【課件四】常見的金屬材料

第九單元金屬第一節(jié)常見的金屬材料悉尼奧運會的金牌味道不錯！嘩！我要是有一個該多好！金、銀這是什么做的？一、金屬的物理性質思考：以下金屬都是利用了金屬的哪些物理性質？用錳鋼制成的鋼軌金屬之最熔點最低的金屬是------汞熔點最高的金屬是------鎢密度最小的金屬是------鋰密度最大的金屬是------鋨硬度最小的金屬是------銫硬度最大的金屬是------鉻最活潑的金屬是----銫最穩(wěn)定的金屬是-----金延性最好的金屬是---鉑展性最好的金屬是---金地殼中含量最高的金屬元素──鋁目前世界年產量最高的金屬──鐵導電導熱性最好的金屬──銀人體中含量最高的金屬元素──鈣……1.什么是合金？在一種金屬中加熱熔合其它金屬或非金屬而形成的具有金屬特性的物質，叫做合金。2.為什么我們使用的金屬材料主要是合金，而不是純金屬？合金與金屬相比，除具有金屬的特性外，還具有許多比各成分金屬或非金屬更優(yōu)良的物理、化學或機械的性能。如：硬度大、熔點低、密度小、耐磨、耐腐蝕等。二、合金3.使用合金材料是否一定比純金屬材料好呢？查閱資料，填寫以下汽車配件所用的金屬或合金，并解釋使用這些材料的原因。汽車配件金屬或合金使用原因電線芯汽車外殼燈絲發(fā)動機排氣管金屬〔Cu〕導電能力強合金強度大，質量輕金屬熔點高合金耐高溫、強度大合金耐腐蝕

1.為什么合金的性能與純金屬有很大的差異呢？

2.我們在日常生活中使用的合金有鐵合金、鋁合金、銅合金等，這些合金的組成是怎么樣的？金屬與合金的結構比較：實驗探究

固體的熔點與原子排列是否規(guī)整有關。你能否解釋為什么多數(shù)合金的熔點一般比各成分金屬的低呢？

在純金屬內，所有的原子大小相同，排列十分規(guī)整。而合金內原子的大小不一，排列沒有純金屬那樣整齊，使得原子之間的相互作用力減小。所以，多數(shù)金屬的熔點一般比各成分金屬的低。合金的分類：１.鐵合金：鐵合金按組成元素分類鐵合金和非鐵合金根據(jù)含碳量的上下生鐵鋼低碳鋼合金鋼鑄造生鐵〔灰口鐵〕煉鋼生鐵(白口鐵)碳素鋼中碳鋼高碳鋼在碳素鋼中參加鉻錳鎢鎳鉬鈷硅等合金元素2%～4.3%0.03%～2%球墨鑄鐵＜0.3%0.3%～0.6%＞0.6%由于組成不同，導致在性能、應用上均不同。具有各種不同的優(yōu)良性能。1.鐵合金生鐵：鋼：含碳量為2%～4.3%含碳量為0.03%～2%用途:生鐵硬度大，抗壓，性脆，可以鑄造成型，是制造機座、管道的重要材料。用途：鋼有良好的延展性，機械性能好，用于制造機械和交通工具。鐵合金：鋼碳素鋼：合金鋼：如：不銹鋼〔合金元素為鉻Cr和鎳Ni〕低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼2.銅合金：銅合金黃銅：〔含Zn20%～36%〕青銅：〔含Sn10%～30%〕白銅：含CuZn——耐腐蝕，耐磨，可塑性強，硬度較小。含CuSnPb等——硬而脆，強度大含NiZn〔少量Mn〕——制酒具等3.鋁合金：向純鋁中參加合金元素如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土金屬等。硬鋁：Cu40%、Mg0.5%、Mn0.5%、Si7%性能：密度小、強度大、抗腐蝕。

合金的成分不同，其性質也不相同；如果改變某一合金元素的含量，合金的性質也會發(fā)生改變。高壓鍋

世界鋁的年產量僅次于鐵，居第二位。鋁有較好的延展性，可制成0.01mm的鋁箔，用于包裝香煙、糖果；鋁的密度小和具有抗腐蝕等優(yōu)良性能，鋁及其合金在電線電纜工業(yè)、飛機、汽車等制造業(yè)有廣泛的用途。鋁合金用途用鈦-鎳形狀記憶合金制成的人造衛(wèi)星天線

4.形狀記憶合金：合金的形狀被改變之后，一旦加熱到一定的躍變溫度時，它又可以魔術般地變回到原來的形狀，人們把具有這種特殊功能的合金稱為形狀記憶合金。被廣泛用于做人造衛(wèi)星和宇宙飛船的天線，水暖系統(tǒng)、防火門和電路斷電的自動控制開關，以及牙齒矯正等醫(yī)療材料。低溫下鈦合金與人體有很好的“相容性”，因此可用來制造人造骨。被認為是21世紀的重要材料，它具有很多優(yōu)良的性能，如熔點高、密度小、可塑性好、易于加工、機械性能好等。尤其是抗腐蝕性能非常好，即使把它們放在海水中數(shù)年，取出后仍光亮如新，其抗腐蝕性能遠優(yōu)于不銹鋼，因此被廣泛用于火箭、導彈、航天飛機、船舶、化工和通訊設備等。鈦金屬腕表5.鈦和鈦合金金屬材料主要成分光澤和顏色硬度大小對比黃銅片（合金）銅鋅銅片（純銅）銅焊錫（合金）鉛錫錫（純錫）錫通過以上比照實驗，可得出什么結論？〔從顏色，硬度方面〕？黃銅片＞銅片錫＞焊錫黃色紫紅色銀白色銀白色合金和純金屬性質的比照實驗探究

金屬材料主要成分熔化速度對比鉛（純鉛）鉛錫（純錫）錫焊錫（合金）鉛錫通過以上比照實驗，可得出什么結論？慢中快合金和純金屬性質的比照過渡：我國是世界最早冶煉和使用鐵的國家，現(xiàn)在我國鋼鐵年總產量連續(xù)十四年保持世界第一，并且遙遙領先于其他國家。下面我們就來學習有關冶鐵的知識。磁鐵礦〔主要成分Fe3O4〕赤鐵礦〔主要成分Fe2O3〕菱鐵礦〔主要成分FeCO3〕鐵礦石常見的鐵礦石黃鐵礦〔主要成分FeS2)三、金屬礦物及其冶煉鐵礦石是怎樣煉成鐵的呢？讓我們通過實驗來研究鐵冶煉的化學原理。一氧化碳與氧化鐵的反響活動天地實驗的原理實驗的步驟實驗的現(xiàn)象實驗注意那些問題？〔先加熱還是先通氣？實驗完畢是先停止加熱嗎？〕實驗需要改進嗎？〔一氧化碳有毒，實驗完畢的尾氣怎么處理？〕一氧化碳復原氧化鐵實驗實驗原理：實驗操作：

1.按上圖組裝儀器，并檢查氣密性2.把少量研細的氧化鐵粉末裝進硬質玻管中，輕輕轉動，使氧化鐵粉末均勻地附在玻璃管內壁上Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2高溫3.把硬質玻璃管接入裝置系統(tǒng)中，先通入一氧化碳氣體排氣；待排盡后，點燃出氣口處的酒精燈及酒精噴燈，并觀察裝置中所發(fā)生的變化

4.當紅棕色粉末已轉變成黑色后，先停止加熱，再通一會兒一氧化碳，直至玻璃管冷卻.將產生的氣體通入到澄清石灰水中，澄清石灰水變渾濁，那么生成二氧化碳：CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O；紅色粉末變黑色，用磁鐵檢驗，證明黑色粉末為鐵?！布僭O是一氧化碳復原四氧化三鐵，將黑色粉末參加鹽酸中，有氣體生成，證明有鐵。四氧化三鐵也有磁性，不能用磁鐵吸引的方法檢驗?！臣t色〔氧化鐵〕粉末逐漸變成黑色，同時澄清的石灰水逐漸變渾濁。實驗現(xiàn)象：問題討論：1.如何判斷反響中生成了什么物質？把尾氣燒掉，防止污染空氣2.裝置中右邊的酒精燈起什么作用？3.石灰水的作用有哪些？澄清石灰水用來檢驗生成物二氧化碳，并吸收二氧化碳便于處理尾氣1.一氧化碳復原氧化鐵是在封閉的硬質玻管中進行的，先通一氧化碳，可以把管內的空氣排出，防止一氧化碳與空氣混合受熱爆炸.

2.實驗完畢先停止加熱，還要繼續(xù)通入一氧化碳直到玻璃管冷卻為止。因為如果先停止通一氧化碳，管內會因為缺少氣體而變成真空，這樣澄清石灰水中的液體〔含水〕就會倒吸入管內，冷水遇到熱的玻璃管會引起玻璃管炸裂。本卷須知：實驗改進：

可將上述裝置除尾氣的局部，改成用氣球或方便袋收集，這樣收集得到的未燃一氧化碳氣體可重復利用把尾氣燒掉，防止污染空氣

Fe2O3+3CO====2Fe+3CO2高溫失去氧得到氧是氧化劑是復原劑化學上把氧化物中氧被奪去的反響叫做復原反響。具有氧化性具有復原性發(fā)生復原反響發(fā)生氧化反響

一個國家的經濟命脈、國土防衛(wèi)是離不開鋼鐵的。地球上的金屬資源廣泛存在于地殼和海洋中，只有極少數(shù)如金、銀這些不活潑金屬以單質的形式存在其它金屬在自然界是以化合物的形式存在。學.科.網金銀

赤鐵礦主要成分Fe2O3

黃鐵礦主要成分FeS2

菱鐵礦主要成分FeCO3鋁土礦主要成分Al2O3黃銅礦主要成分CuFeS2輝銅礦主要成分Cu2S元素名稱質量分數(shù)%元素名稱質量分數(shù)%鋁7.73鎂2.00鐵4.75鋅0.008鈣3.45銅0.007鈉2.74銀0.00001鉀2.47金0.0000005地殼中含量最多的金屬是Al！金屬元素在地殼中含量：令人佩服的是：中國老百姓在商代就能制造出青銅器、春秋戰(zhàn)國時期就能冶煉鋼鐵。問題是，他們怎樣從這些化合物中把需要的金屬“拿”出來？思考：如何把上述鐵礦石中的鐵“拿”出來?以赤鐵礦〔主要成分：Fe2O3〕為例，來學習研究鐵的冶煉。根據(jù)Fe2O3的組成“拿”出鐵有兩種方法。方案一：加熱使Fe2O3發(fā)生分解反響。學.科.網方案二：尋找一種物質使其主動奪取Fe2O3中的“O”分析：①方案一：要使Fe2O3分解，需，要使Fe2O3分解成功，還必須在非進行如此，本錢太高。②方案二：比較切實可行。但選用什么樣的物質才能使Fe2O3失去“O”呢？結論：

等都符合條件。但考慮到經濟效益等原因，一般選用

或

.較高溫度且鐵在高溫下易與空氣中的氧氣反響空氣中CCOH2

、C、CO思考：赤鐵礦〔Fe2O3〕、磁鐵礦〔Fe3O4〕、菱鐵礦〔FeCO3〕、黃鐵礦〔FeS2〕中，都含鐵。煉鐵時選用那種礦石好呢？分析：Fe2O3中含鐵；Fe3O4中含鐵；FeCO3中含鐵；FeS2中含鐵。結論：用或。冶煉原理：.70%72.41%48.27%46.67%赤鐵礦磁鐵礦都行Fe2O3+3CO

高溫2Fe+3CO2實驗步驟：在硬質玻璃管中，放入少量的氧化鐵粉末，先通入一氧化碳，排出裝置內的空氣后，加熱氧化鐵，當紅色粉末變黑時停止加熱。玻璃管內物質冷卻后，停止通入一氧化碳，觀察。實驗現(xiàn)象：

。實驗結論：

。Fe2O3+3CO

高溫2Fe+3CO2紅色粉末變黑色粉末；澄清石灰水變渾濁1602×56800tx有關雜質問題的計算例題.用1000t含氧化鐵80%的赤鐵礦石，理論上可以煉出含鐵96%的生鐵多少噸？Fe2O3+3CO

高溫2Fe+3CO2=1602×56800txX=560t可煉含鐵96%的生鐵的質量為：560t÷96%=583t答：--------------。分析：①化學方程式表示的是純物質之間的數(shù)量比，故計算時須先進行換算。②純物質的質量=不純物質的質量×純潔物的質量分數(shù)解1：①②設800t氧化鐵可煉出生鐵的質量為X含氧化鐵的質量為：1000t×80%=800t1602×561000t×80%96%·x=解2：設可煉含鐵96%的生鐵的質量為x1602×56Fe2O3+3CO

高溫2Fe+3CO21000t×80%96%·xX=583t答：---------?！菊n堂練習】1.以下有關鐵的表達中，正確的選項是〔〕

A.鐵在氧氣中燃燒生成黑色的氧化鐵學.科.網B.鐵是地殼中含量最多的金屬元素C.鐵在自然界中主要以化合物形式存在D.常用水沖洗鐵器外表，可以防止生銹2.以下鐵礦石的主要成分表達錯誤的選項是〔〕A.赤鐵礦〔FeO〕B.鋁土礦〔Al2O3〕C.菱鐵礦〔FeCO3〕D.黃鐵礦〔FeS2〕3.高爐煉鐵主要是通過反響Fe2O3+3CO高溫2Fe+3CO2進行的其中被復原的物質是〔〕ACOBFe2O3CFeDCO2CAB80%·x365t(1-7%)4.假設赤鐵礦中Fe2O3的質量分數(shù)為80%，多少噸這樣的赤鐵礦可煉出含碳等其它雜質為7%的生鐵365噸？解：設需含F(xiàn)e2O3為80%的赤鐵礦的質量為X1602×56Fe2O3+3CO

高溫2Fe+3CO21602×56=80%·x365t(1-7%)x=600t答：----------。鋼鐵的用途生鐵鋼含碳量含其它元素性能用途2%～4.3%0.03%～2%含較多的碳、硫、磷、硅等元素含碳、硫、磷、硅等元素較少硬而脆、可鑄不可煅硬而韌、良好的延展性和彈性?？设T又可煅燒菜用的鐵鍋、暖氣片、機床的底座等制造機械、交通工具和武器生鐵和鋼煉鐵和煉鋼冶煉鋼生鐵鐵合金在高溫條件下，用復原劑一氧化碳從鐵的氧化物中將鐵復原出來。例：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2高溫原料