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第一單元 應用廣泛的金屬材料,1．金屬有哪些通性？ 提示 ①與氧氣反應；②與酸反應；③與鹽溶液反應。 2．鋁、氧化鋁、氫氧化鋁的性質如何？ 提示 它們都可以既與酸反應又與強堿反應 3．鐵、鋁可以在常溫下被濃H2SO4，濃HNO3鈍化，鈍化是化學變化還是物理變化？ 提示 鈍化是化學變化，使鐵、鋁氧化生成致密氧化物。,4．列舉金屬防護措施？ 提示 (1)保護層(如油漆、電鍍)；(2)改變金屬內部結構；(3)電化學保護法：外加電流的陰極保護法和犧牲陽極的陰極保護法。,1．了解常見金屬的性質及應用。 2．了解合金的定義及特點，認識金屬與合金在性能上的差 異。 3．了解金屬的腐蝕及防護措施。 4．通過學習防止金屬腐蝕的方法，培養(yǎng)學生分析并解決實際問題的能力。,1．金屬通性：金屬有良好的導電性、導熱性、延展性。 2．鋁的特性：鋁在空氣中與 接觸以及接觸到 時，在表面都會形成一層致密的氧化膜，阻止了鋁的進一步反應，從而保護了鋁。因此，鋁可以用來盛放濃硫酸和濃硝酸。鋁和鋁的氧化物既能與酸反應，又能與堿發(fā)生反應，因此，鋁制容器不能用來盛裝 和 物質。,氧氣,強氧,化性的酸(如濃H2SO4、濃HNO3),酸性,堿性,1.合金及其特點：合金是將 熔合制成的。它克服了單一金屬強度小的缺點，具有較好的物理、化學性能。 2．鋼鐵和生鐵的區(qū)分：生鐵的含碳量是 ，鋼的 含碳量是 。為了使鋼的性能更好，我們 通常在鋼中加入 等物質，制成合 金鋼。這樣大大地改善了鋼在某些方面的性能。,兩種或多種金屬(或金屬與,非金屬),2%～4%,0.3%～2%,錳、鎢、鎳、硅,1.金屬腐蝕的概念,金屬腐蝕是金屬或合金與周圍介質發(fā)生 而受到破壞的一種現象。金屬腐蝕分為 和 。其中最主要的就是 。,化學反應,化學腐蝕,電化學腐蝕,電化學腐蝕,2．電化學腐蝕,(1)概念：電化學腐蝕是指金屬與電解質因發(fā)生 而產生破壞的現象。 (2)腐蝕原因：在潮濕的空氣里，鐵器表面吸附了一層水膜。水膜中溶解有氧和少量鹽類等，形成一薄層電解質溶液，與鐵器中的鐵和碳構成了許多微小的 ，發(fā)生原電池反應，加快鐵器的腐蝕。 (3)防止腐蝕措施：金屬腐蝕防護一般采用兩種途徑，一是避免與空氣接觸；二是利用 。避免與空氣接觸常用的方法有 和 兩種。利用電化學原理保護常用的方法是 。,電化學,反應,原電池,電化學原理保護,電鍍,烤藍,犧牲陽極的陰極保護法,3．電鍍,(1)概念：在金屬表面鍍上一層有保護能力的金屬。 (2)電鍍的原理：待鍍部件與直流電源的 極相連，鍍層金屬部件與直流電源的 極相連， 的鹽溶液作電鍍的電解質溶液。,負,正,鍍層金屬,4．烤藍,(1)概念：“烤藍”，又稱“發(fā)藍”?？梢栽鰪婅F器件的抗腐蝕能力。 (2)原因：烤藍在鐵器件的表面生成一層致密的四氧化三鐵薄膜。,【慎思1】 在常溫可以用鐵或鋁制容器盛放濃H2SO4和濃 HNO3嗎？為什么？ 提示 可以，因為在常溫下，鋁在濃硫酸和濃硝酸中會發(fā)生鈍化，因此可以用鋁制品盛裝濃硫酸和濃硝酸。 【慎思2】 鋁制品為什么不加保護層？ 提示 因為Al與空氣中的氧氣發(fā)生反應生成一層致密的Al2O3膜阻止了鋁與氧氣進一步反應而被腐蝕。,【慎思3】 合金是化合物還是混合物？最早使用的合金是什么？ 提示 合金是混合物，但其組成是均勻的。而且有些合金 具有固定熔點。最早使用的合金是銅合金。 【慎思4】 金屬腐蝕分為幾種？本質相同嗎？為什么？ 提示 化學腐蝕和電化學腐蝕，相同。 無論是化學腐蝕還是電化學腐蝕，金屬腐蝕的本質都是金 屬失電子轉變成金屬陽離子被腐蝕的過程。,1．金屬元素的存在,地球上的絕大多數金屬元素是以化合態(tài)存在于自然界中的，這是因為多數金屬的化學性質比較活潑，只有極少數的金屬如金等以游離態(tài)存在。,2．金屬的物理性質,(1)在常溫下，除汞是液體外，其余金屬都是固體。大多數金屬都是銀白色的。金屬都不透明，整塊金屬具有金屬光澤，金屬處于粉末狀時，常呈不同的顏色。 (2)大多數金屬都有延展性。 (3)金屬一般都是電和熱的良導體。,3．金屬的化學性質,【例1】下列關于金屬的說法中，正確的是 ( )。 A．各種金屬在常溫下都不能與氧氣反應 B．各種金屬在高溫下都能與氧氣反應 C．根據金屬與氧氣反應的難易程度可以初步比較一些 金屬的活動性順序 D．各種金屬都能與鹽酸發(fā)生置換反應 解析 有些金屬如鈉等在常溫下即可與氧氣反應；有些金屬如金等即使在高溫下也不與氧氣發(fā)生反應。在金屬活動性順序中，排在氫前面的金屬能與鹽酸發(fā)生置換反應，而排在氫后面的金屬不能，故選C。 答案 C,金屬具有一些相似的性質，但也有些獨特的性質不能據金屬的特性去推斷其他金屬的性質。,【體驗1】下表中列出了部分金屬的用途和性質，請根據性 質與用途的對應關系，將表中右欄的字母填入左欄的括號內。,解析 將金制成金箔利用了金的延展性，生活用的鐵鍋利用了鐵的導熱性；用鐵回收銀利用了鐵的還原性；用銅制作印刷電路板利用了銅的導電性。 答案 c b d a,1．鋁具有良好的導電性、導熱性、延展性，被用作導線、 炊具、鋁箔等 2．鋁的特性：鋁作為典型的兩性元素，易溶于稀酸，能從稀酸中置換出氫。同時，鋁能溶解在強堿溶液中生成鋁酸鹽，并產生氫氣。在冷的濃硝酸和濃硫酸中，鋁的表面會發(fā)生鈍化而使反應不能繼續(xù)進行。由于鋁是親氧元素，與空氣接觸時其表面會生成一層致密的氧化膜，阻止內層金屬繼續(xù)與其他物質反應。氧化鋁也具有“兩性”，較易溶于酸或堿溶液。反應如下：,【例2】為除去MgO中混有的少量雜質Al2O3，可選用的試劑 是 ( )。 A．KOH溶液 B．氨水 C．稀鹽酸 D．NaOH溶液 解析 選用可溶解Al2O3而不能溶解MgO的試劑，答案為A、D。 答案 AD,除雜問題必須符合除雜要求，既要除去雜質，保留原物質，又不能引入新的雜質，最好的辦法是能將雜質轉化為易與保留物分離的物質。本題兩種物質——在MgO中混有Al2O3(雜質)，兩種氧化物都是固體，只要將Al2O3溶解，而MgO不溶，過濾后即可得純凈的MgO，利用Al2O3可溶于強堿，而MgO不溶于堿，選用KOH溶液或NaOH溶液均可。,【體驗2】稱取兩份鋁粉，第一份加入足量的濃氫氧化鈉溶 液，第二份加入足量的稀鹽酸，如果放出等體積的氣體(在同溫、同壓下)，則兩份鋁粉的質量之比為 ( )。 A．1∶2 B．1∶3 C．3∶2 D．1∶1 解析 不論鋁與氫氧化鈉溶液反應，還是與稀鹽酸反應，均是Al失電子：Al－3e－===Al3＋，還原產物都是H2，則都有如下關系：2Al～6e－～3H2。兩種反應中消耗Al的質量相同，故選D。 答案 D,1．由兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具 有金屬特性的物質。,2．合金的物理性質,①一般情況下，合金比純金屬的硬度更大、更堅固。 ②多數合金的熔點一般比其各組成成分金屬的低。 ③一般來說，合金的性質并不是各成分性質的總和，合金具有良好的物理、化學和機械性能。 ④合金的性能可以通過所添加的合金元素的種類、含量和生成合金的條件等加以調節(jié)，如生鐵的熔點比純鐵的低；硬鋁(Cu、Mg、Al、Si)的強度和硬度都比純Al的大。,3．生活中常用的合金(見下表),4.鐵合金,根據含碳量的不同，將鐵的合金分為生鐵和鋼。,5.鈦合金,鈦具有銀白色金屬光澤，密度為4.5 g·cm－3，熔點很高，具有良好的延性和展性。在常溫下，鈦的外形很像鋼鐵，但遠比鋼鐵堅硬，而重量只有同樣大小的鋼鐵的一半。 目前，鈦主要用于飛機、火箭、導彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船等尖端領域。這是因為鈦的冶煉比較困難，冶煉鈦要在高溫條件下，而高溫時鈦的化學性質變得活潑，需用惰性氣體保護，還要使用不含氧的材料，工藝要求、冶煉成本高于鐵或鋁。,鈦——“21世紀金屬”，由于它有較高的強度、良好的抗氧化性和優(yōu)異的耐腐蝕性，對人體無毒和無不良反應，還可作為人造骨的材料，因而又被稱為“親生物金屬”。現在，鈦合金已廣泛應用于膝關節(jié)、肩關節(jié)、頭蓋骨的修復或再造。,6．神奇的形狀記憶合金,具有形狀記憶功能的記憶合金在高科技領域、工業(yè)和民用部門發(fā)揮著獨特的作用。鈦-鎳記憶合金除了可以制作飛船的發(fā)射和接收天線外，還可用于制造玻璃暖房頂部窗戶的啟閉裝置：當溫度較高時，裝置的彈簧自動伸長，頂窗打開，使之通風；氣溫降低時，彈簧自動收縮，使頂窗關閉。在醫(yī)學方面，對脊椎骨彎曲的患者進行脊椎校直時，可將形狀記憶合金制成的器件固定在脊椎骨上，受熱時因器件伸長，而使脊椎被校直。用形狀記憶合金制成的高級眼鏡框架，扭曲折彎后，能夠自動恢復成原來的形狀，彈性好，經久耐用。,【例3】下列有關合金性質的說法正確的是 ( )。 ①合金與各成分金屬相比，具有許多優(yōu)良的物理、化學或機械性能 ②相同金屬元素形成的合金，元素的含量有可能不同，但其性能是相同的 ③鎂鋁合金在鹽酸中能完全溶解 ④合金具有各成分金屬性質之和 A．①② B．①③ C．①④ D．③④,解析 合金與各成分金屬相比，具有優(yōu)良的物理、化學和機械性能，如熔點低，利于鑄造，硬度大，密度小，強度高等。鎂鋁合金可與鹽酸反應，化學方程式為Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑，2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑。 因合金元素的含量不同，其性能亦不同，故B錯。 合金具有比各成分金屬更優(yōu)越的性能，但不是各成分金屬的性質之和。 答案 B,合金的性能可以通過所添加合金元素的種類、含量和生成合金的條件等加以調節(jié)。,【體驗3】下列關于鋼的說法不正確的是 ( )。 A．根據含碳量不同，碳素鋼可分為高碳鋼、中碳鋼和 低碳鋼 B．含碳量低的鋼，硬度較大，韌性較弱 C．向鋼中加入一定量的一種或幾種其他元素，可得到 具有各種不同性能的合金鋼 D．不銹鋼中主要加入了鉻、鎳兩種元素 解析 碳素鋼可分為高碳鋼、中碳鋼和低碳鋼，含碳量高，硬度較大，含碳量低，韌性較強。為了提高鋼的某些性能，人們有目的地向鋼中加入一定量的一種或幾種其他元素，可得到具有各種不同性能的合金鋼。 答案 B,金屬的腐蝕是指金屬或合金跟周圍接觸到的化學物質發(fā)生化學反應而腐蝕損耗的過程。 1．實質 金屬原子(M)失去電子而被氧化的過程，即M－ne－===Mn＋。,2．類型,有電化學腐蝕和化學腐蝕兩種 電化學腐蝕：不純的金屬(或合金)接觸到電解質溶液發(fā)生原電池反應，相對較活潑的金屬原子失去電子而被氧化所引起的腐蝕。,3．化學腐蝕與電化學腐蝕小結,4.影響金屬腐蝕的快慢因素,金屬腐蝕的快慢與下列兩種因素有關： (1)與構成微電池的材料有關，兩極材料的活動性差別越大，電動勢越大，氧化還原反應的速率越快，活潑金屬被腐蝕的速率就越快。 (2)與金屬所接觸的電解質強弱有關，活潑金屬在電解質溶液中的腐蝕快于在非電解質溶液中的腐蝕，在強電解質溶液中的腐蝕快于在弱電解質溶液中的腐蝕。,5．金屬腐蝕的危害,金屬腐蝕給生產生活帶來很多不便，造成了巨大的經濟損失。據報道，全世界每年因金屬腐蝕造成的直接經濟損失約達7 000億美元，是地震、水災、臺風等自然災害造成損失總和的6倍。我國因金屬腐蝕造成的損失占國民生產總值(GNP)的4%，鋼鐵因腐蝕而報廢的數量約占鋼鐵當年產量的25%～30%。金屬腐蝕還可能造成環(huán)境污染。例如，重金屬制成的材料被腐蝕后，重金屬離子就會進入到水體、土壤中，引起重金屬污染。因此，采取各種措施防止金屬的腐蝕十分必要。,6．金屬的防護,金屬防護的基本思路是防止金屬與化學物質直接接觸；防止金屬與環(huán)境形成原電池。 由于金屬的腐蝕給生產和生活帶來嚴重的損失，必須采取一定的措施防止金屬腐蝕，常用的防護方法有： (1)改變金屬的結構：制成各種合金。如不銹鋼等。,(2)加防護層：電鍍、熱鍍、噴鍍、涂漆、涂油或制成氧化膜保護等。如在鋼鐵制品表面生成Fe3O4；在鋁制品表面生成Al2O3等。 ①電鍍是應用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。 ②電鍍的目的：使金屬增強抗腐蝕能力、增加美觀和表面硬度。,③電鍍的條件：待鍍的金屬制品作陰極，鍍層金屬作陽極，用含有鍍層金屬離子的溶液作電解液，即陽極材料、電解質溶液中的放電陽離子、鍍層金屬都必須含同一種金屬元素。 ④電鍍的結果：陽極金屬或合金質量不斷減少，陰極鍍件的質量不斷增加，增加和減少的金屬或合金質量相等，因此，電鍍液的濃度保持不變。 舉例：在鐵片表面鍍鋅： 如圖所示：Zn(陽極)：Zn－2e－===Zn2＋ Fe(陰極)：Zn2＋＋2e－===Zn 特別說明：在電鍍條件下，溶液中的Zn2＋優(yōu)先于H＋放電。,(3)電化學保護法：消除引起金屬發(fā)生電化學腐蝕的原電池反應的方法。 犧牲陽極的陰極保護法：在被保護的金屬上連接一種更活潑的金屬，當發(fā)生電化學腐蝕時，首先腐蝕的是負極，這樣保護了另一極的金屬，如在輪船船身上裝上一定數量的鋅塊，地下鋼鐵管道連接鎂塊來防止鋼鐵的腐蝕等。 使用此法時，作負極的金屬要定期更換。,(4)“烤藍”，又稱“發(fā)藍”，也是一種常用的鐵器表面處理方法，它可以使鐵器表面氧化生成一層致密的四氧化三鐵薄膜，增強鐵器件的抗腐蝕能力。鐵器件“烤藍”要使用發(fā)藍液。常用的一種發(fā)藍液是用氫氧化鈉、硝酸鈉、亞硝酸鈉等試劑配制而成的。去除了油污和銹斑的刀片，在發(fā)藍液中煮沸一段時間后取出，用水洗凈，就可以看到刀片表面呈現出藍黑色光澤。,特別提醒 1.(1)絕大多數金屬腐蝕屬電化學腐蝕。 (2)特點是伴有微弱的電流產生。 (3)電化學腐蝕的類型：通常有析氫腐蝕和吸氧腐蝕兩種情況，以吸氧腐蝕為主。這兩種腐蝕的差異主要體現在正極反應上。 吸氧腐蝕(電解質溶液酸性較弱或中性時) 正極(C)：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 負極(Fe)：2Fe－4e－===2Fe2＋ 總反應式：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 2Fe(OH)3===Fe2O3＋3H2O,鐵銹主要成分 (4)析氫腐蝕(較強的酸性) 正極：2H＋＋2e－===H2↑ 2．一般說來可用下列原則判斷金屬腐蝕的快慢： 電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學腐蝕＞有防腐措施的腐蝕。,【例4】下圖中的各燒杯中均盛有海水，鐵在其中被腐蝕的 速率由快到慢的順序 ( )。 A．②①③④ B．④③②① C．④②①③ D．③②④①,解析 ①純鐵在海水中不能形成原電池，也沒有充足的O2，所以發(fā)生的腐蝕是緩慢的；②在海水中形成了原電池，Fe為負極，能迅速被腐蝕；③在海水中也可以形成原電池，Fe為正極，Zn為負極，Zn迅速被腐蝕，間接保護了Fe；④在海水中形成了電解池，Fe極為陰極，被充分地保護起來了。 答案 A,金屬腐蝕由快到慢，電解腐蝕＞原電池腐蝕＞化學腐蝕＞有防護措施的腐蝕,【體驗4】鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時，發(fā)生還原反應的電極反應 式是 ( )。 A．Fe－2e－===Fe2＋ B．O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．2H＋＋2e－===H2↑ D．4OH－===O2↑＋2H2O＋4e－ 解析 發(fā)生還原反應的是得電子的反應，所以是BC中的一項，而C是析氫腐蝕中的還原反應，只有B才是吸氧腐蝕中的還原反應。 答案 B,【例5】下列防腐措施中，利用原電池反應使主要金屬得到 保護的是 ( )。 A．用氧化劑使金屬表面生成致密穩(wěn)定的氧化物保護膜 B．在金屬中加入一些鉻或鎳制成合金 C．在輪船的船殼吃水線以下部分裝上一塊鋅錠 D．金屬表面噴漆 解析 D是在金屬表面覆蓋保護層；B是改變金屬的內部組織結構；A是將金屬氧化使表面生成氧化膜；A、B、D均不能形成原電池，故只有C正確。 答案 C,據腐蝕的條件選擇合適的防護措施 化學腐蝕：接觸?防化學腐蝕：保護層或改變內部結構 電化學腐蝕：形成原電池且金屬為負極?防電化學腐蝕： 犧牲陽極的陰極保護法(金屬做正極) 外加直流電源的陰極保護法(金屬做陰極),,,【體驗5】下列幾種鐵板，在鍍層被破壞后，最耐腐蝕的是 ( )。 A．鍍鋅鐵板 B．鍍銅鐵板 C．鍍錫鐵板 D．鍍鉛鐵板 解析 A中為鍍鋅鐵板，鍍層被破壞后，構成鋅鐵原電池，鋅為負極被氧化；鐵為正極，H＋或O2被還原，鐵得以保護，故最耐腐蝕；B、C、D中鍍層破壞后，鐵容易被腐蝕，因為銅、錫、鉛的金屬性都比鐵弱，形成原電池時，鐵為負極，失去電子被氧化，故不耐腐蝕。 答案 A,