第一节　合金优质课教案整理

高中化学选修1 第三章

探索生活中材料

第一节

合金

教学设计

一、教学目标

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。

二、教学重点

1.认识金属与合金在性能上的主要差异

2. 了解铁合金、铝合金和铜合金的组成、性能和用途

三、教学过程

【思考与交流】

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？

【过渡】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，下面我们来认识合金。

3.【板书】

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

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。

【讨论】

1．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。

(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了，原子间的相互作用力变小，使合金的熔点变低。

2．所有合金都不具有固定熔点吗？

答案

不是，合金虽是混合物，但其组成是均匀的，所以有些合金具有固定的熔点。

3．人类使用最早的合金是铁合金还是铜合金？为什么？

答案

铜合金，因为铁的活泼性大于铜，铁更难冶炼。

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。

【讨论】

1．生铁和钢的本质区别是什么？如何将生铁冶炼成钢？

答案

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。

2．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。

3．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。

【例1】

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

B．②③④

C．①②④

D．①②④⑤

答案

A 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。

探究思考：合金与纯金属在性能上有差异的原因

(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

答案

D 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。

知识归纳

名称

铁

合金

钢

含碳量0.03%～2% 延展性、机械性能良好

强度和硬度都比纯铝和纯镁大

强度和硬度都比纯铝大

生铁

组成

含碳量2%～4.3% 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

铝合金

含有10%～30%的镁

含铜4%、镁0.5%、锰0.5%、硅0.7% 硬铝

黄铜

含锌20%～36%，常加有良好的强度和塑性、机器零件、如轴承、齿入少量锡、铅、铝

易加工、耐腐蚀

轮等

青铜

含锡10%～30% 有良好的强度和塑性、机器零件，如轴承、齿耐磨、耐腐蚀

轮等

钛合金

含铝6%、钒4% 耐高温、耐腐蚀、高强用于宇航、飞机、造船、度

化学工业

金合金

加入银、铜、稀土元素有光泽、易加工、耐磨、金饰品、电子元件、钱等

耐腐蚀、易导电

币、笔尖

练习

1.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

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________________。

2．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

3.现代建筑门窗常用古铜色的硬铝制造，取硬铝样品进行如下实验(每一步所加试剂都是过量的)：

由此可以推知，下列各组可能是硬铝组成成分的是(

) A.Al、Cu、Mg、Si

C.Al、Fe、C、Cu

B.Al、Mg、Si、Zn D.Al、Si、Zn、Na