新教材高中化学学案专题9第3单元金属材料的性能及应用

第三单元金属材料的性能及应用发展目标体系构建1.通过对金属材料和合金应用案例的分析，认识化学发展对人类社会可持续发展的重要贡献。2.初步认识金属的组成与其性能的关系。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。二、合金及其应用1．定义：由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。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。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。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：钛是一种新型金属材料，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。2019年1月3日上午10点26分，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。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)地震灾区重建要使用大量钢材，钢材是合金。 (√)(2)铁是人类在生产、生活中最早使用的金属。 (×)(3)合金中只存在金属元素，不可能有非金属元素。 (×)(4)合金是混合物，具有金属的特性。 (√)2．下列说法不正确的是()A．目前我国流通的硬币是由合金材料制造的B．铝制品在生活中非常普遍，这是因为表面覆盖着氧化膜，对内部金属起保护作用C．镁在空气中燃烧发出耀眼的白光，可用于制作照明弹D．组成元素相同的合金性能相同D[合金性能受合金元素的种类、含量、生产条件影响。组成元素相同的合金性能不一定相同，如钢和生铁。]3．中国北京曙光公司研制了第一款具有我国完全自主知识产权的高性能CPU芯片——“龙芯”1号。(1)“龙芯”1号(芯片)的主要化学成分是________。(2)在计算机长距离联网使用的传输很快的线路中使用的材料叫________，主要化学成分是________。[答案](1)硅(2)光导纤维二氧化硅探究合金的组成与性质(素养养成——宏观辨识与微观探析)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、传热等。(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，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或稀土金属的化合物能大大改善合金的性能，故C正确；青铜、硬铝、钢都是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合在一起形成的具有金属特性的物质，属于合金，故D正确。]2．改革开放以来，我国取得了很多世界瞩目的科技成果，下列说法不正确的是()A.蛟龙号潜水器用到钛合金，22号钛元素属于过渡元素B.港珠澳大桥用到的合金材料具有强度大、密度小、耐腐蚀等性能C.国产C919用到的氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料D.中国天眼传输信息用的光纤材料是硅D[蛟龙号潜水器用到钛合金，22号钛元素位于第四周期ⅣB族，属于过渡元素，A正确；合金材料，一般具有强度大、密度小、耐腐蚀等性能，B正确；氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料，C正确；中国天眼传输信息用的光纤材料是二氧化硅，D错误。]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1535℃，而高炉炼铁时生铁(含碳量较高的铁合金)在1200A．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1535℃，生铁(含碳量较高的铁合金)熔点为1200℃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4．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。]5．合金是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。(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：金属NaCuAlFe熔点/℃97.810836601535沸点/℃88325672467