金属材料

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金属材料

• 金属材料
  • 金属材料
    • 分类
      • 纯金属
        • 金银铜铁等
          • 单质
      • 合金
        • 青铜，生铁，铝合金，钛合金
          • 混合物
    • 金属材料小知识
      • 人类使用金属的先后顺序
        • Cu Fe Al
      • 金属年产量
        • Fe ＞ Al ＞ Cu
  • 金属的物理性质
    • 物理共性
      • 具有金属光泽，大多呈银白色
      • 常温下，多数金属为固态，汞为液态
      • 具有良好的导电性，导热性，延展性
    • 物理特性
      • 颜色不同，大多金属呈银白色，但铜呈紫红色，金呈黄色，铁粉为黑色
      • 状态不同，常温下，大多金属是固体，但汞是液体
      • 金属的导电性，导热性，密度，熔点，硬度等物理性质差别大
  • 物质的性质与用途
    • 物质的性质很大程度上决定物质的用途
    • 物质的用途反映物质的性质
    • 其他影响因素
      • 价格
      • 资源
      • 是否美观
      • 废料是否容易回收
      • 对环境的影响
  • 合金
    • 定义
      • 合金是在金属中 加热熔合 某些金属或非金属制造的，具有金属特征的物质
    • 合金的特性
      • 一般比组成它们的纯金属
        • 强度和硬度更高
        • 熔点低
        • 抗腐蚀性更好
    • 一些常见的合金
      • 铁合金
        • 钢
          • 含碳量0.03%到2%
            • 较硬，韧性佳，有良好的延展性
              • 制机械，交通工具，炊具的
        • 生铁
          • 含碳量2%到4.3%
            • 硬而脆无韧性
              • 制铁锅，暖气片，机床等
      • 铜合金
        • 黄铜，铜 锌
          • 强度高，可塑性好，易加工，耐腐蚀
            • 机器零件，仪表，日用品
        • 青铜，铜 锡
          • 强度高，可塑性好，耐磨，耐腐蚀
            • 机器零件如轴承，齿轮等
        • 白铜，铜 镍
          • 光泽好，耐磨，耐腐蚀，易加工
            • 钱币，代替银做饰品
      • 钛和钛合金
        • 性能
          • 熔点高，可塑性好，易加工，密度小，机械性能好，抗腐蚀性能好，与人体有很好的相容性
        • 用途
          • 被广泛用于火箭导弹，航天飞机，船舶化工和通信设备，制造人造骨
      • 其他合金
        • 焊锡，锡 铅
          • 熔点低
            • 焊接金属
        • 硬铝，铝 铜 镁 硅
          • 强度和硬度好
            • 火箭，飞机，轮船等制造业
        • 18K黄金，金 银 铜
          • 光泽好，耐磨，易加工
            • 金饰品，钱币，电子元件
• 金属的化学性质
  • 金属与氧气的反应
    • 常温下就能反应
      • 镁
        • 打磨过的镁带在空气中表面逐渐变暗，在空气中点燃时发出耀眼的白光 放出大量热生成白色固体
          • 点燃时 2Mg+O2点燃＝2MgO
      • 铝
        • 打磨过的铝在空气中表面会逐渐变暗，生成一种致密的氧化膜， 在氧气中剧烈燃烧，发出白光，放出大量的热，生成白色固体
          • 常温下 4Al+3O2＝2Al2O3
    • 点燃或加热时反应
      • 铁
        • 常温下在干燥的空气中很难与氧气反应，在氧气中点燃能剧烈燃烧， 火星四射，放出大量热，生成黑色固体
          • 在氧气中点燃 3Fe＋2O2点燃＝Fe3O4
      • 铜
        • 常温下在干燥的空气中很难与氧气反应，在空气中加热表面会生成黑色物质
          • 在空气中加热 2Cu＋O2△＝2CuO
    • 高温不反应
      • 金
        • 在空气中加热不变色
  • 金属与盐酸稀盐酸的反应
    • 金属与盐酸，稀盐酸的反应
    • 金属的活泼程度
      • 依据
        • 利用金属与盐酸或稀盐酸能否反应以及反应的剧烈程度可以判断金属的活泼程度
        • 金属与酸反应越剧烈，金属越活泼
      • 比较不同金属与稀酸的反应激烈程度时，需要控制的变量
        • 温度
        • 酸的种类，浓度
        • 金属与酸的接触面积
  • 置换反应
    • 置换反应
      • 定义：由一种单质与一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应，叫做置换反应
      • 特征：反应物和生成物都是一种单质和一种化合物
      • 形式：单质＋化合物→新单质十新化合物（A＋BC＝B＋AC）
      • 常见类型
        • 金属置换非金属
        • 金属置换金属
        • 非金属置换金属
    • 特别提醒
      • 置换反应中，一定有元素的化合价发生改变
      • 有单质和化合物参加的反应不一定是置换反应 CH4＋2O2点燃＝CO2＋2H2O
      • 有单质和化合物生成的反应不一定是置换反应 CO＋CuO△＝Cu＋CO2
      • 基本反应类型
        • 化合反应 多变一
        • 分解反应 一变多
        • 置换反应， 单换单
  • 金属与金属化合物溶液 的反应
    • 实验
      • 在硫酸铜溶液中放入铝丝
        • 打磨光亮金属丝是为了 除去金属表面的氧化膜或其他物质
        • 铝丝表面生成红色物质， 溶液逐渐由蓝色变为无色
          • 2Al＋3CuSO4＝Al2（SO4）3＋3Cu
      • 在硝酸银溶液中放入铜丝
        • 铜丝表面覆盖一层银白色的物质 溶液逐渐由无色变为蓝色
          • Cu＋2AgNO3＝Cu（NO3）2＋2Ag
      • 在硫酸铝溶液中放入铜丝
        • 不发生反应
  • 金属活动性顺序
    • 依据：根据金属能否与酸发生置换反应，与酸反应的剧烈程度 以及一种金属能否从另一种金属的化合物溶液里置换出另一种金属
    • 常见金属活动性顺序：K Ca Na Mg Al Zn Fe Zn Pb H Cu Hg At Pt Au
    • 金属活动性顺序的应用
      • 比较金属的 活动性顺序强弱
        • 金属的位置越靠前，金属的活动性就越强
      • 它的金属能否与 金属化合物溶液 发生置换反应
        • 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里置换出来
      • 特别提醒
        • 金属a能从溶液中置换出金属b需满足
          • 金属活动性顺序中a位于b前
          • B的化合物能溶于水
        • 金属钾，钙，钠因其太活泼，很容易与水发生反应， 而不能置换出溶液中的金属
        • 稀酸通常是指稀盐酸，稀硫酸等，当金属与浓硫酸或硝酸反应时 不产生H2而产生H2O，因为浓硫酸和硝酸都具有强氧化性
      • 应用
        • 判断三种金属的活动性顺序
          • 两盐夹一金 FeSO4 Cu AgNO3
          • 两金夹一盐 Fe CuSO4 Ag
• 金属资源的 利用和保护
  • 金属资源在自然界的 存在形式
    • 单质形式
      • 少数不活泼的金属.如金银
    • 化合物形式
      • 大多数金属存在于金属矿石中
        • 磁铁矿Fe3O4
        • 赤铁矿Fe2O3
        • 铝土矿Al2O3
  • 一氧化碳还原氧化铁
    • 实验步骤
      • 检查装置气密性
      • 装药品，固定仪器
      • 通入一氧化碳气体
        • 实验前先通入CO排尽装置内的空气，再点燃酒精喷灯， 防止CO与空气混合，加热时发生爆炸
      • 点燃酒精灯
        • 因为一氧化碳有毒，用酒精灯除去反应剩余的CO，防止空气被污染
      • 点燃酒精喷灯
      • 反应结束后熄灭酒精喷灯
        • 实验完毕后，继续通入一氧化碳，直至玻璃管冷却 目的:1.防止生成的铁粉在高温下再被氧化 2.防止试管中的液体倒吸入玻璃管，使其炸裂
      • 冷却后停止通一氧化碳
      • 熄灭酒精灯
    • 化学方程式
      • 硬质玻璃管中:3CO＋Fe2O3高温＝2Fe＋3CO2
      • 酒精灯处：CO2＋O2点燃＝2CO2
      • 试管中:CO2＋Ca（OH）2＝CaCO3↓＋H2O
    • 实验结论
      • 红棕色的Fe2O3被CO还原成单质铁，同时生成了CO2
    • 实验现象
      • 红棕色粉末逐渐变成黑色，澄清石灰水变浑浊，尾气燃烧并产生蓝色火焰
  • 工业炼铁
    • 原理:在高温下，利用高炉内反应生成的CO，把Fe从铁矿石中还原出来
    • 化学方程式
      • Fe2O3＋3CO高温＝2Fe＋3CO2
      • Fe3O4＋4CO高温＝3Fe＋4CO2
    • 原料
      • 铁矿石:提供铁元素
      • 焦炭
        • 提供还原剂CO
          • Co2＋C高温＝2CO
          • C＋O2高温＝CO2
        • 提供能量
      • 石灰石:除去矿石中的杂质
      • 空气：提供反应所需的O2
    • 设备:高炉
    • 产品:生铁
  • 金属的腐蚀与生锈
    • 实验结论:铁生锈的条件是铁与水，氧气同时接触，缺一不可
    • 铁生锈的过程
      • 铁制品在潮湿的空气中与氧气，水等反应生成的铁锈，主要成分（Fe2O3•xH2O） 很疏松，不能阻止里层的铁继续与氧气水等反应，因此铁制品可以全部生锈
    • 防止铁生锈的方法
      • 基本原理：破坏铁制品生锈的条件，使铁制品隔绝空气或水
        • 干：保持铁制品表面洁净和干燥，放在通风处
        • 膜：在铁制品表面覆盖保护膜
        • 镀：在铁制品表面镀一层其他金属，如在刚表面镀锌，铬等
        • 烤：用化学方法使铁制品表面形成致密的氧化膜，如距调上的烤蓝
        • 改：加入其他金属，改变铁的组成。如在铁制品加入镍制成不锈钢
    • 加快铁生锈的条件
      • 在温度较高，酸，食盐溶液等环境中，铁生锈的速率会加快
    • 其他
      • 铝比铁化学性质活泼，在铝在空气中能和氧气反应生成致密的氧化膜，覆盖在铝的表面
      • 铜生锈的条件：铜与氧气，水和二氧化碳同时接触，铜锈的主要成分是Cu2（OH）2CO3
  • 金属资源的保护
    • 必要性
      • 矿物储量有限，不可再生
      • 废旧金属随意丢弃
        • 造成资源浪费
        • 造成环境污染
    • 有效途径
      • 防止金属腐蚀
      • 回收利用废旧金属 意义
        • 可以节约金属资源
        • 可以减少演练的能源消耗，节约能源
        • 可降低成本方便得到人们物美价廉的金属制品
        • 可减少对环境的污染
      • 合理的开采矿物
      • 寻找金属的代替品
• 判断金属能否置换出 盐酸稀盐酸中的氢
  • 位于氢前面的金属能置换出盐酸稀盐酸中的氢
• 这些在盐酸或稀盐 酸中的反应现象相同
• 铝在空气中会生生成一种紧密的氧化膜 可以阻止屡被进一步氧化，因此铝有较好的抗腐蚀性能