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第一單元 應(yīng)用廣泛的金屬材料,1．金屬有哪些通性？ 提示 ①與氧氣反應(yīng)；②與酸反應(yīng)；③與鹽溶液反應(yīng)。 2．鋁、氧化鋁、氫氧化鋁的性質(zhì)如何？ 提示 它們都可以既與酸反應(yīng)又與強(qiáng)堿反應(yīng) 3．鐵、鋁可以在常溫下被濃H2SO4，濃HNO3鈍化，鈍化是化學(xué)變化還是物理變化？ 提示 鈍化是化學(xué)變化，使鐵、鋁氧化生成致密氧化物。,4．列舉金屬防護(hù)措施？ 提示 (1)保護(hù)層(如油漆、電鍍)；(2)改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)；(3)電化學(xué)保護(hù)法：外加電流的陰極保護(hù)法和犧牲陽極的陰極保護(hù)法。,1．了解常見金屬的性質(zhì)及應(yīng)用。 2．了解合金的定義及特點，認(rèn)識金屬與合金在性能上的差 異。 3．了解金屬的腐蝕及防護(hù)措施。 4．通過學(xué)習(xí)防止金屬腐蝕的方法，培養(yǎng)學(xué)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(dǎo)電性、導(dǎo)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(jìn)一步反應(yīng)，從而保護(hù)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(yīng)，又能與堿發(fā)生反應(yīng)，因此，鋁制容器不能用來盛裝 和 物質(zhì)。,氧氣,強(qiáng)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(qiáng)度小的缺點，具有較好的物理、化學(xué)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(zhì)，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(zhì)發(fā)生 而受到破壞的一種現(xiàn)象。金屬腐蝕分為 和 。其中最主要的就是 。,化學(xué)反應(yīng),化學(xué)腐蝕,電化學(xué)腐蝕,電化學(xué)腐蝕,2．電化學(xué)腐蝕,(1)概念：電化學(xué)腐蝕是指金屬與電解質(zhì)因發(fā)生 而產(chǎn)生破壞的現(xiàn)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(zhì)溶液，與鐵器中的鐵和碳構(gòu)成了許多微小的 ，發(fā)生原電池反應(yīng)，加快鐵器的腐蝕。 (3)防止腐蝕措施：金屬腐蝕防護(hù)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(xué)原理保護(hù)常用的方法是 。,電化學(xué),反應(yīng),原電池,電化學(xué)原理保護(hù),電鍍,烤藍(lán),犧牲陽極的陰極保護(hù)法,3．電鍍,(1)概念：在金屬表面鍍上一層有保護(hù)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(zhì)溶液。,負(fù),正,鍍層金屬,4．烤藍(lán),(1)概念：“烤藍(lán)”，又稱“發(fā)藍(lán)”。可以增強(qiáng)鐵器件的抗腐蝕能力。 (2)原因：烤藍(lán)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(hù)層？ 提示 因為Al與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)生成一層致密的Al2O3膜阻止了鋁與氧氣進(jìn)一步反應(yīng)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(zhì)相同嗎？為什么？ 提示 化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，相同。 無論是化學(xué)腐蝕還是電化學(xué)腐蝕，金屬腐蝕的本質(zhì)都是金 屬失電子轉(zhuǎn)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(shù)金屬元素是以化合態(tài)存在于自然界中的，這是因為多數(shù)金屬的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，只有極少數(shù)的金屬如金等以游離態(tài)存在。,2．金屬的物理性質(zhì),(1)在常溫下，除汞是液體外，其余金屬都是固體。大多數(shù)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(shù)金屬都有延展性。 (3)金屬一般都是電和熱的良導(dǎo)體。,3．金屬的化學(xué)性質(zhì),【例1】下列關(guān)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(yīng) B．各種金屬在高溫下都能與氧氣反應(yīng) C．根據(jù)金屬與氧氣反應(yīng)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(yīng) 解析 有些金屬如鈉等在常溫下即可與氧氣反應(yīng)；有些金屬如金等即使在高溫下也不與氧氣發(fā)生反應(yīng)。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(yīng)，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(zhì)，但也有些獨(dú)特的性質(zhì)不能據(jù)金屬的特性去推斷其他金屬的性質(zhì)。,【體驗1】下表中列出了部分金屬的用途和性質(zhì)，請根據(jù)性 質(zhì)與用途的對應(yīng)關(guān)系，將表中右欄的字母填入左欄的括號內(nèi)。,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(dǎo)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(dǎo)電性。 答案 c b d a,1．鋁具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性，被用作導(dǎo)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(qiáng)堿溶液中生成鋁酸鹽，并產(chǎn)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(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)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(nèi)層金屬繼續(xù)與其他物質(zhì)反應(yīng)。氧化鋁也具有“兩性”，較易溶于酸或堿溶液。反應(yīng)如下：,【例2】為除去MgO中混有的少量雜質(zhì)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(zhì)，保留原物質(zhì)，又不能引入新的雜質(zhì)，最好的辦法是能將雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為易與保留物分離的物質(zhì)。本題兩種物質(zhì)——在MgO中混有Al2O3(雜質(zhì))，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(qiáng)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(zhì)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(yīng)，還是與稀鹽酸反應(yīng)，均是Al失電子：Al－3e－===Al3＋，還原產(chǎn)物都是H2，則都有如下關(guān)系：2Al～6e－～3H2。兩種反應(yīng)中消耗Al的質(zhì)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(zhì)。,2．合金的物理性質(zhì),①一般情況下，合金比純金屬的硬度更大、更堅固。 ②多數(shù)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(zhì)并不是各成分性質(zhì)的總和，合金具有良好的物理、化學(xué)和機(jī)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(diào)節(jié)，如生鐵的熔點比純鐵的低；硬鋁(Cu、Mg、Al、Si)的強(qiáng)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(jù)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(yuǎn)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(jī)、火箭、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船等尖端領(lǐng)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(xué)性質(zhì)變得活潑，需用惰性氣體保護(hù)，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(jì)金屬”，由于它有較高的強(qiáng)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(yīng)，還可作為人造骨的材料，因而又被稱為“親生物金屬”?，F(xiàn)在，鈦合金已廣泛應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、頭蓋骨的修復(fù)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(lǐng)域、工業(yè)和民用部門發(fā)揮著獨(dú)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(dāng)溫度較高時，裝置的彈簧自動伸長，頂窗打開，使之通風(fēng)；氣溫降低時，彈簧自動收縮，使頂窗關(guān)閉。在醫(yī)學(xué)方面，對脊椎骨彎曲的患者進(jìn)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(fù)成原來的形狀，彈性好，經(jīng)久耐用。,【例3】下列有關(guān)合金性質(zhì)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(xué)或機(jī)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(zhì)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(xué)和機(jī)械性能，如熔點低，利于鑄造，硬度大，密度小，強(qiáng)度高等。鎂鋁合金可與鹽酸反應(yīng)，化學(xué)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(zhì)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(diào)節(jié)。,【體驗3】下列關(guān)于鋼的說法不正確的是 ( )。 A．根據(jù)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(qiáng)。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(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的過程。 1．實質(zhì) 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(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕兩種 電化學(xué)腐蝕：不純的金屬(或合金)接觸到電解質(zhì)溶液發(fā)生原電池反應(yīng)，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(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕小結(jié),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(guān)： (1)與構(gòu)成微電池的材料有關(guān)，兩極材料的活動性差別越大，電動勢越大，氧化還原反應(yīng)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(zhì)強(qiáng)弱有關(guān)，活潑金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕快于在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕，在強(qiáng)電解質(zhì)溶液中的腐蝕快于在弱電解質(zhì)溶液中的腐蝕。,5．金屬腐蝕的危害,金屬腐蝕給生產(chǎn)生活帶來很多不便，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)報道，全世界每年因金屬腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約達(dá)7 000億美元，是地震、水災(zāi)、臺風(fēng)等自然災(zāi)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(chǎn)總值(GNP)的4%，鋼鐵因腐蝕而報廢的數(shù)量約占鋼鐵當(dāng)年產(chǎn)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(jìn)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(hù),金屬防護(hù)的基本思路是防止金屬與化學(xué)物質(zhì)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(chǎn)和生活帶來嚴(yán)重的損失，必須采取一定的措施防止金屬腐蝕，常用的防護(hù)方法有： (1)改變金屬的結(jié)構(gòu)：制成各種合金。如不銹鋼等。,(2)加防護(hù)層：電鍍、熱鍍、噴鍍、涂漆、涂油或制成氧化膜保護(hù)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(yīng)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(qiáng)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(zhì)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(jié)果：陽極金屬或合金質(zhì)量不斷減少，陰極鍍件的質(zhì)量不斷增加，增加和減少的金屬或合金質(zhì)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(xué)保護(hù)法：消除引起金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原電池反應(yīng)的方法。 犧牲陽極的陰極保護(hù)法：在被保護(hù)的金屬上連接一種更活潑的金屬，當(dāng)發(fā)生電化學(xué)腐蝕時，首先腐蝕的是負(fù)極，這樣保護(hù)了另一極的金屬，如在輪船船身上裝上一定數(shù)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(fù)極的金屬要定期更換。,(4)“烤藍(lán)”，又稱“發(fā)藍(lán)”，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(qiáng)鐵器件的抗腐蝕能力。鐵器件“烤藍(lán)”要使用發(fā)藍(lán)液。常用的一種發(fā)藍(lán)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(lán)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(xiàn)出藍(lán)黑色光澤。,特別提醒 1.(1)絕大多數(shù)金屬腐蝕屬電化學(xué)腐蝕。 (2)特點是伴有微弱的電流產(chǎn)生。 (3)電化學(xué)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(xiàn)在正極反應(yīng)上。 吸氧腐蝕(電解質(zhì)溶液酸性較弱或中性時) 正極(C)：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 負(fù)極(Fe)：2Fe－4e－===2Fe2＋ 總反應(yīng)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(qiáng)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(xué)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，F(xiàn)e為負(fù)極，能迅速被腐蝕；③在海水中也可以形成原電池，F(xiàn)e為正極，Zn為負(fù)極，Zn迅速被腐蝕，間接保護(hù)了Fe；④在海水中形成了電解池，F(xiàn)e極為陰極，被充分地保護(hù)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(xué)腐蝕＞有防護(hù)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(yīng)的電極反應(yīng) 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(yīng)的是得電子的反應(yīng)，所以是BC中的一項，而C是析氫腐蝕中的還原反應(yīng)，只有B才是吸氧腐蝕中的還原反應(yīng)。 答案 B,【例5】下列防腐措施中，利用原電池反應(yīng)使主要金屬得到 保護(hù)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(hù)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(hù)層；B是改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)；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(jù)腐蝕的條件選擇合適的防護(hù)措施 化學(xué)腐蝕：接觸?防化學(xué)腐蝕：保護(hù)層或改變內(nèi)部結(jié)構(gòu) 電化學(xué)腐蝕：形成原電池且金屬為負(fù)極?防電化學(xué)腐蝕： 犧牲陽極的陰極保護(hù)法(金屬做正極) 外加直流電源的陰極保護(hù)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(gòu)成鋅鐵原電池，鋅為負(fù)極被氧化；鐵為正極，H＋或O2被還原，鐵得以保護(hù)，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(fù)極，失去電子被氧化，故不耐腐蝕。 答案 A,