学年高中化学新人教版必修第一册321合金 学案.docx

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学年高中化学新人教版必修第一册321合金学案

第三章铁金属材料

第二节金属材料

第1课时

【学法指导】

1.了解金属材料组成、性能及应用。

2.认识铁合金的类型、常见铁合金的组成、性能及用途。

3.认识铝及氧化铝的化学性质，了解铝合金的特性、用途。

4.了解新型合金的类型及性能。

【基础梳理】

一、合金的定义及性能

1、合金的含义

合金是由两种或两种以上的结合而成的具有的物质。

2.纯金属与合金的结构比较

3.合金的特性

（1）一般情况下，合金比各成分金属的硬度，机械性能一般各成分金属。

（2）多数合金的熔点一般比各成分的金属的。

（3）合金具有各成分金属的。

【典型例题1】下列对合金的说法正确的是（）

A.黄铜是纯净物

B.合金中也可能含非金属元素

C.合金中至少含有两种金属元素

D.合金中的金属元素以化合物的形式存在

答案：

B

解析：

黄铜是铜锌合金，属于混合物，A错误;合金中肯定含有金属，也可能含有非金属元素，如生铁中含碳，B正确；合金中对金属种数没有要求，但至少是一种，C错误；合金中的金属元素是以单质形式存在的，D错误。

【典型例题2】下列对合金的说法正确的是（）

A.合金的机械强度比各成分金属的小

B.合金的抗腐蚀性能都很好

C.合金没有固定的熔点

D.多数合金比各成分金属的熔点低，硬度大

答案：

D

解析：

合金一般比各成分金属的机械强度大，A项错误；部分合金的抗腐蚀性能较差，B项错误；合金有固定的熔点，C项错误；合金的熔点比各成分金属的低，硬度比各成分金属的大，D项正确。

名师点拨

18.合金一定是混合物，且通过熔合而成。

19.合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素。

20.合金中各成分的含量影响合金的性能。

21.合金不同于一般混合物,它有固定的熔点,原因是合金有固定的组成

22.合金的种类远远多于纯金属的种类。

23.合金的用途比纯金属更广泛。

二、铁合金

1.铁合金

和是含碳量不同的两种铁碳合金。

生铁的含碳量为，钢的含碳量为。

由于含碳量不同，钢和生铁在性能上有很大差异。

例如，生铁硬度大、抗压，性脆、可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料;钢有良好的，，可以锻轧和铸造，广泛用于制造机械和交通工具等。

是用量最大、用途最广的合金，根据其化学成分，可分为两大类:

和。

根据含碳量不同，碳素钢可分为碳钢、碳钢和碳钢。

合金钢也叫钢，是在碳索钢里适量地加人一种或几种元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种特殊性能，如强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀等。

是最常见的一种合金钢，它的合金元素主要是和。

不锈钢在大气中比较稳定，不容易生锈，具有很强的抗腐蚀能力。

归纳总结

三、铝和铝合金

1.铝单质

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_______薄膜,保护内部金属。

（1）物理性质

颜色

状态

硬度

密度

熔点

沸点

金属性质

银白色，金属光泽

固体

较小

2.7g/cm3

660℃

2467℃

良好的导电性、导热性、延展性

（2）化学性质

①与O2的反应：

【微点拨】用坩埚钳夹住一小块刚用酸处理过的铝箔,在酒精灯上加热至熔化,发现熔化的铝并不滴落。

这是为什么？

②.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

实验现象

铝片_________,有无色气泡冒出,将点燃的木条放在试管口有_______

实验结论

铝既能与盐酸反应,又能与氢氧化钠溶液反应,都产生_____

（1）金属铝溶于盐酸的化学方程式：

_______________________；离子方程式：

_________________________________。

（2）铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式：

，离子方程式：

________________________________。

☑思考讨论

（1）如何除去镁粉中的铝粉?

___________________________________________________

（2）等量的铝分别与足量的稀盐酸、氢氧化钠溶液反应,生成氢气的量有什么关系?

______________________________________________

（3）等浓度、等体积的NaOH溶液和稀盐酸与足量铝反应,生成H2的质量有什么关系?

________________________________________________

（4）Al与等浓度的NaOH溶液、稀盐酸反应生成等质量的H2,所需NaOH溶液、稀盐酸的体积比为多少?

________________________________________________

2.氧化铝

（1）与酸（盐酸）反应:

。

（2）与强碱（NaOH）溶液反应:

。

两性氧化物:

既能与反应生成,又能与反应生成盐和水的氧化物,如Al2O3。

严格地说，NaAlO2应为Na[Al（OH）4]（四羟基合铝酸钠），为书写方便，简化为NaAlO2。

【微点拨】在日常生活中，能否用铝制餐具蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物？

为什么？

3.铝合金

（1）铝合金中的合金元素有、、Si、Mn、Zn及等。

（2）硬铝：

密度小、强度高,具有较强的抗腐蚀能力,是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。

（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、共17种元素。

在合金中加入少量的稀土金属，能大大改善合金的性能，因而，稀土元素又被称为“”。

四、新型合金

▶重难点剖析1合金的性质及用途

合金

主要元素

性质

用途

青铜

铜、锡

强度高、可塑性好、耐磨、耐腐蚀

机械零件,如轴承、齿轮等

不锈钢

铬、镍

抗腐蚀性好

医疗器械、容器、反应釜、炊具

铝合金

铝、镁

密度小、强度高、塑性好、易于成型、制造工艺简单,成本低廉

建筑业、容器和包装业、　交通运输业、电子行业等

钛合金

性能:

密度小、强度高、耐腐蚀、耐高温等    

飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船等领域

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。

【强化训练1】下列说法错误的是（）

A.铝合金大量用于高铁建设

B.铁管上镶嵌锌块可形成合金

C.镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料

D.商代后期铸造出工艺精湛的后（司）母戊鼎，该鼎属于铜合金制品

答案：

D

解析：

铝合金具有质地轻、强度高、抗腐蚀能力强等特点，可用于制造高铁车厢等,A项正确;铁管上镶嵌锌块,不是熔合而成，不可形成合金,B项错误;镧镍合金可作储氢材料,C项正确;后（司）母戊鼎为商代后期的青铜器，属于铜合金制品,D项正确。

重难点剖析2铝与盐酸或氢氧化钠溶液反应中四种“量”的关系

反应物的量

产生H2的体积的关系

等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应

VHCl（H2）∶VNaOH（H2）＝1∶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

VHCl（H2）∶VNaOH（H2）＝1∶3

一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应

1∶3

灵活利用数轴正确分析量的关系

【强化训练2】铝分别与足量的稀盐酸和NaOH溶液反应，当两个反应放出的气体在相同状况下的体积相等时，反应中消耗的HCl与NaOH的物质的量之比为（）

A.1:

1B.1:

3C.3:

1D.4:

1

答案：

D

解析：

铝与稀盐酸反应的化学方程式为2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑,与NaOH溶液反应的化学方程式为2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑。

由化学方程式可知，当两个反应放出气体在相同状况下的体积相等时，由2Al~2NaOH~6HCl~3H2可知，反应中消耗的HCl和NaOH的物质的量之比为6:

2=3:

1。

【强化训练3】称取两份铝粉，第一份加入足量的盐酸，第二份中加入足量的NaOH溶液反应，若同温同压下放出相同体积的气体，则两份铝粉的质量之比为（）

A.1:

1B.1:

6C.3:

2D.2:

3

答案：

D

解析：

铝与稀盐酸反应的化学方程式为2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑,与NaOH溶液反应的化学方程式为2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑。

由化学方程式可知，铝与H2的关系式为2Al~3H2可知，同温同压下放出相同体积的气体，需要铝的质量相等。

【强化训练3】等质量的两份铝分别与足量稀硫酸和足量NaOH溶液反应，若消耗的两溶液的体积相等，则两溶液的物质的量浓度之比为（　　）

A.3∶2B．2∶3

C.1∶1D．1∶2

答案：

A

解析：

依题意，两份铝的物质的量相等，设n（Al）＝1mol。

得：

n（NaOH）＝1mol。

两溶液体积相等，故c（H2SO4）∶c（NaOH）＝n（H2SO4）∶n（NaOH）＝1.5∶1＝3∶2。

【课后练习】

1.下列与合金相关的叙述正确的有（）

①合金的硬度一般比它的成分金属的硬度都大

②合金的熔点一般比它的成分金属的熔点都低

③改变原料的配比、变更制造合金的工艺，可得到不同性能的合金

④合金的导电性比纯金属的更强

⑤合金的应用范围比纯金属更广

A.仅①②⑤B.仅①②③⑤C.仅②③④D.仅①②④

2.下列有关金属及其合金的说法错误的是（）

A.目前我国流通的硬币是由合金材料制成的

B.低碳钢硬而脆，处理后弹性好，可用于制器械、弹簧、刀具等

C.镁在空气中燃烧发出耀眼的白光，可用于制作照明弹

D.日用铝制品表面覆盖着氧化膜，对内部金属起保护作用

3.下列关于金属的说法中正确的是（）

A.各种金属都能与盐酸发生置换反应

B.根据金属与酸反应置换氢的难易可比较金属的活泼性

C.金属都是银白色

D.金属都具有较高的熔点

4.下列有关铁及铁合金的说法正确的是（）

A.生铁是铁碳合金,而钢则为纯铁

B.生铁的硬度比纯铁的硬度小

C.减少生铁中的碳、硅、锰等元素可得到钢

D.铁的应用,经历了“铁一普通钢一不锈钢等特种钢”的演变过程

5.下列有关金属的说法中，不正确的是（）

A.青铜、不锈钢、硬铝都是合金

B.金属元素的单质只有还原性，其离子只有氧化性

C.合金的硬度一般比它的各成分金属的大

D.某些金属单质灼烧时火焰有颜色

6.小明家收藏了一尊铝制佛像,至今保存完好。

其未被腐蚀的主要原因是（）

A.铝不易发生化学反应B.铝的氧化物易发生还原反应

C.铝不易被氧化D.铝易被氧化,且氧化铝膜具有保护内部铝的作用

7.下列说法中正确的是（）

A.由于铝在常温下不能与氧气反应，所以铝制品具有一定的抗腐蚀性能，是一种应用广泛的金属材料

B.装修门窗使用的铝合金材料的硬度比铝小，熔点比铝低

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合金是钢

8.等体积、等物质的量浓度的硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中,各加等质量的铝,生成氢气的体积比为5:

6,则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是（  ）

A.甲、乙中都是铝过量B.甲中铝过量,乙中碱过量

C.甲中酸过量,乙中铝过量D.甲中酸过量,乙中碱过量

9.铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应，当两个反应放出的气体在相同状况下体积相等时，反应中消耗的HCl和NaOH的物质的量之比为（）

A.1：

1B.2：

1C.3：

1D.1：

3

10.铝镁合金已成为轮船制造、化工生产等行业的重要材料。

某研究性学习小组的三位同学为测定某含镁3%~5%的铝镁合金（不含其他元素）中镁的质量分数，设计下列三种不同实验方案进行探究。

填写下列空白。

探究一

实验方案:

铝镁合金

测定剩余固体质量。

实验中发生反应的化学方程式是_______________________________。

实验步骤:

（1）称取5.4g铝镁合金粉末样品，投入体积为V浓度为2.0

的NaOH溶液中，充分反应。

为保证合金充分反应,NaOH溶液的体积

_________。

（2）过滤、洗涤、干燥、称量固体。

该步骤中若未洗涤固体，测得镁的质量分数将_______（填“偏大”或“偏小”）。

探究二

实验方案:

铝镁合金

测定生成气体的体积（实验装置如图所示）。

（1）某同学提出该实验装置不够完善，应在A、B之间添加一个除酸雾的装置。

你的意见是________（填“需要”或“不需要”）。

（2）为使测定结果尽可能精确，实验中应注意的问题有（写出两点）:

①________________________________，

②________________________________。

探究三

实验方案:

称量xg铝镁合金粉末，放入装有足量氧气的容器中使其充分灼烧。

（1）欲计算镁的质量分数，该实验中还需测定的数据是______________________________。

（2）若用空气代替

进行实验，对测定结果是否有影响？

__________（填“是”或“否”）

答案及解析

1.答案：

B

解析：

合金的硬度一般比其各成分金属的硬度大，①正确;合金的熔点一般低于各成分金属的熔点，合金的导电性一般比纯金属的弱，故②正确，④错误;改变原料的配比和工艺，可以得到不同性能的合金，③正确;合金的应用更广泛,⑤正确。

2.答案：

B

解析：

高碳钢硬而脆，热处理后弹性好，可用于制器械、弹簧、刀具等，B项错误。

3.答案：

B

解析：

在金属活动性顺序中，只有排在氢之前的金属可与盐酸发生置换反应，A项错误；根据金属与酸反应置换出氢的难易可比较金属的活泼性，B项正确；大多数金属为银白色，但铜为紫红色，金为黄色，C项错误；金属的熔点有的较高，有的较低，如Na、K、Hg等都是熔点较低的金属。

4.答案：

D

解析：

A项,钢也是合金,A项错误。

B项,生铁的硬度比纯铁的硬度高,B项错误。

C项,炼钢是减少生铁中的碳元素,增加硅、锰等元素,C项错误。

5.答案：

B

解析：

青铜、不锈钢、硬铝都是合金，A项正确；金属元素的单质只有还原性，其离子不一定只有氧化性，如亚铁离子还具有还原性，B项错误；合金的硬度一般比它的各成分金属的大，C项正确；某些金属单质灼烧时火焰有颜色，即某些金属元素可以产生焰色反应，D项正确。

6.答案：

D

解析：

铝是活泼金属.易与空气中的氧气反应,在铝制品表面形成一层致密的氧化铝膜,可阻止内部的铝进一步被氧化。

7.答案：

D

解析：

铝在常温下能与氧气反应，并在铝的表面形成一层致密的氧化膜，所以铝制品具有一定的抗腐蚀性能，A项错误;铝合金材料的硬度比铝大，B项错误；目前世界上使用量最大的合金是钢而不是铝合金,C项错误，D项正确。

8.答案：

B

解析：

由 

=

和

可知,若硫酸和NaOH溶液完全反应,则二者产生氢气的物质的量之比为2:

3,若铝完全反应,则二者产生氢气的物质的量之比为1:

1。

由于

故铝与硫酸反应时,铝过量而硫酸不足,铝与NaOH溶液反应时,铝不足而NaOH溶液过量。

9.答案：

C

解析：

Al与HCl、NaOH反应的化学方程式分别为

，

，铝与稀盐酸的反应中，生成3molH2，消耗HCl6mol，铝与氢氧化钠的反应中，生成3molH2，消耗NaOH2mol，所以当两个反应放出的氢气在相同状况下的体积相等时，消耗HCl与NaOH的物质的量之比为3：

1，故C正确。

10.答案：

探究一:

（1）97mL;

（2）偏大

探究二:

（1）不需要;

（2）①冷却至室温再读数;②读数时，使量气管左右液面相平

探究三:

充分灼烧后固体粉末的质量;是

解析：

探究一

（1）铝镁合金中镁的质量分数为3%时，5.4g铝镁合金粉末样品中铝的质量为

，则：

所以n（NaOH）=0.194mol,需要NaOH溶液的体积

；为保证合金充分反应，NaOH溶液的体积

。

（2）镁上会附着

等物质，未洗涤导致测定的镁的质量偏大，镁的质量分数将偏大。

探究二

（1）因为氯化氢极易溶于水，挥发的氯化氢不影响氢气体积的测定结果，所以不需要加除酸雾装置。

（2）反应中装置的气密性、合金是否完全溶解、量气装置的使用都会影响测定结果。

因此为使测定结果尽可能精确，实验中应注意的问题有：

检查装置的气密性，加入足量盐酸，调整量气管C的高度，使C中液面与B中液面相平，待冷却至室温再读体积等。

探究三

（1）Mg、Al均与氧气反应生成金属氧化物，则还需测定生成物的质量，才能计算出Mg的质量分数。

（2）若用空气代替

进行实验，会发生反应：

，

，会影响测定生成固体的质量，对测定结果会有影响。