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2020-2021学年高中化学 第三章 铁 金属材料 第二节 第1课时 合金学案 新人教版必修1

2020-2021学年高中化学 第三章 铁 金属材料 第二节 第1课时 合金学案 新人教版必修1

年级：
姓名：

- 11 -

第1课时　合金
课程目标
素养目标
1.了解合金的含义及特性。
2．了解铁合金、铝合金的分类、组成和用途。
3．掌握铝及其氧化物的重要性质。
1.宏观辨识：通过了解常见合金的组成和结构，全面认识合金的特征和性能。
2．科学态度：根据不同合金的具体性能，正确选用金属材料，以便更好地为人类社会服务。

授课提示：对应学生用书第52页

一、合金
1．合金的概念和特性
概念
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
性能
硬度
硬度一般大于它的纯金属成分
熔点
熔点一般低于它的成分金属
与纯金属材料相比，合金具有优良的物理性质、化学性质和机械性能
2.常见合金
(1)铁合金。

(2)铝合金。
硬铝是一种常见铝合金，其成分含Al、Cu、Mg、Mn、Si。它的密度小、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)铜合金。

3．新型合金(根据用途可分为)

二、铝和铝的氧化物
1．铝与氧气的反应
(1)现象：铝箔熔化，失去金属光泽，但熔化的铝并不滴落。
(2)化学方程式：4Al＋3O22Al2O3。
(3)通常情况下，铝不用密封保存，因为铝在空气中易形成氧化铝保护膜，阻止了铝的继续氧化。
2．铝与氢氧化钠溶液的反应
铝分别与盐酸、NaOH溶液反应的对比实验
实验操作

实验现象
试管中 有气泡冒出，铝片慢慢溶解；点燃的木条放在试管口时发出爆鸣声
化学方程式
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
离子方程式
2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
3.氧化铝分别与盐酸和氢氧化钠溶液的反应
Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O，
Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O。
氧化铝属于两性氧化物。
[牛刀小试]
1．合金有许多特点，如Na—K合金为液体，而Na和K的单质均为固体。据此试推测生铁、纯铁、碳三种物质熔点最低的是(　　)
A．纯铁 B．生铁
C．碳 D．无法确定
解析：合金的硬度一般比各成分金属的大，熔点一般比各成分金属的低；生铁是铁碳合金，其熔点应比碳和铁的熔点低。
答案：B
2．等体积、等物质的量浓度的盐酸、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∶7，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
解析：因为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，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，而今产生H2的体积比：<<1，所以反应的情况为铝过量，盐酸不足；铝不足，氢氧化钠过量。
答案：B

授课提示：对应学生用书第53页

要点一　常见合金的重要应用

[典例1]　合金是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。
(1)下列物质不属于合金的是________(填字母序号，下同)。
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．①② B．①③
C．①④ D．②④
(3)镁铝合金与盐酸完全反应后，加入过量的氢氧化钠溶液，最后的结果是________。
A．没有沉淀物生成
B．只有氢氧化铝沉淀生成
C．只有氢氧化镁沉淀生成
D．有氢氧化铝和氢氧化镁沉淀生成
[答案]　(1)A　(2)B　(3)C

(1)合金的组成
①合金中一定有金属元素，也可能含有非金属元素。
②合金一般是混合物，没有固定的熔点。
(2)合金的性质
①合金的熔点一般比成分金属的低。
②合金在硬度、密度、强度以及其他一些机械性能上要优于成分金属。
③合金具有金属特性，如导热、导电性。
④合金中各成分金属的化学性质不变。

[题组训练]
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：硬铝是铝、铜、镁、锰等形成的合金；黄铜是铜锌合金；钢是铁碳合金；而水银是纯净的汞单质。
答案：D
2．对于合金的说法，不正确的是(　　)
A．常见的铜合金是青铜和黄铜
B．合金与各组分金属相比一般具有更低的熔点
C．钢是铁和碳的合金，生铁则是纯铁
D．合金与各组分金属相比一般具有更大的硬度
解析：生铁是含碳量比钢更高的铁和碳的合金。
答案：C

要点二　金属材料的选用

1．正确使用金属材料的几个方面

2．正确选用金属材料的一般思路
(1)金属的性质决定其主要用途，在选用材料时应首先考虑其性质与用途的一致性。
(2)所选材料的强度、机械性能、外观、加工难度等主要从金属的物理性质考虑，如密度、硬度、延展性、导电性、导热性、强度等。
(3)材料的稳定性、日常维护应从其化学性质考虑，如在空气、水、酸、碱、盐环境的化学稳定性及耐腐蚀性等。
(4)材料的经济性，如价格，应从原料的储量、开采与冶炼难度等方面考虑。
3．金属的回收和资源保护
(1)废旧金属的最好处理方法是回收利用。
(2)回收利用废旧金属的意义是减少垃圾量，防止污染环境且缓解资源短缺的矛盾。
[典例2]　化学行业把材料分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料等。金属材料在现实生活中有极为重要的作用。下列金属材料的用途与金属所具有的性质不相符的是(　　)
A．制造白炽灯灯丝——熔点高
B．制造飞机——硬度大而密度小
C．制造保险丝——硬度大
D．制造盛装化工原料的容器——耐腐蚀
[答案]　C
[题组训练]
3．选择不锈钢作为家用炊具，主要是因为(　　)
A．耐酸碱腐蚀、不易生锈、美观、导热性能好
B．含铁元素，是人体必需的微量元素
C．价格比纯铁制品便宜
D．更容易加工成型
解析：不锈钢是含有镍、铬元素的铁合金，主要成分还是铁；不锈钢耐腐蚀性很强，但不锈钢并不是比纯铁制品价格便宜，也不易加工成型。
答案：A
4．选用金属材料时，以下方面需要考虑的是(　　)
①主要用途　②物理性质、化学性质　③价格　④加工难度　⑤日常维护　⑥对环境的影响
A．①②③ B．③④⑤　　C．①⑤⑥　　D．全部
解析：在选用材料时要综合考虑所选材料的性能、价格、加工难度、日常维护、对环境的影响等因素，从众多材料中选取合适者。
答案：D
要点三　铝与酸、碱液反应生成H2的量的关系

1．反应原理

2．量的关系
(1)定量关系
(2)铝与盐酸、氢氧化钠溶液反应产生氢气体积关系归纳：
反应物的量
产生H2的体积关系
等量的铝分别与足量盐酸和氢氧化钠溶液反应
＝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
＝
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
<<1
[典例3]　甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·L－1的盐酸和氢氧化钠溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后测得生成的气体体积比为1∶2，则加入的铝粉质量为(　　)
A．5.4 g B．3.6 g
C．2.7 g D．1.8 g
[解析]　由2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑可知，若两份等质量的Al都完全反应时，生成H2的量相等，消耗HCl与NaOH的物质的量不相等。实际上HCl、NaOH同为0.3 mol，且已知生成H2的体积比为1∶2，所以发生反应时分别为HCl不足，Al过量；NaOH过量，Al不足。与0.3 mol HCl完全反应的Al的质量为2.7 g，则由生成H2的体积比为1∶2可知，反应的Al的质量之比也为1∶2，即与NaOH溶液反应的Al的质量为5.4 g。
[答案]　A
[题组训练]
5．称取两份铝粉，第一份加入足量的盐酸，第二份加入足量的烧碱。若同温同压下放出相同体积的气体，则两份铝粉的质量比为(　　)
A．1∶1 B．2∶3
C．3∶2 D．1∶6
解析：由2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑可知，当盐酸、烧碱溶液足量，同温同压下放出相同体积的H2，则消耗的铝粉是一样多的。
答案：A
6．铝是典型的两性金属，既能与酸反应，又能与强碱溶液反应。回答下列问题：
(1)在铝与盐酸和氢氧化钠溶液的反应中，铝元素化合价的变化都是________，还原剂都是________。
(2)1 mol的铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应，生成氢气的体积在相同状况下比值为________，消耗氯化氢和氢氧化钠的物质的量之比为________。
(3)甲、乙两个烧杯中分别盛有100 mL 4.0 mol·L－1的盐酸和100 mL 4.0 mol·L－1氢氧化钠溶液，向两个烧杯中都加入5.4 g铝粉，在相同状况下产生气体的体积比为________。
解析：由2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑可知：
①1 mol铝消耗3 mol氯化氢，生成 mol氢气；
②1 mol铝消耗1 mol氢氧化钠，生成 mol氢气。
③5.4 g(即0.2 mol)铝与0.4 mol盐酸(不足量)反应时，生成氢气0.2 mol；
④5.4 g(即0.2 mol)铝与0.4 mol氢氧化钠溶液(过量)反应时，生成氢气0.3 mol。
答案：(1)由0价变为＋3价　铝　(2)1∶1　3∶1　(3)2∶3

授课提示：对应学生用书第55页

1．铝镁合金因坚硬、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
解析：窗框、卷帘门、防护栏的导电性需较弱，否则易触电。
答案：B
2．足量的下列物质与相同质量的铝反应，放出氢气且消耗溶质的物质的量最少的是 (　　)
A．氯化钠溶液 B．稀硫酸
C．盐酸 D．氢氧化钠溶液
解析：氯化钠溶液与铝不反应，可排除A项；NaOH溶液、稀硫酸、稀盐酸均可与Al反应产生氢气，其对应关系分别为2NaOH～2Al,3H2SO4～2Al,6HCl～2Al，故与相同质量的铝发生反应，消耗NaOH的物质的量少。
答案：D
3．下列说法正确的是(　　)
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
解析：虽然Al2O3难溶于水，但是加热Al(OH)3发生的反应：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O，Al2O3和Al(OH)3中Al的化合价相同，所以Al2O3是Al(OH)3对应的氧化物。金属氧化物与碱性氧化物是两个不同的概念，二者没有因果联系。Al2O3是两性氧化物，能与强酸、强碱反应。
答案：D
4．某合金与铁的物理性质的比较如下表所示：

熔点/℃
密度/(g·cm－3)
硬度(金刚石为10)
导电性(银为100)
某合金
2 500
3.00
7.4
2.3
铁
1 535
7.86
4.5
17
还知该合金耐腐蚀、强度大。从以上性能看，该合金不适合做(　　)
A．导线 B．门窗框
C．炉具 D．飞机外壳
解析：由于该合金的硬度较大且耐腐蚀，所以可以用作门框、炉具和制造飞机的材料，但由于其导电性差，所以不适合做导线。
答案：A
5．历史上金、银、铜主要是作为货币金属或装饰品被应用。
(1)金、银、铜常被作为钱币流通，从化学角度来看，主要是利用它们的________。
A．硬度适中
B．密度适中
C．在自然界里都可得到纯净的单质
D．不活泼性
(2)一位收藏者有一枚表面是黑色，且有少量绿色锈状物的货币，这肯定是____币，黑色物质是________，形成这种物质的化学方程式为______________________，绿色物质是________，这枚金属币的真面目为________色。另外一枚是闪闪发光的黄色金属币，它肯定是________币，表面一直未被氧化的原因是________。
(3)不法分子有时用铜锌合金制成假金币行骗。下列方法中能有效鉴别其真假的是________。
A．观察颜色
B．查看图案
C．用手掂量轻重
D．滴一滴硝酸在金属币的表面，观察现象
解析：(1)金、银、铜都属于不活泼金属，易加工，因此，在历史上都曾经用作货币。(2)铜稳定性略微差一些，容易与氧气等物质反应而“生锈”。金的化学性质最不活泼，在空气中更稳定。(3)有些假金币外形逼真，看上去也是“金光闪闪”，密度和真金币差不太多，手不太容易掂出来。假金币中的Zn、Cu均可与硝酸反应产生大量气泡，而Au不与硝酸反应。
答案：(1)D　(2)铜　氧化铜
2Cu＋O2===2CuO　Cu2(OH)2CO3　红　金　金不活泼，不易被氧化　(3)D