高中化学人教版 (新课标)选修1 化学与生活第三章 探索生活材料第一节 合金教案

第三章  探索生活中材料

第一节   合  金

教学目标：

1.使学生初步了解合金。

2．认识金属与合金在性能上的主要差异。

3．知道生活中常见合金的组成，了解新型合金的用途。了解易拉罐的主要成分。

教学重点：认识金属与合金在性能上的主要差异。

教学方法：调查或实验、查阅资料。

课时划分：一课时

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？

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。

[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，下面我们认识合金。

[板书]           第三章  探索生活中材料

第一节 合金

一、认识合金

[自学]合金第一自然段。

[板书]合金：就是两种或两种以上的金属（或金属跟非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。

特点：合金比它的成分金属具有许多良好的物理的、化学的或机械的等方面的性能，一般地说，合金的熔点比它的各成分金属的熔点都低。

    [思考]为什么合金具有良好的机械性能？

[投影]

[讲解]根据图3-1讲解合金比纯金属硬度大更坚硬的原因。

[学与问]根据图解释合金熔点为什么一般比各成分熔点低？

提示：原子之间吸引力减弱。

[板书]二、使用合金

1、铁合金

[投影]

[讲解] 生铁的含碳量在2％～4.3％，还含有硅、锰及少量硫、磷等杂质，机械性能硬而脆，易断裂，可铸不可锻；钢中的含碳量一般在0.03％～2％之间，其它杂质含量也比生铁少，基本上不含硫和磷。机械性能比生铁优良，硬而韧，有弹性，延展性好，可铸可锻，易加工。

[练习]1.生铁的含碳量在__之间，还含有等杂质，主要的机械性能__。钢的含碳量在__之间，与生铁比较其它杂质含量__，主要的机械性能__。

[讲述]钢可以分为碳素钢和合金钢两大类，根据含碳量的不同。工业上一般把含碳量低于0.3％（质量分数）的叫做低碳钢；含碳量在0.3％～0.6％（质量分数）之间的叫做中碳钢；含碳量在0.6％（质量分数）以上的叫做高碳钢。合金钢是在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种不同特殊性能，如强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀，以及其它许多优良性能。

[投影]不锈钢制品：

[讲述] 随着科学技术的进步和人民生活水平的提高，不锈钢的装饰品、餐具、炊具已经进入许多家庭。不锈钢制品外观光洁、美观，不易污染、不生锈，因此受到人们的青睐。

不锈钢中除铁以外，还含有抗腐蚀性很强的铬和镍。铬的含量一般在13％以上，镍的含量也在10%左右。例如，有一种不锈钢的成分除铁以外，其他元素含量如下：

Cr（铬）17.0%～19.0%；Ni（镍）8.0%～11.0%； C（碳）≤0.14%；Si（硅）≤0.80%；Mn（锰）≤2.00%； P（磷）≤0.035%；S（硫）≤0.03%。

[练习]2.在下列物质名称后的括号内填上符合该物质的组成成分和用途的序号。

(1)低碳钢(　 )　　(2)高碳钢(　 )(3)不锈钢(　 )　(4)铸造生铁(　 )

A.含碳2％～4.3％ 　　B.含碳低于0.3％C.含碳高于0.6％ 　 D.含镍、铬

a.铸造铸件 　　b.机器零件c.化工设备的耐酸塔 　d.刀具

3.钢铁的生锈与什么有关？铁锈的主要成分是什么？若铁锈的主要成分以Fe2O3表示，写出用盐酸除去铁锈有关反应的化学方程式。

[学与问]某些情况下（如海水中），不锈钢仍会生锈，为什么？（提示：仍含杂质，形成原电池）

[自学]资料卡片—钢中合金元素作用。（阅读拓展资料：特种纲）

[投影]几种铝合金用途：

[板书]2、铝合金、铜合金

[讲述] 铝是地壳中含量最多的金属元素。纯铝的强度和硬度较小，不适合制造机械零件等。制成铝合金可改善性能。例如，铝硅合金（含Si质量分数为13.5％）的熔点为564℃，比纯铝或硅的熔点低，而且它在凝固时收缩率又很小。因而，这种合金适合铸造。又如，硬铝（含Cu 4％、Mg 0.5％、Mn 0.5％、Si 0.7％）（均为质量分数）的强度和硬度都比纯铝大，几乎相当于钢材，且密度较小。铝合金的种类很多，它们在汽车、船舶、飞机等制造业上以及在日常生活里的用途很广。

[实践活动]通过调查或设计实验，确定易拉罐的成分

[投影]铜合金：

[讲述] Cu与Zu的合金称黄铜，其中Cu占60%～90%、Zn占40%～10%，有优良的导热性和耐腐蚀性，可用作各种仪器零件。青铜是人类使用历史最久的金属材料，它是Cu～Sn合金。白铜是Cu-Ni合金，有优异的耐蚀性和高的电阻，故可用作苛刻腐蚀条件下工作的零部件和电阻器的材料。

[投影]

[阅读]资料卡片：K金是指黄金和其它金属混合在一起的合金，K金的量度单位，是将纯金分为24份。根据在首饰中的黄金含量就分成不同的K金，所以24K是指纯金，18K含黄金量就是18/24=75.0%。

[思考与交流]

[阅读]新型合金

[板书]3、新型合金

[练习]4、储氢合金是怎样储氢的？常用那些合金材料做储氢金属材料？

使用时氢气怎样放出？

5、.氢化钠（NaH）是一种离子化合物，NaH与H2O反应放出H2，下列叙述中正确的是

 A、NaH在水中呈酸性 B、NaH中的氢离子可被还原成H2

 C、NaH与H2O反应时，NaH是氧化剂  D、NaH与H2O反应时，H2既是氧化产物又是还原产物

[投影]

[阅读]资料卡片—泡末金属

[练习]6、什么是泡末金属？泡末金属有那些性质及主要用途。

[小结]略

[作业]P53 1、2、3、4、5、6

板书设计      

第三章  探索生活中材料

第一节 合 金

一、认识合金

合金：就是两种或两种以上的金属（或金属跟非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。

特点：合金比它的成分金属具有许多良好的物理的、化学的或机械的等方面的性能，一般地说，合金的熔点比它的各成分金属的熔点都低。

二、使用合金

1、铁合金

2、铝合金、铜合金

3、新型合金

特  种  合  金

（1）耐蚀合金

金属材料在腐蚀性介质中所具有的抵抗介质侵蚀的能力，称金属的耐蚀性。纯金属中耐蚀性高的通常具备下述三个条件之一：

①热力学稳定性高的金属。②易于钝化的金属。③表面能生成难溶的和保护性能良好的腐蚀产物膜的金属。

因此，工业上根据上述原理，采用合金化方法获得一系列耐蚀合金，一般有相应的三种方法：

①提高金属或合金的热力学稳定性，即向原不耐蚀的金属或合金中加入热力学稳定性高的合金元素，使形成固溶体以及提高合金的电极电势，增强其耐蚀性。例如在Cu中加Au，在Ni中加入Cu、Cr等，即属此类。不过这种大量加入贵金属的办法，在工业结构材料中的

应用是有限的。

②加入易钝化合金元素，如Cr、Ni、Mo等，可提高基体金属的耐蚀性。在钢中加入适量的Cr，即可制得铬系不锈钢。实验证明，在不锈钢中，含Cr量一般应大于13%时才能起抗蚀作用，Cr含量越高，其耐蚀性越好。这类不锈钢在氧化介质中有很好的抗蚀性，但在非氧化性介质如稀硫酸和盐酸中，耐蚀性较差。这是因为非氧化性酸不易使合金生成氧化膜，

同时对氧化膜还有溶解作用。

③加入能促使合金表面生成致密的腐蚀产物保护膜的合金元素，是制取耐蚀合金又一途径。例如，钢能耐大气腐蚀是由于其表面形成结构致密的化合物羟基氧化物［FeOx·(OH)23-2x］，它能起保护作用。钢中加入Cu与P或P与Cr均可促进这种保护膜的生成，由此可用Cu、P或P、Cr制成耐大气腐蚀的低合金钢。

(2)耐热合金

一般的金属材料都只能在500 ℃～600 ℃下长期工作。能在高于700 ℃的高温下工作

的金属通称耐热合金。“耐热”是指其在高温下能保持足够强度和良好的抗氧化性。

提高钢铁高温强度的方法很多，从结构、性质的化学观点看，大致有两种主要方法：

一是增加钢中原子间在高温下的结合力。研究指出，金属中结合力，即金属键强度大小，主要与原子中未成对的电子数有关。从周期表中看，ⅥB元素金属键在同一周期内最强。因

此，在钢中加入Cr、Mo、W等原子的效果最佳。

二是加入能形成各种碳化物或金属间化合物的元素，以使钢基体强化。由若干过渡金属与碳原子生成的碳化物属于间隙化合物，它们在金属键的基础上，又增加了共价键的成分，因此硬度极大，熔点很高。例如，加入W、Mo、V、Nb可生成WC、W2C、MoC、Mo2C、VC、NbC

等碳化物，从而增加了钢铁的高温强度。

利用合金方法，除铁基耐热合金外，还可制得镍基、钼基、铌基和钨基耐热合金，它们在高温下具有良好的机械性能和化学稳定性。其中镍基合金是最优的超耐热金属材料，组织中基体是NiCrCo的固溶体和Ni3Al金属化合物，经处理后，其使用温度可达1 000 ℃～1 100 ℃。

(3)钛合金

钛和钛合金有优异的耐蚀性，只能被氢氟酸和中等浓度的强碱溶液所侵蚀。特别是钛对

海水很稳定，将钛或钛合金放入海水中数年，取出后，仍光亮如初，远优于不锈钢。

液态的钛几乎能溶解所有的金属，形成固溶体或金属化合物等各种合金。合金元素如Al、V、Zr、Sn、Si、Mo和Mn等的加入，可改善钛的性能，以适应不同部门的需要。例如，Ti-Al-Sn合金有很高的热稳定性，可在相当高的温度下长时间工作；以Ti-Al-V合金为代表的超塑性合金，可以50%～150%地伸长加工成型，其最大伸长可达到2 000%。而一般合金的

塑性加工的伸长率最大不超过30%。

由于上述优异性能，钛享有“未来的金属”的美称。钛合金已广泛用于国民经济各部门，它是火箭、导弹和航天飞机不可缺少的材料。船舶、化工、电子器件和通讯设备以及若干轻

工业部门中要大量应用钛合金，只是目前钛的价格较昂贵，限制了它的广泛使用。

(4)磁性合金

金属中组成永磁材料的主要元素是Fe、Co、Ni和某些稀土元素。目前使用的永磁合金

有稀土钴系、铁铬钴系和锰铝碳系合金。

磁性合金在电力、电子、计算机、自动控制和电光学等新兴技术领域中，有着日益广泛

的应用。

（5）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。

具有这种形状记忆效应的合金，除镍钛合金外，还先后发现铜锌、金镉、镍铝等

约20种合金，其中“记忆力”最好的是NT合金。

形状记忆合金的应用范围广泛，除了可用于温度控制装置、集成电路引线、汽车零件与机械零件外，由于其与生物体的相容性好、耐蚀性强，还可用于骨折部位的固定、人造心脏

零件、牙齿矫正等医用材料。

由于NT合金成本昂贵，目前正在研制廉价的铜系形状记忆合金。