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第三章 铁 金属材料
第二节 金属材料
第一课时 金属材料
【导入】
我们的生活中金属制品随处可见，例如防盗窗、窗框、眼睛框架，保温杯。
实际上，生活中的金属材料通常是合金，很少使用纯金属。
【学习任务一】合金
阅读课本P78三段黑体字，认识合金。
1. 概念：合金是由 或 熔合而成的具有 的物质。
两种或两种以上的金属
金属与非金属
金属特性
2. 特点：（1）合金性能与纯金属有很大差异。
（2）合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件来加以调节。
（3）合金的硬度 成分金属，通常熔点 成分金属。
（4）合金有金属通性：金属光泽、导电性、导热性、延展性。
大于
低于
纯金属只有一种金属原子，排列很整齐
合金中有多种原子，且原子的大小不同，原子排列不规则
掺杂其他原
子形成合金
【学习任务二】铁合金、铝合金
一、铁合金。阅读课本P78~79，认识铁合金。
铁碳合金
生铁 2%~4.3%
钢 0.03%~2%
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。
有良好的延展性，机械性能好，可以锻轧和铸造，广泛用于制造机械和交通工具。
【学习任务二】铁合金、铝合金
钢
碳素钢
合金钢
高碳钢 高于0.6%
中碳钢 0.3%~0.6%
低碳钢 低于0.3%
不锈钢 合金元素主要是Cr和Ni
超级钢
韧性好，强度低，用于制作钢板、钢丝、钢管。
韧性好，强度高，用于制作钢轨、车轮、建材。
强度高，韧性差，热处理后弹性好，用于制作器械、弹簧、刀具。
抗腐蚀能力好，用于制作医疗器材、厨房用具、餐具及某些地铁列车的车体材料。
强度高，延展性好，在应用时能够实现钢板的轻薄化。
【学习任务二】铁合金、铝合金
二、铝合金。阅读课本P81、83，认识铝合金。
1. 铝
（1）在地壳中含量位列第三，是地壳中含量最多的金属元素。
（2）密度小，较轻、硬度较小，强度也较小，不适合制作机械零件。
（3）常用的铝制品通常是铝合金，其表面覆盖着致密的氧化铝薄膜，这层膜起着保护内部金属的作用。铝表面自然形成的氧化膜很薄，耐磨性和抗腐蚀性不够，常采用化学方法增加膜的厚度，对氧化膜进行着色。
2. 铝合金
（1）是用途最广泛的合金之一。
（2）硬铝：密度小、强度高，具有较强的抗腐蚀能力，可用于制造飞机和宇宙飞船。
硬铝常用于制造飞机的外壳
【学习任务三】新型合金——阅读课本P83
一、储氢合金
储氢合金
①一般情况下，H2 采用气态或液态储存，如在高压下把 H2压入钢瓶，但运送笨重的钢瓶既不方便也不安全。
②储氢合金是一类能够大量吸收H2 ，并与H2结合成金属氢化物的材料。
④具有实用价值的储氢合金要求储氢量大，金属氢化物既容易形成，稍稍加热又容易分解，室温下吸放氢的速率快，如Ti-Fe合金和La-Ni合金等。
③新型储氢合金材料的研究和开发将为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用。
【学习任务三】新型合金——阅读课本P83
二、钛合金、耐热合金、形状记忆合金
（1）应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。
（2）钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高，可用于制造人造骨骼、飞机，眼镜框架。
（3）高温环境下，组织稳定，力学、物理、化学性能优良。
（4）具有形状记忆效应，具有较好的变形恢复能力，例如人造骨骼、牙齿矫正器。
形状记忆合金
钛合金
钛合金人造骨骼
【学习任务四】铝的性质
一、存在形式
主要以化合态存在于地壳中，是地壳中含量最多的金属元素。
二、物理性质
色态 密度、硬度、强度 导热性 延展性 导电性
有金属光泽
都较小
较好，可做炊具
较好，可做食品包装
好，仅次于Ag、Cu
可做导线、高压电线
三、化学性质
铝作为氢前金属，化学性质活泼；铝最外层电子数为3，易失去电子，应具有较强还原性。
1. 与非金属单质（O2、Cl2、S等）
与O2：4Al+3O2 2Al2O3
与Cl2：2Al+3Cl2 2AlCl3
点燃
与S：2Al+3S 2Al2S3
点燃
2. 与盐（可置换出还原性较差的金属，如Cu）
与CuSO4：2Al+3CuSO4 3Cu+Al2(SO4)3
+13
2
8
3
3. 与酸（可置换出H2）
【实验3-4】在一支试管中加入5mL盐酸，再向试管中放入一小块铝片。观察现象。过一段时间后，将点燃的木条放在试管口，你观察到什么现象？
现象
结论
原理
一开始无明显现象，过一会有气泡产生，一段时间后，将点燃的木条放在试管口，有轻微的爆鸣声。
②2Al+6HCl 3H2↑+2AlCl3
①Al2O3+6HCl 2AlCl3+3H2O
实验表明，铝表面的保护膜和铝均能与盐酸发生反应。
4. 【实验3-5】Al与强碱（NaOH等）反应
【实验3-5】在两支试管中分别加入少量的NaOH溶液，然后向其中一支试管中放入一小块铝片，向另一只试管中放入用砂纸仔细打磨过（除去表面氧化膜）的一小块铝片，观察现象。过一段时间后，将点燃的木条分别放咋两支试管口，你观察到什么现象？
未经打磨的铝片 砂纸仔细打磨过的铝片
现象
结论
原理
一开始无明显现象，过一会有气泡产生，一段时间后，将点燃的木条放在试管口，有轻微的爆鸣声和淡蓝色火焰。
②2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4] +3H2↑
①Al2O3+2NaOH+3H2O 2Na[Al(OH)4]
实验表明，铝表面的保护膜和铝均能与NaOH发生反应。
立即有气泡产生，一段时间后，将点燃的木条放在试管口，有轻微的爆鸣声和淡蓝色火焰。
讨论得知：Al2O3既能和酸反应，又能和碱反应，因此，Al2O3在物质分类中应属于 。
两性氧化物
由于Al和Al2O3均能和酸、碱反应，因此，铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物。
【学习任务五】铝的化合物的性质
一、Al2O3
物理性质：白色，不溶于水的固体，熔点高（加热铝片，铝片熔化而不滴落）。天然Al2O3又叫刚玉，硬度大，仅次于金刚石。
化学性质：
用途：耐火坩埚，耐火管等
二、Al(OH)3——两性氢氧化物
物理性质：白色，不溶于水的固体。
化学性质：
用途：胃酸中和剂，Al(OH)3胶体做净水剂等
①Al(OH)3+3HCl 2AlCl3+3H2O
②Al(OH)3+NaOH 2Na[Al(OH)4]
①Al2O3+6HCl 2AlCl3+3H2O
②Al2O3+2NaOH+3H2O 2Na[Al(OH)4]
三、AlCl3
物理性质：白色粉末，易溶于水。
化学性质：
①AlCl3+3NaOH（少） Al(OH)3↓
②AlCl3+4NaOH（过） Na[Al(OH)4]
③AlCl3+3NH3·H2O Al(OH)3↓+3NH4Cl
Al(OH)3溶于强碱，不溶于弱碱
四、Na[Al(OH)4]
与强碱：
与弱碱：
与强酸：
与弱酸：
①Na[Al(OH)4]+HCl（少） Al(OH)3↓+NaCl+H2O
②Na[Al(OH)4]+4HCl（过） AlCl3+NaCl+4H2O
③2Na[Al(OH)4]+CO2（少） Al(OH)3↓+Na2CO3+H2O
④Na[Al(OH)4]+CO2（过） Al(OH)3↓+NaHCO3
【总结】铝及化合物的性质
Al3+
Al(OH)3
Na[Al(OH)4]
NH3·H2O、NaOH（少）
NaOH
CO2、HCl（少）
HCl
Al3+
Al
Na[Al(OH)4]
NaOH
HCl

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