資源簡介

(共70張PPT)
金屬材料——可樂罐的秘密
任務1 你會如何選擇可樂的金屬包裝材料？
需要考慮哪些因素？
價格成本
安全環保
硬度
化學性質
耐腐蝕性
金屬儲量
結構
性質
用途
類別
依據
物理性質
化學性質
經濟性
價格、金屬儲量、材料開采冶煉難度等
密度、硬度、延展性、導電性、導熱性、強度等決定金屬材料的加工難易程度、機械性能
在空氣、水、酸、堿、鹽下化學性質穩定性及腐蝕性
用鋁做可樂易拉罐材料的可行性？
鋁是地殼中含量最多的金屬元素。
物理性質：銀白色金屬光澤，密度小，質地軟，良好的延展性，是電、熱的良導體。
鋁在常溫下與空氣中的氧氣反應，表面生成一層致密的氧化鋁薄膜。
鋁的
性質
原子結構
物質類別
鋁的抗氧化性能？
1. 常溫下鋁易被空氣中O2氧化嗎？請寫出化學反應方程式。
4Al + 3O2 2Al2O3
問：回憶鎂的燃燒，預測鋁在空氣中燃燒的現象？
鋁的抗氧化性能？
實驗現象：鋁箔熔化，且失去光澤，但熔化的鋁不滴落，好像有一層膜兜著。
實驗分析：生成致密的氧化鋁薄膜，Al2O3的熔點（2050℃）高于鋁的熔點（660℃），包在鋁的外面，所以熔化的液態鋁不會滴落。
實驗結論：鋁易與空氣中的氧氣反應，表面生成一層致密的氧化鋁薄膜，可以保護內部金屬不繼續被氧化。
鋁的抗腐蝕性能？
磷酸
可樂配方表
鋁的抗腐蝕性能？
2. 鋁可以與非氧化性酸反應嗎？請寫出離子反應方程式。
2Al + 6H+ 2Al3+ + 3H2
↑
問：那豈不是不能用鋁制易拉罐裝可樂？
鋁的抗腐蝕性能？
2. 鋁與酸反應:
2Al + 6H+ 2Al3+ + 3H2
↑
3. 氧化鋁與酸反應:
Al2O3 + 6H 2Al + 3H2O
+
3+
Al2O3 + 6HCl 2AlCl3 + 3H2O
鋁的抗腐蝕性能？
實驗探究：
對比未打磨的鋁和剛打磨的鋁能跟堿NaOH溶液反應。
鋁片與鹽酸反應
鋁片與氫氧化鈉 溶液反應
開始不太明顯，隨后鋁片表面有氣泡產生，氣體遇到明火發生爆鳴
開始沒有明顯現象，一段時間后鋁片表面有氣泡產生，氣體遇到明火發生爆鳴
1.鋁表面有某種物質，能與鹽酸和氫氧化鈉溶液反應，但不能產生氣體。
2.表面的物質反應完全之后，內部的鋁能與鹽酸和氫氧化鈉溶液繼續反應生成可燃性氣體。
1. 鋁表面的物質是什么？
思 考
2. 可燃性氣體是什么？
Al2O3
H2
1.氧化鋁既能與鹽酸又能與氫氧化鈉溶液反應
2.鋁既能與鹽酸又能與氫氧化鈉溶液反應生成氫氣
鋁既能與鹽酸還能與氫氧化鈉溶液反應生成氫氣
偏鋁酸根離子
2Al+ 2OH + 2H2O 2AlO + 3H2↑


2
偏鋁酸鈉
2Al+ 2NaOH + 2H2O 2NaAlO2 + 3H2↑
鋁的化學性質
2Al + 6H+ 2Al3+ + 3H2
↑
與酸反應
與堿反應
既能與酸又能與堿反應
與堿反應
與酸反應
Al2O3 + 6H 2Al + 3H2O
+
3+
偏鋁酸根離子
Al2O3 + 2OH 2AlO + H2O


2
Al2O3 + 6HCl 2AlCl3 + 3H2O
偏鋁酸鈉
Al2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 + H2O
氧化鋁的化學性質
酸性氧化物（例如CO2……)
堿性氧化物（例如CaO、Na2O、
Fe2O3、FeO……)
兩性氧化物（例如Al2O3……）
兩性氧化物：既能與酸又能與堿反應生成
鹽和水的氧化物
氧化物
思 考
鋁的抗氧化性好，但是抗腐蝕性不好，為什么還可以用來制易拉罐存可樂？
會不會導致人體攝入鋁量過多？
鋁易拉罐各部分成分及含量（質量百分含量）見表：
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
罐身/% 0.3 0.7 0.25 0.25 1.0～1.5 - - - 其余
罐蓋/% 0.2 0.35 0.15 0.2～0.5 4.0～5.0 - 0.1 0.25 其余
拉環/% 0.2 0.35 0.15 0.2～0.5 3.0～4.0 0.1 0.25 0.1 其余
如果在金屬中加熱熔合某些金屬或非金屬，就可以制得金屬特征的合金。
金屬材料
合金的優點：一般硬度大、熔點低。
金屬材料包括純金屬和它們的合金
商朝
后母戊鼎
春秋
銅柄鐵劍
東漢
馬踏飛燕
青銅是人類最早使用的合金
鳥巢體育館
和諧號動車
神州飛船
鋁合金——“硬鋁”(含Cu 4%、Mg 0.5%、
Mn 0.5%、Si 0.7%)
純金屬結構模型
合金結構模型
純金屬結構模型
合金結構模型
問題1 結合結構模型解釋合金的硬度為什么比純金屬大？
初步認識
合金的結構、性質和應用
微觀結構
宏觀性質
決定
原子
大小和排列
硬度
熔點
……
決定
用途
任務1 列舉常見的金屬材料，想一想其性能與應用。
鐵合金、鋁合金、銅合金……
生鐵和鋼的應用
任務2 請結合數據分析生鐵和鋼的含碳量與性能的關系。
含碳量
性質
鐵合金 含碳量 性能
生鐵 2%～4.3% 硬度大，抗壓，性脆，可鑄造
鋼 0.03%～2% 良好的延展性，機械性能好，可鍛造
鋼絲
鋼軌
任務3 分別用于制作鋼絲和鋼軌的鋼含碳量有差異嗎？請查閱資料分析哪一種含碳量高。
ω(C) 0.3%
0.3% ω(C) 0.6%
了解碳素鋼的類型
低碳鋼 (ω(C) 0.3% )
中碳鋼 (ω(C) 0.3%～0.6%)
高碳鋼 (ω(C) >0.6% )
碳素鋼
含碳量
（Fe、C）
低碳鋼 ω(C) 0.3% 韌性、焊接性好，強度低
中碳鋼 ω(C) 0.3%～0.6% 強度高，韌性及加工性好
高碳鋼 ω(C) >0.6% 硬而脆，熱處理后彈性好
含碳量
性能
任務4 請結合數據分析碳素鋼的含碳量與性能的關系。
問題2 用于制作防護網的鋼絲和制作捕魚網兜的鋼絲含碳量有差異嗎？如果有差異，哪一種含碳量高呢？
防護網鋼絲
魚網鋼絲
ω(C) 0.3%
ω(C) 0.25%
降低
含碳量
微觀結構
宏觀性質
決定
元素
組成與含量
韌性
強度
決定
用途
進一步認識
合金的結構、性質和應用
各種各樣性能的鋼
不銹鋼炊具
錳鋼鐵軌
鎢鋼鉆頭
合金鋼
不銹鋼 （Cr 18%、Ni 8%）
錳 鋼 （Mn 12%、Si 0.7%）
鎢 鋼 （W 18%）
……
碳素鋼
添加元素
（特種鋼）
了解合金鋼
了解合金元素的主要作用
鐵合金的分類
問題3 為什么鐵合金、鋁合金是生活、生產中使用最廣泛的金屬材料？能否從原料來源的角度進行解釋？
自然資源
（金屬礦物）
金屬單質
轉化
分離
合金
調整組成
熔合
應用
組成結構
性質
決定
決定
用途
元素
種類、含量
物理、
化學、
機械性能
相應
應用領域
熔合條件
時間、溫度等
深入認識
合金的結構、性質和應用
金屬材料的發展——新型合金
儲氫合金，記憶合金、鈦合金、耐熱合金……
“蛟龍號”
載人潛水器
鈦合金
儲氫合金
Ti-Fe合金、La-Ni合金
噴氣式飛機的發動機葉片是鎳鈷合金，耐高溫
了解儲氫合金工作原理
儲氫合金
金屬氫化物
常溫、常壓吸收H2
升溫或減壓
釋放H2
神奇的記憶合金
資料卡片——用途廣泛的稀土元素
鑭系元素(57～71號元素)及釔和鈧，共17種元素，稱為稀土元素。
我國是稀土資源大國。到目前為止，我國的稀土儲量、稀土產量、稀土用量和稀土出口量均居世界第一位。
稀土金屬既可以單獨使用，也可用于生產合金。在合金中加入適量稀土金屬，能大大改善合金的性能。因而，稀土元素又被稱為“冶金工業的維生素”。例如，在鋼中加入稀土元素，可以增加鋼的塑性、韌性、耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性和抗氧化性等。因此，稀土金屬廣泛應用在冶金、石油化工、材料工業（電子材料、熒光材料、發光材料、永磁材料、超導材料、染色材料、納米材料、引火合金和催化劑等）、醫藥及農業等領域。
知識：
課堂小結
Al2O3
Al
Al3+
AlO2-
H+
OH-
O2
H+
OH-
課堂小結
需求
開發
原料的選擇
性能優化
合金
生產條件、工藝
金屬材料開發思維模型
課后查詢
為什么乘坐飛機不能攜帶水銀溫度計
B
【變式】甲、乙兩燒杯中各盛有200 mL 3 mol·L－1的鹽酸和NaOH溶液，向兩燒杯中分別加入等質量的鋁粉，反應結束后，測得生成的氣體體積比為V(甲)∶V(乙)＝1∶2，則加入鋁粉質量為(　　)
A．10.8 g B．7.2 g C．5.4 g D．3.6 g
A
【例2】關于鐵鋁及其合金的說法不正確的是（ ）
A．生鐵的含碳量為2%～4.3%
B．稀土金屬可以用于生產合金
C．鋁是一種活潑金屬，鋁表面的保護膜和鋁均能與鹽酸發生反應
D．向裝有氫氧化鈉溶液的試管中放入未打磨的鋁片，一直觀察不到氣泡
D
【例3】某無色溶液中加入鋁粉可以生成H2,則在該溶液中一定能大量存在的離子組是(　　)
A.K+、Cu2+、N、Cl-
B.K+、Na+、S、Cl-
C.K+、Ca2+、HC、Cl-
D.Na+、Mg2+、Br-、S
B
【例4】鋁制易拉罐集滿CO2，然后加入過量NaOH濃溶液，立即封閉罐口，可以觀察到易拉罐漸漸凹癟；但過一段時間后，罐壁又重新凸起。已知部分物質的轉化關系如下圖：
上述過程中已經發生且正確的離子方程式是（ ）
A．
B.
C.
D.
A
【例5】某合金與鐵的物理性質比較如下表所示：
該合金不適合做 (　　)
A.炊具 B.飛機外殼 C.導線 D.門窗框架
熔點/℃ 密度/(g·cm-3) 硬度 (金剛石為10) 導電性
(銀為100)
某合金 2500 3.00 7.4 2.3
鐵 1535 7.86 4.5 17
C
【例6】工業生產中常將兩種或多種金屬(或金屬與非金屬)在同一容器中加熱使其熔合,冷凝后便得到具有金屬特性的熔合物——合金,這是制取合金的常用方法之一。請根據下表數據判斷，不宜用上述方法制取的合金是 (　　)
A. Fe-Cu合金 B. Cu-Al合金 C. Al-Na合金 D. Cu-Na合金
金屬 Na K Al Cu Fe
熔點/℃ 97.5 63.6 660 1083 1535
沸點/℃ 883 774 2467 2567 2750
D
【例6】下列有關合金的說法不正確的是（ ）
A. 硬鋁密度小、強度高，具有較強的抗腐蝕能力，是制造飛機和宇宙飛船的理想材料
B. 鎳鈷合金用于制造噴氣式飛機的發動機葉片，利用了合金的熔點低于成分金屬的性質
C. 稀土元素被譽為新材料的寶庫，又被稱為“冶金工業的維生素”
D. 我國“蛟龍”號載人潛水器的耐壓球殼是用鈦合金制造的
B
【例7】下列說法中正確的是（ ）
①鋁制餐具不宜用來蒸煮或長時間存放酸性、堿性或咸的食物
②常溫下鋁遇到濃硫酸鈍化，因此可用鋁槽儲運濃硫酸
③金屬元素被還原時一定生成金屬單質
④得電子越多，其氧化性越強
⑤Fe2O3俗稱鐵紅常用于油漆和涂料，也可用作煉鐵原料
⑥明礬常作為消毒劑
⑦鉻耐磨、耐腐蝕，可鍍在鋼鐵制品表面防生銹
A．①⑤⑥ B．①②⑤⑦ C．①②④⑤⑥ D．全部
B
選項 被提純物質 雜質 除雜試劑或方法
A FeCl3溶液 FeCl2 通入適量Cl2
B FeCl2溶液 FeCl3 加入過量鐵粉并過濾
C 鐵粉 鋁粉 加入過量NaOH溶液并過濾
D Fe(OH)3 Fe(OH)2 在空氣中灼燒
【例8】下列敘述不正確的是（ ）
D

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