第1課時合金金屬材料目標素養1.結合生活中對常見合金的優良性能的認識經驗,閱讀教材中合金的結構介紹,了解合金的概念,并能聯系純金屬與合金的微觀結構解釋兩者性能的差異。2.以鐵合金、鋁合金為例,能從元素組成上對合金進行分類,并認識不同類型金屬材料的組成、性能與應用的聯系,強化性能決定用途的觀念。3.通過實驗探究鋁和氧化鋁的性質及轉化,認識兩性氧化物,豐富對金屬多樣性的認識,體會實驗對認識和研究物質性質的重要作用。4.了解儲氫合金、鈦合金等新型合金,感受化學科學對創造更多新材料以滿足人類生活需要和促進科技開展的重要作用。5.能基于物質的量認識化學變化,運用物質的量及相關物理量根據化學方程式進行簡單計算,感受定量研究對化學科學的重要作用。知識概覽一、合金1.金屬材料包括

純金屬

和

它們的合金

。我們日常使用的金屬材料大多數屬于

合金

。

2.合金與純金屬的性能差異。(1)合金具有許多優良的物理、化學或機械性能,如合金的硬度、熔點不同于其成分金屬,可滿足不同的需要。

(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來加以調節。

(3)合金性能不同于成分金屬的原因是在純金屬中參加了其他元素形成了合金之后,結構發生了變化。

微判斷1(1)合金中只含有金屬元素。(

)(2)合金是混合物,具有金屬的特性。(

)(3)鎂鋁熔合成合金的過程是化學變化。(

)(4)生鐵中的鐵與純鐵的化學性質不同。(

)(5)合金的硬度一般比它的各成分金屬的小。(

)(6)一般合金的熔點比它的各成分金屬的低。(

)(7)改變原料的配比、生成合金的條件,可得到具有不同性能的合金。(

)(8)純金屬比合金的應用范圍更廣泛。(

)×√×××√√×二、鐵合金1.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%

。

2.鋼和生鐵在性能上的差異及應用:生鐵硬度

大

、抗

壓

,性脆、可以

鑄造成型

,是制造機座、管道的重要材料;鋼有良好的

延展

性,

機械

性能好,可以鍛軋和鑄造,廣泛應用于制造機械和交通工具等。

3.鋼是用量最大、用途最廣的合金,根據其化學成分,可分為兩大類:碳素鋼和合金鋼。

(1)根據含碳量不同,碳素鋼可分為高碳鋼、中碳鋼、低碳鋼。

(2)合金鋼也叫特種鋼,是在碳素鋼里適量地參加了一種或幾種合金元素,使鋼的組織結構發生變化,從而使鋼具有各種特殊性能,如強度、硬度大,可塑性、韌性好,耐磨,耐腐蝕等。

(3)不銹鋼是最常見的一種合金鋼,它的合金元素主要是鉻和鎳。不銹鋼在大氣中比較穩定,不容易生銹,具有很強的抗腐蝕能力。生活中常見的醫療器材、廚房用品和餐具等,很多都是不銹鋼制造的,有些地鐵列車的車體材質也是不銹鋼。

微判斷2(1)鋼是用量最大、應用最早的合金。()(2)碳素鋼是合金,不銹鋼是純鐵。()(3)碳素鋼參加適量鉻和鎳,組織結構發生變化,鐵的化學性質也發生變化。()(4)不銹鋼抗腐蝕性能好,長期使用絕對不會生銹。()××××三、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生反響,外表生成一層致密的氧化鋁薄膜。人們日常用的鋁制品通常都是由鋁合金制造的,其外表總是覆蓋著致密的氧化鋁薄膜,這層膜起著保護內部金屬的作用。

2.鋁及其氧化物的化學性質。

兩性氧化物:像氧化鋁這樣,既能與酸反響生成鹽和水,又能與堿反響生成鹽和水的氧化物,叫做兩性氧化物。微思考1將一定質量的Al片放入足量的稀鹽酸或氫氧化鈉溶液中,最終生成氣體的物質的量相等嗎提示:相等。根據鋁與酸或強堿溶液反響的化學方程式可知,2molAl最終均可生成3molH2。

3.鋁合金:純鋁的硬度和強度較小,不適合制造機器零件等。向鋁中參加少量的合金元素,如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等,可制成鋁合金。鋁合金是目前用途廣泛的合金之一。例如,硬鋁中含Cu4%、Mg0.5%、Mn0.5%、Si0.7%,它的密度小、強度高,具有較強的抗腐蝕能力,是制造飛機和宇宙飛船的理想材料。

微判斷3(1)鋁元素是地殼中含量最多的元素。()(2)鋁和鹽酸、NaOH溶液的反響中,鋁做復原劑。()(3)硬鋁只含金屬元素,不含非金屬元素。()(4)鋁金屬適宜制作門窗是因為其易加工且抗腐蝕。()(5)鋁合金不能與氫氧化鈉溶液反響。()×√×√×四、新型合金1.儲氫合金:儲氫合金是一類能夠大量吸收氫氣,并與氫氣結合成

金屬氫化物

的材料。具有實用價值的儲氫合金要求

儲氫量大

,金屬氫化物既容易形成,稍稍加熱又容易分解,室溫下

吸、放氫

的速率快。

2.其他新型合金:鈦合金、耐熱合金和形狀記憶合金等新型合金廣泛應用于

航空航天

、

生物工程

和

電子工業

等領域。

微思考2為什么說新型儲氫合金材料的研究和開發將為氫氣作為能源的實際應用起到重要的推動作用提示:氫能是人類未來的理想能源,氫能利用存在兩大難題:制取和儲存。氫氣易燃易爆,要利用H2,關鍵要解決H2的平安儲存和運輸問題。而儲氫合金材料可以較好地解決這兩個問題。一

合金重難歸納1.合金中一定含有金屬元素,可能含有非金屬元素。2.合金一定是混合物,合金具有金屬的特性。3.合金的形成改變了金屬的內部結構,對金屬的物理性質和化學性質都有影響,如不銹鋼的抗腐蝕性比純鐵強得多。4.合金的硬度一般大于其成分金屬;合金的熔點一般比其成分金屬的熔點低。金屬材料在日常生活中無處不在,合金應用更加廣泛。

(1)國產C919大飛機使用了鋁合金材料,是因為鋁合金具有哪些優良性能(2)為什么一些合金的硬度比其成分金屬的硬度大提示:(1)密度小、硬度大、耐腐蝕等。(2)純金屬中所有原子的大小和形狀相同,原子排列十分規整;參加或大或小的其他元素的原子后,改變了金屬原子有規那么的層狀排列,使原子層之間的相對滑動變得困難,導致一些合金的硬度變大。典例剖析某合金與鐵的物理性質的比較如下表所示:該合金抗腐蝕性強、強度大。從以上性能看,該合金不適合做()。A.導線 B.門窗框 C.爐具 D.飛機外殼答案:A解析:該合金與鐵相比較導電性差,不適合做導線;做門窗主要是利用合金的硬度、強度大和抗腐蝕性強;做爐具主要利用其熔點高和抗腐蝕性強;做飛機外殼那么是利用強度、硬度大和密度小的性質。方法規律我們平常用到的金屬制品,一般都是由合金制成的,使用量最大的是鐵合金,包括生鐵和鋼,鋼比生鐵含碳量低,但性能優于生鐵;其次是鋁合金,如硬鋁,它具有密度小、強度大、抗腐蝕性強等特點。學以致用1.鐵是人類較早使用的金屬之一。據有關報道,目前已經能冶煉出純度較高的鐵。你估計這種“純鐵〞不會具有的性質是()。A.硬度比生鐵的大B.熔點比生鐵的高C.能與Fe2(SO4)3溶液反響D.能與鹽酸反響答案:A解析:依據題目表達,可認為這種“純鐵〞為純潔物,與生鐵(合金)相比,硬度小,熔點高。同時它具有單質鐵的化學性質。2.(1)將鋁的用途與性質搭配起來(每個選項只選用一次)。A.密度小 B.延展性好C.易傳熱 D.易導電①太陽能熱水器:(填字母,下同);②飛機:;③電纜:;④鋁箔:。

(2)鋁合金材料屬于(填“純潔物〞“混合物〞或“單質〞)。答案:(1)①C②A③D④B(2)混合物解析:(1)鋁在太陽能熱水器上的應用是由于它的導熱性好。鋁合金硬度大、密度小,是制造飛機的良好材料。鋁用作電纜和鋁箔那么分別是由于其具有良好的導電性和延展性。(2)合金是由一種金屬與其他金屬(或非金屬)熔合在一起而形成的具有金屬特性的物質,因此肯定是混合物。二金屬鋁與鹽酸、NaOH溶液的反響重難歸納1.反響原理。(1)鋁與鹽酸反響:2Al+6HCl═2AlCl3+3H2↑,Al是復原劑,HCl是氧化劑。(2)鋁與氫氧化鈉溶液反響:2Al+2NaOH+2H2O═2NaAlO2+3H2↑,Al是復原劑,H2O是氧化劑。2.“量〞的關系。(1)等量的鋁分別與足量的鹽酸和氫氧化鈉溶液反響,消耗HCl和NaOH的物質的量之比為3∶1。(2)等量的鋁分別與足量的鹽酸和氫氧化鈉溶液反響,產生H2的體積比為1∶1。(3)足量的鋁分別與等物質的量濃度、等體積的鹽酸和氫氧化鈉溶液反響,產生H2的體積比為1∶3。(4)一定量的鋁分別與一定量的鹽酸和氫氧化鈉溶液反響,假設產生氫氣的體積比為1∶3<VHCl(H2)∶VNaOH(H2)<1∶1,那么必定是①鋁與鹽酸反響,鋁過量而鹽酸缺乏;②鋁與氫氧化鈉溶液反響,鋁缺乏而氫氧化鈉溶液過量。如何除去鐵粉中混有的少量鋁粉反響的化學方程式為2Al+2NaOH+2H2O═2NaAlO2+3H2↑。典例剖析等體積、等物質的量濃度的鹽酸、氫氧化鈉溶液分別放在甲、乙兩燒杯中,各加等質量的鋁,生成氫氣的體積比為3∶4,那么甲、乙兩燒杯中的反響情況可能分別是()。A.甲、乙中都是鋁過量B.甲中鋁過量,乙中堿過量C.甲中酸過量,乙中鋁過量D.甲中酸過量,乙中堿過量答案:B解析:因為等質量的鋁分別與足量的鹽酸和氫氧化鈉溶液反響時,產生H2的體積比為1∶1,足量的鋁分別與等物質的量濃度、等體積的鹽酸和氫氧化鈉溶液反響時,產生H2的體積比為1∶3,而今產生H2的體積比<1,所以反響的情況為甲中鹽酸缺乏,乙中氫氧化鈉過量。學以致用1.用鋁箔包裹著2.3g金屬鈉,用針扎假設干小孔,然后放入足量水中,理論上可以收集到氫氣的物質的量為()。A.0.05molB.0.2molC.大于0.05mol,小于或等于0.2molD.無法判斷答案:C解析:鋁箔包裹著g金屬鈉放入足量水中,鈉首先與水反響2Na+2H2O══2NaOH+H2↑,然后生成的NaOH再與Al發生反響2NaOH+2Al+2H2O══2NaAlO2+3H2↑,根據題中數據知g鈉可產生molH2,生成的molNaOH與足量鋁作用可生成molH2,因此產生的氫氣的物質的量一定大于mol,并且小于或等于mol。2.鋁分別與足量的稀鹽酸和氫氧化鈉溶液反響,當兩個反響放出的氣體在相同狀況下體積相等時,反響中消耗的HCl和NaOH物質的量之比為()。∶∶1 ∶∶3答案:A解析:由反響的化學方程式:2Al+6HCl══2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O══2NaAlO2+3H2↑可知,生成相同體積的氫氣時,消耗HCl、NaOH物質的量之比為3∶1。3.在天平的左右兩個托盤上放有兩個質量相等的燒杯,兩個燒杯中分別盛有鹽酸和氫氧化鈉溶液,天平處于平衡狀態,當分別向兩燒杯中參加等質量的鋁(酸和堿都是足量的)充分反響后()。A.天平保持平衡 B.左高右低C.左低右高 D.無法確定答案:A解析:等質量的Al與鹽酸、NaOH溶液完全反響生成的H2質量相同,兩邊減少的質量相同。1.以下所用材料不屬于合金的是()。A.家用的鋁窗 B.溫度計用的水銀C.鑄造用的黃銅 D.建筑用的鋼筋答案:B解析:家用的鋁窗是鋁合金,A項不符合題意;溫度計用的水銀是金屬汞單質,不是合金,B項符合題意;鑄造用的黃銅是銅的合金,C項不符合題意;建筑用的鋼筋是鐵合金,D項不符合題意。2.儲氫合金是一種新型合金。以下關于儲氫合金的說法錯誤的選項是()。A.儲氫合金是一類能夠大量吸收氫氣,并與氫氣結合成金屬氫化物的新型合金材料B.儲氫合金具有儲氫量大、能耗低、工作壓力低、使用方便的特點C.儲氫合金具有很強的捕捉氫的能力,氫分子在合金中先分解成單個的原子,氫原子進入合金原子的縫隙中,并與合金生成金屬氫化物D.儲氫合金形成的金屬氫化物性質穩定,高溫條件下也不易分解答案:D解析:儲氫合金形成的金屬氫化物既要容易形成,稍稍加熱又容易分解,室溫下吸、放氫的速率快。3.以下有關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.用金屬絲擦洗外表的污垢 D.用堿水洗滌答案:B解析:食醋呈酸性,能與鋁和氧化鋁發生反響而使其被腐蝕,A不合理;用金屬絲擦洗時會破壞鋁外表覆蓋的氧化鋁層,使鋁裸露在外繼續被腐蝕,C不合理;而用堿水洗滌也同樣不行,因為鋁和氧化鋁都能與堿溶液反響而使其被腐蝕,D不合理。4.以下說法正確的選項是()。2O3難溶于水,不與水反響,所以它不是Al(OH)3對應的氧化物B.因為Al2O3是金屬氧化物,所以它是堿性氧化物2O3能與所有的酸、堿溶液反響2O3能與強酸、強堿溶液反響答案:D解析:Al2O3雖然難溶于水,但是2Al(OH)3Al2O3+3H2O,Al2O3和Al(OH)3中Al的化合價相同,所以Al2O3是Al(OH)3對應的氧化物,A項錯誤。金屬氧化物與堿性氧化物是兩個不同的概念,兩者沒有必然的聯系,B項錯誤。Al2O3是兩性氧化物,能與強酸、強堿溶液反響,與弱堿溶液不反響,C項錯誤,D項正確。5.在MgO中混有少量的Al