高中化学新教材同步必修第一册第3章 第二节 第1课时 常见的合金及应用文档格式.docx

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低碳钢

＜0.3%）

韧性、焊接性好，但强度低

制造钢板、钢丝和钢管等

合金钢

不锈钢

Fe、Cr、Ni

抗腐蚀性好

制造医疗器械、炊具、反应釜和容器、地铁列车的车体

（1）合金一定是由金属组成的混合物吗？

提示　不一定，合金中一定含有金属元素，也可能含有非金属元素。

（2）合金比成分金属的硬度大，原因是什么？

提示　纯金属内所有原子的大小和形状相同，原子的排列十分齐整，合成合金后，改变了原来有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难，导致合金的硬度变大。

二、铝和铝合金

1．铝、氧化铝的性质

（1）铝、氧化铝与稀盐酸反应

实验操作

实验现象

铝片逐渐溶解，有无色气泡冒出，将点燃的木条放在试管口有爆鸣声

离子方程式

Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O

2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑

（2）铝、氧化铝与NaOH溶液反应

试管①中一开始无气泡产生，一段时间后，铝片溶解，有无色气泡冒出，试管②中铝片立即溶解，产生无色气泡，将点燃的木条放在试管口，都有爆鸣声

Al2O3＋2OH－===2AlO

＋H2O

2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO

＋3H2↑

（3）实验结论：

①铝既能与稀盐酸反应又能与NaOH溶液反应，都生成盐和氢气。

②氧化铝既能与稀盐酸反应又能与NaOH溶液反应，都生成盐和水。

2．铝合金

铝合金是目前用途广泛的合金之一，硬铝是在铝中添加了一定比例的Cu、Mg、Mn、Si，密度小，强度高，具有较强抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。

（1）硬铝、钢铁、水银均属于合金（　　）

（2）镁铝熔合成合金的过程发生了化学变化（　　）

（3）铝与盐酸、NaOH溶液反应的产物相同（　　）

（4）等量的铝分别与足量盐酸和NaOH溶液反应时，产生H2的量相同（　　）

（5）铝与NaOH溶液反应，氧化剂是NaOH和H2O（　　）

（6）Al2O3溶于过量的氨水生成NH4AlO2（　　）

答案　

（1）×

（2）×

　（3）×

　（4）√　（5）×

　（6）×

（1）铝是活泼金属，但在日常生活中铝制品却能稳定存在，原因是什么？

提示　常温下铝与氧气反应，在铝制品表面形成致密的氧化铝薄膜，保护铝不被腐蚀。

（2）结合Al2O3的性质，说明什么是两性氧化物。

提示　Al2O3与稀盐酸反应生成AlCl3和水，与NaOH溶液反应生成NaAlO2和水，反应过程中只生成盐和水，像这样既能与酸反应又能与碱反应，只生成盐和水的氧化物为两性氧化物。

三、新型合金

1．储氢合金：

一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。

如Ti－Fe合金、La－Ni合金，为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用。

2．其他新型合金：

钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。

3．用途广泛的稀土金属

（1）镧系元素（57～71号元素）及钇和钪，共17种元素为稀土元素。

我国拥有丰富的稀土资源，现已查明的世界稀土资源中，80%分布在我国，并且品种齐全。

（2）稀土金属有着广泛的用途，它既可以单独使用，也可用于生产合金。

在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能。

因而，稀土元素又被称为冶金工业的维生素。

（3）稀土金属可用于制造引火合金、永磁材料、超导材料和发光材料等。

稀土金属除广泛应用在冶金、石油化工、材料工业、医药及农业领域外，还逐渐深入到许多现代科技领域。

1．所谓合金，必须是（　　）

①通过熔合而成　②由两种或两种以上金属（或金属与非金属）　③耐腐蚀　④耐高温　⑤具有金属特性　⑥铸造性能好

A．①②④B．①②③④⑤⑥

C．①②⑤D．②③⑤

答案　C

解析　根据合金的定义，必须符合①②⑤，而其他性能是通过调整合金的成分及制造工艺等来改变的。

2．下列有关铁和铁合金的说法错误的是（　　）

A．生铁比铁软

B．铁有良好的导热性

C．钢是铁的合金

D．生铁的熔点比纯铁低

答案　A

解析　合金的硬度一般大于各成分金属，而熔点比纯金属低；

铁具有良好的导热性；

钢是铁的合金。

3．高铁车厢大部分由铝合金材料制造，这是因为铝合金（　　）

A．比纯铝熔点高

B．具有比较活泼的化学性质

C．各种成分在自然界中含量丰富，容易获取

D．质量轻，强度大，抗腐蚀能力比较强

答案　D

4．下列不属于新型合金材料的是（　　）

A．储氢合金B．形状记忆合金

C．不锈钢D．镍钴耐热合金

5．下列有关厨房铝制品的使用中，你认为合理的是（　　）

A．盛放食醋

B．烧煮开水

C．用金属丝擦洗表面的污垢

D．用碱水洗涤

答案　B

解析　食醋中含有的醋酸呈酸性，能与铝发生反应而使其腐蚀；

用金属丝擦洗时会破坏铝表面覆盖的氧化铝层，使铝裸露在外继续被腐蚀；

而用碱水洗涤也同样不行，因为铝能跟碱反应而被腐蚀。

6．下列关于氧化铝的叙述正确的是（　　）

A．氧化铝与酸、碱都能反应生成铝盐和水

B．氧化铝既是碱性氧化物又是酸性氧化物

C．氧化铝既不是碱性氧化物也不是酸性氧化物

D．氧化铝溶于水可得到氢氧化铝

解析　氧化铝既不是碱性氧化物也不是酸性氧化物，而是一种两性氧化物；

能与酸反应生成铝盐和水，能与碱溶液反应生成偏铝酸盐和水；

氧化铝难溶于水，不能与水反应生成氢氧化铝。

7．合金是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。

（1）下列物质不属于合金的是________（填字母，下同）。

A．明矾B．硬铝C．生铁D．青铜

（2）根据下表中四种金属的熔、沸点：

金属

Na

Cu

Al

Fe

熔点/℃

97.8

1083

660

1535

沸点/℃

883

2567

2467

2750

其中不能形成合金的是________。

①Cu与Na　②Fe与Cu　③Fe与Na　④Al与Na

A．①②B．①③

C．①④D．②④

（3）镁铝合金与盐酸完全反应后，加入过量的氢氧化钠溶液，最后的结果是________（填字母）。

A．没有沉淀物生成

B．只有氢氧化铝沉淀生成

C．只有氢氧化镁沉淀生成

D．有氢氧化铝和氢氧化镁沉淀生成

答案　

（1）A　

（2）B　（3）C

解析　

（1）A属于化合物；

硬铝中含铝、铜、镁等，生铁中主要含铁、碳，青铜中含有铜、锡等，它们都属于合金。

（2）当一种金属的熔点超过另一种金属的沸点时，它们就不可能熔合在一起而形成合金。

（3）Mg、Al都与盐酸反应，Mg（OH）2不溶于NaOH溶液；

而Al（OH）3溶于NaOH溶液生成NaAlO2和H2O。

8．铝是典型的两性金属，既能与酸反应，又能与强碱溶液反应。

回答下列问题：

（1）在铝与盐酸和氢氧化钠溶液的反应中，铝元素化合价的变化都是__________，还原剂都是__________。

（2）1mol的铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应，生成氢气的体积在相同状况下比值为________，消耗氯化氢和氢氧化钠的物质的量之比为________。

（3）甲、乙两个烧杯中分别盛有100mL4.0mol·

L－1的盐酸和100mL4.0mol·

L－1氢氧化钠溶液，向两个烧杯中都加入5.4g铝粉，在相同状况下产生气体的体积比为________。

答案　

（1）由0价变为＋3价　铝　

（2）1∶1　3∶1

（3）2∶3

解析　由2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑可知：

①1mol铝消耗3mol氯化氢，生成

mol氢气；

②1mol铝消耗1mol氢氧化钠，生成

mol氢气。

③5.4g（即0.2mol）铝与0.4mol盐酸（不足量）反应时，生成氢气0.2mol;

④5.4g（即0.2mol）铝与0.4mol氢氧化钠溶液（过量）反应时，生成氢气0.3mol。

题组一　合金及其性能

1．下列物质中，不属于合金的是（　　）

A．硬铝B．黄铜

C．钢铁D．水银

解析　硬铝是铝、铜、镁、锰等形成的合金；

黄铜是铜锌合金；

钢是铁碳合金；

而水银是纯净的汞单质。

2．下列关于铁和铁合金的有关说法错误的是（　　）

A．工业上用一氧化碳将铁矿石中的铁还原出来

B．不锈钢抗腐蚀性能好，长期使用绝对不会生锈

C．制造铁轨、船舶、桥梁的碳素钢是铁和碳的合金

D．使用铁锅烧饭菜能为人体提供微量的铁元素

解析　一氧化碳具有还原性，可以将铁矿石中的铁还原出来；

在相同条件和环境下，不锈钢较碳素钢而言不易生锈；

碳素钢是铁和碳的合金；

铁是人体需要的微量元素，使用铁锅烧饭菜能为人体提供微量的铁元素。

3．下列关于新型合金材料说法不正确的是（　　）

A．镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料

B．钛合金生物相容性好，强度大，可作人造骨骼

C．形状记忆合金可在使合金发生形变的作用力消失后恢复原状

D．利用合金的熔点低于成分金属这一特点可制得耐热合金

解析　耐热合金的熔点很高，与合金的特征无关。

题组二　铝和氧化铝的性质

4．在空气中铝制品比铁制品耐腐蚀的原因是（　　）

A．铝的金属活动性比铁弱

B．铝不与氧气发生化学反应

C．铝在空气中易与氧气反应形成一层致密的氧化膜

D．铝的密度比铁的密度小

解析　铝在空气中易与氧气反应形成一层致密的氧化膜，对内部金属起到保护作用，因此在空气中铝制品比铁制品耐腐蚀。

5．下列金属既能与稀盐酸反应，又能与NaOH溶液反应的是（　　）

A．MgB．AlC．FeD．Cu

解析　Mg、Fe只能与稀盐酸反应，Al既能与稀盐酸反应，又能与NaOH溶液反应，Cu与稀盐酸和NaOH溶液都不反应。

6．铝既能与硫酸溶液反应，又能与烧碱溶液反应，下列说法不正确的是（　　）

A．两个反应都是氧化还原反应

B．铝与硫酸反应时，硫酸作氧化剂

C．铝与烧碱溶液反应时，氢氧化钠作氧化剂

D．两个反应都有气体生成

解析　铝与硫酸溶液反应生成硫酸铝和氢气，铝是还原剂，硫酸是氧化剂；

铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，铝是还原剂，水是氧化剂。

7．除去镁粉中的少量铝粉，可选用的是（　　）

A．稀硫酸B．氢氧化钠溶液

C．水D．稀盐酸

解析　常温下，稀硫酸、稀盐酸与镁、铝都能发生反应，水与镁、铝都不发生反应，铝与氢氧化钠溶液反应而镁不与氢氧化钠溶液反应，用氢氧化钠溶液可以除去镁粉中的少量铝粉。

8．某无色溶液放入铝片后有氢气产生，则在该溶液中下列离子一定可以大量存在的是（　　）

A．Na＋B．Mg2＋C．H＋D．CO

解析　该溶液能与铝反应放出氢气，说明该溶液可能呈酸性，也可能呈碱性。

Mg2＋、H＋不能在碱性溶液中大量存在，CO

不能在酸性溶液中大量存在。

9．氧化铝的熔点很高，常用于制造耐火材料，例如制作坩埚。

下列操作不能在氧化铝坩埚中进行的是（　　）

A．加热使胆矾失去结晶水B．加热使高锰酸钾分解

C．加热熔化烧碱D．加热分解碱式碳酸铜

解析　氧化铝能与强酸、强碱反应，用氧化铝材料制作的坩埚不能加热强酸、强碱。

10．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

解析　氧化铝是两性氧化物，既能溶于强酸，又能溶于强碱。

11．下列有关铝及其化合物的说法错误的是（　　）

A．铁易生锈，而铝在空气中较稳定，所以铁比铝活泼

B．可用铝壶烧开水，不可用其长期存放食醋、碱水

C．氧化铝是一种较好的耐火材料，但不可用氧化铝坩埚熔化NaOH

D．NaHCO3能中和胃酸，可用于制胃药

解析　铝在空气中稳定存在是由于其表面生成的氧化膜抗腐蚀能力比较强，起到了保护内部金属的作用。

题组三　铝与酸、碱溶液反应的定量考查

12．在500mL氢氧化钠溶液中加入足量铝粉，反应完全后共收集到标准状况下的气体33.6L，该氢氧化钠溶液的浓度为（　　）

A．1mol·

L－1B．2mol·

L－1

C．1.5mol·

L－1D．3mol·

解析　2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

　　　　2mol　　　　　　　　　　67.2L

　　　　n（NaOH）　　　　　　　　33.6L

n（NaOH）＝

＝1mol，

c（NaOH）＝

＝2mol·

L－1。

13．（2018·

济宁高一检测）等体积的盐酸和苛性钠溶液，分别与两份足量的铝粉反应，在相同条件下产生氢气的体积比为1∶3，则盐酸和苛性钠溶液的物质的量浓度之比为（　　）

A．1∶1B．2∶1C．3∶1D．2∶3

解析　由2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑可知，产生氢气的体积比为1∶3，需要盐酸和氢氧化钠的物质的量之比为1∶1，溶液的体积相同，故盐酸和苛性钠溶液的物质的量浓度之比也为1∶1。

14．在一个铝制的易拉罐内充满CO2气体，然后往罐内注入足量的氢氧化钠溶液，立即用胶布密封罐口。

经过一段时间后，罐壁内凹而瘪，再过一段时间后，瘪了的罐壁重新鼓起来。

（1）罐壁内凹而瘪的原因是_________________________________________________________

_______________________________________________________________________________，

离子方程式为___________________________________________________________________。

（2）罐再鼓起的原因是_____________________________________________________________

答案　

（1）二氧化碳被氢氧化钠溶液吸收，罐内压强减小而被外界大气压瘪　2OH－＋CO2===CO

（2）铝与碱反应生成氢气，罐内压强增大而重新鼓起　2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO

解析　在易拉罐内充入二氧化碳后加入氢氧化钠溶液，会发生反应：

2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O，而使罐内气体压强减小，所以在外界大气的作用下而变瘪；

而后过量的氢氧化钠溶液会与易拉罐的成分铝发生反应而生成氢气，发生的反应是2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，罐内压强变大，所以易拉罐又会重新鼓起来。

15．某学习小组用如图所示装置测定铝镁合金中铝的质量分数和铝的相对原子质量。

（1）A中试剂为________。

（2）实验前，先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻，其目的是________________________________。

（3）B中发生反应的化学方程式为____________________________________________________

_______________________________________________________________________________。

（4）若实验用的铝镁合金的质量为ag，测得氢气体积为bmL（已换算为标准状况），B中剩余固体的质量为cg，则铝的相对原子质量为________。

（5）实验过程中，若未洗涤过滤所得的不溶物，则测得铝的质量分数将______（填“偏大”“偏小”或“不受影响”）。

答案　

（1）氢氧化钠溶液　

（2）除去铝镁合金表面的氧化膜

（3）2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

（4）

　（5）偏小

解析　铝镁合金中二者都与酸反应，但铝与碱反应而镁不与碱反应，所以A中的试剂应选择氢氧化钠溶液。

铝的相对原子质量可利用产生的氢气求解，

M＝

＝

。

如果在实验过程中未洗涤固体，则残留物质量偏大，铝的质量偏小，则测得铝的质量分数结果偏小。