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第3章铁 金属材料
第二节 金属材料
第1课时 合金
导入
“高楼”能在风雨中长久屹立,动车、飞机,轮船、大桥能坚固耐用,它们都使用了何种材料
一、合金
什么是合金
合金是由一种金属与另一种或几种金属或非金属熔合而成的具有金属特性的物质。
为什么我们日常使用的金属材料主要是合金,而不是纯金属
合金与纯金属相比,除了具有金属的特性外,还具有许多比其成分金属更优良的物理、化学或机械的性能,如:硬度大、熔点低、密度小、耐磨、耐腐蚀等。
一、合金
在纯金属内加入其他元素形成合金以后,结构发生了哪些变化,使合金的性能与纯金属有如此大的差异
常见的一些合金的硬度比其他成分金属的大,是因为在纯金属内,所有原子的大小和形状都是相同的,原子排列十分规整;加入或大或小的其他元素的原子后,改变了金属原子有规则的层状排列,使原子层之间的相对滑动变得困难,导致合金的硬度变大。由此可知,纯金属和合金的结构不同,决定其性能及用途也有很大差异。
一、合金
小试牛刀 制取合金常用的方法是将两种或多种金属(或金属与非金属)加热到某一温度,使其全部熔化,再冷却得到合金。根据下表中的数据判断(其他条件均满足),下列合金不易采取这种方法制取的是 ( )
A.Fe—Al合金 B .Na—Al合金
C.Na—Fe合金 D.Mg—Al合金
C
二、生铁和钢
1.比较生铁和钢在组成、性能上的差异。
2.碳素钢和合金钢
三、铝和铝合金
这是一瓶固体管道疏通剂,它的主要成分是什么呢
它的主要成分是氢氧化钠、铝粒、硝酸钠和色素。
初中学过排在金属活动性顺序表中H 之前的金属,如铝、锌、铁等能和酸反应产生氢气,但这瓶疏通剂具有强碱性,那么铝会和氢氧化钠发生什么反应呢
三、铝和铝合金
将固体氢氧化钠和铝粒放入烧杯中并加入适量的蒸馏水搅拌,有气体产生,然后将毛发和植物油放入烧杯中并搅拌,在教室外放置20分钟后观察。
产生的气体是什么呢
三、铝和铝合金
1.实验内容: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,向另一支试管中放入用砂纸仔细打磨过(除去表面的氧化膜)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在两支试管口。观察现象。
2.实验现象:放入打磨过的铝片的试管中立即产生气泡,而放入未打磨的铝片的试管中开始没有气泡,一段时间后才产生气泡,将点燃的木条放在两支试管口均有爆鸣声。
3.实验结论:试管口有爆鸣声,说明产生了氢气。
三、铝和铝合金
小结
三、铝和铝合金
铝与氢氧化钠溶液反应的实质是什么 如何用双线桥法和单线桥法表示电子的转移
铝与氢氧化钠溶液反应的实质是铝先与强碱溶液中的水反应生成H2 和Al(OH)3,然后Al(OH)3再与NaOH反应生成H2O和Na[Al(OH)4](以后将学到),反应中铝做还原剂,水做氧化剂,NaOH无电子得失。
三、铝和铝合金
铝与氢氧化钠可以反应产生氢气,而管道内气压增大对疏通管道有一定的作用,那毛发、油脂等物质是如何消除的呢
油脂是酯类,在碱性条件下可以水解为甘油和高级脂肪酸盐,而毛发的主要成分是蛋白质,在碱性条件下也可以水解。
固体管道疏通剂中的氢氧化钠溶于水产生热量,同时氢氧化钠溶液与铝粒反应产生大量的氢气,工作原理是利用强碱的腐蚀性将毛发和油污等物质反应消耗,同时利用气体的压强,冲开堵塞物,达到疏通管道的目的。
三、铝和铝合金
实验中，1~4组的同学对铝片进行了打磨,打磨的目的是除去表面的氧化铝,而5~8组的同学并没有打磨铝片,但是一段时间后也出现了放出气泡的实验现象,说明了什么呢
说明铝表面的氧化铝也能和氢氧化钠反应。
三、铝和铝合金
小结：氧化铝的性质。
1.物理性质:白色、难溶于水、熔点很高。
Al2O3+6H+ 2Al3+ +3H2O
Al2O3+2OH- +3H2O 2[Al(OH)4]-
2.化学性质:
3.两性氧化物:既能与酸反应生成盐和水,又能与碱反应生成盐和水的氧化物,叫做两性氧化物。
三、铝和铝合金
为什么不能用铝锅长时间盛放酸、碱、盐类的食物呢
因为铝及氧化铝会和酸、碱发生反应生成铝离子,从而导致铝离子进入人体内。正常使用铝制品,不用它长时间盛放酸性、强碱性或盐类食物,渗出的极少量的铝离子不会对人体造成危害,而长时间盛放酸性,强碱性或盐类食物会因发生缓慢的化学反应而溢出较多的铝元素,就增加了人们摄入铝元素的机会。脑组织对铝元素有亲和性,脑组织中的铝沉积过多,可使人记忆力减退、智力低下,从而导致老年痴呆。另外还会使人出现贫血的状况。
三、铝和铝合金
纯铝的硬度和强度较小,不适合制造机器零件等。向铝中加入少量的合金元素,可制成铝合金。铝合金是目前用途广泛的合金之一,例如,硬铝的密度小、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,因而被称为“带翼的金属”。
四、新型合金
1.储氢合金———用于解决H2 的安全储存和运输问题。
2.钛合金———“蛟龙”号载人潜水器的耐压球壳。
3.耐热合金、形状记忆合金———用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。
4.在金属元素中,有一类性质相似,并在自然界共生在一起的稀土元素,它们是元素周期表中原子序数从57至71(镧系元素)的15种元素以及钪和钇,共17种元素。稀土金属既可单独使用,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”。
四、新型合金
金属材料的发展即将面临许多压力:一方面,新型高分子材料、新型陶瓷材料的崛起逐渐与传统金属材料齐头并进;另一方面,金属材料的大量开发导致金属矿产资源日渐紧张。所以既要对已有的金属材料进行最大限度的利用,又要不断地开拓金属材料的新功能,同时建立废旧金属的回收和再利用机制。
总结
1.金属材料的分类
2.铝、氧化铝的化学性质
课堂练习
1.在我国使用最早的合金是 ( )
A.青铜 B.白铜制品
C.铁制品 D.石块
A
课堂练习
2.下列有关合金的说法不正确的是 ( )
A.多数合金比单一金属有更大的硬度
B.多数合金比单一金属有更高的熔点
C.我国早在3000年前就开始使用合金
D.新型合金有记忆合金、储氢合金
B
课堂练习
3.有关Al与NaOH溶液反应的说法中,正确的是 ( )
A.铝是还原剂,其氧化产物是H2
B.NaOH是氧化剂,其还原产物是H2
C.铝是还原剂,H2O和NaOH都是氧化剂
D.H2O是氧化剂,Al被氧化
D
课堂练习
4.在金属元素中,有一类性质相似,并在自然界共生在一起的稀土
元素,它们是元素周期表中原子序数从________(从镧至镥,称为
镧系元素)的_____种元素以及钪和钇,共_____种元素。稀土元素
又被称为“________________ ”。
57~71
15
17
冶金工业的维生素
课堂练习
5.在铝制易拉罐中收集满CO2气体,然后向其中倒入 10 mL 浓NaOH溶液,
并迅速用胶带将易拉罐口封住。过一段时间后,罐壁内凹而瘪。再过一
段时间后,瘪了的罐壁重新鼓起来(假设易拉罐不会被腐蚀烂)。解释下
列变化的实验现象,写出有关化学方程式:
(1)罐壁内凹而瘪的原因是_______________________________________
_______,反应的化学方程式是________________________________ 。
(2)罐壁重新鼓起的原因是______________________________________
_______,反应的化学方程式是___________________________________。
NaOH溶液消耗了罐内的CO2,使罐内的气压小于
大气压
CO2+2NaOH Na2CO3+H2O
铝与NaOH反应生成了气体H2,使罐内的气压又大
于大气压
2NaOH+2Al+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑
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