《高一化学必修第一册精品讲义（新教材人教版）》课时3.4 金属材料

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金属材料

【学习目标】

1、认识合金的含义及常见合金

2、认识铁合金的组成、性能与应用的联系

3、认识铝合金的组成、性能与应用的联系，掌握铝及其氧化铝的性质

【主干知识梳理】

一、合金的定义及优点

1、合金的定义：合金是由两种或两种以上的金属 ( 或金属和非金属 ) 熔合而成的具有金属特性的物质

2、合金与纯金属的性能差异

(1)合金的硬度及机械性能一般优于各成分金属

(2)合金的熔点一般低于它的各成分金属

(3)合金具有各成分金属的化学性质，合金一定是混合物

【微点拨】

① 构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素

② 合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于

各成分金属，不是简单加合；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质

③ 并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，若一

种金属的熔点大于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金

④ 合金一定是混合物，没有固定的熔点

⑤ 常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体

【即学即练 1】

1、C919 大型飞机采用了大量新型材料铝锂合金。下列关于铝锂合金的说法不正确的是(　　)

A．铝锂合金是铝与锂形成的混合物 B．铝锂合金的硬度比锂大

C．铝锂合金的熔、沸点比铝低 D．铝锂合金耐酸碱腐蚀

2、某合金与铁的物理性质的比较如下表所示，还知该合金耐腐蚀、强度大，从以上性能看，该合金不适合做 (

)

熔点/℃ 密度(g/cm3)硬度(金刚石为 10) 导电性(银为 100)

某合金 2 500 3.00 7.4 2.3

铁1 535 7.86 4.5 17

A．导线　　　　　　 B．门窗框 C．炉具 D．飞机外壳

3、所谓合金，就是不同种金属(也包括一些金属和非金属)在熔融状态下形成的一种熔合物。根据下列四种金属

的熔、沸点，判断其中不能形成合金的是(　　)

Na Cu Al Fe

熔点/℃ 97.5 1 083 660 1 535

沸点/℃ 883 2 595 2 200 3 000

A．Cu 和Al　　　　B．Fe 和Cu C．Fe 和Na D．Al 和Na

二、铁合金：生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金

1、生铁

(1)生铁的含碳量：2% ～ 4.3%

(2)性能及用途：生铁硬度大、抗压，性脆、可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料

2、钢：钢是用量最大，用途最广的合金

(1)钢的含碳量：0.03%～2%

(2)性能及用途：钢有良好的延展性，机械性能好，可以锻轧和铸造，广泛用于制造机械和交通工具等

(3)钢根据化学成分，可分为两大类：碳素钢和合金钢

① 碳素钢根据含碳量不同可分为高碳钢、中碳钢和低碳钢，其性能和用途如下

含碳量性能及用途

低碳钢低于 0.3% 韧性、焊接性好，但强度低，用于制造钢板，钢丝和钢管等

中碳钢 0.3%~0.6% 强度高，韧性及加工性好，用于制造钢轨、车轮和建材等

高碳钢高于 0.6% 硬而脆，热处理后弹性好，用于制造器械、弹簧和刀具等

② 合金钢也叫特种钢，是在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢

具有各种特殊性能，如强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀等

名称主要合金元素主要特性主要用途

不锈钢铬、镍大气中比较稳定，不容易生锈，具

有很强的抗腐蚀能力

医疗器材、厨房用具和餐具、地铁

列车的车体材质等

超级钢 Mn、C、Al、

强度很大，在应用时能够实现钢板

的轻薄化汽车、航空和航天等领域

锰钢锰韧性好，硬度大钢轨、轴承、钢模、挖掘机铲斗、

坦克装甲

硅钢硅导磁性好变压器、发电机和电动机中的铁芯

钨钢钨耐高温、硬度大刀具

【即学即练 2】

1、下列有关铁和铁合金的说法错误的是(　　)

A．生铁比铁软 B．铁有良好的导热性

C．钢是铁的合金 D．生铁在潮湿的空气中容易生锈

2、钢材可以用作桥梁的结构材料是因为它(　　)

A．有良好的导热性 B．有一定的机械强度

C．不易受空气和水的作用 D．有良好的导电性

3、钢笔的笔头是合金钢，其笔头尖端是用机器轧出的便于使用的圆珠体。为了改变笔头的耐磨性能，在笔头尖

端点上铱金粒，为区别钢笔而叫铱金笔，铱金笔是笔头用黄金的合金、笔尖用铱的合金制成的高级自来水笔。

下列说法中错误的是(　　)

A．钢笔的笔头不易被氧化，抗腐蚀性能好 B．铱金笔的耐磨性能比钢笔要好

C．铱金笔的笔头和笔尖都是用纯金属制成的 D．铱金笔经久耐磨，书写时弹性特别好，是一种理想的硬笔

三、铝和铝合金

1、铝

(1)存在：铝是地壳中含量最多的金属元素

(2)化学性质

①与O2反应

a、铝是一种活泼金属，在常温下就能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜并牢固地

覆盖在铝表面，防止铝进一步被氧化，因此铝在空气中表现出良好的抗腐蚀性

b、热时，铝粉可在空气中燃烧，放出大量热，化学方程式：4Al＋3O2=====2Al2O3

② 铝与酸的反应

a、与盐酸、稀H2SO4反应的离子方程式：2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑

b、常温下，遇浓硝酸、浓H2SO4时，在表面生成致密的氧化膜而发生钝化

③ 铝与强碱(NaOH)溶液的反应：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑

2、氧化铝的化学性质

(1)与H2SO4反应的化学方程式：Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O

(2)与NaOH 反应的化学方程式：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O

(3)两性氧化物：既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的氧化物

3、铝及其合金的用途

(1)与其他金属(或非金属)熔合形成铝合金，铝的合金具有密度小、强度高、塑性好、制造工艺简单、成本低、

抗腐蚀能力强等特点，主要用于建筑业、交通运输业以及电子行业。铝合金可做建筑外墙材料及房屋的门窗，

可制成汽车车轮骨架和飞机构件，还可用于制造电子元件等

(2)利用其导电性，制造电线、电器元件等

(3)利用其强的还原性，冶炼熔点高的金属、焊接钢轨等

4、使用铝制品应注意的问题

(1)铝制品耐用是因为表面有致密的氧化铝保护膜，Al2O3是两性氧化物，既可以与酸反应又可以与碱反应，所以

铝制品不宜盛放显酸性或碱性的物质

(2)含氯化钠的物质不能用铝制品盛放。这是因为铝制品表面虽然有致密的氧化膜保护层，但若遇到氯化钠溶液，

其中的氯离子会破坏氧化膜的结构，加速铝制品的腐蚀。因此，铝制品不宜用来长时间盛放咸菜等腌制食品

【即学即练 3】

1、称取两份铝粉，第一份加入足量的 NaOH 溶液，第二份加入足量的盐酸，若放出的氢气的体积相等(同温同

压)。则两份铝粉的质量比为(　　)

A．1 2∶　　　　B．1 3∶ C．3 2 ∶ D．1 1∶

2、“神八”与“天宫一号”的成功对接，标志着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

3、下列关于 Al2O3的说法正确的是(　　)

A．Al2O3是金属氧化物，也是两性氧化物

B．Al2O3加热分解为铝和氧气

C．Al2O3结构致密，所以可用铝制容器盛盐酸和 NaOH 溶液等

D．擦去表面氧化铝的铝条，在酒精灯上灼烧时，熔化的铝滴落下来

四、新型合金：新型储氢合金材料的研究和开发将为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用。此外，钛

合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域

五、用途广泛的稀土元素

(1)稀土元素

①镧系元素(57～71 号元素)及钇和钪，共17 种元素为稀土元素

②我国拥有丰富的稀土资源，现已查明的世界稀土资源中，80%分布在我国，并且品种齐全

(2)用途

①稀土金属有着广泛的用途，它既可以单独使用，也可用于生产合金。在合金中加入适量稀土金属，能大大

改善合金的性能。因而，稀土元素又被称为冶金工业的维生素

②稀土金属可用于制造引火合金、永磁材料、超导材料和发光材料等。稀土金属除广泛应用在冶金、石油化

工、材料工业、医药及农业领域外，还逐渐深入到许多现代科技领域

【课后作业】

1、钛和钛的合金被誉为“21 世纪最有发展前景的金属材料”，它们具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、

可塑性好、易于加工，尤其是钛合金与人体器官具有很好的生物相容性。根据它们的主要性能，下列用途中

不符合实际的是(　　)

A．用作保险丝 B．用于制造航天飞机

C．用于制造人造骨 D．用于家庭装修，作钛合金装饰门

2、纯铁的熔点为 1535 ℃，而高炉中炼铁时生铁(含碳量较高的铁的合金)在1200 ℃左右就熔化了，这是因为(

)

A．铁的纯度越高，熔点越低 B．合金的熔点一般比其成分物质的熔点低

C．因为形成了铁碳合金，所以熔点变高 D．在高炉内熔化的过程中发生了化学反应

3、中国短道速滑队在索契冬奥会取得了骄人的成绩。速滑冰刀可用不锈钢制成，不锈钢含有的主要元素是 (

)

A．铁 B．碳 C．铜 D．铝

4、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．赤铁矿的主要成分是 Fe3O4

5、中国最新战机歼31 使用了高强度、耐高温的钛合金材料。工业上冶炼钛的反应如下： TiCl4＋2Mg=====Ti＋

2MgCl2。下列有关该反应的说法正确的是(　　)

A．TiCl4是还原剂 B．Mg 被氧化 C．TiCl4发生氧化反应 D．Mg 得到电子

6、联合国世界卫生组织经过严密的科学分析，认为我国的铁锅是最理想的炊具，并向全世界大力推广，其主要

原因是(　　)

A．铁锅价格便宜 B．铸铁锅的铁熔点高

C．使用铁锅烹饪的食物中留有铁元素 D．铁锅含有有机物必含的碳元素

7、下列成语或谚语中蕴含着一定的化学知识或原理，下列有关说法错误的是(　　)

A．百炼成钢——通过反复锤炼，除去铁中部分杂质，使其转化为钢

B．水滴石穿——CO2＋H2O＋CaCO3===Ca(HCO3)2(以大理石为例)

C．恨铁不成钢——钢的性能远优于铁

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