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1、 第三章 第3节用途广泛的金属材料 学习目标 学习从化学组成、材料制备、性能、加工、使用注意事项及环境保护六个角度对材料进行分析的方法。了解合金及其一般性质 了解常见合金的种类、性质和用途 了解金属冶炼的一般方法金属元素大约 80%为金属元素AlFeCu稀土金属稀土金属金属材料易拉罐从化学的角度，你想了解或研究构成易拉罐材料的哪些内容？为什么？我看到易拉罐化学材料易拉罐到底是什么材料做的？为什么一定要用这种材料？不可以替代吗？这种材料怎么来的啊？用这种材料做易拉罐到底好不好啊？这种材料环保？易拉罐的由来1935年美国一家啤酒公司将啤酒装入铁罐中二战后期大量运往欧洲，供给美军二战后，由于二战美国
2、老兵对灌装啤酒的需求，铁罐啤酒被保留1958年第一支铝制的易拉罐诞生1967年可口可乐公司开始使用易拉罐目前几乎所有知名饮料均会采用易拉罐包装早期啤酒装入玻璃瓶中 早期啤酒装入玻璃瓶中生产商尝试将啤酒重新装回玻璃瓶中 生产商尝试将啤酒重新装回玻璃瓶中为什么易拉罐采用铝作为主要材料？易拉罐包装相对于其他包装材料有什么优势？为什么？为什么Al制品不易生锈？性质 性质 密度 密度g g cm cm-3-3熔点 熔点摄氏度 摄氏度沸点 沸点摄氏度 摄氏度颜色 颜色Al Al 2.7 2.7 660.37 660.37 2494 2494银白色 银白色Al Al2 2O O3 33.9 3.9 2050
3、 2050 2980 2980白色 白色在空气中，铝的表面很容易生成一层稳定的氧化膜，保护了内层的铝。但是天然形成的氧化膜很薄，耐磨性和抗腐蚀性不够强，为了使铝制品适用于不同的用途，通常还需要用化学方法对铝的表面进行处理铝本身的性质铝材料的相关性能在很大程度上决定 在很大程度上决定物理性质物理性质延展性 延展性 低密度 低密度化学性质化学性质与 与O O2 2反应 反应形成致密的保护膜 形成致密的保护膜铝材料的用途在很大程度上决定 在很大程度上决定易于加工 易于加工抗压 抗压不易生锈 不易生锈 材质轻 材质轻承受 承受CO CO2 2的压力 的压力携带 携带轻便 轻便罐体可以 罐体可以长期放置
4、 长期放置性质决定性能 性能决定用途为什么Al早期价格昂贵？后来价格逐渐下降，得以广泛使用？拿破仑三世在宴请宾客的时候，客人使用金银器皿，自己使用铝制器皿，已显自己身份的高贵英国化学会为表示对门捷列夫的敬意，送给他铝制的花瓶和杯子1827年德国化学家维勒3K+AlCl3 3KCl+Al一定条件1854年法国化学家德维尔3Na+AlCl 3Na+AlCl3 3 3NaCl+Al 3NaCl+Al一定条件1886年法国化学家埃鲁1886年美国化学家霍尔2Al 2Al2 2O O3 3 4 Al+3O 4 Al+3O2 2电解铝价格变化的趋势(美元/kg)更早 1858 1890 1911 240
5、72 3.0 0.29材料的价格：原料的天然来源制造的工程与工艺世界卫生组织不推荐Al作为易拉罐的主要材料科研人员调查过52种易拉罐，比瓶装高36倍的Al3+，Al3+过多会造成智力低下，行为异常，抑制有机机体对磷的吸收，干扰人体体内正常的钙磷代谢铝制品不易用来盛装醋、酸梅汤或碱性的液体Al+HClAl+NaOH铝的化学性质易拉罐中的Al3+是怎么来的？为什么Al制品盛装碱液也不可以？内层涂有环氧树脂易拉罐虽小，看似简单，但生产易拉易拉罐虽小，看似简单，但生产易拉罐需要的精度和生产飞机机翼的精度罐需要的精度和生产飞机机翼的精度是一样的是一样的除了主体成分是除了主体成分是AlAl外，还含有大约外
6、，还含有大约 1/100 Mn1/100 Mn；1/100 Mg1/100 Mg；4/1000 Fe4/1000 Fe；2/1000 Si2/1000 Si；1.5/1000 Cu1.5/1000 Cu易拉罐来源与制备 来源与制备 主要成分 主要成分 性质与性能 性质与性能使用注意事项 使用注意事项电解法制电解法制AlAlAlAl物理性质物理性质化学性质化学性质AlAl制品不易制品不易盛酸碱盛酸碱可持续发展与环境保护对于易拉罐，我们了解了什么易拉罐与可持续发展和环境的关系易拉罐的消耗量巨大，美国每天消耗易拉罐的消耗量巨大，美国每天消耗33亿个易拉罐亿个易拉罐铝土矿铝每生产每生产11吨，耗电量为
7、吨，耗电量为10001000度度回收易拉罐铝每生产每生产11吨，耗电量为吨，耗电量为590590度度铝制饮料罐可回收利用据估算，回收一个铝制饮料罐比制造一个新饮料罐节省20%,而且还可以节约金属资源和95%的能源。我看到易拉罐化学材料 易拉罐到底是什么材料做得的？为什么一定要用这种材料？不可以替代吗？这种材料怎么来的啊？用这种材料做易拉罐到底好不好啊？这种材料可回收吗？XXX到底是什么材料做得的？为什么一定要用这种材料？不可以替代吗？这种材料怎么来的啊？用这种材料做XXX到底好不好啊？这种材料可回收吗？生活中金属金属材料材料研究模型青铜时代铁器时代人类对材料的探索电子时代无机非金属材料金属材料
8、 未来高分子材料复合材料石器时代天然材料复合材料发现新材料 利用新材料为人类服务利用新材料的性能我们需要什么性能材料主动研发材料综合材料、化学、物理等知识自润滑性自润滑性耐高温耐高温耐低温耐低温化学性质稳定化学性质稳定热传导性好热传导性好我们需要什么性能材料主动研发材料综合材料、化学、物理等知识不粘锅特富龙由两种或两种以上的金属（或金属跟非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。合金的优良性质：合金：硬度大于其纯金属成分，熔点低于其纯金属成分合金合金纯金属金属合金金属 其他金属或非金属合金：在金属中加热熔合某些金属或非金属而制得的具有金属特征的物质。铜合金青铜黄铜白铜（铜、锡及少量的铅）（铜、锌及
9、少量的锡、铅、铝等）（铜、镍、锌及少量的锰）有良好的强度和塑性、耐磨、耐腐蚀，主要用于制造机械零件如轴承、齿轮等。有良好的强度和塑性、易加工、耐腐蚀，用于制机械零件、仪表和日用品。不易生铜绿，常被用来制造精密仪器和装饰品。1939年在河南安阳殷墟出土的商代后期制作的司母戊鼎，含铜84.8%、锡11.6%、铅2.8%，属于青铜制品。他的工艺精湛，充分体现了我国光辉灿烂的古代科技。在黄铜中加入1%的锡,能够显著改善黄铜的抗海水和海洋大气腐蚀的能力，因此被称为“海军黄铜”。钢碳素钢（铁和碳 的合金）合金钢（在碳素钢中加入铬、锰、钨、镍、钼、钴、硅等合金元素）低碳钢含碳量低于0.3%中碳钢含碳量为0.
10、3%0.6%高碳钢含碳量高于0.6%韧性、焊接性好，但强度低，用于制钢板、钢丝、钢管等强度高，韧性及加工性好，用于制钢轨、车轮和建材等硬而脆，热处理后弹性好，用于制器械、弹簧、刀具等具有各种不同的优良性能，用于制不锈钢及各种特种钢名称 主要合金元素 主要特征 主要用途锰钢 锰韧性好、硬度大 钢轨、轴承、挖掘机铲斗、坦克装甲不锈钢 铬、镍抗腐蚀性好 医疗器械、容器、炊具 硅钢 硅导磁性好 变压器、发电机和电动机中的铁芯 钨钢 钨耐高温、硬度大 刀具几种常见合金钢的主要特性和用途 从对合金成分及性能的分析，你能得出什么结论？使用不同的原料，改变原料的配比，变更制造合金的工艺等，可以制得具有不同性能
11、的合金，从而可以满足生产及科研工作的不同用途和要求。刚金属的冶炼方法 金属中多数的化学性质比较活泼,在自然界中主要以化合态存在，使用的金属大多是人工制得的。金属冶炼的实质就是还原的方法，使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。因为金属离子得电子的能力不同，工业上采用不同的冶炼方法。K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag电解法热还原法 热分解法不同金属冶炼方法的选择K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag2HgO=2Hg+O22Ag2O=4Ag+O2活泼金属 较活泼金属 不活泼金属高温Fe2O3+3CO=2Fe+3CO22A
12、l2O3=4Al+3O22NaCl=2Na+Cl2电解电解Cr2O3+2 Al=2Cr+Al2O3高温WO3+3 H2=W+3H2O高温练习1：试分析钢铁、铝、铜等能够成为大量使用的金属材料的原因。工业上制取铁、铜、铝较容易，而且价格相对较便宜，常温下它们的化学性质相对较稳定，且较耐腐蚀，硬度、强度、机械性能相对较好，而且它们可以回收加工再利用。练习2：制造高压电缆的线材有以下几种：铜线、铝线、钢芯铝线。试分析它们的共性和特性。金属的哪些性质决定了它们可用于制造电缆？共性：它们有良好的导电性和延展性。特性：铜密度较大，铜线较重；铝密度小，铝线较轻，钢适中。制造电缆的金属必须具有良好的导电性、延
13、展性、密度较小，化学性质相对稳定。练习3：下列物质中，不属于合金的是()A.硬铝 B.黄铜 C.钢铁 D.水银D练习4:下列对合金的说法正确的是()A.合金中至少含有两种金属元素B.合金中的金属元素以化合物的形式存在C.黄铜是纯净物D.合金中也可以含有非金属D练习5：自然界的地壳中，含量居前两位的金属元素是（）A.Fe Al B.Ca Fe C.Al Fe D.Al CaC练习6：选用金属材料时，以下方面需要考虑的是（）（1）主要用途（2）物理性质、化学性质（3）价格（4）加工难度（5）日常维护（6）环境保护A.（1）（2）（3）B.（3）（4）（5）C.（1）（5）（6）D.（1）（2）（3
14、）（4）（5）（6）D练习7：铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。下列与这些用途无关的()A.不易生锈 B.导电性好 C.密度小 D.强度大B练习8：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，因此物理性质是一样的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完全相同B练习9：铝硅合金（含Si 13.5%)在凝固时收缩率很小，因而这种合金适合铸造。对于铝和铝硅合金的熔点比较正确的是（）A.大于 B.小于 C.等于 D.无法确定A练习10：下列举措不能防止或减缓钢铁锈蚀的是（）A.在钢铁制品表面镀一层金属锌B.将钢铁制品放置在潮湿处C.在钢铁中加入锰、铬等金属，以改变 钢铁的结构D.将钢铁制品表面涂一层油漆B