化学《用途广泛的金属材料》学案（人教版必修）

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1、化学：3.3《用途广泛的金属材料》学案（人教版必修1）自学引领自然界中存在有天然桐，曾经获得的最大的天然铜重大420t,现在保存在美国华盛顿一家博物馆中。铜在地壳中的总含量并不大，不超过0.01%（质量分数），但是含铜的矿石还是比较多的，而且它们大多具有各种引人注目的颜色，招致人们的注意。例如，金黄色的黄铜矿（CuFeS2）、鲜绿色的孔雀石[CuCO3·Cu(OH)2]、深蓝色的石青（蓝铜矿）[2CuCO3·Cu(OH)2]等。把这些矿石在空气中焙烧，或先变成硫化铜（CuS）而后转变成氧化铜（CuO）；或直接

2、形成氧化铜，再用碳还原，就可得到铜。纯铜带红色，又称红铜，制成的物件很软，容易弯曲，并且很快就钝了。直到人们发现把锡掺到铜里熔炼，制成铜锡合——青铜，所制成的劳动工具和武器才有了很大改进。青铜比纯铜坚硬，而且熔炼所需的温度比纯铜低。这使古代人们在短期使用纯铜之后就使用了青铜。历史上称这个时期为青铜时代。锡比铜还软，而且又不结实，是不适宜制作物件的，但把锡掺进铜里，它们的合金——青铜却变得坚硬起来。假如我们把锡的硬度定为5，那么铜的硬度就是30，而青铜的硬度就是100~150。混有锡和铜的矿石有黄锡矿（SnS2

3、·Cu2S·FeS）、铜锡石[4SnO2·Cu2Sn(OH)6]等，产在南美洲和澳大利亚等地。用这些矿石冶炼，可以直接得到青铜。青铜由于坚硬、易熔，能够很好地铸成型，还能被磨光擦亮，在空气中稳定，因而即使在其后出现的铁器时代里，也没有丧失它的使用价值。人们用它制造艺术品、货币、钟、大炮等。例如，公元前约280年在欧洲爱琴海中希腊罗得（Rhodes）岛的上罗得港口矗立的青铜太阳神像高达46m;日本奈良东大寺公元794年铸造的青铜佛像重400多吨。这些都是规模很大的青铜铸件。我国劳动人民不仅很早就创造发明了青铜器

4、，还首先发明创造了白铜和黄铜器。白铜是铜和镍的合金。我国最古老的、春秋时代的诗集《诗经》的诗句中有“鋈”（wu）这个字。按三国时代魏人张揖编撰的《广雅》解释：“白铜谓之鋈”。这可以说，在我国春秋或更早的时代已出现白铜了。后来东晋人常璩（公元300多年时代人）著有《华阳国志》，在记述滇、蜀地理的部分中写道：“螳螂悬因山得名，出银、铜、白铜、杂药。”螳螂县又名堂琅，是现在的云南省东川县，正是出产铜的地方。结合再后一些文献中记述，如明朝万历年间成书的《事物绀珠》中说：“白铜出滇南，如银。”又如清朝嘉庆年间成书的《滇

5、海虞衡志》中说：“白铜面盆，惟滇制最天下。”这些都明确地说明，我国早在公元4世纪或更早时期已生产白铜。其膈，我国白铜通过丝绸之路传到阿拉伯地区及欧洲。黄铜是铜和锌的合金，在我国使用的历史悠久。我国化学家王进（1888—1966）曾分析宋代绍圣年间（1094—1098）的古钱，含锌量达13%（质量分数）。著名的明朝宣德（1426—1435）黄铜香炉，色泽优美。明、清时代钱币中含锌量增至20%~25%（质量分数），代替了过去年代里的锡、铅，成为倾向的原料。思考：1.什么是合金，合金有哪些特点？2.合金元素的种类以

6、及含量对合金的性质有什么影响？3.某种金属能否广泛应用用取决于哪些因素。4.目前世界上用量最大、用途最广的金属材料是什么？知能导向1.合金（1）定义：把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叫做合金。（2）特点：①合金的熔点比其成分金属都要低，而不是介于两种成分金属的熔点之间；②有比成分金属更好的硬度、强度和机械加工性能。2.常见的合金及其重要应用（1）铜合金铜合金成分金属性能及用途青铜Cu、Sn、Pb硬而脆，强度大，古人用来制刀具、祭器、酒具等。黄铜Cu、Zn（少量Sn、Pb、A

7、l等）硬度较青铜差，耐磨、耐腐蚀，可塑性强，主要用做饰品、制耐压设备等白铜Cu、Ni、Zn、少量的Mn常用作酒具、饰品等（2）铁合金铁合金主要成分元素主要特性主要生铁Fe、C(2%~4.3%)及Si、Mn、S、P硬而脆，强度大，可铸不可煅炼钢，制各种铸件钢碳素钢低碳钢Fe、C(低于0.3%)韧性、焊接性好，强度低制钢板、钢丝、钢管中碳钢Fe、C(0.3%~0.6%)强度高、韧性及加工性好制钢轨、车轮和建材高碳钢Fe、C(高于0.6%)硬而脆，弹性好制器械、弹簧、刀具等合金风锰钢Fe、Mn韧性好，强度大钢轨、轴

8、承、钢磨、坦克装甲硅钢Fe、Si导磁性好变压器、发电机和电动机中的铁芯不锈钢Fe、Cr、Ni抗腐蚀性好医疗器械、炊具、反应釜、容器（3）铝合金成分元素主要特性主要用途Al、Mg、Cu、Si等密度小，强度大用于汽车、飞机、火箭、船舶制造（4）钛合金钛的合金具有密度小、强度高、耐腐蚀、耐高温等优点，主要用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船等尖端领域。3.正确选用金属材料在进行金属材料选择时，主要考虑