2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)3.2第1課時(shí)金屬材料教案新人教版必修第一冊(cè)

PAGE9-金屬材料課程標(biāo)準(zhǔn)核心素養(yǎng)1.知道金屬材料的常見類型，結(jié)合實(shí)例相識(shí)材料組成、性能與應(yīng)用的聯(lián)系。2．相識(shí)鋁和鋁合金的性質(zhì)。1.改變觀念：知道鋁及鋁合金既能與酸反應(yīng)，又能與堿反應(yīng)。2．科學(xué)探究：探究鋁合金與酸和堿的反應(yīng)狀況。一、合金的定義及性能1．合金的定義合金是由兩種或兩種以上的金屬(或金屬和非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。2．合金與純金屬的性能差異(1)合金的硬度比其成分金屬大，機(jī)械性能一般優(yōu)于各成分金屬。(2)合金的熔點(diǎn)一般低于它的各成分金屬。(3)合金具有各成分金屬的化學(xué)性質(zhì)，合金肯定是混合物。二、金屬材料的類型1．鐵合金生鐵和鋼是含碳量不同的兩種鐵碳合金。生鐵的含碳量為2%～4.3%，鋼的含碳量為0.03%～2%。由于含碳量不同，鋼和生鐵在性能上有很大差異。例如，生鐵硬度大、抗壓，性脆、可以鑄造成型，是制造機(jī)座、管道的重要材料；鋼有良好的延展性，機(jī)械性能好，可以鍛軋和鑄造，廣泛用于制造機(jī)械和交通工具等。鋼是用量最大、用途最廣的合金，依據(jù)其化學(xué)成分，可分為兩大類：碳素鋼和合金鋼。依據(jù)含碳量不同，碳素鋼可分為高碳鋼、中碳鋼和低碳鋼。合金鋼也叫特種鋼，是在碳素鋼里適量地加入一種或幾種合金元素，使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而使鋼具有各種特別性能，如強(qiáng)度、硬度大，可塑性、韌性好，耐磨，耐腐蝕等。不銹鋼是最常見的一種合金鋼，它的合金元素主要是鉻(Cr)和鎳(Ni)。2．鋁和鋁合金(1)鋁是地殼中含量最多的金屬元素。鋁是一種活潑金屬，在常溫下就能與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)。人們?nèi)粘Ｓ玫匿X制品通常都是由鋁合金制造的，其表面總是覆蓋著致密的氧化鋁薄膜，這層膜起著愛護(hù)內(nèi)部金屬的作用。(2)純鋁的硬度和強(qiáng)度較小，不適合制造機(jī)器零件等。向鋁中加入少量的合金元素可制成鋁合金。鋁合金是目前用途廣泛的合金之一。如硬鋁是制造飛機(jī)和宇宙飛船的志向材料。3．新型合金儲(chǔ)氫合金是一類能夠大量汲取H2，并與H2結(jié)合成金屬氫化物的材料。此外，鈦合金、耐熱合金和形態(tài)記憶合金等新型合金廣泛應(yīng)用于航空航天、生物工程和電子工業(yè)等領(lǐng)域。三、鋁、氧化鋁的化學(xué)性質(zhì)1．鋁的化學(xué)性質(zhì)鋁作為一種活潑金屬，具有金屬的化學(xué)通性，此外，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．氧化鋁的化學(xué)性質(zhì)Al2O3是兩性氧化物，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：金屬鋁與酸、堿反應(yīng)生成H2的量的關(guān)系1．反應(yīng)原理2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑；2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑。2．量的關(guān)系定量關(guān)系eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2Al～6H＋～3H2,2Al～2OH－～3H2))(1)等量的鋁分別與足量的鹽酸和NaOH溶液反應(yīng)，產(chǎn)生H2的量相等，此時(shí)消耗HCl與NaOH的物質(zhì)的量之比為3∶1。(2)足量的鋁分別與等物質(zhì)的量的鹽酸和NaOH溶液反應(yīng)，產(chǎn)生H2的物質(zhì)的量之比為1∶3，此時(shí)消耗鋁的物質(zhì)的量之比也為1∶3。(3)肯定量的鋁分別與肯定量的鹽酸和NaOH溶液反應(yīng)，若eq\f(1,3)<eq\f(nHCl（H2）,nNaOH（H2）)<1，則必定有：①鋁與鹽酸反應(yīng)時(shí)，鋁過量而鹽酸不足；②鋁與NaOH溶液反應(yīng)時(shí)，鋁不足而NaOH過量。3．敏捷利用數(shù)軸正確分析量的關(guān)系鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是鋁先與強(qiáng)堿溶液中的水反應(yīng)生成H2和Al(OH)3，然后Al(OH)3再與NaOH反應(yīng)生成H2O和NaAlO2，反應(yīng)中鋁做還原劑，水做氧化劑，NaOH無電子得失。用雙線橋法和單線橋法分別表示1．下列有關(guān)鐵和鐵合金的說法錯(cuò)誤的是()A．生鐵比鐵軟B．鐵有良好的導(dǎo)熱性C．鋼是鐵的合金D．生鐵在潮濕的空氣中簡單生銹解析：選A。合金的硬度一般大于各成分金屬，生鐵比鐵的硬度大；鐵具有良好的導(dǎo)熱性；鋼是鐵的合金；生鐵在潮濕的空氣中簡單生銹。2．鈦和鈦的合金被譽(yù)為“21世紀(jì)最有發(fā)展前景的金屬材料”，它們具有很多優(yōu)良的性能，如熔點(diǎn)高、密度小、可塑性好、易于加工，尤其是鈦合金與人體器官具有很好的“生物相容性”。依據(jù)它們的主要性能，下列用途不切實(shí)際的是()A．用來做保險(xiǎn)絲B．用于制造航天飛機(jī)C．用來制造人造骨D．用于家庭裝修，制作鈦合金裝飾門解析：選A。由于鈦和鈦的合金密度小、可塑性好，因此可用于航天領(lǐng)域，B正確；由于鈦合金與人體器官具有很好的“生物相容性”，可與人體的組織相容，不引起排斥反應(yīng)，因此可以用來制造人造骨，C正確；由于其密度小、可塑性好、易于加工，因此可用于家庭裝修，制作鈦合金裝飾門，D正確；由于其熔點(diǎn)高，不適合做保險(xiǎn)絲，A錯(cuò)誤。3．鋁分別與足量的稀鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)，當(dāng)兩個(gè)反應(yīng)放出的氣體在相同狀況下體積相等時(shí)，反應(yīng)中消耗的HCl和NaOH的物質(zhì)的量之比為()A．1∶1 B．2∶1C．3∶1 D．1∶3解析：選C。由鋁與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑和鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑可知，生成等量氫氣須要兩者物質(zhì)的量之比為n(HCl)∶n(NaOH)＝3∶1。課堂小結(jié)合格考訓(xùn)練1．推斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)。(1)人類歷史上運(yùn)用最早的合金是青銅。()(2)合金中只存在金屬元素，不行能有非金屬元素。()(3)生鐵的熔點(diǎn)比鐵低，但機(jī)械強(qiáng)度和硬度比鐵高。()(4)生鐵中的鐵與純鐵的化學(xué)性質(zhì)不同。()(5)鎂、鋁熔合成合金的過程發(fā)生了化學(xué)改變。()(6)儲(chǔ)氫合金屬于金屬氫化物材料。()(7)合金是混合物，具有金屬的特性。()答案：(1)√(2)×(3)√(4)×(5)×(6)√(7)√2．純鐵的熔點(diǎn)為1535℃，而高爐中煉鐵時(shí)生鐵(含碳量較高的鐵的合金)在1200℃左右就熔化了，這是因?yàn)?)A．鐵的純度越高，熔點(diǎn)越低B．合金的熔點(diǎn)一般比其成分物質(zhì)的熔點(diǎn)低C．形成了鐵碳合金，所以熔點(diǎn)變高D．在高爐內(nèi)熔化的過程中發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)解析：選B。合金的熔點(diǎn)一般比其各成分金屬的熔點(diǎn)低。3．下列關(guān)于鋁合金的說法中錯(cuò)誤的是()A．鋁合金是一種混合物，它比純鋁的熔點(diǎn)低B．高溫鋁液易被氧化，鋁合金應(yīng)在熔劑層覆蓋下熔煉C．鎂鋁合金耐腐蝕，但能被燒堿腐蝕D．鎂鋁合金在鹽酸中無法溶解解析：選D。A項(xiàng)，合金均為混合物，一般來說，合金的熔點(diǎn)比成分金屬的熔點(diǎn)低；B項(xiàng)，在熔劑層覆蓋下熔煉，可隔絕空氣，防止高溫鋁液被O2氧化；C項(xiàng)，鎂鋁合金中的鋁能與NaOH溶液反應(yīng)；D項(xiàng)，合金中的Mg、Al均能與鹽酸反應(yīng)。4．下列有關(guān)廚房中鋁制品的運(yùn)用，你認(rèn)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。食醋的主要成分是CH3COOH(顯酸性)，它能與鋁及鋁表面覆蓋的氧化鋁愛護(hù)膜發(fā)生反應(yīng)，使鋁制品被腐蝕；用金屬絲擦洗時(shí)會(huì)破壞鋁表面覆蓋的氧化鋁愛護(hù)膜，使鋁制品簡單被腐蝕；用堿水洗滌也會(huì)腐蝕鋁及鋁表面的愛護(hù)膜。5．合金是由兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。(1)下列物質(zhì)不屬于合金的是________(填字母，下同)。A．明礬 B．硬鋁C．生鐵 D．青銅(2)依據(jù)下表中四種金屬的熔、沸點(diǎn)，回答問題：金屬NaCuAlFe熔點(diǎn)/℃97.810836601535沸點(diǎn)/℃883256724672750其中不能形成合金的是________。①Cu與Na②Fe與Cu③Fe與Na④Al與NaA．①② B．①③C．①④ D．②④(3)鎂鋁合金與鹽酸完全反應(yīng)后，加入過量的氫氧化鈉溶液，最終的結(jié)果是________。A．沒有沉淀物生成B．只有氫氧化鋁沉淀生成C．只有氫氧化鎂沉淀生成D．有氫氧化鋁和氫氧化鎂沉淀生成解析：(1)明礬屬于化合物；硬鋁中含鋁、銅、鎂、錳、硅等，生鐵中主要含鐵、碳，青銅中含有銅、錫、鉛，它們都屬于合金。(2)當(dāng)一種金屬的熔點(diǎn)超過另一種金屬的沸點(diǎn)時(shí)，它們就不行能熔合在一起形成合金。(3)Mg、Al都與鹽酸反應(yīng)，Mg(OH)2不溶于NaOH溶液，而Al(OH)3溶于NaOH溶液生成NaAlO2和H2O。答案：(1)A(2)B(3)C等級(jí)性測試1．下列關(guān)于鐵和鐵合金的有關(guān)說法錯(cuò)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，長期運(yùn)用肯定不會(huì)生銹C．制造鐵軌、船舶、橋梁的碳素鋼是鐵和碳的合金D．運(yùn)用鐵鍋炒菜能為人體供應(yīng)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；碳素鋼是鐵和碳的合金；鐵是人體須要的微量元素，運(yùn)用鐵鍋炒菜能為人體供應(yīng)微量的鐵元素。2．哈大齊高鐵的通車，標(biāo)記我國高寒地區(qū)高鐵技術(shù)領(lǐng)先世界，車廂大部分采納鋁合金材料制造，這是因?yàn)殇X合金()A．質(zhì)地輕，強(qiáng)度大，抗腐蝕實(shí)力比較強(qiáng)B．具有比較活潑的化學(xué)性質(zhì)C．各種成分在自然界中含量豐富，簡單獲得D．比純鋁熔點(diǎn)高，耐高溫解析：選A。車廂大部分采納鋁合金材料制造，這是因?yàn)殇X合金具有質(zhì)地輕、強(qiáng)度大、抗腐蝕實(shí)力比較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，A正確；鋁合金的化學(xué)性質(zhì)的確比較活潑，但與被用于制造高鐵車廂沒有必定聯(lián)系，B錯(cuò)誤；鋁元素在地殼中含量居第三位，含量比較豐富，但因鋁性質(zhì)活潑，只能采納電解法制取，成本較高，并不簡單獲得，C錯(cuò)誤；鋁合金的熔點(diǎn)比純鋁的低，D錯(cuò)誤。3．用于制造飛機(jī)的材料應(yīng)具備高比強(qiáng)度(斷裂強(qiáng)度/密度)，還應(yīng)具備密度小、質(zhì)地輕的特點(diǎn)。以波音747為例，機(jī)身每減輕1kg，因耗油削減，一年可獲利2000美元。你認(rèn)為下列材料中可用于飛機(jī)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(diǎn)低，常溫下為液體，選項(xiàng)B、C、D不正確。4．金屬Ti(鈦)是一種具有很多優(yōu)良性能的較為昂貴的金屬，鈦和鈦合金被認(rèn)為是21世紀(jì)的重要金屬材料。某化學(xué)愛好小組在試驗(yàn)室中探究Ti、Mg、Cu的活動(dòng)性依次。他們?cè)谙嗤臏囟认?，取大小相同的三種金屬薄片，分別投入等體積、等濃度的足量稀鹽酸中，視察現(xiàn)象如下：金屬TiMgCu金屬表面現(xiàn)象放出氣泡速率緩慢放出氣泡速率快無明顯改變下列有關(guān)三種金屬的說法正確的是()A.三種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的依次是Ti、Mg、CuB.若鈦粉中混有Mg，提純Ti時(shí)可用稀鹽酸除去MgC.用Ti從CuSO4溶液中置換出Cu是工業(yè)制取Cu的很好途徑D.Cu和MgCl2溶液不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)解析：選D。可依據(jù)金屬與同濃度的同種酸反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)猛烈程度的不同推斷金屬的活動(dòng)性，反應(yīng)猛烈的金屬其活動(dòng)性較強(qiáng)。A項(xiàng)，Ti在鹽酸中比Mg放出氣泡的速率慢，說明Ti的金屬活動(dòng)性比Mg弱；B項(xiàng)，由于Ti、Mg均能與稀鹽酸反應(yīng)，故不能用此法提純金屬鈦；C項(xiàng)，由于Ti是較為昂貴的金屬，用Ti制造Cu經(jīng)濟(jì)成本上不劃算；D項(xiàng)，由于Cu不如Mg活潑，因此Cu不與MgCl2溶液發(fā)生反應(yīng)。5．(2024·原創(chuàng)題)儲(chǔ)氫合金是一類新型合金，如鐵系儲(chǔ)氫合金、鈦系儲(chǔ)氫合金。儲(chǔ)氫合金既能在肯定條件下汲取H2，又能在肯定條件下放出H2，該循環(huán)中發(fā)生改變：H22H。下列說法錯(cuò)誤的是()A．儲(chǔ)氫合金的吸氫和放氫都是物理改變B．溫度和壓強(qiáng)都會(huì)影響儲(chǔ)氫合金的吸氫和放氫C．鐵系儲(chǔ)氫合金可以做成納米合金D．鐵系儲(chǔ)氫合金和鈦系儲(chǔ)氫合金可以用磁鐵進(jìn)行鑒別解析：選A。由H22H可知，儲(chǔ)氫合金的吸氫和放氫都是化學(xué)改變。6．現(xiàn)代建筑的門窗框架常用電鍍加工成的古銅色硬鋁制造。取硬鋁樣品進(jìn)行如下所示的試驗(yàn)(每一步試劑均過量)，由此可推知，硬鋁的組成為()(已知Si＋2OH－＋H2O=SiOeq\o\al(2－,3)＋2H2↑)樣品eq\o(→,\s\up7(稀鹽酸))eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(氣體,溶液,,,不溶物\o(→,\s\up7(NaOH溶液))\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(氣體,溶液,不溶物))))A．Al，Cu，Mg，Si B．Al，Mg，Si，ZnC．Al，F(xiàn)e，C，Cu D．Al，Si，Zn，Na解析：選A。依據(jù)硬鋁樣品反應(yīng)圖示可知，硬鋁中存在與稀鹽酸反應(yīng)的成分(Al)，反應(yīng)后的不溶物(Si)能與NaOH溶液反應(yīng)生成H2，還有不溶物(Cu)。7．(2024·杭州高一檢測)將5.0g某金屬合金放入足量的稀鹽酸中，共收集氫氣的體積為2.24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則該金屬合金可能是()A．Mg-Al合金 B．Fe-Al合金C．Fe-Zn合金 D．Cu-Zn合金解析：選B。由題意知，n(H2)＝eq\f(2.24L,22.4L·mol－1)＝0.1mol，即產(chǎn)生0.1molH2消耗金屬合金5.0g，則產(chǎn)生1molH2消耗金屬合金50g，滿意此條件的要求是產(chǎn)生1molH2時(shí)，消耗一種金屬的質(zhì)量大于50g，另一種金屬的質(zhì)量小于50g。對(duì)于給出的金屬，產(chǎn)生1molH2時(shí)消耗金屬的質(zhì)量分別為m(Mg)＝24g，m(Al)＝18g，m(Fe)＝56g，m(Zn)＝65g，Cu與稀鹽酸不反應(yīng)，只有Fe－Al合金符合題意。8．稱取兩份鋁粉，第一份加足量的NaOH溶液，其次份加足量的鹽酸，若兩份鋁粉中產(chǎn)生氣體體積(在同溫同壓下)之比為1∶2，則兩份鋁粉的質(zhì)量比為()A．1∶1 B．2∶3C．1∶2 D．1∶3解析：選C。由2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑、2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑可知，兩份鋁粉的質(zhì)量之比為1∶2。9．金屬具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱及延展性等，因此廣泛應(yīng)用于制造各種材料。請(qǐng)回答下列問題：(1)下列關(guān)于自行車金屬部件的防腐措施不正確的是________(填字母)。A．為車架、擋泥板、車后座、車座彈簧烤上一層漆B．為鏈條涂上機(jī)油，為軸承涂上凡士林C．對(duì)車把、車圈、車輻條進(jìn)行電鍍處理D．把自行車存放在陰涼、潮濕的地方(2)家庭中的“鋼精鍋”是由鋁合金制成的，它能長期運(yùn)用的緣由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)某合金和鐵的有關(guān)性質(zhì)如下表：熔點(diǎn)/℃密度/(g·cm－3)硬度導(dǎo)電性某合金25003.007.42.3鐵15357.864.517又知該合金耐腐蝕、強(qiáng)度大。則該合金不適合用作________(填字母)。A．導(dǎo)線 B．門窗框C．爐具 D．飛機(jī)外殼解析：(1)A對(duì)，為車架、擋泥板、車后座、車座彈簧烤上一層漆，可以隔絕水和空氣，能防止生銹。B對(duì)，為鏈條涂上機(jī)油，為軸承涂上凡士林，可以隔絕水和空氣，能防止生銹。C對(duì)，對(duì)車把、車圈、車輻條進(jìn)行電鍍處理，可以隔絕水和空氣，能防止生銹。D錯(cuò)，自行車存放在陰涼、潮濕的地方，鐵與水、空氣接觸易生銹。(2)鋁在空氣中，表面能生成致密的氧化膜，阻擋內(nèi)部金屬進(jìn)一步被氧化，所以家庭中的“鋼精鍋”能長期運(yùn)用。(3)從表格中可知，該合金具有密度小、機(jī)械性能好的特點(diǎn)，所以適合用作飛機(jī)外殼、門窗框。由于其熔點(diǎn)較高，所以適合用作爐具。但是其導(dǎo)電性不好，所以不相宜用作導(dǎo)線。答案：(1)D(2)鋁表面生成致密的氧化膜，阻擋內(nèi)部金屬進(jìn)一步被氧化(3)A10．某化學(xué)愛好小組依據(jù)如下流程進(jìn)行“由鎂鋁合金制備硫酸鋁晶體”的試驗(yàn)。(1)向鎂鋁合金中加NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式為___________________________________________________________________