【课件四】常见的金属材料.ppt

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1、第九单元 金属 第一节 常见的金属材料,悉尼奥运会的金牌味道不错！,哗！我要是有一个该多好！,金、银,这是什么做的？,一、金属的物理性质,思考：下列金属都是利用了金属的哪些物理性质？,用锰钢制成的钢轨,金属之最,熔点最低的金属是-,汞,熔点最高的金属是-,钨,密度最小的金属是-,锂,密度最大的金属是-,锇,硬度最小的金属是-,铯,硬度最大的金属是-,铬,最活泼的金属是-,铯,最稳定的金属是-,金,延性最好的金属是-,铂,展性最好的金属是-,金,地壳中含量最高的金属元素铝,目前世界年产量最高的金属铁,导电导热性最好的金属银,人体中含量最高的金属元素钙,1.什么是合金？,在一种金属中加热熔合其它金

2、属或非金属而形成的具有金属特性的物质，叫做合金。,2.为什么我们使用的金属材料主要是合金，而不是纯金属？,合金与金属相比，除具有金属的特性外，还具有许多比各成分金属或非金属更优良的物理、化学或机械的性能。如：硬度大、熔点低、密度小、耐磨、耐腐蚀等。,二、合金,3.使用合金材料是否一定比纯金属材料好呢？,查阅资料，填写下列汽车配件所用的金属或合金，并解释使用这些材料的原因。,金属（Cu）,导电能力强,合金,强度大，质量轻,金属,熔点高,合金,耐高温、强度大,合金,耐腐蚀,1.为什么合金的性能与纯金属有很大的差异呢？ 2.我们在日常生活中使用的合金有铁合金、铝合金、铜合金等，这些合金的组成是怎么样

3、的？,金属与合金的结构比较：,固体的熔点与原子排列是否规整有关。你能否解释为什么多数合金的熔点一般比各成分金属的低呢？,在纯金属内，所有的原子大小相同，排列十分规整。而合金内原子的大小不一，排列没有纯金属那样整齐，使得原子之间的相互作用力减小。所以，多数金属的熔点一般比各成分金属的低。,合金的分类：,.铁合金：,铁合金,按组成元素分类铁合金和非铁合金,根据含碳量的高低,生铁,钢,低碳钢,合金钢,铸造生铁（灰口铁）,炼钢生铁 (白口铁),碳素钢,中碳钢,高碳钢,在碳素钢中加入铬 锰 钨 镍 钼 钴 硅 等合金元素,2%4.3%,0.03%2%,球墨铸铁,0.3%,0.3%0.6%,0.6%,由于

4、组成不同， 导致在性能、应 用上均不同。,具有各种不同 的优良性能。,1.铁合金,生铁：,钢：,含碳量为2% 4.3%,含碳量为0.03% 2%,用途:生铁硬度大，抗压，性脆，可以铸造成型，是制造 机座、管道的重要材料。,用途：钢有良好的延展性，机械性能好，用于制造机械 和交通工具。,铁合金：,钢,碳素钢：,合金钢：,如：不锈钢（合金元素为铬Cr和镍Ni）,低碳钢、中碳钢、高碳钢,2 .铜合金：,铜合金,黄铜：（含Zn 20% 36%）,青铜：（含Sn 10% 30%）,白铜：,含Cu Zn耐腐蚀，耐磨，可塑性强，硬度较小。,含Cu Sn Pb等硬而脆，强度大,含Ni Zn（少量Mn）制酒具等

5、,3.铝合金：向纯铝中加入合金元素如Cu 、Mg、 Si、 Mn、 Zn 及稀土金属等。,硬铝： Cu 40%、 Mg 0.5 % 、 Mn 0.5 % 、 Si 7%,性能：密度小、强度大、抗腐蚀。,合金的成分不同，其性质也不相同；如果改变某一合金元素的含量，合金的性质也会发生改变。,高压锅,世界铝的年产量仅次于铁，居第二位。铝有较好的延展性，可制成0.01mm的铝箔，用于包装香烟、糖果；铝的密度小和具有抗腐蚀等优良性能，铝及其合金在电线电缆工业、飞机、汽车等制造业有广泛的用途。,铝合金用途,用钛-镍形状记忆合金制成的人造卫星天线,4.形状记忆合金：合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变

6、温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。被广泛用于做人造卫星和宇宙飞船的天线，水暖系统、防火门和电路断电的自动控制开关，以及牙齿矫正等医疗材料。,低温下,钛合金与人体有很好的“相容性”，因此可用来制造人造骨。,被认为是21世纪的重要材料，它具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好等。尤其是抗腐蚀性能非常好，即使把它们放在海水中数年，取出后仍光亮如新，其抗腐蚀性能远优于不锈钢，因此被广泛用于火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通讯设备等。,钛金属腕表,5.钛和钛合金,通过以上对比实验，可得出什么结论？（从颜色，硬度方面）？

7、,黄铜片铜片 锡 焊锡,黄色,紫红色,银白色,银白色,合金和纯金属性质的对比,通过以上对比实验，可得出什么结论？,慢 中 快,合金和纯金属性质的对比,过渡：我国是世界最早冶炼和使用铁的国家，现在我国钢铁年总产量连续十四年保持世界第一，并且遥遥领先于其他国家。下面我们就来学习有关冶铁的知识。,磁铁矿（主要成分Fe3O4）,赤铁矿（主要成分Fe2O3）,菱铁矿（主要成分FeCO3）,铁矿石,常见的铁矿石,黄铁矿（主要成分FeS2),三、金属矿物及其冶炼,铁矿石是怎样炼成铁的呢？让我们通过实验来研究铁冶炼的化学原理。,一氧化碳与氧化铁的反应,活动天地,实验的原理,实验的步骤,实验的现象,实验注意那些

8、问题？（先加热还是先通气？实验完毕是先停止加热吗？）,实验需要改进吗？（一氧化碳有毒，实验完毕的尾气怎么处理？）,一氧化碳还原氧化铁实验 实验原理：,实验操作： 1.按上图组装仪器，并检查气密性 2.把少量研细的氧化铁粉末装进硬质玻管中，轻轻转 动 ，使氧化铁粉末均匀地附在玻璃管内壁上,Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2,高温,3.把硬质玻璃管接入装置系统中，先通入一氧化碳气体排气；待排尽后，点燃出气口处的酒精灯及酒精喷灯，并观察装置中所发生的变化 4.当红棕色粉末已转变成黑色后，先停止加热，再通一会儿一氧化碳，直至玻璃管冷却.,将产生的气体通入到澄清石灰水中，澄清石灰水变浑浊，

9、则生成二氧化碳：CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O ；红色粉末变黑色，用磁铁检验，证明黑色粉末为铁。（若是一氧化碳还原四氧化三铁，将黑色粉末加入盐酸中，有气体生成，证明有铁。四氧化三铁也有磁性，不能用磁铁吸引的方法检验。）,红色（氧化铁）粉末逐渐变成黑色，同时澄清的石灰水逐渐变浑浊。,实验现象：,问题讨论： 1.如何判断反应中生成了什么物质？,把尾气烧掉，防止污染空气,2.装置中右边的酒精灯起什么作用？,3.石灰水的作用有哪些？,澄清石灰水用来检验生成物二氧化碳，并吸收二氧化碳便于处理尾气,1.一氧化碳还原氧化铁是在封闭的硬质玻管中进行的，先通一氧化碳，可以把管内的空气排出，防止一氧化

10、碳与空气混合受热爆炸. 2.实验完毕先停止加热，还要继续通入一氧化碳直到玻璃管冷却为止。因为如果先停止通一氧化碳，管内会因为缺少气体而变成真空，这样澄清石灰水中的液体（含水）就会倒吸入管内，冷水遇到热的玻璃管会引起玻璃管炸裂。,注意事项：,实验改进： 可将上述装置除尾气的部分，改成用气球或方便袋收集，这样收集得到的未燃一氧化碳气体可重复利用,把尾气烧掉，防止污染空气,Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2,高温,失去氧,得到氧,是氧化剂,是还原剂,化学上把氧化物中氧被夺去的反应叫做还原反应。,具有氧化性,具有还原性,发生还原反应,发生氧化反应,一个国家的经济命脉、国土防卫是离不开钢铁

11、的。 地球上的金属资源广泛存在于地壳和海洋中，只有 极少数如金、银这些不活泼金属以单质的形式存在 其它金属在自然界是以化合物的形式存在。学.科.网,金,银,赤铁矿 主要成分 Fe2O3,黄铁矿 主要成分 FeS2,菱铁矿 主要成分 FeCO3,铝土矿 主要成分Al2O3,黄铜矿 主要成分 CuFeS2,辉铜矿 主要成分Cu2S,地壳中含量最多的金属是Al！,金属元素在地壳中含量：,令人佩服的是：中国老百姓在商代就能制造出青铜器、春秋战国时期就能冶炼钢铁。,问题是，他们怎样从这些化合物中把需要的金属“拿”出来？,思考：如何把上述铁矿石中的铁“拿”出来? 以赤铁矿 （主要成分：Fe2O3 ）为例，

12、来学习研究铁的冶炼。 根据Fe2O3 的组成“拿”出铁有两种方法。 方案一：加热使Fe2O3 发生分解反应。学.科.网 方案二：寻找一种物质使其主动夺取Fe2O3 中的“O”,分析： 方案一：要使Fe2O3 分解， 需 ， 要使Fe2O3 分解成功，还必须在非 进行 如此，成本太高。 方案二：比较切实可行。但选用什么样的物质才能使 Fe2O3 失去“O”呢？,结论： 等都符合条件。但考虑到经济效 益等原因，一般选用 或 .,较高温度且铁在高温下易与空气中的氧气反应,空气中,C CO,H2 、C 、CO,思考：赤铁矿（Fe2O3 ）、磁铁矿（Fe3O4 ）、 菱铁矿（FeCO3）、黄铁矿（FeS

13、2）中，都含铁。 炼铁时选用那种矿石好呢？ 分析：Fe2O3 中含铁 ； Fe3O4 中含铁 ； FeCO3 中含铁 ；FeS2 中含铁 。 结论：用 或 。 冶炼原理： .,70%,72.41%,48.27%,46.67%,赤铁矿 磁铁矿都行,实验步骤：在硬质玻璃管中，放入少量的氧化铁粉 末， 先通入一氧化碳，排出装置内的空气后，加热 氧化铁，当红色粉末变黑时停止加热。玻璃管 内物质冷却后，停止通入一氧化碳，观察。,实验现象： 。,实验结论： 。,红色粉末变黑色粉末；澄清石灰水变浑浊,160 256,800t x,有关杂质问题的计算 例题. 用1000t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼

14、 出含铁96%的生铁多少吨？,X=560t,可炼含铁96%的生铁的质量为：560t96%=583t 答：-。,分析：化学方程式表示的是纯物质之间的数量比，故计 算时须先进行换算。 纯物质的质量 = 不纯物质的质量 纯净物的质量分数,解1： 设800t氧化铁可炼出生铁的质量为X,含氧化铁的质量为： 1000t80% =800t,解2：设可炼含铁96%的生铁的质量为x,160 256,1000t80% 96%x,X=583t,答：-。,【课堂练习】 1.下列有关铁的叙述中，正确的是（ ） A. 铁在氧气中燃烧生成黑色的氧化铁学.科.网 B. 铁是地壳中含量最多的金属元素 C. 铁在自然界中主要以化

15、合物形式存在 D. 常用水冲洗铁器表面，可以防止生锈 2.下列铁矿石的主要成分表达错误的是（ ） A. 赤铁矿（FeO） B.铝土矿（Al2O3） C. 菱铁矿（FeCO3） D. 黄铁矿（FeS2） 3.高炉炼铁主要是通过反应Fe2O3 + 3CO 高温 2Fe + 3CO2进行的其中被还原的物质是（ ） A CO B Fe2O3 C Fe D CO2,C,A,B,80%x 365t (1-7%),4.若赤铁矿中Fe2O3 的质量分数为80%，多少吨这 样的赤铁矿可炼出含碳等其它杂质为7%的生铁 365吨？ 解：设需含Fe2O3 为80%的赤铁矿的质量为X,160 256,x = 600t,

16、答：-。,钢铁的用途,2% 4.3%,0.03% 2%,含较多的碳、硫、磷、硅等元素,含碳、硫、磷、硅等元素较少,硬而脆、可铸不可煅,硬而韧、良好的延展性和弹性。可铸又可煅,烧菜用的铁锅、暖气片、机床的底座等,制造机械、交通工具和武器,生铁和钢,炼铁和炼钢,冶炼,钢,生铁,铁合金,在高温条件下，用还原剂一氧化碳从铁的氧化物中将铁还原出来。,原料,铁矿石、焦炭、石灰石、空气,生铁、废钢、 氧气、生石灰,高温下用氧气或铁的氧化物将生铁中多余的碳和其它杂质转变为气体或炉渣而除去。,原 理,设备,产品,高炉,生铁,转炉、平炉、电炉,钢,1. 以下金属的用途主要是利用了金属的什么性质？ 用铜和铝制造导线

17、和电缆 . 用钨制成灯丝 。,钨的熔点高,铜和铝具有导电性,2.有关合金的叙述不正确的是( ) A.合金的熔点一般比它的各成分金属的熔点低 B.合金的硬度和强度一般比纯金属高 C.合金一定是金属和金属熔合而成的物质 D.硬铝、黄铜和钢均为合金,C,3.用于飞机制造业的重要材料是( ) A.MgAl合金 B.CuSn合金 C.AlSi合金 D.不锈钢,A,4.下列关于镁铝合金的说法正确的是( ) A.熔点比镁、铝都高 B.熔点比镁、铝都低 C.硬度比镁、铝都小 D.硬度比镁、铝都大,BD,5.向一铝制易拉罐中充满 CO2 后，再往罐中注入足量的质量分数为20%的NaOH溶液，立即严封罐口，不一会儿就发现易拉罐变瘪。 易拉罐开始变瘪的原因是：_ _ _ 反应的化学方程式为：_ _。,NaOH与 CO2发生了反应，,罐内压强减小，大气压将易拉罐压瘪。,2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O,