第三章第三节金属材料与合金

第三章第三节金属材料与合金第一页，共十九页，编辑于2023年，星期四本节所复习内容导读：一、合金

1、概念 2、物理性质二、常用的合金

1、铁合金 2、铝和铝合金3、铜合金 4、新型合金三、金属的冶炼

1、原理 2、步骤3、冶炼方法 4、金属的回收和环境的保护第二页，共十九页，编辑于2023年，星期四一、合金1、概念：

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。2、物理性质

（1）一般情况下，合金比纯金属硬度大。（2）多数合金的熔点比各成分金属的低。（3）一般来说，合金的性质并不是各成分的性质的总和，合金具有良好的物理、化学和机械性能。（4）合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节。第三页，共十九页，编辑于2023年，星期四生铁钢（含碳量在2％～4.3％之间,还含硅、锰及少量硫、磷）碳素钢低碳钢（含碳0.3％～0.6％）高碳钢（含碳0.03％～0.3％）中碳钢（含碳0.6％～2％）合金钢：在碳素钢中加入铬、锰、钨、镍、钼、钴等合金元素(如不锈钢)钢的含碳量越低，韧性越好，硬度越低；含碳量越高，韧性越差，硬度越高。钢：用量最大,用途最广的合金。根据含碳量二、常用的合金1、铁的合金第四页，共十九页，编辑于2023年，星期四2、铝和铝的合金成分性能铝Al硬度、强度较小铝合金向Al中加入少量的合金元素如：Cu、Mg、Si、Mn、Zn等稀土元素①抗腐蚀能力强，强度高，密度较小。②硬铝有良好的机械性能，强度大，又便于加工，而且密度小，可作轻型结构材料。

第五页，共十九页，编辑于2023年，星期四3、铜合金铜合金分类：铜合金分为黄铜、青铜、和白铜。（1）黄铜：

是铜和锌制成的合金统称为黄铜。其中铜锌二元合金称为黄铜。除锌外，再加入其它元素所组成的多元黄铜称为特殊黄铜。用途：用于制轴承、衬套、齿轮等耐磨件和阀门等耐蚀件。（2）青铜：可分为普通青铜（锡青铜）和特殊青铜（铝青铜、铅青铜、硅青铜等）（3）白铜：是铜镍合金

用途：主要用来制造精密机械、精密仪表中的耐蚀零件及电阻器，热电偶等。第六页，共十九页，编辑于2023年，星期四4、新型合金（1）储氢合金：

未来能源的开发中，氢是一种发热高、无污染、无公害、取之不尽、用之不竭的能源，是能源研究的一个发展方向，关键问题是如何贮存氢，氢气是一种易燃易爆的气体。La-Ni贮氢合金在常温、0.152MPa下就可放出氢。可用于汽车、燃料电池等，新型贮氢合金材料的发现和实际应用有待二十一世纪的继续努力。（2）钛合金：

在钛金属中加入其它合金元素组成的合金称作钛合金。钛合金具有密度小，强度高、抗腐蚀性能好，工艺性能好等优点，是较为理想的航天工程结构材料。第七页，共十九页，编辑于2023年，星期四（3）耐热合金：

镍钴合金能耐12000C高温，用于喷气发动机和燃气轮机的构件。镍铬铁非磁性耐热合金在12000C时仍具有高强度、韧性好的特点，可用于航天飞机的部件和原子反应堆的控制棒等。寻找耐高温（10000C以上），可长时间运行，耐腐蚀、高强度等要求的合金材料，仍是今后研究的方向。（4）形状记忆合金：

它们具有高弹性、金属橡胶性能、高强度等特点。如：Ni-Ti，Ag-Cd，Cu-Cd等合金，可用作调节装置的弹性元件（如离合器、节流阀、温控元素等）、热引擎材料、医疗材料等。第八页，共十九页，编辑于2023年，星期四三、金属的冶炼1、原理：

利用氧化还原反应，在一定条件下，把金属离子还原成金属单质。2、步骤：

①富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量。②冶炼：一定条件下，将化合态的金属转变成游离态，即：Mn++ne-=M③精练：根据对金属纯度的要求，采用一定的方法，提纯金属。3、金属的冶炼方法：

常见的方法有：（1）电解法（2）热还原法（3）热分解法第九页，共十九页，编辑于2023年，星期四2NaCl===2Na+Cl2↑电解（1）电解法：对于活泼金属如Na、Mg、Al等，其离子很难结合电子，只能用电解其熔融盐或氧化物的方法来制取。2Al2O3===4Al+3O2↑电解如果精炼不活泼金属，也可以电解可溶性盐的水溶液：2CuSO4+2H2O===2Cu+2H2SO4+O2↑电解MgCl2===Mg+Cl2↑电解第十页，共十九页，编辑于2023年，星期四（2）热还原法：用还原剂（C、CO、H2、Al等）还原金属氧化物。适用于金属活动顺序表中介于Zn-Cu之间的大多数金属冶炼。ZnO+C===Zn+CO↑高温Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2↑高温Cr2O3+2Al===2Cr+Al2O3高温CuO+H2===Cu+H2O高温第十一页，共十九页，编辑于2023年，星期四在冶炼金属所用的还原剂可以视情况灵活选择，例如工业上冶炼铜时：Cu2S+2O2===2CuO+SO2高温Cu2S+2CuO===4Cu+SO2↑高温不活泼的金属，如Ag、Hg的冶炼，可把它们的氧化物加热，使金属分解出来。（3）热分解法：2HgO===2Hg+O2↑∆金属活动顺序表和有关金属单质的性质（见下表）第十二页，共十九页，编辑于2023年，星期四金属活动顺序表KCaNaMgAlZnFeSnPbHCuHgAgPtAu金属原子失电子的能力强---------------------------------------------弱金属阳离子得电子的能力弱-------------------------------------------强与氧气化合常温下氧化

常温下能缓慢被氧化加热被氧化

不能置换水中的氢常温下能置换

加热时能置换

不能置换置换酸中的氢

能置换

不能置换与盐溶液反应先与水反应

前面的金属置换出后面金属自然界中的存在

化合态化合态和游离态游离态冶炼方法

电解熔融物还原剂还原加热法富集法第十三页，共十九页，编辑于2023年，星期四4、金属的回收和环境的保护一方面矿产资源日渐减少，另一方面废旧金属作为固体废弃物，会污染环境，应将废旧金属回收利用、再生。回收废旧金属，将其重新制成金属或它们的化合物，再行使用。例如废旧钢铁可以用于炼钢；废铁屑可以用于制铁盐；从电解精练铜的阳极泥中，可以回收金、银等贵金属；从定影液中可以提取金属银。第十四页，共十九页，编辑于2023年，星期四随堂练习：1、将10g铁碳合金放入O2中高温灼烧，反应后的气体通入过量石灰水中得沉淀1.4g，则此铁合金是（）A、生铁 B、高碳钢C、中碳钢 D、低碳钢B第十五页，共十九页，编辑于2023年，星期四2、铜合金是人类使用最早的金属材料，铜在化合物中的常见化合价有+1、+2。已知Cu2O与稀硫酸反应，溶液呈蓝色。现向Cu、Cu2O和CuO组成的混合物中，加入1L0.6mol/LHNO3溶液恰好使混合物溶解，同时收集到2240mLNO气体（标准状况）。请回答下列问题：（1）写出Cu2O跟稀硝酸反应的离子方程式：

。（2）若将上述混合物用足量的H2加热还原，所得到固体的质量为

g。（3）若混合物中含0.1molCu，将该混合物与稀硫酸充分反应，至少消耗H2SO4的物质的量为

。（4）若混合物中Cu的物质的量为nmol，则n的取值范围为

。3Cu2O+14H++2NO-3=6Cu2++2NO↑+7H2O160.1mol0.05＜n＜0.15