金屬和金屬材料

金屬材料

一、金屬材料的發(fā)展與利用

1.從化學(xué)成分上劃分，材料可以分為金屬材料、非金屬材料、有機(jī)材料及復(fù)合材料等四大類。

2.金屬材料包括純金屬和合金。

金屬材料:純金屬（90多種）;合金（幾千種）

黑色金屬：通常韋鐵、鎰、銘及它們的合金。

純金屬重金屬：如銅、鋅、鉛等

有色金屬

輕金屬：如鈉、鎂、鋁等；

有色金屬：通常是指除黑色金屬以外的其他金屬。

（1）金屬材料的發(fā)展

石器時(shí)代一青銅器時(shí)代一鐵器時(shí)代一鋁的應(yīng)用一高分子時(shí)代

（2）金屬材料的應(yīng)用

①最早應(yīng)用的金屬是銅，應(yīng)用最廣泛的金屬是鐵，公元一世紀(jì)最主要的金屬是鐵

②現(xiàn)在世界上產(chǎn)量最大的金屬依次為鐵、鋁和銅

③鈦被稱為21世紀(jì)重要的金屬

二、金屬的物理性質(zhì)

1.金屬共同的物理性質(zhì)：常溫下金屬都是固體（汞除外），有金屬光澤，大多數(shù)金屬是電和熱的良

導(dǎo)體，有延展性（又稱可塑性一金屬所具有的展性和延性：在外力的作用下能夠變形，而且在外力停

止作月以后仍能保持已經(jīng)變成的形狀和性質(zhì)。各種金屬的可塑性有差別：金屬的可塑性一般是隨著

溫度的升高而增大。），密度較大，熔沸點(diǎn)較高等。

2、金屬的特性：

①純鐵、鋁等大多數(shù)金屬都呈銀白色，而銅呈紫紅色，金呈黃色；

②常溫下，大多數(shù)金屬都是固體，汞卻是液體；

③各種金屬的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、密度、熔點(diǎn)、硬度等差異較大。

3.金屬之最

地殼中含量最多的金屬元素一鋁（A1）人體中含量最多的金屬元素一鈣（Ca）

導(dǎo)電、導(dǎo)熱性最好的金屬一—銀(Ag)目前世界年產(chǎn)量最高的金屬一鐵（Fe）

廷展性最好的金屬一----金(Au)熔點(diǎn)最高的金屬——-鴇(W)

熔點(diǎn)最低的金屬————汞(Hg)硬度最大的金屬————銘(Cr)

密度最小的金屬一——鋰(Li)密度最大的金屬————餓(Os)

最貴的金屬--------銅kai(Cf)

4.金屬的用途：金屬在生活、生產(chǎn)中有著非常廣泛的應(yīng)用，不同的用途需要選擇不同的金屬。

【練習(xí)】

為什么菜刀、鐮刀、錘子等用鐵制而不用鉛制？

答：因?yàn)殍F的硬度比鉛大，且鉛有毒。

銀的導(dǎo)電性比銅好，為什么電線一般用銅制而不用銀制？

答：銀和銅的導(dǎo)電性相近，但銀比銅貴得多，且電線用量大，經(jīng)濟(jì)上不劃算。

（1）為什么燈泡里的燈絲用鋁制而不用錫制?如果用錫制的話，可能會(huì)出現(xiàn)什么情況？

（2）答:因?yàn)轼d的熔點(diǎn)（3410℃）高，而錫的熔點(diǎn)（232C）太低。如果用錫制的話，通電時(shí)錫易

熔斷，減少燈泡的使用壽命，還會(huì)造成極大浪費(fèi)。

為什么有的鐵制品如水龍頭等要鍍格？如果鍍金怎么樣？

答：因?yàn)殍F制品會(huì)生銹，鍍上一層光亮且不易生銹的珞，能起到很好的保護(hù)作用，倍的硬度大,

耐磨。由于金價(jià)格昂貴，如果鍍金，雖然美觀但成本太高。

三、合金

1.合金：在金屬中加熱熔合其些金屬或非金屬所制得的具有金屬特征的物質(zhì)。

2.合金的特點(diǎn)

一般來說，合金比組成他們的純金屬的硬度和強(qiáng)度大，抗腐蝕的性能也更好.

有的合金比組成他們的純金屬的熔點(diǎn)低。

多種多樣的合金

黃銅（銅、鋅）機(jī)械零件儀表、日用品等

青銅（銅、錫）機(jī)械零件如軸承、齒輪等

白銅（銅、銀）銀幣、代替銀做首飾

焊錫（鉛、錫）焊接金屬

硬鋁（鋁、銅、鎂、硅）飛機(jī)、輪船、火箭、門窗

18K黃金（金、銀、銅）制作金飾品錢幣電子元件

18K白金（金、銀、銀、鋅）制作金飾品

3.21世紀(jì)重要的金屬材料一一鈦和鈦合金

鈦和鈦合金被認(rèn)為是21世紀(jì)的重要金屬材料

①物理性質(zhì)與性能：銀白色、熔點(diǎn)高、密度小、可塑性好、易于加T、機(jī)械性能好、尤其是抗

腐蝕性能非常好，

②用途：廣泛用于火箭、導(dǎo)彈、航天飛機(jī)、船舶、化工和通信設(shè)備等。

鈦合金與人體有很好的相容性，因此可用來制造人造骨骼。

4.鈦饃形狀記憶合金

形狀記憶合金具有形狀記憶效應(yīng)的合金。

廣泛月于人造衛(wèi)星、宇宙飛船的天線、牙齒矯正、水暖系統(tǒng)等方面。

5、淬火和回火

淬火和回火是金屬熱處理中常用的兩種方法.

(1)淬火：把金屬工件加熱到一定溫度，然后浸入冷卻劑(如冷水等)中急速冷卻以增加硬度。例如經(jīng)

過淬火后的鋼，其硬度和耐磨性增強(qiáng)，塑性和韌性卻降低.

(2)回火：把淬火后的工件用較低溫度加熱，然后自然冷卻，使其能保持一定的硬度，增加韌性。例

如，淬火后的鋼再經(jīng)回火后，其韌性可部分恢復(fù)。

金屬的化學(xué)性質(zhì)

一、金屬與氧氣反應(yīng)

常溫下金屬與氧氣的反應(yīng)

4AI+3O2=2AI2O3現(xiàn)象：銀白色的鋁的表面逐漸變暗生成一層致密的薄膜

2Mg+O2=2MgO現(xiàn)象：銀白色的鎂條在空氣中表面會(huì)逐漸變暗，生成白色固體

2Cu+O2,2CuO(常溫下銅與氧氣不反應(yīng))

點(diǎn)燃的條件下金屬與氧氣的反應(yīng)

c、在氧氣中點(diǎn)燃鋁

現(xiàn)象：劇烈燃燒，火星四射，放出大量熱，生成一種白色固體

即使高溫條件下金、鉗也不與氧氣反應(yīng)

金屬活動(dòng)性：鎂,鋁)鐵>銅>金

二、金屬與酸反應(yīng)

反應(yīng)物反應(yīng)現(xiàn)象反應(yīng)速度反應(yīng)方程式

鎂劇烈反應(yīng)，不斷減

Mg+2HCl==MgCl+H2T

少,產(chǎn)生大量氣泡很快2

Mg+H2so4HMgSCU+H2T

鋅劇烈反應(yīng)，不斷減

Zn+2HC1==ZnCl+H2T

少,產(chǎn)生大量氣泡較快2

Zn+H2SO4==ZnSO4+H2T

鐵反應(yīng)緩慢，有氣泡

生，溶液由無色變?yōu)闇\綠Fe+2HC1==FeCl+H2T

較慢2

色Fe+H2SO4==FeSO4+H2t

不反應(yīng)

結(jié)論：Mg>Zn>Fe>Cu

置換反應(yīng)：由一種單質(zhì)與一種化合物反應(yīng)，生成另一種單質(zhì)與另一種化合物的反應(yīng)

A+BC—AC+B

三、金屬與鹽溶液反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)1鋁絲浸入硫酸銅溶液中

現(xiàn)象：鋁絲表面覆蓋一層紫紅色的物質(zhì)，溶液由藍(lán)色變成無色

2A1+3CUSO4==A12(SO4)3+3CU

實(shí)驗(yàn)2銅絲浸入硝酸銀溶液中

現(xiàn)象：銅絲表面覆蓋一層銀白色物質(zhì)，溶液由無色逐漸變成藍(lán)色

Cu+2AgN0s=Cu（NOs）2+2Ag

實(shí)驗(yàn)3把鋅片放入硫酸銅溶液中

現(xiàn)象：鋅片表面有紅色物質(zhì)所出。

實(shí)驗(yàn)4銅絲放入硫酸鋅溶液中

現(xiàn)象：放入硫酸鋅溶液中的銅絲無變化。

得出結(jié)論金屬+金屬化合物—新金屬化合物+新金屬

銅、銀、鋅的活動(dòng)性大小的順序?yàn)?Zn>Cu>Ag

四、金屬活動(dòng)性順序

金屬活動(dòng)性順序：

KCaNaMgAlZnFeSnPbHCuHgAg中Au

金屬活動(dòng)性由強(qiáng)逐漸減弱

應(yīng)用：

①在金屬活動(dòng)性順序里，金屬的位置越靠前，它的活動(dòng)性就越強(qiáng)；

②在金屬活動(dòng)性順序里，位于氫前面的金屬能置換出鹽酸、稀硫酸中的氫（不是氫原子）

③在金屬活動(dòng)性順序里，位于前面的金屬能把位于后面的金屬從它們的化合物溶液中置換出來

（K、Ca、Na除外）。

注意:

④酸一般指鹽酸和稀硫酸，若是硝酸或濃硫酸，因其具有較強(qiáng)的氧化性，與金反應(yīng)時(shí)，一般不生

成氫氣，而生成水;

⑤K、Ca、Na的金屬活動(dòng)性非常強(qiáng)，與化合物溶液接觸時(shí)，它們能同溶液中的水發(fā)反應(yīng)，如:

2Na+2H20-2NaOH+H2t,所以把它們放到化合物溶液里，不能將金屬離子換出來；

⑥反應(yīng)一定在溶液中進(jìn)行，不溶于水的金屬的化合物一般不與金屬反應(yīng)，如Cu與AgCl不反應(yīng),

因?yàn)锳gCl不溶于水。

⑦金屬+酸一鹽+H2f

⑧金屬+鹽f另一金屬+另一鹽（條件：“前換后，鹽可溶”）

Fe+CuSO4==Cu+FeSO4（“濕法冶金”原理）

討論1

地殼中鋁的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于金的含量，為什么人類很早就發(fā)現(xiàn)和使用

金，鋁的使用是近百年的事？

金屬冶煉的早晚與金屬的活動(dòng)性有關(guān)和金屬的冶煉難易程度也有

關(guān)。

討論2

（1）鋁在常溫下能與氧氣反應(yīng)，那么我們用的鋁制餐具是怎么回事呢？

金屬鋁在空氣中與氧氣反應(yīng)：4AI+3O2=2A12O3；形成一層致密的氧化物薄膜，從而阻止鋁的

進(jìn)一步氧化，因而鋁具有較好的抗腐蝕性。

(2)為何不宜用鋼刷來擦洗鋁制餐具呢？

若用鋼刷擦洗鋁制品，容易把氧化薄膜除掉，從而起不到保護(hù)作用。

(3)為什么鐵制暖氣片上要涂上一層鋁粉？

鋁在空氣中與氧氣反應(yīng)，生成一層致密的氧化鋁薄膜，可以阻止鋁進(jìn)一步被氧化。所以鋁具有很好的

in*腐4T|I性

金屬資源的利用和保護(hù)

一、金屬資源的存在形式

L單質(zhì)(少數(shù)如:Au、Ag等)

化合物(多數(shù)如:Fe、Cu、Al等)

2.常見的礦石：工業(yè)上把能月來提煉金屬的礦物。

赤鐵礦(Fe2O3)、黃鐵礦(FeS?)、菱鐵礦(FcCCh)、鋁土礦(AI2O3)、黃銅礦(CuFcS?)、輝銅礦(CsS)

二、鐵的冶煉

1.原料：焦炭、石灰石、鐵礦石

2、原理：在高溫下，利用焦炭與氧氣反應(yīng)生成的一氧化碳把鐵從鐵礦石中還原出來

Fe?O,+3CO2Fe+3CO2

3.主要設(shè)備：高爐

4.一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)

一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)：

a、裝置圖：見右圖。

b、實(shí)驗(yàn)主要現(xiàn)象：紅色粉末變?yōu)楹谏珪r(shí)，澄清的石灰水變渾濁，尾氣點(diǎn)燃產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰。

c、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：

①先通入一氧化碳?xì)怏w，排盡裝置內(nèi)的空氣，防止一氧化碳與空氣混合加熱后，發(fā)生爆炸；

②實(shí)驗(yàn)完畢后要繼續(xù)通入一氧化碳?xì)怏w，直到玻璃管冷卻，防止高溫下的鐵與空氣接觸，被氧

化為氧化鐵。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)過程中還可防止澄清石灰水被倒吸；

③尾氣中含有一氧化碳，一氧化碳有毒，所以尾氣要收集或點(diǎn)燃，直接排放會(huì)污染空氣；

④若實(shí)驗(yàn)中沒有酒精噴燈，也可用酒精燈代替，不過要在火焰上加一個(gè)金屬網(wǎng)罩，使火力更加

集中，提高溫度。

三、金屬資源保護(hù)

1.金屬的腐蝕和防護(hù)

⑴鐵現(xiàn)象分析結(jié)論

制品銹蝕條

件的探究：

現(xiàn)有潔凈無

銹的鐵釘、

試管、經(jīng)煮

沸迅速冷卻

的蒸儲(chǔ)水、

植物油、棉

花和干燥劑

氯化鈣。試

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以

證明鐵制品

銹蝕的條

件。

試管I生銹鐵既與水接觸，又與氧氣接觸在水、氧與同時(shí)存在的

環(huán)境中鐵能生銹

試管II不生銹鐵只與水接觸

試管m不生鐵只與氧氣接觸