第一节　合金教学设计及课堂实录

第三章 探索生活中材料

第一节 合金

一．教学目标

1. 知识与技能：使学生初步了解合金。

2．过程与方法：认识金属与合金在性能上的主要差异。

3．情感态度与价值观：知道生活中常见合金的组成，了解新型合金的用途。

二．教学重、难点

1. 教学重点：认识金属与合金在性能上的主要差异。

2. 教学难点：合金的结构与性能之间的关系，合金元素的种类、含量对合金性能的影响。

三．教学方法

教学方法：调查或实验、查阅资料。

四．教学过程

【提出问题】

1.什么是合金？你日常生活中的金属制品那些是合金？

2.为什么我们使用的金属材料主要是合金？而不是纯金属？

3.查阅资料，填写制造下列汽车配件所用的金属或合金，并解释使用这些材料的原因。

汽车配件

电线芯

汽车外壳

灯丝

发动机

排气管

金属或合金

使用原因

我们日常生活中所用金属基本上都是合金，原因是合金与纯金属相比具有优越的性能，下面我们认识合金。

第三章

探索生活中材料

第一节

合金

一、认识合金

1．合金的概念

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．合金的性能

(1)合金的硬度较大。

(2)多数合金的熔点一般比各成分金属的低。

(3)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来调节。

(4)合金比成分金属耐腐蚀。

1．合金是混合物还是纯净物？

【提示】

合金是混合物，但其组成是均匀的。而且有些合金具有固定熔点。

二、使用合金

1．铁合金

(1)生铁和钢的比较

含碳量

组成

性能

加工

用途

2．铝合金和铜合金

(1)硬铝：合金元素为Cu、Mg、Mn和Si等。硬铝密度小，强度高、抗腐蚀性强。适用于制造飞机和航天器。

(2)黄铜：合金元素是Zn。青铜：合金元素是Sn。

3．新型合金

(1)储氢合金：Ti­Fe合金和La­Ni合金等。

(2)钛合金：重量轻、强度高、韧性好、耐腐蚀。

(3)耐热合金、形状记忆合金等。

2．生铁和钢的本质区别是什么？如何将生铁冶炼成钢？

【提示】

生铁和钢的本质区别是含碳量不同，生铁的含碳量比钢高。炼钢是在高温条件下，用氧化剂把生铁中过多的碳和杂质氧化除去的过程。

生铁

2%～4.3% 铁、碳

硬度大、抗压、性脆

可铸不可锻

制造机座、管道

钢

0.03%～2% 铁、碳合金钢中还含有其他元素

有良好的延展性、机械性能

可铸、可锻

制造机械和交通工具

【探究一】合金的性质与结构的关系

第1步导思——问题引入，自主探究

1．为什么多数合金的熔点比成分金属低而硬度比成分金属大？

【提示】

合金内部原子大小不同，原子层与层之间相对滑动困难，使合金硬度变大；原子大小不一使原子之间的相互作用力减小、熔点变低。

2．合金的组成元素相同时性能就一定相同吗？

【提示】

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调节。合金元素种类相同，性质不一定相同。

第2步阐述——要点归纳，深化知识

1．合金的物理性质 (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、化学或机械性能。

(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。

2．合金的性质与结构的关系

(1)一般情况下，合金比纯金属的硬度更大、更坚固。

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这些元素的原子大小不一，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。

纯金属内原子的合金内原子层之间

排列十分规整的相对滑动变得困难纯金属与合金的结构比较

(2)一般情况下合金的熔点比纯金属低。

在纯金属内，所有的原子大小相同，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。

3．不锈钢的分类及耐腐蚀的原因

(1)不锈钢种类繁多、性能各异，按化学成分可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大类；按使用的介质环境可分为耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐尿素不锈钢和耐海水不锈钢等。

(2)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。

合金是混合物，但与其他的混合物不同，合金有固定的熔沸点。

第3步例证——典例印证，思维深化

铁和铁合金是生活中常用的材料，下列说法正确的是(

) A．不锈钢是铁合金，只含金属元素

B．一定条件下，铁粉可与水蒸气反应

C．铁与盐酸反应，铁合金不与盐酸反应

D．铁合金的硬度和强度均低于铁

【解析】

铁合金中含非金属元素碳；铁粉与水蒸气反应的化学方程式为3Fe＋高温4H2O(g)=====Fe3O4＋4H2；铁形成铁合金后其化学性质几乎不变，铁合金中的铁仍能与盐酸反应；合金的性能一般优于其纯金属。

【答案】

B 【探究二】重要的合金类型与主要性质

第1步导思——问题引入，自主探究

1．最早使用的合金是什么？试分析最早使用该合金的原因。

【提示】

最早使用的合金是铜合金(青铜)。铜的性质较稳定，冶炼方法简单，故最早被人们发现使用。

2．不锈钢就是绝对的不生锈吗？

【提示】

不是。不锈钢在空气中不易被氧化，稳定性好。而在海水中，由于电解质溶液浓度大，不锈钢中的Fe与C可形成原电池，从而发生电化学腐蚀。

第2步阐述——要点归纳，深化知识

铁合金

铝合钢

铝合金

含碳量0．03%～2% 良好延展性、机械性能好

强度和硬度都

比纯铝和纯镁大

强度和硬度都比纯铝大

名称

组成

主要性质

硬度大、抗压、性脆

主要用途

铸造机座、管道等

用途最广、用量最大的合金材料

火箭、飞机、轮船等制造业

火箭、飞机、轮船等制造业

生铁

含碳量2%～4.3% 含有10%～30%的镁

含铜4%、镁0.5%、锰0.5%、硅0.7% 金

硬铝

含锌20% 铜合金

黄铜

～36%，常加入少量锡、铅、铝

青铜

含锡10%～30% 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

耐高温、耐腐蚀、 高强度

机器零件如轴承、齿轮等

机器零件如轴承、齿轮等

用于宇航、飞机、造船、化学工业

钛合金

含铝6%、钒4% 加入银、铜、稀土元

素等

金合金

有光泽、易加工、耐磨、金饰品、电子元件、钱耐腐蚀、易导电

币、笔尖

【探究三】新型合金的用途

第1步导思——问题引入，自主探究

1．储氢合金的储氢原理是什么？它怎样储存和释放H2?

【提示】

H2＋储氢合金,稍受热金属氢化物。

2．能够用于人造骨骼的是哪种合金？

【提示】

钛合金。

第2步阐述——要点归纳，深化知识

1．储氢合金

(1)氢能的利用存在的两大难题：制取和储存。H2是一种易燃、易爆的气体，要利用H2，关键要解决H2的安全储存和运输问题。一般情况下，H2采用气态或液态储存。但运送装有H2的钢瓶既不安全又不方便。

(2)对储氢合金的要求：一是能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物；二是储氢量大，金属氢化物既容易形成，稍稍加热又容易分解，室温下吸氢、放氢的速率快，如Ti­Fe合金、La­Ni合金等。

2．钛合金

被誉为“21世纪金属”的钛所形成的合金，具有质量轻、硬度大、耐腐蚀、良好的抗氧化性。现在，钛合金广泛用于航空、航天、潜艇、人造骨(关节)的制造。

3．形状记忆合金

形状记忆合金是在20世纪60年代初期发现的，它是一种特殊的合金，有一种不可思议的性质，即使把它揉成一团，一旦达到一定温度，它便能在瞬间恢复到原来的形状。由镍和钛组成的合金具有记忆能力，称为NT合金，它在高科技领域、工业和民用部分发挥着独特的作用，如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。

【课堂小结】