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第三章 鐵 金屬材料
第二節 金屬材料
第一課時 金屬材料
【導入】
我們的生活中金屬制品隨處可見，例如防盜窗、窗框、眼睛框架，保溫杯。
實際上，生活中的金屬材料通常是合金，很少使用純金屬。
【學習任務一】合金
閱讀課本P78三段黑體字，認識合金。
1. 概念：合金是由 或 熔合而成的具有 的物質。
兩種或兩種以上的金屬
金屬與非金屬
金屬特性
2. 特點：（1）合金性能與純金屬有很大差異。
（2）合金具有許多優良的物理、化學或機械性能，可以通過所添加的合金元素的種類、含量和生成合金的條件來加以調節。
（3）合金的硬度 成分金屬，通常熔點 成分金屬。
（4）合金有金屬通性：金屬光澤、導電性、導熱性、延展性。
大于
低于
純金屬只有一種金屬原子，排列很整齊
合金中有多種原子，且原子的大小不同，原子排列不規則
摻雜其他原
子形成合金
【學習任務二】鐵合金、鋁合金
一、鐵合金。閱讀課本P78~79，認識鐵合金。
鐵碳合金
生鐵 2%~4.3%
鋼 0.03%~2%
硬度大、抗壓，性脆、可以鑄造成型，是制造機座、管道的重要材料。
有良好的延展性，機械性能好，可以鍛軋和鑄造，廣泛用于制造機械和交通工具。
【學習任務二】鐵合金、鋁合金
鋼
碳素鋼
合金鋼
高碳鋼 高于0.6%
中碳鋼 0.3%~0.6%
低碳鋼 低于0.3%
不銹鋼 合金元素主要是Cr和Ni
超級鋼
韌性好，強度低，用于制作鋼板、鋼絲、鋼管。
韌性好，強度高，用于制作鋼軌、車輪、建材。
強度高，韌性差，熱處理后彈性好，用于制作器械、彈簧、刀具。
抗腐蝕能力好，用于制作醫療器材、廚房用具、餐具及某些地鐵列車的車體材料。
強度高，延展性好，在應用時能夠實現鋼板的輕薄化。
【學習任務二】鐵合金、鋁合金
二、鋁合金。閱讀課本P81、83，認識鋁合金。
1. 鋁
（1）在地殼中含量位列第三，是地殼中含量最多的金屬元素。
（2）密度小，較輕、硬度較小，強度也較小，不適合制作機械零件。
（3）常用的鋁制品通常是鋁合金，其表面覆蓋著致密的氧化鋁薄膜，這層膜起著保護內部金屬的作用。鋁表面自然形成的氧化膜很薄，耐磨性和抗腐蝕性不夠，常采用化學方法增加膜的厚度，對氧化膜進行著色。
2. 鋁合金
（1）是用途最廣泛的合金之一。
（2）硬鋁：密度小、強度高，具有較強的抗腐蝕能力，可用于制造飛機和宇宙飛船。
硬鋁常用于制造飛機的外殼
【學習任務三】新型合金——閱讀課本P83
一、儲氫合金
儲氫合金
①一般情況下，H2 采用氣態或液態儲存，如在高壓下把 H2壓入鋼瓶，但運送笨重的鋼瓶既不方便也不安全。
②儲氫合金是一類能夠大量吸收H2 ，并與H2結合成金屬氫化物的材料。
④具有實用價值的儲氫合金要求儲氫量大，金屬氫化物既容易形成，稍稍加熱又容易分解，室溫下吸放氫的速率快，如Ti-Fe合金和La-Ni合金等。
③新型儲氫合金材料的研究和開發將為氫氣作為能源的實際應用起到重要的推動作用。
【學習任務三】新型合金——閱讀課本P83
二、鈦合金、耐熱合金、形狀記憶合金
（1）應用于航空航天、生物工程和電子工業等領域。
（2）鈦合金強度高、耐蝕性好、耐熱性高，可用于制造人造骨骼、飛機，眼鏡框架。
（3）高溫環境下，組織穩定，力學、物理、化學性能優良。
（4）具有形狀記憶效應，具有較好的變形恢復能力，例如人造骨骼、牙齒矯正器。
形狀記憶合金
鈦合金
鈦合金人造骨骼
【學習任務四】鋁的性質
一、存在形式
主要以化合態存在于地殼中，是地殼中含量最多的金屬元素。
二、物理性質
色態 密度、硬度、強度 導熱性 延展性 導電性
有金屬光澤
都較小
較好，可做炊具
較好，可做食品包裝
好，僅次于Ag、Cu
可做導線、高壓電線
三、化學性質
鋁作為氫前金屬，化學性質活潑；鋁最外層電子數為3，易失去電子，應具有較強還原性。
1. 與非金屬單質（O2、Cl2、S等）
與O2：4Al+3O2 2Al2O3
與Cl2：2Al+3Cl2 2AlCl3
點燃
與S：2Al+3S 2Al2S3
點燃
2. 與鹽（可置換出還原性較差的金屬，如Cu）
與CuSO4：2Al+3CuSO4 3Cu+Al2(SO4)3
+13
2
8
3
3. 與酸（可置換出H2）
【實驗3-4】在一支試管中加入5mL鹽酸，再向試管中放入一小塊鋁片。觀察現象。過一段時間后，將點燃的木條放在試管口，你觀察到什么現象？
現象
結論
原理
一開始無明顯現象，過一會有氣泡產生，一段時間后，將點燃的木條放在試管口，有輕微的爆鳴聲。
②2Al+6HCl 3H2↑+2AlCl3
①Al2O3+6HCl 2AlCl3+3H2O
實驗表明，鋁表面的保護膜和鋁均能與鹽酸發生反應。
4. 【實驗3-5】Al與強堿（NaOH等）反應
【實驗3-5】在兩支試管中分別加入少量的NaOH溶液，然后向其中一支試管中放入一小塊鋁片，向另一只試管中放入用砂紙仔細打磨過（除去表面氧化膜）的一小塊鋁片，觀察現象。過一段時間后，將點燃的木條分別放咋兩支試管口，你觀察到什么現象？
未經打磨的鋁片 砂紙仔細打磨過的鋁片
現象
結論
原理
一開始無明顯現象，過一會有氣泡產生，一段時間后，將點燃的木條放在試管口，有輕微的爆鳴聲和淡藍色火焰。
②2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4] +3H2↑
①Al2O3+2NaOH+3H2O 2Na[Al(OH)4]
實驗表明，鋁表面的保護膜和鋁均能與NaOH發生反應。
立即有氣泡產生，一段時間后，將點燃的木條放在試管口，有輕微的爆鳴聲和淡藍色火焰。
討論得知：Al2O3既能和酸反應，又能和堿反應，因此，Al2O3在物質分類中應屬于 。
兩性氧化物
由于Al和Al2O3均能和酸、堿反應，因此，鋁制餐具不宜用來蒸煮或長時間存放酸性或堿性食物。
【學習任務五】鋁的化合物的性質
一、Al2O3
物理性質：白色，不溶于水的固體，熔點高（加熱鋁片，鋁片熔化而不滴落）。天然Al2O3又叫剛玉，硬度大，僅次于金剛石。
化學性質：
用途：耐火坩堝，耐火管等
二、Al(OH)3——兩性氫氧化物
物理性質：白色，不溶于水的固體。
化學性質：
用途：胃酸中和劑，Al(OH)3膠體做凈水劑等
①Al(OH)3+3HCl 2AlCl3+3H2O
②Al(OH)3+NaOH 2Na[Al(OH)4]
①Al2O3+6HCl 2AlCl3+3H2O
②Al2O3+2NaOH+3H2O 2Na[Al(OH)4]
三、AlCl3
物理性質：白色粉末，易溶于水。
化學性質：
①AlCl3+3NaOH（少） Al(OH)3↓
②AlCl3+4NaOH（過） Na[Al(OH)4]
③AlCl3+3NH3·H2O Al(OH)3↓+3NH4Cl
Al(OH)3溶于強堿，不溶于弱堿
四、Na[Al(OH)4]
與強堿：
與弱堿：
與強酸：
與弱酸：
①Na[Al(OH)4]+HCl（少） Al(OH)3↓+NaCl+H2O
②Na[Al(OH)4]+4HCl（過） AlCl3+NaCl+4H2O
③2Na[Al(OH)4]+CO2（少） Al(OH)3↓+Na2CO3+H2O
④Na[Al(OH)4]+CO2（過） Al(OH)3↓+NaHCO3
【總結】鋁及化合物的性質
Al3+
Al(OH)3
Na[Al(OH)4]
NH3·H2O、NaOH（少）
NaOH
CO2、HCl（少）
HCl
Al3+
Al
Na[Al(OH)4]
NaOH
HCl

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