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金属材料——可乐罐的秘密
任务1 你会如何选择可乐的金属包装材料？
需要考虑哪些因素？
价格成本
安全环保
硬度
化学性质
耐腐蚀性
金属储量
结构
性质
用途
类别
依据
物理性质
化学性质
经济性
价格、金属储量、材料开采冶炼难度等
密度、硬度、延展性、导电性、导热性、强度等决定金属材料的加工难易程度、机械性能
在空气、水、酸、碱、盐下化学性质稳定性及腐蚀性
用铝做可乐易拉罐材料的可行性？
铝是地壳中含量最多的金属元素。
物理性质：银白色金属光泽，密度小，质地软，良好的延展性，是电、热的良导体。
铝在常温下与空气中的氧气反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜。
铝的
性质
原子结构
物质类别
铝的抗氧化性能？
1. 常温下铝易被空气中O2氧化吗？请写出化学反应方程式。
4Al + 3O2 2Al2O3
问：回忆镁的燃烧，预测铝在空气中燃烧的现象？
铝的抗氧化性能？
实验现象：铝箔熔化，且失去光泽，但熔化的铝不滴落，好像有一层膜兜着。
实验分析：生成致密的氧化铝薄膜，Al2O3的熔点（2050℃）高于铝的熔点（660℃），包在铝的外面，所以熔化的液态铝不会滴落。
实验结论：铝易与空气中的氧气反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜，可以保护内部金属不继续被氧化。
铝的抗腐蚀性能？
磷酸
可乐配方表
铝的抗腐蚀性能？
2. 铝可以与非氧化性酸反应吗？请写出离子反应方程式。
2Al + 6H+ 2Al3+ + 3H2
↑
问：那岂不是不能用铝制易拉罐装可乐？
铝的抗腐蚀性能？
2. 铝与酸反应:
2Al + 6H+ 2Al3+ + 3H2
↑
3. 氧化铝与酸反应:
Al2O3 + 6H 2Al + 3H2O
+
3+
Al2O3 + 6HCl 2AlCl3 + 3H2O
铝的抗腐蚀性能？
实验探究：
对比未打磨的铝和刚打磨的铝能跟碱NaOH溶液反应。
铝片与盐酸反应
铝片与氢氧化钠 溶液反应
开始不太明显，随后铝片表面有气泡产生，气体遇到明火发生爆鸣
开始没有明显现象，一段时间后铝片表面有气泡产生，气体遇到明火发生爆鸣
1.铝表面有某种物质，能与盐酸和氢氧化钠溶液反应，但不能产生气体。
2.表面的物质反应完全之后，内部的铝能与盐酸和氢氧化钠溶液继续反应生成可燃性气体。
1. 铝表面的物质是什么？
思 考
2. 可燃性气体是什么？
Al2O3
H2
1.氧化铝既能与盐酸又能与氢氧化钠溶液反应
2.铝既能与盐酸又能与氢氧化钠溶液反应生成氢气
铝既能与盐酸还能与氢氧化钠溶液反应生成氢气
偏铝酸根离子
2Al+ 2OH + 2H2O 2AlO + 3H2↑


2
偏铝酸钠
2Al+ 2NaOH + 2H2O 2NaAlO2 + 3H2↑
铝的化学性质
2Al + 6H+ 2Al3+ + 3H2
↑
与酸反应
与碱反应
既能与酸又能与碱反应
与碱反应
与酸反应
Al2O3 + 6H 2Al + 3H2O
+
3+
偏铝酸根离子
Al2O3 + 2OH 2AlO + H2O


2
Al2O3 + 6HCl 2AlCl3 + 3H2O
偏铝酸钠
Al2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 + H2O
氧化铝的化学性质
酸性氧化物（例如CO2……)
碱性氧化物（例如CaO、Na2O、
Fe2O3、FeO……)
两性氧化物（例如Al2O3……）
两性氧化物：既能与酸又能与碱反应生成
盐和水的氧化物
氧化物
思 考
铝的抗氧化性好，但是抗腐蚀性不好，为什么还可以用来制易拉罐存可乐？
会不会导致人体摄入铝量过多？
铝易拉罐各部分成分及含量（质量百分含量）见表：
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
罐身/% 0.3 0.7 0.25 0.25 1.0～1.5 - - - 其余
罐盖/% 0.2 0.35 0.15 0.2～0.5 4.0～5.0 - 0.1 0.25 其余
拉环/% 0.2 0.35 0.15 0.2～0.5 3.0～4.0 0.1 0.25 0.1 其余
如果在金属中加热熔合某些金属或非金属，就可以制得金属特征的合金。
金属材料
合金的优点：一般硬度大、熔点低。
金属材料包括纯金属和它们的合金
商朝
后母戊鼎
春秋
铜柄铁剑
东汉
马踏飞燕
青铜是人类最早使用的合金
鸟巢体育馆
和谐号动车
神州飞船
铝合金——“硬铝”(含Cu 4%、Mg 0.5%、
Mn 0.5%、Si 0.7%)
纯金属结构模型
合金结构模型
纯金属结构模型
合金结构模型
问题1 结合结构模型解释合金的硬度为什么比纯金属大？
初步认识
合金的结构、性质和应用
微观结构
宏观性质
决定
原子
大小和排列
硬度
熔点
……
决定
用途
任务1 列举常见的金属材料，想一想其性能与应用。
铁合金、铝合金、铜合金……
生铁和钢的应用
任务2 请结合数据分析生铁和钢的含碳量与性能的关系。
含碳量
性质
铁合金 含碳量 性能
生铁 2%～4.3% 硬度大，抗压，性脆，可铸造
钢 0.03%～2% 良好的延展性，机械性能好，可锻造
钢丝
钢轨
任务3 分别用于制作钢丝和钢轨的钢含碳量有差异吗？请查阅资料分析哪一种含碳量高。
ω(C) 0.3%
0.3% ω(C) 0.6%
了解碳素钢的类型
低碳钢 (ω(C) 0.3% )
中碳钢 (ω(C) 0.3%～0.6%)
高碳钢 (ω(C) >0.6% )
碳素钢
含碳量
（Fe、C）
低碳钢 ω(C) 0.3% 韧性、焊接性好，强度低
中碳钢 ω(C) 0.3%～0.6% 强度高，韧性及加工性好
高碳钢 ω(C) >0.6% 硬而脆，热处理后弹性好
含碳量
性能
任务4 请结合数据分析碳素钢的含碳量与性能的关系。
问题2 用于制作防护网的钢丝和制作捕鱼网兜的钢丝含碳量有差异吗？如果有差异，哪一种含碳量高呢？
防护网钢丝
鱼网钢丝
ω(C) 0.3%
ω(C) 0.25%
降低
含碳量
微观结构
宏观性质
决定
元素
组成与含量
韧性
强度
决定
用途
进一步认识
合金的结构、性质和应用
各种各样性能的钢
不锈钢炊具
锰钢铁轨
钨钢钻头
合金钢
不锈钢 （Cr 18%、Ni 8%）
锰 钢 （Mn 12%、Si 0.7%）
钨 钢 （W 18%）
……
碳素钢
添加元素
（特种钢）
了解合金钢
了解合金元素的主要作用
铁合金的分类
问题3 为什么铁合金、铝合金是生活、生产中使用最广泛的金属材料？能否从原料来源的角度进行解释？
自然资源
（金属矿物）
金属单质
转化
分离
合金
调整组成
熔合
应用
组成结构
性质
决定
决定
用途
元素
种类、含量
物理、
化学、
机械性能
相应
应用领域
熔合条件
时间、温度等
深入认识
合金的结构、性质和应用
金属材料的发展——新型合金
储氢合金，记忆合金、钛合金、耐热合金……
“蛟龙号”
载人潜水器
钛合金
储氢合金
Ti-Fe合金、La-Ni合金
喷气式飞机的发动机叶片是镍钴合金，耐高温
了解储氢合金工作原理
储氢合金
金属氢化物
常温、常压吸收H2
升温或减压
释放H2
神奇的记忆合金
资料卡片——用途广泛的稀土元素
镧系元素(57～71号元素)及钇和钪，共17种元素，称为稀土元素。
我国是稀土资源大国。到目前为止，我国的稀土储量、稀土产量、稀土用量和稀土出口量均居世界第一位。
稀土金属既可以单独使用，也可用于生产合金。在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能。因而，稀土元素又被称为“冶金工业的维生素”。例如，在钢中加入稀土元素，可以增加钢的塑性、韧性、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性和抗氧化性等。因此，稀土金属广泛应用在冶金、石油化工、材料工业（电子材料、荧光材料、发光材料、永磁材料、超导材料、染色材料、纳米材料、引火合金和催化剂等）、医药及农业等领域。
知识：
课堂小结
Al2O3
Al
Al3+
AlO2-
H+
OH-
O2
H+
OH-
课堂小结
需求
开发
原料的选择
性能优化
合金
生产条件、工艺
金属材料开发思维模型
课后查询
为什么乘坐飞机不能携带水银温度计
B
【变式】甲、乙两烧杯中各盛有200 mL 3 mol·L－1的盐酸和NaOH溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后，测得生成的气体体积比为V(甲)∶V(乙)＝1∶2，则加入铝粉质量为(　　)
A．10.8 g B．7.2 g C．5.4 g D．3.6 g
A
【例2】关于铁铝及其合金的说法不正确的是（ ）
A．生铁的含碳量为2%～4.3%
B．稀土金属可以用于生产合金
C．铝是一种活泼金属，铝表面的保护膜和铝均能与盐酸发生反应
D．向装有氢氧化钠溶液的试管中放入未打磨的铝片，一直观察不到气泡
D
【例3】某无色溶液中加入铝粉可以生成H2,则在该溶液中一定能大量存在的离子组是(　　)
A.K+、Cu2+、N、Cl-
B.K+、Na+、S、Cl-
C.K+、Ca2+、HC、Cl-
D.Na+、Mg2+、Br-、S
B
【例4】铝制易拉罐集满CO2，然后加入过量NaOH浓溶液，立即封闭罐口，可以观察到易拉罐渐渐凹瘪；但过一段时间后，罐壁又重新凸起。已知部分物质的转化关系如下图：
上述过程中已经发生且正确的离子方程式是（ ）
A．
B.
C.
D.
A
【例5】某合金与铁的物理性质比较如下表所示：
该合金不适合做 (　　)
A.炊具 B.飞机外壳 C.导线 D.门窗框架
熔点/℃ 密度/(g·cm-3) 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
C
【例6】工业生产中常将两种或多种金属(或金属与非金属)在同一容器中加热使其熔合,冷凝后便得到具有金属特性的熔合物——合金,这是制取合金的常用方法之一。请根据下表数据判断，不宜用上述方法制取的合金是 (　　)
A. Fe-Cu合金 B. Cu-Al合金 C. Al-Na合金 D. Cu-Na合金
金属 Na K Al Cu Fe
熔点/℃ 97.5 63.6 660 1083 1535
沸点/℃ 883 774 2467 2567 2750
D
【例6】下列有关合金的说法不正确的是（ ）
A. 硬铝密度小、强度高，具有较强的抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料
B. 镍钴合金用于制造喷气式飞机的发动机叶片，利用了合金的熔点低于成分金属的性质
C. 稀土元素被誉为新材料的宝库，又被称为“冶金工业的维生素”
D. 我国“蛟龙”号载人潜水器的耐压球壳是用钛合金制造的
B
【例7】下列说法中正确的是（ ）
①铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性、碱性或咸的食物
②常温下铝遇到浓硫酸钝化，因此可用铝槽储运浓硫酸
③金属元素被还原时一定生成金属单质
④得电子越多，其氧化性越强
⑤Fe2O3俗称铁红常用于油漆和涂料，也可用作炼铁原料
⑥明矾常作为消毒剂
⑦铬耐磨、耐腐蚀，可镀在钢铁制品表面防生锈
A．①⑤⑥ B．①②⑤⑦ C．①②④⑤⑥ D．全部
B
选项 被提纯物质 杂质 除杂试剂或方法
A FeCl3溶液 FeCl2 通入适量Cl2
B FeCl2溶液 FeCl3 加入过量铁粉并过滤
C 铁粉 铝粉 加入过量NaOH溶液并过滤
D Fe(OH)3 Fe(OH)2 在空气中灼烧
【例8】下列叙述不正确的是（ ）
D

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