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金属和金属材料
金属材料
一、金属材料的发展与利用
1、从化学成分上划分，材料可以分为金属材料、非金属材料、有机材料及复合材料等四大类。
2、金属材料包括纯金属和合金。
金属材料：纯金属（90多种）；合金（几千种）
黑色金属：通常指铁、锰、铬及它们的合金。
纯金属重金属：如铜、锌、铅等
有色金属
轻金属：如钠、镁、铝等；
有色金属：通常是指除黑色金属以外的其他金属。
（1）金属材料的发展
石器时代→青铜器时代→铁器时代→铝的应用→高分子时代
（2）金属材料的应用
①最早应用的金属是铜，应用最广泛的金属是铁，公元一世纪最主要的金属是铁
②现在世界上产量最大的金属依次为铁、铝和铜
③钛被称为21世纪重要的金属
二、金属的物理性质
1、金属共同的物理性质：常温下金属都是固体(汞除外)，有金属光泽，大多数金属是电和热的良导体，有延展性（又称可塑性→金属所具有的展性和延性：在外力的作用下能够变形，而且在外力停止作用以后仍能保持已经变成的形状和性质。各种金属的可塑性有差别；金属的可塑性一般是随着温度的升高而增大。），密度较大，熔沸点较高等。
2、金属的特性：
①纯铁、铝等大多数金属都呈银白色，而铜呈紫红色，金呈黄色；
②常温下，大多数金属都是固体，汞却是液体；
③各种金属的导电性、导热性、密度、熔点、硬度等差异较大。
3、金属之最
地壳中含量最多的金属元素—铝（Al）人体中含量最多的金属元素—钙（Ca）
导电、导热性最好的金属——银（Ag）目前世界年产量最高的金属—铁（Fe）
延展性最好的金属———金（Au）熔点最高的金属————钨（W）
熔点最低的金属————汞（Hg）硬度最大的金属————铬（Cr）
密度最小的金属————锂（Li）密度最大的金属————锇（Os）
最贵的金属————锎kāi（Cf）
4、金属的用途：金属在生活、生产中有着非常广泛的应用，不同的用途需要选择不同的金属。
【练习】
（1）为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制？
答：因为铁的硬度比铅大，且铅有毒。
（2）银的导电性比铜好，为什么电线一般用铜制而不用银制？
答：银和铜的导电性相近，但银比铜贵得多，且电线用量大，经济上不划算。
（3）为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制?如果用锡制的话，可能会出现什么情况？
答：因为钨的熔点(3410℃)高，而锡的熔点(232℃)太低。如果用锡制的话，通电时锡
易熔断，减少灯泡的使用寿命，还会造成极大浪费。
（4）为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬？如果镀金怎么样？
答：因为铁制品会生锈，镀上一层光亮且不易生锈的铬，能起到很好的保护作用，铬
的硬度大，耐磨。由于金价格昂贵，如果镀金，虽然美观但成本太高。
三、合金
1、合金：在金属中加热熔合某些金属或非金属所制得的具有金属特征的物质。
2、合金的特点
一般来说，合金比组成他们的纯金属的硬度和强度大，抗腐蚀的性能也更好．
有的合金比组成他们的纯金属的熔点低。
3、21世纪重要的金属材料——钛和钛合金
钛和钛合金被认为是21世纪的重要金属材料
①物理性质与性能：银白色、熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好、尤其是抗腐蚀性能非常好，
②用途：广泛用于火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等。
钛合金与人体有很好的相容性，因此可用来制造人造骨骼。
4、钛镍形状记忆合金
形状记忆合金具有形状记忆效应的合金。
广泛用于人造卫星、宇宙飞船的天线、牙齿矫正、水暖系统等方面。
5、淬火和回火
淬火和回火是金属热处理中常用的两种方法.
(1)淬火：把金属工件加热到一定温度，然后浸入冷却剂(如冷水等)中急速冷却以增加硬度。例如经过淬火后的钢，其硬度和耐磨性增强，塑性和韧性却降低.
(2)回火：把淬火后的工件用较低温度加热，然后自然冷却，使其能保持一定的硬度，增加韧性。例如，淬火后的钢再经回火后，其韧性可部分恢复。
金属的化学性质
一、金属与氧气反应
常温下金属与氧气的反应
4Al+3O2=2Al2O3 现象：银白色的铝的表面逐渐变暗生成一层致密的薄膜
2Mg+O2=2MgO 现象：银白色的镁条在空气中表面会逐渐变暗，生成白色固体
2Cu+O2≠2CuO（常温下铜与氧气不反应）
点燃的条件下金属与氧气的反应
c、在氧气中点燃铝
现象：剧烈燃烧，火星四射，放出大量热，生成一种白色固体
即使高温条件下金、铂也不与氧气反应
金属活动性：镁>铝>铁>铜>金
结论：Mg>Zn>Fe>Cu
置换反应：由一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质与另一种化合物的反应
A+BC→AC+B
三、金属与盐溶液反应
实验1铝丝浸入硫酸铜溶液中
现象：铝丝表面覆盖一层紫红色的物质，溶液由蓝色变成无色
2Al+3CuSO4== Al2(SO4)3+3Cu
实验2铜丝浸入硝酸银溶液中
现象：铜丝表面覆盖一层银白色物质，溶液由无色逐渐变成蓝色
Cu+2AgNO3= Cu(NO3)2+2Ag
实验3把锌片放入硫酸铜溶液中
现象：锌片表面有红色物质析出。
实验4铜丝放入硫酸锌溶液中
现象：放入硫酸锌溶液中的铜丝无变化。
得出结论金属+金属化合物→新金属化合物+新金属
铜、银、锌的活动性大小的顺序为：Zn＞Cu＞Ag
四、金属活动性顺序
金属活动性顺序：
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
应用：
①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；
②在金属活动性顺序里，位于氢前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的氢(不是氢原子）
③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化合物溶液中置换出来(K、Ca、Na除外) 。
注意：
④酸一般指盐酸和稀硫酸，若是硝酸或浓硫酸，因其具有较强的氧化性，与金反应时，一般不生成氢气，而生成水；
⑤K、Ca、Na的金属活动性非常强，与化合物溶液接触时，它们能同溶液中的水发反应，如：2Na+2H20—2NaOH+H2↑，所以把它们放到化合物溶液里，不能将金属离子换出来；
⑥反应一定在溶液中进行，不溶于水的金属的化合物一般不与金属反应，如Cu与AgCl不反应，因为AgCl不溶于水。
⑦金属+ 酸→盐+ H2↑
⑧金属+ 盐→另一金属+ 另一盐（条件：“前换后，盐可溶”）
Fe + CuSO4== Cu + FeSO4(“湿法冶金”原理)
讨论1
地壳中铝的含量远远大于金的含量，为什么人类很早就发现和使用
金，铝的使用是近百年的事？
金属冶炼的早晚与金属的活动性有关和金属的冶炼难易程度也有
关。
讨论2
（1）铝在常温下能与氧气反应，那么我们用的铝制餐具是怎么回事呢？
金属铝在空气中与氧气反应：4Al+3O2=2Al2O3；形成一层致密的氧化物薄膜，从而阻止铝的进一步氧化，因而铝具有较好的抗腐蚀性。
（2）为何不宜用钢刷来擦洗铝制餐具呢？
若用钢刷擦洗铝制品，容易把氧化薄膜除掉，从而起不到保护作用。
（3）为什么铁制暖气片上要涂上一层铝粉？
铝在空气中与氧气反应，生成一层致密的氧化铝薄膜，可以阻止铝进一步被氧化。所以铝具有很好
