第一节　合金优质教案设计

第一节

合金

课程目标

1．了解合金的定义及特点。

2．认识金属与合金在性能上的主要差异，知道生活中常见合金的组成。

3．了解铁合金、铝合金和铜合金的组成、性能和用途。

情境思考

上海世博会的各参展国借助领先的技术，将创意理念多元化地展示在展馆的建筑方面，而新材料正是体现这种技术与创意的载体之一。阿联酋馆在设计中采用了一种玫瑰金色的不锈钢板材。这种特殊建筑材料在一定的自然环境下，建筑外观达到了颜色变幻、绚丽多彩的效果，使整座建筑产生一种流动的感觉。不锈钢属于合金，什么是合金？

提示：合金是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。

基础知识

一、认识合金

1．合金的概念

由两种或两种以上的___________(或___________与___________)熔合而成的具有________的物质。

2．合金的性能

合金与其各成分金属相比，具有许多优良的物理、化学或机械性能。

(1)合金的硬度___________。

(2)多数合金的熔点一般比各成分金属的___________。

(3)合金的性能可以通过所添加的合金元素的__________、含量和生成合金的___________等来加以调节。

思考：合金是混合物还是纯净物？最早使用的合金是什么？

二、使用合金

1．铁合金

(1)生铁和钢的比较。

生铁

碳的质量分数

机械性能

机械加工

使用范围

硬而脆，无韧性

可铸，不可锻

较小

钢

坚硬，韧性大，塑性好

可铸，可锻，可压延

广泛

(2)钢的分类。

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(3)不锈钢的性能和用途。

①性能：不锈钢是最常见的合金钢，它的合金元素主要是______。不锈钢在大气中比较______，不容易生锈，具有很强的______能力。

②用途：不锈钢具有优良的性能，使它在化工生产、医疗器械制造、建筑装潢及人类生活中得到了广泛的应用。生活中常见的医疗器械、厨房用具和餐具等很多都是用不锈钢制成的。

2．铝合金和铜合金

(1)硬铝：合金元素为_______________和_____________等。硬铝__________小、___________高、________强。适用于制造飞机和宇宙飞船。

(2)铜合金：黄铜中合金元素是Cu、Zn。青铜中合金元素是Cu、Sn。

3．新型合金

(1)储氢合金：TiFe合金和LaNi合金等。

(2)钛合金：密度小、强度高、韧性好、耐腐蚀。

(3)耐热合金、形状记忆合金等。

答案:1.金属

金属

非金属

金属特性

2．(1)较大

(2)低

(3)种类

条件

思考

提示：合金是混合物。最早使用的合金是铜合金。

二、1.(1)2%～4.3% 0.03%～2% (2)含碳量不同

一定量的一种或几种其他元素

(3)Cr、Ni 稳定

抗腐蚀

2．(1)Cu、Mg、Mn Si 密度

强度

抗腐蚀性

重点难点

一、铁合金的分类及特点

生铁

硬而脆，不宜进行铸造和机械加工

种类：低碳钢、中碳钢、高碳钢

碳素钢

铁合金

用途：低碳钢和中碳钢常用于制造机械零件、钢管等，高碳钢常用于制造刀具、量具和模具等

钢

合金钢

在碳素钢中加入一种或几种其他元素制成的具有特殊性能的钢。例如，常用的不锈钢的合金元素是铬和镍，抗腐蚀性能好；锰钢的合金元素是锰，韧性好、硬度大，常用于制造钢轨、轴承等

二、不锈钢不与酸、碱、盐反应的原因

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不锈钢中添加的元素主要是Ni和Cr，Cr是防氧化元素，使不锈钢表面形成一层致密的氧化物保护膜，防止内部的Fe与外界物质接触；Ni是防腐蚀元素，使不锈钢在多种酸、碱、盐溶液中也能具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性。

三、两种常见的铝合金与铜合金

合金名称

硬铝

铝合金

镁铝合金

黄铜(Cu Zn) 含锌20%～36% 铜合金

青铜(Cu Sn) 含锡10%～30% 组成

含铜、镁、锰、硅

镁、铝

主要性质

强度和硬度都比纯铝大

强度和硬度大

有良好的强度和塑性、易加工、耐腐蚀

有良好的强度和塑性、耐磨、耐腐蚀

主要用途

建筑用门窗，火箭、飞机、轮船等制造业

火箭、飞机、轮船等制造业

机器零件、仪表和日用品

机器零件，如轴承、齿轮等

四、认识几种新型合金

1．储氢合金

H2＋储氢合金金属氢化物

常见的储氢合金一般为TiFe合金、LaNi合金。

2．其他合金

形状记忆合金：形状记忆合金是一种新的功能金属材料，用这种合金做成的金属丝，即使将它揉成一团，但只要达到某个温度，它便能在瞬间恢复原来的形状。最早研究成功的形状记忆合金是NiTi合金。它的优点是可靠性强、功能好，但价格高。

钛合金：钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。钛合金的优点：①强度高；②耐热性强；③抗蚀性好；等等。

典型例题

知识点1 常见合金的组成

【例题1】

(2012·福建福州期末)某化学兴趣小组对某奖牌中金属的成分提出猜想：甲认为该金属是由纯金制成；乙认为该金属是由金银合金制成；丙认为该金属是由黄铜(铜锌合金)制成。为证明甲、乙、丙猜想的正误，可取少量制造该奖牌的材质粉末，加入一种试剂，该试剂应是(

)。

A．硫酸铜溶液

B．硝酸银溶液

C．盐酸

D．稀硝酸

解析：稀硝酸能与大多数金属反应，不能与极不活泼的金等反应。取奖牌的材质粉末加入稀硝酸中，若观察到材质全部溶解，则丙猜想正确；若观察到材质部分溶解，则乙猜想正确；若观察到材质一点没有溶解，则甲猜想正确。

答案：D 点拨：在分析合金的组成时，应注意：

(1)根据元素单质的性质判断单质的存在，特别是一些单质的特殊性，如Al与NaOH溶液反应，Si与NaOH溶液反应等。

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(2)加入试剂时注意反应的单一性，即加入一种试剂与一种成分反应。

知识点2 新型合金的性质及用途

【例题2】

钛(Ti)因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注，是航空航天、军工、电力等方面的必需材料。

(1)钛和钛的合金具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工，钛合金与人体有很好的“相容性”。根据它们的主要性能，下列用途不切合实际的是________。

A．用来作保险丝

B．用于制造航天飞机

C．用来制造人造骨

D．用于制造船舶

(2)常温下钛不与非金属、强酸反应。红热时，却可与常见的非金属单质反应。地壳中含钛矿石之一称金红石(TiO2)，目前大规模生产钛的方法是：

第一步：金红石、炭粉混合，在高温条件下通入氯气制得TiCl4和一种可燃性气体。该反应的化学方程式：____________________________，该反应的还原剂是______________。

第二步：在氩气的气氛中，用过量镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛。

简述由上述所得产物中获取金属钛的步骤__________________________。

解析：(1)物质的性质决定其用途。由题干知钛和钛合金的熔点高，不能用来作保险丝；钛密度小、熔点高、可塑性好，可用于制造航天飞机及船舶；与人体有很好的“相容性”，可制造人造骨。

(2)第一步得到的可燃性气体应是CO，结合原子守恒及电子转移守恒，化学方程式应为TiO2＋2C＋2Cl2

TiCl4＋2CO，该反应中，碳元素化合价升高，C作还原剂；第二步应Ti＋2MgCl2，所得产物含杂质镁(镁过为镁置换钛的反应，化学方程式为TiCl4＋2Mg

量)、MgCl2，利用钛不与强酸反应，应加足量盐酸除去过量杂质镁，过滤即得钛。

答案：(1)A (2)TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO 炭

加入足量盐酸，除去过量镁，过滤，洗涤

点拨：钛由于具有较高的强度、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，可作为人造骨的材料。

随堂练习

1 (2012·山东枣庄质检)下列说法不正确的是(

)。

A．我国最早使用的合金是由铜锌合金制成的青铜器

B．储氢合金是一类能大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料

C．一般汽车配件中的发动机使用的是密度小、强度大且耐腐蚀的铝合金材料

D．钛合金、形状记忆合金、储氢合金等都属于新型合金

2 工业生产中，常将两种或多种金属(或金属与非金属)在同一容器中加热使其熔合，冷凝后得到具有金属特性的熔合物——合金。这是制取合金的常用方法之一。仅根据下表数据判断，不宜用上述方法制取的合金是(

)。

金属

熔点/℃

沸点/℃

Na 97.5 883 K 63.6 774 Al 660 2 467 Cu 1 083 2 567 Fe 1 535 2 750 A．FeCu合金

B．CuAl合金

C．AlNa合金

D．CuNa合金

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3 铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于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。下列性质与这些用途无关的是(

)。

A．不易生锈

B．导电性好

C．密度小

D．强度高

4 (1)选择填空：将铝的用途与性质搭配起来(每个选项只能选用一次)。

A．密度小

B．延展性好

C．易传热

D．易导电

E．氧化时放热

①炊具：_______________；②飞机：_______________；③焊接铁轨：_______________；④电缆：________；⑤铝箔_______________。

(2)佛山是“有色金属之乡”，其中铝合金材料的产量约占全国的一半。铝合金材料属于________(填“纯净物”“混合物”或“单质”)。

(3)曾青得铁则化为铜。试写出该反应的化学方程式：

________________________________________________________________________。

答案:1．A 我国最早使用的合金是由铜锡合金制成的青铜器。

2．D 根据概念，两种金属要“熔合”为合金，则熔合时温度须同时达到两种金属的熔点，故一种金属的熔点不能高于另外一种金属的沸点。

3．B 由题意可知，新型建筑装潢材料的选取与合金是否坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工有关，而与合金的导电性无关。

4．答案：(1)①C ②A ③E ④D ⑤B (2)混合物

(3)Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu 解析：(1)铝制造炊具是由于它的导热性好。铝合金硬度大，密度小，是制造飞机的良好材料。铝被氧化时放热，因而可用来焊接铁轨。铝用作电缆和铝箔则分别是利用其导电性和延展性好。

(2)合金是由一种金属与其他一种或几种金属(或非金属)一起熔合而成的具有金属特性的物质，因此是混合物。

(3)该反应是铁与硫酸铜反应置换出铜的过程。

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