2020_2021学年新教材高中化学第三章铁金属材料第二节第1课时合金金属材料课件新人教版必修第一册

1、第第1课时合金金属材料课时合金金属材料目标素养目标素养1.结合生活中对常见合金的优良性能的认识经验结合生活中对常见合金的优良性能的认识经验,阅读教材中阅读教材中合金的结构介绍合金的结构介绍,了解合金的概念了解合金的概念,并能联系纯金属与合金的并能联系纯金属与合金的微观结构解释两者性能的差异。微观结构解释两者性能的差异。2.以铁合金、铝合金为例以铁合金、铝合金为例,能从元素组成上对合金进行分类能从元素组成上对合金进行分类,并认识不同类型金属材料的组成、性能与应用的联系并认识不同类型金属材料的组成、性能与应用的联系,强化强化性能决定用途的观念性能决定用途的观念。3.通过实验探究铝和氧化铝的性质及转

2、化通过实验探究铝和氧化铝的性质及转化,认识两性氧化物认识两性氧化物,丰富对金属多样性的认识丰富对金属多样性的认识,体会实验对认识和研究物质性质体会实验对认识和研究物质性质的重要作用。的重要作用。4.了解储氢合金、钛合金等新型合金了解储氢合金、钛合金等新型合金,感受化学科学对创造更感受化学科学对创造更多新材料以满足人类生活需要和促进科技发展的重要作用。多新材料以满足人类生活需要和促进科技发展的重要作用。5.能基于物质的量认识化学变化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根据化学方程式进行简单计算,感受定量研究对化学科学的感受定量研究

3、对化学科学的重要作用。重要作用。知识概览知识概览一、合金一、合金1.金属材料包括金属材料包括纯金属纯金属和和它们的合金它们的合金。我们日常。我们日常使用的金属材料大多数属于使用的金属材料大多数属于合金合金。2.合金与纯金属的性能差异。合金与纯金属的性能差异。(1)合金具有许多优良的合金具有许多优良的物理物理、化学化学或或机械机械性性能能,如合金的硬度、熔点不同于其成分金属如合金的硬度、熔点不同于其成分金属,可满足不同的需可满足不同的需要。要。(2)合金的性能可以通过所添加的合金元素的合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类种类、含量含量和和生成合金的条件生成合金的条件等来加以调节。等来加以调节

4、。(3)合金性能不同于成分金属的原因是在纯金属中加入了其合金性能不同于成分金属的原因是在纯金属中加入了其他元素形成了合金之后他元素形成了合金之后,结构结构发生了变化。发生了变化。合金合金属于纯净物还是混合物属于纯净物还是混合物?提示提示:合金是混合物合金是混合物,它是由不同的金属或金属与非金属按它是由不同的金属或金属与非金属按一定比例熔合在一起形成的一种混合物一定比例熔合在一起形成的一种混合物,其成分金属分别保其成分金属分别保持原来的化学性质。持原来的化学性质。二、铁合金二、铁合金1.生铁和钢是含碳量不同的两种生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳铁碳合金。生铁的含合金。生铁的含碳量为碳量为2%4.3

5、%,钢的含碳量为钢的含碳量为0.03%2%。2.钢和生铁在性能上的差异及应用钢和生铁在性能上的差异及应用:生铁硬度生铁硬度大大、抗、抗压压,性脆、可以性脆、可以铸造成型铸造成型,是制造机座、管道的重要材是制造机座、管道的重要材料料;钢有良好的钢有良好的延展延展性性,机械机械性能好性能好,可以可以煅煅轧轧和铸造和铸造,广泛应用于制造机械和交通工具等。广泛应用于制造机械和交通工具等。3.钢是用量最大、用途最广的合金钢是用量最大、用途最广的合金,根据其化学成分根据其化学成分,可分为可分为两大类两大类:碳素钢碳素钢和和合金钢合金钢。(1)根据含碳量不同根据含碳量不同,碳素钢可分为碳素钢可分为高碳钢高碳

6、钢、中碳钢中碳钢、低碳钢低碳钢。(2)合金钢也叫合金钢也叫特种特种钢钢,是在碳素钢里适量地加入了一是在碳素钢里适量地加入了一种或几种种或几种合金元素合金元素,使钢的使钢的组织结构组织结构发生变化发生变化,从而从而使钢具有各种特殊性能使钢具有各种特殊性能,如强度、硬度大如强度、硬度大,可塑性、韧性好可塑性、韧性好,耐耐磨磨,耐耐腐蚀等。腐蚀等。(3)不锈钢是最常见的一种合金钢不锈钢是最常见的一种合金钢,它的合金元素主要是它的合金元素主要是铬铬和和镍镍。不锈钢在大气中比较。不锈钢在大气中比较稳定稳定,不不容易容易生锈生锈,具有很强的具有很强的抗腐蚀抗腐蚀能力。生活中常见的医疗能力。生活中常见的医疗

7、器材、厨房用品和餐具等器材、厨房用品和餐具等,很多都是不锈钢制造的很多都是不锈钢制造的,有些地铁有些地铁列车的车体材质也是不锈钢。列车的车体材质也是不锈钢。三、铝和铝合金三、铝和铝合金1.铝是地壳中含量铝是地壳中含量最多最多的金属元素。铝是一种活泼金的金属元素。铝是一种活泼金属属,在常温下就能与空气中的氧气发生反应在常温下就能与空气中的氧气发生反应,表面生成一层表面生成一层致密致密的的氧化铝氧化铝薄膜。人们日常用的铝制品通常都是由薄膜。人们日常用的铝制品通常都是由铝合金铝合金制造的制造的,其表面总是覆盖着致密的氧化铝薄膜其表面总是覆盖着致密的氧化铝薄膜,这层这层膜起着膜起着保护内部金属保护内部

8、金属的作用。的作用。2.铝及其氧化物的化学性质铝及其氧化物的化学性质。两性氧化物两性氧化物:像氧化铝这样像氧化铝这样,既能与酸反应生成既能与酸反应生成盐和水盐和水,又能与碱反应生成又能与碱反应生成盐和水盐和水的氧化物的氧化物,叫做两性氧化物。叫做两性氧化物。al2o3既能与盐酸反应既能与盐酸反应,又能与又能与naoh溶液反应溶液反应,所所以以al2o3是两性氧化物。是两性氧化物。al既能与盐酸反应既能与盐酸反应,又能与又能与naoh溶溶液反应液反应,那么那么al可以称之为两性金属吗可以称之为两性金属吗?提示提示:不可以不可以,只能说明只能说明al是活泼的金属元素是活泼的金属元素,不能说铝是两不

9、能说铝是两性金属。性金属。将将一定质量的一定质量的al片放入足量的稀盐酸或氢氧化钠片放入足量的稀盐酸或氢氧化钠溶液中溶液中,最终生成气体的物质的量相等吗最终生成气体的物质的量相等吗?提示提示:相等。根据铝与酸或强碱溶液反应的化学方程式可相等。根据铝与酸或强碱溶液反应的化学方程式可知知,2molal最终均可生成最终均可生成3molh2。3.铝合金铝合金:纯铝的硬度和强度纯铝的硬度和强度较小较小,不适合制造机器零件不适合制造机器零件等。向铝中加入少量的合金元素等。向铝中加入少量的合金元素,如如cu、mg、si、mn、zn及稀土元素等及稀土元素等,可制成铝合金。铝合金是目前用途广泛的合可制成铝合金。

10、铝合金是目前用途广泛的合金之一。例如金之一。例如,硬铝中含硬铝中含cu4%、mg0.5%、mn0.5%、si0.7%,它的密度它的密度小小、强度、强度高高,具有较强的具有较强的抗腐蚀抗腐蚀能力能力,是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。四、新型合金四、新型合金1.储氢合金储氢合金:储氢合金是一类能够大量吸收氢气储氢合金是一类能够大量吸收氢气,并与氢气结并与氢气结合成合成金属氢化物金属氢化物的材料。具有实用价值的储氢合金要求的材料。具有实用价值的储氢合金要求储氢量大储氢量大,金属氢化物既容易形成金属氢化物既容易形成,稍稍加热又容易分解稍稍加热又容易分解,室室温下温下吸、

11、放氢吸、放氢的速率快。的速率快。2.其他新型合金其他新型合金:钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于合金广泛应用于航空航天航空航天、生物工程生物工程和和电子工业电子工业等领域。等领域。为什么为什么说新型储氢合金材料的研究和开发将为氢说新型储氢合金材料的研究和开发将为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用气作为能源的实际应用起到重要的推动作用?提示提示:氢能是人类未来的理想能源氢能是人类未来的理想能源,氢能利用存在两大难题氢能利用存在两大难题:制取和储存。氢气易燃易爆制取和储存。氢气易燃易爆,要利用要利用h2,关键要解决关键要解决h2的安全的安全

12、储存和运输问题。而储氢合金材料可以较好地解决这两个问储存和运输问题。而储氢合金材料可以较好地解决这两个问题。题。一一 合金合金重难归纳1.合金中一定含有金属元素合金中一定含有金属元素,可能含有非金属元素。可能含有非金属元素。2.合金一定是混合物合金一定是混合物,合金具有金属的特性。合金具有金属的特性。3.合金的形成改变了金属的内部结构合金的形成改变了金属的内部结构,对金属的物理性质和对金属的物理性质和化学性质都有影响化学性质都有影响,如不锈钢的抗腐蚀性比纯铁强得多。如不锈钢的抗腐蚀性比纯铁强得多。4.合金的硬度一般大于其成分金属合金的硬度一般大于其成分金属;合金的熔点一般比其成合金的熔点一般比

13、其成分金属的熔点低。分金属的熔点低。为什么一些合金的硬度比其成分金属的硬度大为什么一些合金的硬度比其成分金属的硬度大?提示提示:纯金属中所有原子的大小和形状相同纯金属中所有原子的大小和形状相同,原子排列十分原子排列十分规整规整;加入或大或小的其他元素的原子后加入或大或小的其他元素的原子后,改变了金属原子有改变了金属原子有规则的层状排列规则的层状排列,使原子层之间的相对滑动变得困难使原子层之间的相对滑动变得困难,导致一导致一些合金的硬度变大。些合金的硬度变大。典例剖析某合金与铁的物理性质的比较如下表所示某合金与铁的物理性质的比较如下表所示:已知该合金抗腐蚀性强、强度大。从以上性能看已知该合金抗腐

14、蚀性强、强度大。从以上性能看,该合金不该合金不适合作适合作()。a.导线导线b.门门窗框窗框c.炉具炉具d.飞机飞机外壳外壳答案答案:a解析解析:该合金与铁相比较导电性差该合金与铁相比较导电性差,不适合作导线不适合作导线;作门窗主作门窗主要是利用合金的硬度、强度大和抗腐蚀性强要是利用合金的硬度、强度大和抗腐蚀性强;作炉具主要利作炉具主要利用其熔点高和抗腐蚀性强用其熔点高和抗腐蚀性强;作飞机外壳则是利用强度、硬度作飞机外壳则是利用强度、硬度大和密度小的性质大和密度小的性质。我们我们平常用到的金属制品平常用到的金属制品,一般都是由合金制成一般都是由合金制成的的,使用量最大的是铁合金使用量最大的是铁

15、合金,包括生铁和钢包括生铁和钢,钢比生铁含碳量低钢比生铁含碳量低,但性能优于生铁但性能优于生铁;其次是铝合金其次是铝合金,如硬铝如硬铝,它具有密度小、强度它具有密度小、强度大、抗腐蚀性强等特点。大、抗腐蚀性强等特点。学以致用1.(双选双选)铁是人类较早使用的金属之一。据有关报道铁是人类较早使用的金属之一。据有关报道,目前目前已经能冶炼出纯度较高的铁。你估计这种已经能冶炼出纯度较高的铁。你估计这种“纯铁纯铁”不会具有的不会具有的性质是性质是()。a.硬度比生铁的大硬度比生铁的大b.熔点比生铁的低熔点比生铁的低c.能与能与fe2(so4)3溶液反应溶液反应d.能与盐酸反应能与盐酸反应答案答案:ab

16、解析解析:依据题目叙述依据题目叙述,可认为这种可认为这种“纯铁纯铁”为纯净物为纯净物,与生铁与生铁(合合金金)相比相比,硬度小硬度小,熔点高。同时它具有单质铁的化学性质。熔点高。同时它具有单质铁的化学性质。2.(1)将铝的用途与性质搭配起来将铝的用途与性质搭配起来(每个选项只选用一次每个选项只选用一次)。a.密度小密度小 b.延展性好延展性好c.易传热易传热d.易导电易导电太阳能热水器太阳能热水器:(填字母填字母,下同下同);飞机飞机:;电缆电缆:;铝箔铝箔:。(2)铝合金材料属于铝合金材料属于(填填“纯净物纯净物”“混合物混合物”或或“单单质质”)。答案答案:(1)cadb(2)混合物混合物

17、解析解析:(1)铝在太阳能热水器上的应用是由于它的导热性好。铝在太阳能热水器上的应用是由于它的导热性好。铝合金硬度大、密度小铝合金硬度大、密度小,是制造飞机的良好材料。铝用作电是制造飞机的良好材料。铝用作电缆和铝箔则分别是由于其具有良好的导电性和延展性。缆和铝箔则分别是由于其具有良好的导电性和延展性。(2)合金是由一种金属与其他金属合金是由一种金属与其他金属(或非金属或非金属)熔合在一起而熔合在一起而形成的具有金属特性的物质形成的具有金属特性的物质,因此肯定是混合物。因此肯定是混合物。二二 金属铝与盐酸、金属铝与盐酸、naoh溶液的反应溶液的反应重难归纳1.反应原理。反应原理。(1)铝与盐酸反

18、应铝与盐酸反应:2al+6hcl2alcl3+3h2,al是还原剂是还原剂,hcl是氧化剂。是氧化剂。(2)铝与氢氧化钠溶液反铝与氢氧化钠溶液反应应:2al+2naoh+2h2o2naalo2+3h2,al是还原剂是还原剂,h2o是是氧化剂。氧化剂。2.“量量”的关系。的关系。(1)等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,消耗消耗hcl和和naoh的物质的量之比为的物质的量之比为3 1。(2)等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生产生h2的体积比为的体积比为1 1。(3)足量的铝分别与等物质的量浓

19、度、等体积的盐酸和氢氧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化钠溶液反应,产生产生h2的体积比为的体积比为1 3。如何除去铁粉中混有的少量铝粉如何除去铁粉中混有的少量铝粉?反应的化学方程式为反应的化学方程式为2al+2naoh+2h2o2naalo2+3h2。典例剖析等体积、等物质的量浓度的盐酸、氢氧化钠溶液分别放在等体积、等物质的量浓度的盐酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中甲、乙两烧杯中,各加等质量的铝各加等质量的铝,生成氢气的体积比为生成氢气的体积比为3 4,则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是()。a.甲、乙中都是铝过量甲、乙

20、中都是铝过量b.甲中铝过量甲中铝过量,乙中碱过量乙中碱过量c.甲中酸过量甲中酸过量,乙中铝过量乙中铝过量d.甲中酸过量甲中酸过量,乙中碱过量乙中碱过量答案答案:b解析解析:因为等质量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反因为等质量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应时应时,产生产生h2的体积比为的体积比为1 1,足量的铝分别与等物质的量浓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时度、等体积的盐酸和氢氧化钠溶液反应时,产生产生h2的体积比的体积比为为1 3,而今产生而今产生h2的体积的体积比比1,所以反应的情况所以反应的情况为甲中盐酸不足为甲中盐酸不足,乙中氢氧化钠过量。乙中

21、氢氧化钠过量。学以致用1.用铝箔包裹着用铝箔包裹着2.3g金属钠金属钠,用针扎若干小孔用针扎若干小孔,然后放入足量然后放入足量水中水中,理论上可以收集到氢气的物质的量为理论上可以收集到氢气的物质的量为()。a.0.05molb.0.2molc.大于大于0.05mol,小于或等于小于或等于0.2mold.无法判断无法判断答案答案:c解析解析:铝箔包裹着铝箔包裹着2.3g金属钠放入足量水中金属钠放入足量水中,钠首先与水反钠首先与水反应应2na+2h2o2naoh+h2,然后生成的然后生成的naoh再与再与al发生反发生反应应2naoh+2al+2h2o2naalo2+3h2,根据根据题题中数据知中

22、数据知2.3g钠可产生钠可产生0.05molh2,生成的生成的0.1molnaoh与足量铝作用可与足量铝作用可生成生成0.15molh2,因此产生的氢气的物质的量一定大于因此产生的氢气的物质的量一定大于0.05mol,并且并且小于小于或等于或等于0.2mol。2.铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应,当两个反应当两个反应放出的气体在相同状况下体积相等时放出的气体在相同状况下体积相等时,反应中消耗的反应中消耗的hcl和和naoh物质的量之比为物质的量之比为()。a.3 1b.2 1c.1 1d.1 3答案答案:a解析解析:由反应的由反应的化学方程式化学方程

23、式:2al+6hcl2alcl3+3h2,2al+2naoh+2h2o2naalo2+3h2可知可知,生成相同体积的氢生成相同体积的氢气时气时,消耗消耗hcl、naoh物质物质的量之比为的量之比为3 1。3.将某铁铝合金样品均分成两份将某铁铝合金样品均分成两份,一份加入足量盐酸一份加入足量盐酸,另一份另一份加入足量加入足量naoh溶液溶液,同温同压下产生气体的体积之比为同温同压下产生气体的体积之比为3 2,则样品中铁、铝的物质的量之比为则样品中铁、铝的物质的量之比为()。a.3 2b.2 1c.3 4d.4 3答案答案:c解析解析:有关反应的离子方程式为有关反应的离子方程式为fe+2h+fe2

24、+h2,2al+6h+2al3+3h2,2al+2oh-+2h2o2+3h2。铁铝。铁铝合金与盐酸混合时合金与盐酸混合时,fe和和al都参加反应放出都参加反应放出h2,而与而与naoh溶溶液混合时液混合时,fe不参加反应不参加反应,al参加反应。设参加反应。设fe的物质的量为的物质的量为x,al的物质的量为的物质的量为y,则两种情况下生成的则两种情况下生成的h2的物质的量分别的物质的量分别为为x+1.5y和和1.5y,由由(x+1.5y) 1.5y =3 2,解得解得x y=3 4。1.(双选双选)下列所用材料不属于合金的是下列所用材料不属于合金的是()。a.家用的铝窗家用的铝窗b.温度计用的

25、水银温度计用的水银c.铸造用的黄铜铸造用的黄铜d.橡胶轮胎橡胶轮胎答案答案:bd解析解析:a.家用的铝窗是铝合金家用的铝窗是铝合金,不符合题意不符合题意;b.温度计用的水银温度计用的水银是金属汞单质是金属汞单质,不是合金不是合金,符合题意符合题意;c.铸造用的黄铜是铜的合铸造用的黄铜是铜的合金金,不符合题意不符合题意;d.橡胶轮胎不属于合金橡胶轮胎不属于合金,符合题意。符合题意。2.储氢合金是一种新型合金。下列关于储氢合金的说法错误储氢合金是一种新型合金。下列关于储氢合金的说法错误的是的是()。a.储氢合金是一类能够大量吸收氢气储氢合金是一类能够大量吸收氢气,并与氢气结合成金属并与氢气结合成金

26、属氢化物的新型合金材料氢化物的新型合金材料b.储氢合金具有储氢量大、能耗低、工作压力低、使用方便储氢合金具有储氢量大、能耗低、工作压力低、使用方便的特点的特点c.储氢合金具有很强的捕捉氢的能力储氢合金具有很强的捕捉氢的能力,氢分子在合金中先分氢分子在合金中先分解成单个的原子解成单个的原子,氢原子进入合金原子的缝隙中氢原子进入合金原子的缝隙中,并与合金生并与合金生成金属成金属氢化物氢化物d.储氢合金形成的金属氢化物性质稳定储氢合金形成的金属氢化物性质稳定,高温条件下也不易高温条件下也不易分解分解答案答案:d解析解析:储氢合金形成的金属氢化物既要容易形成储氢合金形成的金属氢化物既要容易形成,稍稍加

27、热又稍稍加热又容易分解容易分解,室温下吸、放氢的速率快。室温下吸、放氢的速率快。3.下列有关厨房铝制品的使用中下列有关厨房铝制品的使用中,你认为合理的是你认为合理的是()。a.盛放食盛放食醋醋b.烧煮开水烧煮开水c.用金属丝擦洗表面的用金属丝擦洗表面的污垢污垢d.用碱水洗涤用碱水洗涤答案答案:b解析解析:食醋呈酸性食醋呈酸性,能与铝和氧化铝发生反应而使其被腐蚀能与铝和氧化铝发生反应而使其被腐蚀;用用金属丝擦洗时会破坏铝表面覆盖的氧化铝层金属丝擦洗时会破坏铝表面覆盖的氧化铝层,使铝裸露在外使铝裸露在外继续被腐蚀继续被腐蚀;而用碱水洗涤也同样不行而用碱水洗涤也同样不行,因为铝和氧化铝都能因为铝和氧化铝都能与碱溶液反应而使其被腐蚀。与碱溶液反应而使其被腐蚀。4.下列说法正确的是下列说法正确的是()。a.al2o3难溶于水难溶于水,不与水反应不与水反应,所以它不是所以它不是al(oh)3对应的氧对应的氧化物化物b.因为因为al2o3是金属氧化物是金属氧化物,所以它是碱性氧化物所以它是碱性氧化物c.al2o3能与所有的酸、碱溶液反应能与所有的酸、碱溶液