金属材料第三章结晶
第三章金属的结晶
金属由液态转变为固态的过程称为凝固，由于固态金属是晶体，故又把凝固称为结晶。
§3.1 结晶的过程和条件
一、液态金属的结构特点
金属键：导电性，正电阻温度系数
近程有序：近程规则排列的原子集团
结构起伏：近程规则排列的原子集团是不
稳定的，处于时聚时散，时起时
伏，此起彼伏，不断变化和运动之
中，称为结构起伏。
结晶的结构条件：当近程规则排列的原子
集团达到一定的尺寸时，可能成为
结晶核心称为晶核, 即由液态金属的
结构起伏提供了结晶核心。结构起
伏是金属结晶的结构条件。
二、结晶过程
形核：液相中出现结晶核心即晶核；
晶核长大：晶核形成后不断长大，同时新
晶核不断形成并长大；
不断形核、不断长大；
晶体形成：各晶核相互碰撞，形成取向各
异、大小不等的等轴晶粒组成的多晶体形核与长大是晶体形成的一般规律。
单晶体与多晶体
三、结晶的过冷现象
用热分析法获得液态金属在缓慢冷却时温度随时间的变化关系，即冷却曲线。
由冷却曲线可知，结晶时有过冷现象：实际结晶温度Tn低于理论结晶温度
Tm的现象称为过冷。液态金属过冷是结晶的必要条件。
过冷度：△T=Tm-Tn, 其大小除与金属的性质和纯度有关外，主要决定于冷却速度，一般冷却速度愈大，实际结晶温度愈低，过冷度愈大。
四、结晶的热力学条件
热力学：研究热现象中物态转变和能量转换规律的学科，主要研究平衡状态的物理、化学过程。
热力学第二定律：在等温等压下，自发过程自动进行的方向是体系自由焓降低的方向，这个过程一直进行到自由焓具有最低值为止，称为最小自由焓原理。
利用最小自由焓原理分析结晶过程。两相自由焓差是相变的驱动力。
金属结晶的热力学条件：固相自由焓必须低于液相自由焓。
热力学条件与过冷条件的一致性。
§3.2 形核的规律
形核方式：均匀形核（自发形核）与非均匀形核（非自发形核）。
一、均匀形核
均匀形核：当液态金属很纯净时，在相当大的过冷度下，固态晶核依靠液相内部的结构起伏直接从液相中自发形成。
（一）均匀形核的能量分析
液相中出现一个晶核，体系自由焓的变化：液态→固态，体积自由能降低，即△G V=G S-G L<0;晶核形成会增加一个新的液固相界面，增加了界面能即σS。体系自由焓的变化为：△G=V△G V+σS
设晶核为半径r的球体，则上式为：△G=4/3πr3△G V+4πr2σ
（二）形核条件分析
1．晶核尺寸
对△G-r关系曲线的分析。
r*称为临界晶核半径，其值可对上式求导并令其等于零求得。
r*=-2σ/△G V。
当r< r*时，其长大会使体系自由焓升高，故这样的原子集团不能充当晶核，将熔化而消失，称为晶坯；
当r> r*时，其长大会使体系自由焓下降，故这样的原子集团可充当晶核；
当r= r*时，其可能长大也可能熔化消失，这是因为：长大会使体系自由焓降低，但此时体系自由焓达到最大，且为正值，体积自由焓的降低不能补偿界面能的增加，还须从外界取得额外的能量供应，
即取得形核功才能成核。临界晶核与临界晶核半径。
2．能量条件
形成临界晶核时外界须提供形核功，形核功大小为：将r*=-2σ/△G V代入△G 公式，可得△G*=1/3（4πr*2σ），即形核功为界面能的1/3。即形成临界晶核时，体积自由能的降低只能补偿2/3的界面能，尚有1/3的界面能需由能量起伏提供。
能量起伏：液相中各微区的自由焓是不等的，均围绕平均值在不断变化。
总之，均匀形核必须满足两个条件：依靠结构起伏提供r≥ r*的原子集团充当晶核；依靠能量起伏提供相当于界面能1/3的形核功。
3．过冷度大小
临界晶核半径r*和形核功△G*均与过冷度有关：
r*=-2σ/△G V=2σ·Tm/Lm·△T
△G*=16πr*3Tm3/3(Lm·△T) 2
过冷度愈大，临界晶核半径r*愈
小，形核功△G *也愈小，形核
更容易。
（三）形核率
某一过冷度下形核的快慢用形核率表示。形核率：单位时间内单位体积中所形成的晶核数，单位为1/cm3·s
影响形核率有两个因素：从热力学上，随过冷度增大，r*减小，△G *也减小，形核更容易，形核率愈高；从动力学上，转变温度愈低，原子扩散能力愈弱，不利于晶核形成，使形核率降低。
对形核率的分析：
形核率 N=K·N1·N2
N1-受形核功影响的形核率因子
N2-受原子扩散激活能影响的形核率因子N1∝e-△G*/KT,K-波尔兹曼常数，过冷度愈大，r*减小，△G *也减小，所需能量起伏减小，形核愈容易，N1增大。
N2∝e-Q/KT ,Q-原子越过液固相界面的扩散激活能，即原子由液相转变为固相所需的能量，随温度变化很小。T升高，有利于扩散，N2增大；而过冷度愈大，原子活性降低，不利于原子扩散，N2减小。
二．非均匀形核（非自发形核）
非均匀形核：金属液中存在固体夹杂物，晶胚依靠这些固体夹杂物的现成界面而成核，称为非均匀形核。
（一）能量分析及临界晶核半径
同样存在体积自由能降低和界面能的增加，总的自由能变化为：
ΔG非＝VΔG V+ΔG S
分析在现成基底上形核的情况，见图3－8。
两个界面S1和S2：S1－晶核与液相界面
S2－晶核与基底界面
三种界面张力：
σLa为晶核－液体界面张力
σaw为晶核－基底界面张力
σLw为液体－基底界面张力当晶核稳定存在时，三种界面张力在交会处达到平衡：
σLw＝σaw＋σLa cosθ
θ角为晶核与基体的接触角（润湿角）设在基底上形成一个球冠状晶核，所引起自由能变化：
体积自由能变化：ΔG体＝VΔG V
V＝1/3πr3（2－3cosθ＋cos3θ）界面能变化：ΔG S由三部分组成：
（1）晶核球冠界面能增加
σLa·S1，S1＝2πr2（1－cosθ）
（2）晶核底面界面能增加
σaw·S2，S2＝πr2 sin2θ
（3）原来液体与基底的界面能消失
σLw·S2, S2＝πr2 sin2θ
ΔG S＝σLa·S1＋σaw·S2－σLw·S2
＝σLa·πr2（2－3cosθ+cos3θ）∴ΔG非＝1/3πr3（2－3cosθ+cos3θ）·Δ
G V+σLa·πr2（2－3cosθ+cos3θ）
＝（4/3πr3ΔG V+4πr2σ
）·（2－
La
3cosθ+cos3θ）/4
与均匀形核相比：
ΔG均＝4/3πr3ΔG V+4πr2σLa
可知两者仅差一项（2－3cosθ+cos3θ）/4 与均匀形核类似，可求出临界晶核半径令dΔG/dr＝0，则得 r*非＝－2σLa/ΔG V 可知：非均匀形核球冠临界曲率半径与均匀形核时球形晶核的临界半径相同。
形成临界晶核时所需的形核功为：
ΔG*非＝（16πσ3/3ΔG2V）·[（2－3cos θ+cos3θ）/4]
（二）接触角及临界半径晶核体积1．接触角
由上述分析：
ΔG非＝（4/3πr3ΔG V+4πr2σLa）·（2－
3cosθ+cos3θ）/4
＝ΔG均·（2－3cosθ+cos3θ）/4
形成临界晶核时：
ΔG*非＝ΔG*均·（2－3cosθ+cos3θ）/4
讨论：
当θ＝0°时ΔG*非＝0完全润湿，不需形核功可形核
当θ＝180°时，ΔG*非＝ΔG*均，基底未起作用，为均匀形核
一般0°<θ<180°时，cosθ在1～－1
之间，（2－3cosθ+cos3θ）/4 < 1
即ΔG*非<ΔG*均，非均匀形核所需形核功小，能在较小过冷度下形核，且θ越小，ΔG*非越小，形核越容易。
2．临界半径晶核体积
非均匀形核的临界半径为晶核的曲率半径，不能完全决定晶核的体积和表面积的大小。在相同临界半径下，接触角θ不同，非均匀形核的形状和体积会有很大变化。θ角越小，晶核体积越小，表面积越小，晶胚体积越小，形核所需的结构起伏越小，形核越容易。非均匀形核的形状和体积由r*和θ共同决定。
因此，在非均匀形核中，θ起很大作用，主要是：影响形核功大小，影响晶核体积，通过减小θ角，ΔG*非减小，晶核体积减小，所需能量起伏和结构起伏都小，使形核率增加。
除了θ和r*外，基底的表面形貌对非均匀形核也有影响。见图3－10。
（三）形核条件
非均匀形核与均匀形核一样，要结构起伏提供晶核，能量起伏提供形核功。
并非所有固相质点都能起基底作用，必须符合一定条件都固相质点才能作为非均匀形核的基底：
结构相似、大小相等
活性质点
（四）实际应用
变质处理：在液态金属中加入变质剂作为活性质点，减小θ角，促进非均匀形核，提高形核率，以细化组织，提高材料性能。
§3.3 晶核长大
一．晶核长大条件
分析图3－12、图3－13
晶核长大的条件：固液界面处存在动态过冷度
二．固液界面微观结构与晶体微观长大（一）固液界面微观结构
微观结构：光滑界面与粗糙界面
1．光滑界面（小平面界面）
光滑界面：微观看固液界面光滑平整，两相截然分开，界面通常为晶体的密排面。宏观看，界面呈曲折的台阶状，是由一系列小平面组成，每个小平面是平整光滑的，又称小平面界面，非金属、类金属具有光滑平面。
2．粗糙界面（非小平面界面）
粗糙界面：从微观看，界面不平整，存在几个原子厚的过渡层，过渡层中约有50％位置为固相原子占据。由于过渡层很薄，宏观看，界面反而较平整，不出现曲折和小平面。金属多具有粗糙界面。
（二）晶体微观长大方式
1．粗糙界面垂直长大
2．光滑界面长大方式
两种机制：二维晶核长大机制
依靠晶体缺陷长大
三固液界面的温度分布与晶体宏观长大（一）固液界面的温度分布
1．正温度梯度图3－21（a）
2．负温度梯度图3－22（a）
（二）晶体宏观长大形态
1．正温度梯度下晶体平面状长大2．负温度梯度下晶体树枝状长大
§3.4 结晶理论的应用
一、晶粒大小的控制
晶粒度：晶粒的大小称为晶粒度，通常用晶粒的平均面积或平均直径表示。工业上用晶粒度等级表示晶粒大小。（一）晶粒度对材料性能的影响
实质是晶界面积大小的影响，晶粒越细小，晶界面积越大，对性能的影响越大。
晶粒度对材料力学性能影响的一般规律是：晶粒越细小，强度、硬度越高，同时塑性、韧性也越好。如：
晶粒直径(mm) σb(kg/mm2) δ(%)
9.7 16.8 28.6
7.0 18.4 30.6
2.5 21.5 39.5
(二)决定晶粒度的因素
晶粒大小主要取决于形核率N和长大速度G的相对大小：
形核率N↑，晶核数量多，晶粒多，晶粒细小；长大速度G↓，长大时间长，长大过程中会形成更多晶核，晶粒细小。
反之，形核率低，长大速度快，晶粒越粗大。
总之，N/G↑，晶粒越细小。凡能促进形核，抑制长大的因素，都能细化晶粒。
（三）控制晶粒度的方法
控制形核率和长大速度。主要方法：1．控制过冷度
N和G均随过冷度增大而增大，但N 增大更快，适当增加过冷度，有利于提高N/G，细化晶粒。
提高过冷度要提高液体金属的冷却速度，主要方法：提高熔化温度，减少非自发核心；降低浇注温度，提高铸型的吸热能力和导热性；用金属型代替砂型等。2．变质处理（孕育处理）
3．振动、搅拌等方法
在凝固过程中加以振动和搅拌，可使生长的晶体破碎，从而提供更多结晶核心。通常用机械振动、电磁振动、超声波振动等。
二、铸锭的组织控制
（一）铸锭宏观组织
在铸造状态下获得的组织。剖面上存在三个晶区：
1．表面细晶粒区
2．柱状晶区
3．中心等轴晶区
（二）定向凝固
条件：单向散热、很大的温度梯度，
获得方向性柱状晶和层片状共晶方法：下降功率法；快速逐步凝固法（三）单晶制备
单晶体：由一个晶核长成的晶体。
条件：只形成一个晶核并使其长大。
方法：尖端形核法；垂直提拉法
四、非晶态金属的制备
金属结晶能力强，一般均得到晶体。
在急剧冷却条件下，如冷速达到106-108k/s时，液态金属凝固时会出现原子无规则排列的情况，即产生非晶态。
方法：见图
金属材料学戴起勋第二版第三章课后题答案
颜色不同的是课件和课后题都有的题目，水平有限，大家参考哦 3-1在结构钢的部颁标准中，每个钢号的力学性能都注明热处理状态和试样直径或钢材厚度，为什么？有什么意义？（这个实在不会也查不到，大家集思广益吧！！！） 3-2为什么说淬透性是评定钢结构性能的重要指标？ 结构钢一般要经过淬火后才能使用。淬透性好坏直接影响淬火后产品质量 3-3调质钢中常用哪些合金元素？这些合金元素各起什么作用？ Mn：↑↑淬透性，但↑过热倾向，↑回脆倾向； Cr：↑↑淬透性，↑回稳性，但↑回脆倾向； Ni:↑基体韧度，Ni-Cr复合↑↑淬透性，↑回脆； Mo：↑淬透性,↑回稳性，细晶,↓↓回脆倾向； V：有效细晶，(↑淬透性) ，↓↓过热敏感性。 3-4机械制造结构钢和工程结构钢对使用性能和工艺性能上的要求有什么不同？ 工程结构钢：1、足够的强度与韧度（特别是低温韧度）；2、良好的焊接性和成型工艺性； 3、良好的耐腐蚀性； 4、低的成本 机械制造结构钢：1具有良好的力学性能不同零件，对钢强、塑、韧、疲劳、耐磨性等有不同要求2具有良好冷热加工工艺性如锻造、冲压、热处理、车、铣、刨、磨等 3-5低碳马氏体钢在力学性能和工艺性上有哪些优点？在应用上应注意些什么问题？ 力学性能：抗拉强度σb ，1150~1500MPa ；屈服强度σs , 950~1250 MPa ψ≥40% ；伸长率δ，≥10% ；冲击韧度A K≥6J 。这些性能指标和中碳合金调质钢性能相当，常规的力学性能甚至优于调质钢。 工艺性能：锻造温度淬火加自回火 局限性：工作温度<200℃;强化后难以进行冷加工\焊接等工序; 只能用于中小件;淬火时变形大,要求严格的零件慎用. 3-6某工厂原来使用45MnNiV生产直径为8mm高强度调质钢筋，要求Rm>1450Mpa,ReL>1200Mpa,A>0.6%,热处理工艺是（920±20）℃油淬，（470±10）℃回火。因该钢缺货，库存有25MnSi钢。请考虑是否可以代用。热处理工艺如何调整？ 能代替，900℃油淬或水淬，200℃回火 3-7试述弹簧的服役条件和对弹簧钢的主要性能要求。为什么低合金弹簧钢中碳含量一般在 0.5%~0.75%（质量分数）之间？ 服役条件：储能减振、一般在动负荷下工作即在冲击、振动和长期均匀的周期改变应力下工作、也会在动静载荷作用下服役； 性能要求：高的弹性极限及弹性减退抗力好，较高的屈服比；高的疲劳强度、足够的塑性和韧度；工艺性能要求有足够的淬透性；在某些环境下，还要求弹簧具有导电、无磁、耐高温和耐蚀等性能，良好的表面质量和冶金质量 总的来说是为了保证弹簧不但具有高的弹性极限﹑高的屈服极限和疲劳极限（弹簧钢含碳量要比调质钢高），还要有一定的塑性和韧性（含碳量太高必然影响塑性和韧性了）。3-8弹簧为什么要求较高的冶金质量和表面质量？弹簧的强度极限高是否也意味着弹簧的疲劳极限高，为什么？ 要严格控制弹簧钢材料的内部缺陷，要保证具有良好的冶金质量和组织均匀性；因为弹簧工作时表面承受的应力为最大，所以不允许表面缺陷，表面缺陷往往会成为应力高度集中的地方和疲劳裂纹源，显著地降低弹簧的疲劳强度 不一定高。强度极限是在外力作用下进一步发生形变.是保持构件机械强度下能承受的最大应力，包括拉伸、压缩和剪切强度，不一定指弹性极限
第二章 纯金属的结晶
第二章纯金属的结晶 一、名词： 结晶：金属由液态转变为固态晶体的转变过程. 结晶潜热：金属结晶时从液相转变为固相放出的热量。 孕育期：当液态金属过冷至理论结晶温度以下的实际结晶温度时，晶核并末立即出生，而是经过了一定时间后才开始出现第一批晶核。结晶开始前的这段停留时间称为孕育期。 近程有序：液态金属中微小范围内存在的紧密接触规则排列的原子集团。 远程有序：固态晶体中存在的大范围内的原子有序排列集团。 结构起伏(相起伏)：液态金属中不断变化着的近程有序原子集团。 晶胚：过冷液体中存在的有可能在结晶时转变为晶核的尺寸较大的相起伏。 形核率：单位时间单位体积液体中形成的晶核数目。 过冷度：金属的实际结晶温度与理论结晶温度之差。 均匀形核：液相中各个区域出现新相晶核的几率都相同的形核方式。 非均匀形核：新相优先出现于液相中的某些区域的形核方式。 变质处理：在浇注前向液态金属中加入形核剂以促进形成大量的非均匀晶核来细化晶粒的液态金属处理方法。 能量起伏：液态金属中各微观区的能量此起彼伏、变化不定偏离平衡能量的现象。 正温度梯度：液相中的温度随至界面距离的增加而提高的温度分布状况。 负温度梯度：液相中的温度随至界面距离的增加而降低的温度分布状况 细晶强化：用细化晶粒来提高材料强度的方法。 晶粒度：晶粒的大小。 缩孔：液态金属凝固，体积收缩，不再能填满原来铸型，如没有液态金属继续补充而出现的收缩孔洞。 二、简答： 1. 热分析曲线表征了结晶过程的哪两个重要宏观特征？ 答：过冷现象、结晶潜热释放现象 2. 影响过冷度的因素有那些？如何影响的？ 答：金属的本性、纯度和冷却速度。 金属不同，过冷度的大小也不同；金属的纯度越高，则过冷度越大；冷却速度越大，则过冷度越大。。 3. 决定晶体长大方式和长大速度的主要因素？ 1）界面结构；2）界面附近的温度分布； 4. 晶体长大机制有哪几种？ 1）二维晶核长大机制；2）螺型位错长大机制；3）垂直长大机制 5、结晶过程的普遍规律是什么？ 答：结晶是形核和晶核长大的过程 6、均匀形核的条件是什么？
第三章 铁金属材料 针对性对点复习
第三章铁金属材料针对性对点复习 一、金属重要性质的多角度考查 1．(2019·南京市金陵中学月考)下列关于钠、铝、铁、铜和氧气的反应，不正确的是() A．铁在氧气中燃烧，产物为四氧化三铁 B．铝表面很容易被氧气氧化，生成致密的氧化物保护膜 C．钠常温下和氧气反应，生成淡黄色的过氧化钠 D．铜可以在加热的条件下和氧气反应，生成氧化铜 答案C 解析钠在常温下和氧气反应，生成白色的氧化钠。 【考点】金属的化学性质 【题点】金属的氧化反应 2．(2019·大庆市铁人中学期中)下列关于金属的说法正确的是() A．铝箔在空气中受热可以熔化且会发生剧烈燃烧 B．Na在空气中燃烧，发出黄色火焰，生成白色固体 C．铁与水蒸气反应的产物是黑色的Fe2O3 D．铝制餐具不能用来盛装酸、碱、咸的食物 答案D 解析铝箔表面被氧化为氧化铝，氧化铝的熔点高于铝的熔点，所以不会发生剧烈燃烧，A 错误；Na在空气中燃烧生成黄色固体过氧化钠，B错误；铁与水蒸气反应的产物是黑色的Fe3O4，C错误。 【考点】金属的化学性质 【题点】金属发生氧化反应的现象 3．(2019·云南省新平一中月考)金属单质四兄弟W、X、Y、Z不小心掉到稀盐酸池中，反应如图所示，则它们的活动性由强到弱的顺序是() A．X>W>Z>Y B．Z>X>W>Y C．W>X>Y>Z D．Y>Z>X>W
答案 B 解析 Y 没有发生反应，Y 的活动性最弱。其他三个可以根据反应的剧烈程度来判断，Z 最剧烈，最活泼；X 比W 反应剧烈些，故X 的活动性大于W ，则活动性：Z>X>W>Y ，故选B 。 【考点】 金属的活泼性 【题点】 通过金属与酸反应现象判断金属活泼性 4．(2020·延边二中高一检测)以下8种化合物中，不能通过化合反应直接生成的有( ) ①Fe 3O 4 ②Fe(OH)3 ③FeCl 2 ④Cu 2(OH)2CO 3 ⑤Al(OH)3 ⑥Na 2CO 3 ⑦NaHCO 3 ⑧Na 2O 2 A ．1种 B ．2种 C ．3种 D ．4种 答案 A 解析 ①铁在氧气中燃烧生成Fe 3O 4：3Fe ＋2O 2=====点燃 Fe 3O 4，属于化合反应；②氢氧化亚铁和氧气、水反应生成氢氧化铁，化学方程式为：4Fe(OH)2＋O 2＋2H 2O===4Fe(OH)3，属于化合反应；③FeCl 3与Fe 反应能生成FeCl 2，其化学方程式为：2FeCl 3＋Fe===3FeCl 2，属于化合反应；④铜在潮湿的空气中与二氧化碳、氧气和水反应生成Cu 2(OH)2CO 3，属于化合反应；⑤氧化铝和水不反应，不能通过化合反应生成；⑥氧化钠和二氧化碳反应可生成碳酸钠：Na 2O ＋CO 2===Na 2CO 3，属于化合反应；⑦Na 2CO 3和二氧化碳、水反应生成NaHCO 3：Na 2CO 3＋H 2O ＋CO 2===2NaHCO 3，属于化合反应；⑧钠与氧气在加热的条件下反应生成Na 2O 2：2Na ＋O 2=====△Na 2O 2，属于化合反应；只有⑤不能通过化合反应直接生成，故选A 。 【考点】 金属及其化合物的制备 【题点】 金属化合物的制备与反应类型的综合考查 5．(2020·南昌十中期末)现有金属单质A 、B 、C 和气体甲、乙、丙以及物质D 、E 、F 、G 、H ，它们之间的相互转化关系如图所示(图中有些反应的生成物和反应的条件没有标出)。提示：黄绿色气体乙是氯气。
第三章 铁 金属材料 单元测试卷高一化学学讲练(人教版2019必修第一册)(解析版)
第三章铁金属材料 单元测试卷 （时间：90分钟） 一、单选题 1．宋代《千里江山图》描绘了山清水秀的美丽景色，历经千年色彩依然，其中绿色来自孔雀石颜料(主要成分为Cu(OH)2·CuCO3)，青色来自蓝铜矿颜料(主要成分为Cu(OH)2·2CuCO3)。下列说法错误的是 A．保存《千里江山图》需控制温度和湿度 B．孔雀石、蓝铜矿颜料不易被空气氧化 C．孔雀石、蓝铜矿颜料耐酸耐碱 D．Cu(OH)2·CuCO3中铜的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3 【答案】C 【解析】 A．字画主要由纸张和绢、绫、锦等织物构成，为防止受潮和氧化，保存古代字画时要特别注意控制适宜的温度和湿度，A说法正确； B．由孔雀石和蓝铜矿的化学成分可知，其中的铜元素、碳元素和氢元素均处于最高价，其均为自然界较稳定的化学物质，因此，用其所制作的颜料不易被空气氧化，B说法正确； C．孔雀石和蓝铜矿的主要成分均可与酸反应生成相应的铜盐，因此，用其制作的颜料不耐酸腐蚀，C说法错误； D．因为氢氧化铜中铜元素的质量分数高于碳酸铜，所以Cu(OH)2?CuCO3中铜的质量分数高于 Cu(OH)2?2CuCO3，D说法正确。 综上所述，相关说法错误的是C，故本题答案为C。 2．我国高铁列车的车厢大部分采用铝合金材料，其原因是铝合金( ) A．化学性质活泼 B．比纯铝熔点高，耐高温 C．质量轻、强度大、有较好的抗腐蚀能力 D．在自然界的含量丰富，容易获得 【答案】C 【解析】
A．化学性质活泼，容易发生化学反应，不能做高铁车厢，A不合题意； B．比纯铝熔点高、耐高温的性质，与做高铁车厢不相干，B不合题意； C．质量轻、强度大、有较好的抗腐蚀能力，适宜做高铁车厢，C符合题意； D．在自然界的含量丰富，但需采用电解法获得，所以获得困难，D不合题意； 故选C。 3．钛和钛的合金具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工，尤其是钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”。根据它们的主要性能，下列用途不切合实际的是（） A．用来做保险丝B．用于制造航天飞机 C．用来制造人造骨D．用于家庭装修，做钛合金装饰门 【答案】A 【解析】 【分析】 物质的性质决定用途，钛和钛的合金有很多优良的性能，也有很多重要的用途。 【详解】 A．保险丝应该用熔点比较低的金属材料做，而钛及其合金熔点高，不适合做保险丝，故A错误； B．因为钛和钛的合金密度小、可塑性好、易于加工，所以可用于制造航天飞机，故B正确； C．因为钛合金与人体有很好的“相容性”，所以可用来制造人造骨，故C正确； D．因为钛和钛的合金密度小、可塑性好、易于加工，所以可用于家庭装修，做钛合金装饰门，故D正确；答案选A。 4．下列离子的检验方法合理的是（） A．向某溶液中滴入硫氰酸钾溶液呈红色，说明不含Fe2＋ B．向某溶液中通入氯气，然后再加入硫氰酸钾溶液变红色，说明原溶液中含有Fe2＋ C．向某溶液中加入氢氧化钠溶液，得红褐色沉淀，说明溶液中含有Fe3＋ D．向某溶液中加入氢氧化钠溶液得白色沉淀，又观察到颜色逐渐变为红褐色，说明该溶液中只含有Fe2＋，不含有Mg2＋ 【答案】C 【解析】 A.滴加硫氰酸钾溶液，溶液呈红色，证明存在Fe3＋而不能证明没有Fe2＋，A错误； B．若原溶液中含Fe2＋，通入氯气，氯气将Fe2＋氧化成Fe3＋，滴加硫氰酸钾溶液后显红色，若原溶液中不含Fe2＋而含有Fe3＋，通入氯气，加入硫氰酸钾溶液同样可以变红色，B错误；
金属材料第三章结晶
第三章金属的结晶 金属由液态转变为固态的过程称为凝固，由于固态金属是晶体，故又把凝固称为结晶。 §3.1 结晶的过程和条件 一、液态金属的结构特点 金属键：导电性，正电阻温度系数 近程有序：近程规则排列的原子集团 结构起伏：近程规则排列的原子集团是不 稳定的，处于时聚时散，时起时 伏，此起彼伏，不断变化和运动之 中，称为结构起伏。 结晶的结构条件：当近程规则排列的原子 集团达到一定的尺寸时，可能成为 结晶核心称为晶核, 即由液态金属的
结构起伏提供了结晶核心。结构起 伏是金属结晶的结构条件。 二、结晶过程 形核：液相中出现结晶核心即晶核； 晶核长大：晶核形成后不断长大，同时新 晶核不断形成并长大； 不断形核、不断长大； 晶体形成：各晶核相互碰撞，形成取向各 异、大小不等的等轴晶粒组成的多晶体形核与长大是晶体形成的一般规律。 单晶体与多晶体 三、结晶的过冷现象 用热分析法获得液态金属在缓慢冷却时温度随时间的变化关系，即冷却曲线。 由冷却曲线可知，结晶时有过冷现象：实际结晶温度Tn低于理论结晶温度
Tm的现象称为过冷。液态金属过冷是结晶的必要条件。 过冷度：△T=Tm-Tn, 其大小除与金属的性质和纯度有关外，主要决定于冷却速度，一般冷却速度愈大，实际结晶温度愈低，过冷度愈大。 四、结晶的热力学条件 热力学：研究热现象中物态转变和能量转换规律的学科，主要研究平衡状态的物理、化学过程。 热力学第二定律：在等温等压下，自发过程自动进行的方向是体系自由焓降低的方向，这个过程一直进行到自由焓具有最低值为止，称为最小自由焓原理。 利用最小自由焓原理分析结晶过程。两相自由焓差是相变的驱动力。 金属结晶的热力学条件：固相自由焓必须低于液相自由焓。 热力学条件与过冷条件的一致性。
金属学与热处理课后习题答案第二章
第二章纯金属的结晶 2-1 a）试证明均匀形核时，形成临界晶粒的△Gk与其体积V之间关系式为△Gk=V△Gv/2 b）当非均匀形核形成球冠状晶核时，其△Gk与V之间的关系如何？ 答： 2-2 如果临界晶核是边长为a的正方体，试求出△Gk和a之间的关系。为什么形成立方体晶核的△Gk比球形晶核要大。 答：
2-3 为什么金属结晶时一定要由过冷度？影响过冷度的因素是什么？固态金属熔化时是否会出现过热？为什么？ 答： 金属结晶时需过冷的原因： 如图所示，液态金属和固态金属的吉布斯自由能随温度的增高而降低，由于液态金属原子排列混乱程度比固态高，也就是熵值比固态高，所以液相自由能下降的比固态快。当两线相交于Tm温度时，即Gs=Gl，表示固相和液相具有相同的稳定性，可以同时存在。所以如果液态金属要结晶，必须在Tm温度以下某一温度Tn，才能使G s＜Gl，也就是在过冷的情况下才可自发地发生结晶。把Tm-Tn的差值称为液态金属的过冷度 影响过冷度的因素： 金属材质不同，过冷度大小不同；金属纯度越高，则过冷度越大；当材质和纯度一定时，冷却速度越大，则过冷度越大，实际结晶温度越低。 固态金属熔化时是否会出现过热及原因： 会。原因：与液态金属结晶需要过冷的原因相似，只有在过热的情况下，Gl＜G s，固态金属才会发生自发地熔化。 2-4 试比较均匀形核和非均匀形核的异同点。 答： 相同点： 1、形核驱动力都是体积自由能的下降，形核阻力都是表面能的增加。
2、具有相同的临界形核半径。 3、所需形核功都等于所增加表面能的1/3。 不同点： 1、非均匀形核的△Gk小于等于均匀形核的△Gk，随晶核与基体的润湿角的变 化而变化。 2、非均匀形核所需要的临界过冷度小于等于均匀形核的临界过冷度。 3、两者对形核率的影响因素不同。非均匀形核的形核率除了受过冷度和温度的 影响，还受固态杂质结构、数量、形貌及其他一些物理因素的影响。 2-5 说明晶体生长形状与温度梯度的关系。 答： 液相中的温度梯度分为： 正温度梯度：指液相中的温度随至固液界面距离的增加而提高的温度分布情况。负温度梯度：指液相中的温度随至固液界面距离的增加而降低的温度分布情况。固液界面的微观结构分为： 光滑界面：从原子尺度看，界面是光滑的，液固两相被截然分开。在金相显微镜下，由曲折的若干小平面组成。 粗糙界面：从原子尺度看，界面高低不平，并存在着几个原子间距厚度的过渡层，在过渡层中，液固两相原子相互交错分布。在金相显微镜下，这类界 面是平直的。 晶体生长形状与温度梯度关系： 1、在正温度梯度下：结晶潜热只能通过已结晶的固相和型壁散失。 光滑界面的晶体，其显微界面-晶体学小平面与熔点等温面成一定角度，这种情况有利于形成规则几何形状的晶体，固液界面通常呈锯齿状。 粗糙界面的晶体，其显微界面平行于熔点等温面，与散热方向垂直，所以晶体长大只能随着液体冷却而均匀一致地向液相推移，呈平面长大方式，固液界面始终保持近似地平面。 2、在负温度梯度下： 具有光滑界面的晶体：如果杰克逊因子不太大，晶体则可能呈树枝状生长；当杰克逊因子很大时，即时在较大的负温度梯度下，仍可能形成规则几何形状的晶体。具有粗糙界面的晶体呈树枝状生长。 树枝晶生长过程：固液界面前沿过冷度较大，如果界面的某一局部生长较快偶有突出，此时则更加有利于此突出尖端向液体中的生长。在尖端的前方，结晶潜热散失要比横向容易，因而此尖端向前生长的速度要比横向长大的速度大，很块就长成一个细长的晶体，称为主干。这些主干即为一次晶轴或一次晶枝。在主干形成的同时，主干与周围过冷液体的界面也是不稳的的，主干上同样会出现很多凸出尖端，它们会长大成为新的枝晶，称为称为二次晶轴或二次晶枝。二次晶枝发展到一定程度，又会在它上面长出三次晶枝，如此不断地枝上生枝的方式称为树枝状生长，所形成的具有树枝状骨架的晶体称为树枝晶，简称枝晶。 2-6 简述三晶区形成的原因及每个晶区的特点。 答： 三晶区的形成原因及各晶区特点： 一、表层细晶区
第二章 纯金属的结晶答案
第二章纯金属的结晶 (一) 填空题 1．金属结晶两个密切联系的基本过程是形核和长大 2 在金属学中，通常把金属从液态向固态的转变称为凝固，通常把金属从一种结构的固态向另一种结构的固态的转变称为固态相变。 3．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是 变质剂的作用在于增加晶核的数量或者阻碍晶核长大。钢中常用的变质剂为V,Ti,Al。 变质处理常用于大铸件，实际效果较好。 4．铸锭和铸件的区别是。 铸锭是将熔化的金属倒入永久的或可以重复使用的铸模中制造出来的。凝固之后，这些锭（或棒料、板坯或方坯，根据容器而定）被进一步机械加工成多种新的形状。用铸造方法获得的金属物件，即把熔炼好的液态金属，用浇注、压射、吸入或其他方法注入预先准备好的铸型中，冷却后经落砂、清理和后处理，所得到的具有一定形状，尺寸和性能的物件。 5．液态金属结晶时，获得细晶粒组织的主要方法是控制过冷度、变质处理、振动、搅动6．金属冷却时的结晶过程是一个放热过程。 7．液态金属的结构特点为短程有序。 8．如果其他条件相同，则金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的细，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的粗，采用振动浇注的铸件晶粒比不采用振动的细，薄铸件的晶粒比厚铸件细。 9．过冷度是金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差。一般金属结晶时，过冷度越大，则晶粒越细。 (二) 判断题 1 凡是由液态金属冷却结晶的过程都可分为两个阶段。即先形核，形核停止以后，便发生长大，使晶粒充满整个容积。N 2．凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。N 3．近代研究表明：液态金属的结构与固态金属比较接近，而与气态相差较远。( Y ) 4．金属由液态转变成固态的过程，是由近程有序排列向远程有序排列转变的过程。( N ) 金属玻璃---如果液体金属急速地降温，获得极大过冷度，以至没有形核就将温到原子扩散难以进行的温度，得到固体金属，它的原子排列状况与液态金属相似，这种材料称为非晶态金属，又称金属玻璃。 5．当纯金属结晶时，形核率随过冷度的增加而不断增加。( N) 过冷度过大会降低原子的扩散能力，给形核造成困难，使形核率降低。 6．在结晶过程中，当晶核成长时，晶核的长大速度随过冷度的增大而增大，但当过冷度很大时，晶核的长大速度则很快减小。 7．金属结晶时，冷却速度愈大，则其结晶后的晶粒愈细。Y 9．在其它条件相同时，金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的铸件晶粒更细Y 10．在其它条件相同时，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的铸件晶粒更细。N 11．在其它条件相同时，铸成薄件的晶粒比铸成厚件的晶粒更细。Y 14．在实际生产条件下，金属凝固时的过冷度都很小(<20℃)，其主要原因是由于非均匀 形核的结果。( Y) 15．过冷是结晶的必要条件，无论过冷度大小，均能保证结晶过程得以进行。( ) (三) 选择题 1 液态金属结晶的基本过程是 A．边形核边长大B．先形核后长大 C．自发形核和非自发形核D．枝晶生长 2．液态金属结晶时， C 越大，结晶后金属的晶粒越细小。 A．形核率N B．长大率G C．比值N／G D．比值G／N 3．过冷度越大，则B A．N增大、G减少，所以晶粒细小B．N增大、G增大，所以晶粒细小
(2017课标版)人教版化学必修第一册书后练习与应用及答案第三章铁 金属材料
（2017课标版）人教版化学必修第一册书后 练习与应用 第三章铁金属材料 第一节铁及其化合物 1.红热的铁与水蒸气反应的化学方程式为，该反应中氧化剂是(填化学式)。将烧至红热的铁丝伸到盛有氯气的集气瓶中，可观察到铁丝剧烈燃烧，产生棕黄色的 烟，反应的化学方程式为，.该反应中被还原的物质是（填化学式）。 2.除去下列物质中含有的少量杂质，写出除杂所用试剂的化学式和反应的离子方程式: （1）FeCl2溶液中含有少量的FeCl3杂质； （2）FeCl3溶液中含有少最的FeCl2杂质； （3）FeSO4溶液中含有少量的CuSO4杂质。 3.下列物质中，在一定条件下与铁反应，且铁元素的化合价能变为+3价的是（）。 A.氯化铁溶液 B.氯气 C.硫酸铜溶液 D.稀盐酸 4.下列离子方程式中，正确的是（）。 A.铁与盐酸反应:2Fe+6H+ = 2Fe3+ + 3H2↑ B.氯气与氯化亚铁溶液反应:2FeCl2 + C12 = 2FeC13 C.氯化铁溶液与铁反应: Fe3+ + Fe = 2Fe2+ D.氯化铁溶液与氢氧化钠溶液反应:Fe3+ +3 OH- = Fe(OH)3↓ 5.现欲探究铁及其化合物的氧化性或还原性，可供选用的试剂有:铁粉、FeC13溶液、FeC12溶液、氯 水、锌片。请完成以下实验报告。
（1）写出B和D的化学式：B ；D 。 （2）写出E转变成F的化学方程式：。 （3）向G溶液中加人A，写出反应的离子方程式：。 【参考答案】 第二节金属材料 1.目前用量最大、用途最广的合金是，根据其化学成分，可分为和两大类。不锈钢在空气中比较稳定，不易生锈，有很强的抗腐蚀能力，其合金元素主要是。 2. A12O3既可以与反应，又可以与反应，它是氧化物。 3.向一个铝质易拉罐中充满CO2，然后往罐中注人足量的浓NaOH溶液，立即用胶布封严罐口。一会 儿听到罐内发出“咔、咔”的响声，且易拉罐变瘪;再过一会儿易拉罐又鼓起来恢复原样。请完成 下列空白。 (1)易拉罐变瘪的原因是，反应的离子方程式 为。 (2)易拉罐又鼓起来的原因是，反应的离子方程式 为。 4.下列关于合金的说法中，正确的是（）。 A.合金的熔点一定比各成分金属的低 B.在我国使用最早的合金是钢
金属材料学戴起勋第二版第三章课后题答案
3-1在结构钢的部颁标准中，每个钢号的力学性能都注明热处理状态和试样直径或钢材厚这个实在不会也查不到，大家集思广益吧！！！）度，为什么？有什么意义？（ 3-2为什么说淬透性是评定钢结构性能的重要指标？ 结构钢一般要经过淬火后才能使用。淬透性好坏直接影响淬火后产品质量 3-3调质钢中常用哪些合金元素？这些合金元素各起什么作用？ Mn：↑↑淬透性，但↑过热倾向，↑回脆倾向； Cr：↑↑淬透性，↑回稳性，但↑回脆倾向； Ni:↑基体韧度， Ni-Cr复合↑↑淬透性，↑回脆； Mo：↑淬透性,↑回稳性，细晶,↓↓回脆倾向； V：有效细晶，(↑淬透性) ，↓↓过热敏感性。 3-4机械制造结构钢和工程结构钢对使用性能和工艺性能上的要求有什么不同？ 工程结构钢：1、足够的强度与韧度（特别是低温韧度）；2、良好的焊接性和成型工艺性；3、良好的耐腐蚀性；4、低的成本 机械制造结构钢：1具有良好的力学性能不同零件，对钢强、塑、韧、疲劳、耐磨性等有不 同要求2具有良好冷热加工工艺性如锻造、冲压、热处理、车、铣、刨、磨等 3-5低碳马氏体钢在力学性能和工艺性上有哪些优点？在应用上应注意些什么问题？ 力学性能：抗拉强度σ，1150~1500MPa ；屈服强度σ, 950~1250 MPa ψ≥40% ；s b 伸长率δ，≥10% ；冲击韧度A≥6J 。这些性能指标和中碳合金调质钢性能相当，常K规的力学性能甚至优于调质钢。 工艺性能：锻造温度淬火加自回火 局限性：工作温度<200℃;强化后难以进行冷加工\焊接等工序; 只能用于中小件;淬火时变形大,要求严格的零件慎用. 3-6某工厂原来使用45MnNiV生产直径为8mm高强度调质钢筋，要求 Rm>1450Mpa,ReL>1200Mpa,A>%,热处理工艺是（920±20）℃油淬，（470±10）℃回火。因该钢缺货，库存有25MnSi钢。请考虑是否可以代用。热处理工艺如何调整？ 能代替，900℃油淬或水淬，200℃回火 试述弹簧的服役条件和对弹簧钢的主要性能要求。为什么低合金弹簧钢中碳含量一般3-7． （质量分数）之间？在%~%服役条件：储能减振、一般在动负荷下工作即在冲击、振动和长期均匀的周期改变应力下工作、也会在动静载荷作用下服役；性能要求：高的弹性极限及弹性减退抗力好，较高的屈服比；高的疲劳强度、足够的塑 无磁、性和韧度；工艺性能要求有足够的淬透性；在某些环境下，还要求弹簧具有导电、耐高温和耐蚀等性能，良好的表面质量和冶金质量总的来说是为了保证弹簧不但具有高的弹性极限﹑高的屈服极限和疲劳极限（弹簧钢含 ，还要有一定的塑性和韧性（含碳量太高必然影响塑性和韧性了）。碳量要比调质钢高）弹簧为什么要求较高的冶金质量和表面质量？弹簧的强度极限高是否也意味着弹簧的3-8疲劳极限高，为什么？要严格控制弹簧钢材料的内部缺陷，要保证具有良好的冶金质量和组织均匀性；因为弹簧工作时表面承受的应力为最大，所以不允许表面缺陷，表面缺陷往往会成为应力高度集中的地方和疲劳裂纹源，显著地降低弹簧的疲劳强度是保持构件机械强度下能承.不一定高。强度极限是在外力作用下进一步发生形变受的最大应力，包括拉伸、压缩和剪切强度，不一定指弹性极限为什么要用有些普通弹簧冷卷成型后为什么进行去应力退火？车辆用板簧淬火后，3-9中温回火？去应力退火的目的是：消除金属丝冷拔加工和弹簧冷卷成形的内应力；a) b)稳定弹簧尺寸，利用去应力退火来控制弹簧尺寸； c)提高金属丝的抗拉强度和弹性极限；回火目的：（1）减少或消除淬火内应力，防止工件变形或开裂。
2020年必修一人教版(2019版)第三章铁 金属材料 检测题
2020年必修一人教版（2019版）第三章铁金属材料检测题 一、选择题(本题包括16小题，每小题3分，共48分，每小题只有一个选项符合题意。) 1．(2020·湛江调研)联合国卫生组织经过考核和研究，认为我国使用的铁锅是有益于人类健康的理想炊具，并向全世界推广。其主要原因是() A．价格便宜，不易生锈 B．铁锅含有碳元素 C．烹调的食物中留有人体需要的铁元素 D．传热慢，保温性能好 答案 C 2．(2019·江苏南京月考)下列有关铁的化合物的说法不正确的是() A．Fe(OH)2不稳定，具有较强的氧化性 B．FeO、Fe2O3均为碱性氧化物，均可与盐酸反应 C．Fe(OH)3可通过化合反应得到，Fe(OH)2则不能 D．Fe3O4为磁性氧化铁，其中铁的化合价为＋2和＋3 答案 A 3．(2019·天津市蓟州区月考)下列关于铁及其化合物的说法中正确的是() A．赤铁矿的主要成分是Fe3O4 B.某溶液中先加入KSCN溶液无现象，再通入Cl2，发现溶液变红，则证明原溶液含有Fe2＋C．磁铁矿粉末溶于盐酸后，加入KSCN溶液，生成红色沉淀 D．Fe与水蒸气在高温下发生反应生成Fe2O3和H2 答案 B 4．下表中对离子方程式书写的评价正确的是() 第1页
第1页 B Na 2O 2与H 2O 反应：Na 2O 2＋H 2O===2Na ＋＋2OH －＋O 2↑ 错误，氧元素质量不守恒 C NaOH 溶液与氧化铝反应：Al 2O 3＋2OH －===2AlO －2＋H 2O 错误，产物应该是Al(OH)3 D 向Fe(OH)3中加入足量稀盐酸：OH －＋H ＋ ===H 2O 正确 答案 B 5．下列推理正确的是( ) A ．铝粉在氧气中燃烧生成Al 2O 3，故钠在氧气中燃烧生成Na 2O B ．铁能从硫酸铜溶液中置换出铜，故钠也能从硫酸铜溶液中置换出铜 C ．活泼金属钠保存在煤油中，故活泼金属铝也保存在煤油中 D ．钠与氧气、水等反应时钠均作还原剂，故金属单质参与反应时金属单质均作还原剂 答案 D 6．下列各组物质中，X 是主体物质，Y 是少量杂质，Z 是为除去杂质所要加入的试剂，其中所加试剂正确的一组是( ) 选项 A B C D X FeCl 2溶液 FeCl 3溶液 Fe Na 2SO 4溶 液 Y FeCl 3 CuCl 2 Al Na 2CO 3 Z Cl 2 Fe NaOH 溶液 BaCl 2溶液 答案 C 7．有关铁的化合物的说法中，错误的是( ) A ．Fe(OH)2是一种黑色固体，不稳定，在空气中易被氧化转变为红褐色 B ．由图示操作可制取Fe(OH)2
人教版(2019)高中化学必修第一册第3章《铁金属材料》单元检测题(含答案)
《铁金属材料》单元检测题 一、单选题 1．下列氧化物中，既能溶于强酸，又能溶于强碱的是( ) A．氧化铁B．氧化银C．氧化铜D．氧化铝 2．高效净水剂聚合氯化铝铁（PAFC）的组成可表示为[AlFe(OH) n Cl 6-n ] m ，该物质广泛应用于日 常生活用水和工业废水的净化处理。某工厂欲以工业废料（金属铁、铝及其氧化物）为原料、采用如下流程来制取PAFC： 下列判断无法确定的是 A．PAFC因水解而能净水B．往甲溶液中滴入KSCN溶液后呈血红色 C．试剂X具有氧化性D．乙溶液呈酸性 3．现代建筑的门框架，常用古铜色的硬铝制造。硬铝含有的元素是 A．Al 、Mg B．Al 、Si C．Al 、Cu、Mn、Si D．Al 、Zn 4．往浅绿色的Fe(NO 3) 2 溶液中逐滴加入稀盐酸，溶液的颜色变化应该是 A．变棕黄色B．变浅绿色C．变棕红色D．没有改变 5．炼铁的反应原理为：Fe 2O 3 ＋3CO3CO 2 ＋2Fe，当有2molFe生成时。下列说法中，错误的 是（） A．参加反应的Fe 2O 3 和CO物质的量分别为1mol、3mol B．将生成67.2L标准状况下的CO 2 气体 C．参加反应的Fe 2O 3 的质量为160g D．参加反应的Fe 2O 3 、CO与生成CO 2 的体积比为1：3：3 6．下列物质不属于合金材料的是 A．玻璃钢B．硬铝C．不锈钢D．青铜7．下列有关物质性质与用途不具有对应关系的是 A．CaO能与水反应，可用作食品干燥剂 B．Al 2O 3 是两性氧化物，可用作耐高温材料 C．Al (OH) 3 具有弱碱性，可用于中和过多胃酸
第二章 纯金属的结晶(金属学与热处理崔忠圻课后答案)
金属学与热处理第二版（崔忠圻）答案 第二章纯金属的结晶 2-1 a）试证明均匀形核时，形成临界晶粒的△Gk与其体积V之间关系式为△Gk=V△Gv/2 b）当非均匀形核形成球冠状晶核时，其△Gk与V之间的关系如何？ 答：
2-2 如果临界晶核是边长为a的正方体，试求出△Gk和a之间的关系。为什么形成立方体晶核的△Gk比球形晶核要大。 答： 2-3 为什么金属结晶时一定要由过冷度？影响过冷度的因素是什么？固态金属熔化时是否会出现过热？为什么？ 答： 金属结晶时需过冷的原因： 如图所示，液态金属和固态金属的吉布斯自由能随温度的增高而降低，由于液态金属原子排列混乱程度比固态高，也就是熵值比固态高，所以液相自由能下降的比固态快。当两线相交于Tm温度时，
即Gs=Gl，表示固相和液相具有相同的稳定性，可以同时存在。所以如果液态金属要结晶，必须在Tm温度以下某一温度Tn，才能使Gs＜Gl，也就是在过冷的情况下才可自发地发生结晶。把Tm-Tn的差值称为液态金属的过冷度 影响过冷度的因素： 金属材质不同，过冷度大小不同；金属纯度越高，则过冷度越大；当材质和纯度一定时，冷却速度越大，则过冷度越大，实际结晶温度越低。 固态金属熔化时是否会出现过热及原因： 会。原因：与液态金属结晶需要过冷的原因相似，只有在过热的情况下，Gl＜Gs，固态金属才会发生自发地熔化。 2-4 试比较均匀形核和非均匀形核的异同点。 答： 相同点： 形核驱动力都是体积自由能的下降，形核阻力都是表面能的增加。 具有相同的临界形核半径。 所需形核功都等于所增加表面能的1/3。 不同点： 非均匀形核的△Gk小于等于均匀形核的△Gk，随晶核与基体的润湿角的变化而变化。 非均匀形核所需要的临界过冷度小于等于均匀形核的临界过冷度。 两者对形核率的影响因素不同。非均匀形核的形核率除了受过冷度和温度的影响，还受固态杂质结构、数量、形貌及其他一些物理因素的影响。 2-5 说明晶体生长形状与温度梯度的关系。 答： 液相中的温度梯度分为： 正温度梯度：指液相中的温度随至固液界面距离的增加而提高的温度分布情况。 负温度梯度：指液相中的温度随至固液界面距离的增加而降低的温度分布情况。 固液界面的微观结构分为： 光滑界面：从原子尺度看，界面是光滑的，液固两相被截然分开。在金相显微镜下，由曲折的若干小平面组成。 粗糙界面：从原子尺度看，界面高低不平，并存在着几个原子间距厚度的过渡层，在过渡层中，液固两相原子相互交错分布。在金相显微镜下，这类界面是平直的。 晶体生长形状与温度梯度关系： 在正温度梯度下：结晶潜热只能通过已结晶的固相和型壁散失。 光滑界面的晶体，其显微界面（显微镜下观察到的界面）-晶体学小平面与熔点等温面成一定
第三章 铁金属材料 知识点【新教材】人教版(2019)高中化学必修一
第三章 一、铁 Fe 1、单质铁的物理性质：铁片是银白色的，铁粉呈黑色。 2、单质铁的化学性质： ①与非金属单质反应：3Fe＋2O 2 Fe 3 O 4 ★（现象：剧烈燃烧，火星四射， 生成黑色的固体） 2Fe + 3Cl 2 2FeCl 3 , Fe + S FeS。 ②与非氧化性酸反应：Fe＋2HCl＝FeCl 2＋H 2 ↑（ Fe＋2H＋＝Fe2＋＋H 2 ↑） 常温下铝、铁遇浓硫酸或浓硝酸钝化。加热能反应但无氢气放出。 ③与盐溶液反应：Fe＋CuSO 4＝FeSO 4 ＋Cu （ Fe＋Cu2＋＝Fe2＋＋Cu ）； ④铁与水蒸气的反应 反应现象：加热时试管内铁粉红热，点燃肥皂泡可听到爆鸣声。 实验装置： ★反应方程式：：3Fe + 4H 2O(g) 高温 Fe 3 O 4 + 4H 2 ↑ 一、.铁的重要化合物 （1）铁的氧化物（FeO、Fe 2O 3 、Fe 3 O 4 ） 氧化亚铁氧化铁四氧化三铁 分子式FeO Fe 2O 3 Fe 3 O 4 俗名无铁红磁性氧化铁色、态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体铁的化合价+2 +3 +2、+3 水溶性不溶不溶不溶 a、不溶于水也不与水反应 b、与酸反应：氧化亚铁，氧化铁是碱性氧化物 FeO + 2HCl = FeCl 2 + H2O FeO + 2H+ = Fe2+ + H 2 O Fe 2O 3 + 6HCl = 2FeCl 3 + 3H 2 O Fe 2 O 3 + 6H+ = 2Fe3++3H 2 O Fe 3O 4 + 8HCl = 2FeCl 3 + FeCl 2 + 4H 2 O Fe 3 O 4 + 8H+ = 2Fe3+ + Fe2+ + 4H 2 O c、FeO不稳定易氧化 d、均能被CO还原成Fe （2）铁的氢氧化物（Fe(OH) 3和Fe(OH) 2 ） ①Fe(OH) 3和Fe(OH) 2 的制备 a、Fe(OH) 3 的制备现象：产生红褐色沉淀。 FeCl 3 + 3NaOH = Fe(OH) 3 ↓ + 3NaCl Fe3+ + 3OH－= Fe(OH) 3 ↓(红褐色沉淀) b、Fe(OH) 2 的制备现象：生成白色沉淀，迅速变为灰绿色，最后变成红褐色 FeSO 4 + 2NaOH = Fe(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4 Fe2+ + 2OH- = Fe(OH) 2 ↓(白色沉淀) 4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe(OH) 3 点燃 点燃
第三章 铁金属材料 本章核心素养聚焦
本章核心素养聚焦 一、宏观辨识与微观探析 在学习本章知识的过程中，既能从宏观角度认识物质的类别、性质表现及实际应用，又能从元素化合价的角度预测或解释物质的性质及其变化实质，促进“宏观辨识与微观探析”化学核心素养的发展。 “宏观辨识与微观探析”在本章的表现：从物质的类别看，研究铁、铝及其化合物共性及特殊性；从化合价的角度分析不同价态的含铁物质的氧化性和还原性，并能推导相关物质的性质及用途。 例1 (2019·合肥市双墩中学第三次月考)一定条件下，下列物质可通过化合反应制得的共有 ( ) ①小苏打 ②硫酸铝 ③氯化亚铁 ④磁性氧化铁 ⑤氢氧化铁 A ．3种 B ．4种 C ．5种 D ．2种 答案 B 解析 ①碳酸钠、水和二氧化碳反应生成碳酸氢钠，反应为Na 2CO 3＋CO 2＋H 2O===2NaHCO 3；②硫酸铝不能由化合反应生成；③铁和氯化铁化合反应生成氯化亚铁，反应为Fe ＋2FeCl 3===3FeCl 2；④铁在氧气中燃烧生成磁性氧化铁，反应为3Fe ＋2O 2=====点燃Fe 3O 4；⑤氢氧化亚铁和氧气、水反应化合为氢氧化铁，反应的化学方程式为4Fe(OH)2＋2H 2O ＋O 2===4Fe(OH)3。 例2 (2018·鄂尔多斯第一中学期中)(1)某化学兴趣小组利用铁粉、锌粉、0.1 mol·L －1 FeCl 3溶液、0.1 mol·L －1 FeCl 2溶液、KSCN 溶液和新制氯水来探究Fe 2＋、Fe 3＋的氧化性、还原性，并利用实验结论解决一些问题。 ①用上述所给物质写出体现Fe 2＋具有还原性的化学方程式：_____________________________ _______________________________________________________________________________。 ②设计实验方案，完成下列表格。
第三章 铁金属材料过关检测(100分)
第三章铁金属材料过关检测（100分） 一、选择题(本题包括18小题，每小题3分，共54分。每小题只有一个选项符合题意) 1．(2020·湛江调研)联合国卫生组织经过考核和研究，认为我国使用的铁锅是有益于人类健康的理想炊具，并向全世界推广。其主要原因是() A．价格便宜，不易生锈 B．铁锅含有碳元素 C．烹调的食物中留有人体需要的铁元素 D．传热慢，保温性能好 答案C 2．下列说法中正确的是() A、磁铁矿的主要成分是Fe3O4 B、FeO在空气中加热生成Fe2O3 C、Fe3O4中铁的化合价有＋2和＋3价，是一种混合物 D、Fe(OH)3不能利用化合反应生成 答案A 3．(2019·江苏南京月考)下列有关铁的化合物的说法不正确的是() A．Fe(OH)2不稳定，具有较强的氧化性 B．FeO、Fe2O3均为碱性氧化物，均可与盐酸反应 C．Fe(OH)3可通过化合反应得到，Fe(OH)2则不能 D．Fe3O4为磁性氧化铁，其中铁的化合价为＋2和＋3 答案A 4．下列铁的化合物通过化合反应、置换反应、复分解反应均能得到的是() A．Fe3O4B．Fe2(SO4)3 C．FeCl2D．Fe(OH)3 答案C 5．(2020·湛江调研)对实验Ⅰ～Ⅳ的实验操作现象判断正确的是() A．实验Ⅰ：产生红褐色沉淀
B．实验Ⅱ：溶液颜色变红 C．实验Ⅲ：放出大量气体 D．实验Ⅳ：先出现白色沉淀，后溶解 答案C 6．(2020·辽宁滨海实验中学质检)金属钛有“未来金属”之称，具有低密度、高硬度等性能，化学性质稳定。钛的化合价主要有＋4价和＋3价，其中＋3价钛极易被氧化。下列有关说法正确的是() A．金属钛就是钛合金 B．Ti2O3化学性质稳定 C．FeTiO3(钛酸亚铁)中钛的化合价为＋3价 D．钛及其合金可广泛应用于航空领域 答案D 7．(2019·赣州市赣县三中月考)下列物质中既能与稀H2SO4反应，又能与NaOH溶液反应的是() ①NaHCO3②Al2O3③Al④Na2CO3⑤NaHSO4 A．②③④B．①②③ C．①③④D．全部 答案B 8．(2019·山西省应县一中月考)下列各组物质相互混合反应，既有气体生成最终又有沉淀生成的是() ①金属钠投入MgCl2溶液中②过量的NaOH溶液和FeCl3溶液 ③过量的Na2O2投入FeCl2溶液中④过量NaOH和Ca(HCO3)2溶液混合 A．①④B．②③C．①③D．③④ 答案C 9．类推的思维方法在化学学习与研究中有时会产生错误结论，因此类推的结论最终要经过实践的检验，才能决定其正确与否。下列几种类推结论中，错误的是() ①钠与水反应生成NaOH和H2；所有金属与水反应都生成碱和H2 ②铁露置在空气中一段时间后就会生锈；性质更活泼的铝不能稳定存在于空气中 ③化合物KCl的焰色为紫色；K2CO3的焰色也为紫色 ④钠钾合金的熔点应介于Na和K熔点之间 A．①②B．①④C．①②③④D．①②④ 答案D 10．(2020·哈三中第一模块考试)聚合硫酸铁[Fe(OH)SO4]n能用作净水剂(絮凝剂)，可由绿矾
第二章 纯金属的结晶
第二章纯金属的结晶 一．名词解释 结晶、过冷度、临界过冷度、结晶潜热、结构起伏、能量起伏、晶胚、晶核、枝晶、晶粒度、均匀形核、非均匀形核、形核功、形核率、光滑界面、粗糙界面、正温度梯度、负温度梯度、变质处理 二．填空题 1．在金属学中，通常把金属从液态向固态的转变称为，而把金属从一种结构的固态向另一种结构的固态的转变称为。 2．金属实际结晶温度与理论结晶温度之差称为。 3．金属冷却时的结晶过程是一个热过程。 4．过冷是金属结晶的条件。 5．过冷度是。一般金属结晶时，过冷度越大，则晶粒越。6．液态金属结晶时，结晶过程的推动力是，阻力是。 7．金属结晶两个密切联系的基本过程是和。 8．纯金属结晶必须满足的热力学条件为__________ _ 。 9．液态金属结晶时，获得细晶粒组织的主要方法是和。 液态金属的结构特点为。 10．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是。 11．如果其它条件相同，则金属模浇注铸件的晶粒比砂模浇注的__________，高温浇注铸件的晶粒比低温浇注的_____________，采用振动浇注铸件的晶粒比不采用振动的，薄铸件的晶粒比厚铸件。 12．影响非晶体凝固的主要因素是和。 三．选择题 1．液态金属结晶的基本过程是_____________。 A、边形核边长大 B、先形核后长大 C、自发形核和非自发形核 D、突发相变 2．金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将____________。
A、比理论结晶温度越低 B、比理论结晶温度越高 C、越接近理论结晶温度 D、同理论结晶温度相等 3．液态金属结晶时，___________越大，结晶后金属的晶粒越细小。 A、形核率N B、长大率G C、比值N/G D、比值G/N 4．纯金属结晶过程中，过冷度越大，则_____________。 A、形核率增大、长大率减少，所以晶粒细小 B、形核率增大、长大率增大，所以晶粒细小 C、形核率增大、长大率增大，所以晶粒粗大 D、形核率减少、长大率减少，所以晶粒细小 5．若纯金属结晶过程处在液－固相平衡共存状态下，此时的温度同理论结晶温度相比_____________。 A、相等 B、更高 C、更低 D、难以确定 6．纯金属结晶的冷却曲线中，由于结晶潜热而出现结晶平台现象。这个结晶平台对应的横坐标和纵坐标表示_____________。 A、自由能和温度 B、温度和自由能 C、理论结晶温度和时间 D、时间和理论结晶温度 四．判断题 1.金属由液态转变为固态的过程称为凝固，是一相变过程。（） 2.金属的纯度越高，则过冷度越大，实际结晶温度越高。（） 3.液态纯金属的温度以极慢的冷却速度连续降低到其理论结晶温度时，该金属即 开始结晶。（）