3.3《用途广泛的金属材料》课件(新人教版必修1)

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在日常生产、生活和科学技术中，金属材料是非常重要的。我们周围的很多物品都中由金属材料制成的。 人类使用材料的进化顺序材料的分类石器时代铜器时代铁器时代材料金属材料非金属材料合成高分子材料智能材料合金材料纯金属功能高分子材料分离膜传感膜热电膜仿生材料隐形材料液晶材料合成材料 思考与交流:下列物品都使用了哪种材料? 一、常见合金的重要应用学与问：初中曾学过有关合金的一些知识，你还记得什么是合金吗？合金有哪些优良的性质？你知道合金在生活中有哪些用途吗？举出一些例子。 学与问：合金是由一种金属跟其他一种或几种金属（或金属跟非金属）一起熔合而成的具有金属特性的物质。合金属于混合物。 学与问：合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于各组分金属，例如，合金的硬度一般比它的各成分金属的大，合金的熔点比各成分的金属低。 学与问：在工农业生产和日常生活中，我们很少使用纯金属，而主要使用合金，常见的合金有铜合金、铁合金和铝合金等。 １、铜合金：我国使用最早的合金白铜：主要含铜、镍和锌（少量锰），它不容易生铜绿，常用于制造精密仪器和装饰品。青铜：主要含铜、锡和铅，有良好的强度和塑性、耐磨、耐腐蚀，主要用于制造机器零件如轴承、齿轮等。黄铜：主要含铜和锌（少量锡、铅、铝），有良好的强度和塑性、易加工、耐腐蚀，主要用于制造机器零件、仪表和日用品。 钢碳素钢：铁和碳的合金合金钢：在碳素钢中加入铬、锰、钨、镍、钼、钴等合金元素低碳钢---含碳量低于0.3%中碳钢---含碳量0.3%~0.6%高碳钢---含碳量高于0.6%钢的种类2.钢：用量最大,用途最广的合金镍、铬---不锈钢，抗腐性强，不易氧化铬、钨---高速钢，硬度大，韧性很强锰、硅---锰硅钢，韧性特强 铁的合金生铁钢C%2%－4.3%0.03%－2%其他杂质Si、Mn、S、P（较多）Si、Mn、S、P（较少）机械性能质硬而脆、无韧性坚硬、韧性大、可塑性好。生铁与钢的比较 名称组成主要性质主要用途铝合金含镁10%~30%硬度和强度都比纯铝和纯镁大火箭、飞机、轮船等制造业硬铝含铜4%、镁0.5%、锰0.5%、硅0.7%硬度和强度都比纯铝和纯镁大火箭、飞机、轮船等制造业钛合金含铝6%钒4%耐高温、耐腐蚀、高强度用于飞机、宇航、化学工业金合金加入银、铜、稀土元素等有光泽、易加工、耐磨耐腐蚀金饰品、电子元件、钱币、笔尖其他几种常见合金的组成、性质和用途 注：黄金的特点之一就是柔软，人们常在黄金中加入银、铜、锌等金属以增加黄金的强度和韧性。黄金的纯度越高其越柔软，纯度越低其越硬。黄金的纯度在珠宝首饰行业通常用K表示。K数与含金量的关系式：Au%=K/24×100%，即1K=4.166%如18K（75%）、22K（91.6%）、24K（100%）[理论说法，实际不存在，但有足金（含金量不少于99％）、千足金（含金量不少于99.9％）的说法] 某家庭准备装修窗户(计划使用10年),可供选用的材料有:木材、钢铁、铝合金、塑钢。请调查分析选用哪种材料比较好？说明理由。思考与交流：二、正确选用金属材料 选用材料时，常常考虑经下几个方面：主要用途、外观、物理性质、化学性质、价格、加工难度、日常维护、对环境的影响等。思考与交流： 思考与交流：2003年底以来全国各地建筑材料价格都出现了上涨的情况。比如，钢材涨价超过了50%，水泥涨价超过了30%，木材涨价超过了10%。 调查报告调查内容家庭装修时材料的选用指导老师调查组成员组长背景介绍：某家庭准备装修窗户(计划使用10年),可供选用的材料有:木材、钢铁、铝合金、塑钢。请调查分析选用哪种材料比较好？调查目的与意义：调查内容与结果： 性能价格制造安装成本木材一般适中较高钢铁耐用、牢固适中适中铝合金质轻高强、美观、耐腐蚀适中适中塑钢保温隔热、隔音降噪较高较高调查内容与结果 选用金属材料时应该考虑的因素：主要用途、外观、物理性质、化学性质、价格、加工难度、日常维护、对环境的影响等。小结：选择方案：铝合金 实践活动请你扮演下列不同的角色对“是否应该停止使用铝质饮料罐”谈一谈自己的看法？A、饮料公司老板的心思B、开采铝矿工人的声音C、生产铝质饮料罐工人诉求D、售货员的话E、消费者有话要说F、环保官员的呼吁G、公司回收人员的说法 听证会共识：使用铝质饮料罐有利有弊，但回收铝质饮料罐是目前扬长避短的最有效也是最急迫的做法。环境保护是全社会的共识，投身环保，不只是你我的责任。 科学视野：用途广泛的稀土金属相关网址：中国稀土在线http://www.cre-ol.com/soft/newmaterindex/newmaterin.htm中国的改革总设计师邓小平同志早在1992年春南巡时就指出：“中东有石油，中国有稀土，……一定要把稀土的事情办好，把中国稀土的优势发挥出来。” 金属分类金属的分类各界不同，大致上可分为科学界及工业界二种分类法工业上的分类法工业界的分类并不严谨。甚至存有错误。分类依据金属分类按颜色分类(工业最常用分类)分为黑色金属和有色金属按密度分类分为重金属和轻金属按市场上价值分类分为贵金属和贱金属按是否铁分类分为铁和非铁金属按常见不常见分为常见金属和稀有金属科学上的分类法依元素周期表，金属可分为以下各类。科学界分类：碱金属碱土金属镧系元素锕系元素过渡金属主族金属 黑色金属锰铁铬它们本身不是黑色，但因氧化物为黑，故称黑色金属除黑色全是有色金属稀有金属就是含量少的，分类如下稀有轻金属包括锂、铷、铯、铍。比重较小，化学活性强。稀有难熔金属包括钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼、钨。熔点较高，与碳、氮、硅、硼等生成的化合物熔点也较高。 稀有分散金属简称稀散金属，包括镓、铟、铊、锗、铼以及硒、碲。大部分赋存于其他元素的矿物中。稀有稀土金属简称稀土金属，包括钪、钇及镧系元素。它们的化学性质非常相似，在矿物中相互伴生。稀有放射性金属包括天然存在的钫、镭、钋和锕系金属中的锕、钍、镤、铀，以及人工制造的锝、钷、锕系其他元素和104至107号元素。 金属是一种具有光泽(即对可见光强烈反射)、富有延展性、容易导电、传热等性质的物质。金属的上述特质都跟金属晶体内含有自由电子有关。在自然界中，极大多数金属以化合态存在，少数金属例如金、铂、铜、铋以游离态存在。金属矿物多数是氧化物及硫化物。其他存在形式有氯化物、硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐。属于金属的物质有金、银、铜、铁、锰、锌等。在一大气压及25摄氏度的常温下，除汞外，其他金属都是固体。大部分的金属是银灰色，只有少数不是，如铜是暗红色的。由于金属的电子倾向失去，因此有良好的导电性，但温度越高时因为受到了原子核的热震荡阻碍，电阻将会变大。金属之间的连结是金属键(en:Metallicbond)，因此随意更换位置都可再重新建立连结，这也是金属伸展性良好的原因。金属元素在化合物中通常只显正价。 金属冶炼金属的冶炼：把金属从化合态变为游离态。常用冶炼法：用碳一氧化碳氢气等还原剂与金属氧化物在高温下反应。冶炼的原理：1.还原法：金属氧化物（与还原剂共热）－－→游离态金属2.置换法：金属盐溶液（加入活泼金属）－－→游离态金属火法冶炼（Pyrometallurgy）又称为干式冶金，把矿石和必要的添加物一起在炉中加热至高温，熔化为液体，生成所需的化学反应，从而分离出粗金属，然后再将粗金属精炼。湿式冶金（Hydrometallurgy）湿法冶金这种冶金过程是用酸、碱、盐类的水溶液，以化学方法从矿石中提取所需金属组分，然后用水溶液电解等各种方法制取金属。此法主要应用在低本位、难熔化或微粉状的矿石。现在世界上有75％的锌和镉是采用焙烧-浸取-水溶液电解法制成的。这种方法已大部分代替了过去的火法炼锌。其他难于分离的金属如镍-钴，锆-铪，钽-铌及稀土金属都采用湿法冶金的技术如溶剂萃取或离子交换等新方法进行分离，取得显著的效果。 我县总面积2185平方千米，人口31.3万。栾川县地处华北地台南缘与秦岭褶皱系的北缘。栾川断裂和马超营断裂两深大断裂将栾川县分为三块：北部为熊耳山隆断区；中部为栾川台缘褶皱带；南部为秦岭褶皱系。栾川地层复杂：有太古界太华群；中元古界宽坪群、中元古界长城系熊耳群、蓟县系官道口群、栾川群；上元古界青白口系陶湾群；古生界奥陶系二郎坪群及新生界下第三系、第四系。岩浆活动频繁，各类地质构造发育，区域、动力、热液变质活动强烈。围岩蚀变强度大、种类多。形成了栾川丰富的矿产资源，并形成了栾川县不同矿种的地域分布特征。马超营断裂带以北主要以金银贵金属矿产为主。栾川台缘褶皱带以钼钨多金属矿为核心，南北分别为沉积变质的石煤和热液变质的滑石矿为主，最外为铁矿。钼钨多金属成矿带具多金属矿床分带的特征，中心为南泥湖钼钨矿田，向外依次为铜锌—锌铅—铅银—银金。这种分带与元素的温度分带基本一致。已知矿产30余种，矿产地251处。其中有大型矿床7处，中型矿床13处，小型矿床35处。保有资源储量钼居全国第一，钨居第三。人称栾川县为“钼都”。矿产资源探明储量的潜在经济价值在2000亿元以上。占洛阳市矿产资源潜在价值的30.86％。截止2000年、2002年主要矿产资源储量见表1、表2。 金矿三个（潭头、康山—星星印、红庄—南门沟），铜铅锌矿17个（骆驼山、冷水北沟、火神庙、磨坪、满子沟、老庙沟、赵家庄、红硐沟、黄背岭、炉长沟、银和沟、石宝、中鱼库、银硐沟、半截沟、汞银沟），铁矿2个（大干涧、陶湾—石庙）含钾岩石（合峪）、花岗岩（合峪）硅灰石（三道庄）、石墨（平良河）、滑石矿（摩天岭）、水泥灰岩（赤土店、潭头）、水晶矿（龙王庙） 钼钨矿3个（三道庄、上房沟、南泥湖）萤石矿3个（合峪、小干沟、庙子）石煤2个（姚湾、煤窑沟） １．栾川钼矿的开发，绝不应该扩大规模，而是重点放在钼矿的综合回收和深加工及尾矿资源的二次利用上。时刻牢记矿产资源不可再生，要保护利用好矿产资源。要提高科学技术水平，把钼矿中伴、共生的钨、硅灰石、透辉石、石榴石、硫铁矿、铼回收，这样即保护了矿产资源，又提高了企业经济效益，而且又保护了矿山生态环境，防治了尾矿的污染。２．尾矿资源的再利用问题：我县金矿铅锌矿和钼钨矿尾矿库约60座，总量在6000万吨以上。尾矿中含有大量有益组分。它是压在洛阳人民头上的“六把利剑”之一。因此，要充分利用尾矿资源，变废为宝，变害为利，既充分利用了矿产资源，又增加了企业经济效益，防止了尾矿的隐患。故尾矿资源利用应引起高度重视， ３．石煤的开发利用问题：河南省规划规定禁止开采燃烧值低的石煤，主要原因是石煤热值低、灰分高、污染环境。但我县石煤中伴生有可供综合利用的有益元素铀、锗、镱、钇、钒等，尤其是V2O5含量高，达工业边界品位要求，初步估算可达大型矿床。因此应对石煤进行综合评价，研究其共伴生有益组分的回收利用及灰分的利用，进行切合实际的技术经济评价分析，给石煤开发利用提供可靠的技术依据。这对于解决缺乏能源的我县是至关重要的。