人教版高中化学选修1《三章 探索生活材料第一节 合金》公开课教案9.docx
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人教版高中化学选修1《三章探索生活材料第一节合金》公开课教案9
第一节合__金
认识合金
[自读教材·夯基础]
1．合金的概念
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。
2．合金的性能
合金与其各成分金属相比，具有许多优良的物理、化学或机械的性能。
（1）合金的硬度较大。
（2）多数合金的熔点比其各成分金属的低。
（3）合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件来调节。
[跟随名师·解疑难]
（1）加入其他合金元素后，合金元素的原子或大或小，改变了原有金属原子的规则排列，使原子层之间的滑动变得困难，增大了合金的硬度。
（2）加入合金元素后，由于合金元素的原子半径与原金属原子不同，使金属原子的排列变得不规整了，原子间的相互作用力变小，使合金的熔点变低。
（3）合金是混合物，但其组成是均匀的，而且有些合金具有固定的熔点。
（4）使用最早的合金是铜合金。
[剖析典例·探技法]
[例1] 工业生产中，常将两种或多种金属（或金属与非金属）在同一容器中加热使其熔合，冷凝后得到具有金属特性的熔合物——合金。
这是制取合金的常用方法之一。
仅根据下表数据判断，不宜用上述方法制取的合金是（ ）
金属
Na
K
Al
Cu
Fe
熔点/℃
97.5
63.6
660
1083
1535
沸点/℃
883
774
2467
2567
2750
A．Fe Cu合金 B．Cu Al合金
C．Al Na合金D．Cu Na合金
[名师解析] 根据合金的概念可知：
铜的熔点为1083℃，而钠的沸点为883℃，即当铜熔化时，钠已气化。
二者形不成合金。
[答案] D
[名师点睛] 合金是由不同金属熔合而成的，即熔合时温度要达到两种金属中最高的熔点，但一种金属的熔点不能高于另一种金属的沸点。
如本题中Na Al能形成合金，但Cu Na不能形成合金。
使用合金
[自读教材·夯基础]
1．铁合金
生铁和钢的比较：
生铁
钢
碳的质量分数
2%～4.3%
0.03%～2%
机械性能
硬而脆，无韧性
坚硬、韧性大，塑性好
机械加工
可铸，不可锻
可铸，可锻，可压延
使用范围
较小
广泛
分类
生铁
钢
2．铝合金和铜合金
（1）硬铝：
合金元素为Cu、Mg、Mn和Si等。
硬铝密度小，强度高、抗腐蚀性强。
适用于制造飞机和航天器。
（2）铜合金：
黄铜是Cu Zn合金，青铜是Cu Sn合金。
3．新型合金
（1）储氢合金：
Ti Fe合金和La Ni合金等。
（2）钛合金：
重量轻、强度高、韧性好、耐腐蚀。
（3）耐热合金、形状记忆合金等。
[跟随名师·解疑难]
（1）生铁和钢的本质区别在于含碳量的高低。
含碳量越高，硬度越大，含碳量越低，韧性越强。
（2）不锈钢中添加的元素主要是Ni和Cr，Cr是防氧化元素，使不锈钢表面形成一层致密的氧化物保护膜，防止内部的Fe与外界物质接触；Ni是防腐蚀元素，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。
（3）储氢合金：
H2＋储氢合金金属氢化物
常见的储氢合金一般为Ti Fe合金、La Ni合金。
（4）钛合金的优点：
①比强度高；②热强度高；③抗蚀性好；④低温性能好。
[剖析典例·探技法]
[例2] 钢铁是铁和碳的合金的总称，其强度高、价格便宜、应用广泛。
在以下关于不锈钢和普通钢的认识中，你认为正确的是（ ）
A．它们的组成元素是相同的
B．耐腐蚀的性能不同
C．它们都属于钢，因此物理性质相同
D．构成普通钢和不锈钢的主要元素都是铁，因此它们的化学性质相同
[名师解析] 不锈钢中添加的元素主要是Ni和Cr，Cr是防氧化元素，使不锈钢表面形成一层致密的氧化物保护膜，防止内部的Fe与外界物质接触；Ni是防腐蚀元素，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] B
[互动探究]
不锈钢是否在任何条件下都不易生锈？
提示：
不锈钢在空气中不易被氧化，稳定性好。
而在海水中，由于电解质溶液浓度大，不锈钢中的Fe与C可形成原电池，从而Fe被腐蚀，最终会形成铁锈。
几种常见合金的组成、性质和用途
名称
组成
主要性质
主要用途
铝合金
含有
10%～30%
的镁
强度和硬度都比纯铝和纯镁大
火箭、飞机、轮船等制造业
硬铝
含铜4%、
镁0.5%、
锰0.5%、
硅0.7%
强度和硬度都比纯铝大
火箭、飞机、轮船等制造业
黄铜
含锌20%～
36%，常
加入少量
锡、铅、铝
有良好的强度和塑性、易加工、耐腐蚀
机器零件如轴承、齿轮等
青铜
含锡
10%～30%
有良好的强度和塑性、耐磨、耐腐蚀
机器零件如轴承、齿轮等
钛合金
含铝6%、
钒4%
耐高温、耐腐蚀、高强度
用于宇航、飞机、造船、化学工业
金合金
加入银、铜、
稀土元素等
有光泽、易加工、耐磨、耐腐蚀、易导电
金饰品、电子元件、钱币、笔尖
镁铝合金中镁质量分数的测定
含镁3%～5%的镁铝合金，已成为轮船制造，化工生产、机械制造业中的重要原材料，欲测定镁铝合金中镁的质量分数可设计成下列三种实验方案
方案1：
取一定质量的合金材料测量标准状况下气体的体积；
方案2：
取一定质量的合金材料充分反应后测量剩余固体的质量；
方案3：
取一定质量的合金材料溶液过滤，测定沉淀的质量。
上述第二方案，涉及的步骤较少，且反应前固体与反应后剩余固体的质量容易称量，属最佳方案。
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：
水银是单质Hg，不属于合金。
答案：
D
2．有关合金的说法错误的是（ ）
A．铁与非金属氯、氧等很难形成合金
B．合金是混合物
C．合金具有固定的熔点
D．形成合金后熔点会升高
解析：
合金既可以由金属和金属组成，也可以由金属和非金属组成。
但活泼的非金属与金属发生反应很难形成合金，故A正确；合金是一种特殊的混合物，具有固定的熔点，且比其成分金属熔点低，故B、C正确。
答案：
D
3．用于飞机制造业的重要材料是（ ）
A．Mg Al合金B．Cu Sn合金
C．Al Si合金D．不锈钢
解析：
Mg Al合金的强度和硬度都比纯铝大，几乎相当于钢材，且密度较小，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
答案：
A
4．铝硅合金（含Si13.5%）在凝固时收缩率很小，因而这种合金适合铸造。
有下列三种晶体：
①铝、②硅、③铝硅合金，它们的熔点从低到高的顺序是（ ）
A．①③②B．②①③
C．③②①D．③①②
解析：
硅的熔点高于铝，而合金的熔点比成分金属的低，故三者熔点高低顺序为：
②>①>③。
答案：
D
5．
（1）选择填空：
将铝的用途与性质搭配起来（每个选项只能选用一次）。
A．质轻 B．延展性好 C．易传热 D．易导电 E．氧化时放热
①炊具：
________；②飞机：
________；③焊接铁轨：
________；④电缆：
________；⑤铝箔：
________。
（2）广东佛山是有色金属之乡，其中铝合金材料的产量约占全国的一半。
铝合金材料属于________（填“纯净物”“混合物”或“单质”）。
解析：
（1）铝制造炊具是由于它的导热性好，铝合金硬度大、质轻、是制造飞机的良好材料，铝被氧化时放热，可作铝热剂，因而可用来焊接铁轨，铝用作电缆和铝箔则分别是利用其导电性和延展性好。
（2）合金是由一种金属跟其他一种或几种金属（或非金属）一起熔合而成的物质，属于混合物。
答案：
（1）①C ②A ③E ④D ⑤B
（2）混合物
[三年高考感悟]
1．（2012·天津高考）根据下列物质的化学性质，判断其应用错误的是（ ）
A．酒精能使蛋白质变性，可用于杀菌消毒
B．CaO能与SO2反应，可作工业废气的脱硫剂
C．明矾水解时产生具有吸附性的胶体粒子，可作漂白剂
D．镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料
解析：
病毒、细菌的成分中有蛋白质，而酒精能使蛋白质失去生理活性，A对；在空气作用下，CaO与SO2作用可得到稳定的CaSO4，从而减少SO2的排放，B对；明矾能作净水剂但无漂白性，C错；镧镍合金吸附H2的能力很强，可作储氢材料，D对。
答案：
C
2．（2011·山东基本能力）青铜器反映了古代高超的铸造工艺，是人类智慧的结晶。
下列说法正确的是（ ）
A．青铜是一种铜锡化合物
B．青铜器最早出现在我国近代
C．青铜比纯铜的硬度低
D．湖北出土的曾侯乙编钟是青铜制品
解析：
青铜是铜锡合金，不是铜锡化合物，A错误；在我国，夏朝就出现了青铜器，而不是近代才出现，B错误；青铜属于合金，其熔点比纯铜的低但其硬度却高于纯铜，C错误。
答案：
D
3．（2012·江苏高考）镁铝合金（Mg17Al12）是一种潜在的贮氢材料，可在氩气保护下，将一定化学计量比的Mg、Al单质在一定温度下熔炼获得。
该合金在一定条件下完全吸氢的反应方程式为Mg17Al12＋17H2===17MgH2＋12Al。
得到的混合物Y（17MgH2＋12Al）在一定条件下可释放出氢气。
（1）熔炼制备镁铝合金（Mg17Al12）时通入氩气的目的是
________________________________________________________________________。
（2）在6.0mol·L－1HCl溶液中，混合物Y能完全释放出H2。
1molMg17Al12完全吸氢后得到的混合物Y与上述盐酸完全反应，释放出H2的物质的量为_____________________。
解析：
（1）镁、铝都是活泼的金属单质，容易被空气中的氧气氧化，通入氩气作保护气，以防止二者被氧化。
（2）1molMg17Al12完全反应，吸收的H2为17mol，在盐酸中会全部释放出来。
镁铝合金中的镁和铝都能与盐酸反应生成H2，生成H2的物质的量分别为17mol、18mol，则生成的氢气一共为52mol。
答案：
（1）防止Mg、Al被空气氧化
（2）52mol
[课时跟踪训练]
一、选择题（本题包括10小题，每小题5分，共50分）
1．新型镁合金被大量应用于制成笔记本电脑外壳、竞赛自行车框架等，这说明镁合金具有的优异性能是（ ）
①熔点低 ②硬度大 ③延展性好 ④导电性强 ⑤密度小 ⑥耐腐蚀
A．①②③B．②③④
C．①③⑥D．②⑤⑥
解析：
制成笔记本电脑外壳，竞赛自行车框架，利用镁铝合金的硬度大，密度小，耐腐蚀性等性能。
答案：
D
2．生铁和钢的主要区别是（ ）
A．生铁和钢的主要成分都是铁，但二者的含碳量不同，性能也不同
B．生铁和钢都是碳的合金
C．生铁就是含杂质较多的钢，钢就是含杂质较少的生铁
D．生铁是混合物，钢是纯净物
解析：
生铁的含碳量为2%～4.3%，钢的含碳量为0.03%～2%，二者都是铁的合金，都是混合物，因而选A。
答案：
A
3．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）组成 ③耐腐蚀 ④耐高温 ⑤具有金属特征 ⑥铸造性能好
A．①②④B．①②③④⑤⑥
C．①②⑤D．②③⑥
解析：
合金的定义是由两种或两种以上的金属（或非金属）熔合而成的具有金属特性的物质，③④⑥中的性质并不是所有合金共有的。
答案：
C
4．制造焊锡时，把铅加入锡中的主要原因是（ ）
A．增加抗腐蚀能力B．增加强度
C．降低熔点D．增加延展性
解析：
焊锡的用途决定了它的熔点不能太高，所以在制造时要把熔点较低的铅加入锡中，制成合金。
答案：
C
5．属于新型合金的是（ ）
A．18K金B．不锈钢合金
C．储氢合金D．硬铝合金
解析：
新型合金包括贮氢合金、形状记忆合金、钛合金、泡沫合金、超耐热合金等。
硬铝合金、不锈钢合金、18K金属于普通合金。
答案：
C
6．下列有关合金的性质的说法正确的是（ ）
①合金与各成分金属相比较，具有许多优良的物理、化学或机械性能
②相同金属元素形成的合金、元素的含量有可能不同，但其性能是相同的
③镁铝合金在盐酸中不能完全溶解
④合金具有各成分金属性质之和
A．①②B．①③
C．①D．③④
解析：
合金与各成分金属相比较，具有许多优良的物理、化学或机械性能，如熔点低、硬度大、强度高等，因此并不是各成分金属性质之和，④错误；相同金属元素形成的合金，元素的含量不同时其性能也不同，②错误；镁铝合金可与盐酸反应生成可溶于水的AlCl3和MgCl2，③错误。
答案：
C
7．某合金与铁的物理性质的比较如下表所示：
性质
种类
熔点
密度
硬度
导电性
某合金
3200℃
3.20g/cm3
7.5
3.5
铁
1535℃
7.86g/cm3
4.5
17
（注：
硬度以金刚石为10作标准，导电性以银的导电性100为标准）
已知该合金耐腐蚀、强度大，从性能看，该合金不适合制（ ）
A．门窗框B．炉具
C．导线D．飞机外壳
解析：
此题给出某合金和铁的物理性质的相关信息，A项主要从硬度方面考虑，该合金硬度大于铁，适合制门窗框；B项从熔点方面考虑，该合金熔点高于铁，适合制炉具；C项从导电性方面考虑，该合金的导电性能不如铁，不适合制导线；D项从密度方面考虑，该合金的密度小于铁，适合制飞机外壳。
答案：
C
8．我国古代制得的“药金”外观和金相似，常被误认为是金子。
冶炼方法是将炉甘石（ZnCO3）、赤铜矿（Cu2O）与木炭按一定比例混合，加热至800℃左右，即炼出闪着似金子般光泽的“药金”。
下列有关叙述正确的是（ ）
①“药金”是铜锌合金 ②冶炼过程中炉甘石直接被碳还原而有锌生成 ③用火焰灼烧可区分黄金与“药金”
④用王水可以区分黄金与“药金” ⑤表面有黑色氧化物的“药金”，用稀硫酸洗涤后可去掉黑色膜，但可能显出红色铜
A．①②B．①②③④
C．①③④⑤D．①②③④⑤
解析：
冶炼过程中ZnCO3先分解成氧化锌，然后与氧化亚铜一起被木炭还原为金属锌和铜，两种金属熔合为铜锌合金，也就是药金，①正确，②错误；黄金稳定，灼烧时不能被氧化，而铜可以被氧化为黑色的氧化铜，③正确；稀硫酸可以洗涤表面的氧化物和金属锌，剩下铜显红色，⑤正确；王水可以溶解铜锌合金，也可以溶解黄金，但生成的铜离子为蓝色，④正确。
答案：
C
9．现代建筑门窗常用古铜色的硬铝制造，取硬铝样品进行如下实验（每一步所加试剂都是过量的）：
由此可以推知，下列各组可能是硬铝组成成分的是（ ）
A．Al、Cu、Mg、SiB．Al、Mg、Si、Zn
C．Al、Fe、C、CuD．Al、Si、Zn、Na
解析：
硬铝中加入足量盐酸后的不溶物能与NaOH溶液作用产生气体，则硬铝中含有Si，其方程式为Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
与过量盐酸反应后得到的不溶物与过量NaOH溶液反应后又得到不溶物，故硬铝中含有与盐酸、NaOH均不反应的物质，如Cu、C等，综合所述，A项符合题目要求。
答案：
A
10．将5.0g某合金放入足量的稀盐酸中完全反应，共收集氢气在标准状况下的体积为2.24L，则该合金可能是（ ）
A．Mg Al合金B．Fe Al合金
C．Fe Zn合金D．Cu Zn合金
解析：
n（H2）＝＝0.1mol，即产生0.1molH2，消耗合金为5.0g，产生1molH2消耗合金为50g，满足此条件的要求是产生1molH2时，消耗一种金属的质量大于50g，一种金属的质量小于50g，而题目中的金属产生1molH2时消耗的质量：
m（Mg）＝24g，m（Al）＝18g，m（Fe）＝56g，m（Zn）＝65g，Cu与稀HCl不反应，对比选项可知B正确。
答案：
B
二、非选择题（本题包括4小题，共50分）
11．（12分）金首饰的成色以纯度千分数（或K数）前冠以金或G来表示，例如金999或G24K为千足金，金500即G12K。
（1）金750或G18K的黄金含金质量分数是__________。
（2）用于制作黄金首饰的材料多数为金的合金，在金中掺入其他合金材料的主要目的是__________。
A．易加工 B．强度高
C．耐磨损D．成本低
（3）黄金首饰戴时间久了，表面会变暗，你认为首饰店在清洗时所选的试剂应是________；若金首饰在不法首饰店清洗后发现质量明显减少，则是因为他们在清洗液中又另加了试剂____________的缘故。
解析：
（1）24K为千足金，则18K的黄金含金质量分数为×100%＝75%。
（2）据合金性质知A、B、C、D均正确。
（3）清洗黄金制品一般用不与金反应的盐酸，硝酸、盐酸混合物与金反应使之质量减少。
答案：
（1）75%
（2）ABCD （3）盐酸 硝酸
12．（11分）某课外活动小组，收集了一种合金进行研究（已知Cu的焰色反应显绿色）。
（1）外观暗灰色，表面光滑；
（2）在酒精灯上灼烧，火焰绿色；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溶液中，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，只含两种元素，它们的质量比是________________。
解析：
焰色反应呈绿色，表明此合金中含有铜，相同质量的合金分别与H2SO4溶液，NaOH溶液反应放出等体积的H2，表明合金中有金属元素为Al，且不含比铜活泼的其他金属，否则与酸反应放出的H2多。
2Al ～ 3H2
54g 67.2L
m（Al） 9.96L
m（Al）＝8.0g m（Cu）＝10.0g－8.0g＝2.0g
m（Cu）∶m（Al）＝1∶4
答案：
Cu、Al a m（Cu）∶m（Al）＝1∶4
13．（12分）钛（Ti）因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注，是航空、军工、电力等方面的必需材料，被誉为“空间金属”和“深海金属”。
（1）钛和钛的合金具有很多优良的性能，如熔点高、密度小，可塑性好、易于加工，钛合金与人体有很好的“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．用于制造船舶
（2）常温下钛不和非金属、强酸反应。
红热时，却可与常见的非金属单质反应。
地壳中含钛矿石之一称金红石（TiO2），目前大规模生产钛的方法是：
第一步：
金红石、炭粉混合，在高温条件下通入氯气制得TiCl4和一种可燃性气体。
该反应的化学方程式：
____________________________________，该反应的还原剂是________。
第二步：
在氩气的气氛中，用过量镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛。
简述由上述所得产物中获取金属钛的步骤____________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
（1）物质的性质决定其用途，应结合题干所给的有关性质的信息来分析。
由题干知钛和钛合金的熔点高，不能用来做保险丝；其密度小、熔点高、可塑性好，可用于制造飞机及船舶，与人体有很好的“相容性”可制造人造骨。
（2）第一步得到的可燃性气体应是CO，结合原子守恒及电子转移守恒，化学方程式应为TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO，该反应中，碳元素化合价升高，C作还原剂；第二步应为镁置换钛的反应，化学方程式为TiCl4＋2MgTi＋2MgCl2，所得产物含杂质镁（镁过量）、MgCl2，利用钛不与强酸反应，应加足量盐酸除去过量杂质镁、MgCl2，过滤即得钛。
答案：
（1）A
（2）第一步：
TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO 碳
第二步：
加入足量盐酸，过滤，除去过量镁、MgCl2，洗涤
14．（15分）某铝合金中含有镁、铜、硅，有良好的机械性能、强度大又便于加工，可作轻型结构材料。
为了测定其中铝的含量，有人设计如下实验：
（1）取样品ag。
（2）将样品溶于足量的稀盐酸中，过滤，滤液中主要含有________离子，滤渣中含有
________，在溶解过滤时使用的玻璃仪器有________________。
（3）在滤液中加入过量的氢氧化钠溶液，过滤，写出该步骤操作中反应的离子方程式
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）在第（3）步的滤液中通入足量CO2，过滤，将沉淀用蒸馏水洗涤数次后，烘干并灼烧至质量不再减少为止，冷却后称量，质量为bg。
（5）计算合金中铝的质量分数________。
解析：
该实验的流程为：
（2）发生的反应为Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑，2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，所以滤液中含有Mg2＋、Al3＋，滤渣含有铜、硅。
（3）滤液中加入过量的氢氧化钠溶液后发生以下反应，Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓，
Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O。
（4）中发生的反应：
AlO＋CO2＋2H2O===Al（OH）3↓＋HCO，
2Al（OH）3Al2O3＋3H2O。
（5）设铝的质量为x，根据元素守恒，得关系式为
2Al ～ Al2O3
54102
xbg
x＝g；合金中铝的质量分数为
×100%＝×100%。
答案：
（2）Al3＋、Mg2＋ 铜、硅
烧杯、玻璃棒、漏斗、滤纸、铁架台
（3）Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O，
Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓
（5）×100%
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