專題9金屬與人類文明第三單元金屬材料的性能及應用自主預習·新知導學合作探究·釋疑解惑課堂小結課標定位素養闡釋1.了解金屬材料的性能,知道合金及其應用。2.通過對金屬材料應用案例的學習,知道化學發展對人類社會進步具有重要的意義;并通過對合金及無機非金屬材料應用的學習,明確材料的組成與用途之間的關系。

自主預習·新知導學一、金屬材料的性能金屬材料的制備與使用時應考慮的因素。二、合金及其應用1.合金定義。將兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)共熔,可制備出特殊的金屬材料,這種材料叫作合金。如:焊錫是錫和鉛的合金,生鐵和鋼是鐵和碳的合金。2.合金性質。(1)硬度:合金的硬度一般比組成它的純金屬大。如:硬鋁等鋁合金材料的硬度比純鋁大。(2)熔點:多數合金的熔點低于組成它的任何一種組分金屬。(3)導電性和導熱性:合金的導電性和導熱性一般低于任一組分金屬。【自主思考1】

合金一定是多種金屬的混合物嗎?鋼和純鐵,哪種物質的熔點高?提示:不一定。因為合金也可能含有非金屬;合金不是多種金屬的簡單混合,它是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。鋼屬于合金,其熔點低于純鐵,故純鐵熔點高。3.常見合金的應用。(1)如鎳鉻鋁鐵、鎳鉻鋁銅等合金,具有很高的電阻率,可用于制備電路中的精密元件。(2)鋁合金。①性能:成本低、性能優異、密度小、強度大、塑性好,可加工成各種型材,具有優良的導電性、導熱性,抗腐蝕能力強,裝飾效果好。②用途:主要用于航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業。(3)鈦合金。①性能:強度高、密度小、耐熱性好、易于加工、抗腐蝕性強。②用途:廣泛應用于醫療、火箭、導彈、航天飛機、船舶、化工和通信設備等領域?！咀灾魉伎?】

為什么航空工業中鋁合金比鐵合金用途更廣泛?提示:①鋁合金比鐵合金密度小;②鋁合金表面易形成致密的氧化膜,此氧化膜耐高溫、防腐蝕,而鐵合金的氧化膜易脫落,起不到防腐蝕的作用。三、無機非金屬材料1.早期使用的無機非金屬材料:石器工具、陶瓷器皿。2.現代廣泛利用的無機非金屬材料:水泥、玻璃、半導體材料(如硅)、光導纖維(主要成分二氧化硅)等。四、新型陶瓷材料1.高溫結構陶瓷:主要有高溫氧化物(如氧化鋁陶瓷)和高溫非氧化物(如氮化硅陶瓷)兩大類。2.壓電陶瓷:主要成分是鈦酸鋇和鈦酸鉛?！拘Ч詼y】

1.判斷正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)人類歷史上使用最早的合金是青銅。(

)(2)焊錫是錫和鉛的合金。(

)(3)鋁合金的熔點比鋁低,但機械強度和硬度比鋁高。(

)(4)生鐵中的鐵與純鐵的化學性質不同。(

)(5)鎂鋁熔合成合金的過程發生了化學變化。(

)(6)光導纖維的主要成分是硅。(

)(7)合金是混合物,具有金屬的特性。(

)(8)石墨烯是無機非金屬材料。(

)√√√×××√√2.化學行業把材料分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料等。金屬材料在現實生活中有極為重要的作用。下列金屬材料的用途與金屬所具有的性質不相符的是(

)。A.制造白熾燈燈絲——熔點高B.制造飛機——硬度大而密度小C.制造保險絲——硬度大D.制造盛裝化工原料的容器——耐腐蝕答案:C解析:制造保險絲的材料應具備熔點低的特性。3.閱讀材料,回答下列問題。近年來,科研人員研究得到一種新型材料——泡沫鋁。它是把發泡劑加到熔融鋁合金中制成的,其優點是硬度大、密度小(為0.16~0.5

g·cm-3),比木材還輕,可浮于水面,又有很大剛性,且隔音、保溫,是一種良好的建筑材料和輕質材料,近幾年可大批量投放市場。(1)下列關于泡沫鋁的說法中錯誤的是

(填字母,下同)。

A.泡沫鋁是鋁單質泡沫B.泡沫鋁是一種合金C.泡沫鋁是一種優質的建筑材料和輕質材料D.泡沫鋁可用于飛機制造(2)鋁制成鋁箔用于食品包裝,是利用它的

。

A.金屬光澤 B.延展性C.導電性 D.導熱性(3)鋁在空氣中會被氧化生成一層致密的氧化膜而對內部鋁起保護作用,但這層氧化膜遇到強酸或強堿溶液都會溶解。①請寫出該氧化膜與鹽酸反應的離子方程式:

。

②請寫出該氧化膜與氫氧化鈉溶液反應的離子方程式:

。

答案:(1)A

(2)B

(3)①Al2O3+6H+══2Al3++3H2O

解析:(1)根據題給信息可知,泡沫鋁是一種合金,是混合物;泡沫鋁是一種優質的建筑材料和輕質材料;由于泡沫鋁有很大剛性,密度小,且隔音、保溫,故泡沫鋁可用于飛機制造。(2)鋁制成鋁箔用于食品包裝,利用的是鋁的延展性。(3)Al2O3與鹽酸、氫氧化鈉溶液反應的離子方程式分別為

合作探究·釋疑解惑探究任務

探究任務

合金的形成、性能和金屬材料的選用問題引領根據你的生活經驗和下表所提供的信息,分析并回答下列問題。物理性質銀銅金鋁鐵鉛鎢錫導電性(以銀的導電性為100作標準)100997461177.9——1.為什么菜刀、錘子等通常用鐵制而不用鉛制?提示:制作菜刀、錘子所用的金屬硬度要大,鐵比鉛的硬度大。且制造菜刀,應該選擇無毒的金屬,這是首先要考慮的。故菜刀、錘子等通常用鐵制而不用鉛制。2.銀的導電性比銅強,金的導電性比鋁強,為什么導線一般用銅、鋁而不用銀、金?為什么遠距離輸電多用鋁而少用銅?提示:銀的導電性比銅強,金的導電性比鋁強,但它們的導電性相差不大而價格卻差距太大。且金屬導線對金屬的需求量很大,銀、金儲量較少,因此不能大量使用銀、金。雖然鋁的導電性比銅、銀稍差,但鋁的密度只有銅的三分之一,同時銅的價格也高于鋁,故我們在遠距離輸電時多用鋁而少用銅。3.為什么燈泡里的燈絲用鎢制而不用錫制?提示:因為鎢的熔點高(3

410

℃),而錫的熔點(232

℃)太低,通電時錫制的燈絲很容易就熔斷了,所以用鎢絲而不用錫絲作燈泡的燈絲。歸納提升1.合金的形成條件。(1)金屬與金屬形成合金時:合金是金屬在熔化狀態時相互熔合形成的,熔化時的溫度需達到組分金屬中熔點最高的金屬的熔點,但又不能高于組分金屬中沸點最低的金屬的沸點。一種金屬的熔點高于另一種金屬的沸點時則不能形成合金。(2)金屬與非金屬形成合金時:部分不活潑非金屬與金屬可形成合金,活潑非金屬與活潑金屬則不能形成合金。2.合金的組成及性能。(1)合金中一定含有金屬元素,可能含有非金屬元素。(2)合金是混合物,不是化合物。(3)合金具有金屬特性,如導電、導熱等。(4)合金形成后會影響各組分金屬的物理性質,如合金的熔點一般比各組分金屬低,而硬度、機械強度一般比各組分金屬高;但一般來說各組分金屬均保持了其原有的化學性質。3.選擇金屬材料應考慮的因素。(1)主要用途:材料的用途與材料的性能有很密切的關系。(2)外觀:不僅要材料本身外觀美,還要使材料的外觀與周邊環境相協調。(3)物理性質:物理性質包括密度、硬度、強度、伸縮性、導電性、導熱性、被水浸潤性等。(4)化學性質:化學性質主要包括在空氣、水、陽光、酸、堿、鹽等的環境里的化學穩定性。這些性質會影響到材料的使用壽命。(5)價格:考慮價格時要把對材料的基本需求和材料的基本性能放在前面。(6)加工難度:考慮加工難度時要將材料的性質與加工的技術、設備相結合。(7)日常維護:金屬材料耐腐蝕性相對較弱,在選擇金屬材料時必須要考慮材料使用后的日常維護問題。(8)對環境的影響:一是要考慮在使用材料的過程中,它的反光性、放射性、產生的噪音等對環境的不利影響;二是要考慮材料的廢棄物對環境有哪些不利影響,要盡量避免有關的不利影響。典型例題【例題】

合金是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。(1)下列物質不屬于合金的是

(填字母,下同)。

A.明礬

B.硬鋁C.生鐵

D.青銅(2)下表為四種金屬的熔點、沸點。其中不能形成合金的是

。

①Cu與Na

②Fe與Cu

③Fe與Na

④Al與NaA.①②

B.①③

C.①④

D.②④(3)鎂鋁合金與鹽酸完全反應后,加入過量的氫氧化鈉溶液,最后的結果是

。

A.沒有沉淀物生成B.只有氫氧化鋁沉淀生成C.只有氫氧化鎂沉淀生成D.有氫氧化鋁和氫氧化鎂沉淀生成答案:(1)A

(2)B

(3)C解析:(1)明礬屬于化合物;硬鋁中含鋁、銅、鎂等,生鐵中主要含鐵、碳,青銅中含有銅、錫等,它們都屬于合金。(2)當一種金屬的熔點超過另一種金屬的沸點時,它們就不可能熔合在一起而形成合金。(3)Mg、Al都與鹽酸反應,Mg(OH)2不溶于NaOH溶液,而Al(OH)3溶于NaOH溶液生成NaAlO2和H2O?！咀兪接柧殹?/p>

合金相對于純金屬制成的金屬材料來說優點是(

)。①合金的硬度一般比它的各組分金屬的大②一般合金的熔點比它的各組分金屬的更低③改變