高中化学第三章铁金属材料2第1课时铁合金铝和铝合金新型合金学案人教版必修1docWord格式文档下载.docx

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铁合金

生

铁

2%～4.3%

__硬度__大、抗压，性脆、可铸造成型

制造__机座__和管道等

钢

0.03%～2%

良好的__延展__性，机械性能好，可锻轧和铸造

制造机械和交通工具

2．钢的分类

（1）钢是用量__最大__、用途最广的合金，根据其化学成分，分为：

__碳素钢__和__合金钢__。

（2）碳素钢

（3）合金钢

①又叫特种钢，特殊性能：

强度、__硬度__大，可塑性、__韧性__好，耐磨，__耐腐蚀__等。

②不锈钢

合金元素

主要是Cr、Ni

在大气中稳定，不容易生锈，具有很强的__抗腐蚀__能力

制造__医疗__器材、厨房用具和餐具；

地铁列车的车体等

三、铝和铝合金

铝是地壳中含量最多的金属。

铝性质活泼，铝和铝合金制品比较稳定的原因是表面覆盖着致密的__氧化铝__薄膜，保护内部金属。

1．铝与酸、碱的反应

铝与盐酸反应

铝与氢氧化钠溶液反应

实验

操作

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__

化学方

程式

__2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑__

__2Al＋2H2O＋2NaOH===2NaAlO2＋3H2↑__

离子方

__2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑__

__2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO

＋3H2↑__

结论

铝既能与盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应，都产生__氢气__

2.氧化铝与酸、碱的反应

（1）两性氧化物：

既能与酸反应生成__盐和水__，又能与碱反应生成__盐和水__的氧化物，如Al2O3。

（2）氧化铝的两性

Al2O3

反应的离子方程式：

__Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O__

__Al2O3＋2OH－===2AlO

＋H2O__

3．铝合金

（1）铝合金中的合金元素有：

__Cu__、__Mg__、Si、Mn、Zn及__稀土元素__等。

（2）硬铝

Cu、Mg、Mn、Si

__密度__小、强度高、抗腐蚀能力较强

制造__飞机__、宇宙飞船

（3）稀土元素

包含元素：

镧系元素（从镧到镥），原子序数从57～71的15种元素及__钪__、__钇__共17种元素。

点拨：

稀土元素称为冶金工业的维生素，因为在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能。

（4）铝合金用途是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。

四、新型合金

预习自测

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×

”）。

（1）任何两种金属通过熔合均可以形成合金（　×

　）

（2）合金是混合物，没有固定的熔、沸点（　√　）

（3）铝合金适宜制作门窗的理由是易加工且抗腐蚀（　×

（4）Al2O3既是酸性氧化物又是碱性氧化物（　×

（5）Al2O3可以与所有酸发生反应（　×

（6）等质量的Al与足量盐酸、NaOH溶液反应生成的H2的质量相同（　√　）

（7）等体积、等浓度的盐酸和NaOH溶液与足量Al反应生成H2的质量相同（　×

2．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（　C　）

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Al2（SO4）3和H2，铝是还原剂，硫酸是氧化剂；

铝与氢氧化钠溶液反应生成NaAlO2和H2，铝是还原剂，H2O是氧化，所以选C。

3．下列有关厨房铝制品的使用中，你认为合理的是（　B　）

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

铝既能与碱又能与酸反应，A、D不合理；

铝制品表面有一层致密的氧化膜，可起到保护作用，若用金属丝擦洗不可取，C不合理，金属铝表面氧化物与热水不反应，B合理。

4．下列所用材料不属于合金的是（　B　）

A．家用的铝窗B．温度计用的水银

C．铸造用的黄铜D．建筑用的钢筋

铝窗含有的元素有铝、铜、镁、锰、锌等，A不选；

水银是单质，选B；

黄铜中含有铜和锌，C不选；

钢筋中含铁、碳等元素，D不选。

5．钢材是目前使用最广泛的金属材料。

钢材可以用作桥梁的结构材料，是因为它（　B　）

A．有良好的导热性B．有一定的机械强度

C．不易受空气和水的作用D．有良好的导电性

钢材可用作桥梁的结构材料主要利用了钢机械强度大，故选B。

6．下列金属中，表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化的是（　D　）

A．CuB．Na

C．FeD．Al

Al在空气中易形成致密的Al2O3氧化膜，保护内层金属。

课堂素能探究

知识点　

合金

问题探究：

1.列举生活中的合金材料，并简述选择该材料时利用了该合金的哪些优异性能。

2．为什么航空工业中铝合金比铁合金应用更广泛？

探究提示：

1.①铝合金门窗：

质轻、耐腐蚀；

②易拉罐：

质轻、易回收利用。

2．铝合金比铁合金密度小且耐高温、耐腐蚀。

知识归纳总结：

1．合金的组成及性质

（1）合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素。

（2）合金是混合物，没有固定的熔点。

（3）合金具有金属特性，如导电、传热等。

（4）合金形成后会影响各成分金属的物质性质，如合金的熔点一般比成分金属低，而硬度、机械强度一般比成分金属高；

但一般来说各成分金属均保持了其原有的化学性质。

2．合金的形成条件

（1）金属与金属形成合金时：

合金是金属在熔化状态时相互混合形成的，熔化时的温度需达到成分金属中熔点最高的金属的熔点，但又不能超出成分金属中沸点最低的金属的沸点。

一种金属的熔点高于另一种金属的沸点时则不能形成合金。

（2）金属与非金属形成合金时：

部分不活泼非金属与金属可形成合金，活泼非金属与活泼金属则不能形成合金。

3．金属材料选择的依据

某种金属能不能成为一种应用广泛的材料主要取决于该金属的储量、冶炼成本、市场价格以及所具有的性能和是否易于加工等。

（1）物理性质：

密度、硬度、强度、导电性和导热性等，这些性质决定金属材料的加工难易程度。

（2）化学性质：

对水的作用、耐腐蚀性等，这些性质决定金属材料的日常维护和环境对其的影响。

典例1　哈大齐高铁的通车，标志我国高寒地区高铁技术领先世界，车厢大部分采用铝合金材料制造，这是因为铝合金（　A　）

A．质地轻，强度大，抗腐蚀能力比较强

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．比纯铝熔点高，耐高温

高铁车箱要求质量轻，强度大、抗腐蚀能力强等优点，铝合金符合，所以选A。

〔变式训练1〕下列关于合金的说法错误的是（　B　）

A．合金是由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

B．镁铝合金的硬度比镁和铝都小

C．在合金中加入适量的稀土金属能大大改善合金的性能

D．青铜、硬铝、钢都是合金

合金是由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，故A正确；

镁铝合金的硬度比镁和铝都大，故B错误；

在合金中加入适量稀土金属，就能大大改善合金的性能，故C正确；

青铜、硬铝、钢都是由两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合在一起形成的具有金属特性的物质，属于合金，故D正确。

知识点二

铝与盐酸、NaOH溶液的反应

1.厨房中能够用铝制容器长时间存放食醋吗？

2．根据铝的性质分析，如何除去镁粉中的铝粉？

1.不能。

铝能与醋酸反应。

2．将样品加入足量的NaOH溶液，然后过滤、洗涤、干燥。

铝与盐酸、NaOH溶液反应的定量关系

2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑　

（1）

2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO

＋3H2↑　

（2）

1．等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，消耗HCl和NaOH的物质的量之比为3∶1。

2．等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为VHCl（H2）∶VNaOH（H2）＝1∶1。

3．足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为VHCl（H2）∶VNaOH（H2）＝1∶3。

4．一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，若产生氢气的体积比为1∶3<

VHCl（H2）∶VNaOH（H2）<

1∶1，则必定是①铝与盐酸反应，铝过量而盐酸不足；

②铝与氢氧化钠溶液反应，铝不足而氢氧化钠溶液过量。

5．铝既能与非氧化性酸反应产生氢气，也能与碱反应产生氢气，前者是置换反应，后者不是置换反应。

6．铝与盐酸、氢氧化钠的反应中，还原剂都是铝，还原产物都是氢气，故铝与产生氢气的关系式是相同的。

典例2　甲、乙两个烧杯中分别盛有100mL4.0mol·

L－1的盐酸和100mL4.0mol·

L－1的NaOH溶液，向两个烧杯中均加入5.4g铝粉，在相同状况下产生气体的体积比为（　B　）

A．1∶1B．2∶3

C．3∶2D．3∶1

甲、乙两烧杯中含有HCl、NaOH的物质的量都为0.4mol，根据化学方程式2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑可知，5.4g（即0.2mol）Al分别与盐酸和NaOH溶液反应时，盐酸不足量而NaOH过量，故Al与盐酸反应生成H20.2mol，与NaOH溶液反应生成H20.3mol，其体积比为2∶3。

〔变式训练2〕足量下列物质与相同质量的铝反应，放出氢气且消耗溶质物质的量最少的是（　C　）

A．盐酸　　　　　B．稀硫酸

C．氢氧化钠溶液D．氯化钠溶液

铝与氯化钠溶液不反应，由2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO

＋3H2↑可知，Al～3H＋～

H2，Al～OH－～

H2，即1mol铝消耗氢氧化钠1mol、硫酸1.5mol、氯化氢3mol。

名师博客呈现

1．氢氧化铝

（1）物理性质

Al（OH）3是白色固体，几乎不溶于水，但能凝聚水中的悬浮物，并能吸附色素。

（2）化学性质

①两性氢氧化物：

像Al（OH）3这样既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氢氧化物，称为两性氢氧化物。

②Al（OH）3是典型两性氢氧化物，在强酸与强碱溶液里都能溶解。

a．与强酸反应：

Al（OH）3＋3H＋===Al3＋＋3H2O

b．与强碱反应：

Al（OH）3＋OH－===AlO

＋2H2O

③氢氧化铝的热稳定性

Al（OH）3的热稳定性较差，将Al（OH）3加热后，可分解为Al2O3和H2O。

2Al（OH）3

Al2O3＋3H2O

2．既能与酸反应，又能与碱反应的物质有：

（1）某些金属，如Al；

（2）两性氧化物，如Al2O3；

（3）两性氢氧化物，如Al（OH）3；

（4）弱酸的酸式盐，如NaHCO3、NaHS、NaHSO3、Na2HPO4；

（5）弱酸的铵盐，如（NH4）2S、（NH4）2CO3、CH3COONH4、NH4HCO3。

〔即时训练〕

已知单质A、B、C和甲、乙、丙、丁四种化合物有下图所示的转化关系，C为密度最小的气体，甲是一种高熔点的物质，

丙常温下是一种液体。

根据以上转化关系回答：

（1）写出下列物质的化学式：

A__Al__；

B__O2__；

乙__NaAlO2__；

丁__Al（OH）3__。

（2）①写出A与NaOH溶液反应的化学方程式：

__2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑__。

②写出甲与NaOH溶液反应的离子方程式：

＋H2O__。

（3）将一定量的A加入NaOH溶液中，产生的C在标准状况下的体积为3.36L，则消耗的A的物质的量为__0.1_mol__，转移电子的物质的量为__0.3_mol__。

常见金属单质中能与NaOH溶液反应产生气体的只有Al，所以A是Al，乙是NaAlO2，C是H2。

甲是铝的化合物，可和NaOH溶液反应产生NaAlO2，可能是Al2O3，则丙是H2O，B是O2。

根据NaAlO2＋CO2（过量）＋2H2O===NaHCO3＋Al（OH）3↓，可知丁是Al（OH）3。

丁失去H2O可得到Al2O3，可验证甲是Al2O3。

课堂达标验收

1．合金常因质轻、硬度大、耐腐蚀等特性备受青睐。

只含有下列成分的物质一定不是合金的是（　D　）

A．Fe、C　B．Cu、Zn　

C．Al、Cu　D．C、Si

由合金概念可知，合金中至少含有一种金属，C、Si都是非金属不能形成合金，故选D。

2．青铜是我国使用最早的合金。

下列关于青铜性质的说法，不正确的是（　D　）

A．熔点比纯铜低B．能够导电

C．能够导热D．硬度比纯铜小

合金的熔点比其组成成分熔点低，A正确；

合金能导热、导电，B、C正确；

合金的硬度比其组成成分的硬度大，D不正确。

3．下列物质中不属于铁合金的是（　D　）

A．不锈钢B．生铁

C．碳素钢D．氧化铁

合金是金属与金属或金属与非金属融合而成的混合物，氧化铁属纯净物，不是合金，所以选D。

4．如图所示的实验中，投入铝片后（　D　）

A．①中产生气泡，②中不产生气泡

B．①和②中都不产生气泡

C．①和②中都产生气泡，①中是H2，②中是O2

D．①和②都产生气泡，且都是H2

铝在盐酸中反应是2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，铝在氢氧化钠溶液中反应是2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，所以选D。

5．下列说法正确的是（　D　）

A．Al2O3难溶于水，不跟水反应，所以它不是Al（OH）3对应的氧化物

B．因为Al2O3是金属氧化物，所以它是碱性氧化物

C．Al2O3能跟所有的酸碱溶液反应

D．Al2O3能跟强的酸碱溶液反应

Al（OH）3对应的氧化物为Al2O3和氧化物的溶解性无关，A项错误；

Al2O3是两性氧化物，B项错误；

Al2O3与强酸、强碱反应，与弱酸、弱碱不反应，C项错误，D项正确。

6．铁和铝是科技、生产、生活中应用最广泛的金属材料。

现有铁、铝的混合物进行如下实验：

（1）操作X的名称是__过滤__。

（2）气体A是__H2（或氢气）__。

（3）A与Cl2混合光照可能发生爆炸，生成__HCl__（填化学式），A在该反应中作为__还原剂__（填“氧化剂”或“还原剂”）。

（4）溶液B中阴离子除OH－外还有__AlO

__，溶液D中存在的金属离子为__Fe2＋__。

（1）加入足量NaOH溶液，Al溶解，操作X为过滤。

（2）Al与氢氧化钠溶液反应产生氢气，气体A为H2。

（3）H2与Cl2反应生成HCl。

（4）溶液B中阴离子有OH－、AlO

，溶液D中金属离子为Fe2＋。