制造飛機和宇宙飛船的理想材料。課堂學(xué)習(xí)合金儲氫合金:儲氫合金能夠大量吸收H2,并與H2結(jié)合成金屬氫化物的材料,一般要求儲氫量大,金屬氫化物既容易形成,稍稍加熱又容易分解,室溫下吸、放氫的速率快,如Ti-Fe合金和La-Ni合金。形狀記憶合金:合金的形狀被改變之后,在加熱至一定溫度時,又可以變回原來的形狀。除此之外還有鈦合金、耐熱合金等新型合金廣泛應(yīng)用于航空航天、生物工程和電子工業(yè)等領(lǐng)域。課堂鞏固正

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