金属和金属材料知识要点
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考点一、金属材料(一)、纯金属材料:纯金属(90多种)纯金属:有色金属:通常是指除黑色金属以外的其他金属。
黑色金属:通常指铁、锰、铬及它们的合金。
有色金属:重金属:如铜、锌、铅等轻金属:如钠、镁、铝等(二)、合金(几千种):由一种金属跟其他一种或几种金属(或金属与非金属)一起熔合而成的具有金属特性的物质。
1.金属材料包括纯金属和合金两类。
金属属于金属材料,但金属材料不一定是纯金属,也可能是合金。
2.合金可能是金属与金属组成,也可能是金属与非金属组成。
金属材料中使用比较广泛的是合金。
合金的优点:(1)熔点高、密度小;(2)可塑性好、易于加工、机械性能好;(3)抗腐蚀性能好;下面是黄铜和铜片,焊锡和锡,铝合金和铝线的有关性质比较:钛和钛合金:被认为是21世纪的重要金属材料,钛合金与人体有很好的“相容性”,因此可用来制造人造骨等。
钛合金的优点:①熔点高、密度小;②可塑性好、易于加工、机械性能好;③抗腐蚀性能好钛镍合金具有“记忆”能力,可记住某个特定温度下的形状,只要复回这个温度,就会恢复到这个温度下的形状,又被称为“记忆金属”。
此外,钛还可制取超导材料,美国生产的超导材料中的90%是用钛铌合金制造的。
3.注意:(1)合金是金属与金属或金属与非金属的混合物。
(2)合金的很多性能与组成它们的纯金属不同,使合金更容易适于不同的用途。
(3)日常使用的金属材料,大多数为合金。
(4)金属在熔合了其它金属和非金属后,不仅组成上发生了变化,其内部组成结构也发生了改变,从而引起性质的变化。
(5)合金的形成条件:其中任一金属的熔点不能高于另一金属的沸点(当两种金属形成合金时)。
(6)青铜是人类历史上使用最早的合金;生铁和钢是人类利用最广泛的合金.(7)合金都属于混合物。
考点2金属的物理性质(1)常温下一般为固态(汞为液态),有金属光泽。
(2)大多数呈银白色(铜为紫红色,金为黄色)(3)有良好的导热性、导电性、延展性(4)密度和硬度较大,熔沸点较高。
金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。
按外力作用的性质不同,主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等,工程常用的是屈服强度和抗拉强度,这两个强度指标可通过拉伸试验测出强度是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。
也就是说,强度是衡量零件本身承载能力(即抵抗失效能力)的重要指标。
强度是机械零部件首先应满足的基本要求。
机械零件的强度一般可以分为静强度、疲劳强度(弯曲疲劳和接触疲劳等)、断裂强度、冲击强度、高温和低温强度、在腐蚀条件下的强度和蠕变、胶合强度等项目。
强度的试验研究是综合性的研究,主要是通过其应力状态来研究零部件的受力状况以及预测破坏失效的条件和时机。
强度是指材料承受外力而不被破坏(不可恢复的变形也属被破坏)的能力.根据受力种类的不同分为以下几种:(1)抗压强度--材料承受压力的能力.(2)抗拉强度--材料承受拉力的能力.(3)抗弯强度--材料对致弯外力的承受能力.(4)抗剪强度--材料承受剪切力的能力.材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。
早在1822年,Friedrich mohs提出用10种矿物来衡量世界上最硬的和最软的物体,这是所谓的摩氏硬度计。
按照他们的软硬程度分为十级:1)滑石2)石膏3)方解石4)萤石5)磷灰石6)正长石7)石英8)黄玉9)刚玉10)金刚石试验钢铁硬度的最普通方法是用锉刀在工件边缘上锉擦,由其表面所呈现的擦痕深浅以判定其硬度的高低。
这种方法称为锉试法这种方法不太科学。
用硬度试验机来试验比较准确,是现代试验硬度常用的方法。
常用的硬度测定方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等测试方法硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标,它既可理解为是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力,也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力。
硬度不是一个简单的物理概念,而是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。
硬度试验根据其测试方法的不同可分为静压法(如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等)、划痕法(如莫氏硬度)、回跳法(如肖氏硬度)及显微硬度、高温硬度等多种方法。
1.2 常用金属材料金属材料来源丰富,并具有优良的使用性能和加工性能,是机械工程中应用最普遍的材料,常用以制造机械设备、工具、模具,并广泛应用于工程结构中。
金属材料大致可分为黑色金属两大类。
黑色金属通常指钢和铸铁;有色金属是指黑色以外的金属及其合金,如铜合金、铝及铝合金等。
1.2.1 钢钢分为碳素钢(简称碳钢)和合金两大类。
碳钢是指含碳量小于2.11%并含有少量硅、锰、硫、磷杂质的铁碳合金。
工业用碳钢的含碳量一般为0.05%~1.35%。
为了提高钢的力学性能、工艺性能或某些特殊性能(如耐腐蚀性、耐热性、耐磨性等),冶炼中有目的地加入一些合金元素(如Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等),这种钢称为合金钢。
(一)碳钢1.碳钢的分类碳钢的分类方法有多种,常见的有以下三种。
(1)按钢的含碳量多少分类分为三类:低碳钢,含碳量0.25%;中碳钢,含碳量为0.25%~0.60%;高碳钢,含碳量0.60%。
(2)按钢的质量(即按钢含有害元素S、P的多少)分类分为三类:普通碳素钢,钢中S、P含量分别≤0.055%和0.045%;优质碳素钢,钢中S、P含量均≤0.040%;高级碳素钢,钢中S、P含量分别≤0.030%和0.035%。
(3)按钢的用途分类分为两类:碳素结构钢,主要用于制造各种工程构件和机械零件;碳素工具钢,主要用于制造各种工具、量具和模具等。
2.碳钢牌号的表示方法(1)碳素结构钢碳素结构钢的牌号由屈服点“屈”字汉语拼音第一个字母Q、屈服点数值、质量等级符号(A、B、C、D)及脱氧方法符号(F、b、Z)等四部分按顺序组成。
其中质量等级按A、B、C、D顺序依次增高,F代表沸腾钢,b代表镇静钢,Z代表镇静钢等。
如Q235-A·F表示屈服强度为235Mpa的A级沸腾碳素结构钢。
(2)优质碳素结构钢优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示。
这两位数字代表钢中的平均含碳量的万分之几。
例如45钢,表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。
高中化学《金属材料》知识点总结一、金属材料:金属材料可分为纯金属和合金。
新型金属材料是具有特殊性能的金属结构材料。
1、合金(1)概念:合金是指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)性能:合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能。
①熔点:合金的熔点比各成分金属低②硬度和强度:合金的硬度比各成分金属大(3)易错点:①构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属,也可以是金属与非金属,合金中一定含金属元素②合金的性质不是各成分金属的性质之和。
合金具有许多良好的物理、化学和机械性能,在许多方面不同于各成分金属,不是简单加合;但在化学性质上,一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质③并非所有的金属都能形成合金,两种金属形成合金,其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化,若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点,则二者不能形成合金④合金一定是混合物⑤常温下,多数合金是固体,但钠钾合金是液体2、常见的金属材料(1)金属材料分类①黑色金属材料:铁、铬、锰以及它们的合金②有色金属材料:除黑色金属以外的其他金属及其合金(2) 黑色金属材料——钢铁①生铁:含碳量在2%~4.3%的铁的合金。
生铁里除含碳外,还含有硅、锰以及少量的硫、磷等,它可铸不可煅。
根据碳的存在形式可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种②钢:含碳量在0.03%~2%的铁的合金。
钢坚硬有韧性、弹性,可以锻打、压延,也可以铸造。
钢的分类方法很多,如果按化学成分分类,钢可以分为碳素钢和合金钢两大类。
碳素钢就是普通的钢,碳素钢又可以分为低碳钢、中碳钢和高碳钢,低碳钢韧性、焊接性好,强度低;中碳钢强度高,韧性及加工性好;高碳钢硬而脆,热处理后弹性好。
合金钢也叫特种钢,是在碳素钢是适当地加入一种或几种,如锰、铬、镍、钨、铜等合金元素而制成的。
合金元素使合金钢具有各种不同的特殊性能,用于制不锈钢及各种特种钢③钢是用量最大,用途最广的合金(3) 有色金属材料——铜和铝①铝及铝合金:Al 是地壳中含量最多的金属元素,纯铝的硬度和强度较小,有良好的延展性和导电性,通常用作制导线。
第八单元金属和金属材料单元解读【内容概述】本单元包括三个课题和一个实验活动。
主要介绍了铁、铝、铜等重要金属和合金。
具体内容包括金属的物理性质(如导电性、导热性等),金属的化学性质(如与氧气、盐酸等反应),置换反应的规律性知识(如金属活动性顺序),金属资源的利用(如铁的冶炼及冶炼时有关杂质问题的计算),以及金属资源的保护(如金属的腐蚀和防护、废旧金属的回收利用)等。
【学习目标】重点:1.铁、铝、铜等金属和合金的性质与用途。
2.金属活动性顺序。
3.铁的冶炼,以及铁锈蚀的条件及防护。
难点:1.金属活动性顺序的探究,以及用此规律对某些置换反应做出判断。
2.对金属锈蚀条件及其防护措施的初步探究。
3.有关杂质的计算【命题分析】1.本单元考查的题型主要有选择题、填空题和探究题。
中考将以最新的金属材料方面的科技为结合相关知识来设计相应的综合性题目,让学生来通过分析进行推断和探究。
随着各种新金属材料的不断问世,结合所学知识考查“新金属”的试题将成为今后的命题趋势。
2. 金属的化学性质是中考的热点和重点,考查形式多种多样;由于对金属性质的考查易于酸碱盐等知识综合起来的考查,因此复习时要在掌握本讲知识的同时,注重知识之间的横向联系。
金属的性质在很大程度上决定了它们的用途。
题目往往是通过图表和文字信息来反映某一具体物质的用途,考查对所涉及物质性质的掌握情况。
复习时将金属与氧气、酸、盐溶液反应的现象、产物以及化学方程式进行归纳、对比,找出它们的相同点和不同点。
3.金属活动性顺序的应用考查,结合金属与酸和盐溶液的反应,图像题考查物质的反应程度、先后顺序及其溶液中剩余的离子,生成的最终物质。
熟记金属活动性顺序,理解应用中的注意事项为结题关键。
此类试题一般难度较大,重点考查同学们新信息获取、处理以及灵活运用所学化学知识进行分析问题、解决问题的能力。
解答时读懂题意,提取有用信息,同时联系教材内容,综合应用,问题便可迎刃而解。
【中考解读】【考点详览】考点一金属材料1.(2020•天门)有关金属与金属材料的说法中错误的是A. 银的导电性比铜好,但电线一般用铜制,主要与价格和资源等因素有关B. 生铁和钢都是铁合金,但钢中的含碳量比生铁中高C. 铝合金门窗耐腐蚀性好,硬度高D. 焊锡是锡和铅的合金,其熔点低,可以用于焊接金属【答案】B【解析】A、银的导电性比铜好,但电线一般用铜制,主要与银价格贵和资源等因素有关,A正确;B、生铁和钢都是铁合金,但钢中的含碳量比生铁中低,B错误;C、合金相对于纯金属,耐腐蚀性更好,硬度更大,铝合金门窗耐腐蚀性好,硬度高,C正确;D、合金熔点相较于纯金属偏低,焊锡是锡和铅的合金,其熔点低,可以用于焊接金属,D正确。
第八单元 金属和金属资料 课题一 金属资料 一、金属资料( 考点一) 纯金属(90多种)1、金属资料合金 (几千种)(1)常温下一般为固态(汞为液态),有金属光彩。
2、金属的物理性质:(2)大部分呈银白色(铜为紫红色,金为黄色)(3)有优秀的导热性、导电性、延展性、必定的韧性二、合金(考点二):由一种金属跟其余一种或几种金属(或金属与非金属)一同熔合而成的拥有金属特征的物质。
(注:混淆物)★:一般说来,合金的熔点比各成分低,硬度比各成分大,抗腐化性能更好铁的合金 铜合金 钛和钛合形状记忆合金青铜: 焊锡生铁 钢 黄铜 金金属含碳量 含碳量 铜锌 铜锡 铅锡钛镍合金成分0.18%~2% 合金 合金 合金2%~4.3%不锈钢:含铬、镍的钢备注 紫铜为纯铜熔点低拥有抗腐化性能注:钛和钛合金:被以为是21世纪的重要金属资料,钛合金与人体有很好的“相容性”,所以可用来制造人造骨等。
(1)熔点高、密度小长处 (2)可塑性好、易于加工、机械性能好 3)抗腐化性能好课题二、金属的化学性质考点一、金属的化学性质 1、大部分金属可与氧气的反响点燃2MgO 常温下迟缓氧化 成氧化膜 注:MgO :白色固体2Mg+O2 4Al+3O2点燃2O3注:Al2O3:白色固体2Al点燃△3Fe+2O2Fe 3O4 2Cu+O2CuO 注:CuO :黑色固体2注意:①、固然铝在常温下能与氧气反响,可是在铝表面生成了一层致密的氧化铝薄膜,进而阻挡了反响的进行,所以铝在常温下不会锈蚀。
②、“真金不怕火炼”说明金即便在高温时也不可以与氧气反响,金的化学性质极不开朗。
2、金属+酸→盐+H↑置换反响(条件:活动性:金属>H )2H2SO4+Mg=MgSO 4 +H2↑现象:反响强烈,有大批气泡产生,液体仍为无色3H2SO4+2Al=Al 2(SO4)3 +3H2↑现象:反响强烈,有大批气泡产生,液体仍为无色 HSO+Zn=ZnSO +H↑现象:反响比较强烈,有大批气泡产生,液体仍为无色 2 4 4 2H2SO+Fe=FeSO 4 +H 2↑现象:反响比较迟缓,有气泡产生,液体由无色变为浅绿色4小结:①此类反响均属置换反响,只有在次序表中排在H 前的金属才能和酸发生置换反响生成氢气。
中考化学金属和金属材料知识点总结金属和金属材料一、基本考点(选择题,简答题)考点1 金属材料及其物理性质1. 常见的金属材料:纯金属(铁、铝、铜、银)和合金(铁合金,例如钢和生铁、铜合金,例如青铜、黄铜,铝合金,钛合金等)。
【拓展】合金的注意点(1)合金可以由多种金属熔合而成,也可以由金属与非金属熔合而成(2)合金比纯金属有性质更优越,合金的强度和硬度一般比它们的纯金属大,抗腐蚀性能强,合金的熔点一般低于它们所含纯金属的熔点。
(3)生铁和钢的区别:生铁含碳量高欲钢的含碳量。
(4)新材料:钛和钛合金,熔点高、密度小,可塑性好,易于加工,抗腐蚀性能好,钛合金与人体有很好的相容性。
2.金属的物理性质:(1)金属的物理共性:常温下除汞(液体)外都是固体,大多数有银白色金属光泽,大多数为电和热的优良导体,有延展性、硬度和密度较大、熔沸点较高。
(2)金属的物理特性:密度大,硬度大、熔沸点高,这是一些不同金属各自的特性。
【拓展】金属的颜色:块状铁、镁、铝等大多数是银白色;铜是紫红色,金是黄色;细的铁粉、银粉是黑色。
考点2.金属与氧气的反应【规律】大多数金属都能与氧气反应,但反应的难易和剧烈程度不同,越活泼的金属,越容易与氧气发生化学反应,反应越剧烈。
(1)镁、铝与氧气的反应①在常温下,镁条在空气中发生缓慢氧化而生成白色固体——氧化镁,但在点燃条件下,镁条能在空气中剧烈燃烧,生成白色固钵。
②在常温下,铝在空气中发生缓慢氧化,在其表面生成一层致密的氧化物薄膜,从而阻止内部的铝进一步氧化,因此,铝具有较好的抗腐蚀性;在点燃的条件下,铝在氧气中剧烈燃烧生成白色固体——氧化铝(Al2O3)。
(2)铁与氧气的反应①常温下,铁在干燥的空气中很难与氧气反应;②常温下,铁在潮湿的空气中易生锈;③在点燃的条件下,铁在氧气中剧烈燃烧,火星四射,放出大量的热,生成黑色固体物质——四氧化三铁。
(3)铜与氧气的反应①常温下,铜在干燥的空气中几乎不与氧气反应;②铜在空气中加热时,表面会逐渐生成黑色物质——氧化铜;③铜在潮湿的空气中易形成铜绿(碱式碳酸铜)。
金属和金属材料知识点总结及经典习题(含答案)一、金属和金属材料选择题1.人们常把金、银、铜、铁、锡等五种金属统称为“五金”。
下列相关叙述错误的是( ) A.铁锅应用了铁的导热性B.金属银可与硝酸铜溶液发生置换反应C.金的化学性质最不活泼D.焊锡(锡铅合金)比锡熔点要低【答案】B【解析】【详解】A、铁具有优良的导热性,所以铁锅应用了铁的导热性煮熟食物,故A正确;B、通过金属活动性顺序分析可知,银的活泼性比铜弱,所以金属银不可与硝酸铜溶液发生置换反应,故B错误;C、在金属活动性顺序中金排在最后面,金的化学性质最不活泼故,C正确;D、合金的熔点比组成它的纯金属的熔点低,所以焊锡(锡铅合金)比锡熔点低,故D正确。
故选:B。
【点睛】金属活动顺序表:K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au,在金属活动顺序表中,排在氢前边的金属能和酸发生置换反应生成盐和氢气。
金属的位置越靠前,金属的活动性越强。
位置靠前的金属能将位于其后的金属从它的盐溶液中置换出来。
2.以下实验能比较出铜和银的金属活动性强弱的是()A.测定两金属的密度B.铜片放入硝酸银溶液中C.将两种金属相互刻画D.铜片、银片分别放入稀硫酸中【答案】B【解析】试题分析:比较金属活动性强弱要通过化学变化且出明显现象才能表现出来,A.测定两金属的密度,不能比较出铜和银的金属活动性强弱;B.铜片放入硝酸银溶液中能比较出铜和银的金属活动性强弱,因为金属铜能置换出金属银;C.将两种金属相互刻画不能比较出铜和银的金属活动性强弱;D.铜片、银片分别放入稀硫酸中,二者多无明显现象,不能比较出铜和银的金属活动性强弱;故答案选择B考点:金属活动性顺序3.将一定量的锌粉加入到Mg(NO3)2、Cu(NO3)2、AgNO3三种物质的混合溶液中充分反应后过滤,将滤渣放入稀盐酸溶液里,有气泡产生.则下列情况不可能存在的是()A.滤渣是Ag、Cu、Zn B.滤渣是Ag、Cu、MgC.滤液中含有Zn2+、Mg2+、NO3﹣D.金属活动性顺序是Ag<Cu<Zn<Mg【答案】B【解析】【详解】A、将滤渣放入稀盐酸溶液里,有气泡产生,说明锌过量,滤渣中含有锌,同时含有锌和硝酸铜、硝酸银反应生成的铜和银,该选项说法正确;B、镁比锌活泼,因此锌不能和硝酸镁反应,滤渣中不含有镁,该选项说法不正确;C、滤液中含有反应生成的锌离子和没有反应的镁离子,同时含有硝酸根离子,该选项说法正确;D、金属活动性顺序是Ag<Cu<Zn<Mg,该选项说法正确.故选B.4.向一定质量FeCl2和CuCl2的混合溶液中加入锌粉。
考点一、金属材料(一)、纯金属材料:纯金属(90多种)纯金属:有色金属:通常是指除黑色金属以外的其他金属。
黑色金属:通常指铁、锰、铬及它们的合金。
有色金属:重金属:如铜、锌、铅等轻金属:如钠、镁、铝等(二)、合金(几千种):由一种金属跟其他一种或几种金属(或金属与非金属)一起熔合而成的具有金属特性的物质。
1.金属材料包括纯金属和合金两类。
金属属于金属材料,但金属材料不一定是纯金属,也可能是合金。
2.合金可能是金属与金属组成,也可能是金属与非金属组成。
金属材料中使用比较广泛的是合金。
合金的优点:(1)熔点高、密度小;(2)可塑性好、易于加工、机械性能好;(3)抗腐蚀性能好;下面是黄铜和铜片,焊锡和锡,铝合金和铝线的有关性质比较:钛和钛合金:被认为是21世纪的重要金属材料,钛合金与人体有很好的“相容性”,因此可用来制造人造骨等。
钛合金的优点:①熔点高、密度小;②可塑性好、易于加工、机械性能好;③抗腐蚀性能好钛镍合金具有“记忆”能力,可记住某个特定温度下的形状,只要复回这个温度,就会恢复到这个温度下的形状,又被称为“记忆金属”。
此外,钛还可制取超导材料,美国生产的超导材料中的90%是用钛铌合金制造的。
3.注意:(1)合金是金属与金属或金属与非金属的混合物。
(2)合金的很多性能与组成它们的纯金属不同,使合金更容易适于不同的用途。
(3)日常使用的金属材料,大多数为合金。
(4)金属在熔合了其它金属和非金属后,不仅组成上发生了变化,其内部组成结构也发生了改变,从而引起性质的变化。
(5)合金的形成条件:其中任一金属的熔点不能高于另一金属的沸点(当两种金属形成合金时)。
(6)青铜是人类历史上使用最早的合金;生铁和钢是人类利用最广泛的合金.(7)合金都属于混合物。
考点2金属的物理性质(1)常温下一般为固态(汞为液态),有金属光泽。
(2)大多数呈银白色(铜为紫红色,金为黄色)(3)有良好的导热性、导电性、延展性(4)密度和硬度较大,熔沸点较高。
金属和金属材料知识点和考点金属材料1、金属材料包括纯金属和合金两类。
金属属于金属材料,但金属材料不一定是纯金属,也可能是合金。
2、金属制品是由金属材料制成的,铁、铜、铝及其合金是人类使用最多的金属材料。
考点2 金属材料的发展史根据历史的学习,我们可以知道金属材料的发展过程。
商朝,人们开始使用青铜器;春秋时期开始冶铁;战国时期开始炼钢;铜和铁一直是人类广泛应用的金属材料。
在100多年前,又开始了铝的使用,因铝具有密度小和抗腐蚀等许多优良性能,铝的产量已超过了铜,位于第二位。
考点3 金属的物理性质1、共性:大多数金属都具有金属光泽,密度和硬度较大,熔沸点较高,具有良好的延展性和导电、导热性,在室温下除汞为液体,其余金属均为固体。
2、一些金属的特性:铁、铝等大多数金属都呈银白色,铜呈紫红色,金呈黄色;常温下大多数金属都是固体,汞却是液体;各种金属的导电性、导热性、密度、熔点、硬度等差异较大;银的导电性和导热性最好,锇的密度最大,锂的密度最小,钨的熔点最高,汞的熔点最低,铬的硬度最大。
考点4 物质的性质与物质的用途之间的关系1、物质的性质决定物质的用途,而物质的用途又反映出物质的性质。
2、物质的性质很大程度上决定了物质的用途。
但这不是唯一的决定因素,在考虑物质的用途时,还需要考虑价格、资源、是否美观、使用是否便利,以及废料是否易于回收和对环紧的影响等多种因素。
考点5 合金1、合金:在金属中加热熔合某些金属和非金属,形成具有金属特性的物质。
注意:(1)合金是金属与金属或金属与非金属的混合物。
(2)合金的很多性能与组成它们的纯金属不同,使合金更容易适于不同的用途。
(3)日常使用的金属材料,大多数为合金。
(4)金属在熔合了其它金属和非金属后,不仅组成上发生了变化,其内部组成结构也发生了改变,从而引起性质的变化。
2、合金的形成条件:其中任一金属的熔点不能高于另一金属的沸点(当两种金属形成合金时)。
3、合金与组成它们的纯金属性质比较。
第八单元金属和金属材料
第一节金属材料
●金属材料:金属材料包括纯金属以及它们的合金。
●金属的物理性质
⏹在常温下一般为固态(汞为液态),有金属光泽
(大多数金属呈银白色,铜呈紫红色,金呈黄
色);
⏹导电性、导热性、熔点较高、有延展性、能够弯
曲、硬度较大、密度较大。
●金属之最
⏹地壳中含量最多的金属元素——铝
⏹人体中含量最多的金属元素——钙
⏹目前世界年产量最多的金属——铁(铁>铝>
铜)
⏹导电、导热性最好的金属——银(银>铜>金>
铝)
⏹熔点最高的金属——钨
⏹熔点最低的金属——汞
⏹硬度最大的金属——铬
●金属的应用
物质的性质在很大程度上决定了物质的用途,但
这不是唯一的决定因素。
在考虑物质的用途时,还需要考虑价格、资源、是否美观、使用是否便利,以及废料是否易于回收和对环境的影响等多种因素。
⏹铜、铝——电线——导电性好、价格低廉
⏹钨——灯丝——熔点高
⏹铬——电镀——硬度大
⏹铁——菜刀、镰刀、锤子等
⏹汞——体温计液柱
⏹银——保温瓶内胆
⏹铝——“银粉”、锡箔纸
●合金:由两种或两种以上的金属或金属与非金属
经一定方法所合成的具有金属特性的物质。
合金是混合物。
金属氧化物不是合金。
●目前已制得的纯金属只有90多种,而合金已达几
千种。
●合金的硬度一般比组成它的纯金属的硬度大,抗
腐蚀性强。
●合金的熔点一般比组成它的纯金属的熔点低。
●常见的合金:
●钛和钛合金:被认为是21世纪的重要金属材料,
钛合金与人体具有良好的“相容性”,可用来
造人造骨。
钛和钛合金的优点:①熔点高、密度小;②可塑性好、易于加工、机械性能好;③抗腐蚀
性能好。
●生铁和钢性能不同的原因:含碳量不同。
第二节金属的化学性质
●金属与氧气的反应
⏹镁、铝:
◆在常温下能与空气中的氧气反应:
2Mg+O2=2MgO 4Al+3O2=2Al2O3
◆铝的抗腐蚀性能好的原因:铝在空气中与氧
气反应,其表面生成一层致密的氧化铝薄膜,
从而阻止铝进一步氧化。
⏹铁、铜
◆在常温下、干燥的环境中,几乎不与氧气反
应,但在潮湿的空气中会生锈。
◆铁、铜在高温时能与氧气反应:
Fe3O42Cu+O22CuO
3Fe+2O
⏹金即使在高温时也不与氧气反应。
●金属与酸的反应:活泼金属+酸→ 盐+H2↑
⏹描述现象时,需要注意:①如果有铁、铜元素
参加反应,一定要注意溶液颜色的变化;②反
应放热,但是只有镁和酸反应时放热现象明显。
●置换反应:由一种单质和一种化合物反应,生成另一种单质和另一种化合物的反应是置换反应。
当铁单质参加置换反应时,生成物中的铁元素呈+2价。
●常见金属在溶液中的活动性顺序:
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
金属活动性由强逐渐减弱
⏹在金属活动性顺序里,金属的位置越靠前,它的
活动性就越强。
⏹在金属活动性顺序里,位于氢前面的金属能置换
出盐酸、稀硫酸(不可以用浓硫酸和硝酸)中的
氢。
⏹在金属活动性顺序里,位于前面的金属能把位于
后面的金属从它们的盐溶液里置换出来。
◆钾、钙、钠不符合这一条。
它们会先和水反
应生成碱和氢气,然后碱和盐反应。
●金属与盐溶液的反应:金属+盐→另一金属+另一盐(条件:“前换后,盐可溶”)
在活动性顺序中,金属的距离大的,反应先发生。
一个置换反应结束后,另一个置换反应才会发生。
如在硫酸亚铁和硫酸铜的混合溶液中加入锌粒,锌会先和硫酸铜反应,反应完毕后锌才和硫酸亚铁反应。
●“湿法冶金”的反应原理:Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
●Fe2+的盐溶液是浅绿色的,Fe3+的盐溶液是黄色的,Cu2+的盐溶液是蓝色的。
●比较Cu、Fe、Ag三种金属的活动性顺序
⏹使用铁、银和溶液,一次性得出结果:
操作及现象:把铁、银分别放入硫酸铜溶液中,铁表面没有现象;而银表面会附着一层红色物
质,并且溶液会由蓝色逐渐变为无色。
⏹使用铜、硫酸亚铁溶液和硝酸银溶液,一次性得
出结果:
操作及现象:把铜分别放入硫酸亚铁溶液和硝酸
银溶液中,硫酸亚铁溶液没有现象;而在硝酸银
溶液中,铜表面会附着一层白色物质,溶液由无
色逐渐变为蓝色。
⏹选用试剂时,要根据金属活动性顺序表将三种金
属排序,然后将排在中间的金属变成盐溶液,或
者将排在两边的金属变成盐溶液,这样才能一次
性得出结果。
第三节金属资源的利用和保护
●矿石:工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。
常见的矿石及主要成分:赤铁矿(Fe2O3)、磁铁矿(Fe3O4)等。
●铁的冶炼
⏹ 实验室——一氧化碳还原氧化铁
⏹ 工业——高炉炼铁
◆ 设备:高炉(图见书17页)。
◆ 原料:铁矿石(赤铁矿或磁铁矿)、焦炭、
石灰石、(空气)。
◆ 反应原理:C+O
2CO 2、CO 2
+C 2CO 、
3CO+Fe 2O
32Fe+3CO 2。
◆ 石灰石的主要作用是将矿石中的二氧化硅
(SiO 2)转变为炉渣(CaSiO 3)。
◆ 产品:生铁(实验室中“炼”出的铁不含碳,
而工业生产中炼出的铁含碳)。
● 当参加反应的物质含杂质时,先要把含杂质的物
质的质量换算成纯物质的质量,再进行计算。
一般利用该公式及其变形:%100⨯=不纯物质的总质量纯物质的质量纯度。
【例题】1000t 含氧化铁80%的赤铁矿石,理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量是多少?
【解法1】 1000t 赤铁矿石中含氧化铁的质量为:800t 80%1000t =⨯
设生成的铁的质量为x 。
x 800t 112 160 3CO 2Fe 高温 O Fe 3CO 232++
t 560160t 800112t 800112160=⨯==x x
折合为含铁96%的生铁的质量为t 583%96560t =÷ 答:800t 氧化铁理论上可以炼出生铁的质量为583t 。
【解法2】 设理论上可以炼出含铁96%的生铁的质量为x 。
(x 不是纯物质的质量,不能直接代入计算)
1000t 赤铁矿石中含氧化铁的质量为:800t 80%1000t =⨯
%
96 80%1000t 112
160 3CO 2Fe 3CO O Fe 2
32⨯⨯++x 高温 t 583%96160t 800112%
96t 800112160=⨯⨯=⨯=x x
答:800t 氧化铁理论上可以炼出生铁的质量为583t 。
铁生锈的实验(见上图)
【实验器材】大试管、试管夹(带铁夹的铁架台)、胶塞、经煮沸迅速冷却的蒸馏水、植物油、洁净无锈的铁钉、棉花和干燥剂氯化钙等。
【实验过程】取三根洁净无锈的铁钉,一根放在盛有蒸馏水的试管中,并使铁钉外露一半;一根
放在用植物油密封的蒸馏水中;一根放在干燥的空气中,注意每天观察铁钉锈蚀的现象,连续观察约一周。
【实验现象】第一个试管中的铁钉生锈,而第二、三个试管中没有明显现象。
【实验结论】铁生锈实际上是铁与空气中的氧气、水蒸气共同作用的结果。
【注意事项】
第二个试管内没有现象,证明了铁钉生锈需要氧气;第三个试管内没有现象,证明了铁钉生锈需要水蒸气。
铁锈很疏松,铁制品可以全部被锈蚀。
●除去铁锈的方法
⏹物理方法:刀刮、砂纸打磨。
⏹化学方法:少量、多次地滴加稀盐酸或稀硫酸。
●防止铁制品生锈的方法
⏹保持铁制品的洁净、干燥;
⏹擦干后涂一层保护膜(作用:隔绝空气、防水)。
具体方法如下:
◆物理方法——刷漆(油漆或银粉)、涂油
◆化学方法——电镀其它金属(铬或锌)、烤
蓝
⏹制成不锈钢。
金属资源的保护措施:
①防止金属的腐蚀;②回收利用废旧金属;③有计划、合理地开采矿物;
④寻找金属的代用品。
(例如用塑料来代替钢和其他合金制造管道、齿轮和汽车外壳等)。