第12讲_金属材料 讲义 2022-2023学年高一上学期化学人教版（2019）必修第一册

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第12 讲 金属材料
知识图谱
金属材料
知识精讲
一．金属材料
1．金属材料：包括纯金属和合金
2．合金：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。
3．合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，可满足不同的需要，如合金的硬度、熔点不同于其成分金属,
可满足不同的需要。
微观上原子的排列不同，导致了宏观上金属材料的性能不同
结构决定性质：常见合金的硬度比其成分金属大，合金的熔点一般比成分金属低。
二．铁合金
1．铁合金的分类
（1）按铁合金中主元素分类，主要有硅、锰、铬、钒、钛、钨、钼等铁合金。
（2）按铁合金中含碳量分类，有高碳、中碳、低碳、微碳、超微碳等品种。
（3）按生产方法分类，有高炉铁合金、电炉铁合金、炉外法(金属热法)铁合金等。
2．生铁和钢是含量量不同的两种铁碳合金
3．合金钢
合金钢也叫特种钢，是在碳素钢里适量地加人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。
不锈钢是最常见的合金钢，合金元素主要是铬和镍，在大气中比较稳定，不容易生锈，具有很强的抗腐
蚀能力。
特点：一般含碳量越低，韧性越好，硬度越低；反之含碳量越高，韧性越差，硬度越高。
三．铝和铝合金
1．铝和氧气
金属铝位于金属活动顺序的前面，但不易被腐蚀的原因是 Al 较活泼，能与空气中的氧气反应生成一层致
密的氧化物薄膜。
用镊子夹着铝箔放到酒精灯上燃烧，可以观察到铝箔熔化，失去光泽，熔化的铝不能滴落，原因是发生
反应 4Al＋3O22Al2O3，生成的致密的 Al2O3包在铝的外面，使液态铝不能滴落。
2．金属铝和氧化铝和酸反应
【实验一】 铝和氧化铝和酸反应
实验步骤：在一支试管中加入 5mL 盐酸，再向试管中放入一小块铝片。观察现象。过一段时间后，将点燃的
木条放在试管口，观察现象
实验现象∶铝片表面开始无气泡产生，一小段时间后有大量气泡产生，试管壁有发热现象。一段时间后，将
点燃的木条放在试管口可观察到淡蓝色火焰。
实验结论∶铝表面的保护膜和铝均能与盐酸发生反应。
反应方程式：Al2O3＋6HCl=2AlCl3＋3H2O，2Al＋6HCl =2AlCl3＋3H2↑
实验二 铝和氧化铝和强碱反应
实验步骤：在两支试管中分别加入少量的 NaOH 溶液，然后向其中一支试管中放入一小块铝片，向另一支试
管中放入用砂纸仔细打磨过(去除表面氧化膜)的一小块铝片。观察现象。过一段时间后，将点燃的木条分
别放在两支试管口，观察现象
实验现象∶放入打磨过的铝片的试管中立即产生气泡；而放入未打磨铝片的试管中开始无明显现象，一段时
间后才产生气泡，铝片溶解，点燃的木条放在两支试管口时均发出爆鸣声
实验结论∶铝、氧化铝都可以和 NaOH 溶液发生反应
铝和 NaOH 溶液：
化学方程式：2Al＋2NaOH+2H2O=2NaAlO2（偏铝酸钠）＋3H2↑；
离子方程式：2Al＋2OH－＋2H2O=2AlO2 -＋3H2↑
氧化铝和 NaOH 溶液：
化学方程式：Al2O3＋2NaOH=2NaAlO2＋H2O；离子方程式：Al2O3＋2OH－=2AlO2 -＋H2O
3．两性氧化物
Al2O3和酸：Al2O3＋6HCl=2AlCl3＋3H2O
Al2O3和碱：Al2O3＋2NaOH=2NaAlO2＋H2O
既能与酸反应生成盐和水，又能与件反应生成盐和水的氧化物，称为两性氧化物。
【注意】
铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放显酸性、碱性的食物，原因是酸、碱能侵蚀铝的保护膜， Al 和Al2O3均
能与酸、碱反应。
4．铝合金
纯铝的硬度和强度都比较小，不适合作为生产生活中的材料使用，使用较多的是具有不同组成和性质的
铝合金。
硬铝中含 Cu 4%、Mg 0.5%、Mn 0.5%、Si 0.7%，它密度小、强度高，具有较强的抗腐蚀能力，是制造飞机
和宇宙飞船的理想材料
四．新型合金
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、耐腐蚀等，尤其是钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”，可以用于制造航天
飞机，用来制造人造骨，用于家庭装修，做钛合金装饰门等。
2．氢能是未来理想能源之一，储氢合金有望能解决氢的储存难题。储氢合金一般能够大量吸收 H2并与之结
合成金属氢化物，同时稍稍加热又容易分解，室温下吸、放氢的速率快。储氢合金还可以用于提纯和回收氢
气，它可将氢气提纯到很高的纯度。例如，采用储氢合金，可以以很低的成本获得纯度高于 99.9999 %的超
纯氢。
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