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第八单元 金属和金属材料
课题1 金属材料
学习目标
02
01
了解金属发展史，知道金属、金属材料在人类生产生活和社会发展中的重要作用，形成合理使用金属材料的观念
知道金属具有一些共同的物理性质，认识金属的性质与用途的关系
认识在金属中加热熔合某些金属或非金属可以制得合金，知道生铁和钢等重要合金以及合金比纯金属具有更广泛的用途
知道物质的性质在很大程度上决定了物质的用途，但同时还需考虑如价格、资源以及废料是否易于回收等因素
04
03
新课导入
鸟巢
金属材料对促进社会发展、改善人类生活发挥了巨大的作用。
神舟十八载人飞船
铁轨
汽车
一、常见金属的物理性质和用途
三星堆出土的青铜大面具
(距今已有3 000余年的历史)
山西永济黄河铁牛
(铸造于724年)
铝制品
(铝的使用在100多年前)
观察下列图文信息，你发现了什么？
人类使用金属材料的历史十分悠久。
人类利用金属的先后顺序：铜→铁→铝。
人类使用金属材料的悠久历史
石器时代
青铜时代
铁器时代
铝的使用
人类使用最早的金属是____，当今使用最广泛的是____。
铜
铁
一、常见金属的物理性质和用途
金属材料的发展和应用（现阶段）
年产量最大：铁
;
年产量第二：铝
年产量第三：铜
由于铝的化学性质比较活泼，在古代很难通过冶炼得到单质铝，故铝的利用较晚。
一、常见金属的物理性质和用途
说一说你身边的金属制品
不锈钢汤勺
铝制蒸锅
扳手、铁锤
铝合金门窗
充电器接口
水龙头
不锈钢菜刀
自行车车架
一、常见金属的物理性质和用途
生活中常见的金属制品，它们主要利用了金属的哪些物理性质。
金项链
常温下固态
金属光泽
延展性
硬度小
常温下固态
导电性
延展性
铜导线
铁锅
易拉罐
常温下固态
延展性
导热性
密度大
常温下固态
延展性
一、常见金属的物理性质和用途
有光泽
能够导热
有延展性，能压成薄片
能够导电
能够弯曲
有延展性，能拉成丝
1. 金属的物理共性
一、常见金属的物理性质和用途
铁锅、铝锅、铜火锅可以用来炒菜、烧水、涮肉，这说明了金属的什么性质？
金属能够导热
铁、铜、铝能拉成丝，也能展成薄片，这说明了金属的什么性质？
金属有延展性
一、常见金属的物理性质和用途
（1）颜色：大多数金属都呈 色。
铜 色，金 色，铁粉 色。
银白
黄
黑
紫红
2. 金属的物理特性
（2） 状态：常温下，大多数金属都是固体，汞是液体。
一、常见金属的物理性质和用途
3.一些金属物理性质的比较
物理性质 物理性质比较
导电性(以银的导电性为100作标准) 银　铜　金　铝　锌　铁　铅
(优) 100 99 74 61 27 17 7.9 (良)
密度/(g·cm-3) 金　铅　银　铜　 铁　锌　铝
(大) 19.3 11.3 10.5 8.92 7.86 7.14 2.7 (小)
熔点/℃ 钨　 铁　 铜　 金　 银　 铝　 锡
(高) 3410 1535 1083 1064 962 660 232 (低)
硬度(以金刚石的硬度为10作标准) 铬 铁　 银　 铜　 金　 铝　 铅
(大) 9 4-5 2.5-4 2.5-3 2.5-3 2-2.9 1.5 (小)
一、常见金属的物理性质和用途
思考与讨论：根据你的生活经验和以上信息，分析下列问题
（1）为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铝制？
铁的硬度较大，而铝的硬度较小
（2）银的导电性比铜的好，为什么电线一般用铜制而不用银制？
银的价格比铜高很多，且铜的导电性也很好
一、常见金属的物理性质和用途
（3）为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？如果用锡制的话，可能会出现什么情况？
钨的熔点高，高温时不易熔化，而锡的熔点太低，若作灯丝易熔断
（4）为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬？如果镀金会怎样？
铬的硬度更大，抗腐蚀性更好，金的硬度较小，不耐磨，价格昂贵
一、常见金属的物理性质和用途
金 属 （元素）之 最 名称 化学式
人类使用最早的金属
地壳中含量最高的金属元素
人体中含量最高的金属元素
世界上年产量最高的金属
导电、导热性最好的金属
硬度最高的金属
熔点最高的金属
熔点最低的金属
密度最大的金属
铜
铝
Cu
Al
钙
铁
银
铬
钨
汞
锇
Ca
Fe
Ag
Cr
W
Hg
Os
一、常见金属的物理性质和用途
金属的物理性质 金属的用途
有金属光泽 制装饰品(项链、戒指)
易导电 制电线、电缆
易导热 制炊具
有良好的延展性 拉成丝、制成箔
有一定的机械强度 制造车辆、门窗等
物质的性质与用途的关系
性质
用途
决定
体现
一、常见金属的物理性质和用途
4. 影响物质用途的因素
物质的用途
性质
资源
价格
美观
便利
回收
环保
最主要的因素
一、常见金属的物理性质和用途
发射火箭时，火箭外壳与大气摩擦将会产生上千度的高温。并且发动机工作时，还要喷出几千度的高温气流，这样一来，火箭尾部就得承受四千摄氏度以上的高温。仅有的纯金属材料已经远远不能满足航空航天技术的需求。因此合金材料广泛应用于航空航天。
二、合金
二、合金
合金：由一种金属跟其他一种或几种金属（或金属与非金属）一起熔合而成的具有金属特性的物质。
（1）合金属于________(纯净物/混合物)；
（2）合金里面至少有____种元素；
（3）合金是不是至少含有两种金属元素呢？
（4）合金中的金属以_______(单质/化合物)形式存在。
（5）常见的铁的合金有______、______、_________
铝的合金有________________铜的合金有______________
混合物
2
（不是）
单质
生铁
钢
不锈钢
铝合金（硬铝）
青铜
黄铜
二、合金
实验8-1：比较黄铜片（铜锌合金）和铜片、硬铝片（铝合金）和铝片的光泽与颜色；将它们互相刻画，比较它们的硬度。
性质比较 现象 结论
黄铜 铜 硬铝 铝 光泽和颜色
硬度 二、合金
二、合金
性质比较 现象 结论
黄铜 铜 硬铝 铝 光泽和颜色
硬度 暗、黄色
亮、红色
暗、银灰色
亮、银白色
黄铜比铜硬
硬铝比铝硬
合金的硬度大于其组分金属
二、合金
查阅资料：焊锡(锡铅合金)主要用于焊接金属等；武德合金（铅、铋、锡和镉组成的合金）可用于制电路保险丝等。根据下表提供的数据，你能得到什么启示
纯金属或合金 纯金属 合金 铅 铋 锡 镉 焊锡 武德合金
熔点/℃ 327 271 232 321 183 70
启示 合金一般比组成它的纯金属的熔点要低
二、合金
二、合金
合金和纯金属的性质的比较
纯铁锅容易生锈 不锈钢锅光亮如新
说明：合金的_________性比组成它的纯金属强。
抗腐蚀性
二、合金
归纳总结
合金的性能
与组成它们的纯金属相比
与组成它们的纯金属相比
合金的性能
强度和硬度更高
抗腐蚀性更强
熔点低
三增
一降
合金的很多性能与组成它们的纯金属不同，使合金更适合于不同的用途。因此，金属材料中合金的使用更加广泛。
合金的性质和用途
组成改变
（纯金属）
性质改变
（合金）
用途改变
资料1：哈德菲尔德，英国冶金学家。1882年，当时人们的研究结果是锰加入钢中会使钢变脆。他试着将以往冶金学家认为的含锰量增加，制造出含锰量12%~14%的高锰耐磨钢。由普通钢制造的铁轨，每9个月更换一次，高锰钢铁轨可以连续使用22年。
资料2：铁的硬度一般为5~10HRC(洛氏硬度)，铁路轨道使用的高锰钢硬度为52HRC。其实高铁钢轨的选用，除了要考虑强度、耐磨性外，还要考虑抗拉强度，目前时速200km/h以上的客运高铁使用的钢轨牌号为U71MnG，其抗拉强度≥880MPa，时速200~250km/h客货运高铁使用的钢轨牌号为U75VG(钢中添加了钒元素)，其抗拉强度≥980MPa。
高铁轨道用的材料是高锰钢和钒钢
二、合金
二、合金
通过综合考量，我们已选择了铁作为高铁轨道所用材料。这里用的铁是生铁，还是进一步精炼而成的纯铁或钢呢？
阅读教材P4-5，完成下表
铁 钢 生铁
含碳量
性能差异
0
0.03%~2%
2%~4.3%
质软
硬而韧
硬而脆
合金
生铁和钢性能不同的原因是_____________。
含碳量不同
在钢中继续加热熔合铬、镍等金属而形成的合金就是不锈钢。不锈钢具有优良的防腐性能
二、合金
容器
医疗器械
炊具
其他的铁合金
不锈钢的主要用途
锰钢的主要用途
钢轨
挖掘机铲斗
坦克装甲
二、合金
成语“百炼成钢”中的化学原理
生铁和钢的主要区别在于含碳量不同，生铁的含碳量高，钢的碳含量低，在空气中锤打生铁，目的生铁中的碳和氧气反应生成二氧化碳，从而降低含碳量，反应的化学方程式为：
C + O2 CO2
合金 主要成分 主要性能 主要用途
黄铜 铜、锌 强度高、可塑性好、易加工、耐腐蚀 机械零件、仪表、日用品
青铜 铜、锡 强度高、可塑性好、耐磨、耐腐蚀 机械零件，如轴承、齿轮等
白铜 铜、镍 光泽好、耐磨、耐腐蚀、易加工 钱币、代替银做饰品
黄铜
青铜
白铜
铜合金
二、合金
合金 主要成分 主要性能 主要用途
硬铝 铝、铜、镁、硅 密度小，抗腐蚀性强，强度和硬度好 火箭、飞机、轮船
铝合金
易拉罐
飞机
轮船
二、合金
钛合金人造骨
钛（Ti）和钛合金
钛和钛合金熔点高、密度小(钛的密度仅为4.5 g/cm3)、可塑性好、机械性能好等。其抗腐蚀性能远优于不锈钢。易于加工、机械性能好、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，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。
钛合金飞机
钛合金眼镜架
二、合金
形状记忆合金是具有形状记忆效应的合金，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，以及牙齿矫正器等医疗器械。
形状完全恢复
将天线揉成团
形状开始恢复
制成天线
降温
升温
升温
用钛镍形状记忆合金制成的人造卫星天线
科学.技术.社会
科学.技术.社会
课堂总结
金属材料
纯金属
合金
共性：延展性、导电性、导热性等
差异性：颜色、状态、密度、硬度等
定义：金属中加热熔合某些金属或非金属
制得的具有金属特征的混合物
性能：熔点低、硬度大、耐腐蚀等
举例：生铁、钢、青铜、钛合金等
习题训练
1．日常生活中，用得较多的材料是金属材料。下列不属于金属材料的是（ ）
A．氧化铜 B．铁钉 C．黄铜 D．金戒指
A
2．铜可以制成电线，主要说明铜具有良好的（ ）
A．导热性 B．导电性
C．延展性 D．抗腐蚀性
B
习题训练
3.下列有关金属材料的说法中正确的是（ ）
A．地壳中含量最高的金属元素是铁
B．钢是纯净物，生铁是混合物
C．多数合金的抗腐蚀性能比组成它们的纯金属更好
D．银的导电性最好，大多数电线都是用银制作的
C
习题训练
4. 合金是重要的金属材料。
(1)如图，将黄铜(铜锌合金)和纯铜片相互刻画，发现在M金属片上划痕较浅，N金属片上划痕较深，则属于黄铜的是________(填“M”或“N”)。
(2)“神舟十五号”载人飞船的建造使用了大量的高强度钛合金，钛合金的硬度___(填“＞”或“＜”)金属钛的硬度。
(3)自行车的支架一般用钢制而不用纯铁制的原因是__________________。
M
＞
钢的硬度大于纯铁
5. 《天工开物》是我国明朝著名科学家宋应星编写的一部综合性的科学技术著作，其中很多内容与金属有关。回答问题：
(1)“每红铜六斤，入倭铅四斤，先后入罐熔化，冷定取出，即成黄铜。”由此可知黄铜的硬度比铜______，熔点比“倭铅”______。
(2)“凡铁分生、熟，出炉未炒则生，既炒则熟。生熟相和，炼成则钢。”将生铁炼成钢的过程，主要是降低了生铁中的________。
(3)“其器冶铁锥……其尖使极刚利”，“铁锥”为开挖盐井的工具，利用了铁的物理性质是_________；所取盐井水“入于釜中煎炼，顷刻结盐”，“釜”指生铁制作的铁锅，生铁属于________(填“金属”或“非金属”)材料，“煎炼”过程中利用了铁的________性。
大
低
含碳量
硬度大
金属
导热
习题训练
谢谢聆听

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