01金屬材料

1.金屬材料包括純金屬(90多種)和合金(幾千種)兩類。

金屬屬于金屬材料，但金屬材料不一定是純金屬，也可能是合金。

2.金屬制品是由金屬材料制成的，鐵、銅、鋁及其合金是人類使用最多的金屬材料。

02金屬材料的發(fā)展史

根據(jù)歷史的學(xué)習(xí)，我們可以知道金屬材料的發(fā)展過程。商朝，人們開始使用青銅器;春秋時期開始冶鐵;戰(zhàn)國時期開始煉鋼;銅和鐵一直是人類廣泛應(yīng)用的金屬材料。在100多年前，又開始了鋁的使用，因鋁具有密度小和抗腐蝕等許多優(yōu)良性能，鋁的產(chǎn)量已超過了銅，位于第二位。

金屬分類：重金屬：如銅、鋅、鉛等

輕金屬：如鈉、鎂、鋁等;黑色金屬：通常指鐵、錳、鉻及它們的合金。Fe、Mn、Cr(鉻)有色金屬：通常是指除黑色金屬以外的其他金屬。

03金屬的物理性質(zhì)

大多數(shù)金屬都具有金屬光澤，密度和硬度較大，熔沸點較高，具有良好的延展性和導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，在室溫下除汞為液體，其余金屬均為固體。

1.共性：

(1)常溫下一般為固態(tài)(汞為液態(tài))，有金屬光澤。

(2)大多數(shù)呈銀白色(銅為紫紅色，金為黃色)

(3)有良好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、延展性

2.一些金屬的特性：鐵、鋁等大多數(shù)金屬都呈銀白色，銅呈紫紅色，金呈黃色;常溫下大多數(shù)金屬都是固體，汞卻是液體;各種金屬的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、密度、熔點、硬度等差異較大;銀的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性最好，鋨的密度最大，鋰的密度最小，鎢的熔點最高，汞的熔點最低，鉻的硬度最大。

(1)鋁：地殼中含量最多的金屬元素(1)鈣：人體中含量最多的金屬元素(1)鐵：目前世界年產(chǎn)量最多的金屬(鐵>鋁>銅)(1)銀：導(dǎo)電、導(dǎo)熱性最好的金屬(銀>銅>金>鋁)

(1)鉻：硬度最高的金屬(1)鎢：熔點最高的金屬(1)汞：熔點最低的金屬(1)鋨：密度最大的金屬(1)鋰 ：密度最小的金屬

金屬的物理性質(zhì)

04合金

1.合金：由一種金屬跟其他一種或幾種金屬(或金屬與非金屬)一起熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。在金屬中加熱熔合某些金屬和非金屬，形成具有金屬特性的物質(zhì)。

★：一般說來，合金的熔點比各成分低，硬度比各成分大，抗腐蝕性能更好。

注意：(1)合金是金屬與金屬或金屬與非金屬的混合物。(2)合金的很多性能與組成它們的純金屬不同，使合金更容易適于不同的用途。(3)日常使用的金屬材料，大多數(shù)為合金。(4)金屬在熔合了其它金屬和非金屬后，不僅組成上發(fā)生了變化，其內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)也發(fā)生了改變，從而引起性質(zhì)的變化。

2.合金的形成條件：其中任一金屬的熔點不能高于另一金屬的沸點(當(dāng)兩種金屬形成合金時)。

3.合金與組成它們的純金屬性質(zhì)比較：

下面是黃銅和銅片，焊錫和錫，鋁合金和鋁線的有關(guān)性質(zhì)比較：

4.幾種常見合金

(1)鐵合金：主要包括生鐵和鋼，它們的區(qū)別是含碳量不同，生鐵含碳量2%-4.3%，鋼的含碳量為0.03%—2%。鋼比生鐵具有更多的優(yōu)良性能，易于加工，用途更為廣泛。不銹鋼：含鉻、鎳的鋼

(2)鋁合金：鋁中加入鎂、銅、鋅等金屬形成合金。廣泛應(yīng)用于制造飛機、艦艇和載重汽車等，可增加它們的載重量以及提高運行速度，并具有抗海水腐蝕、避磁性等特點。

(3)銅合金：黃銅：銅、鋅的合金;青銅：銅、錫的合金;白銅：銅、鎳的合金。

(4)鈦和鈦合金：被認為是21世紀(jì)的重要金屬材料，鈦合金與人體有很好的“相容性”， 因此可用來制造人造骨等。

優(yōu)點：①熔點高、密度小②可塑性好、易于加工、機械性能好③抗腐蝕性能好

性質(zhì)：優(yōu)異的耐腐蝕性，對海水、空氣和若干腐蝕介質(zhì)都穩(wěn)定，可塑性好，強度大，有密度小，又稱親生物金屬。

用途：噴氣式發(fā)動機、飛機機身、人造衛(wèi)星外殼、火箭殼體、醫(yī)學(xué)補形、造紙、人造骨、海水淡化設(shè)備、海輪、艦艇的外殼等。

05金屬與氧氣的反應(yīng)

大多數(shù)金屬可與氧氣的反應(yīng)

06金屬與酸的反應(yīng)

07金屬與化合物溶液的反應(yīng)

08置換反應(yīng)

置換反應(yīng)：由一種單質(zhì)與一種化合物反應(yīng)，生成另一種單質(zhì)與化合物的反應(yīng)叫做置換反應(yīng)。

09金屬活動性順序

人們通過大量的實驗驗證得到常見金屬的活動性順序：

K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au

金屬活動性：由強到弱

應(yīng)用：在金屬活動性順序里，金屬的位置越靠前，它的活動性越強。

在金屬活動性順序里，位于氫前面的金屬能置換出鹽酸、稀硫酸中的氫（不可用濃硫酸、硝酸）。

(1)

在金屬活動性順序里，位于前面的金屬能把位于后面的金屬從它們化合物的溶液里置換出來（K、Ca、Na除外）

(2)。

10礦石

1. 金屬資源的存在方式：地球上的金屬資源廣泛存在于地殼和海洋中，大多數(shù)金屬化合物性質(zhì)較活潑，所以它們以化合物的形式存在;只有少數(shù)金屬化學(xué)性質(zhì)很不活潑，如金、銀等以單質(zhì)形式存在。

2. 礦石：工業(yè)上把能提煉金屬的礦物叫礦石。

3. 常見礦石名稱與其主要成分：

11一氧化碳還原氧化鐵

(1)儀器：鐵架臺(2個)、硬質(zhì)玻璃管、單孔橡皮賽(2個)、酒精燈、試管、酒精噴燈、雙孔橡皮賽、導(dǎo)氣管。

(2)藥品：氧化鐵粉末、澄清石灰水、一氧化碳氣體

(3)裝置圖：(4)步驟：①檢驗裝置的氣密性;②裝入藥品并固定;③向玻璃管內(nèi)通入一氧化碳氣體;④給氧化鐵加熱;⑤停止加熱;⑥停止通入一氧化碳

(5)現(xiàn)象：紅色粉末逐漸變成黑色，澄清石灰水變渾濁，尾氣燃燒產(chǎn)生藍色火焰。

化學(xué)方程式

(6)：3CO+Fe2O3=高溫=2Fe+3CO22CO+O2=點燃=2CO2Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O

注意事項：

(7)要先通入CO再加熱，實驗完畢，停止加熱，繼續(xù)通入CO至試管冷卻。

尾氣處理：

(8)因CO有毒，不能隨意排放在空氣中，處理的原則是將CO燃燒掉轉(zhuǎn)化為無毒的CO2或收集備用。

12工業(yè)煉鐵

(1)原理：在高溫下，利用焦炭與氧氣反應(yīng)生成的還原劑(CO)將鐵從鐵礦石里還原出來。

(2)原料：鐵礦石：選擇礦石條件常見的鐵礦石有磁鐵礦(主要成分是Fe3O4 )、赤鐵礦(主要成分是Fe2O3 )

焦炭作用：(1)提供高溫 C+O2=高溫=CO2 (2)提供CO CO2+C=高溫=2CO

石灰石：作用除去SiO2CaCO3=高溫=CaO+CO2↑ CaO+SiO2=高溫=CaSiO3

(3)主要設(shè)備：高爐

冶煉過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)：

(4)C+O2=點燃=CO2CO2+C=高溫=2CO 3CO+Fe2O3=高溫=2Fe+3CO2CaCO3=高溫=CaO+CO2↑CaO+SiO2=高溫=CaSiO3

注意：石灰石的主要作用是將礦石中的二氧化硅轉(zhuǎn)變?yōu)闋t渣。

煉鋼設(shè)備：轉(zhuǎn)爐、電爐、平爐。

原理：在高溫條件下，用氧氣或鐵的氧化物把生鐵中所含的過量的碳和其它雜質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w和爐渣而除去。C+O2==點燃==CO2

13金屬的銹蝕和防護

鐵生銹的條件是：

(1)鐵與O2、水接觸(鐵銹的主要成分：Fe2O3•XH2O)

(銅生銅綠的條件：銅與O2、水、CO2接觸。銅綠的化學(xué)式：Cu2(OH)2CO3)

鐵的銹蝕條件：

(2)有水和氧氣，防止鐵制品生銹的措施：①保持鐵制品表面的清潔、干燥

②表面涂保護膜：如涂油、刷漆、電鍍、烤藍等

③制成合金：不銹鋼

(3)鐵銹很疏松多孔，不能阻礙里層的鐵繼續(xù)與氧氣、水蒸氣反應(yīng)，因此鐵制品可以全部被銹蝕。

鐵銹很疏松多孔易吸水，反而會加快鐵的生銹，因而鐵生銹應(yīng)及時除去。

(4)而鋁與氧氣反應(yīng)生成致密的氧化鋁薄膜，從而阻止鋁進一步氧化，因此，鋁具有很好的抗腐蝕性能。

14保護金屬資源

保護金屬資源的有效途徑：(1)防止金屬的腐蝕(2)廢舊金屬的回收利用(3)有計劃合理的開采礦物(4)尋找金屬的代用品

意義：節(jié)約金屬資源，減少環(huán)境污染。

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