第一节　合金课堂实录

！

学科网(ZXXK.COM) 全国最大的教学资源门户网站第一节

合金导学案

[学习目标] 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。

一、认识合金

1．合金的概念

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。

2．合金的性质

(1)一般情况下，合金比纯金属硬度更大、更坚固。

(2)多数合金的熔点比各成分金属的低。

(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、化学或机械的性能。

(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。如：生铁的熔点比纯铁的低；硬铝(Cu、Mg、Mn、Si)的强度和硬度都比纯铝大。

【思考·讨论】

合金与纯金属性能为何不同？

答案

在纯金属内，加入了其他合金元素时，合金元素的原子或大或小，改变了原子有规则的排列。

北京凤凰学易科技有限公司 版权所有@学科网

！

学科网(ZXXK.COM) 全国最大的教学资源门户网站(1)合金原子层之间的排列不规整，滑动变得困难，增大了合金的硬度。

(2)加入合金元素后，由于合金元素的原子半径与原金属原子不同，使金属原子的排列变得不规整，原子间的相互作用力变小，使合金的熔点变低。

二、使用合金

1．铁合金

生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金。生铁的含碳量为2%～4.3%，钢的含碳量为0.03%～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。不锈钢是最常见的一种合金钢，其中除含有铁元素外，还主要含有铬和镍元素。

2．铝合金和铜合金

(1)铝合金

纯铝的硬度和强度较小，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。例如：硬铝：含Cu 4%、Mg 0.5%、Mn 0.5%、Si 0.7%。

(2)铜合金

黄铜(Cu－Zn合金，含Zn 20%～36%)，青铜(Cu－Sn合金，含Sn 10%～30%)。

3．新型合金

(1)储氢合金是一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材北京凤凰学易科技有限公司 版权所有@学科网

！

学科网(ZXXK.COM) 全国最大的教学资源门户网站料。

(2)钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于卫星、航空航天、生物工程和电子工业等领域。

【思考·讨论】

1．不锈钢中添加的主要元素是什么？各有什么作用？

答案

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。

2．钛合金有什么优点？

答案

(1)比强度高；(2)热强度高；(3)抗蚀性好；(4)低温性能好。

一、合金的结构与性质特点

(1)一般情况下，合金比纯金属的硬度更大、更坚固，其原因是：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，使原子层与层之间的相对滑动变得困难。

(2)一般情况下合金的熔点比纯金属低，其原因是：在纯金属内，所北京凤凰学易科技有限公司 版权所有@学科网

！

学科网(ZXXK.COM) 全国最大的教学资源门户网站有的原子大小相同，排列十分规整；而合金内原子的大小不一，排列没有纯金属那样整齐，使得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熔点都要低。

【例1】

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/℃

A.Fe－Cu合金 B．Cu－Al合金

C．Al－Zn合金 D．Ag－Zn合金

解析

根据合金的概念可知：银的熔点为960.8 ℃，而锌的沸点为907 ℃，即当银熔化时，锌已气化。二者形不成合金。

答案

D 变式1 某合金与铁的物理性质比较如下：

某合金

熔点

3 200 ℃

g·cm3

密度

3.20 7.5 3.5 硬度

导电性

Zn 419.5 907

Ag Al Cu Fe 960.8 660 1 083 1 535 2 212 2 467 2 567 2 750 北京凤凰学易科技有限公司 版权所有@学科网

！

学科网(ZXXK.COM) 全国最大的教学资源门户网站7.86 铁

1 535 ℃

g·cm

(注：硬度以金刚石为10作标准，导电性以Ag为100作标准) 已知该合金耐腐蚀，强度大，从性能看，该合金不适合制作(

) A．门窗框 C．导线 B．炉具

D．飞机外壳

34.5 17 解析

从该合金与铁的性质比较，其有较高熔点，不易熔化，可制炉具，有较小的密度和较大的硬度可制门窗框和飞机外壳，该合金导电性较差，不适宜制作导线。

答案

C 二、合金的类型与性能应用

名称

生

铁

铁

合

延展性、机械性用途最广、用量最金

钢

含碳量0.03%～2% 能良好

含有10%～30%的铝合金

镁

硬铝

锰0.5%、硅0.7% 纯铝大

黄铜

等制造业

含锌20%～36%，常有良好的强度和机器零件、如轴承、纯铝和纯镁大

等制造业

含铜4%、镁0.5%、强度和硬度都比火箭、飞机、轮船大的合金材料

强度和硬度都比火箭、飞机、轮船含碳量2%～4.3% 性脆

组成

主要性质

硬度大、抗压、铸造机座、管道等

主要用途

北京凤凰学易科技有限公司 版权所有@学科网

！

学科网(ZXXK.COM) 全国最大的教学资源门户网站加入少量锡、铅、塑性、易加工、齿轮等

铝

耐腐蚀

有良好的强度和机器零件，如轴承、青铜

含锡10%～30% 塑性、耐磨、耐齿轮等

腐蚀

耐高温、耐腐蚀、用于宇航、飞机、钛合金

含铝6%、钒4% 高强度

有光泽、易加工、加入银、铜、稀土金合金

元素等

易导电

【例2】

2011年3月，日本发生了9.0级地震并引发海啸，导致处于海边的福岛核电站发生系列爆炸。作为动力系统的核反应堆的第一层护罩是锆锡合金外壳，第二层护罩是压力仓(即一个坚固结实的大锅)，第三层护罩是最坚固的钢和混凝土制成的非常厚的球体。下列叙述错误的是(

) 耐磨、耐腐蚀、钱币、笔尖

金饰品、电子元件、造船、化学工业

A．锆锡合金、钢、混凝土都属于混合物

B．钢的硬度和熔沸点都高于纯铁

北京凤凰学易科技有限公司 版权所有@学科网

！

学科网(ZXXK.COM) 全国最大的教学资源门户网站C．锆锡合金和钢属于金属材料，混凝土属于传统的硅酸盐材料

D．在高温下，钢和水蒸气可发生反应产生氢气

解析

钢是铁碳合金，其硬度大于纯铁，但熔点低于纯铁。

答案

B 变式2 高功率Ni/MH(M表示储氢合金材料)电池已经用于混合动力汽车，其放电时的反应为：NiOOH＋MH===M＋Ni(OH)2，下列有关说法不正确的是(

) A．储氢合金是一种新型合金

B．储氢合金的一大重要特点是吸收H2的能力强

C．此电池工作时，储氢合金中的H2释放出来参与反应

D．此电池工作时，释放出的H2在原电池的负极上发生失电子的还原反应

解析

工作时，储氢合金释放出来的H2在负极上发生失电子的氧化反应。

答案

D

1．有关合金的叙述正确的是(

) A．合金的导电性比成分金属强

B．合金的抗腐蚀性能都很好

C．合金的密度比各成分金属小

D．多数合金比成分金属熔点低、硬度大

北京凤凰学易科技有限公司 版权所有@学科网

！

学科网(ZXXK.COM) 全国最大的教学资源门户网站解析

一般合金的熔点比各成分金属的熔点低，硬度、强度更大，但腐蚀性有的较差，导电性一般较弱。

答案

D 2．合金相对于纯金属制成的金属材料的优点是(

) ①合金的硬度一般比它的各成分金属的大

②一般地，合金的熔点比它的各成分金属的更低

③改变原料的配比、改变生成合金的条件，得到有不同性能的合金

④合金比纯金属的导电性更强

⑤合金比纯金属的应用范围更广泛

A．①②③⑤ C．①②④ B．②③④

D．①②④⑤

解析

合金的机械性能比各成分金属的大，故①正确；根据教材知识，②③是正确的；合金的电阻率比纯金属要大，故④是错误的；合金由于性能好而应用更广泛，⑤是正确的。

答案

A 3．钢铁是铁碳合金的总称，其强度强，价格便宜，应用广泛，在以下关于不锈钢和普通钢的认识中正确的是(

) A．它们的组成元素相同

B．耐腐蚀的性能相同

C．它们都属于钢但物理性质、内部结构和机械性能不同

D．构成普通钢和不锈钢的主要元素都是铁，因此化学性质完全相同

解析

为了提高钢的某些性能，人们有目的地向钢中加入一定量的一种或几种元素，可以得到具有各种不同性能的合金钢。

北京凤凰学易科技有限公司 版权所有@学科网

！

学科网(ZXXK.COM) 全国最大的教学资源门户网站答案

C 4．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883 774 2 467 2 567 2 750 /℃

A.Fe­Cu合金 C．Al­Na合金 B．Cu­Al合金

D．Cu­Na合金

Na 97.5 K 63.660 1 083 1 535 6 Al Cu Fe 解析

根据合金的概念可知：铜的熔点为1 083 ℃，而钠的沸点为883 ℃，即当铜熔化时，钠已气化。二者形不成合金。

答案

D 5．钛(Ti)因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注，是航空、军工、电力等方面的必需材料，被誉为“空间金属”和“深海金属”。

(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．用来做保险丝 B．用于制造航天飞机

北京凤凰学易科技有限公司 版权所有@学科网

！

学科网(ZXXK.COM) 全国最大的教学资源门户网站C．用来制造人造骨 D．用于制造船舶

(2)常温下钛不和非金属、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，应结合题干所给的有关性质的信息来分析。由题干知钛和钛合金的熔点高，不能用来做保险丝；其密度小、熔点高、可塑性好，可用于制造飞机及船舶，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，高温TiCl＋2CO，该反应中，碳元化学方程式应为：TiO2＋2C＋2Cl2=====4素化合价升高，C作还原剂；第二步应为镁置换钛的反应，化学方程△Ti＋2MgCl，式为：TiCl4＋2Mg=====2所得产物含杂质镁(镁过量)的钛、ArMgCl2，利用钛不与强酸反应，应加足量盐酸除去过量杂质镁，过滤北京凤凰学易科技有限公司 版权所有@学科网

！

学科网(ZXXK.COM) 全国最大的教学资源门户网站即得钛。

答案

(1)A 高温TiCl＋2CO 碳

(2)TiO2＋2C＋2Cl2=====4加入足量盐酸，除去过量镁，过滤，洗涤

北京凤凰学易科技有限公司 版权所有@学科网