9.3金属材料的性能及应用-2024学年高一化学同步课堂（苏教版2019必修第二册）

第三节

金属材料的性能及利用

专题九

金属与人类文明授课人：学习目标1．能从合金结构与组成的角度理解合金的特殊性能，培养宏观辨识与微观探析的能力。2．能列举常见合金的组成和性能，能科学、合理的选择和使用金属材料，培养学生的科学态度和社会责任感。人们已经发现的金属元素有90余种，这些元素为金属材料的多样性提供了物质基础。越来越多的金属材料被开发和使用，在人类文明的进程中发挥了重要作用。金属材料因其优良的性能，在改善人类生活、促进生产力发展的过程中发挥了重要的作用，同时人们也从材料的开发和应用视角拓展了化学科学研究的新领域。一、金属材料的性能1、金属的物理性质性质表现状态颜色延展性导电、导热性常温下，除汞是液态外，其余都是固态不透明，有金属光泽，大多数是银白色，个别为其他颜色（如Au呈金黄色，Cu呈红色）大多数较好，且延性与展性常一致，但不全一致，如Au的展性最好，Pt的延性最好易导电、导热，导电性：Ag＞Cu＞Au＞Al＞Fe一、金属材料的性能2、金属的化学性质通常情况下，金属原子的最外层电子数较少，一般少于4个，在化学反应中易失去电子，表现出较强的还原性。金属元素在化合物中只有正价，没有负价。一、金属材料的性能3、正确选用金属材料金属材料在工农业生产和社会生活的各个方面应用广泛。

延展性、硬度、塑性密度、熔点、导电性、导热性等物理性能使用要求材料性能在使用过程中，必然会受到多种力的作用，从而体现出一些力学性能到导热和导电的作用，而且能够在一定温度范围内稳定工作一、金属材料的性能3、正确选用金属材料

抗氧化性、耐酸碱性等化学性能可铸性、可锻性、切削加工性等工艺性能使用要求材料性能在使用过程中不可避免地会暴露在空气中，或者接触到一些化学药品

从金属原材料到最后的金属产品，加工成型典例解析D例1．用于火箭发动机、航天飞机制动闸的金属，要有良好的热学性能，如熔点高、比热高、热导率高、适宜的热膨胀率等优异性能。根据下表数据，用于制造制动闸的最佳金属材料为(

)金属熔点(℃)比热(J·g－1·K－1)热导率(W·m－1·K－1)热膨胀率(25℃)α(×106)A4180.10675.3711.76B9230.243153.6624.3C9330.215221.9123.6D15500.436146.511.6二、合金及其应用将两种或两种以上的金属（或金属与非金属）共熔制备出特殊的金属材料。合金：焊锡生铁和钢锡和铅的合金铁和碳的合金二、合金及其应用硬度一般高于它的成分金属熔点一般低于它的成分金属合金相比纯金属材料具有优良的物理、化学或机械性能1、合金性能导电性和导热性一般低于它的成分金属二、合金及其应用思考：相比于成分金属，为什么合金硬度更高、熔点更低？二、合金及其应用固体的熔点与原子排列是否整齐有关。合金中原子的大小不一，与纯金属相比，排列整齐程度下降，使得原子之间的相互作用力减小。所以，多数合金的熔点一般比其组成金属的熔点低。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。二、合金及其应用（1）组成合金的物质不一定全是金属，也可以有非金属，但一定有金属。（2）常温下，多数合金是固态，但钠钾合金呈液态。（3）合金的物理性质相比于成分金属有所改变，但合金中各成分金属的化学性质仍然不变。（4）并非所有的金属都能形成合金。因为两种金属必须熔合在一起才能形成合金。如果一种金属还未熔化时，另一种金属已经气化，则一般不能熔合在一起，如Cu与Na、Fe与Na等不能形成合金。注意：二、合金及其应用2、常见合金铁合金不锈钢是一种重要的合金钢，主要的合金元素是铬(占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。不锈钢抗腐蚀能力强，常用于制造医疗器材、厨房用具和餐具，以及地铁列车的车体等。二、合金及其应用2、常见合金铁合金二、合金及其应用2、常见合金铝合金硬铝等铝合金成本低，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、船舶及化学工业中都得到广泛的应用。目前铝合金的使用量仅次于钢，发展前景广阔。硬铝：将铜、镁、锰等加到铝中。二、合金及其应用2、常见合金武德合金由锡(熔点232℃)、铋(熔点271℃)、镉(熔点321℃)和铅(熔点327℃)等金属按照一定的质量比制成的，熔点只有67℃。它可以用来做电器、火灾报警等装置中的保险丝。二、合金及其应用铝锂合金具有低密度、高强度的特点。若用其代替常规的铝合金，可使构件质量减轻10%～20%，强度提高15%～20%，具有较高的工作温度、较好的高温韧性与加工性能，且价格便宜，因此是21世纪航空飞行器较理想的结构材料之一。我国“神舟号”航天飞船的许多部件就是用铝锂合金制造的。2、常见合金铝锂合金二、合金及其应用钛是一种新型金属，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，即使将它们放入海水中数年，取出后仍然光亮如新。钛和钛合金被认为是21世纪的重要金属材料，被广泛应用于医疗、火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等领域。2、常见合金钛合金二、合金及其应用像镍铬铝铁、镍铬铝铜等合金，具有很高的电阻率，可用于制备电路中的精密元件。2、常见合金其它合金三、无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。传统非金属材料水泥玻璃陶瓷三、无机非金属材料半导体材料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，被广泛用于电子工业的各个领域。工业上利用二氧化硅可以制得高纯度的硅。三、无机非金属材料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。光导纤维导光能力非常强，一条光缆由上万条光导纤维组成，因此可以利用其传输大量的信息。用光缆代替普通的金属通信电缆可以节约大量有色金属。光导纤维三、无机非金属材料新型陶瓷材料功能陶瓷结构陶瓷结构陶瓷具有机械功能、热功能和部分化学功能，如高温结构陶瓷等。功能陶瓷具有光、电、磁、化学和生物等方面的特殊功能，如压电陶瓷等。三、无机非金属材料高温结构陶瓷主要是指能在高温条件下承受静态或动态机械负荷的陶瓷，主要有高温氧化物（如氧化铝陶瓷）和高温非氧化物（如氮化硅陶瓷）两大类。它们具有较好的高温强度、耐热震性、抗腐蚀、抗氧化和结构稳定性等特性。高温结构材料弥补了金属材料在高温下不耐氧化、易腐蚀的不足。三、无机非金属材料压电陶瓷是具有压电特性的电子陶瓷材料，其主要成分是钛酸钡和钛酸铅。压电陶瓷对外力极为敏感，可将极其微弱的机械振动转换成电信号，常被用于声呐系统、气象探测、遥测环境保护等领域。用它制作的压电地震仪能精确地测出地震强度、方位和距离。典例解析例2.我国自主研发的新一代动车组在京沪高铁上跑出过486.1千米的世界列车最高时速，这得益于全路铺设的优质无缝平滑的超长钢轨。下列有关说法不正确的是（）A.制造钢轨的材料是钢，钢是用量最大的合金B.钢的熔点比纯铁的熔点高，而纯铁的用途更广泛C.我国在商代就开始使用铜合金D.铝合金的强度、硬度比组成合金各成分金属的大B课堂小结金属材料的性能合金及其应用不良反应金属的物理性质金属的化学性质正确选择金属材料合金性能常见合金随堂练习1.下列关于合金的叙述中不正确的是（）A.合金都是由两种或两种以上的金属熔合而成的B.一般来说，合金的硬度大于其成分金属，熔点低于其成分金属C.钢是用量最大、用途最广的合金，青铜是我国记载使用最早的合金D.使用不同的原料，改变原料的配比，变更制造合金的工艺等，可以制得具有不同性能的合金A随堂练习2.据报道，某核潜艇上的核反应堆使用了液态铝钠合金作载热介质。下列有关说法不恰当的是（