第一节　合金优秀教学设计

合金

学习目标

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知道什么是合金。

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认识合金具有的物理、化学性质。

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知道金属的通性。

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了解钢的分类、各自的性能及应用。

知识整合

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能列举铝，铁，铜及其合金的应用。

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明确合金概念

1.什么是合金？合金的硬度、熔点与各成分金属相比较怎样？

2.合金的性质即各成分金属性质的总和吗？

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合金的性质与成分的关系

三种碳素钢的性质与其成分存在怎样的递变关系？

含碳量越高，硬度越高，强度越大。

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常见的合金及其重要应用

（1）铜合金

成分金属

Cu、Sn、Pb 性能及用途

硬而脆，强度大，古人用来制刀具、祭器、酒具等。

铜合金

青铜

黄铜

Cu、Zn（少量Sn、Pb、Al等）

硬度较青铜差，耐磨、耐腐蚀，可塑性强，主要用做饰品、制耐压设备等

Cu、Ni、Zn、少量的Mn 铁合金

生铁

低碳钢

碳素钢

中碳钢

高碳钢

锰钢

主要成分元素

Fe、C(2%~4.3%)及Si、Mn、S、P Fe、C(低于0.3%) Fe、C(0.3%~0.6%) Fe、C(高于0.6%) Fe、Mn 常用作酒具、饰品等

主要

炼钢，制各种铸件

白铜

（2）铁合金

主要特性

硬而脆，强度大，可铸不可煅

韧性、焊接性好，强度低

制钢板、钢丝、钢管

强度高、韧性及加工性好

制钢轨、车轮和建材

硬而脆，弹性好

韧性好，强度大

制器械、弹簧、刀具等

钢轨、轴承、钢磨、坦克装甲

钢

合金

风

硅钢

不锈钢

Fe、Si Fe、Cr、Ni 导磁性好

抗腐蚀性好

变压器、发电机和电动机中的铁芯

医疗器械、炊具、反应釜、容器

主要用途

用于汽车、飞机、火箭、船舶制造

（3）铝合金

成分元素

Al、Mg、Cu、Si等

主要特性

密度小，强度大

（4）钛合金

钛的合金具有密度小、强度高、耐腐蚀、耐高温等优点，主要用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船等尖端领域。

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正确选用金属材料

在进行金属材料选择时，主要考虑如下几个方面：

（1）主要用途；

（2）外观；

（3）物理性质（密度、硬度、强度、导电性）；

（4）化学性质（对水的作用、耐腐蚀性等）；

（5）价格；

（6）加工难度；

（7）日常维护；

（8）对环境的影响

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用途广泛的稀土金属

1.种类：镧系元素（原子序数57~71）以及钇和钪，共17种元素。

2.用途：稀土元素在光、电、磁等方面具有独特的性质，被誉为“新材料的宝库”、“冶金工业的维生素”。可以单独使用，也可以用以生产合金。

名题解析

例1

合金有许多特点：如Na—K合金为液体，而Na和K的单质均为固体。据此试推测生铁、纯铁、碳三种物质中，熔点最低的是（

）

A.纯铁

B.生铁

C.碳

D.无法确定

解析：合金的硬度一般比各种组分的大，熔点一般比组分中各物质的熔点都要低；生铁是铁碳合金，其熔点应比碳和铁的熔点低。

答案：B

反思：合金具有金属的性质，又具有优于组成合金各成分的性能。如密度小于各成分——质轻；熔点低于各成分——易于加工；硬度大于各成分——抗撞击，固体结构改变——抗腐蚀。

例2

铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币。试从物理性质和化学性质的角度分析为什么铜常用于制造货币。（铜的熔点是1183.4℃,铁的熔点是1534.8℃）

解析：铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀，铜的熔点比较低，容易冶炼铸造成型。

答案：见解析

反思：1.用途要掌握如何根据用途去选择合适的金属材料。

例3

将下列左栏金属的用途与右栏的有关性质用线连起来。

生活用铁锅

导电性

金可以制成很薄的金箔

导热性

用铜制作印刷电路

延展性

用铁回收废定影液中的银

还原性

铝用于火箭推进剂

燃烧放出大量热

解析：生活用铁锅

导电性

金可以制成很薄的金箔

导热性

用铜制作印刷电路

延展性

铝制电缆

还原性

钛制的人造关节

燃烧放出大量热

用铁回收废定影液中的银

铝用于火箭推进剂

亲生物金属

答案：见解析

金属材料对推动社会文明的发展做出了具大贡献。青铜时代与铁器时代曾在人类历史上留下光辉篇章，钢铁的大规模应用则成为工业化时代的基础。金属材料的应用取决于金属的性质：常温下大多数金属是银白色有金属光泽的固体、具有延展性、是电和热的良导体、具有较强的还原性。

自我发展

基础闯关

一、选择题

1.多数合金与组成成份相比较，合金的（ ）

A.熔点高，硬度小

B.密度大

C.机械强度差

D.熔点低，硬度大

2.下列说法中不正确的是（ ）

A.目前世界上使用量最大的合金是铝合金

B.司母成鼎是我国目前已发现的最的古青铜器

C.人类历史上使用最早的合金是青铜

D.目前世界上用途最广的合金是钢

3.适宜于制作不锈钢用具的钢是（

）

A.合金钢

B.高碳钢

C.中碳钢

D.低碳钢

4.铝硅合金（含Si 13.5%）它在凝固时收缩率很小，因而这种合金适合铸造。在下列三种晶体①铝、②硅、③铝硅合金中，它们的熔点从低到高的顺序是（

）

A.①③②

B.②①③

C.③②①

D.③①②

5.现代建筑的门窗框架，常用电解加工成古铜色的硬铝，制造硬铝是（

）

A.Al—Si合金

B.Al—Cu—Mn—Si合金

C.Al—Mg合金

D.表面有氧化铝膜的纯铝

6.生铁和足量稀H2SO4反应，所残留的固体残渣主要是（

）

A.铁

B.硫酸铁

C.碳

D.硫酸亚铁

7.下列关于铁的叙述，错误的是（

）

A.纯净的铁是光亮的银白色金属

B.铁能被磁体吸引，在磁场作用下，铁自身也能产生磁性

C.铁是地壳中含量最多的金属元素，所以分布在地壳中的铁有游离态也有化合态

D.纯铁的抗腐蚀能力相当强，铁在干燥的空气里不易被氧化

8.一种新兴的金属由于其密度小，耐腐蚀性强，它的合金广泛应用于航空和航海工业中。科学家预言，到21世纪其用途仅次于铁和铝，该金属是（

）

A.锌

B.铜

C.钛

D.镁

9.下列物质中不属于铁合金提（ ）

A.不锈钢

B.生铁

C.碳素钢

D.氧化铁

10.下列物质属纯净物的是（

）

A.不锈钢

B.生铁

C.水银

D.青铜

11.利用铝合金制作钥匙是利用铝合金的（

）

A.熔点低

B.不易腐蚀

C.硬度大

D.密度大

12.“垃圾是放错了位置的资源”，应该分类回收。生活中废弃的铁锅、铝质易拉罐、铜导线等可以归为一类加以回收，它们属于（

）

A.有机物

B.金属或合金

C.氧化物

D.盐

13.镁铝合金溶于适量盐酸后，再加入过量氢氧化钠溶液，溶液中可能大量存在的离子是（

）

－－－－A.Na+、Mg2+、Al3+、Cl

B.Na+、AlO2、Cl、OH

－－－－

C.Na+、Mg2+、AlO2、Cl

D.Na+、Al3+、AlO2、Cl

14.蒙古牧民喜欢用银器盛放鲜牛奶。现代科学证明，用银器盛放牛奶，确有其科学道理，因为（

）

A.溶入极微量的银离子，可以杀死牛奶中的细菌，防止牛奶变质

B.用银器盛放牛奶，可以补充人体所需的银元素

C.银易导热，牛奶凉得快

D.银的化学性质稳定，坚固耐用

15.金属及其制品在腐蚀介质中很容易被腐蚀，其使用寿命大为降低。因此只有对腐蚀介质中的金属及其制品采取防护措施，才能保证金属工艺设备的安全性和工农业生产的顺利进行。下面对金属及其制品的防护措施中错误的是（

）

A.铁锅用完后，用水刷去其表面的油污，置潮湿处保存

B.通过特殊工艺，增加铝制品表面的氧化膜

C.对于易生锈的铁制品（如防护网）要定期涂刷防护漆

D.把Cr、Ni等金属加入到普通钢里制成不锈钢

二、填空题

16.铜是生命必要的元素，也是人类最早使用的金属之一，铜的生产和使用对国计民生各个方面产生了深远的影响。在化学反应中，铜元素可表现为0、+1、+2价。

（1）在西汉古籍中曾有记载：曾青得铁则化为铜[即：曾表（CuSO4）跟铁反应生成铜]试写出该反应的离子方程式：

。

（2）尽管铜比铁较为稳定，但铜器表面经常会生成铜锈[即:铜绿，化学式为Cu2(OH)2CO3],其中生成铜绿的反应物除铜外还有O2、CO2和H2O。试写出保护铜制品的方法：

。这层铜绿可用化学方法除去。试写出除去铜绿而又不伤器物的反应的化学方程式

。

三、简答题

17.战国时期，相传越国有人制造“干将”，“莫邪”等宝刀宝剑，那真是锋利无比，“削铁如泥”，头发放在刃上，吹口气就会断成两截。通过科学研究知道，这类“宝刀”中含有钨、钼一类的元素。你能揭开古代“宝刀”锋利的秘密吗？

18.导电能力最强的三种金属导电性顺序是银>铜>铝，为什么常见的导线都是铜和铝而不是银；高压远途输电线路是铝线还是钢芯铝线？

19.早在使用铜铁之前，人们就用黄金和白银作为饰物和货币；历史上的“青铜器时期”早于“铁器时期”，而近百年才大量使用铝制品，你能解释其中的原因吗？

应用迁移

填空题

1.可伦比亚号航天飞机曾用金属铝粉和高氯酸铵（NH4CO4）混合物作为固体燃料。加热铝粉使其氧化并放出大量热，促使混合物中的高氯酸铵分解。m mol高氯酸铵分解时除产生2m mol水蒸气和m mol氧气外，其他组成元素均以单质气体形式放出，因而产生巨大推动力。试写出其中涉及反应的化学方程式：

。据此反应原理，1mol高氯酸铵分解所产生的气体共有

mol。

2.砖瓦是用含铁元素等杂质的黏土在隔离空气的情况下烧制而成的。在烧制砖瓦时，用黏土做成的坯经过烘烧后，铁的化合物转化为

而制得红色砖瓦。若烘烧后从窑顶慢慢浇水，窑内会产生大量的

气体，它们把该红色物质还原成的黑色物质是

,同时还有未烧掉的碳颗粒，制得了青色砖瓦。

3.录像用的高性能磁带的磁粉，主要材料之一是由三种元素组成的，化学式为CoxFe3－xO3+x的化合物，已知氧为―2价，钴（Co）和铁（Fe）均可呈现+2价或+3价，且上述化合物每种元素，都只有一种化合价，则x值为

,铁的化合价为

,估的化合价为

。

4．生命起源于原始海洋。科学家认为，由于海洋中Al3+的浓度极低，所以铝元素未成为人体所必需的元素，它反倒对人体有害。铝主要损伤脑细胞，是老年性痴呆的病因之一。世界卫生组织把铝列为食品污染源之一。每日摄入量应控制在4 mg以下。

（1）炸油条时,1kg面粉需加0.5kg水,4g明矾和10g小苏打、食盐等辅料。若烹炸过程中质量减少20%，试通过计算说明100g油条中的含铝量是否超过安全摄入量

。

（2）请列举（除食品添加剂外）三种日常生活中铝元素进入人体的源头

。

实验探究

为测定某铁铝合金中铝的质量分数，某校研究性学习小组设计了如下实验操作过程：称取该合金1.0g，放入烧杯中加足量盐酸，盖上表面皿，使其充分反应；反应停止，经冷却向其中加入过量NaOH溶液，充分放置后过滤，对滤出的沉淀经洗涤在空气中加热灼烧至恒重，得到固体物1.2g。试思考：

（1）实验中以表面皿盖烧杯的原因。

（2）加入过量NaOH溶液的作用

（3）加入NaOH溶液后充分静置的作用。

（4）请你帮助他们计算合金中铝的质量分数。

（5）想一想，还可用什么方法来测定Al的质量分数？