第2节铝金属材料
1铝与铝合金
【温故知新】
钠、镁、铁性质的相似性
(1)物理性质:都是银白色,有金属的光泽,都能导电,都能传热,都有良好的延展性。
(2)化学性质:都能与非金属单质(如氧气、氯气等)反应;都能与酸反应;都能与某些盐溶液(如:CuSO4溶液)反应。
1.铝
(1)物理性质:硬度较小,银白色质轻,密度为2.7g/cm,具有一定的耐磨性,有很好的延展性和导电性,熔点低(666.4℃),沸点高(2467℃)。
(2)化学性质
①与非金属反应
a与氧气反应:
常温下,铝被空气中的氧气氧化,表面生成一层致密的氧化物薄膜,失去金属光泽。
点燃时,金属铝可以在氧气中燃烧:4Al+3O22Al2O3
说明:该反应放出大量热和耀眼的白光,因而铝可用于制造燃烧弹、信号弹、火箭推进剂等。
【知识链接】
英阿马岛战争中英方的一艘现代化驱逐舰被阿方导弹击中后,燃起滔天大火,无法扑灭,导致舰艇沉没,这是怎么回事呢?原来,驱逐舰夹板上大量使用铝,铝在高温下发生了燃烧,生成氧化铝。
b.与氯气、硫等非金属反应
2Al+3Cl22AlCl34Al+3S2Al2S3
②与酸的反应
a.与非氧化酸(盐酸、稀硫酸)反应,有氢气生成:2Al+6H+=2Al3++3H2↑。
b.与氧化酸(硝酸,浓硫酸)反应,无氢气生成:Al+4HNO3(稀)=Al(NO3)3+NO↑+2H2O
注意:Al遇冷的浓硫酸、浓硝酸会钝化,但加热可反应。
③与碱的反应
化学方程式:2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑
离子方程式:2Al+2OH-+6H2O=2[Al(OH)4]-+3H2↑
【领悟整合】
铝和强碱溶液反应,不是铝直接和碱反应,而是铝先和强碱溶液中的水反应生成氢氧化铝,然后氢氧化铝再和强碱反应生成四羟基合铝酸盐。如铝和氢氧化钠溶液反应分两步进行:2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑;Al(OH)3+NaOH=Na〔Al(OH)4〕。因此,在此反应中,铝为还原剂,水为氧化剂。
④与金属氧化物的反应(铝热反应)
金属铝在高温下可与Fe2O3反应:2Al+Fe2O32Fe+Al2O3
说明:a该反应称为铝热反应,铝粉和氧化铁粉末的混合物称为铝热剂。利用铝热反应可焊接钢轨大截面的钢材部件等。
b铝和氧化铁在高温下发生的反应不仅可用于焊接钢轨,还可用于定向爆破定向爆破是指在地基的钢筋混处安放铝热剂,引燃后产生的温度高达2500-3500℃,使钢筋熔断,楼体倒塌。
c铝不仅可与氧化铁发生铝热反应,用其他金属氧化物如V2O5、Cr2O3、MnO2等代替氧化铁也可发生铝热反应。铝热反应还可用于冶炼钒、锰等金属。
【领悟整合】
在以上四种反应中,铝的化合价均由0价升高到+3价,被氧化,做还原剂。可以看出,铝具有较强的还原性,是一种较为活泼的金属。
2、铝合金
(1)合金: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。
一般来说,合金的性能优于纯金属,合金的熔点比它的各成分金属熔点都低,硬度比它的各成分金属大。但合金的性质并不是各成分金属性质的总和。
(2)铝合金
金属铝中加入其他元素如铜、镁、硅、锌、锂等,即形成各种性能优良的铝合金。
①性质特征
铝合金具有密度小、强度高、塑性好、易于成形、制造工艺简单、成本低廉等特点,并且表面易形成致密的氧化物保护膜而具有一定的抗腐蚀能力。
②用途
铝合金主要用于建筑业、容器和包装业、交通运输及电子行业,如汽车车轮的骨架,硬盘抽取盒等。另外,还广泛用于制造飞机构件。
2铝的重要化合物
1.氧化铝
(1)存在:自然界中纯净的Al2O3为无色晶体,俗称刚玉,硬度仅次于金刚石,可作人造宝石。
(2)物理性质:白色固体,不溶于水,熔点高。
说明:由于Al2O3熔点高,难分解,因而可做良好的耐火材料。
(3)化学性质
①与酸反应:Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O(Al2O3+6H+=2Al3++3H2O)
②与碱反应:Al2O3+2NaOH+3H2O=2Na[Al(OH)4](Al2O3+2OH-+3H2O=2[Al(OH)4]-)
说明:氧化铝具有不同于一般氧化物的性质,既与强酸反应也与强碱反应,属于两性氧化物。
思考:(1)铝是一种较为活泼的金属,为什么生活中的铝制品却比较稳定呢?(2)将未打磨的铝片投入盛有氢氧化钠溶液的试管中,观察到开始并无气泡,一段时间后才有气体产生,为什么?
提示:(1)铝表面形成一层致密的氧化物保护膜,将空气与铝隔开。(2)开始是铝表面的氧化铝与碱液反应,不生成气体,当表面的氧化铝溶解完,才发生铝与碱液反应,生成氢气。
2.氢氧化铝
(1)物理性质:Al(OH)3是几乎不溶于水的白色胶状固体,具有吸附性。
(2)化学性质
①与酸反应:Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O(Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O)
②与碱反应:Al(OH)3+NaOH=Na[Al(OH)4](Al(OH)3+OH-=[Al(OH)4]-)
说明:Al(OH)3与Al2O3一样,既与酸反应又与碱反应,具有两性,属于两性氢氧化物。
①受热易分解:大部分难溶性的氢氧化物在受热时可以分解生成相应的氧化物和水,Al(OH)3也不例外。
2Al(OH)3Al2O3+3H2O
(3)Al(OH)3的制取:
①铝盐与碱反应:用铝盐与可溶性弱碱氨水反应制Al(OH)3:Al3++3NH3H2O=Al(OH)3↓+3NH4+
说明:制取Al(OH)3也可用铝盐与强碱作用,但应严格控制加入碱的量,因为强碱过量会使制得的Al(OH)3转化为四羟基合铝酸盐:Al(OH)3+OH-=[Al(OH)4]-。所以,实验室一般不采用这种方法制Al(OH)3。
②四羟基合铝酸盐与酸反应:一般用向偏铝酸盐溶液中通入CO2的方法制取Al(OH)3。
当CO2不足或适量时:2[Al(OH)4]-+CO2=2Al(OH)3↓+CO32-+H2O;CO2过量时:[Al(OH)4]-+CO2=Al(OH)3↓+HCO3-。
说明:一般不用强酸,因为强酸的量控制不当会使制得的Al(OH)3溶解:[Al(OH)4]-+H+=Al(OH)3↓+H2O;Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O
(4)Al(OH)3的用途:
由于Al(OH)3具有吸附性,既能凝聚水中悬浮物,又能吸附色素,因此Al(OH)3可作净水剂和色素吸附剂。
【联想发散】
明矾净水原理——明矾(KAl(SO4)212H2O)溶于水发生下列反应:KAl(SO4)2=K++Al3++2SO42-;Al3++3H2O=2Al(OH)3(胶体)+3H+。Al(OH)3胶体中胶粒有吸附水中悬浮杂质的作用,使其质量增大,沉降水底,达到净化水的目的。
3金属与金属材料
1.金属的分类
(1)冶金工业
黑色金属:Fe、Cr、Mn(黑色金属的颜色不一定是黑色,如纯净的铁、铬的颜色是银白色)
有色金属:除Fe、Cr、Mn以外的所有金属
(2)按密度
轻金属:密度<4.5g/cm3(如钠、镁、铝)
重金属:密度>4.5g/cm3(如铁、铜、W)
(3)按自然界中的含量
常见金属:如铁(4.75%)铝(7.7%)钙(3.45%)等
稀有金属:如锆、铌、钼等
2.金属的通性:有金属光泽、有延展性,是电和热的良导体,具有还原性。
【联想发散】
金属之最:在生活生产中使用最广泛的金属是铁;地壳中含量最多的金属元素是铝(Al);最稳定的金属单质,延展性最好的都是金(Au);导电性能最好的是银(Ag);自然界中最活泼的金属是铯(Cs);最硬的金属单质是铬(Cr);熔点最高的金属单质是钨(3413℃)(W);熔点最低的金属单质是汞(-39℃)(Hg);密度最大的是锇(22.57g/cm3)。
2.钢铁
(1)生铁:含碳量2%-4.3%,硬度大,但较脆且不易机械加工。
(2)普通钢:含碳量0.03%-2%,增加了铁锰等元素,改善了铁的性能,但易锈蚀。
(3)不锈钢:在普通钢基础上,加入铬镍等元素,含铬在一般在12%以上,在空气中能保持金属光泽,且有不生锈的特性。
说明:由于铬元素的加入,能使钢材表面形成致密且坚固的氧化膜,防止内部铁与外界物质接触。镍元素的加入,使不锈钢在酸碱盐的水溶液中也能具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性。
3.金、银、铜等金属材料
(1)物理性质
①特性:金是黄色金属;银是白色金属;铜是紫红色金属。
②共性:硬度较小,熔点较高,密度较大,具有金属光泽、良好的延展性、导电性和导热性。
(2)化学性质:金、银、铜都属于不活泼金属,相对而言,其活泼程度依次增强。
①金:金是最稳定的金属之一,在高温下也不能与氧气反应,不能被硝酸等强氧化性酸氧化。但金能溶解在王水中。
②银:银虽然不能与盐酸、稀硫酸反应,但却能溶解在硝酸等强氧化性酸中:
Ag+2HNO3(浓)=AgNO3+NO2↑+H2O;3Ag+4HNO3(稀)=3AgNO3+NO↑+2H2O
③铜:
a与非金属单质反应:2Cu+O22CuO;2Cu+SCu2S;Cu+Cl2CuCl2
b与酸反应:与银相似,铜不能与盐酸、稀硫酸反应,但却能溶解在硝酸等强氧化性酸中:
Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
c与盐溶液反应:Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2
d铜的锈蚀:铜在干燥空气中性质稳定,但在潮湿空气中会被腐蚀,在其表面逐渐形成一层绿色的铜锈:2Cu+O2+H2O+CO2=Cu2(OH)2CO3
(3)用途:
①金及其合金除了用于首饰以外,在电子工业的用量占工业用量的90%以上。在航空航天工业中,金在制造飞机和航天器有关部件所用的材料也占有重要地位。
②银除了用于首饰以外,在有机合成、能源开发、材料制造等方面的应用越来越被重视。
③铜在电气和电子工业中主要用于制造电线、通讯电缆等。这方面应用占铜的工业总用量的一半左右,半导体器件中的硅芯片上用铜代替铝线;建筑业上用铜制造水管及其它排水设施,具有独特的杀菌功能,抑制细菌生长。
④钛(Ti)――“21世纪的金属”性能优储量大,用于制造飞机、导弹、宇宙飞船、舰艇、化工设备、纺织机械、人造卫星、医疗器械、“人造骨骼”等。
⑤铀(U)――做核电厂反应堆的核燃料。
⑥镅(Am)――用作烟雾探测器中的烟雾监测材料。
4.铜的常见化合物
(1)颜色、溶解性:CuO——黑色、难溶;Cu2O——红色、难溶;Cu2S——黑色、难溶;CuSO4——白色、易溶;CuSO45H2O——蓝色、易溶;Cu2(OH)2CO3——绿色、难溶;Cu(OH)2——蓝色、难溶。
(2)化学性质
①氧化铜
a.氧化铜有金属氧化物的性质,例如:CuO+2HCl=CuCl2+H2O
b.氧化铜具有弱氧化性,可与某些还原剂反应。例如:
H2+CuOCu+H2O;C+2CuO2Cu+CO2↑;CO+CuOCu+CO2;
2NH3+3CuO3Cu+N2+3H2O
c.氧化铜在高温下可发生分解反应:4CuO2Cu2O+O2↑
②硫酸铜:CuSO4晶体与无水CuSO4之间可以相互转化
CuSO45H2OCuSO4+5H2O;CuSO4+5H2O=CuSO45H2O
开拓学习新视野
▲课标知识拓展
【专题放送】
有关Al(OH)3的反应图像
项目图象离子方程式
NH3H2O滴入AlCl3溶液中
Al3++3NH3H2O=Al(OH)3↓+3NH4+
CO2通入NaAl[(OH)4]溶液中
Al[(OH)4]-+CO2=Al(OH)3↓+HCO3-
2Al[(OH)4]-+CO2=2Al(OH)3↓+CO32-+H2O
NaOH滴入AlCl3溶液中
Al3++3OH-=Al(OH)3↓
Al(OH)3+OH-=Al[(OH)4]-
AlCl3滴入NaOH溶液中
Al3++4OH-=Al[(OH)4]-
3Al[(OH)4]-+Al3+=4Al(OH)3↓
HCl滴入NaAl[(OH)4]溶液中
Al[(OH)4]-+H+=Al(OH)3↓+H2O
Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O
NaAl[(OH)4]溶液滴入HCl中
AlO2-+4H+=Al3++2H2O
Al3++3Al[(OH)4]-=4Al(OH)3↓
一名优秀的教师在教学时都会提前最好准备,高中教师要准备好教案,这是老师职责的一部分。教案可以让学生们能够更好的找到学习的乐趣,帮助高中教师缓解教学的压力,提高教学质量。你知道怎么写具体的高中教案内容吗?以下是小编为大家收集的“无机非金属材料教案”希望能对您有所帮助,请收藏。
第三节无机非金属材料课题:用途广泛的金属材料
教材分析:
生产和生活中,是非常重要的。环顾我们四周,很多物品是有金属材料制成的,而金属材料包括纯金属和合金最简单的金属材料是纯金属,但我们实际应用的都是具有优良性能的合金,应用极其广泛,那么本节课我们就来学习:第三节用途广泛的金属材料
学习目标
【知识目标】
1.认识金属与合金在性能上的主要差异。
2.知道生活中常见合金铁合金及铜合金的主要成分及性能。
【能力目标】
1.通过列表比较,了解各类金属化合物的性质。同时掌握学习元素化合物的方法——比较法。
2.通过对几个实验的探究,体会实验方法在化学研究中的作用,并认识到实验过程中控制实验条件的重要性。
【道德情感目标】
通过实践活动认识如何正确使用金属及如何爱护金属资源
重点与难点
【重点】知道生活中铁合金及铜合金的主要成分及性能。
【难点】铁合金及铜合金的主要成分及性能
教学方法与过程:
探究式教学,实验总结法,结合实际法
[板书]第三节用途广泛的金属材料
[讲述]在生产和生活中,是非常重要的。环顾我们四周,很多物品是有金属材料制成的,最简单的金属材料是纯合金,但我们实际应用的都是具有优良性能的合金。
[板书]一、常见合金的重要应用
[回顾]初中学过的合金知识,回答什么是合金?合金具有哪些优良性能?
[回答]合金优良的物理、化学或机械性能:硬度比各成分的大;熔点比各成分的低。
合金比各成分纯金属具有更广泛的用途。
[投影]图3-26司母戊鼎
[板书]1、铜合金
[介绍]司母戊鼎:含铜84.8%、锡11.6%、铅2.8%,工艺精湛,体现了我国光辉灿烂的古代科技
[简介]黄铜(含锌及少量的锡、铅、铝等)及白铜(含镍、锌及少量锰)成分.
[练习]现代建筑的门窗框架、常用电解加工成古铜色的硬铝制品。硬铝是:
A.Al–Si合金B.Al–Cu–Mg–Mn–Si合金C.Al–Mg合金D.表面有氧化膜的纯铝
答案:B
[板书]2、钢
[讲述]钢是用途最广、用量最大的金属合金,据成分可分为两打类:碳素钢、合金钢。
[板书]钢是铁的合金,含碳量在0.03%~2%之间常含少量硅、锰,几乎不含硫、磷等元素。钢的分类:碳素钢、合金钢。
[投影]学生阅读
[探讨交流]1、生铁和钢性质上为何不同?
2、交流你所知道的铝合金、镁合金、铜合金的用途。
[板书]二、正确选用金属材料
[思考与交流]某家庭准备装修门窗(计划使用十年),可共选用的材料有:木材、钢板、铝合金、塑钢、,请分析每种材料的性能、价格、安装成本、利弊等,进行讨论分析,选用何种材料好?
[提示]选择材料时,需考虑主要用途、外观、物理性质、化学性质、价格、加工难度、日常维修、对环境的影响………。
[投影]科学视野:用途广泛的稀土金属
[阅读材料]稀土元素是镧系元素系稀土类元素群的总称,包含钪Sc、钇Y及镧系中的镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu,共17个元素。稀土元素能与其它元素组成品种繁多、功能千变万化,用途各异的新型材料,被称为“现代工业的维生素,和神奇的新材料宝库。”
我国稀土资源占世界稀土资源的80%,以氧化物(REO)计达3600万吨,远景储量实际是1亿吨。我国稀土资源分南北两大块。
——北方:轻稀土资源,集中在包头白云鄂博特等地,以后在四川冕宁又有发现。主要含镧、铈、镨、钕和少量钐、铕、钆等元素;
——南方:中重稀土资源,分布在江西、广东、广西、福建、湖南等省,以罕见的离子态赋存与花岗岩风化壳层中,主要含钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇和镧、钕等元素。
稀土的神奇特性,也是被人们逐渐认识的。发展到现在,稀土已经从应用于冶金、机器、石油、化工、玻璃、陶瓷、纺织染色,皮草揉制和农牧养殖业等传统产业中,逐渐发展到光、电、磁多功能高科技新材料中。在钢、铁有色金属中,添加微量稀土,可以明显的提高金属材料的性能;稀土球墨铸铁管比普通铸铁管的强度高5-6倍。稀土添加到某些钢中,可以明显提高钢材的强度、耐磨性和抗腐蚀性,稀土铝导线不但提高强度20%,而且还提高2-4%的导电性能。稀土微肥和稀土复合肥,可提高作物产量,并可增加作物的抗病性能。
稀土作为基体元素能制造出具有特殊“光电磁”性能的多种功能材料,如稀土永磁材料,稀土镍氢电池材料,稀土荧光材料,稀土催化剂。稀土激光材料,稀土精密陶瓷材料。生物工程材料等,它们都是发展电子信息产业,开发新能源,治理环保和国防尖端技术等方面必不可缺少的材料。例如稀土永磁材料(钕铁硼永磁)是当今磁性最强的永磁体,它被称“一代磁王”。稀土永磁材料现已广泛的用到了微型电机,工业用电机、风力发电机、音响设备、仪器仪表。航天航空通讯,医用核磁共振成像仪等方面。
稀土永磁材料用于电机,可使设备小型化,轻型化,同等功率的电机,体积和重量可减少30%以上。用稀土永磁同步电机代替工业上的异步电机,节电率可达12-15%,真正的稀土三基色荧光灯代替白炽灯,节电率可达到80%。稀土金属卤化物灯已被大量用于城市广场、体育场馆和高层建筑的美化泛光照明。这些新型电光源不但节电效果明显。而且大大提高了照明质量,其生产过程也减少了污染,被称作“绿色照明”。彩色电视正是采用了稀土三基色荧光粉,才能获得彩色逼真的画面。稀土镍氢电池,可以充电而无记忆效应,代替了有污染的镍镉电池,被称作无污染的“绿色电池”。它已广泛用于移动电话,笔记本电脑等设备上。各种稀土功能材料,在航空、航天和尖端国防技术上,如雷达,侦查卫星。激光制导和自动指挥系统等方面都获得了广泛的应用。
稀土在高新技术领域中的应用,与其工业技术发达程度成正比。美国的稀土用量一直居世界第一位,日本、英国、法国、德国等工业发达国家都没有稀土资源,但他们都有很先进的稀土应用技术。美国认定的35个战略元素和日本选定的26个高技术元素中,都包括了全部的稀土元素。所以稀土被称为神奇的稀土。
[课外实践]
1、调查或实验:易拉罐的主要成分。
2、查阅资料:新型合金的用途。
3、就近参观金属材料的生产、加工企业(或者观看有关影像),收集有关资料,撰写有关科学小品。
[课后练习]
1、多数合金与组成成份相比较,合金的()
A熔点高,硬度小B密度大
C机械强度差D熔点低,硬度大
2.在我国文明发展过程中,最早较广泛使用的金属是()
A、铜B、铁C、铝D、铅
3.现代建筑门框架,常用电解加工成古铜色的硬铝制造。硬铝是()
AAl—Mg合金BAl—Cu—Mg—Mn—Si合金
CAl—Si合金D表面的氧化铝膜的纯铝
4、某合金与铁的物理性质的比较如下表所示:
熔点/℃密度(g/cm3)硬度(金刚石为10)导电性(银为100)
某合金25003.007.42.3
铁15357.864.517
还知该合金耐腐蚀,强度大.从以上性能看,该合金不适合作()
A、导线B、门窗框C、炉具D、飞机外壳
5.物质的性质决定了物质的用途,下面列出了金属的几种性质:①导热性、②导电性、③还原性、④延展性、⑤具有金属光泽。请在下面金属用途后的横线上填上金属性质对应的序号。
(1)用铝定制成包装用的铝箔;
(2)用铝制成的高压铝锅;
(3)用铁粉回收照相业废液中的银;
(4)电信业中大量使用的铜丝、金属电缆。
6.铜是生命必要的元素,也是人类最早使用的金属之一,铜的生产和使用对国计民生各个方面产生了深远的影响。在化学反应中,铜元素可表现为0、+1、+2。
(1)在西汉古籍中曾有记载:曾青得铁则化为铜(即:曾青CuSO4跟铁反应生成铜),试写出该反应的离子方程式:。
(2)尽管铜比铁较为稳定,但铜器表面经常会生成铜锈[即:铜绿,化学式Cu2OH2CO3],其中生成铜绿的反应物除铜外还有O2、CO2和H2O。试写出保护铜制品的方法:。
(3)铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币。试从物理性质和化学性质的角度分析为什么铜常用于制造货币。铜的熔点是11834℃,铁的熔点是15348℃
。
作业:P687、10
教学反思:
经验告诉我们,成功是留给有准备的人。高中教师要准备好教案为之后的教学做准备。教案可以更好的帮助学生们打好基础,帮助高中教师在教学期间更好的掌握节奏。您知道高中教案应该要怎么下笔吗?为此,小编从网络上为大家精心整理了《硅无机非金属材料》,欢迎大家阅读,希望对大家有所帮助。
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