高一化學(xué)人教版學(xué)案第三章第二節(jié)第1課時合金

第二節(jié)金屬材料第1課時合金一、合金和鐵合金1．合金(1)合金的特點①合金具有許多優(yōu)良的物理、化學(xué)或機械性能，如合金的硬度、熔點不同于其成分金屬。②合金的性能可以通過所添加的合金元素的種類、含量和生成合金的條件等加以調(diào)節(jié)。(2)合金的結(jié)構(gòu)純金屬形成合金后，硬度變大的原因為改變了金屬原子有規(guī)則的層狀排列，使原子層之間的相對滑動變得困難。合金與純金屬的性能差異2．鐵合金二、鋁、鋁合金和新型合金1．鋁(1)Al與O2反應(yīng)：常溫下能與空氣中的O2發(fā)生反應(yīng)，表面形成一層致密的氧化鋁薄膜。其反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Al＋3O2=2Al2O3。(2)鋁既能與酸反應(yīng)又能與堿反應(yīng)寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式和離子方程式：2．氧化鋁與酸或堿溶液都能反應(yīng)生成鹽和水，寫出下列反應(yīng)的離子方程式：3．兩性氧化物：既能與酸反應(yīng)生成鹽和水，又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物，如Al2O3。1．判斷下列說法是否正確：(1)合金中只存在金屬元素，不可能有非金屬元素。(×)提示：合金材料中可能含有非金屬元素，如生鐵中含有碳。(2)鎳、鐵熔制成不銹鋼的過程發(fā)生了化學(xué)變化。(×)提示：鐵和鎳制成不銹鋼中它們的化學(xué)性質(zhì)沒有改變，發(fā)生的是物理變化。(3)Al2O3既能與鹽酸反應(yīng)，又能與NaOH反應(yīng)，所以Al2O3是兩性氧化物。(√)提示：Al2O3既能與酸反應(yīng)，又能與強堿反應(yīng)，屬于兩性氧化物。(4)鋁和鹽酸、NaOH溶液的反應(yīng)中，鋁作還原劑。(√)提示：鋁和鹽酸、NaOH溶液的反應(yīng)中，鋁元素的化合價均升高為＋3價，鋁作還原劑。2．收藏的清末鋁制藝術(shù)品至今保存完好，該藝術(shù)品未被銹蝕的主要原因是()A．鋁不易被氧化B．鋁的氧化物在空氣中易變成鋁C．鋁不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)D．鋁易氧化，形成的氧化膜有保護作用【解析】選D。A.鋁為活潑金屬，易被氧氣氧化，A錯誤；B.氧化鋁性質(zhì)穩(wěn)定，不易在空氣中還原成鋁單質(zhì)，B錯誤；C.鋁為活潑金屬，易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，C錯誤；D.鋁與氧氣反應(yīng)生成一層致密的氧化膜，這一層氧化膜使內(nèi)部的鋁與外界的空氣隔絕，對內(nèi)部的鋁起到保護作用，所以鋁制藝術(shù)品至今保存完好，藝術(shù)品未被銹蝕，D正確。3．教材中描述“金屬材料包括純金屬和它們的合金”，所有的金屬都可以熔合成合金嗎？提示：并不是所有金屬均可以熔合成合金。若一種金屬的熔點大于另一種金屬的沸點，則二者不能形成合金。4．2020年11月24日，我國在文昌航天發(fā)射場成功發(fā)射嫦娥五號探測器。月球在白天時的地面溫度高達150℃，而到了夜晚，溫度又跌落到零下180℃！嫦娥五號探測器使用了大量合金材料，試分析這些合金材料應(yīng)具有哪些性質(zhì)。提示：密度小、強度大、既耐高溫又耐低溫等。合金的組成與性質(zhì)超級鋼的開發(fā)和應(yīng)用已成為國際上鋼鐵領(lǐng)域的研究熱點，是鋼鐵領(lǐng)域的一次重大革命。超級鋼的晶粒直徑僅有1微米，為一般鋼鐵的1/10～1/20，所以它的組織細膩，強度高，韌性也很大。探究合金的組成及性質(zhì)1．超級鋼含有Mn、C、Al、V等元素，它的性質(zhì)是各成分金屬的性質(zhì)之和嗎？提示：不是。合金具有許多優(yōu)良的物理、化學(xué)性質(zhì)和機械性能，在物理性質(zhì)、機械性能方面優(yōu)于各成分金屬，不是簡單地加合；但一般認為在化學(xué)性質(zhì)上，合金體現(xiàn)的是各成分金屬的化學(xué)性質(zhì)。2．查閱資料可得：超級鋼的熔點是1350～1460℃，則可推斷純鐵的熔點是下列的哪一個？______。A．1085℃B．1160℃C．1200℃D．1535℃提示：D。合金的熔點低于成分金屬的熔點。生鐵為合金，熔點是1350～1460℃，鐵的熔點應(yīng)高于1460℃。3．有同學(xué)認為，超級鋼性能優(yōu)良，耐腐蝕，即使遇到稀鹽酸也不會被腐蝕，這種說法正確嗎？試用化學(xué)方程式說明。提示：不正確?；瘜W(xué)方程式：Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑；2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑。4．已知銅的熔點為1083℃，鈉的沸點為883℃，試問銅與鈉能否形成合金？提示：不能。因為當(dāng)銅開始熔化時，鈉已經(jīng)氣化，所以二者不能形成合金。1．合金的形成條件(1)金屬與金屬形成合金時：合金是金屬在熔化狀態(tài)時相互混合形成的，熔化時的溫度需達到成分金屬中熔點最高的金屬的熔點，但又不能超出成分金屬中沸點最低的金屬的沸點。一種金屬的熔點高于另一種金屬的沸點時則不能形成合金。(2)金屬與非金屬形成合金時：部分不活潑非金屬與金屬可形成合金，活潑非金屬與活潑金屬則不能形成合金。2．合金的組成及性能(1)合金中一定含有金屬元素，可能含有非金屬元素。(2)合金是混合物，不是化合物。(3)合金具有金屬特性，如導(dǎo)電、傳熱等。(4)合金形成后會影響各成分金屬的物理性質(zhì)，如合金的熔點一般比各成分金屬低，而硬度、機械強度一般比各成分金屬高；但一般來說各成分金屬均保持了其原有的化學(xué)性質(zhì)?！舅伎加懻摗吭獙毜某煞质茿u，有些不法之徒卻用Cu-Zn合金制成假元寶、假首飾來騙人。運用你所學(xué)的知識，想一想用什么方法可以揭穿他們呢？提示：(1)火燒法：俗話說真金不怕火煉，火燒后真金顏色不變，Cu-Zn合金表面變暗。(2)酸溶法：用醋酸或鹽酸浸泡，若有氣泡產(chǎn)生，則為假元寶?！镜淅宽阡\鎘(Te－Zn－Cd)合金可以用于制造紅外探測器的基礎(chǔ)材料，下列有關(guān)它的敘述中錯誤的是()A．它是由Te、Zn、Cd按一定比例發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成的B．它易導(dǎo)電、導(dǎo)熱，具有延展性C．它的熔沸點比Zn的低D．它的硬度和強度比Cd的大【解析】選A。碲鋅鎘合金是由Te、Zn、Cd按一定比例熔合而成的具有金屬特性的合金，沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；合金具有比成分金屬低的熔沸點、高的硬度和強度。(1)鎂鋁熔合成合金的過程是否發(fā)生了化學(xué)變化？(關(guān)鍵能力—歸納與論證)提示：鎂鋁熔合成合金的過程只發(fā)生了物理變化，沒有發(fā)生化學(xué)變化。(2)人類最早使用的合金是生鐵。這種說法是否正確？(關(guān)鍵能力—分析與推測)提示：錯誤。人類歷史上使用最早的合金是青銅。【易錯提醒】(1)常溫下，多數(shù)合金是固態(tài)，但鉀、鈉合金呈液態(tài)。(2)合金的性質(zhì)不是各成分金屬的性質(zhì)之和。合金具有許多良好的物理、化學(xué)和機械性能，在許多方面不同于各成分金屬，不是簡單加和；但在化學(xué)性質(zhì)上，一般認為合金體現(xiàn)的是各成分金屬的化學(xué)性質(zhì)。(3)不同金屬熔合形成合金不發(fā)生化學(xué)變化?！緜溥x例題】用于制造飛機的材料應(yīng)具備高比強度(斷裂強度/密度)，還應(yīng)具備密度小、質(zhì)地輕的特點。以波音747為例，機身每減輕1kg，因耗油減少，一年可獲利2000美元。你認為下列材料中可用于飛機制造業(yè)的是()A．Mg-Al合金B(yǎng)．黃銅(Cu-Zn合金)C．Na-K合金 D．生鐵(Fe-C合金)【解析】選A。黃銅、生鐵密度較大，且生鐵易斷裂，Na-K合金熔點低，常溫下為液體，選項B、C、D不正確。1．下列關(guān)于鐵和鐵合金的有關(guān)說法錯誤的是()A．工業(yè)上用一氧化碳將鐵礦石中的鐵還原出來B．不銹鋼抗腐蝕性能好，長期使用絕對不會生銹C．制造鐵軌、船舶、橋梁的碳素鋼是鐵和碳的合金D．使用鐵鍋炒菜能為人體提供微量的鐵元素【解析】選B。一氧化碳具有還原性，可以將鐵礦石中的鐵還原出來；在相同條件和環(huán)境下，不銹鋼較碳素鋼而言不易生銹，但長期使用也會生銹；碳素鋼是鐵和碳的合金；鐵是人體需要的微量元素，使用鐵鍋炒菜能為人體提供微量的鐵元素。2．(2021·金華高一檢測)四氯化鈦(TiCl4)是制取航天航空工業(yè)材料——鈦合金的重要原料。由鈦鐵礦(主要成分是FeTiO3)制備TiCl4等產(chǎn)品的一種工藝流程示意圖如下：回答下列問題：(1)往①中加入鐵屑至浸出液顯紫色，此時溶液仍呈強酸性。該過程中有如下反應(yīng)發(fā)生：2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋2TiO2＋(無色)＋Fe＋4H＋=2Ti3＋(紫色)＋Fe2＋＋2H2OTi3＋(紫色)＋Fe3＋＋H2O=TiO2＋(無色)＋Fe2＋＋2H＋加入鐵屑的作用是__________________。(2)在②→③工藝過程中需要控制條件以形成TiO2·nH2O溶膠，該溶膠的分散質(zhì)顆粒直徑大小在__________________范圍。(3)上述工藝具有成本低、可用低品位礦物為原料等優(yōu)點。依據(jù)綠色化學(xué)理念，該工藝流程中存在的不足之處是__________________(只要求寫出一項)?！窘馕觥?1)從圖中可以看出，對①進行處理的目的是得到富含TiO2＋的溶液和綠礬(FeSO4·7H2O)，所以加入鐵粉的目的是將Fe3＋還原為Fe2＋，同時將部分TiO2＋還原成Ti3＋，以防止Fe2＋被氧化成Fe3＋。(2)膠體的分散質(zhì)微粒直徑大小在1～100nm之間。(3)該反應(yīng)產(chǎn)生廢渣、廢液和廢氣，不符合綠色化學(xué)的零排放要求。答案：(1)使Fe3＋還原為Fe2＋，生成Ti3＋保護Fe2＋不被氧化(2)1～100nm(3)產(chǎn)生“三廢”【補償訓(xùn)練】(2021·日照高一檢測)純鐵的熔點為1535℃，而高爐中煉鐵時生鐵(含碳量較高的鐵合金)在1200℃左右就熔化了，這是因為()A．鐵的純度越高，熔點越低B．合金的熔點比其成分物質(zhì)的熔點高C．形成了鐵碳合金，所以熔點變低D．在高爐中熔化的過程發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)【解析】選C。合金的熔點比成分金屬低。古代的“藥金”外觀與金相似，常被誤認為金子。它的冶煉方法：將爐甘石(ZnCO3)、赤銅(Cu2O)和木炭混合加熱至800℃，得金光閃閃的“藥金”。(1)則“藥金”的主要成分是什么？提示：Cu、Zn。(2)寫出生成“藥金”的化學(xué)方程式。提示：C＋2Cu2Oeq\o(=,\s\up7(高溫))4Cu＋CO2↑、C＋2ZnOeq\o(=,\s\up7(高溫))2Zn＋CO2↑。(3)“藥金”是否屬于合金？提示：“藥金”屬于合金。(4)“藥金”加入足量稀硫酸中，是否會完全溶解？提示：不會?！八幗稹敝械腃u與稀硫酸不反應(yīng)。鋁和氧化鋁的性質(zhì)2020年，我國國產(chǎn)大客機C919加快了試飛節(jié)奏。在6月底和7月底相繼完成失速改出傘測試和大坡度機動測試的同時，其配備的國產(chǎn)發(fā)動機CJ－1000A也完成了鳥擊測試。C919的機身采用國產(chǎn)鋁合金材料，使其重量更輕，堅固性更強。探究鋁和氧化鋁的性質(zhì)1．將制造C919的鋁合金放入氫氧化鈉溶液中會有氣泡產(chǎn)生，寫出發(fā)生該現(xiàn)象的化學(xué)方程式及離子方程式，并指出氧化劑與還原劑?；瘜W(xué)方程式：2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑；離子方程式：2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))＋3H2↑；氧化劑：H2O；還原劑：Al。2．將一鋁片放入NaOH溶液，開始沒有氣泡，一段時間后才有氣泡，為什么開始沒有氣泡？寫出開始時反應(yīng)的離子方程式。原因：鋁表面易形成一層致密的氧化物薄膜，開始時氧化膜(Al2O3)先與NaOH反應(yīng)，開始沒有氣泡。離子方程式：Al2O3＋2OH－=2AlOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))＋H2O。3．根據(jù)鋁的性質(zhì)，如何除去鎂粉中的鋁粉？方法：將樣品加入足量氫氧化鈉溶液，然后過濾、洗滌、干燥。Al、Al2O3的主要反應(yīng)及轉(zhuǎn)化【誤區(qū)警示】鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)中鋁作還原劑，水作氧化劑，NaOH無電子得失。用雙線橋法和單線橋法分別表示為2Al＋2NaOH＋6H2O=2NaA失2×3e－lO2＋3H得6×e－2↑＋4H2O；2Al＋2NaOH＋6H6e－2O=2NaAlO2＋3H2↑＋4H2O?！舅伎加懻摗績尚匝趸锏母拍顬榧饶芘c酸反應(yīng)生成鹽和水，又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物，氧化鋁是典型的兩性氧化物。氧化鋁能和所有的酸或堿發(fā)生反應(yīng)嗎？提示：不能。在常溫下，氧化鋁能與氫氧化鈉等強堿反應(yīng)，但像NH3·H2O這樣的弱堿不能與氧化鋁反應(yīng)。在常溫下，強酸如稀鹽酸能與氧化鋁反應(yīng)，但像H2CO3這樣的弱酸不能與氧化鋁反應(yīng)?！镜淅胯F和鋁是科技、生產(chǎn)、生活中應(yīng)用最廣泛的金屬材料?，F(xiàn)有鐵、鋁的混合物進行如下實驗：(1)操作X的名稱是____________。(2)氣體A是______________。(3)A與Cl2混合光照可能發(fā)生爆炸，生成__________(填化學(xué)式)，A在該反應(yīng)中作為______________(填“氧化劑”或“還原劑”)。(4)溶液B中陰離子除OH－外還有____________，溶液D中存在的金屬離子為______________。【思維建?！拷獯鸨绢愒囶}的思維流程如下：【解析】金屬混合物中Fe與NaOH溶液不反應(yīng)，而Al可以與NaOH溶液反應(yīng)產(chǎn)生NaAlO2、H2，NaAlO2易溶于水，所以氣體A是H2，溶液B是NaAlO2與NaOH的混合溶液，固體C是Fe，F(xiàn)e是比較活潑的金屬，與HCl發(fā)生置換反應(yīng)產(chǎn)生FeCl2和氫氣，因此溶液D為FeCl2。(1)操作X的名稱是分離難溶性的固體與可溶性液體混合物的方法，名稱是過濾；(2)氣體A是H2；(3)A是H2，H2和Cl2的混合氣體光照會發(fā)生爆炸，反應(yīng)生成HCl，在該反應(yīng)中，氫元素的化合價升高，失去電子，被氧化，所以H2作還原劑；(4)溶液B是反應(yīng)產(chǎn)生的NaAlO2與過量的NaOH的混合溶液，所以溶液B中陰離子除OH－外還有AlOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))；鐵可以和鹽酸反應(yīng)生成FeCl2和H2，溶液D中含有的金屬離子為Fe2＋。答案：(1)過濾(2)H2(或氫氣)(3)HCl還原劑(4)AlOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))Fe2＋(1)將鐵、鋁的混合物放入過量稀鹽酸中，反應(yīng)后得到的溶液中主要的陽離子有哪幾種？(關(guān)鍵能力—分析與推測)提示：Fe2＋、Al3＋、H＋三種。(2)將鐵、鋁的混合物在空氣中加熱使其充分氧化，再加入足量氫氧化鈉溶液中，充分反應(yīng)后過濾，最后得到固體的主要成分是什么物質(zhì)？(關(guān)鍵能力—探究與創(chuàng)新)提示：將鐵、鋁的混合物在空氣中加熱使其充分氧化，得到氧化鐵與氧化鋁的混合物，再加入足量氫氧化鈉溶液中，氧化鋁與氫氧化鈉完全反應(yīng)，反應(yīng)后過濾，最后得到固體的主要成分是氧化鐵。下列有關(guān)鋁及其化合物的說法錯誤的是()A．鐵易生銹，而鋁在空氣中較穩(wěn)定，所以鐵比鋁活潑B．可用鋁壺?zé)?，不可用其長期存放食醋、堿水C．氧化鋁可制作坩堝，但不可用氧化鋁坩堝熔化NaOHD．Al2O3能跟強酸、強堿溶液反應(yīng)生成鹽和水，所以它是兩性氧化物【解析】選A。由金屬活動性順序知Al比Fe活潑，Al易與空氣中的O2反應(yīng)，在其表面生成一層致密的氧化鋁薄膜，保護內(nèi)部鋁不再被腐蝕，鐵易生銹，而鋁在空氣中較穩(wěn)定，故A錯誤；鋁導(dǎo)熱性強，可用鋁壺?zé)_水，但不可用其長期存放食醋、堿水，因為鋁壺表面的氧化鋁為兩性氧化物，能與酸、堿反應(yīng)，故B正確；氧化鋁的熔點高，則氧化鋁是一種難熔物質(zhì)，是一種較好的耐火材料，可以作坩堝材料，但是氧化鋁坩堝不能熔化NaOH，因為氧化鋁為兩性氧化物，高溫下與NaOH固體反應(yīng)，故C正確；Al2O3能跟強酸反應(yīng)生成鋁鹽和水、Al2O3能跟強堿溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鹽和水，所以它是兩性氧化物，故D正確?！景胃哳}組】1．下列有關(guān)廚房鋁制品的使用中，你認為合理的是()A．盛放食醋B．燒煮開水C．用金屬絲擦洗表面的污垢D．用堿水洗滌【解析】選B。食醋中含有的醋酸呈酸性，能與鋁發(fā)生反應(yīng)而使其腐蝕；用金屬絲擦洗時會破壞鋁表面覆蓋的氧化鋁層，使鋁裸露在外繼續(xù)被腐蝕；而用堿水洗滌也同樣不行，因為鋁能跟堿反應(yīng)而被腐蝕。2．鋁既能與硫酸溶液反應(yīng)，又能與燒堿溶液反應(yīng)，下列說法不正確的是()A．兩個反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng)B．鋁與硫酸反應(yīng)時，硫酸作氧化劑C．鋁與燒堿溶液反應(yīng)時，氫氧化鈉作氧化劑D．兩個反應(yīng)都有氣體生成【解析】選C。鋁與硫酸溶液反應(yīng)生成硫酸鋁和氫氣，鋁是還原劑，硫酸是氧化劑；鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，鋁是還原劑，水是氧化劑。3．下表是某種常見金屬M的部分性質(zhì)。顏色狀態(tài)硬度密度熔點導(dǎo)電性導(dǎo)熱性延展性銀白色固體較小2.7g·cm－3660.4℃良好良好良好將該金屬M投入稀鹽酸或氫氧化鈉溶液中，都有大量無色氣體產(chǎn)生?；卮鹣铝袉栴}：(1)金屬M是____________(填名稱)。(2)試推斷金屬M的一種用途：________________。(3)M的金屬活動性比銅的金屬活動性__________(填“強”或“弱”)，判斷的事實依據(jù)是______________________________。(4)請寫出金屬M與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：______________?！窘馕觥?1)根據(jù)表中給出的部分性質(zhì)知，能與稀鹽酸或氫氧化鈉溶液反應(yīng)均生成無色氣體的金屬M是鋁。(2)鋁的導(dǎo)電性好，可用于制導(dǎo)線；導(dǎo)熱性好，可用于制炊具；延展性好，可用于包裝糖果等。(3)在金屬活動性順序中，鋁是