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第八单元金属和金属材料 一、金属材料 1、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。 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(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。) 3、金属之最:①铝:地壳中含量最多的金属元素;②钙:人体中含量最多的金属元素;③铁:目前世界年产量最多的金属(铁>铝>铜);④银:导电、导热性最好的金属(银>铜>金>铝);⑤铬:硬度最高的金属;⑥钨:熔点最高的金属(用做灯丝);⑦汞:熔点最低的金属;⑧锇:密度最大的金属;⑨锂:密度最小的金属。 4、合金: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。一般说来,合金的熔点比各成分低,硬度比各成分大,抗腐蚀性能更好。不过,实际应用中还应考虑金属材料的价格、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。 合金铁的合金铜合金焊锡钛和钛合金形状记忆金属生铁钢黄铜青铜:成分含碳量 2%~4.3%含碳量 0.03%~2%铜锌 合金铜锡 合金铅锡 合金见注释钛镍合金备注不锈钢:含铬、镍的钢具有抗腐蚀性能紫铜为纯铜熔点低加热后形状复原注: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。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 二、金属的化学性质 1、常见金属活动性顺序: KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu 金属活动性由强逐渐减弱 在金属活动性顺序里:①金属的位置越靠前,它的活动性就越强;②位于氢前面的金属能置换出盐酸、稀硫酸中的氢;③位于前面的金属能把位于后面的金属从它们的盐溶液中置换出来。(除K、Ca、Na) 2、大多数金属可与氧气反应 3、金属+酸→盐+H2↑ 4、金属+盐→另一金属+另一盐(条件:“前换后,盐可溶”) Fe+CuSO4==Cu+FeSO4(“湿法炼铜”原理) 四、金属资源的保护和利用 1、铁的冶炼 (1)工业炼铁的基本知识:炼铁的原料是铁矿石[常见的铁矿石有磁铁矿(主要成分是Fe3O4)和赤铁矿(主要成分是Fe2O3)]、焦炭、石灰石和空气,主要设备是高炉。炼铁的基本原理是:在高温条件下,利用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石里还原出来。3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2 (2)一氧化碳还原氧化铁的实验: a、装置图:见右图。 b、实验主要现象:红色粉末变为黑色时,澄清的石灰水变浑浊,尾气点燃产生淡蓝色火焰。 c、实验注意事项: ①先通入一氧化碳气体,排尽装置内的空气,防止一氧化碳与空气混合加热后,发生爆炸; ②实验完毕后要继续通入一氧化碳气体,直到玻璃管冷却,防止高温下的铁与空气接触,被氧化为氧化铁。同时,实验过程中还可防止澄清石灰水被倒吸; ③尾气中含有一氧化碳,一氧化碳有毒,所以尾气要处理,直接排放会污染空气; ④若实验中没有酒精喷灯,也可用酒精灯代替,不过要在火焰上加一个金属网罩,使火力更加集中,提高温度。 2、铁的锈蚀 (1)铁生锈的条件是:铁与O2、水接触(铁锈的主要成分:Fe2O3·XH2O) (2)防止铁制品生锈的措施: ①保持铁制品表面的清洁、干燥 ②表面涂保护膜:如涂油、刷漆、电镀、烤蓝等 ③制成不锈钢 (3)铁锈很疏松,不能阻碍里层的铁继续与氧气、水蒸气反应,因此铁制品可以全部被锈蚀。因而铁锈应及时除去。 (4)而铝与氧气反应生成致密的氧化铝薄膜,从而阻止铝进一步氧化,因此,铝具有很好的抗腐蚀性能。 3、金属资源的保护和利用: ①防止金属腐蚀;②回收利用废旧金属;③合理开采矿物;④寻找金属的代用品。