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。