金属材料：金属材料可分为纯金属和合金。新型金属材料是具有特殊性能的金属结构材料
1、合金
(1)概念：合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质
(2)性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能
①熔点：合金的熔点比各成分金属低
②硬度和强度：合金的硬度比各成分金属大
(3)易错点：
①构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素
②合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各 成分金属，不是简单加合；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质
③并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，若一种 金属的熔点大于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金
④合金一定是混合物
⑤常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体
2、常见的金属材料
(1)金属材料分类
①黑色金属材料：铁、铬、锰以及它们的合金
②有色金属材料：除黑色金属以外的其他金属及其合金
(2) 黑色金属材料——钢铁
①生铁：含碳量在 2%～4.3%的铁的合金。生铁里除含碳外，还含有硅、锰以及少量的硫、磷等，它可铸不可煅。根据碳的存在形式可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种
②钢：含碳量在 0.03%～2%的铁的合金。钢坚硬有韧性、弹性，可以锻打、压延，也可以铸造。钢的分类方法很多，如果按化学成分分类，钢可以分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢就是普通的钢，碳素钢又可以分为低碳钢、中碳钢和高碳钢，低碳钢韧性、焊接性好，强度低；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，是在碳素钢是适当地加入一种或几种，如锰、铬、镍、钨、铜等合金元素而制成的。合金元素使合金钢具有各种不同的特殊性能，用于制不锈钢及各种特种钢
③钢是用量最大，用途最广的合金
(3) 有色金属材料——铜和铝
①铝及铝合金：Al 是地壳中含量最多的金属元素，纯铝的硬度和强度较小，有良好的延展性和导电性，通常用作制导线。铝合金密度小、强度高、塑性好、易于成型、制造工艺简单、成本低廉，主要用于建筑页、容器 和包装业、交通运输业、电子行业等。如：铝硅合金，制门窗、飞机等。镁铝合金，制照相机外壳等
铝的耐腐蚀原因：表面的铝和空气中的氧气反应形成一层致密的氧化物薄膜 (Al2O3)
钝化：常温下铁、铝在浓硝酸、浓硫酸中形成致密的氧化物薄膜而阻止内部金属的氧化
②铜及铜合金：纯铜有良好的导电性和导热性，主要用于电器和电子工业、建筑业。青铜是我国使用最早的合金，常见的铜合金有黄铜(Cu—Zn 合金)和白铜(Cu—Sn 合金)
3、金属的腐蚀和防护
(1)金属腐蚀内容：金属的腐蚀是指金属或者合金跟周围接触到的化学物质发生化学反应而腐蚀损耗的过程
(2)金属腐蚀的本质：金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应
(3) 金属腐蚀的类型：
①化学腐蚀：金属和接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。化学腐蚀实质是金属和非电解质或其它物 质相接触直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀。其腐蚀过程没有电流产生
②电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应。比较活泼的金属失去电子而被氧化，这 种腐蚀叫做电化学腐蚀。电化学腐蚀过程有电流产生
(4) 化学腐蚀与电化学腐蚀
类型 | 化学腐蚀 | 电化学腐蚀 |
条件 | 金属跟非金属单质直接接触 | 不纯金属或合金跟电解质溶液接触 |
现象 | 无电流产生 | 有微弱电流产生 |
本质 | 金属被氧化 | 较活泼金属被氧化 |
联系 | 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 | |
(5) 电化学腐蚀的分类————以钢铁的腐蚀为例进行分析
类型 | 析氢腐蚀 (腐蚀过程中不断有氢气 放出) | 吸氧腐蚀 (反应过程吸收氧气) | |
条件 | 水膜酸性较强(pH≤4.3) | 水膜酸性很弱或呈中性 | |
电极反应 | 负极 | Fe－2e－===Fe2＋ Fe－2e－===Fe2＋ | |
正极 | 2H＋＋2e－===H2↑ | O2＋2H2O＋4e－===4OH－ | |
总反应式 | Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ | 2Fe+O2＋2H2O===2Fe(OH)2 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O 4Fe(OH)3 Fe(OH)3 脱 去 一 部 分 水 就 生 成 Fe2O3·xH2O(铁锈主要成分) | |
联系 | 吸氧腐蚀更普遍 | ||
(6) ![]()
金属的防护
①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理
②外加电流的阴极保护法—电解原理
③改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等
④加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法
4、金属的冶炼
(1)金属在自然界中的存在形式：
①游离态：化学性质不活泼的金属，在自然界中能以游离态的形式存在。如：Au、Ag、Pt、Cu
②化合态：化学性质比较活泼的金属,在自然界中能以化合态的形式存在。如：Al、Na
(2)金属冶炼的实质：用还原的方法，使金属化合物中的金属阳离子得电子变成金属原子。Mn+ + ne-→M
(3) 金属冶炼的主要步骤：
①矿石的富集 (目的：除去杂质,提高矿石右的有用成分的含量)
②冶炼 (目的：得到金属单质)
原理：利用氧化还原反应原理，在一定条件下，用还原剂把金属矿石中的金属离子还原成金属单质
③精炼 (目的：提高金属的纯度)
(4) 金属冶炼方法（根据金属的活泼性）
①物理法：Au、Pt 在自然界中主要以游离态存在
②热分解法：适用范围：不活泼金属(Hg～Ag)例：
2HgO2Hg＋O2↑
2Ag2O4Ag＋O2↑
③热还原法：适用范围：较活泼的金属( Zn～Cu)
(i) 焦炭还原法。例：
C 还原 ZnO、CuO：C＋2ZnO2Zn＋CO2↑
C＋2CuO2Cu＋CO2↑
(ii) 一氧化碳还原法。例：
CO 还原 Fe2O3、CuO：3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2
CO＋CuOCu＋CO2
(iii) 氢气还原法。例：
H2 还原 WO3、Fe3O4：3H2＋WO3W＋3H2O
4H2＋Fe3O4 3Fe＋4H2O
(iv) 活泼金属还原法。例：
Al 还原 Cr2O3、V2O5：2Al＋Cr2O3Al2O3＋2Cr
10Al＋3V2O56V＋5Al2O3
④电解法：适用范围：活泼的金属 K～Al（电解法也常用于某些不活泼的金属的精炼）
例：电解 Al2O3、MgCl2、NaCl：
2Al2O3(熔融)冰4Al＋3O2↑
MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
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