第一单元 应用广泛的金属材料优质课教案设计

第一单元

应用广泛的金属材料

学习目标：1.了解常见金属制品的金属材料，认识金属材料在生产生活中的广泛应用。2.知道铝及其化合物的性质。(重点)3.了解常见合金的组成，知道生铁和钢等重要合金的性能，了解形状记忆合金在高科技领域中的重要应用。(重点)4.知道金属腐蚀的危害，认识防止金属腐蚀的重要性。知道各种防止金属腐蚀的方法及其原理。(重点) 一、金属的性质及其应用

1．金属的通性：大多数金属呈银白色，有金属光泽，具有导电性、导热性、延展性，熔、沸点较高，密度大。

2．常见金属的物理性质及其应用

金属

性质

用途

铜、铝

有良好的导电性

用做输电的导线

钨

有很高的熔点

用于制作灯丝

铝

有良好的延展性

可制成铝箔用于包装食品

3.常见金属的化学性质及其应用(以铝为例) (1)铝的化学性质

化学性质

化学反应方程式或文字解释

常温

在空气中形成致密的氧化膜，具有抗腐蚀性

与氧气点燃反应

加热或点燃

4Al＋3O2=====2Al2O3 与稀盐酸反应

2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑

与酸反常温下与浓硫应

钝化，铝表面形成一层氧化膜

酸、浓硝酸

与碱反应

2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

与盐溶液反应(如CuSO4化学反应方程式：2Al＋3CuSO4===3Cu＋溶液) Al2(SO4)3 (2)氧化铝的化学性质

①与强碱溶液反应的离子方程式为Al2O3＋2OH－===2AlO－2＋H2O。

②与强酸溶液反应的离子方程式为Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O。

③铝制炊具不能用来长时间盛装酸性或碱性及含食盐的食品。

二、常见合金的组成及应用

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。

3．常见的合金

(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%，钢的含碳量为0.3%～2%。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1

有铬和镍元素。

(2)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%。 (3)铜合金

黄铜(铜锌合金，含Zn 20%～36%)，青铜(铜锡合金。含Sn 10%～30%)。

(4)钛合金

①优点：有较高的强度、良好的抗氧化性和优异的耐腐蚀性。

②用途：钛合金主要用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船等尖端领域。同时由于它对人体无毒和无不良反应，可作为人造骨的材料，被称为“亲生物金属”。

三、金属的腐蚀与防护

1．金属的腐蚀

(1)原理——金属表面与周围的物质发生化学反应或因电化学作用而遭到破坏称为金属腐蚀。金属腐蚀的本质是金属原子失电子变成金属阳离子的过程。

(2)分类

(3)金属腐蚀的化学通式：M－ne－===Mn＋。

2．金属的防护

(1)金属腐蚀的防护方法：表面保护法、电化学保护法、改变内部结构保护法。

(2)常见金属防护法

①电镀——在金属表面镀上一层有保护能力的金属。

②牺牲阳极的阴极保护——在被保护的金属器件上附着一种更易失去电子的金属或合金的方法。

③烤蓝——通过发蓝液处理，使铁器表面氧化生成一层致密的四氧化三铁薄膜。

[基础自测] 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)合金的硬度和强度一般比它的成分金属小。(

) (2)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋。(

) (3)金属腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。(

) (4)暂时不用的金属刀具要擦干并涂油是为了防止金属腐蚀。(

) 【答案】

(1)×

(2)×

(3)√

(4)√

2．下列关于合金与纯金属性质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组成的几种合金，其性质也可能有所差别

C．合金跟金属一样能导电、导热、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

A [A项中由于合金具有特定的结构，所以其熔点也是固定的，A错；合金具有金属的特性，所以其导电、导热性和延展性也很好，C正确；合金中不同的金属，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添加和控制合金的性质，使它的性能更加优越，因此应用也更加广泛，B、D正确。] 3．下列措施不是为了金属防腐的是(

) A．铁质自来水管镀锌

B．汽车本身喷涂油漆

C．刀表面烤蓝 D．把普通钢冶炼为锰钢

2

D [A、B、C都是为了金属防腐，D是为提高钢的耐磨性和韧性。] 金属腐蚀快慢的判断

方法

自由女神像的躯干由300块单个铜板组成，每块铜板被用铰钉固定的铜条独特地连接在一根铁支架上，数年来铁生了锈，并产生了隆起，隆起使得450 000颗铰钉中40%以上的被拉松动，这样就在铜板上留下了一些小孔，使铜板产生了下垂，神像铜质的外表也遭受着空气污染的影响。

[思考交流] 1．钢铁在潮湿的空气中发生的主要是化学腐蚀，还是电化学腐蚀？

【提示】

电化学腐蚀。

2．金属越活泼，一般越容易发生腐蚀。铝比铁活泼，但铝制品却比铁制品耐腐蚀，为什么？

【提示】

铝在空气中容易形成一薄层致密的氧化物保护膜，对内部金属有保护作用。

3．镀锡铁板和镀锌铁板镀层破坏后谁更耐腐蚀？

【提示】

因为金属的活泼性SnFe，故镀层破损发生原电池反应时，镀锡铁板中铁被腐蚀。镀锌铁板中锌被腐蚀，铁被保护，因此镀锌铁板更耐腐蚀。

金属腐蚀快慢的判断方法

(1)电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。

(2)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：

强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。

(3)活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。

(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。

选择合适的金属防护方法

为什么下图所示的方法都起到了金属防护的作用？

3

[思考交流] 1．在金属部件上涂油为什么能防止金属生锈？

【提示】

阻止金属部件与空气中的氧气接触。

2．在工业上常用亚硫酸钠除去水中溶解的氧气，防止输水管被腐蚀，请简要说明原因。

【提示】

钢铁易发生吸氧腐蚀，Na2SO3具有较强的还原性，能与水中溶解的氧气反应：2Na2SO3＋O2===2Na2SO4，防止输水管腐蚀。 3．在船体外壳镶嵌锌块保护船体，这是什么金属保护法？

【提示】

牺牲阳极的阴极保护法。

金属防护的常用方法

原理

方法

适用对象

包覆塑料层

工具或车把

涂油漆

户外铁制设备

使氧化剂

防化与金属隔离

涂矿物油

机械运转部分

学腐电镀

精密仪器或设备

蚀

改变金属

制成不锈钢

精密仪器或设备

内部结构

防电牺牲锌(镁)块

牺牲锌(镁)保护铁

大型门闸与舰船

化学与外接电源负铁作阴极被保护

大型水上设施

腐蚀

极相连

1．下列性质不属于金属通性的是(

) A．延展性

B．导电性

C．导热性

D．硬度大

【答案】

D 2．下列金属中，遇到稀硫酸或氢氧化钠溶液都能放出氢气的是(

) A．银

B．铝 C．镁

D．铁

B [银与稀H2SO4、NaOH溶液均不反应；镁、铁均与NaOH溶液不反应；2Al＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，故选B。]

虽然铝既能与酸反应，也能与碱反应，但铝不是两性元素，它属于金属元素。

3．下列关于合金的说法正确的是(

)

【导学号：13072026】

①合金至少含两种金属

②合金中元素以化合物形式存在

③合金的熔点比组成成分低

④合金一定是混合物

⑤铁锈是一种铁合金

A．①②

B．②③⑤

C．③④

D．③

C [合金概念有三个特点：①一定是混合物；②合金中各成分都是以单质形式存在；③合金中至少有一种金属。铁锈的主要成分是氧化铁，不具有合金的性质，4

因此不属于合金。] 4.下列有关合金性质的叙述中正确的是(

) A．合金与各成分金属相比，具有很多优良的物理、化学或机械性能

B．相同金属元素组成的合金，元素的含量有可能不同，但其性能是相同的

C．铝与镁铝合金在冷的浓硝酸中的反应相同

D．合金具有各成分金属性质之和

A [虽然是由相同元素组成的合金，若各元素的含量不同，则其性质也有差异，B错；铝在冷的浓硝酸中发生钝化反应，在铝的表面上形成一层致密的氧化膜，而镁铝合金则是镁和铝依次与浓硝酸发生常规的氧化还原反应，C错；合金的性质并不是各成分金属性质的简单加和，D错。] 5．下列关于金属腐蚀的叙述正确的是 (

) nA．金属在潮湿空气中腐蚀的实质是M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑

2B．金属化学腐蚀的实质是：M－ne－===Mn＋，电子直接转移给氧化剂

C．金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行

D．在潮湿的中性环境下，金属的电化学腐蚀主要是以正极上析出H2为主

B [金属的化学腐蚀是金属直接与氧化剂接触，发生氧化还原反应，不需在酸性条件下，故B项正确，C项不正确；而金属在潮湿的空气中被腐蚀主要是正极上O2得电子生成OH－，而在潮湿的酸性环境中，则主要是正极上：2H＋＋2e－===H2↑，而在中性环境中主要以吸氧腐蚀为主，故A、D项不正确。] 6．日常生产、生活用到许多金属制品，从实用美观的角度考虑选择下列合适的金属材料或保护(防腐蚀)方法，将序号填入下表相应空格中。

①不锈钢

②白铁(镀锌铁皮) ③铝合金

④镀铬铁管

⑤涂漆

⑥镶嵌锌块

⑦与直流电源负极相连(阴极保护法) 用途

选用材料或保护方法

菜刀

楼梯扶手或阳台护栏

水桶

航海轮船

水闸

吊车塔架

房门窗框

【解析】

解答本题除理论联系实际外，还要结合日常观察，综合分析得出结论。菜刀接触潮湿机会较多，且要求机械强度大，清洁卫生等，故选不锈钢；楼梯扶手、护栏等要求安全美观，故选镀铬铁管；水桶处于潮湿环境，且摩擦碰撞较多，故选镀锌铁皮；航海轮船则采用镶嵌锌块法保护，效果良好；水闸位置固定宜采用牺牲阳极的阴极保护法；吊车塔架只求坚固防锈且经济，故涂漆保护就可以了；房门窗框从轻便美观考虑，可选用铝合金材料。

【答案】

①

④

②

⑥

⑦

⑤

③

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