合金及其用途

本页只讲工业制造物质一章的一条中四内容标准：合金及其用途。考试要求给出精确的合金定义、说明合金为何比纯金属更硬的原子排列解释、我们制合金的原因，以及几种指名的合金连同其组成与用途。

原子层面的解释是最常决定得分的部分，所以要一字不差地学。

什么是合金

合金是两种或以上元素按固定组成的混合物，其中主要（最多）的成分是金属。例如，钢是铁与少量碳的合金，青铜是铜与锡的合金。

合金是混合物，不是化合物：各元素以物理方式结合，并非按固定式量单位以化学键结合。

纯金属为何软

要解释合金的性质，先解释纯金属。在纯金属里，原子全都大小相同，堆积成整齐的层状排列。

当施加外力时，这些层能彼此轻易滑动，所以纯金属相对软而有延展性。纯金、纯铜与纯铝都因此相当软。

合金为何更硬

当金属被制成合金时，加入了大小不同的另一种元素的原子。这些外来原子打乱了原金属原子的整齐排列。

各层不再能彼此轻易滑动，因为大小不同的原子挡住了去路。结果合金比纯金属更硬、更强。

这一个观念，大小不同的原子扰乱层、阻止它们滑动，就是标准的得分解释。

我们为何制合金

我们把金属制成合金主要有三个原因：

• 提高硬度与强度，最重要的原因，如上所述。
• 改善抗腐蚀能力，例如不锈钢不像普通钢那样生锈。
• 改善金属的外观或光泽，使它看起来更吸引人。

常见合金及其用途

你应能说出几种合金、它们的组成元素和一项用途：

• 青铜（铜 + 锡），雕像、奖牌与纪念碑。
• 黄铜（铜 + 锌），乐器、装饰品与厨具。
• 钢（铁 + 碳），建筑、桥梁与汽车的车身骨架。
• 不锈钢（铁 + 碳 + 铬 + 镍），餐具与手术器械，因为它抗锈。
• 杜拉铝（铝 + 铜 + 镁），飞机机身，因为它强而轻。
• 白镴（锡 + 锑 + 铜），纪念品与装饰品。
• 白铜（铜 + 镍），硬币。

例题

题目。 一个黄铜样本总质量为 50 g，含铜 35 g，其余是锌。

试计算 (a) 样本中锌的质量和 (b) 黄铜中锌的质量百分比。

第一步，求锌的质量。 锌的质量 = 总质量 − 铜的质量 = 50 g − 35 g = 15 g。

第二步，列出百分比式。 锌的质量百分比 =（锌的质量 ÷ 总质量）× 100。

第三步，代入并计算。 =（15 g ÷ 50 g）× 100 = 0.30 × 100 = 30 %。

答案。 (a) 锌的质量为 15 g。

(b) 黄铜中锌的质量百分比为 30 %。

练习题

题目。 (a) 定义合金。

(b) 用原子排列解释为何黄铜比纯铜更硬。(c) 除硬度外，说出一个由铁制不锈钢的理由。

答案。 (a) 合金是两种或以上元素按固定组成的混合物，其中主要元素为金属。(b) 在纯铜里，原子大小相同，排成能彼此轻易滑动的整齐层，所以软。在黄铜里，锌原子的大小与铜原子不同，打乱了整齐排列，所以各层不再能轻易滑动，黄铜就更硬。(c) 制不锈钢是为了让金属抗生锈／腐蚀（铬和镍保护铁）。

考试提示

原子层面的解释必须包含三个观念才能拿满分：大小不同的原子、打乱整齐的层、阻止各层滑动。少了任何一个，就会丢掉部分解释分。

当你说出一种合金时，务必给出它的组成与一项用途，只写名字很少够。并记住合金是混合物，绝不要称它为化合物。

练习写「更硬更强」，而不是只写「更强」，因为两个性质通常都会给分。

为某用途选择合适的合金

高分题常描述一项用途、要你选一种合适的合金并加以论证。逻辑始终是把性质与需求相匹配。

飞机机身需要强而轻的金属，所以选杜拉铝。餐具与手术器械必须不生锈并保持洁净，所以选不锈钢。

硬币必须耐磨、在日常使用中不腐蚀，所以用白铜。只要不断问「这项用途要求什么性质，哪种合金能提供？

」，即使遇到陌生的例子也能作答，因为考试看重的是推理，而不是背下每一种合金。

本节定位

这是**工业制造物质一章的内容标准 8.3，它借助你在前面章节遇到的金属结构观念。用本章复习笔记来加强，用例题**练习定义、解释与组成题。

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快速回顾

• 合金是组成固定的元素混合物，主要是金属。
• 纯金属软，因为大小相同的原子形成会滑动的层。
• 合金更硬，因为大小不同的原子打乱层、阻止它们滑动。
• 我们制合金是为了提高硬度／强度、抗腐蚀与改善外观。
• 要掌握青铜、黄铜、钢、不锈钢、杜拉铝、白镴、白铜及其用途。