高中化学苏教版 (2019)必修 第二册第三单元 金属材料的性能及应用导学案

第三单元　金属材料的性能及应用

基础课时23　金属材料的性能及应用

知识点一　金属材料的性能

1．力学性能：金属材料在使用过程中，必然会受到多种力的作用，从而体现出一些力学性能，如延展性、硬度、塑性等。

2．热学和电学性能：金属材料常在工业产品中起到导电和导热的作用，而且能够在一定温度范围内稳定工作，与金属材料的密度、熔点、导电性、导热性等物理性能密切相关。

3．金属材料在使用过程中会暴露在空气中，或者接触到一些化学药品。所以，人们也希望金属材料能够具有耐酸碱性、抗氧化性等化学性能。

4．工艺性能：可铸性、可锻性、切削加工性等工艺性能。

　判断下列说法是否正确。(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)用铜制作导线，是因为铜具有良好的导电性和导热性。 (×)

(2)铁制炊具可加热食物，是利用金属材料具有导热性。 (√)

(3)金、银可制作各种各样的装饰品，是利用其具有良好的导电性、延展性等。               (×)

(4)铁制品暴露在空气中，容易生锈。 (√)

知识点二　合金及其应用

1．定义：将两种或两种以上的金属(或金属与非金属)共熔，可制备出特殊的金属材料。

微点拨：合金一般是混合物，没有固定的熔点。合金中各成分金属的化学性质不变。

2．性质：合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于各成分金属。

(1)硬度：合金的硬度一般大于成分金属。

(2)熔点：多数合金的熔点低于组成它的任何一种组分金属。

(3)导电性、导热性：合金的导电性和导热性一般低于任一组分金属。

3．铝合金成本低，性能优异，密度小、强度大、塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性，抗腐蚀能力强，装饰效果好，在航空、航天、汽车、机械制造及化学工业中得到广泛应用。

4．不锈钢：不锈钢中除了铁元素外，主要的合金元素是铬(与12%～32%)。铬具有很强的耐腐蚀性，在空气中表面会生成一层致密的氧化物，防止内部进一步被氧化，从而保护了内层金属。

5．钛：钛合金是一种新型的金属材料，制成的钛合金强度高。密度小，耐热性好，易于加工，抗腐蚀性强，远优于不锈钢。

6．无机非金属材料

(1)硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料。

(2)光导纤维的主要成分是二氧化硅，可用来制造通讯光缆，用于光纤通信或传送高强度的激光等。

　判断下列说法是否正确。(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)合金一定是不同金属熔合而成的具有金属特性的化合物。 (×)

(2)生铁的熔点比纯铁低，但机械强度和硬度比纯铁高。 (√)

(3)合金中只含有金属元素。  (×)

(4)合金是混合物，具有金属的特性。 (√)

(5)我国最早使用的合金是生铁。  (×)

　(1)为什么合金硬度比成分金属大？

提示：纯金属所有原子的大小和形状相同，原子排列十分规整；加入较大或较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，使原子层之间滑动困难，合金硬度变大。

(2)中国嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆，成为人类首次在月球背面软着陆的探测器。玉兔二号月球车实现了对月球背面的巡视。

月球白天地面温度高达150度，而到了连续半个月的夜晚，温度又跌落到零下180度！嫦娥四号探测器、玉兔二号月球车均使用了大量合金材料，试分析：这些合金材料应具有哪些性质？

提示：密度小、强度大、既耐高温又耐低温等。

拿破仑三世在举行盛大宴会时，只有王室成员和贵族来宾能荣幸地用铝匙和铝叉进餐，而地位较低的客人则只能使用普通的金制和银制餐具。那个时候，即使是皇帝也无法给每个来宾提供贵重的铝餐具。当俄罗斯作家尼古拉·车尔尼雪夫斯基第一次看到铝时，他大声赞叹说：“伟大的未来属于这种金属！”

[问题1]　为什么那时的铝这么昂贵？铝具有哪些不同于一般金属的性质？

提示：因为铝的性质比较活泼，那时不易炼制，所以铝比较昂贵。铝能与强碱溶液反应，不同于一般金属。

[问题2]　为什么航空工业中铝合金比铁合金应用更广泛？

提示：铝合金比铁合金密度小且耐高温、耐腐蚀。

[问题3]　厨房中能够用铝制容器长时间存放食醋吗？

提示：不能。铝能与醋酸反应。

1．合金的组成及性质

(1)合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素。

(2)合金是混合物，没有固定的熔点。

(3)合金具有金属特性，如导电、导热等。

(4)合金形成后会影响各成分金属的物理性质，如合金的熔点一般比成分金属低，而硬度、机械强度一般比成分金属高；但一般来说各成分金属均保持了其原有的化学性质。

2．合金的形成条件

(1)金属与金属形成合金时：合金是金属在熔化状态时相互混合形成的，熔化时的温度需达到成分金属中熔点最高的金属的熔点，但又不能超出成分金属中沸点最低的金属的沸点。一种金属的熔点高于另一种金属的沸点时则不能形成合金。

(2)金属与非金属形成合金时：部分不活泼非金属与金属可形成合金，活泼非金属与活泼金属则不能形成合金。

1．下列关于合金的说法错误的是(　　)

A．合金是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质

B．镁铝合金的硬度比镁和铝都小

C．在合金中加入适量的稀土金属能大大改善合金的性能

D．青铜、硬铝、钢都是合金

B　[合金是将两种或两种以上的金属(或金属与非金属)共熔，可制备出特殊的金属材料，故A正确；镁铝合金的硬度比镁和铝都大，故B错误；在合金中加入适量稀土金属能大大改善合金的性能，故C正确；青铜、硬铝、钢都是将两种或两种以上的金属(或金属与非金属)共熔，可制备出特殊的金属材料，属于合金，故D正确。]

2．中国的航空铝材处于世界领先的行列。下列关于铝合金的说法中错误的是(　　)

A．铝合金是一种混合物，它比纯铝的熔点低

B．高温铝液易被氧化，铝合金应在熔剂层覆盖下熔炼

C．镁铝合金耐腐蚀，但能被烧碱(NaOH)腐蚀

D．镁铝合金在盐酸中无法溶解

D　[A项，合金均为混合物，一般来说，合金的熔点比成分金属的熔点低；B项，在熔剂层覆盖下熔炼，可隔绝空气，防止高温铝液被O2氧化；C项，镁铝合金中的铝能与NaOH溶液反应；D项，合金中的Mg、Al均能与盐酸反应。]

1．唐三彩、秦兵马俑制品的主要材料在成分上属于(　　)

A．氧化铝　 B．二氧化硅

C．硅酸盐 D．合金

C　[唐三彩、秦兵马俑均是陶瓷制品，主要材料黏土属于硅酸盐。]

2．目前世界上用量最大、用途最广的合金是(　　)

A．铁合金 B．铝合金

C．铜合金 D．钛合金

A　[目前世界上用量最大的合金是铁合金，即钢材。]

3．纯铁的熔点为1 535 ℃，而高炉炼铁时生铁(含碳量较高的铁合金)在1 200 ℃左右就熔化了，这是因为(　　)

A．铁的纯度越高熔点越低

B．生铁是铁碳合金，熔点比纯铁低

C．合金的熔点比其各成分金属的熔点高

D．生铁在高炉中熔化时发生了化学反应

B　[纯铁的熔点为1 535 ℃，生铁(含碳量较高的铁合金) 熔点为1 200 ℃左右，说明铁的纯度越高熔点越高，故A错误；合金的熔点低于其成分金属的熔点，生铁的熔点低是因为Fe和C形成了合金，故B正确、C错误；生铁在高炉中熔化时没有发生化学反应，只发生了物理变化，故D错误。]

4．合金是两种或两种以上的金属(或金属与非金属)共熔，可制备出特殊的金属材料。

(1)下列物质不属于合金的是________(填字母，下同)。

A．明矾　　　 B．硬铝

C．生铁 D．青铜

(2)根据下表中四种金属的熔、沸点：

其中不能形成合金的是________。

①Cu与Na　②Fe与Cu　③Fe与Na　④Al与Na

A．①②　　　B．①③　　　C．①④　　　D．②④

[解析]　(1)A属于化合物；硬铝中含铝、铜、镁等，生铁中主要含铁、碳，青铜中含有铜、锡等，B、C、D它们都属于合金。(2)当一种金属的熔点超过另一种金属的沸点时，它们就不可能熔合在一起而形成合金。

[答案]　(1)A　(2)B