教材分析（必修一）：金属材料

教材分析（必修一）：金属材料

金属材料是现代工业的重要基础材料，广泛应用于建筑、机械、航空航天等领域。本文将从铝合金和铁合金两个方面，详细介绍金属材料的性质、制备及应用。

一、铝合金

1. 铝

• 物理性质：铝是一种银白色金属，具有良好的导电性和延展性，可以制成合金，密度比铁小，广泛应用于建筑材料和机械材料。
• 原子结构：铝原子最外层有3个电子，容易失去电子，显示较强的还原性，但比钠和镁弱。
• 化学性质
• 铝的金属性很强，但在常温下由于表面形成致密氧化膜而表现稳定。这一现象在铝汞齐实验中得到验证，实验中破坏氧化膜后铝与氧气反应生成白色氧化铝纤维。
• 铝能与多种物质反应，包括Cl2、O2、Br2、S、I2、稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、CuSO4溶液、FeCl3溶液等。
• 铝在高温下表现出很强的活泼性，能与很多不太活泼的金属氧化物发生铝热反应，如2Al＋Fe2O3 → 2Fe＋Al2O3。
• 铝还能与NaOH溶液反应生成NaAlO2，反应方程式为2Al＋2NaOH＋2H2O → 2NaAlO2＋3H2↑。

2. 氧化铝（Al2O3）

• 物理性质：粉末状的纯净Al2O3为白色，天然晶体状的带有其它金属元素，呈现各种颜色。红宝石、蓝宝石、刚玉的主要成分都是Al2O3。熔点为2054℃，沸点为2980℃，硬度仅次于金刚石。
• 化学性质：两性氧化物，既能和酸反应，又能和碱反应。与盐酸反应生成AlCl3和水，与NaOH溶液反应生成NaAlO2和水。

3. 氢氧化铝（Al(OH)3）

• 物理性质：白色固体，在水溶液中生成时呈胶状物。
• 化学性质：两性氢氧化物，既能与酸反应生成AlCl3和水，又能与碱反应生成NaAlO2和水。

4. Al3＋可溶性盐溶液中滴加NaOH溶液的实验

• 现象：先生成白色胶状沉淀，后来沉淀慢慢溶解。
• 离子反应：Al3＋＋3OH－→Al(OH)3↓；Al(OH)3＋OH－→AlO2－＋2H2O
• 过量问题：少量NaOH时生成Al(OH)3，过量NaOH时生成AlO2－。

二、铁合金

1. 金属材料的使用发展史

• 金在史前时期就被认知和使用。
• 公元前7000年前，伊朗西部开始使用铜器件。
• 公元前4000年前后进入青铜器时代。
• 公元前3700年，埃及人使用锡器。
• 公元前2500年，西亚的赫梯人开始使用铁器。
• 1886年，电解法制铝成功。
• 1947年，钛合金开始使用。

2. 合金

• 合金是由一种金属与另一种或几种金属或非金属混合熔化后冷却凝固得到的具有金属性质的物质。
• 合金通过改变元素种类、含量和生成条件来调节性能。
• 合金性能的改变源于金属结构的改变，如硬度变大是由于原子层间滑动困难。

3. 铁合金

• 包括生铁和钢，都是铁碳合金。生铁含碳量高（2%－4.3%），硬度大但性脆；钢含碳量低（0.03%－2%），延展性好，机械性能优良。
• 钢分为碳素钢和合金钢。碳素钢按含碳量分为高碳钢、中碳钢、低碳钢，分别用于制作刀具、钢轨、钢丝等。合金钢加入适量其他金属，性能更优。不锈钢主要由铁、铬、镍组成，具有强抗腐蚀能力。

三、新型合金

• 储氢合金：如Ti－Fe合金、La－Ni合金，具有大储氢量和快速吸放氢特性，支持氢能应用。
• 钛合金：具有密度低、比强度高、耐蚀性好等特点，广泛应用于航空、航天、化工、医疗等领域，还可制作潜艇。
• 还有耐热合金、形状记忆合金等。

本文原文来自化学自习室