第6讲 用途广泛的金属材料decrypted解析.docx

1、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

2、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4.5 g/cm3，轻金属的密度小于4.5 g/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：重金属：铜、铅、锌等； 轻金属：铝、镁等； 轻稀有金属：锂、铍等； 难熔稀有金属：钨、钛、钒等； 稀散金属：镓、锗等； 稀土金属：钪、钇及镧系元素； 放射性金属：镭、锕等； 贵金属：金、银、铂等; 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

3、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- 第 1页 -（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

4、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

5、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

6、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“

7、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。- 第 2页 -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

8、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、化学或机械性能硬度大于各成分金属司母戊鼎熔点低于各成分金属 （1）铜合金介绍司母戊鼎：含铜848%、锡116%、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

9、，含碳量在0.032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。- 第 3页 - 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

10、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SmCO 5、Sm 2CO 17、Sm 2Fe 17N x 等均为磁性能优良的材料。稀土金属能制成

11、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- 第 4页 -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

12、”，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

13、。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 3 600 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

14、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（ ） AFe BCu CAg DHg 3我国在春秋战国时期就懂得将白口铁（含碳量）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

15、、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 34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：纯铁，灰口铁，金刚石三种固体熔点从高到低的顺序是（ ） A B C D 6用于飞机制造业的重要材料是（ ） AMgAl 合金 BCuSn 合金 CAlSi 合金

16、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（） 3000 Cu 1083 2595 Zn 419.5 907 Ag 960.8 2212 Au 1063 2707 W 3380 5627 AFe BZn CAg DW 9现有一块铝铁合金，欲测定其铝的质量分数，切下 W g 合金，溶于盐酸中，

17、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 W g 红棕色粉末。则此合金中铝的质量分数约为 （ ） A20 B30 C70 D80 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 99.999 9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

18、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（ ） AFe BPb CAl 14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： DCu AAlSi 合金 BAlCuM

19、gMnSi 合金 CAlMg 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（CuSO45H2O） 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：导热性、导电性、还原性、 延展性、具

20、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） _。 - 第 7页 -