第6讲 用途广泛的金属材料decrypted解析.docx

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第6讲用途广泛的金属材料decrypted解析

用途广泛的金属材料

用途广泛的金属材料

知识内容：

1．认识金属与合金在性能上的主要差异。

2．知道生活中常见合金铁合金及铜合金的主要成分及性能。

3．认识如何正确使用金属及如何爱护金属资源。

知识重点：

知道生活中铁合金及铜合金的主要成分及性能。

一、金属简介

1．金属的共性和特殊性

a．常温下，汞——液体，其他——固体.b．大多数金属呈银白色（金铜除外）.c．金属粉末多为黑色，铝粉还是银白色.d．大多数金属有延展性，可以被抽成丝或压成片，金的延展性最好。

e．金属一般是电和热的良导体。

银和铜的导电传热性能最好。

铝的导电性能也很好。

铜和铝常作为输电线。

2．金属如何进行分类

人们根据金属的密度把金属分为重金属和轻金属。

重金属的密度大于4.5g/cm3，轻金属的密度小于4.5g/cm3。

冶金工业上还常常把金属分为黑色金属和有色金属。

黑色金属有三种：

铁、锰、铬。

它们或它们的合金的表面常有灰黑色的氧化物，所以称这类金属为黑色金属。

除铁、锰、铬以外的金属称为有色金属。

有色金属又可以分为九大类：

①重金属：

铜、铅、锌等；②轻金属：

铝、镁等；③轻稀有金属：

锂、铍等；④难熔稀有金属：

钨、钛、钒等；⑤稀散金属：

镓、锗等；⑥稀土金属：

钪、钇及镧系元素；⑦放射性金属：

镭、锕等；⑧贵金属：

金、银、铂等;⑨碱金属：

钾、钠等。

3．金属之最

（1）地壳中含量最多的金属元素——铝。

日常生活中，用于保护钢铁制品所使用的“银粉”实际上是金属铝的粉末。

（2）人体中含量最高的金属元素——钙

（3）目前世界年产量最高的金属——铁

（4）导电、导热性最好的金属——银。

银，闪耀着月亮般明亮的光辉。

它不仅可以用作装饰，还用于工业领域，银的化学性质极为稳定，在空气中不易生锈，即便加热也不和氧发生反应，它的导电能力在普通金属中名列第一，超过汞和铜。

因此一些精密仪表常用银丝作导线，电子管的插脚，电器表面都镀上了银，这样做不仅仅是为了美观而是使它具有最强的导电能力。

家用热水瓶内壁上的金属是银。

（5）硬度最高的金属——铬

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（6）熔点最高的金属——钨。

白炽灯、碘钨灯、真空管中的灯丝，都是用钨制成的。

因为钨是熔点最高的金属，它的熔点高达3410℃。

当白炽灯点亮时，灯丝的温度在3000℃以上，在这种温度下，其它金属早已熔化成液体，甚至变成气体。

只有钨能承受。

我国钨的储量居世界第一位。

其中以江西的大庚山脉储量最多。

（7）熔点最低的金属——汞：

熔点-39.3℃，常温呈液态，可填充在温度计中。

（8）密度最大的金属——锇：

我们平时常用的铱金笔，笔尖上有着不到1毫米的银白色的小圆粒，这个小圆粒用的就是金属锇的合金。

锇是一种硬度很高的灰蓝色金属，耐磨性很好。

故而用它做笔尖，再合适不过。

由于这一优良特性，锇还可以用来做钟表，重要仪器的轴承，寿命会很长。

锇最突出的特征，倒不是硬度高，而是最重的金属。

每立方厘米锇重达22.7克，也就是说，每立方米的锇就有22.7吨重。

与锇相比，自然界中铁的密度只有它的三分之一，而铅只有它的二分之一。

锇是一种非常稳定的金属，熔点为2700℃。

它不但不溶于普通的酸，甚至溶解力最强的王水（一个体积的浓硝酸与三个体积浓盐酸配制成的混合酸也奈何它不得。

金属锇如此稳定，但粉末状的锇就非常活跃了。

它在常温下就会逐渐被氧化。

锇是在1804年由英国化学家田南特发现的。

（9）密度最小的、最轻的金属——锂

（10）光照下最易产生电流的金属——铯：

纯净的铯呈银白色，是最软的金属。

铯有着一种最可贵的性质，就是它的自由电子的活动性特别高。

当其表面受到光线照射时，电子便能获得能量而从表面逸出，产生光电流，这种效应叫做光电效应。

人们便利用它的这一特点，把金属铯喷镀在银片上，制成各种光电管。

在电影、电视、无线电传真、夜视仪以及许多自动控制设备中，都要用到有铯制成的光电管。

（11）展性最强的金属——金：

金是最富有延展性的金属，最薄的金厚度只有1/10000mm。

1g金可以拉成长4000m的细丝。

假如将300g金拉成细丝，可以从南京沿铁路线延伸至北京。

金也可以捶成比纸还薄的金箔，厚度仅有1cm的50万分之一。

也就是说，把50万张金箔叠合起来，才有1cm那样厚。

多薄啊！

（12）延性最好的金属——铂。

最细的铂丝直径只有1/5000mm。

常说的“白金”首饰是用铂加工而成的。

（13）制造新型高速飞机的重要金属——钛。

被科学家称为“二十一世纪的金属”或“未来的钢铁”,纯净的钛是银白色的金属，约在1725℃熔化。

它的主要特点是密度小而强度大，兼有铝和钢的特点。

由于钛有这些优点，所以自50年代以来，一跃成为突出的稀有金属。

钛可用于制造超过音速3倍的高速飞机。

因为这类飞机在飞行时，表面温度较高，用铝合金和不锈钢，在这种温度下已失去原有性能，而钛合金在550℃以上仍保持良好的机械性能。

这种飞机的用钛量占其结构总重量的95％，故有钛飞机之称。

（14）海水中储量最大的放射性元素——铀。

虽然金属性质有很多的优点，但实际生活中却使用的最多的是合金，很少使用纯金属。

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合金的广泛应用：

在生产和生活中，是非常重要的。

环顾我们四周，很多物品是有金属材料制成的，最简单的金属材料是纯合金，但我们实际应用的都是具有优良性能的合金。

二、常见合金的重要应用

[回顾]初中学过的合金知识，回答什么是合金？

合金具有哪些优良性能？

1．合金：

两种或两种以上的金属（或金属跟非金属）熔合而成的具有金属特性的物质

2．合金具有许多优良的物理、化学或机械性能

①硬度大于各成分金属

司母戊鼎②熔点低于各成分金属

（1）铜合金

介绍司母戊鼎：

含铜84．8%、锡11．6%、铅2．8%，工艺精湛，体现了我国光辉灿烂的古代科技黄铜（含锌及少量的锡、铅、铝等）及白铜（含镍、锌及少量锰）成分．黄铜：

含锌，还含有少量锡、铅、铝等。

（2）钢

钢是用途最广、用量最大的金属合金，据成分可分为两打类：

碳素钢、合金钢。

钢是铁的合金，含碳量在0.03％～2％之间常含少量硅、锰，几乎不含硫、磷等元素。

钢的分类：

碳素钢、合金钢。

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[探讨交流]

1．生铁和钢性质上为何不同？

2．交流你所知道的铝合金、镁合金、铜合金的用途。

三、正确选用金属材料

[思考与交流]某家庭准备装修门窗（计划使用十年），可共选用的材料有：

木材、钢板、铝合金、塑钢、，请分析每种材料的性能、价格、安装成本、利弊等，进行讨论分析，选用何种材料好？

（提示）金属选材需要考虑哪几个方面问题？

（1）主要用途

（2）外观

（3）物理性质（密度、硬度、强度、导电性）

（4）化学性质（对水的作用、耐腐蚀性）

（5）价格（6）加工难度（7）日常维修等。

四、科学视野：

用途广泛的稀土金属

在元素周期表中，镧系元素和钇称为稀土元素（广义的稀土也包括钪），这是18世纪沿用下来的名称，因为当时认为这些元素稀有，它们的氧化物既难溶又难熔，因而得名。

稀土元素性质相似，并在矿物中共生，难以分离。

稀土元素具有特殊的物质结构，因而具有优异的物理、化学、磁、光、电学性能，有着极为广泛的用途。

1．结构材料

在钢铁中加入适量稀土金属或稀土金属的化合物，可以使钢得到良好的塑性、韧性、耐磨性、耐热性、抗氧化性、抗腐蚀性等等。

2．磁性材料

稀土金属可制成永磁材料，稀土永磁材料是本世纪60年代发展迅速的新型功能材料。

如SmCO5、Sm2CO17、Sm2Fe17Nx等均为磁性能优良的材料。

稀土金属能制成磁光存储记录材料，用于生产磁光盘等。

3．发光材料

稀土金属的氧化物可作发光材料，如彩色电视机显象管中使用的稀土荧光粉，使画面亮度和色彩的鲜艳度提高许多。

稀土金属卤化物发光材料能制成节能光源。

稀土金属还能制成固体激光材料、电

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致发光材料等，电致发光材料可用于大面积超薄型显示屏。

4．贮氢材料用稀土金属制成的贮氢材料广泛用于高容量充电电池的电极。

5．催化剂在石油化工中，稀土金属主要用作催化活性高、寿命长的分子筛型的催化剂，可以用于石油裂化、合成橡胶等工业。

近年来，科学家正致力于研究用稀土金属作为汽车尾气净化的催化剂。

6．超导材料北京有色金属研究总院发明的“混合稀土—钡—铜—氧超导体”，为高温超导体的研究和应用开拓了新的途径，荣获第23届国际发明展览会金奖。

7．特种玻璃在石英光导纤维中掺入某些稀土金属，可大大增强光纤的传输能力。

在玻璃工业中，用稀土金属作澄清剂、着色剂，可以使玻璃长期保持良好的透明度。

玻璃中若加入某些稀土金属的氧化物可使玻璃染成黄绿色、紫红色、橙红色、粉红色等。

稀土金属化合物也常用于陶瓷的颜料。

[阅读材料]稀土元素是镧系元素系稀土类元素群的总称，包含钪Sc、钇Y及镧系中的镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu，共17个元素。

稀土元素能与其它元素组成品种繁多、功能千变万化，用途各异的新型材料，被称为“现代工业的维生素，和神奇的新材料宝库。

”我国稀土资源占世界稀土资源的80%，以氧化物（REO计达3600万吨，远景储量实际是1亿吨。

我国稀土资源分南北两大块。

——北方：

轻稀土资源，集中在包头白云鄂博特等地，以后在四川冕宁又有发现。

主要含镧、铈、镨、钕和少量钐、铕、钆等元素；——南方：

中重稀土资源，分布在江西、广东、广西、福建、湖南等省，以罕见的离子态赋存与花岗岩风化壳层中，主要含钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇和镧、钕等元素。

稀土在高新技术领域中的应用，与其工业技术发达程度成正比。

美国的稀土用量一直居世界第一位，日本、英国、法国、德国等工业发达国家都没有稀土资源，但他们都有很先进的稀土应用技术。

美国认定的35个战略元素和日本选定的26个高技术元素中，都包括了全部的稀土元素。

所以稀土被称为神奇的稀土。

五、练习提高1．下列物质中，不属于合金的是（．．．）A．硬铝B．黄铜C．钢铁D．水银2.我国古代的湿法冶金术是世界闻名的，我国在世界上最先应用湿法冶金的金属是（）A．FeB．CuC．AgD．Hg3．我国在春秋战国时期就懂得将白口铁（含碳量﹥２％）经退火热处理得到相当于铸钢的器物（如锋利的宝剑），这一技术要比欧洲早近两千年；白口铁退火热处理的主要作用是（）A．除硫、磷杂质B．适当降低了含碳量-第5页-

C．掺进合金元素D．改善表面的结构性质4．纯铁的熔点为1535℃，而高炉中炼铁时生铁（含碳量较高的铁的合金）在1200℃左右就熔化了，这是因为（）A．铁的纯度越高熔点越低B．合金的熔点比其成分物质的熔点高C．因为形成了铁碳合金，所以熔点变低D．在高炉中熔化的过程中发生了化学反应5．含碳量在3％～4％的生铁，因断口呈灰色所以叫灰口铁。

此生铁具有较好的韧性，常用于铸造机器底座和零件。

试判断：

①纯铁，②灰口铁，③金刚石三种固体熔点从高到低的顺序是（）A．①②③B．③②①C．③①②D．②③①6．用于飞机制造业的重要材料是（）A．Mg－Al合金B．Cu－Sn合金C．Al－Si合金D．不锈钢7．铁和其他元素合成的不锈钢具有良好的防腐性能，理论上将铁置于某些溶液处理后，铁也不会被腐蚀，此种溶液可以是（）A．常温下的浓硫酸B．氯化铜溶液C．常温下的稀硝酸D．稀硫酸8．合金是不同种金属（也包括非金属）在熔化状态下形成的一种具有金属特性的熔合物，下表中金属难与表中其他金属形成二元合金的元素是（）Fe熔点（℃）1535沸点（℃）3000Cu10832595Zn419.5907Ag960.82212Au10632707W33805627A．FeB．ZnC．AgD．W9．现有一块铝铁合金，欲测定其铝的质量分数，切下Wg合金，溶于盐酸中，再加入过量NaOH溶液，滤出沉淀，把沉淀在空气中充分灼烧，最后得到Wg红棕色粉末。

则此合金中铝的质量分数约为（）A．20％B．30％C．70％D．80％10．铁是人类较早使用的金属之一。

据有关报道，目前已能冶炼出纯度高达99.9999％的铁。

（1）你估计它不会具有的性质是（）A．硬度比生铁低B．在潮湿的空气中放置不易生锈C．在冷的浓硫酸中钝化D．不能与盐酸反应

（2）纯铁的实际应用范围有限，人们大量使用的是铁的合金。

钢铁是铁和碳的合金的总称，其强度高、价格便宜、应用广泛。

在以下关于不锈钢和普通钢的认识中，你认为正确的是（）A．它们的组成元素是相同的B．耐腐蚀的性能不同C．它们都属于钢，因此物理性质是一样的D．构成普通钢和不锈钢的主要元素都是铁，因此它们的化学性质完全相同11．适宜于制作不锈钢用具的钢是（）A．低碳钢B．中碳钢-第6页-

C．高碳钢D．合金钢12．关于合金性质的说法中，错误的是（）A．多数合金的硬度一般比其各成分金属的硬度高B．多数合金的熔点一般比其各成分金属的熔点低C．合金的物理性质一般与其各成分金属的的物理性质不同D．合金的化学性质一般与其各成分金属的的化学性质不同13．最不适宜于制作炊事用具的金属是（）A．FeB．PbC．Al14．现代建筑的门窗框架、常用电解加工成古铜色的硬铝制品。

硬铝是：

D．CuA．Al－Si合金B．Al－Cu－Mg－Mn－Si合金C．Al－Mg合金D．表面有氧化膜的纯铝15．古代的“药金”外观与金相似，常被误认为金子。

它的冶炼方法如下：

将ZnCO3、赤铜（Cu2O）和木炭混合加热至800℃，得到金光闪闪的“药金”，则药金的主要成分是_________，有关的化学方程式：

_____________________________________________。

16．由金属活动性顺序表可知，铜和稀硫酸不反应，但如果向铜和稀硫酸混合液中通人氧气（或空气）。

并加热，则铜逐渐溶解，溶液逐渐变蓝色，将此溶液缓缓蒸发至出现晶体，即得胆矾（CuSO4·5H2O）试分析这一过程中涉及的化学反应并写出化学方程式。

17．物质的性质决定了物质的用途，下面列出了金属的几种性质：

①导热性、②导电性、③还原性、④延展性、⑤具有金属光泽。

请在下面金属用途后的横线上填上金属性质对应的序号。

（1）用铝定制成包装用的铝箔________________________；

（2）用铝制成的高压铝锅________________________；（3）用铁粉回收照相业废液中的银________________________；（4）电信业中大量使用的铜丝、金属电缆________________________。

18．铜是生命必要的元素，也是人类最早使用的金属之一，铜的生产和使用对国计民生各个方面产生了深远的影响。

在化学反应中，铜元素可表现为0、＋1、＋2。

，试写出该

（1）在西汉古籍中曾有记载：

曾青得铁则化为铜（即：

曾青（CuSO4跟铁反应生成铜）反应的离子方程式：

_____________________________________________。

（2）尽管铜比铁较为稳定，但铜器表面经常会生成铜锈[即：

铜绿，化学式Cu2（OH2CO3]，其中生成铜绿的反应物除铜外还有O2、CO2和H2O。

试写出保护铜制品的方法：

_____________________________________________。

（3）铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币。

试从物理性质和化学性质的角度分析为什么铜常用于制造货币。

（铜的熔点是1183.4℃，铁的熔点是1534.8℃）_____________________________________________。

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