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常见的材料

发布时间:2013-10-29 08:50:07  

这些建筑物所用的各种物品都是由什么材 料制成的?你知道它是由哪些元素组成的吗? 几十万种材料;由100多种元素不同的排 列组合而形成的。 金属材料(合金)

香港 中银大厦 上海滩

常见 无机非金属材料(水泥.玻璃.陶瓷) 材料
有机合成材料 (合成纤维.塑料.橡胶)

它们主要由什么材料制成的?

金属材料

纯金属 合 金

合金是混合物:如黄铜.铝合金.钢铁 ? ? ? ? ? ? 建筑 桥梁 器械 交通 生活 其它

最常见的金属材料 就是铁及其合金

(一)铁的物理性质:
状 态 颜 色 银 白 硬 度 质 软

导 电 性


导 热 性


延展性
延 性 有 展 性 有

铁 磁 性




铁粉呈黑色,Fe2+溶液呈浅绿色,Fe3+ 溶液呈黄色,Fe(OH)3是红褐色沉淀

(二)铁的化学性质:
1.铁能与氧气、硫、氯气等非金属反应: 3Fe+2O2点燃Fe3O4 Fe+S△FeS Fe2+ 2Fe+3Cl2△2FeCl3 2.铁能与硫酸、盐酸 Fe2O3 等反应置换出氢: 生锈 Fe+H2SO4==FeSO4+H2↑ Fe+2HCl==FeCl2+H2↑

Fe
Fe3O4

Fe3+

3.铁能与硫酸铜等盐反应: Fe+CuSO4==FeSO4+Cu
4.铁在潮湿的空气中容易生锈:

形状记忆合金是具有形状记忆效应的合 钛和钛合金 被认为是21世纪的 铝镁合金主要特点:用其压铸的零部 重要材料,它具有很多优良的性能,如熔 合金材料生产的太阳能装置 金,被广泛用于做人造卫星和宇宙飞船的 点高、密度小、可塑性好、易于加工、机 件轻薄,具有表面光亮,质量轻,强度重 天线,水暖系统、防火门和电路断电的自 械性能好等。尤其是抗腐蚀性能非常好, 量比高,尺寸稳定性,吸震性好,散热快, 即使把它们放在海水中数年,取出后仍光 动控制开关,以及牙齿矫正等医疗材料.

用钛-镍形状记忆合金制成的人造卫星天线

亮如新,其抗腐蚀性能远优于不锈钢,因 抗静电等特点。主要用途:广泛应用于 钛金属腕表 此被广泛用于火箭、导弹、航天飞机、船 低温下 高档家用电器,如壁挂式电视机外壳.笔 舶、化工和通讯设备等 记本电脑外壳.通讯电子产品.汽车零. 制造飞机的材料中为什么大 部件的制造。用此材料加工制造的产品 量使用铝合金而不用纯铝? 可100%的回收再利用,符合环保概念。 黄 金 金和铜的合金-18k金 镁合金主要用途:用于航空.航天.国 防,汽车工业及制作各种镁合金型材. 钛合金与人体有很好的“相容性”,因此可用来制造人造骨

结论:
合金与组成它们的纯金属性质之比较:
1.合金的熔点比它的各成分金属的熔点都低. 2.合金的导电性能比它的各成分金属的导电性 能都弱(电阻率大).

3.合金的强度或硬度大部分比纯金属强.
合金与纯金属相比,性能上发生了改变,说 明物质组成改变会使其性能改变。

合金往往比金属具有更好的性能.

在通常所用的金属材料中,很多都是 由合金制成的.那么什么是合金呢?
1.合金:由2种或2种以上的金属熔合在一起 形成的具有金属特性混合物(也可以是金属 与非金属结合) 注意:1.合金一定有金属特征 2.合金不是单质,也不是化合物, 是一种特殊的混合物 3.合金=金属+金属(或非金属) 4.合金中至少含一种金属.
2.铁的合金——钢和生铁。 根本区别在于含碳量不同

合 金 合金钢片 轮 铁碳合金(钢):是最 胎 架 常见.应用最广的一

种合金材料
合金钢 合金钢螺旋物件

铁的合金 含碳量 机械性能 加工方法 用途





钢 0.03%-2% 坚硬,韧性大,弹性好 可铸可锻可压延 一般用于制造机械、 交通工具。

2%-4.3% 硬而脆,无韧性 可铸而不可锻 制铁锅等

含碳量越高,越硬越脆;含碳量越低,韧性越好, 越柔软(一般来说,钢的机械性能比生铁好)

讨论: 1、你觉得合金的性质与纯金属相比有 哪些改变呢?哪一类应用更广泛? 2)合金的熔点比各成分金属熔点都低。
3)合金强度或硬度比各成分金属都高。

1)合金的导电性比各成分金属导电性都弱。

合金由于在导电、导热、硬度、延展
性等方面具有良好的性质而得到了广 泛的应用。

讨论:
2、你知道合金在我们日常生活中的用途吗?

铝镁合金的主要特点:用其压铸的零部件 轻薄,具有表面光亮,质量轻,强度重量比高, 尺寸稳定性,吸震性好,散热快,抗静电等特 点。主要用途:广泛应用于高档家用电器,如 壁挂式电视机外壳、笔记本电脑外壳、通讯电 子产品、汽车零、部件的制造。用此材料加工 制造的产品可100%的回收再利用,符合环保概 念。 镁合金主要用途:用于航空、航天、国防 工业,汽车工业及制作各种镁合金型材。

讨论: 3、查阅有关资料,你知道不锈钢的成 分组成吗?
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: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%。

问题: 你能说出金属有哪些缺点吗?
随着科学技术的不断进步,人类对于 钢铁的需求量也在不断的增大,我国是钢 铁生产大国,钢铁工人不断的制造出一些 性能优良的钢材。但是,根据一些数据统 计,每年由于锈蚀而浪费掉的钢铁材料仍 占每年钢铁产量的1/4,因此给国家带来了 较为严重的经济损失。 你知道钢铁产生锈蚀的原因是什么吗? 易锈蚀是许多金属的共同弊端。

问题: 你能说出金属有哪些缺点吗?
随着科学技术的不断进步,人

类对于钢铁 的需求量也在不断的增大,我国是钢铁生产 大国,钢铁工人不断的制造出一些性能优良 的钢材;但是,根据一些数据统计,每年由于 锈蚀而浪费掉的钢铁材料仍占每年钢铁产 量的1/4,因此给国家带来了较为严重的经 易锈蚀是 济损失。 许多金属 你知道钢铁产生锈蚀的原因是什么吗? 共同弊端

金属产生锈蚀的 条件有哪些?
1、提出问题: 2、建立假设:可能与是否与氧气接触有关 可能与空气的湿度有关 可能与金属的内部结构有关……
3、设计实验: (以铁的锈蚀为例)

请根据以下提供的器材,设计实验并画出实 验装置图。 器材:带塞子的试管若干支,普通铁钉若干, 蒸馏水,干燥剂.

( ?实验装置图:

干燥剂 )

一段若想验证金属的锈 蚀可能与金属的内 时间后

部结构有关,该如 何设计实验呢?

A

B

C

A

B

C

?通过B.C的比较可知铁的锈蚀与 空气 有关, 通过 A.C 的比较可知铁的锈蚀与水有关; 本实验中 C 为对照组。

4、结论: 金属的锈蚀与水.空气等物质有关

5、利用纯铁(D)按上述方案进行实验,纯 铁生锈了吗,为什么?
生 锈 现 象 没 有 生 锈

没 有 生 锈

没 有 生 锈

A

B

C

D

6、比较(D与A):铁锈蚀的内部条件是: 与内部结构有关 ______________________。

铁锈蚀的原因:
1.周围环境介质(如:H2O.O2.CO2) 2.金属内部结构(如:纯铁不易生锈)

根据铁生锈的条件, 如何采取防锈措施?

保持铁制品表面得洁净和干燥。

防锈 保护膜法: 在钢铁表面覆盖保护层。 如刷油漆、涂机油、封塑料膜、电镀、 最常用 方法 烤涂搪瓷。
改变内部结构法(加Cr.Ni制不锈钢)
最理想

问1.铁内融入Cr.Ni与表面镀上 Cr.Ni制成的都是铁合金吗?防锈 原理一样吗?

问2.铁生锈有其利用价值吗?
食品包装中用作双吸剂
红褐色或棕黄色的铁锈(主要成分是氧化铁Fe2O3) 很疏松,易吸水,因此,铁制品表面的锈如不及时除 去,会加快铁制品的生锈速度。

问3.不锈钢和生铁的主要成分是 铁 ,不锈 钢比生铁 更不易 生锈,为什么? 金属的锈蚀还与金属内部的结构有关.

金属污染的来源:

1.日常生活废弃的金属垃圾;
2.大量工业废弃的金属垃圾;

3.工厂排出含重金属的污水.

目前我国的垃圾处理方法主要以填埋为主

金 属 污 染 危 害

1.浪费大量资源 2.铝等金属在自然界不会自行分 解,积累在土壤中,破坏土壤结构. 3.含铅.镉等有毒金属被腐蚀后, 导致土壤和地下水源重金属污染 及危害生态环境. 4.大量使用含铅汽油和废弃的电 池都可引起土壤重金属污染.

重金属污染
密度在5以上的金属统称为重金属,如金.银.铜.铅.锌.镍. 钴.镉.铬和汞等45种。从环境污染方面所说的重金属,实际上主

要是指汞.镉.铅.铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属,也 指具有一定毒性的一般重金属如锌.铜.钴.镍.锡等。目前最引 起人们注意的是汞.镉.铬.铅等。重金属随废水排出时,即使浓 度很小,也可能造成危害。由重金属造成的环境污染称为重金属 污染。重金属污染的特点表现在以下几方面: (1)水体中的某些重金属可在微生物作用下转化为毒性更强的金 属化合物,如汞的甲基化作用就是其中典型例子; (2)生物从环境中摄取重金属可以经过食物链的生物富集作用, 在较高级生物体内成千万倍地富集起来,然后通过食物进入人体, 在人体的某些器官中积蓄起来造成慢性中毒,危害人体健康; (3)在天然水体中只要有微量重金属即可产生毒性效应,一般重 金属产生毒性的范围大约在1—10mg/L之间,毒性较强的金属如 汞.镉等产生毒性的质量浓度范围在0.0l—0.001mg/L之间。

防 治 金 属 污 染 方 法

1.垃圾进行分类回收

2.分类回收各种废弃 金属材料循环再利用 3.使用无铅汽油。
4.废旧电池不能任意 丢弃。 5.工业废水和废渣不 能任意排放和堆放。

回收金属饮料罐 回收的钢铁材料 回收废旧汽车 ——加工金属铝 ——再炼钢 ——加工铁

巨型电磁铁把铁从 垃圾中分离出来

化学废物处理中心

?金属材料
合金是一种混合物.

板书

1、合金: 将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、最常见的合金——钢 钢和生铁都是铁合金,它们的区别是含碳量。
铁的合金
含碳量






0.03%-2% 坚硬,韧性大,弹性好 可铸可锻可压延 一般用于制造机械、 交通工具。

2%-4.3% 硬而脆,无韧性 可铸而不可锻

机械性能
加工方法 用途

制铁锅等

合金往往比金属具有更好的性能。
1.合金的熔点比它的各成分金属的熔点都低. 2.合金的导电性能比它的各成分金属的导电性能都 弱(电阻率大). 3.合金的强度或硬度大部分比纯金属强.

?金属材料
3、金属锈蚀的条件:与空气、水等物质接触

4、防锈蚀的措施:

保持铁制品表面得洁净和干燥。

防锈 在钢铁表面覆盖保护层。 保护膜法: 如刷油漆、涂机油、封塑料膜、电镀、 方法 最常用
烤涂搪瓷。

改变内部结构法(加Cr.Ni制不锈钢)
最理想

A.铁

1.生铁和稀盐酸溶液充分反应后,总 会有残渣产生,残渣的成分是( D ) B.氯化铁 C.氯化亚铁 D.碳和一些杂质

2.下列物质中属于合金的是( B.C ) A.三氧化二铁 B.高炉炼出的生铁 C.不锈钢 D.铁矿石 E.铁粉和铜粉混合 F.白铁
3.连线题: 窗材料 保险丝 合金轮胎架等

铅锑合金 铝合金 钢铁

4.下列各项比较中,正确的是( A.C ) A.含碳量:生铁>钢 B.含铁量:Fe2O3 > FeO C.地壳中

元素含量:Al > Fe D.韧性:生铁>钢

5.某课外活动小组去一家废旧金属回收公司辨别废 生铁和废钢,他们运用所学的生铁和钢的性能.用途 等有关知识进行辨别,收获很大。试问:该课外活动 小组可能是用哪些方法辨别废生铁和废钢的? (1)看部件的用途; (2)敲击听声音 (3)可用铁锤敲击看其韧性、脆性等 6.现有一种铁合金样品8.7克,与足量的稀硫酸反应, 产生了0.3克氢气,根据上述实验数据和获取的资料, 通过计算推断,这种合金是生铁还是钢?

7.有铁样品10克,在氧气中充分燃烧后生成二氧化 碳通入足量的澄清石灰水中,生成沉淀0.5克,通过 计算确定该样品是生铁还是钢?

8.在氧气的制取和性质的实验中,某同学取一段纱窗 上的细铁丝,在自己收集的氧气中做铁丝在氧气中燃 烧的实验,结果没有观察到火星四射的现象,造成实 验失败的原因不可能的是( C )
A.收集的氧气太少或纯度不够 C.集气瓶底部没有放少量的细砂 B.铁丝已生锈 D.铁丝温度没有达到着火点

9.下列关于铁的性质的说法正确的是(

C

)

A.铁在温暖干燥的环境中易生锈B.铁能置换出硫酸中的氢气 C.铁能与氯气反应生成氯化铁 D.铁能置换出硫酸镁中的镁

10.关于铁的下列说法正确的是(

B

)

A.铁能和高温水蒸气.硝酸锌溶液.盐酸发生置换反应 B.在铁制品表面涂油漆或电镀上一层其他金属,这两种防锈措 施的原理是相同的 C.炼铁的过程是铁矿石(主要成分是Fe3O4/Fe2O3)被氧化过程 D.铁是地壳中含量最多的金属

11.下列关于物质组成的说法中正确的是(
A.钢含碳的质量分数大于生铁含碳的质量分数 B.二氧化碳是由碳和氧气组成的混合物 C.酒精只含C、H两种元素 D.煤是由多种有机物和一些无机物组成的混合物

D

)

12.铁是人类生活、生产实际中应用很广的一种金 属材料。有关铁的叙述正确的是( A )
A.使用铁锅比使用铝锅更有利于人的健康 B.铁是一种晶体,熔化时温度逐渐升高 C.铁能置换出酸中的氢气 D.铁是电的良导体,因为铁是由铁原子直接构成的

13.某学生做了如下实验:将一个不与盐酸反应的小 球放入盛有盐酸的烧杯中,小球悬浮于液面;将几枚 小铁钉投入烧杯中,到不再有气泡逸出(溶液的体积 变化忽略不计),和开始相比,小球的位 置将( A )
A.上浮 B.不变 C.下沉 D.沉至杯底

14.铜币在历史上曾经是一种广泛流通的货币,已知铜 的熔点是1083.4℃,铁的熔点是15348℃。 (1)请从物理性质角度说明为什么用铜而不用铁来铸 造货币。 铜的熔点比铁的熔点低,便于铸造。 (2)请用典型的例子说明铁金属活动性比铜强,并指出 所依据的化学反应属于哪种基本反应类型。 铁可以从可溶性的铜盐中置换出铜来;铁可以与盐酸 发

生置换反应,而铜却不能与盐酸发生置换反应. 15.氯化铁是一种良好的净水剂,化学上可以用多种方 法来制取,请写出四种用铁及铁的化合物通过一步化 学反应制取氯化铁的四个化学方程式: (注:碳酸铁不 要作反应物) Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O Fe(OH)3+3HCl=FeCl3+3H2O 2Fe+3Cl2△2FeCl3 Fe2(SO4)3+BaCl2=BaSO4↓ +2FeCl3

16.广东佛山是有色金属之乡,其中铝合金材料的产量 混合物 约占全国的一半;铝合金材料属于_______(选填“纯净 物”“混合物”或“单质”),铝是活泼金属,生活中的 4Al+3O2==2Al2O3 铝锅却有较强的抗腐蚀性,原因是 __________________(用化学方程式表示)如果将铝片 投入到稀硫酸中,片刻之后才有气泡产生,请用化学方 Al2O3+3H2SO 程式表示这一过程: 4===Al2(SO4)3+3H2O 2Al+3H2SO4===Al2(SO4)3+3H2 17.巳知+3价铁盐跟铁粉在溶液中能发生化合反应,生 成亚铁盐,现往生锈的铁粉中加入稀盐酸,过一会儿有 气泡产生,反应后铁粉剩余,最终得到一种浅绿色的溶 液;写出整个实验过程中所发生的化学方程式。 Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O Fe+2HCl=FeCl2+H2↑

2FeCl3+Fe=3FeCl2

废干电池的处理

1号废旧锌锰电池的组成(约70克) 锌皮(7克) 碳棒(5.2克) 锰粉(25克) 铜帽(0.5克) 汞(微量) 其它:约32克 其它:铅、镉、镍等.

锌的用途:
据统计,全世界生产的锌约40%用于制 造镀锌钢板和白铁皮等。锌的化合物也 有很多用途。例如,氧化锌是一种优良 的白色颜料,它具有一定的杀菌能力, 用作医用橡皮膏。溴化锌和碘化锌用于 医药和分析试剂。硫化锌和硫酸镍混合 物制得的白色颜料的遮盖力强,没有毒 性,大量用于油漆工业。硫酸锌还用作 木材防腐剂和媒染剂。

锰的作用: 锰具有脱氧、脱硫、还能增加 钢材的强度、韧性、可淬性。 各类钢的生产都不能缺少锰。 二氧化锰是一种催化剂。

金属种类

危害的表现 过量的锰蓄积于体内引起神经性功能障 碍,较重者出现两腿发沉,表情呆板,感情 冷漠,常伴有精神症状。 铅主要作用于神经系统、循环系统、消化系 统等并能抑制血红蛋白的合成代谢过程。慢 性铅中毒可导致儿童智力低下。 锌的盐类对皮膜粘膜有刺激作用。当在水中 浓度超过10-50毫史/升时有致癌危险。



铅: 锌


镍粉溶解于血液,参加体内循环,有较 强的毒性,能损害中枢神经,引起血管变异, 严重者导致癌症。



干电池的汞具有明显的神经毒性,此外 对内分泌系统、免疫系统等也有不良影响。

方案例举: 1.对锌的回收: 剥下干电池外面的锌皮,并用小刀或纱纸去掉表 面的杂质,洗净干燥。(可用作实验室制氢气的原 料) 2.对汞的回收:(Hg2+) 向初步处理后的废液中, 加入铜屑、铁屑或锌粒,置换出汞。

3.对镉.镍的回收:(Cd2+、Ni2+) 提示:Cd(OH)2Ni(OH)2难溶于水。向含Cd2+的废液 中,加入可溶性碱,生成沉淀,过滤,洗涤,干燥。

发达国家的政策: 美国、日本、欧盟未把群众日常生活使用 的普通干电池作为危险废物对待,也没有 强制单独收集处理普通干电池的法律。 在电池管理政策上,主要分两类: 第一类是针对普通干电池的。政府要求 制造商逐步降低电池中的汞含量,最终禁止 向电池中添加汞。对企业回收,国家既不鼓励

也不限制。 第二类政策是针对可充电电池的。立法 淘汰镍镉电池, 用镍氢、锂电池取代。 并通过以旧换新方式回收.

我国政策: 借鉴发达国家相关政策,2006达到 无汞水平。
谨慎收集废电池:

1.分散的废电池随生活垃圾填埋一般不会 造成太大污染。 2.把大量的废电池集中到一个地方,加上 处理不善(如剥开外壳,回收有价值部分 ,将残渣随意抛弃),则有可能引起局部 地区的汞污染。 3.对已收集的废干电池,应交专业部门处理。

小林同学发现铜制眼镜框表面出现了绿色物 质,通过化学学习知道该物质为铜锈,俗称铜 绿,主要成分是Cu2(OH)2CO3。 [提出问题] 铜是在什么条件下锈蚀的?小林对此进行 了探究。 [猜想] 根据铜锈的化学式,猜想铜生锈可能是铜与水 . O2 , CO2 共同作用的结果。

[设计与实验] 借鉴“铁钉锈蚀条件的探究”实验,小林设 计了“铜片锈蚀条件的探究”实验如右图所示: (1)实验较长时间后,发现 B 试管中的光亮铜片最先生 锈(填字母编号)。 (2)从优化实验的角度考虑,A实验是多余的,他只考虑了水 这个单一条件。C试管中除光亮铜片、蒸馏水外,还有的另外 一种物质为 O2或CO2 。 (3)D试管除光亮铜片外,还有的另外两种物质为 CO2和O2 ; 从D试管的实验中,获得的结论是水是生成铜锈的必要条件 。

CO2或O2

[评价与改进] 我认为小林设计的“铜片锈蚀条件的探究 ”实验不够完善,要得出正确结论,还要补充的一个实验 是(可图示) 启示是: 。

[反思与小结] 通过铜片锈蚀条件的探究实验,我获得的

铜生锈比铁困难;要控制好变量; 应设置对比实验……

铁的合金 含碳量 机械性能 加工方法





钢 0.03%-2% 坚硬,韧性大,弹性好 可铸可锻可压延 生 铁

2%-4.3% 硬而脆,无韧性 可铸而不可锻

原料 铁矿石.焦炭.石灰石

炼 设备 ———— 高 炉 制 (1)将过量碳转变为气体 主要 Fe2O3+3CO 高温 2Fe+3CO2 (2)融入有益的合金元素 变化 含碳量越高,越硬越脆;含碳量越低,韧性越好, 越柔软(一般来说,钢的机械性能比生铁好)


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