金屬材料

第一課時

合金課程導入青銅是合金冶煉史上最早的合金，通過往純銅中加入錫或鉛的合金煉成。相較于紫銅（及純銅），青銅硬度高且熔點低，鑄造性好，更適合制作刀劍及工具。

商朝最大青銅器—后母戊鼎青銅器：銅和錫黃銅：銅和鋅白銅：銅和鎳合金合金是由兩種或兩種以上的金屬（或金屬與非金屬）加熱熔合而成的具有金屬特性的物質。合金中一定含有金屬元素，可能含有非金屬元素2.定義制作過程為物理變化，形成合金滿足一種金屬的熔點低于另一金屬的沸點具有金屬光澤、良好的導電性、導熱性和延展性等純凈物，只有一種金屬混合物，由金屬與其他金屬或非金屬組成，無固定熔點純金屬合金1.金屬材料合金的性能①具有金屬通性③硬度大于各成分金屬②熔點低于各成分金屬④導電性和導熱性低于各成分金屬⑤抗腐蝕能力一般強于組成它們的金屬合金中各成分金屬的化學性質一般不變，具有以下物理性質：純金屬內原子的排列十分規整合金內原子層之間的相對滑動變得困難金屬NaCuAlFe熔點/℃97.810836601535沸點/℃883256724672750已知下表中四種金屬的熔、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.②④B兩種金屬形成合金的前提是二者在同一溫度范圍內都能熔化，即一種金屬的熔點低于另一金屬的沸點。鐵合金鐵合金生鐵鋼碳素鋼合金鋼低碳鋼中碳鋼高碳鋼(2%~4.3%)(0.03%~2%)根據含碳量不同(低于0.3%)(0.3%∽0.6%)(高于0.6%)不銹鋼其它（特種鋼）鋼是用量最大、用途最廣的合金根據化學成分加合金元素合金元素主要是鉻(Cr)和鎳(Ni)含碳量越低，韌性越好，硬度越低；含碳量越高，韌性越差，硬度越高。超級鋼(Mn、C、Al、V）鐵合金名稱主要合金元素主要特性主要用途不銹鋼鉻、鎳比較穩定，不易生銹，具有很強的抗腐蝕能力醫療器材、廚房用具和餐具、地鐵列車的車體材質等超級鋼Mn、C、Al、V強度很大，能夠實現鋼板的輕薄化汽車、航空和航天等領域錳鋼錳韌性好，硬度大鋼軌、軸承、鋼模、挖掘機鏟斗、坦克裝甲硅鋼硅導磁性好變壓器、發電機和電動機中的鐵芯鎢鋼鎢耐高溫、硬度大刀具

根據定義，判斷對錯(1)合金一定是不同金屬熔合而成的具有金屬特性的化合物()(2)生鐵的熔點比純鐵低，但機械強度和硬度比純鐵高()(3)鐵、鉻、鎳熔合成不銹鋼是化學變化()(4)生鐵中的鐵與純鐵的化學性質不同()(5)地震災區重建要使用大量鋼材，鋼材是合金()√√新型合金一類能夠大量吸收H2，并與H2結合成金屬氫化物的材料。如

Ti-Fe合金、La--Ni合金

等，為氫氣作為能源的實際應用起到重要的推動作用。1.儲氫合金要求：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。新型合金2.鈦合金鈦合金強度高、耐蝕性好、耐熱性高，主要用于制作飛機發動機壓氣機部件，其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件。鈦的外形很像鋼鐵，但遠比鋼鐵堅硬，而重量只有同樣大小的鋼鐵的一半，連比較兇猛的酸—王水，也不能腐蝕它。萬米載人潛水器奮斗者號新型合金3.耐熱合金高溫使用環境條件下，具有組織穩定和優良力學、物理、化學性能的合金。包括耐熱鋼、耐熱鋁合金、耐熱鈦合金、高溫合金、難熔合金等。飛機發動機葉片新型合金由鎳(Ni)-鈦(Ti)組成的這種合金在外力作用下會產生變形，當把外力去掉，在一定的溫度條件下，能恢復原來的形狀。由于它具有百萬次以上的恢復功能，因此叫作“記憶合金”。4.形狀記憶合金儲氫合金是一類新型合金，如鐵系儲氫合金、鈦系儲氫合金。儲氫合金既能在一定條件下吸收H2，又能在一定條件下放出H2，該循環中發生變化：H22H。下列說法錯誤的是()A．儲氫合金的吸氫和放氫都是物理變化B．溫度和壓強都會影響儲氫合金的吸氫和放氫C．鐵系儲氫合金可以做成納米合金D．鐵系儲氫合金和鈦系儲氫合金可以用磁鐵進行鑒別A鋁和鋁合金為什么鐵合金、鋁合金是生活、生產中使用最廣泛的金屬材料？鋁是地殼中含量最多的金屬，自然界中的鋁全部以化合態存在。鋁的密度小，雖然很活潑，但鋁表面會與空氣中氧氣生成一層致密的氧化鋁薄膜，保護內部金屬。鋁制餐具易拉罐飛機制造4Al＋3O2==2Al2O3鋁的性質1.鋁的物理性質

具有金屬光澤，良好的延展性，密度小，質地軟，是電、熱的良導體。2.鋁的化學性質原子結構物質類別活潑金屬單質還原性失電子Al3+Al鋁的化學性質現象：鋁箔熔化，且失去光澤，但熔化的鋁并不滴落，好像有一層膜兜住。4Al+3O2

==2Al2O31.與氧氣反應點燃熔點：鋁（660°C)，Al2O3（2054°C)2.與鹽溶液(CuSO4)反應2Al+3Cu2+==3Cu+2Al3+鋁的化學性質3.與某些金屬氧化物反應2Al+Fe2O3點燃Al2O3+2Fe鋁熱劑現象：劇烈反應，放出大量的熱，發出耀眼光芒。紙漏斗燒穿，有熔融物落入沙中。引燃劑助燃劑鋁熱劑(鋁熱反應)鋁的化學性質實驗3-4在一支試管中加入5mL鹽酸，再向試管中放入一小塊鋁片。觀察現象。過一段時間后，將點燃的木條放在試管口，你觀察到什么現象?4.與酸反應實驗現象化學方程式剛開始無明顯現象，一段時間后鋁片逐漸溶解，有無色氣泡冒出，將點燃的木條放在試管口發出爆鳴聲Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O

2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑Al2O3＋6HCl=2AlCl3＋3H2O2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑鋁的化學性質為什么現實生活中可以用鋁罐車來運輸濃硝酸、濃硫酸？鋁桶能否盛放氫氧化鈉等堿性溶液？鈍化：常溫下，鐵、鋁在遇到冷的濃硫酸和濃硝酸時會生成一層致密的氧化膜，阻止了反應的進一步進行，因此可用鋁制容器盛放濃硫酸和濃硝酸。鋁的化學性質5.與強堿反應現象：試管①中一開始無氣泡產生，一段時間后，鋁片溶解，有無色氣泡冒出；試管②中鋁片溶解，立即產生無色氣泡，將點燃的木條放在試管口，均發出爆鳴聲。結論：鋁和氧化鋁都能與強堿反應實驗3-5在兩支試管中分別加入少量的NaOH溶液，然后向其中一支試管中放入一小塊鋁片，向另一支試管中放入用砂紙仔細打磨過(除去表面的氧化膜)的一小塊鋁片。觀察現象。過一段時間后，將點燃的木條分別放在兩支試管口。你觀察到什么現象?鋁的化學性質2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2

偏鋁酸鈉2Al+2OH-+6H2O=2[Al(OH)4]-+3H2

四羥基合鋁酸根離子Al2O3＋2NaOH+3H2O＝2Na[Al(OH)4]Al2O3＋2OH－＋3H2O＝2[Al(OH)4]-5.與強堿反應四羥基合鋁酸鈉離子方程式：金屬鋁和

NaOH

溶液反應生成的化合物曾被認為

NaAIO2，但科學研究證明該產物實際上是Na[Al(OH)4]，它屬于配位化合物。配位化合物的結構中包含中心體和配位體，例如：

Na[Al(OH)4]中心體

配位體四羥基合鋁酸鈉NaAlO2是以晶體形式存在，Na[Al(OH)4]是NaAlO2在水溶液里面的形態思考討論1.等物質的量的Al分別與足量鹽酸、NaOH溶液反應，放出H2的量？2.等物質的量的鹽酸和NaOH溶液分別與足量Al反應，放出H2的量？2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2

2mol3mol2molAl~6molH+~3molH21:16mol3mol1:32mol3mol2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2

2mol3mol6mol9mol2molAl~2molOH-~3molH2氧化鋁的性質1.物理性質：白色固體，難溶于水，熔點很高(2050℃)常作耐火材料(耐火坩堝、耐火管、耐高溫的實驗儀器等)，氧化鋁坩堝不能用于熔融NaOH固體。2.化學性質電解熔融Al2O3制Al2Al2O3(熔融)===4Al＋3O2↑通電冰晶石兩性氧化物Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O與酸反應與強堿反應Al2O3＋2OH－＋3H2O＝2[Al(OH)4]-Na3AlF6(助溶劑)氫氧化鋁的性質1.物理性質：白色膠狀固體，幾乎不溶于水，能凝聚水中的懸浮物，并能吸附色素可作凈水劑及胃酸中和劑(能與酸反應且堿性不強)2.化學性質兩性氫氧化物與酸反應與強堿反應Al(OH)3+3H+

=Al3++3H2OAl(OH)3+OH-=[Al(OH)4]-不穩定性：受熱易分解2Al(OH)3==

Al2O3＋3H2O工業上制取純凈氧化鋁鋁鹽(AlCl3)2.與弱堿(NH3·H2O)反應1.與強堿(NaOH)反應AlCl3+4NaOH=Na[Al(OH)4]+3NaCl+2H2OAl3++4OH-=[Al(OH)4]-Al(OH)3+OH-=[Al(OH)4]-AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓

+3NaClAl3++3OH-=Al(OH)3↓

AlCl3+3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4ClAl3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+氫氧化鋁在氨水中不會溶解，氫氧化鋁不溶于弱堿和酸性較弱的弱酸適量足量四羥基合鋁酸鈉(Na[Al(OH)4])1.與強酸(HCl)反應適量足量Na[Al(OH)4]+HCl=Al(OH)3↓

+NaCl+H2O[Al(OH)4]-+H+=Al(OH)3+H2ONa[Al(OH)4]+4HCl=AlCl3+NaCl+4H2O[Al(OH)4]-+4H+=Al3++4H2O2.與弱酸(H2CO3)反應適量足量2Na[Al(OH)4]

+CO2=2Al(OH)3↓

+Na2CO3+H2O2[Al(OH)4]-+CO2

=2Al(OH)3↓

+CO32-+

H2ONa[Al(OH)4]

+CO2=Al(OH)3↓+NaHCO3[Al(OH)4]-+CO2

=Al(OH)3↓

+HCO3-鋁合金主要組成元素主要特性主要用途鋁合金硬鋁Al、Mg、Cu、Mn、Si密度小，強度和硬度都比純鋁的大，具有較強的抗腐蝕能力制造飛機和宇宙飛船的理想材料鎂鋁合金Mg、Al強度和硬度都比純鋁和純鎂的大用于火箭、飛機、輪船等制造業是目前用途廣泛的合金之一鋁與人體健