师:同学们,今天我们一起来学习第三章第二节第一课时——合金。我们的学习目标有以下几点:一是了解合金的概念,并能联系纯金属与合金的微观结构,解释二者性能的差异;二是以铁合金、铝合金为例,能从元素组成上对合金进行分类,并认识不同类型金属材料组成、性能与应用的联系;三是通过实验探究铝和氧化铝的性质及转化,认识两性氧化物;四是了解新型合金,感受化学科学对创造更多新材料以满足人类生活需要和促进科技发展的重要作用。
生活中处处使用合金,合金与我们的生活息息相关。那什么是合金呢?合金是由两种或两种以上金属或金属与非金属融合而成的具有金属特性的物质。为什么我们使用的金属材料主要是合金而不是纯金属呢?合金与金属相比,除具有金属特性外,还具有比各成分金属更优良的物理、化学或机械性能,比如硬度大、熔点低、密度小、耐磨、耐腐蚀等。
在纯金属内加入其他元素形成合金以后,结构发生了哪些变化,使合金的性能与纯金属相比有如此大的差异呢?常见的合金硬度比各成分金属要大,这是因为在纯金属内,所有原子的大小和形状都是相同的,原子排列十分规整。加入或大或小其他元素的原子后,改变了金属原子有规则的层状排列,使原子层之间的相对滑动变得困难,所以合金的硬度变大。由此可知,纯金属和合金的结构不同,决定了它们的性能及用途也有很大的差异。
师:工业生产中用量最多的金属材料是什么?
生:铁和钢是用量最大的金属材料。
师:没错,生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金。由于含碳量不同,生铁和钢在性能上也有很大的差异。生铁是铁碳合金,含碳量在2%至4.3%,硬度大,抗压性强,但性脆,可用于制造基座、管道。钢含碳量在0.03%至2%,延展性和机械性能好,用于制造机械和交通工具。
钢是用量最大、用途最广泛的合金,根据其成分不同可分为碳素钢和合金钢。根据含碳量不同,碳素钢又可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。低碳钢韧性、焊接性好,中碳钢强度高、韧性及加工性好,高碳钢硬而脆,热处理后弹性好。合金钢也叫特种钢,在碳素钢里加入适量一种或几种合金元素,使钢的组成结构发生改变,从而使钢具有各种特殊的性能。不锈钢是最常见的一种合金钢,其合金元素主要是铬和镍。在不同种的合金中,合金元素种类不同,物质结构发生改变,其性能也会产生差异。接下来我们观看《我和我的祖国》升国旗的片段。
师:阻断球断工程师在测试自动阻断装置时遇到什么问题?阻断球是用什么材料制作的?大家继续观看视频,思考如何改善材料的性能。
(播放视频片段)
师:怎么回事?
生:这种材质的阻断球时间长了就容易锈蚀、变脆弱。
师:对,应急之法,必须往合金里加入锡、铬、镍这三种稀有金属,使它变成钢。阻断球是合金材料,容易锈蚀、脆软,属于生铁。加入锡、铬和镍三种元素后使其变成钢,耐锈蚀性能更优异。在不同的合金中,合金元素种类不同,物质的结构发生变化,从而决定其性能产生差异。我们可以通过改变合金元素来开发具有新功能的金属材料。例如,铝是地壳中含量最多的金属元素。铝能与盐酸反应,请看视频。
(铝和稀盐酸反应实验视频播放)
师:本实验用到的实验用品主要有铝片、稀盐酸。在一支试管中加入5毫升盐酸,再向试管中放入一小段铝片,大家观察到了什么?
生:可观察到试管中有气泡产生。
师:过一段时间后,点燃木条,将木条放在试管口,又能听到什么?
生:可听到轻微爆鸣声。
师:铝是一种活泼的金属,在常温下能与空气中的氧气反应,生成一层致密的氧化铝保护膜。氧化铝保护膜和铝均能与盐酸反应,盐酸首先与氧化铝反应生成氯化铝和水,再与铝反应生成氯化铝和可燃性的气体氢气。那铝能与盐酸反应,能否与氢氧化钠溶液反应呢?我们将未打磨过的铝片和打磨过的铝片分别与同浓度、同体积的氢氧化钠溶液反应。请看视频。
(铝和氢氧化钠溶液反应实验视频播放)
