高中化学32金属材料教案新人教版必修1.docx
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高中化学32金属材料教案新人教版必修1
第二节 金属材料
核心微网络
素养新目标,
1．了解金属及其性能，认识金属材料的分类。
2．认识铁合金的类型、性能及用途。
3．学会铝和氧化铝的性质，认识两性氧化物的特性。
4．了解铝合金、新型合金的用途，理解金属材料的重要性。
[预习新知]
一、合金
1．定义：
由两种或两种以上的金属与金属（或非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。
2．性质：
合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于各成分金属。
（1）硬度：
合金的硬度一般大于成分金属。
（2）熔点：
合金的熔点多数低于成分金属。
二、铁合金
三、铝和铝合金
1．铝的性质
（1）和氧气反应：
4Al＋3O2===2Al2O3，常温下生成氧化铝保护膜。
（2）和盐酸反应：
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑。
（3）铝和氢氧化钠溶液反应：
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2．氧化铝
（1）和盐酸反应：
Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O。
（2）和氢氧化钠溶液反应：
Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O。
结论：
像Al2O3这类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，叫做两性氧化物。
3．常见的铝合金
（1）铝合金中，常会有的合金元素：
Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等。
（2）硬铝中含有的合金元素：
Cu、Mg、Mn、Si。
四、新型合金
五、物质的量在化学方程式计算中的应用
化学方程式 2Na ＋ 2H2O===2NaOH ＋ H2↑
化学计量数之比2:
2 :
2:
1
扩大NA倍 2NA:
2NA :
2NA:
NA
物质的量之比 2mol:
2mol :
2mol:
1mol
结论：
物质的量可以把摩尔质量、物质的量浓度、气体摩尔体积联系起来，使计算更方便。
[即学即练]
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
（1）合金中不可能含有非金属元素。
（ ）
（2）合金中的金属元素以化合物的形式存在。
（ ）
（3）合金中各元素的含量一定，所以合金是纯净物。
（ ）
（4）生铁的熔点比铁低，但机械强度和硬度比铁高。
（ ）
（5）铝合金的熔点比纯铝的高。
（ ）
（6）两性氧化物是既有酸性又有碱性的氧化物。
（ ）
（7）等质量的Al与足量的盐酸、NaOH溶液充分反应，生成的H2的物质的量相同。
（ ）
（8）同浓度同体积的盐酸、NaOH溶液与足量Al充分反应，生成的H2的物质的量相同。
（ ）
（9）化学反应前后物质的质量和物质的量均不变。
（ ）
答案：
（1）×
（2）× （3）× （4）√ （5）× （6）× （7）√（8）× （9）×
2．不锈钢通常不与酸、碱、盐反应，是因为加入了（ ）
A．Ni和CrB．Ni和AuC．Cr和AuD．Cr和Pt
解析：
不锈钢中添加的合金元素主要是Ni和Cr，Ni、Cr元素的加入使不锈钢在多种酸、碱、盐溶液中也能具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性。
答案：
A
3．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
解析：
食醋中含有的醋酸呈酸性，能与铝发生反应而腐蚀；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。
答案：
B
4．将铝投入到一定量的NaOH溶液中，充分反应后，有2mol的电子发生转移，则参加反应的铝的物质的量为（ ）
A．
molB．1molC．2molD．
mol
解析：
铝在参加反应时1molAl可失去3mol电子，因此有2mol电子转移时需Al的物质的量为
mol。
答案：
D
技能素养
目标一 合金的性质与金属材料
[例1] 合金相对于纯金属制成的金属材料来说优点是（ ）
①合金的硬度一般比它的各成分金属的大
②一般合金的熔点比它的各成分金属的更低
③改变原料的配比，改变生成合金的条件，可得到具有不同性能的合金
④合金比纯金属的应用范围更广泛
A．①②③④B．②③④C．①②④D．①②③
【解析】 合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面优于它的各成分金属。
例如，合金的硬度一般比各成分金属的硬度大，多数合金的熔点比各成分金属的熔点低。
【答案】 A
[提升1] 合金是两种或两种以上的金属（或金属跟非金属）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（ ）
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）某合金与铁的物理性质的比较如下表所示：
硬度
（金刚石为10）
导电性
（银为100）
某合金
2500
3.00
7.4
2.3
铁
1535
7.86
4.5
17
已知该合金耐腐蚀，强度大。
从以上性能看，该合金不适合作（ ）
A．导线B．门窗框
C．炉具D．飞机外壳
解析：
根据题给合金的概念，不难判断出问题
（1）的答案；对于问题
（2），要在充分理解合金概念中的“熔合”二字的基础上，认真分析表中的数据，从而得出正确的答案。
（1）A属于化合物；硬铝中含铝、镁、硅等，生铁中主要含铁、碳，青铜中含有铜、锡，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）从表格中总结，该合金具有密度小、机械性能好的特点，所以适合作飞机外壳、门窗框。
由于熔点较高，所以适合作炉具。
但是导电性不好，所以不适宜作导线。
答案：
（1）A
（2）B （3）A
（1）合金的熔点低于成分金属的熔点。
（2）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。
（3）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。
目标二 铝与酸、碱的反应
1.通常情况下，金属元素原子在化学反应中易失去电子，表现出较强的还原性。
2.金属元素只表现出正化合价，故金属单质不表现氧化性。
[例2] 有关Al与NaOH溶液反应的说法中，正确的是（ ）
A．铝是还原剂，其氧化产物是H2
B．NaOH是氧化剂，其还原产物是H2
C．铝是还原剂，H2O和NaOH都是氧化剂
D．H2O是氧化剂，Al被氧化
【解析】 Al与NaOH溶液的反应过程如下：
2Al＋6H2O===2Al（OH）3＋3H2↑，Al（OH）3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O。
H2O中的氢元素由＋1价变为0价，H2O得电子，是氧化剂，H2是还原产物；Al元素的化合价由0价变为＋3价，化合价升高被氧化，Al是还原剂，NaAlO2是氧化产物。
【答案】 D
[提升2] 称取两份铝粉，第一份加入足量的浓NaOH溶液，第二份加入足量的盐酸，如果放出等体积的气体（在同温、同压下），则两份铝粉的质量之比为（ ）
A．1:
2B．1:
3
C．3:
2D．1:
1
解析：
不论是与NaOH溶液反应，还是与盐酸反应，均是Al失去电子，还原产物都是H2，且都有如下关系：
2Al～6e－～3H2，由化学方程式可知，2molAl生成3molH2，只要在酸碱足量的情况下，生成H2的多少取决于参加反应的铝的多少。
生成相同质量的H2，消耗铝的质量相同。
答案：
D
[核心能力]
铝与酸、碱反应生成H2的量的关系
1．反应原理
反应原理
2．铝与盐酸或氢氧化钠溶液反应中四种“量”的关系
（1）等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，消耗盐酸和氢氧化钠的物质的量之比为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H2的体积比为1:
1。
（3）足量的铝分别与等物质的量浓度、等体积的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生H2的体积比为1:
3。
（4）若产生的氢气的体积比：
<
<1，则必定是铝与盐酸反应时，铝过量而盐酸不足；铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而氢氧化钠过量。
铝与氢氧化钠溶液反应的实质：
由以上分析可知，铝与氢氧化钠溶液反应的实质是铝与水的反应，其生成物再与氢氧化钠反应。
目标三 物质的量在化学方程式计算中的应用
[例3] 标准状况下，3.25g锌与足量的盐酸反应生成xL氢气，下列比例式正确的是（ ）
A．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑
1mol 1mol
3．25g xL
B．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑
65g 22.4L
3．25g xL
C．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑
1mol 2g
0．05mol xL
D．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑
65g 2g
3．25g xL
【解析】 比例式应注意单位要“上下一致，左右相当”。
【答案】 B
注意：
①化学方程式所表示的是纯净物质之间量的关系。
②单位问题：
上下一致，左右相当。
即“纵向一定同，横向可不同”。
[提升3] 10gMg、Al合金与足量100mLNaOH溶液反应产生H2的体积为6.72L（标准状况下），求：
（1）合金中Al的质量分数；
（2）生成物NaAlO2的物质的量浓度（假设溶液体积不变）。
解析：
n（H2）＝
＝
＝0.3mol
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2 2 3
n（Al） n（NaAlO2）0.3mol
（1）n（Al）＝
＝0.2mol
m（Al）＝0.2mol×27g·mol－1＝5.4g
铝的质量分数＝
×100%＝54%。
（2）n（NaAlO2）＝
＝0.2mol，c（NaAlO2）＝
＝
＝2mol/L。
答案：
（1）54%
（2）2mol/L
[核心能力]
根据化学方程式计算的基本步骤
学考评价
授课提示：
对应学生用书44页
1．下列对合金的说法正确的是（ ）
A．合金中至少含有两种金属元素
B．合金中的金属元素以化合物的形式存在
C．生铁是纯净物
D．合金中也可含非金属元素
解析：
掌握合金的概念要把握几个重点：
①组成元素：
金属与金属或金属与非金属，一定含有金属元素，可能含有非金属元素；②特性：
具有金属特性；③合金为混合物。
A项错，合金未必含有两种或两种以上的金属元素；B项合金是熔合而成的，保持着金属特性，金属元素一般以单质形式存在；C项中的生铁是一种铁合金，是混合物。
答案：
D
2．镁铝合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。
下列与这些用途无关的性质是（ ）
A.不易生锈B．导电性好
C．密度小D．强度高
答案：
B
3．把下列金属投入0.1mol·L－1盐酸中，反应最剧烈的是（ ）
A．CuB．Fe
C．MgD．Al
答案：
C
4．对于铝和烧碱溶液的反应，下列说法不正确的是（ ）
A．铝是还原剂
B．H2O是氧化剂
C．该反应说明所有金属都能与碱反应
D．铝与碱或酸反应都能产生氢气
答案：
C
5．物质在发生化学反应时（ ）
A．它们的质量一定相等
B．它们的物质的量一定相等
C．它们的质量比等于化学方程式中化学计量数之比
D．它们的物质的量之比等于化学方程式中化学计量数之比
解析：
发生化学反应时各物质的物质的量之比等于化学方程式中的化学计量数之比。
答案：
D
6．阅读材料，回答下列问题。
近年来，科研人员研究得到一种新型材料——泡沫铝。
它是把发泡剂加到熔融铝合金中制成的，其优点是硬度大，密度小（为0.16～0.5g/cm3），比木材还轻，可浮于水面，又有很大刚性，且隔音、保温，是一种良好的建筑材料和轻质材料，近几年可大批量投放市场。
（1）下列关于泡沫铝的说法中错误的是________（填字母序号，下同）。
A．泡末铝是铝单质泡沫
B．泡沫铝是一种合金
C．泡末铝是一种优质的建筑材料和轻质材料
D．泡沫铝可用于飞机制造
（2）铝制成铝箔用于食品包装，是利用它的________。
A．金属光泽B．延展性C．导电性D．导热性
（3）铝在空气中会被氧化生成一层致密的氧化膜而对内部铝起保护作用，但这层氧化膜遇到强酸或强碱溶液都会溶解，请写出：
①氧化膜与盐酸反应的离子方程式：
_________________________________________________________________________。
②氧化膜与氢氧化钠溶液反应的离子方程式：
__________________________________________________________________________。
解析：
（1）根据信息可知，泡沫铝是一种合金，是混合物；泡沫铝是一种优质的建筑材料和轻质材料；由于泡沫铝有很大刚性，密度小，且隔音、保温，故泡沫铝可用于飞机制造。
（2）铝制成铝箔用于食品包装，利用的是铝的延展性。
（3）Al2O3与盐酸、氢氧化钠溶液反应的离子方程式分别为Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O、Al2O3＋2OH－===2AlO
＋H2O。
答案：
（1）A
（2）B （3）①Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O ②Al2O3＋2OH－===2AlO
＋H2O
7．向500mLNaOH溶液中投入10.8gAl，两者恰好完全反应，计算：
（1）Al的物质的量；
（2）参加反应的NaOH的物质的量和NaOH溶液中溶质的物质的量浓度；
（3）生成的H2在标准状况下的体积。
解析：
（1）Al的摩尔质量是27g·mol－1，n（Al）＝
＝0.4mol。
（2）2Al ＋ 2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2 2
0.4mol n（NaOH）
＝
，n（NaOH）＝0.4mol，
c（NaOH）＝
＝0.8mol·L－1。
（3）2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2mol 3×22.4L
0.4mol V（H2）
V（H2）＝
＝13.44L。
答案：
（1）0.4mol
（2）0.4mol 0.8mol·L－1
（3）13.44L
练后感悟
铝与盐酸、氢氧化钠溶液反应定量分析
反应物的量
产生H2的体积关系
等量铝分别与足量盐酸和氢氧化钠溶液反应
＝1
足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应
＝
一定量的铝分别与不足量的盐酸和过量的氢氧化钠溶液反应（盐酸、氢氧化钠的物质的量相等）
<
<1
课时作业15 金属材料
授课提示：
对应学生用书97页
[学业达标]
1．下列关于合金的叙述中正确的是（ ）
A．合金是由两种或多种金属熔合而成的
B．日常生活中用到的五角硬币属于铜合金
C．合金在任何情况下都比单一金属性能优良
D．钢不属于合金
解析：
合金是金属与金属或金属与非金属熔合而成的，A项错误；在机械加工时，合金的性能一般较单一金属优良，但并不是任何情况下都是，如纯铝导电性比铝合金要强，C项错误；钢是铁碳合金，D项错误。
答案：
B
2．下列说法中不正确的是（ ）
A．人类历史上使用最早的合金是青铜
B．钢属于铁合金
C．目前世界上使用量最大的合金是铝合金
D．目前世界上用途最广的是合金钢
解析：
目前世界上使用量最大的合金是铁合金。
答案：
C
3．由于铝制品对大脑发育有不良影响，厨具中铝制品已逐步被不锈钢代替，不锈钢的组成是（ ）
A．含铁、锌、铜的合金
B．含铁、镁、铝的合金
C．含铁、铬、镍的合金
D．普通钢表面镀镍
答案：
C
4．纯铁的熔点为1535℃，而高炉中炼铁时生铁（含碳量较高的铁合金）在1200℃左右就熔化了，这是因为（ ）
A．铁的纯度越高，熔点越低
B．合金的熔点比其成分物质的熔点高
C．形成了铁碳合金，所以熔点变低
D．在高炉中熔化的过程发生了化学反应
解析：
合金的熔点比成分金属的低。
答案：
C
5．用于制造飞机的材料应具备高比强度（断裂强度/密度），还应具备密度小、质地轻的特点。
你认为下列材料中可用于飞机制造业的是（ ）
A．Mg Al合金
B．黄铜（Cu Zn合金）
C．Na K合金
D．生铁（Fe C合金）
解析：
黄铜、生铁密度较大，且生铁易断裂；Na K合金熔点低，常温下为液体，选项B、C、D不正确。
答案：
A
6．下列说法正确的是（ ）
A．铝的导电、导热性较好
B．铝制容器可盛放FeSO4溶液
C．镁最外层有2个电子，反应中易失去电子，表现氧化性
D．铝在常温和加热条件下与O2反应的产物不同
答案：
A
7．除去镁粉中的少量铝粉，可选用（ ）
A．硫酸B．氨水
C．盐酸D．氢氧化钠溶液
答案：
D
8．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（ ）
A．氢氧化钠溶液
B．稀硫酸
C．盐酸
D．氢氧化钡溶液
解析：
铝与盐酸、氢氧化钠溶液反应的离子方程式分别为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO
＋3H2↑，即Al～3H＋，Al～OH－，可知1molAl需NaOH：
1mol，稀H2SO4：
mol，HCl：
3mol，Ba（OH）2：
0.5mol。
故应选D。
答案：
D
9．等量镁铝合金粉末分别与足量下列四种物质充分反应，放出氢气最多的是（ ）
A．NaOH溶液B．稀硫酸C．蔗糖溶液D．NaCl溶液
答案：
B
10．在500mLNaOH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NaOH溶液的浓度为（ ）
A．1.0mol·L－1B．2.0mol·L－1
C．1.5mol·L－1D．3.0mol·L－1
答案：
B
11．铝、钠混合物投入足量的水中，充分反应后，得到澄清溶液，并收集到4.48LH2（标准状况），若钠的物质的量为0.1mol，则铝的物质的量为（ ）
A．0.2molB．0.1molC．0.05molD．0.025mol
解析：
0.1molNa产生H2的物质的量为0.05mol，生成0.1molNaOH，而反应共释放H2为4.48L/22.4L·mol－1＝0.2mol，因此Al与NaOH反应放出0.15molH2，
2Al ～ 3H2
2 3
x 0.15mol
x＝0.1mol。
答案：
B
12．将10g铁碳合金放入O2中高温灼烧，反应后的气体通入到过量石灰水中得沉淀1.4g。
则此铁碳合金是（ ）
A．生铁B．高碳钢C．中碳钢D．低碳钢
解析：
n（CaCO3）＝
＝0.014mol，
由碳元素守恒，得铁碳合金中碳单质的物质的量也为0.014mol，
m（C）＝0.014mol×12g·mol－1＝0.168g，
故w（C）＝
×100%＝1.68%，
所以该铁碳合金属于高碳钢。
答案：
B
13．某金属（或合金）与盐酸反应时，生成H2的质量与消耗金属质量的关系如下图所示，此金属可能是（ ）
A．纯锌B．纯铁C．镁铝合金D．铜铁合金
解析：
由题图可知，金属质量为30g时，产生氢气的质量为1g。
用极值法：
假设每一种金属的质量都为30g，然后分别计算出产生氢气的质量。
A项纯锌产生氢气的质量小于1g；B项纯铁产生氢气的质量大于1g；C项镁产生氢气的质量大于1g，铝产生氢气的质量大于1g，所以镁、铝按一定比例组成的合金产生氢气的质量不可能为1g；D项铁产生氢气的质量大于1g，铜不产生氢气，所以铜、铁按一定比例组成的合金产生氢气的质量可能为1g。
答案：
D
14．放在手心就能熔化的稀有金属镓，其沸点为2403℃，更奇妙的是镓熔化后在－120℃仍不易凝固；在常温下几乎不与氧气和水反应，但能溶于强酸和强碱；与其他金属熔合可改善合金性能；与硫、硒等非金属化合可生成优质的半导体材料。
下列有关镓的性质和用途的叙述错误的是（ ）
A．镓的熔点高
B．镓的性质与铝类似
C．镓能够与盐酸反应生成气体
D．镓可与多种金属形成合金
解析：
从题给信息可知镓的熔点低但沸点很高，这说明它很易与其他金属熔合在一起形成合金。
答案：
A
15．钛和钛的合金被誉为“21世纪最有发展前景的金属材料”，它们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
解析：
由于钛和钛的合金密度小、可塑性好，因此可用于航天领域，B正确；由于钛和钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”，可与人体的组织相容，不引起排异反应，因此可以用来制造人造骨，C正确；由于其密度小、可塑性好、易于加工，因此可用于家庭装修，做钛合金装饰门，D正确；只有A错误，由于其熔点高，不适合做保险丝。
答案：
A
16．有一镁铝合金，根据某同学的操作，回答下列问题：
（1）将合金与过量NaOH溶液反应，所得溶液中不存在的离子是________。
A．Na＋B．Mg2＋C．OH－D．AlO
（2）将合金溶于过量的盐酸中，充分反应后，溶液中新生成的离子是________________。
解析：
（1）将镁铝合金加入NaOH溶液中，只有Al发生反应2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，镁不反应，溶液中不存在Mg2＋。
（2）将镁铝合金加入过量盐酸中，Mg与盐酸反应Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑，Al与盐酸反应2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，则溶液中新生成的离子为Mg2＋、Al3＋。
答案：
（1）B
（2）Mg2＋、Al3＋
[等级突破]
17．某课外活动小组，收集了一种合金进行研究。
（1）外观暗灰色，表面光滑；
（2）在酒精灯上灼烧，火焰呈绿色；合金片熔化，但不滴落；
（3）取刮去表皮的金属10.0g，放入足量H2SO4中，收集到标准状况下的H29.96L；
（4）另取刮去表皮的金属10.0g，放入足量NaOH溶液中，也收集到标准状况下的H29.96L。
试据此判断，合金中一定含有的元素是________（写元素符号）；下列元素可能含有的是________（填选项编号）。
a.Agb.Mg
c.Nad.Fe
如果该合金中，只含两
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