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鐵合金 鋁合金
第三章 鐵 金屬材料
宏觀辨識與微觀探析：
以鐵合金、鋁合金為例，能從元素組成上對合金進行分類，并認識不同類型金屬材料組成、性能與應用的聯系，強化性能決定用途的觀念。
證據推理與模型認知：
通過對化學實驗現象的觀察進行適度的推理，建立證據意識，能基于證據對物質組成、結構及其變化提出可能的假設，通過分析推理加以證實。
科學探究與創新意識：
通過完成鋁及其化合物的實驗，初步體驗有序地、全面地、敏銳地觀察實驗現象，并能準確地用語言描述，嘗試對現象進行分析、歸納，了解科學探究的基本方法，培養初步的科學探究能力。
金屬材料的發展歷史
商朝
后母戊鼎
東漢
馬踏飛燕
鳥巢體育館
和諧號動車
春秋
銅柄鐵劍
神州飛船
一、認識合金
資料卡
青銅是合金冶煉史上最早的合金，通過往純銅中加入錫或鉛的合金煉成。相較于紫銅（及純銅），青銅硬度高且熔點低，鑄造性好，更適合制作刀劍及工具
一、認識合金
資料卡
青銅是合金冶煉史上最早的合金，通過往純銅中加入錫或鉛的合金煉成。相較于紫銅（及純銅），青銅硬度高且熔點低，鑄造性好，更適合制作刀劍及工具
商朝
后母戊鼎
春秋
銅柄鐵劍
東漢
馬踏飛燕
什么是合金？
合金的性質與其成分金屬有何差異？
一、認識合金
【定義】由兩種或兩種以上的金屬與金屬（非金屬）熔合而成的具有金屬特性的物質。
【性質】
1.硬度：合金的硬度一般大于其成分金屬。
2.熔點：合金的熔點多數低于其成分金屬。
3.化學性質：合金中各成分金屬的化學性質不變。
合金的硬度為什么比純金屬大？
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
差異原因
在純金屬內加入其他元素形成合金以后，結構發生了變化，使合金的性能與純金屬有很大的差異。
鐵的儲量遠大于銅，為什么青銅器會優先于鐵器出現？
春秋后期，人們依然能應用生鐵冶鑄技術冶煉出質硬脆而脆的生鐵。生鐵冶鑄是指在高溫下將鐵礦石還原成鐵，得到的鐵會吸收碳，其熔點隨之降低，滲碳2%—4.3%稱為生鐵。生鐵可鑄不可鍛，古代冶金師們不斷改進煉鐵工藝，發明了“百煉鋼技術”和“灌鋼技術”，降低含碳量，提高韌性，降低脆性，含碳量將至0.03%—2%即為鋼。
資料卡片
二、鐵合金
生鐵和鋼
生鐵 鋼
含碳量 2%~4.3% 0.03%~2%
性能 生鐵硬度大，抗壓、性脆，可鑄不可鍛 強度大，韌性好，有良好的延展性，機械性能好，
可鑄可鍛
鋼是用量最大、用途最廣的合金
二、鐵合金
鋼
碳素鋼 合金鋼（特種鋼）
相同點 都是合金 不同點 含碳量較低的碳合金 在碳素鋼中加入了合金元素（不銹鋼主要加入鎳和鉻）
性能 含碳量高的碳素鋼，硬度大；含碳量低的碳素鋼，韌性強 不銹鋼在空氣中比較穩定，不易生銹，具有很強的抗腐蝕能力
二、鐵合金
鐵合金
生鐵
鋼
碳素鋼
合金鋼
低碳鋼
中碳鋼
高碳鋼
(2%—4.3%)
(0.03%—2%)
根據含碳量不同
(低于0.3%)
(0.3%—0.6%)
(高于0.6%)
韌性、焊接性好，但強度低，用于制造鋼板、鋼絲和鋼管等
強度高,韌性及加工性好,用于 制造鋼軌、車輪和建材等
硬而脆,熱處理后彈性好,用于 制造器械、彈簧和刀具等
根據化學成分
根據含碳量不同
含碳量不同的鐵合金微觀結構不同，鐵、碳原子的排列方式不同，決定了其不同的性能和用途
調節合金性能的基本措施
1.改變合金元素的種類
2.改變合金元素的含量
3.改變生成合金的條件
鋁制易拉罐——碳酸飲料的不二選擇
思考：
碳酸飲料易拉罐為何選擇了鋁質材料？
三、鋁合金
問題1.鋁作為較活潑金屬，其制品的耐腐蝕性從何而來？
鋁制餐具
鋁合金門窗
失去3個電子
鋁的化學性質活潑，具有較強的還原性。
K Ca Na Mg Zn Fe Sn Pb H Cu Hg …
Al
3+
鋁是一種活潑的金屬，為什么卻能在空氣中穩定的存在？
鋁表面會與空氣中氧氣生成一層致密的氧化鋁薄膜，保護內部金屬。
4Al+3O2 = 2Al2O3
在一支試管中加入5 mL鹽酸，再向其中放入一小塊鋁片，觀察現象。一段時間后，將點燃的木條放在試管口，你觀察到什么現象
在兩支試管中分別加入少量NaOH溶液，然后向其中一支試管中放入一小塊鋁片，向另一支試管中放入用砂紙仔細打磨過（除去表面的氧化膜）的一小塊鋁片。觀察現象。一段時間后，將點燃的木條分別放在兩支試管口，你觀察到什么現象
實驗操作
實驗現象
實驗原理
鋁片逐漸溶解，一段時間后產生氣泡，試管壁有發熱現象；將點燃的木條放在試管口，觀察到淡藍色火焰，爆鳴聲。
Al2O3＋6H+===2Al3+＋3H2O,
2Al＋6H+ ===2Al3+＋3H2↑
實驗操作
實驗現象
實驗原理 開始沒有氣泡，一段時間后才產生氣泡，鋁片逐漸溶解，將點燃的木條放在試管口有爆鳴聲。
Al2O3＋2OH- + 3H2O ===2Al(OH)4-
立即產生大量氣泡，鋁片逐漸溶解，將點燃的木條放在試管口有爆鳴聲。
兩支試管均放出H2，鋁、氧化鋁均能與NaOH溶液反應。
6H2O +2Al＋ 2OH- === 2Al(OH)4- ＋3H2↑
2Al + 2NaOH +6H2O = 2Na[ Al(OH)4]+ 3H2↑
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[ Al(OH)4]
鋁制餐具為何不易用來蒸煮或長時間存放酸性或堿性食品？
由于Al和Al2O3均能與酸、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。
為什么生活中很少見到以純鋁為材料的制品？
純鋁的硬度和強度都比較小，不適合作為生產生活中的材料使用，使用較多的是具有不同組成和性質的鋁合金。
鋁合金：鋁合金是目前用途廣泛的合金之一
主要組成元素 主要特性 主要用途
鋁合金 硬鋁 Al、Mg、Cu、Si、Mn等(Mg 0.5%、Cu 4%、Si 0.7%、Mn 0.5%) 密度小，強度和硬度都比純鋁的大，具有較強的抗腐蝕能力 用于汽車、飛機、火箭、船舶等制造業
鎂鋁合金 Mg、Al 強度和硬度都比純鋁和純鎂的大 用于火箭、飛機、輪船等制造業
鋁
存在
物理性質
化學性質
硬鋁
鋁、氧化鋁的性質——與酸反應
鋁、氧化鋁的性質——與堿反應
金屬材料
合金
鐵合金
鋁合金
生鐵
鋼
碳素鋼
合金鋼
鋁和氧化鋁
1.下列關于合金的敘述中正確的是(　　 )
A．合金是由兩種或多種金屬熔合而成的
B．日常生活中用到的五角硬幣屬于銅合金
C．合金在任何情況下都比單一金屬性能優良
D．鋼不屬于合金
B
2.下列敘述正確的是(　　 )
A．通過物理變化使鐵制品表面生成致密的氧化膜，可以防止生銹
B．常見的合金鋼主要有硅鋼、錳鋼、鎢鋼和不銹鋼
C．氧化物只能作氧化劑，不能作還原劑
D．生鐵中的球墨鑄鐵，沒有機械強度，所以在任何場合都不可以代替鋼
B

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