【2020秋备课】高中化学学案新人教版必修1-3.3-用途广泛的金属材料.docx

3.3 用途广泛的金属材料

【学习目标】
1、了解合金的定义及一般性质；
2、了解铜合金、铝合金、铁合金等金属材料的基础学问；
3、学会正确选用金属材料。
【要点梳理】
要点一、常见合金的重要应用
用途广泛的金属材料#生疏合金】
1．合金及其性质。
合金定义：由两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合在一起形成的具有金属特性的物质。合金属于混合物，如：黄铜、青铜、钢、生铁、钠钾合金等。
合金的性质特点：一般说来，合金的熔点比其成分金属都低，而在硬度、韧性等方面却往往有其成分金属所不具有的独特性质。如：纯铁的硬度很小而钢的硬度较大。
用途广泛的金属材料#使用合金】
2．常见合金的比较。
（1）铁合金（钢）
钢
主要成分元素
主要特征
主要用途
碳
素
钢
低碳钢
Fe、C（低于0.3%）
韧性、焊接性好，强度低
制钢板、钢丝、钢管等
中碳钢
Fe、C（0.3%～0.6%）
强度高、韧性及加工性好
制钢轨、车轮和建材等
高碳钢
Fe、C（高于0.6%）
硬而脆，热处理后弹性好
制器械、弹簧、刀具等
合
金
钢
锰钢
Fe、Mn
韧性好，强度大
钢轨、轴承、坦克装甲等
硅钢
Fe、Si
导磁性好
变压器、发电机和电动机中的铁芯等
不锈钢
Fe、Cr、Ni
抗腐蚀性好
医疗器械、炊具、反应釜、容器等

（2）铝合金
成分元素
主要特性
主要用途
Al、Mg、Cu、Si等
密度小，强度大
用于汽车、飞机、火箭、船舶制造等

（3）铜合金
铜合金
成分金属
性能及用途
青铜
Cu、Sn、Pb
硬而脆，强度大，古人用来制刀具、祭器、酒具等
黄铜
Cu、Zn、少量Sn、Pb、Al等
硬度较青铜差，耐磨、耐腐蚀，可塑性强，主要用作饰品、制耐压设备等
白铜
Cu、Ni、Zn、少量的Mn
常用作酒具、饰品等

（4）新型合金
　　新型合金包括储氢合金、钛合金、耐热合金和外形记忆合金等。
　　氢能的利用存在两大难题：制取和储存。储氢合金是一类能够大量吸取H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。具有有用价值的储氢合金要求：储氢量大；金属氢化物既简洁形成，稍稍加热又简洁分解，室温下吸、放氢的速率快。

要点二、正确选用金属材料
1．选择材料应留意的问题。
某种金属能不能成为一种应用广泛的材料主要取决于该金属的储量、冶炼成本、市场价格以及所具有的性能和是否易于加工等。
选择金属材料时，除了要考虑金属的用途、外观和价格外，还要考虑金属的物理性质和化学性质。
（1）物理性质：密度、硬度、强度、导电性和导热性等，这些性质打算金属材料的加工难易程度。
（2）化学性质：对水的作用、耐腐蚀性等，这些性质打算金属材料的日常维护和环境对其的影响。
2．金属的回收和资源疼惜。
（1）废旧金属的最好处理方法是回收利用。
（2）回收利用废旧金属的意义是削减垃圾量，防止污染环境且缓解资源短缺的冲突。
要点诠释：金属材料的基本元素是金属，因此可笼统说金属材料具有高强度、优良的可塑性和韧性，耐热、耐寒，可铸造、锻造、冲压和焊接，还有良好的导电性、导热性和铁磁性。因此是一切工业和现代科学技术中最重要的材料。

【典型例题】
类型一：合金的概念及其性质
例1 制取合金常用的方法是将两种或两种以上的金属（或金属与非金属）加热到某一温度。使其全部熔化，再冷却成为合金。依据表中数据推断（其他条件均满足），下列合金不宜接受这种方法制取的是（ ）。
金属
Na
Mg
Al
Fe
熔点／℃
97.5
649
660
1535
沸点／℃
883
1090
2467
2750
A．Fe—Al合金 B．Na—Al合金 C．Mg—Fe合金 D．Mg—Al合金
【答案】C
【解析】由题意知，C项的合金不宜接受题给方法制取，缘由是镁的沸点（1090℃）比铁的熔点（1535℃）低，当温度上升到大于1090℃而小于1535℃时，镁已经变成气体逸散，而铁还没有熔化。
【总结升华】涉及合金的学问还可以有合金的概念、常见合金的种类、熔点比较、硬度比较。

举一反三：
【变式1】合金有很多特点，如Na—K合金为液体，而Na和K的单质均为固体。据此试推想生铁、纯铁、碳三种物质中，熔点最低的是（ ）。
A．纯铁 B．生铁 C．碳 D．无法确定
【答案】B

【变式2】有关合金的性质叙述不正确的是
A、合金的熔点比它的各成分的熔点低
B、合金确定是金属熔合而成
C、合金的硬度和强度一般比纯金属高
D、硬铝、黄铜、钢均为合金
【答案】B

类型二：关于铁合金
例2 取3.00 g某钢样粉末放在O2气流中充分灼烧后，将得到的气体通到足量含140Ba(OH)2的溶液中，得到了0.50 g沉淀。
（1）写出下列反应的化学方程式。
①Fe和O2点燃：________________；
②产生的气体通入140Ba(OH)2溶液：________________。
（2）钢样中碳的质量分数是________。
【答案】（1）①3Fe+2O2Fe3O4 ②CO2+140Ba(OH)2==140BaCO3↓+H2O （2）1.0％
【解析】钢是除去S、P等杂质后的Fe—C合金，所以将钢样粉末放在O2气流中灼烧时，Fe、C分别与O2反应生成Fe3O4和CO2。CO2通入140Ba(OH)2溶液中得到140BaCO3沉淀，依据40BaCO3的质量求出n (CO2)，利用原子守恒，钢样中n (C)=n (CO2)，从而求出碳的质量分数。
【总结升华】在计算中要留意使用守恒法使解题机敏快捷。
举一反三：
【变式1】将一块低碳钢放入装有足量盐酸的烧杯中，充分反应后烧杯中剩下的固体物质是（ ）。
A．HCl B．FeCl2 C．C D．Fe
【答案】C

类型三：正确选用金属材料
例3 依据你的生活阅历和下表所供应的信息，分析并回答下列问题。
物理性质
物理性质比较
导电性
（以银为100）
银 铜 金 铝 锌 铁 铅
100 99 74 61 27 17 7.9
密度
（g／cm3）
金 铅 银 铜 铁 锌 铝
19.3 11.3 10.5 8.92 7.86 7.14 2.70
熔点
（℃）
钨 铁 铜 金 银 铝 锡
3410 1535 1083 1064 962 660 232
硬度
（以金刚石为10）
铬 铁 银 铜 金 铝 铅
9 4～5 2.5～4 2.5～3 2.5～3 2～2.9 1.5
（1）为什么菜刀、锤子等通常用铁制而不用铅制？
（2）银的导电性比铜好，为什么导线一般用铜制而不用银制？
（3）为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？
【答案】（1）由于铁的硬度比铅大，且铅有毒。故常用铁而不用铅做菜刀、锤子。
（2）银和铜导电性相近，但银比铜贵得多，且电线用量大，所以用铜不用银。
（3）由于钨的熔点高（3410℃），而锡的熔点（232℃）太低，通电时锡就熔化了。所以用钨丝而不用锡丝做灯泡的灯丝。
【解析】在确定金属的用途时，要考虑其硬度、熔点、导电性等多种性质，有时还要考虑价格、资源、是否便利、是否有毒、是否利于回收等因素。正确解答本题还要会读题，充分利用题中所给信息进行比较解题。
【总结升华】化学是来源于生活同时又服务于生活的一门学科。通过金属性质的学习，进一步了解金属在实际生活中的运用。

举一反三：
【变式1】用于飞机制造业的重要材料是
A、镁铝合金
B、铜锡合金
C、铝硅合金
D、不锈钢
【答案】A

【变式2】某合金与铁的物理性质的比较如下表所示：

熔点（℃）
密度（g／cm3）
硬度（金刚石为10）
导电性（银为100）
某合金
2500
3.00
7.4
2.3
铁
1535
7.86
4.5
17
还知该合金耐腐蚀，强度大。从以上性能看，该合金不适合做（ ）。
A．导线 B．门窗框 C．炉具 D．飞机外壳
【答案】A