第一节　合金优秀教学实录

选修1第三章探索生活材料

第一节合金教学设计

【学习目标】

1、认识合金与金属在性能上的主要差异及其原因；

2、知道生活中常见合金的组成及性能，了解新型合金的用途；

【要点梳理】

要点一、认识合金

1、概念

由两种或两种以上金属(或与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。

要点诠释：

（1）目前制得的纯金属只有80多种，但制得的合金已达数千种。

（2）青铜是人类历史上使用最早的合金，钢是目前生产、使用量最大的合金。

2、合金的特点

（1）一般情况下，合金比纯金属硬度大、更坚硬。

（2）多数合金的熔点一般比各成分金属的低。

（3）一般来说，合金的性质并不是各成分的性质的总和，合金具有良好的物理、化学和机械的性能。

（4）合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节。

要点诠释：

（1）合金属于混合物，但合金有固定的熔点。

（2）合金在许多方面优于各成分金属。因此，合金在工业上的用途比纯金属更广。我们日常所见的金属制品均为合金，纯金属平常不多见。

3、合金的性能与结构的关系

如下图所示，纯金属和合金的结构并不相同，在纯金属内，所有原子的大小和形状都是相同的，原子的排列十分规整，而合金内加入了其他元素或大或小的原子，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难，更难于延展和压缩，同时原子之间的相互作用力减小，所以，多数合金的熔点一般比各成分金属的低。

要点诠释：合金既不是纯金属，也不是纯净的金属单质，它是一类特殊的混合物，它有金属的特性，每一种合金都有自己固定的熔点，被称为金属熔合物。“熔合”的意义有两层，一是合金一般是在高温条件下形成的；二是合金的形成是一种特殊的过程，既不是物理变化，如金属的焊接，也不是简单的化学变化，如金属与非金属形成盐的化合反应。

要点二、常见的合金

1、铁合金

铁合金的分类：

要点诠释：

（1）生铁和钢是含碳量不同的两种铁合金。生铁和钢的成分除了含碳量不同外，硅、锰、硫、磷等元素的含量也不同。组成成分的不同导致了生铁和钢的性能不同，性能不同就决定了用途的不同，详情如下表所示。由于含碳量不同，钢和生铁的性能有很大差异；向钢中加入不同的合金元素（如Cr、Mn、Ni等），可制得不同性能的合金钢。

生

铁

钢

含碳量

2％～4.3% 0.03%～2% 其它杂质

硅、锰及少量硫、磷等

杂质含量比生铁少，基本不含硫、磷

性能

硬而脆、抗压，可铸不可锻

有良好的延展性，机械性能好，可铸可锻

用途

制造机座、管道的重要材料

用于制造机械、交通工具

生铁与钢的比较

（2）钢一般可分为碳素钢和合金钢两大类。根据含碳量不同，碳素钢可分为高碳钢、中碳钢和低碳钢：含碳量高，硬度较大；含碳量低，韧性较强。碳素钢和合金钢的比较如下表所示。

相同点

成分不同

性

能

碳素钢

合金

铁的合金

含碳量高，硬度大；

含碳量低，韧性较强

合金钢

在铁的合金中加入铬和不锈钢在空气中比较稳定，不（不锈钢）

镍（抗腐蚀性很强的金容易生锈，具有很强的抗腐蚀属）

能力

碳素钢和合金钢的比较

（3）不锈钢是最常见的一种合金钢，其合金元素主要是铬（Cr）和镍（Ni）。常见的不锈钢中含Cr18%、含Ni8%（有的不锈钢含Cr17%～19%，含Ni8%～13%）。不锈钢在大气中比较稳定，不容易生锈，具有很强的抗腐蚀能力。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

铝是地壳中含量最多的金属元素。纯铝的硬度和强度较小，不适于制造机器零件等。向铝中加入少量的合金元素如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等可制成铝合金，铝合金是目前用途广泛的合金之一。例如：硬铝（含Cu 4％、Mg 0.5％、Mn 0.5％、Si 0.7％）（均为质量分数）的强度和硬度都比纯铝大，几乎相当于钢材，且密度较小。铝合金的种类很多，它们在汽车、船舶、飞机等制造业上以及在日常生活里的用途很广。

成分

性能

Al 铝

硬度、强度较小

铝合金

向Al中加入少量的合金元素如：Cu、抗腐蚀能力强，强度高，密度较小。如：高压Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素

锅是由铝合金制造的

铝和铝合金的比较

3、铜合金

常见的铜合金有黄铜（Cu-Zn合金，含Zn20%～36%）青铜（Cu-Sn合金，含Sn10%～30%）等。早在3000多年前的商代，我国就已经制造和使用青铜器了，至今铜和铜合金在生活和生产中仍然被广泛地应用着。

成分

性能及用途

黄铜

Cu与Zu的合金，

Zn占

20%～36% 有优良的导热性和耐腐蚀性，可用作各种仪

器零件

青铜

Cu～Sn合金，含Sn10%～30% 人类使用历史最久的金属材料

白铜

Cu-Ni合金

有优异的耐蚀性和高的电阻，故可用作苛刻腐蚀条件下工作的零部件和电阻器的材料。

铜合金间的比较

要点诠释：

（1）黄铜：古代称黄铜为药金，密度比黄金小，外观与金非常相似，常被误认为是黄金。

（2）K金是指黄金和其它金属混合在一起的合金，K是金的量度单位，是将纯金分为24份。根据在首饰中的黄金含量就分成不同的K金，所以24K是指纯金，18K含黄金量就是18/24=75.0%。

要点三、新型合金

1、储氢合金，如Ti～Fe、

La～Ni。

特点：储氢量大，室温下吸收氢气速度快，放出氢气快。

用途：大量储存、运输氢气。

2、钛合金，如Ti，V，Fe，Al等。

用途：制造飞机起落架

3、耐热合金，如镍钴合金。

特点：能承受高温。

用途：喷气式飞机的发动机叶片。

4、形状记忆合金：合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。

5、泡沫合金：含有泡沫气孔的特种金属材料。

特点：具有质轻、吸音、隔热、能吸收电磁波等性质。

【典型例题】

类型一：合金

例1、生铁和钢的主要区别是（

）

A．生铁和钢的主要成分都是铁，但二者的含碳量不同，性能也不同

B．生铁和钢都是碳的合金

C．生铁就是含杂质较多的钢，钢就是含杂质较少的生铁

D．生铁是混合物，钢是纯净物

【思路点拨】本题考查铁合金的知识，生铁与钢都是铁的合金，具备合金的特点。

【答案】A 【解析】生铁的含碳量为2%～4.3%，钢的含碳量为0.03%～2%，二者都是铁的合金，都是混合物。由于含碳量不同，钢和生铁的性能有很大差异：生铁硬而脆、抗压，可铸不可锻，钢杂质含量比生铁少，有良好的延展性，机械性能好，可铸可锻，向钢中加入不同的合金元素（如Cr、Mn、Ni等），可制得不同性能的合金钢。只有A项正确。

【总结升华】合金是由两种或两种以上金属（或与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。通过添加合金元素的种类、含量和生成合金的条件等调节其性能，使合金具有良好的物理、化学和机械的性能。其硬度比纯金属大、熔点一般比各成分金属的低。总之，合金的性质优于金属单质。如硬铝（铝合金）的强度和硬度都比纯铝大，几乎相当于钢材，且密度较小，在汽车、船舶、飞机等制造业上以及在日常生活里的用途很广。另外根据人们的需要还研制出具有特殊功能、性质的新型合金。

举一反三：

【变式1】下列关于合金的性质叙述不正确的是（

）

A．多数合金的熔点低于它的任何一种成分金属的熔点

B．合金的硬度一般比各成分金属的硬度都大

C．合金的密度小于各成分的密度

D．合金的导电性、导热性比各成分的金属低

【答案】C 【解析】合金有如下三个特征：熔、沸点一般比任一组分低，硬度比任一组分大，密度

介于两者之间。只有C项错误。

【变式2】下列关于合金与纯金属的说法中不正确的是（

）

A．合金是两种金属或多种金属组成的混合物，没有固定的熔点

B．相同的几种金属不同含量形成的几种合金，其性质也可能有所差别

C．合金不能导电、导热，也不具有较好的延展性

D．合金的性能在很多方面比纯金属更加优越，所以应用更加广泛

【答案】AC 【解析】由于合金具有特定的结构，所以其熔点也是固定的，A项错误；合金具有金属的特性，所以其传导性和延展性很好，C项错误；不同的金属，以及相同的金属不同的用量都可以形成性质不同的合金，即其性质可以调控，所以我们可以根据需要来控制合金的性质，使它的性能更加优越，因此应用也更加广泛，B、D项正确。

【变式3】合金是金属与金属（或非金属）在熔化状态下形成的一种具有金属特性的熔合物，下表中难与其他金属形成二元合金的金属元素是（

）

Fe Cu Zn Ag Au W 金属

熔点/℃

1355 1083 419.5 960.8 1063 3380 2212 2707 5627 沸点/℃

3000 2595 907 A．Fe

B．Zn

C．Ag

D．W 【答案】BD 【解析】从表中数据可知锌的沸点低于其他金属的熔点，在其他金属熔化时，锌已成气态。金属W不仅熔点比其他金属高出很多，而且比其他金属的沸点也高出一截，因此不能与其他金属进行熔合。故正确答案为BD。

例2、用铜锌合金制成的假金元宝欺骗行人的事件屡有发生，下列不易区别其真伪的方法是（

）

A．测定密度

B．放入硝酸中

C．放入盐酸中

D．观察外观

【思路点拨】利用铜、锌、金物理性质及化学性质的不同加以鉴别。

【答案】D

【解析】铜锌合金（即黄铜），外观与黄金相似，但密度比黄金小，其中所含的锌可与盐酸、硝酸反应，而黄金只能溶于王水。

【总结升华】鉴定贵金属真假时，要根据各个成分的特殊的物理或化学性质，并且要能观察到明显的现象。

举一反三：

【变式1】某化学兴趣小组对某奖牌中金属的成分提出猜想：甲认为该金属是纯金；乙认为该金属是金银合金；丙认为该金属是黄铜（铜锌合金）。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

【答案】D 【解析】硫酸铜、硝酸银、盐酸都不能区分纯金与金银合金；稀硝酸与纯金不反应，与金银合金能反应，溶液无色，与黄铜反应生成蓝色溶液，故选D项。

【变式2】将表面已完全钝化的铝条，插入下列溶液中，不会发生反应的是（

）

A．稀硝酸

B．稀盐酸

C．硝酸铜

D．氢氧化钠

【答案】C 【解析】已完全钝化的铝条表面覆盖着一层Al2O3薄膜，Al2O3是两性氧化物，与酸和碱都能反应，但与硝酸铜不反应。