【中学课件】应用广泛的金属材料P81.ppt

第一单元 应用广泛的金属材料,专题3 丰富多彩的生活材料,金属的性质及其应用常见合金的组成及应用金属的腐蚀与防护,http:/,学习目标1、了解常见金属制品的金属材料，认识金属材料在生产生活中的广泛应用。2、知道铝及其化合物的性质。3、了解常见合金的组成，知道生铁和钢等重要合金的性能，了解形状记忆合金在高科技领域中的重要应用。4、知道金属腐蚀的危害，认识防止金属腐蚀的重要性。5、知道各种防止金属腐蚀的方法及其原理。教学重点1、金属的性质。2、合金的概念，常见合金的组成。3、金属腐蚀的概念和分类教学难点 1、合金的性能不同于各成分金属的原因。2、化学腐蚀和电化学腐蚀的区别与联系。,http:/,人类使用材料的进化顺序,材料的分类,石器时代,青铜器时代,铁器时代,材 料,金属材料,非金属材料,合成高分子材料,传统无机非金属材料,新型无机非金属材料,专题3 丰富多彩的生活材料,http:/,旧石器时代人们利用燧石、鹿角和石头制作的工具,石器时代,专题3 丰富多彩的生活材料,新石器时代的石砚,http:/,青铜极品尊与盘,专题3 丰富多彩的生活材料,青铜器时代,商代的青铜礼器,司母戊鼎,http:/,四羊方尊,战国初期曾侯乙铜钟,专题3 丰富多彩的生活材料,青铜器时代,http:/,进入铁器时代，铜和铁作为金属材料一直被广泛地应用着,铁刃铜钺,专题3 丰富多彩的生活材料,铁器时代,越王勾践剑,http:/,专题3 丰富多彩的生活材料,绚丽多彩的金属世界,http:/,专题3 丰富多彩的生活材料,绚丽多彩的金属世界,http:/,专题3 丰富多彩的生活材料,绚丽多彩的金属世界,http:/,专题3 丰富多彩的生活材料,2008年9月25日神七成功发射!,http:/,下列金属制品通常是用哪些金属材料制成的?各利用了金属的哪些性质?,Al 导热性,Cu或Al 导电性,W 高熔点、导电,Sn、Pb、Bi、Cd 导电、低熔点,Au、Cu、Zn 延展性、金属光泽,Cu、Zn、Al、Ni等 延展性、有光泽,18K约含有75%Au；24K含有99%的Au,专题3 丰富多彩的生活材料,http:/,专题3 丰富多彩的生活材料,第一单元 应用广泛的金属材料,一、金属的性质及其应用,金属的共同物理性质,金属的导电性、导热性导电性：由于自由电子在外加电场的作用下产生定向移动形成电流。故金属容易导电。导热性：自由电子在运动时与金属离子相互碰撞，在碰撞过程中发生能量交换，使整块金属达到同样的温度。,金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的,http:/,一些金属的物理性质的比较,第一单元 应用广泛的金属材料,一、金属的性质及其应用,金属的共同物理性质,http:/,专题3 丰富多彩的生活材料,第一单元 应用广泛的金属材料,一、金属的性质及其应用,金属的共同物理性质,绝大多数金属有延展性当金属受到外力时，金属内原子层之间容易作相对位移，而金属离子和自由电子仍保持着金属键的结合力，金属发生变形而不易断裂，因此金属具有良好的延展性。,最细的白金丝直径不过1/5000mm,最薄的金箔只有1/10000mm厚,http:/,金属的一些物理性质及应用,第一单元 应用广泛的金属材料,一、金属的性质及其应用,金属的共同物理性质,http:/,1铝是一种活泼金属，为什么可用它制作铝锅?我们在使用铝制炊具时应注意什么问题?,表面有致密氧化物保护膜，保护里面的铝不与氧气等物质反应；注意不要破坏保护膜，同时不能盛放酸性或碱性食物，也不要用来盛放含盐食物。洗涤铝炊具时也不宜使用酸性或碱性的洗涤剂。,铝在常温下遇浓硫酸或浓硝酸时会产生钝化现象（表面生成致密保护膜）,2为什么铝制容器可盛装浓硫酸和浓硝酸?,交流与讨论,第一单元 应用广泛的金属材料,一、金属的性质及其应用,http:/,活动与探究,一、金属的性质及其应用,铝片表面无明显现象,铝片表面出现气泡,铝片表面附着一层红色的铜,铝片表面无明显现象,铝箔熔化，失去光泽，熔化的铝并不滳落，好象有一层膜兜着,http:/,第一单元 应用广泛的金属材料,一、金属的性质及其应用,铝是一种比较活泼的金属，具有两性，能与酸、强碱溶液反应；表面的铝能与空气中的氧气反应形成一层致密的氧化膜，具有一定的抗腐蚀能力；常温下，与强氧化性的酸（如浓硫酸、浓硝酸）接触时，表面会钝化；铝、氧化铝、氢氧化铝都具有两性，能与酸或强碱反应，请写出反应方程式,归纳：铝的性质,http:/,一些金属的物理性质的比较,第一单元 应用广泛的金属材料,一、金属的性质及其应用,http:/,讨论：1、为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制？,2、银的导电性比铜好，为什么电线一般用铜制而不用银制？3、为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？如果用锡制的话，可能会出现什么情况？4、为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬？镀金怎么样？,第一单元 应用广泛的金属材料,一、金属的性质及其应用,物质的性质在很大程度上决定了物质的用途，但这不是唯一的决定因素。在考虑物质的用途时，还需要考虑价格、资源、是否美观、使用是否便利，以及废料是否易于回收和对环境的影响等多种因素。,http:/,第一单元 应用广泛的金属材料,二、常见合金的组成及应用,http:/,第一单元 应用广泛的金属材料,二、常见合金的组成及应用,http:/,第一单元 应用广泛的金属材料,二、常见合金的组成及应用,http:/,第二次世界大战后，对材料提出一系列新要求，具有优异性能的工程塑料部分地代替了金属材料，合成纤维、合成橡胶、涂料和胶黏剂等都得到了相应的发展和应用。合成高分子材料的问世是材料发展中的重大突破，从此，以金属材料、陶瓷材料和合成高分子材料为主体，建立了完整的材料体系，形成了材料科学。金属材料的资源比较丰富，生产技术成熟，有大规模生产的经验，质量稳定、价格低廉、性能优异。,合成纤维,胶黏剂,涂料,合成橡胶(塑胶跑道),陶瓷材料,钢铁材料,http:/,金属材料,非铁合金,铁合金,钢铁,铝合金镁合金铜合金金银铂合金,铝合金轮毂,镁合金笔记本电脑,铂合金首饰,青铜器,钢铁航母,钢铁材料,第一单元 应用广泛的金属材料,二、常见合金的组成及应用,http:/,钢铁和非铁合金都是合金，什么是合金？合金有那些优良的性质？,合金是由两种或两种以上的金属（或金属跟非金属）熔合而成具有金属特性的物质。合金的硬度一般比它各成分金属的大，熔点一般比它的各成分金属的低。,第一单元 应用广泛的金属材料,二、常见合金的组成及应用,http:/,知识卡片,硬度一般比它各成分的金属的大，熔点一般比它的各成分的金属的低。,焊锡(18),67%锡(232.1),33%铅(327.7),保险丝(70),12.5%锡(232.1),25%铅(327.7),50%铋(271.4),第一单元 应用广泛的金属材料,二、常见合金的组成及应用,http:/,二、常见合金的组成及应用,http:/,二、常见合金的组成及应用,铁,不锈钢,http:/,含碳量,钢铁,（2%4%）生铁,（低于0.3%）熟铁,（0.3%2%）碳素钢,钢的含碳量越低，韧性越好，硬度越低；含碳量越高，韧性越差，硬度越高。,第一单元 应用广泛的金属材料,二、常见合金的组成及应用,http:/,铁合金,生铁（铁碳合金，含碳2%4.3%，硬度大、抗压性强、性脆，用于制造机座、管道）,钢,含碳0.03%2%，延展性、机械性能好，用于制造机械和交通工具。,碳素钢,高碳钢（硬度较大）中碳钢低碳钢（韧性较好）,合金钢,不锈钢（Cr18%,Ni8%）,锰钢（增加强度和韧性）,二、常见合金的组成及应用,http:/,一、常见合金的重要应用,二、钢,（1）含碳量,（2）钢的分类,钢的分类,铁合金,http:/,1、钢,2、非铁合金,（2）铝及铝合金,（3）钛和稀土金属,从金属的活泼性思考，为什么青铜是我国使用最早的合金？,（1）铜合金,二、常见合金的组成及应用,（1）含碳量,（2）钢的分类,铜合金,http:/,二、常见合金的组成及应用,铜合金,http:/,铝及铝合金,二、常见合金的组成及应用,1、钢,2、非铁合金,（2）铝及铝合金,（1）铜合金,（1）含碳量,（2）钢的分类,http:/,二、常见合金的组成及应用,铝及铝合金,http:/,二、常见合金的组成及应用,铝及铝合金,http:/,二、常见合金的组成及应用,第三套人民币硬币 1元硬币 铜镍合金 5角硬币 铜锌合金 2角硬币 铜锌合金 1角硬币 铜锌合金 第四套人民币硬币 1元硬币 钢芯镀镍 5角硬币 铜锌合金 1角硬币 铝镁合金 第五套人民币硬币 1元硬币 钢芯镀镍 5角硬币 钢芯镀铜合金 1角硬币 铝合金,http:/,2、铝及铝合金,3、钛和稀土金属,钛和稀土金属,（1）钛：具有银白色金属光泽，密度4.5g/cm3，熔点很高（1725），沸点3260。具有良好的延性和展性。在常温下，钛的外形很像钢铁，但远比钢铁坚硬，而重量只有同样大小的钢铁的一半。安然无恙的“躺”在各种强酸、强碱中；连最凶猛的酸王水，也不能腐蚀它。,金属钛,目前，钛主要用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船等尖端领域。这是因为钛的冶炼比较困难，冶炼钛要在高温条件下，而高温时钛的化学性质变得活泼，需用惰性气体保护，还要使用不含氧的材料，工艺要求，冶炼成本高于铁或铝。,“发现”号航天飞机,人造卫星,二、常见合金的组成及应用,http:/,钛合金“21世纪金属”,由于它有较高的强度、良好的抗氧化性和优异的耐腐蚀性，对人体无毒和无不良反应，还可作为人造骨的材料，因而又被称为“亲生物金属”。现在，钛合金已广泛应用于膝关节、肩关节、头盖骨的修复或再造。,二、常见合金的组成及应用,用钛合金制成的人造关节,http:/,神奇的形状记忆合金,记忆合金制成的眼镜框架,具有形状记忆功能的记忆合金在高科技领域、工业和民用部门发挥着独特的作用。镍记忆合金除了可以制作飞船的发射和接收天线外，还可用于制造玻璃暖房顶部窗户的启闭装置：当温度较高时，装置的弹簧自动伸长，顶冒打开，使之通风；气温降低时，弹簧自动收缩，使顶窗关闭。在医学方面，对脊椎骨弯曲的患者进行脊椎校直时，可将形状记忆合金制成的器件固定在脊椎骨上，受热时因器件伸长，而使脊椎被校直。用形状记忆合金制成的高级眼镜框架，扭曲折弯后，能够自动恢复成原来的形状，弹性好，经久耐用。,二、常见合金的组成及应用,http:/,神奇的形状记忆合金,二、常见合金的组成及应用,http:/,二、常见合金的组成及应用,实现月、地之间的信息沟通,1969年7月20日，乘坐“阿波罗-11号”登月舱的美国宇航员阿姆斯特朗在月球上踏下的第一个人类的脚印，谛听着这位勇士从月宫里传回的富于哲理的声音：“对我个人来说，这只是迈出的一小步；但对全人类来说，这是跨了一大步”。阿姆斯特朗当时的图像和声音就是通过形状记忆合金制成的天线从月球传输回地面的。,http:/,月球上使用的形状记忆合金天线,科学家用当时刚刚发现不久的形状记忆合金丝制成了如图（a）所示的抛物线形天线。在宇宙飞船 发射之前，首先将抛物面天线折叠成一个小球，如图（b）所示，这样很容易就能装进宇宙飞船上的登月舱内。当登月舱在月球上成功着陆后，只需利用太阳的辐射能对小球加温，折叠成球形的天线因具有形状“记忆”功能便会自然展开，恢复到原始的抛物面形状，如图（c）所示,二、常见合金的组成及应用,http:/,医用腔内支架的应用原理示意,（a）预压缩（b）受热扩张后（c）植入腔道内效果,二、常见合金的组成及应用,http:/,练习,1下列物质，不属于合金的是（）A硬铝 B黄铜 C钢铁 D水银2我国使用最早的合金是是（）A青铜 B白铜 C生铁 D石块3下列几种合金硬度最大的是（）A生铁 B低碳钢 C中碳钢 D高碳钢4合金有许多特点，如：NaK合金为液体，而单质的 Na、K均为固态。据此推测生铁、铁、碳三种物质中，熔点最低的是。（）A生铁 B纯铁 C碳 D无法确定,D,A,A,A,二、常见合金的组成及应用,http:/,练习,5除去铜粉中的铝粉，不可选用的试剂是（）A稀硫酸 BCuSO4溶液 CNaOH溶液 DAgNO3溶液6铝在人体内引起慢性中毒，引起老年痴呆症，1989年世界卫生组织将铝确定为“食品污染源之一”而加以控制。铝在下列使用场合一般无需控制的是（）A电线电缆 B牙膏皮 C制造炊具餐具 D糖果香烟包装,D,A,二、常见合金的组成及应用,http:/,练习,7古代的药金与金相似，常被误认为金子，冶炼的方法如下：将碳酸锌、赤铜（Cu2O）、木炭混合加热到800，得到金光闪闪的“药金”。（1）冶炼的化学方程式_（2）药金的主要成分_,Cu和Zn,二、常见合金的组成及应用,http:/,铁锈斑斑,http:/,四川省宜宾市城区的南门大桥,钢铁生锈造成大桥断裂！,断裂,http:/,铜器表面生成一层薄薄的铜绿铜绿的主要成分是Cu2(OH)2CO3,http:/,三、金属的腐蚀与防护,铁合金在使用过程中发生锈蚀的原因是什么?为什么炒过菜的铁锅没有及时清洗容易生锈?,铁合金在使用过程中发生锈蚀，是因为在潮湿环境下的铁合金大多数情况下会发生“微电池”腐蚀，属于电化学腐蚀，其本质是形成了原电池。,炒过菜的铁锅残留有烹饪用的食盐等电解质，溶解在水中形成了电解质溶液，如不及时洗净很容易发生电化学腐蚀。,http:/,金属的腐蚀现象非常普遍：,1、钢铁生锈：铁锈的主要成分：Fe2O3xH2O2、铜器表面生成铜绿：铜绿的主要成分：Cu2(OH)2CO3,金属腐蚀的危害！,P89,三、金属的腐蚀与防护,http:/,三、金属的腐蚀与防护,1、金属腐蚀的定义：指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。,2、金属腐蚀的分类1）化学腐蚀2）电化学腐蚀（电化腐蚀）,http:/,化学腐蚀,金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。,原理：,氧化还原反应,例如：,铁与氯气直接反应,钢管被原油中的含硫化合物腐蚀,三、金属的腐蚀与防护,http:/,电化学腐蚀,不纯的金属(或合金)跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化的反应。,原理：,原电池反应,本质：,氧化还原反应,例如：,钢铁在潮湿的空气中被腐蚀,三、金属的腐蚀与防护,http:/,化学腐蚀与电化学腐蚀的比较,不纯金属或合金,电解质溶液,较活泼金属被氧化,有微弱电流产生,金属被氧化,三、金属的腐蚀与防护,http:/,条件：1、有电解质溶液（水膜）2、有活泼性不同的两种金属或其中一种是导电非金属（Fe和C）3、闭合回路,电极判断：,比较活泼的一极是负极（Fe）,比较不活泼的是正极（C）,三、金属的腐蚀与防护,金属的电化学腐蚀原理,http:/,负极（Fe）：Fe-2e-=Fe2+,钢铁的电化学腐蚀（析氢腐蚀）（水膜酸性较强）,正极（C）：2H+2e-=H2,三、金属的腐蚀与防护,http:/,三、金属的腐蚀与防护,http:/,负极（Fe）：Fe 2e-=Fe2+,正极（C）：O2+2H2O+4e-=4OH,钢铁的电化学腐蚀（吸氧腐蚀）（水膜酸性很弱或呈中性）,三、金属的腐蚀与防护,http:/,三、金属的腐蚀与防护,http:/,原电池反应可加快金属腐蚀,海边的铁制品比较容易生锈，为什么？,三、金属的腐蚀与防护,http:/,三、金属的腐蚀与防护,http:/,金属腐蚀给生产生活带来很多不便，造成了巨大的经济损失。据报道，全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约达7 000亿美元，是地震、水灾、台风等自然灾害造成损失总和的6倍。我国因金属腐蚀造成的损失占国民生产总值(GNP)的4，钢铁因腐蚀而报废的数量约占钢铁当年产量的2530。金属腐蚀还可能造成环境污染。例如，重金属制成的材料被腐蚀后，重金属离子就会进入到水体、土壤中，引起重金属污染。因此，采取各种措施防止金属的腐蚀十分必要。,三、金属的腐蚀与防护,http:/,金属防护的方法（结合日常生活经验谈谈）,（1）改变金属内部结构（2）加保护层（3）外加活泼电极保护法,制成各种合金,涂油漆、涂油、电镀、喷镀、制成氧化膜、喷塑等。,牺牲锌块来保护船身、牺牲镁块来保护地下钢铁管道,http:/,分析这些防腐方法的原理。1铁质自来水管为什么要镀锌?2自行车车轮钢圈镀铬有什么作用?铬是如何镀上去的?3汽车车身、轮船外壳喷涂的油漆起什么作用?4有些小刀的刀片表面带有蓝黑色的光泽，这是经过“烤蓝”处理形成的。你知道什么是“烤蓝”吗?为什么刀片要经过“烤蓝”处理?5暂时不使用的刀具等金属器件要擦干并涂上油或是凡士林，为什么?6用不锈钢代替碳钢制作钢铁器件有什么好处?,原电池，先腐蚀锌,铬耐腐蚀且保持光亮美观,电镀,防止铁与水和氧气接触,表面经过处理形成致密氧化膜保护层，为深蓝色或黑色的磁性氧化铁(四氧化三铁),隔绝水和氧气,改变内部结构,使之耐腐蚀,http:/,使用马口铁：在铁皮镀上千分之一厘米的锡，可隔绝空气与水,三、金属的腐蚀与防护,http:/,有些盛放食品的铁罐是用“马口铁”(镀锡铁皮)制成的；屋檐的水槽、浇花用的水壶和水桶等器具一般是用白铁皮(镀锌铁皮)制成的。当“马口铁”铁罐被腐蚀时，锈斑呈点状分布，锈孔容易穿透铁罐；而白铁皮水槽被腐蚀时，锈斑容易在面上扩展开来，镀锌层先被腐蚀而内部的铁却不易被锈蚀。你知道造成这种现象的原因吗?,分别形成铁-锡原电池和铁-锌原电池，前者是先腐蚀铁而易出现透孔现象，后者是先腐蚀锌保护铁，因此会只在表面扩散。,三、金属的腐蚀与防护,http:/,使用不锈钢,http:/,在金属表面烤漆,http:/,刷油漆,http:/,外面包上一层塑料层,http:/,某些工具的“机械传动部位”，能用油漆来防锈吗？,不能用油漆来防锈，而是选用油脂,应选用什么呢？,http:/,船身如何防腐蚀的？,牺牲阳极的阴极保护,船身上装锌块,三、金属的腐蚀与防护,http:/,牺牲金属保护法,三、金属的腐蚀与防护,http:/,经过烤蓝处理的螺丝刀,http:/,http:/,合理选择防腐方法,考虑因素:1金属制品的使用期限。2金属制品的使用环境。3对金属制品外观的要求。,http:/,三、金属的腐蚀与防护,(1)改变金属的内部组织结构，如(2)在金属表面覆盖保护层，如(3)电化学保护法（消除引起金属发生电化腐蚀的原电池反应的方法）在要保护的金属上连接比该金属更活泼的金属或合金,不锈钢,覆盖油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化成致密的气化膜等,金属防护的方法,http:/,