1、第三章 探索生活材料第一节 合金课程标准导航1.了解合金的定义及特点.2.认识纯金属与合金在性能上的主要差异,知道生活中常见合金的组成.3.了解铁合金、铝合金和铜合金的组成、性能和用途.新知初探自学导引 自主学习一、认识合金 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.二、使用合金 1.铁合金(1)生铁和钢的比较 生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金.二者的比较见下表:生铁 钢 含碳量 _ _ 组成 元素 _ _,合金钢中还有其他元素 2%4.3%0.03%2%铁、碳 铁、碳 生铁 钢 性能 _,抗压、性脆 有良好的_,机械性能好 加工 可_不可_ 可铸、可锻 用
2、途 制造机座、管道等 制造机械和交通工具等 硬度大延展性铸锻(2)钢的分类碳素钢合金钢:在钢中加入_,可得到具有各种不同性能的合金钢,如不锈钢.(3)不锈钢的性能和用途 一定量的一种或几种其他元素性能:不锈钢是最常见的合金钢,它的合金元素主要是_.不锈钢在大气中比较稳定,不容易生锈,具有很强的_.用途:不锈钢具有的优良性能,使它在化工生产、医疗器械制造、建筑装饰业及人类生活中得到广泛的应用.Cr、Ni抗腐蚀能力生活中常见的医疗器械、厨房用具和餐具等很多都是用不锈钢制成的.2.铝合金和铜合金(1)硬铝:合金元素为_和Si等.硬铝密度小,强度高、抗腐蚀性强.适用于制造飞机和航天器.Cu、Mg、Mn
3、(2)黄铜:合金元素是_.青铜:合金元素是_.3.新型合金(1)储氢合金 储氢合金:能够大量吸收_,并与H2结合成金属氢化物的材料.对储氢合金的要求:_大,金属氢化物既容易形成,ZnSnH2储氢量稍稍加热又容易分解,室温下吸、放氢的速率快,如TiFe合金和LaNi合金等.(2)钛合金:重量轻、强度高、韧性好、耐腐蚀.(3)耐热合金、形状记忆合金等.自主体验1.2011年 10月19日,研讨铁合金市场运行现状,探寻铁合金未来发展机遇在西安举行.下列关于合金的说法中,不正确的是()A.合金是由两种或两种以上的金属化合而成的 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 C.合金的性质随
4、着其成分金属的性质而变 D.合金的熔点一般都比其成分金属的熔点低 解析:选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,一般合金的熔点比组成它的各成分金属的熔点低,合金的性质随其成分金属的性质而发生变化,B、C、D正确.2.用于飞机制造业的重要材料是()A.MgAl合金 B.CuSn合金 C.AlSi合金D.不锈钢 解析:选A.飞机制造业所用的材料强度越高、密度越小越好.3.钢铁是铁和碳的合金的总称,其强度高、价格便宜、应用广泛.在以下关于不锈钢和普通钢的认识中,你认为正确的是()A.它们的组成元素是相同的 B.耐腐蚀的性能不同 C.它们都属于钢,因此物理性质相同
5、 D.构成普通钢和不锈钢的主要元素都是铁,因此它们的化学性质相同 解析:选B.不锈钢是在普通钢的基础上加入Cr、Ni等多种元素炼成的钢材,它具有在常温下、空气中不易生锈的特点,B项正确.要点突破讲练互动 要点1 合金的性质探究导引 1为什么合金的熔点比纯金属熔点低？提示:在纯金属内,所有的原子大小相同,排列十分规整;而合金内原子的大小不一,排列没有纯金属那样整齐,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各成分金属的熔点都要低.要点归纳1.合金的物理性质合金与其各成分金属相比,具有许多优良的物理、化学或机械性能.(1)一般情况下,合金比纯金属硬度大、更坚固.(2)多数合金的熔点一
6、般比各成分金属的低.(3)一般来说,合金的性质并不是各成分金属性质的总和.合金具有良好的物理、化学或机械的性能.(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.2.合金与纯金属在性能上产生差异的原因一般情况下,合金比纯金属的硬度大、更坚固的原因.如图所示,纯金属和合金的结构并不相同,在纯金属内,所有原子的大小和形状都是相同的,原子的排列十分规整.而合金内加入了其他元素或大或小的原子,改变了金属原子有规则的层状排列,使原子层与层之间的相对滑动变得困难.即时应用1.下列有关合金的说法正确的是()A.合金的性质是各成分金属性质的总和 B.铝热剂是铝合金 C.将镁粉和
7、铝粉混合即得镁铝合金 D.合金具有金属的特征 解析:选D.A中合金的性质并不是各成分金属性质的总和,A错.B项中铝热剂是铝与某些金属氧化物的混合物,不是合金,B错;C项中镁粉和铝粉简单的混合不是合金,C错.要点2 常见合金的性质和用途探究导引 2生铁和钢的本质区别是什么？如何将生铁冶炼成钢？提示:生铁和钢的本质区别是含碳量不同,生铁的含碳量比钢高.炼钢是在高温条件下,用氧化剂把生铁中过多的碳和杂质氧化除去的过程.要点归纳常见合金的性质和用途名称 组成 主要性质 主要用途 铝合金 含有10%30%的镁 强度和硬度都比纯铝和纯镁大 火箭、飞机、轮船等制造业 硬铝 含铜4%、镁0.5%、锰0.5%、
8、硅0.7%强度和硬度都比纯铝大 火箭、飞机、轮船等制造业 名称 组成 主要性质 主要用途 黄铜 含锌20%36%,常加入少量锡、铅、铝 有良好的强度和塑性、易加工、耐腐蚀 机器零件如轴承、齿轮等 青铜 含锡10%30%有良好的强度和塑性、耐磨、耐腐蚀 机器零件如轴承、齿轮等 名称 组成 主要性质 主要用途 钛合金 含铝6%、钒4%耐高温、耐腐蚀、高强度 用于宇航、飞机、造船、化学工业 金合金 加入银、铜、稀土元素等 有光泽、易加工、耐磨、耐腐蚀、易导电 金饰品、电子元件、钱币、笔尖 即时应用2.(2012内蒙古呼伦贝尔高二月考)2011年10月11日,中国西安2011钛工业发展峰会暨钛工业进展
9、第一届理事会成立大会在西安盛大开幕.钛(Ti)因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注,是航空、军工、电力等方面的必需材料,被誉为“空间金属”和“深海金属”.(1)钛和钛的合金具有很多优良的性能,如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工,钛合金与人体有很好的“相容性”.根据它们的主要性能,下列用途不切合实际的是_.A.用于做保险丝 B.用于制造航天飞机 C.用于制造人造骨 D.用于制造船舶(2)常温下钛不和非金属、强酸反应.红热时,却可与常见的非金属单质反应.地壳中含钛矿石之一称金红石(TiO2),目前大规模生产钛的方法是:第一步:金红石、炭粉混合,在高温条件下通入氯气制得TiCl4和一种可燃性气体
10、.该反应的化学方程式为:_,该反应的还原剂是_.第二步:在氩气的气氛中,用过量镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛.简述由上述所得产物中获取金属钛的步骤_.解析:(1)物质的性质决定其用途,应结合题干所给的有关性质的信息来分析.由题干知钛和钛合金的熔点高,不能用来做保险丝;其密度小、熔点高、可塑性好,可用于制造飞机及船舶,与人体有很好的“相容性”可制造人造骨(2)第一步得到的可燃性气体应是 CO,结合原子守恒及电子守恒,化学方程式应为 TiO22C2Cl2=高温 TiCl42CO,该反应中,碳元素化合价升高,C 作还原剂;第二步应为镁置换钛的反应,化学方程式为 TiCl42Mg=ArTi2
11、MgCl2,所得产物含杂质镁(镁过量)、MgCl2,利用钛不与强酸反应,应加足量盐酸除去过量杂质镁、MgCl2,过滤即得钛.答案:(1)A(2)第一步:TiO22C2Cl2=高温 TiCl42CO 碳第二步:加入足量盐酸,除去过量镁、MgCl2,过滤,洗涤题型 合金的性质题型探究权威预测 例现代建筑的门窗框架常用电解加工成的古铜色合金制造.取合金样品进行如下实验(每一步试剂均过量),由此可以推知该合金的组成可能为()A.Al、Mg(OH)2、Si、S B.Al、Fe、Mg、Si C.Al、Si、C、CuO D.Al2O3、SiO2、Fe、C【思路点拨】解答本题要注意两点:(1)该合金与氢氧化钠
12、溶液反应;(2)该合金与稀盐酸反应.【思路点拨】解答本题要注意两点:(1)该合金与氢氧化钠溶液反应;(2)该合金与稀盐酸反应【解析】从四个选项中可以看出,与NaOH溶液反应放出H2的有Si、Al;而与盐酸反应放出H2的有Al、Fe和Mg;因此符合条件的只有B.【答案】B【规律方法】在分析合金的组成时,应注意:(1)根据元素单质的性质判断单质的存在,特别是一些单质的特殊性,如Al与NaOH溶液反应,Si与NaOH溶液反应等.(2)加入试剂时注意反应的单一性,即加入一种试剂与一种成分反应.经典案例某铝合金中含镁、铜、硅,为了测定该合金中铝的含量,设计如下实验:(1)取样品a g,称取时使用的仪器名
13、称为_ (2)将样品溶于足量稀盐酸中过滤,滤液中主要含有_,滤渣中含有_,在溶解、过滤时使用的仪器有_.热点示例思维拓展(3)往滤液中加入足量NaOH溶液过滤,写出该操作中有关的离子方程式_.(4)在第(3)步的滤液中,通入足量CO2,过滤,将沉淀用蒸馏水洗涤数次后,烘干并灼烧至质量不再减少为止,冷却后称量质量为b g,写出有关的化学方程式_.【解析】镁和铝能溶于盐酸,所以滤液中有氯化镁和氯化铝,滤渣中含硅和铜.向滤液中加入足量的氢氧化钠溶液,生成 Mg(OH)2 沉淀.Al3先生成 Al(OH)3 沉淀,然后溶解生成AlO2.过滤得到的沉淀是 Mg(OH)2.向滤液中通入足量的 CO2,AlO2 与 CO2 反应生成Al(OH)3 沉淀,灼烧后生成 Al2O3.【答案】(1)托盘天平(2)AlCl3、MgCl2 Cu、Si 烧杯、玻璃棒、漏斗、带铁圈的铁架台(3)Mg22OH=Mg(OH)2,Al33OH=Al(OH)3、Al(OH)3OH=AlO2 2H2O(4)AlO2 CO22H2O=HCO3 Al(OH)3、2Al(OH)3=Al2O33H2O