第12课-金属材料-2022年暑假初高中衔接化学课(原卷板).docx

第12课时 金属材料

学习目标：
1．了解合金的概念
2．通过实验探究铝和氧化铝、氢氧化铝的性质及转化，认识两性金属、氧化物、氢氧化物
3．能基于物质的量认识化学变化，运用物质的量及相关物理量根据化学方程式进行简单计算，感受定量研究化学科学的重要性。
重点：
1．两性金属、氧化物、氢氧化物
2．物质的量在化学方程式计算中的应用
难点：
1．物质的量在化学方程式计算中的应用

开启新世界
我们知道金属材料包括纯金属和它们的合金，日常使用的金属材料大多数属于合金，这是为什么呢？
合金具有许多优良的物理化学或机械性能，如合金的硬度、熔点不同于其成分金属，可满足不同的需要。合金的性质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加以调节。因此尽管目前已经已经制得的纯金属有几十种，但由这些纯金属制得的合金你达数千种，大大扩展了金属材料的使用范围和价值。
在金属内加入其他元素形成合金后，结构发生了变化，使合金的性能与纯金属有很大差异，例如常见的一些合金的硬度比其他成分金属的大，是因为在纯金属内所所有原子的大小形状都是相同的，原子的排列十分规律，加入或大或小的其他元素原子后，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难，导致合金的硬度变大。
铁合金
生铁和钢都是含碳量不同的两种_________合金。生铁的含碳量为_钢的含碳量为_________。
钢是用量最大、用途最广的合金，根据化学成分可分为______________和_____________。根据碳含量不同，碳素钢可分为___________、___________、____________。
【练习1】生活中使用的金属大多是合金。下列关于合金的描述正确的是
A．一定是金属熔合形成的 B．导电性一般高于任一组分金属
C．生铁和钢的组成成分一定相同 D．熔点一般低于任一组分的金属
【练习2】下列关于合金的说法正确的是
①合金至少含两种金属；②合金中元素以化合物形式存在；③合金中一定含金属；④合金一定是混合物；⑤铁锈是一种铁合金
A．①② B．②③⑤ C．③④ D．③
【练习3】与金属的物理性质无关的是
A．良好的导电性 B．反应中易失去电子 C．延展性 D．导热性
铝和铝合金
铝是地壳中含量最多的金属元素。铝是一种活泼金属，在常温情况下能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜。人们常用的铝制品通常是由铝合金制造的，其表面总是覆盖着致密的氧化铝薄膜，这层薄膜起着保护内部金属的作用。
【实验1】在一支试管中加入5 mL稀盐酸，再向试管中放入一小块铝片。观察现象。过段时间后，将点燃的木条放在试管口，你观察到的什么现象。
【实验现象】刚开始时无明显变化过一段时间后，铝表面有___________生成，将点燃的木条放在试管口，气体___________，并伴有_______声。
用化学方程式解释刚开始无明显变化：_____________________________；用化学方程式解释铝表面有气泡产生：________________________________。
【思考】在工业上，处理含铝的原料时，常常并不用酸处理，而是用碱处理，这是什么原因呢？
从微观角度看，偏铝酸钠[NaAlO2]并不存在，是以四羟基合铝钠存在{Na[Al(OH)4]}，为了记忆方便和书写，写成偏铝酸钠形式。
【实验2】在两支试管中分别加入少量的NaOH溶液，然后向其中一支试管中放入一小块铝片，向另一只试管中放入仔细打磨过的小块铝片。观察现象。过段时间后，将点燃的木条放在试管口，你观察到的什么现象。
【实验现象】刚开始时无明显变化，过一段时间后，铝表面有___________生成，将点燃的木条放在试管口，气体___________，并伴有_______声。
用化学方程式解释刚开始无明显变化：___________________________；用化学方程式解释铝表面有气泡产生：________________________________。
【思考】用双线桥表示铝和氢氧化钠溶液反应的电子转移情况。

铝和氢氧化钠溶液反应实质：

2Al＋2NaOH＋6H2O=2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
或
2Al＋8NaO2H＋61H2O=2NaAlO2＋31H2↑＋6NaO1H＋42H2O（利用同位素标记法）

上述反应中，氧化剂是________________，还原剂是_____________，氧化剂和还原剂物质的量之比为__________。
结合实验1和实验2可以看出，Al及Al2O3既能和酸反应，也能和碱反应，所以铝是两性金属，氧化铝是______________。
【思考】实验室如何制取Al(OH)3？
【实验3】在一支试管中加入1 mL 1 mol/L Al2(SO4)3溶液，逐滴滴加2 mol/L NaOH溶液，记录滴加NaOH溶液体积及溶液现象。
【实验现象】刚开始时，出现白色胶装沉淀，当NaOH溶液体积为_______mL时，沉淀最多。继续滴加NaOH溶液，当NaOH溶液体积为4 mL时停止，沉淀________。
产生沉淀的化学方程式为_____________________________，沉淀溶解的化学方程式为_____________________________。
说明实验室能否用可溶性铝盐和强碱制取Al(OH)3？如果强碱不能使用，那弱碱呢？
【实验4】另取一支试管，加入1 mL 1 mol/L Al2(SO4)3溶液，逐滴滴加2 mol/L 氨水，记录滴加氨水体积及溶液现象。
【实验现象】刚开始时，出现白色胶装沉淀，当氨水体积为_______mL时，沉淀最多。继续滴加氨水至4 mL时停止，沉淀________。
说明实验室能否用可溶性铝盐和弱碱制取Al(OH)3？
【思考】从物质的分类来看，Al(OH)3属于碱，是否有碱的通性呢？
【实验5】用【实验3】与【实验4】所得到的溶液（沉淀不去除），分别向两支试管中滴加 2 mol/L 稀盐酸，并记录滴加稀盐酸的体积及试管内现象。
【实验现象】向【实验3】所得溶液中滴加稀盐酸时，刚开始滴加时出现_________，当稀盐酸体积为1 mL时，沉淀最多。继续滴加稀盐酸，沉淀___当稀盐酸质量为______mL时，沉淀完全溶解。
向【实验4】所得溶液中滴加稀盐酸时，先无明显变化，当稀盐酸体积为1 mL时，沉淀__________，当稀盐酸质量为______mL时，沉淀完全溶解。
实验3中，产生沉淀的化学方程式：_____________________________________，沉淀溶解的化学方程式____________________________________，实验5中出现沉淀的化学方程式_______________________，沉淀溶解的化学方程式____________________________。
实验4中，产生沉淀的化学方程式__________________________。
通过【实验3】、【实验4】和【实验5】可以看出，Al(OH)3技能和酸反应，也能和碱反应，所以Al(OH)3是____________________。
尝试写出向NaAlO2溶液中通入CO2的化学方程式。
向具可溶性铝盐溶液中滴加NaOH溶液时，沉淀质量—NaOH溶液体积图像如下图：
沉淀质量

| | | |
1 2 3 4 NaOH溶液体积
【练习4】下列金属中，表面能形成致密氧化层，保护内层金属不被空气氧化的是
A．Al  B．Cu C．Na D．Fe
【练习5】有些物质既能够与酸反应，又能够与碱反应。以下不符合的是
A．氧化铝 B．氯化铝 C．碳酸铵 D．碳酸氢钠
【练习6】把a g铁铝合金粉末溶于足量盐酸中，加入过量NaOH溶液，过滤出沉淀，经洗涤、干燥、灼烧，得到红棕色粉末的质量仍为a g，则原合金中铁的质量分数为
A．70％ B．52．4％ C．47．6％ D．30％
【练习7】将3．9 g镁铝合金，投入500 mL 2 mol·L—1的盐酸中，合金完全溶解，再加入5 mol·L—1的NaOH溶液，若要生成的沉淀最多，加入的NaOH溶液的体积是
A．100 mL B．150 mL C．200 mL D．250 mL
完成下图“铝及其化合物之间的转化”
③
①
AlCl3
⑤
④
②

⑨
⑧
⑥

⑦
Al Al2O3 Al(OH)3
⑬
⑫
⑪
⑩

AlO— 2
物质的量在化学方程式计算中的应用
物质是由原子、分子、离子等粒子构成的，物质之间的化学反应也是这些粒子按照一定的数目关系进行的，化学方程式中的化学计量数可以明确的表示出化学反应中粒子之间的数目关系。例如

2Na ＋ 2H2O = 2NaOH ＋ H2↑
化学计量数之比 2 ： 2 ： 2 ： 1
扩大6×1023倍 2×6×1023 ： 2×6×1023 ： 2×6×1023 ： 1×6×1023
物质的量之比 2 mol ： 2 mol ： 2 mol ： 1 mol

由此可以看出，化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质的物质的量之比。因此物质的量、摩尔质量、物质的量浓度、气体摩尔体积英语与化学方程式进行计算时，对于定量研究化学反应中各物质之间量的关系会更加方便。
【例题1】250 mL 2 mol/L的硫酸与足量的铁完全反应。计算
（1）参与反应铁的物质的量；
（2）生成的H2的体积（标准状况）。
【分析】根据硫酸的体积和物质的量浓度，可计算出参与反应的H2SO4的物质的量，然后根据化学反应中各物质之间的化学计量数之比，计算出参与反应的铁的物质的量和生成H2的体积。
∴参与反应的H2SO4物质的量为：0．25 L×2 mol/L = 0．5 mol
Fe ＋ H2SO4 = FeSO4 ＋ H2↑
1 mol 1 mol 22．4 L
n(Fe) 0．5 mol V(H2)

1 moln(Fe) = 1 mol0．5 mol = 22．4 LV(H2)
解得 n(Fe) = 0．5 mol，V(H2) = 11．2 L
答：参与反应的铁的物质的量为0．5 mol，产生的H2体积在标准状况下为11．2 L。
【练习8】标准状况下，3．25 g锌与足量的盐酸反应生成x L氢气。下列比例式正确的是(　　)
A．Zn＋2HCl = ZnCl2＋H2↑ B．Zn＋2HCl = ZnCl2＋H2↑
　1 mol　　 1 mol 65 g　　 1 L
　3．25 g　　 x L 3．25 g　　 x L

C．Zn＋2HCl = ZnCl2＋H2↑ D．Zn＋2HCl = ZnCl2＋H2↑
　1 mol　　 22．4 L 65 g 1 mol
　0．05 mol　　 x L 3．25 g x L

课堂练习
1．在我国“神舟”14号载人飞船升空时，为了防止飞船与大气层摩擦产生的高温而引起燃烧，应选用某种特殊的材料覆盖在非常表面，这种材料应该具有的性质是
A．良好的导电性 B．良好的导热性
C．密度大，能增大飞船的惯性 D．强度高，耐高温
2．小明家藏了一尊清末的铝制佛像，至今保存完好。其未被锈蚀的主要原因
A．不易发生化学反应 B．铝的氧化物易发生氧化还原反应
C．铝不易被氧化 D．铝易被氧化，但氧化物具有保护内部铝的作用
3．氧化铝的熔点很高，常用于制造耐火材料，如制作坩埚，下列操作不能在氧化铝坩埚中进行的是
A．加热胆矾失去结晶水 D．加热高锰酸钾分解
C．加热熔化烧碱 D．加热分解碱式碳酸铜
4．工业上用某种氧化铝矿石(含杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图所示：

对上述流程中的判断正确的是
A．试剂又可以是氨水，沉淀中含有铁的化合物
B．工业上可采用Fe还原Al2O3的方法制Al，但成本较高
C．上述流程中涉及的反应都不是氧化还原反应
D．反应I中生成Al(OH)3的反应为：CO2＋AlO— 2＋2H2O = Al(OH)3↓＋HCO— 3
5．下列说法不正确的是
A．如果有少量酸滴到实验桌上，应立即用湿抹布擦净，然后用水冲洗抹布
B．待铜与浓硫酸反应停止并冷却后，可将水慢慢倒入试管中，观察溶液颜色
C．用容量瓶配制溶液时，若加水时不慎超过了刻度线，则需要重新配制溶液
D．将未打磨的铝片放入NaOH溶液中，一段时间后产生气泡，说明铝、氧化铝均能与NaOH溶液反应
6．下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是
A．Al2O3熔点很高，可作耐高温材料
B．液氨极易溶于水，可用作制冷剂
C．HNO3具有挥发性，可用来制硝酸盐
D．NH4HCO3受热易分解，可用作氮肥
7．将3．6 g含有杂质铝的金属镁与足量的稀硫酸反应，在标准状况下产生氢气的体积(V)为
A．V = 4．8 L B．V = 3．36 L
C．2．98 L＜V＜3．36 L D．3．36 L＜V＜4．48 L
8．准确称取6 g铝土矿(含Al2O3、Fe2O3、SiO2)样品，放入盛有100 mL 稀H2SO4溶液的烧杯中，充分反应后过滤去掉沉淀，向滤液中加入10 mol/L的NaOH溶液，产生沉淀的质量和加入的NaOH溶液的体积(mL)如图所示。试回答下列问题：
（1）当加入NaOH溶液的体积超过35mL时所发生的反应的离子方程式___________________________。
（2）铝土矿中Al2O3的物质的量为
（3）若a = 2．6，稀硫酸溶液的物质的量浓度为______

能力提升
1．铁和铁合金是生活中常见的材料，下列说法正确的是
A．纯铁的熔点低于铁合金 B．纯铁和铁合金都能导电、传热
C．纯铁的硬度和强度都高于铁合金 D．不锈钢是铁合金，只含金属元素
2．下列关于金属铝的叙述中，不正确的是
A．铝的化学性质很活泼，但在空气中不易锈蚀
B．铝箔在空气中受热可以熔化，且发生剧烈燃烧
C．等质量的铝分别与足量盐酸、氢氧化钠溶液反应放出的气体物质的量相等
D．铝的熔点比氧化铝低
3．某合金与铁的物理性质的比较如下表所示：

熔点/℃
密度/g/cm3
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
还知该合金耐腐蚀强度大。从以上性能看，该合金不适合作
A．炉具 B．飞船外壳 C．导线 D．建筑门窗
4．将等质量的钠、镁、铝分别投入100 mL 1 mol/L硫酸溶液中，充分反应后产生的气体在相同状况下的体积分别是V1 L、V2 L、V3 L，则下列关系中一定不成立的是
A．V1 ＜ V2 ＜ V3 B．V1 ＜ V2 = V3 C．V1 = V2 = V3 D．V1 ＞ V2 ＞ V3
5．把a L含(NH4)2SO4、NH4NO3的混合溶液分成两等份，一份用b mol烧碱刚好把NH3全部赶出，另一份与BaCl2溶液完全反应消耗c mol BaCl2，则原溶液中c(NO— 3)为（       ）
A． b — 2ca mol·L—1 B．2b — 4ca mol·L—1
C．2b — 2ca mol·L—1 D．2c — 4ba mol·L—1
6．甲乙两烧杯中各盛有600 mL相同浓度的盐酸和氢氧化钠溶液。向两烧杯中分别加入等质量的16．2g铝粉，反应结束后，测得生成的气体体积比为V甲∶V乙 = 1：2 ，则下列说法正确的是
①甲烧杯中盐酸不足；②乙烧杯中铝过量；③甲烧杯中生成的气体体积为10．08 L；④乙烧杯c(NaOH) = 1．5 mol·L—1
A． ①④                                     B． ②④                                     C． ②③                                     D． ①③
7．将一定质量的镁、铝合金投入100 mL一定物质的量浓度盐酸中，合金全部溶解，向所得溶液中滴加4 mol /LNaOH溶液至过量，生成沉淀的质量与加入NaOH溶液的体积关系如图(横坐标体积单位是mL，纵坐标质量单位是g)，求：
（1）原合金中Mg、Al质量各多少克?_________
（2）盐酸的物质的量浓度c(HCl)=____________