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?gòu)乃鼈兊幕衔锶芤褐兄脫Q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