高中化学必修一 课时3.4 金属材料20202021学年精品讲义

1、PAGE 金属材料 【学习目标】1、认识合金的含义及常见合金2、认识铁合金的组成、性能与应用的联系3、认识铝合金的组成、性能与应用的联系，掌握铝及其氧化铝的性质【主干知识梳理】一、合金的定义及优点1、合金的定义：合金是由两种或两种以上的金属(或金属和非金属)熔合而成的具有金属特性的物质2、合金与纯金属的性能差异(1)合金的硬度及机械性能一般优于各成分金属(2)合金的熔点一般低于它的各成分金属(3)合金具有各成分金属的化学性质，合金一定是混合物【微点拨】构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理

2、、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加合；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金合金一定是混合物，没有固定的熔点常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体【即学即练1】1、C919大型飞机采用了大量新型材料铝锂合金。下列关于铝锂合金的说法不正确的是()A铝锂合金是铝与锂形成的混合物 B铝锂合金的硬度比锂大C铝锂合金的熔、沸点比铝低 D铝锂合金耐酸碱腐蚀2、某合金与铁的物理性质的比较如下表所示，还知该合金耐腐蚀、强度大，

3、从以上性能看，该合金不适合做()熔点/密度(g/cm3)硬度(金刚石为10)导电性(银为100)某合金2 5003.007.42.3铁1 5357.864.517A导线 B门窗框 C炉具 D飞机外壳3、所谓合金，就是不同种金属(也包括一些金属和非金属)在熔融状态下形成的一种熔合物。根据下列四种金属的熔、沸点，判断其中不能形成合金的是()NaCuAlFe熔点/97.51 0836601 535沸点/8832 5952 2003 000ACu和AlBFe和Cu CFe和Na DAl和Na二、铁合金：生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金1、生铁(1)生铁的含碳量：2%4.3%(2)性能及用途：生铁硬度

4、大、抗压，性脆、可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料2、钢：钢是用量最大，用途最广的合金(1)钢的含碳量：0.03%2%(2)性能及用途：钢有良好的延展性，机械性能好，可以锻轧和铸造，广泛用于制造机械和交通工具等(3)钢根据化学成分，可分为两大类：碳素钢和合金钢碳素钢根据含碳量不同可分为高碳钢、中碳钢和低碳钢，其性能和用途如下含碳量性能及用途低碳钢低于0.3%韧性、焊接性好，但强度低，用于制造钢板，钢丝和钢管等中碳钢0.3%0.6%强度高，韧性及加工性好，用于制造钢轨、车轮和建材等高碳钢高于0.6%硬而脆，热处理后弹性好，用于制造器械、弹簧和刀具等合金钢也叫特种钢，是在碳素钢里适量地加入一

5、种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种特殊性能，如强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀等名称主要合金元素主要特性主要用途不锈钢铬、镍大气中比较稳定，不容易生锈，具有很强的抗腐蚀能力医疗器材、厨房用具和餐具、地铁列车的车体材质等超级钢Mn、C、Al、V强度很大，在应用时能够实现钢板的轻薄化汽车、航空和航天等领域锰钢锰韧性好，硬度大钢轨、轴承、钢模、挖掘机铲斗、坦克装甲硅钢硅导磁性好变压器、发电机和电动机中的铁芯钨钢钨耐高温、硬度大刀具【即学即练2】1、下列有关铁和铁合金的说法错误的是()A生铁比铁软 B铁有良好的导热性C钢是铁的合金 D生铁在潮湿的空气中容易生锈2、钢材

6、可以用作桥梁的结构材料是因为它()A有良好的导热性 B有一定的机械强度C不易受空气和水的作用 D有良好的导电性3、钢笔的笔头是合金钢，其笔头尖端是用机器轧出的便于使用的圆珠体。为了改变笔头的耐磨性能，在笔头尖端点上铱金粒，为区别钢笔而叫铱金笔，铱金笔是笔头用黄金的合金、笔尖用铱的合金制成的高级自来水笔。下列说法中错误的是()A钢笔的笔头不易被氧化，抗腐蚀性能好 B铱金笔的耐磨性能比钢笔要好C铱金笔的笔头和笔尖都是用纯金属制成的 D铱金笔经久耐磨，书写时弹性特别好，是一种理想的硬笔三、铝和铝合金1、铝(1)存在：铝是地壳中含量最多的金属元素(2)化学性质与O2反应a、铝是一种活泼金属，在常温下就

7、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并牢固地覆盖在铝表面，防止铝进一步被氧化，因此铝在空气中表现出良好的抗腐蚀性b、热时，铝粉可在空气中燃烧，放出大量热，化学方程式：4Al3O2eq o(=,sup7()2Al2O3铝与酸的反应a、与盐酸、稀H2SO4反应的离子方程式：2Al6H=2Al33H2b、常温下，遇浓硝酸、浓H2SO4时，在表面生成致密的氧化膜而发生钝化铝与强碱(NaOH)溶液的反应：2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2 2Al2OH2H2O=2AlOeq oal(,2)3H22、氧化铝的化学性质(1)与H2SO4反应的化学方程式：Al2O33H2SO4=

8、Al2(SO4)33H2O(2)与NaOH反应的化学方程式：Al2O32NaOH=2NaAlO2H2O(3)两性氧化物：既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的氧化物3、铝及其合金的用途(1)与其他金属(或非金属)熔合形成铝合金，铝的合金具有密度小、强度高、塑性好、制造工艺简单、成本低、抗腐蚀能力强等特点，主要用于建筑业、交通运输业以及电子行业。铝合金可做建筑外墙材料及房屋的门窗，可制成汽车车轮骨架和飞机构件，还可用于制造电子元件等(2)利用其导电性，制造电线、电器元件等(3)利用其强的还原性，冶炼熔点高的金属、焊接钢轨等4、使用铝制品应注意的问题(1)铝制品耐用是因为表面有致密的氧化铝保护膜

9、，Al2O3是两性氧化物，既可以与酸反应又可以与碱反应，所以铝制品不宜盛放显酸性或碱性的物质(2)含氯化钠的物质不能用铝制品盛放。这是因为铝制品表面虽然有致密的氧化膜保护层，但若遇到氯化钠溶液，其中的氯离子会破坏氧化膜的结构，加速铝制品的腐蚀。因此，铝制品不宜用来长时间盛放咸菜等腌制食品【即学即练3】1、称取两份铝粉，第一份加入足量的NaOH溶液，第二份加入足量的盐酸，若放出的氢气的体积相等(同温同压)。则两份铝粉的质量比为()A12B13 C32 D112、“神八”与“天宫一号”的成功对接，标志着中国的航空铝材处于世界领先的行列。下列关于铝合金的说法中错误的是()A铝合金是一种混合物，它比纯

10、铝的熔点低 B高温铝液易被氧化，铝合金应在熔剂层覆盖下熔炼C镁铝合金耐腐蚀，但能被烧碱(NaOH)腐蚀 D镁铝合金在盐酸中无法溶解3、下列关于Al2O3的说法正确的是()AAl2O3是金属氧化物，也是两性氧化物BAl2O3加热分解为铝和氧气CAl2O3结构致密，所以可用铝制容器盛盐酸和NaOH溶液等D擦去表面氧化铝的铝条，在酒精灯上灼烧时，熔化的铝滴落下来四、新型合金：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。此外，钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域五、用途广泛的稀土元素(1)稀土元素镧系元素(5771号元素)及

11、钇和钪，共17种元素为稀土元素我国拥有丰富的稀土资源，现已查明的世界稀土资源中，80%分布在我国，并且品种齐全(2)用途稀土金属有着广泛的用途，它既可以单独使用，也可用于生产合金。在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能。因而，稀土元素又被称为冶金工业的维生素稀土金属可用于制造引火合金、永磁材料、超导材料和发光材料等。稀土金属除广泛应用在冶金、石油化工、材料工业、医药及农业领域外，还逐渐深入到许多现代科技领域【课后作业】1、钛和钛的合金被誉为“21世纪最有发展前景的金属材料”，它们具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工，尤其是钛合金与人体器官具有很好的生物相容性。根据它

12、们的主要性能，下列用途中不符合实际的是()A用作保险丝 B用于制造航天飞机C用于制造人造骨 D用于家庭装修，作钛合金装饰门2、纯铁的熔点为1535 ，而高炉中炼铁时生铁(含碳量较高的铁的合金)在1200 左右就熔化了，这是因为()A铁的纯度越高，熔点越低 B合金的熔点一般比其成分物质的熔点低C因为形成了铁碳合金，所以熔点变高 D在高炉内熔化的过程中发生了化学反应3、中国短道速滑队在索契冬奥会取得了骄人的成绩。速滑冰刀可用不锈钢制成，不锈钢含有的主要元素是()A铁 B碳 C铜 D铝4、下列说法不正确的是()A目前我国流通的硬币是由合金材料制造的B铝制品在生活中非常普遍，这是因为表面覆盖着氧化膜，

13、对内部金属起保护作用C镁在空气中燃烧发出耀眼的白光，可用于制作照明弹D赤铁矿的主要成分是Fe3O45、中国最新战机歼31使用了高强度、耐高温的钛合金材料。工业上冶炼钛的反应如下：TiCl42Mgeq o(=,sup7(高温)Ti2MgCl2。下列有关该反应的说法正确的是()ATiCl4是还原剂 BMg被氧化 CTiCl4发生氧化反应 DMg得到电子6、联合国世界卫生组织经过严密的科学分析，认为我国的铁锅是最理想的炊具，并向全世界大力推广，其主要原因是()A铁锅价格便宜 B铸铁锅的铁熔点高C使用铁锅烹饪的食物中留有铁元素 D铁锅含有有机物必含的碳元素7、下列成语或谚语中蕴含着一定的化学知识或原理

14、，下列有关说法错误的是()A百炼成钢通过反复锤炼，除去铁中部分杂质，使其转化为钢B水滴石穿CO2H2OCaCO3=Ca(HCO3)2(以大理石为例)C恨铁不成钢钢的性能远优于铁D真金不怕火炼单质金的熔点很高8、下列说法正确的是()AAl2O3难溶于水，不跟水反应，所以它不是Al(OH)3对应的氧化物B因为Al2O3是金属氧化物，所以它是碱性氧化物CAl2O3能跟所有的酸碱溶液反应DAl2O3能跟强的酸碱溶液反应9、氧化铝的熔点很高，常用于制造耐火材料，例如制作耐火坩埚。下列操作不能在氧化铝坩埚中进行的是()A加热使CuSO45H2O失水 B加热使KMnO4分解C加热熔化烧碱 D加热分解碱式碳酸

15、铜10、碲锌镉(Te-Zn-Cd)晶体可以用作制造红外探测器的基础材料,下列有关它的叙述中错误的是()A它是由Te、Zn、Cd按一定比例混合而成的,无固定的熔、沸点B它易导电、导热,具有延展性C它的熔、沸点比Zn的低D它的硬度和强度比Cd的大11、某金属与盐酸反应时，生成H2的质量与消耗金属质量的关系如图所示，此金属可能是()A纯锌 B纯铁 C镁铝合金 D铜铁合金12、在天平的左右两个托盘上放有两个烧杯，两个烧杯中分别盛有盐酸和氢氧化钠溶液，天平处于平衡状态，当分别向两烧杯中加入等质量的铝(酸和碱都是足量的)充分反应后()A天平保持平衡 B左高右低 C左低右高 D无法确定13、用铝箔包装0.1

16、mol金属钠，用针扎出一些小孔，放入水中，用排水集气法收集产生的气体，完全反应后，则收集到的气体为(标准状况下)()AO2与H2的混合气体 B1.12 L H2 C大于1.12 L H2 D小于1.12 L气体14、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，各加等质量的铝，生成氢气的体积之比为57，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 B甲中铝过量，乙中碱过量C甲中酸过量，乙中铝过量 D甲中酸过量，乙中碱过量15、现代建筑的门窗框架，常用电解加工成古铜色的硬铝。取硬铝样品进行如下实验，由此推知硬铝的组成是() (硅可与氢氧化钠溶液反应：Si2Na

17、OHH2O=Na2SiO32H2)AAl、Mg、Si、Zn BAl、Cu、Mg、SiCAl、Fe、C、Cu DAl、Si、Zn、Na16、用一张已除去表面氧化膜的铝箔紧紧包裹在试管外壁(如图所示)，将试管浸入硝酸汞溶液中，片刻取出，然后置于空气中，不久铝箔表面生出“白毛”，红墨水柱右端上升，根据实验现象判断下列说法错误的是()A实验中发生的反应都是氧化还原反应 B铝是一种较活泼的金属C铝与氧气反应放出大量的热量 D铝片上生成的白毛是氧化铝和氧化汞的化合物17、已知X是某金属单质，X、A、B、C含同一种元素，可发生如下转化：(1)写出下列物质的化学式：X_，A_，B_，C_(2)写出以下反应的离

18、子方程式：_18、用铁、铝的混合物进行如下实验：(1)操作X的名称是_(2)气体A是_(3)加入足量NaOH溶液时发生反应的离子方程式为_；加入稀盐酸发生反应的离 子方程式为_(4)溶液B中阴离子除OH外还有_，溶液D中存在的金属离子为_19、历史上金、银、铜主要是作为货币金属或装饰品被应用。(1)金、银、铜常被作为钱币流通，从化学角度来看，主要是利用它们的_(填字母)A硬度适中 B密度适中C在自然界里都可得到纯净的单质 D不活泼性(2)试样X由氧化亚铁和氧化铜组成，取质量相等的两份试样，按下图所示进行实验：请写出步骤中所发生的全部反应的离子方程式：_若全部的溶液Y和全部的粉末Z充分反应后，生

19、成的不溶物W的质量是m，则每份试样X中氧化铜的质量为_(用m表示)20、铝镁合金已成为轮船制造、化工生产等行业的重要材料。某研究性学习小组的三位同学为测定某含镁3%5%的铝镁合金(不含其他元素)中镁的质量分数，设计下列三种不同实验方案进行探究。填写下列空白：【探究一】实验方案：铝镁合金eq o(,sup15(NaOH溶液)测定剩余固体质量实验中发生反应的化学方程式是_实验步骤：(1)称取5.4 g铝镁合金粉末样品，投入体积为V的2.0 molL1NaOH溶液中，充分反应。则取用NaOH溶液的体积V不小于_(2)过滤、洗涤、干燥、称量固体。该步骤中若未洗涤固体，测得镁的质量分数将_(填“偏高”或

20、“偏低”)【探究二】实验方案：铝镁合金eq o(,sup15(盐酸)测定生成气体的体积(实验装置如图所示)问题讨论：(1)某同学提出该实验装置不够完善，应在A、B之间添加一个干燥、除酸雾的装置。你的意见是_(填“需要”或“不需要”)(2)为使测定结果尽可能精确，实验中应注意的问题是(写出两点)：_【金属材料】答案 【即学即练1】1、D解析铝锂合金中的铝能与酸和碱反应，锂能与酸反应，故铝锂合金不耐酸碱腐蚀。2、A。该合金与铁的性质比较可知，其导电性比Fe差很多，不适合做导线。3、C。分析数据得出，铁的熔点(1 535 )高于Na的沸点(883 )，无法制得合金。【即学即练2】1、A。解析：生铁为

21、铁的合金，其硬度比铁的大。2、B。解析：钢材具有一定的机械强度，可用作桥梁的结构材料。3、C。解析：钢笔的笔头是合金钢，不易被氧化，抗腐蚀性能好，A正确；为了改变笔头的耐磨性，在笔头尖端点上铱金粒的铱金笔更耐磨，B、D正确；铱金笔笔尖上的铱金粒和笔头上的黄金合金都不是纯金属，C错误。【即学即练3】1、D。解析审题可知，酸、碱均为足量，则Al和H2的关系均为2Al3H2，生成H2的量相等，则两份铝粉的量也相等。2、D。解析：镁铝合金可溶于盐酸、NaOH溶液，所以D项错误。3、A。解析：Al2O3属于两性氧化物，A正确；Al2O3熔点高，加热也不分解，B错误；Al2O3既可以与盐酸反应，又能和Na

22、OH反应，C项错误；铝与O2反应生成Al2O3，熔点高，熔化的铝不会滴落下来，D项错误。【课后作业】1、A。解析：由于钛和钛的合金密度小、可塑性好，因此可用于航天领域，B正确；由于钛和钛的合金与人体器官具有很好的生物相容性，和人体的组织相容，不引起排异反应，可以用于制造人造骨，C正确；由于其密度小、可塑性好、易于加工，用于家庭装修，作钛合金装饰门，推拉轻便，D正确；只有A错误，由于其熔点高，因此不适合作保险丝。2、B3、A。解析：钢的含碳量是0.03%2%，不锈钢含有铁、碳、铬、镍等，故不锈钢含有的主要元素是铁元素。故A正确。4、D。解析：赤铁矿的主要成分是Fe2O3。5、B。解析：分析方程式

23、中元素化合价的变化。Ti元素化合价由4降低到0价被还原作氧化剂，Mg元素化合价由0价升高到2价，失去电子被氧化作还原剂，故B项正确。6、C。解析：使用铁锅烹饪的食物中留有人体需要的铁，可以预防缺铁性贫血。7、D。解析：百炼成钢的原理是生铁中的碳在高温下与氧气反应生成二氧化碳，使生铁中的含碳量降低，除去铁中部分杂质，使其转化为钢，故A说法正确；水滴石穿是因为水、二氧化碳和大理石的主要成分碳酸钙反应生成易溶于水的碳酸氢钙CO2H2OCaCO3=Ca(HCO3)2，故B说法正确；恨铁不成钢钢的性能远优于铁，故C说法正确；真金不怕火炼这句话的意思是：因为金元素的化学性质稳定，在通常的高温下不易与其他物

24、质发生化学反应，且单质金的熔点不是很高，低于铁或铜的熔点，故D说法错误。8、D。解析：Al2O3虽然难溶于水，但是2Al(OH)3eq o(=,sup7()Al2O33H2O，Al2O3和Al(OH)3中Al的化合价相同，所以Al2O3是Al(OH)3对应的氧化物；金属氧化物与碱性氧化物是两个不同的概念，二者没有必然的联系；Al2O3是两性氧化物；Al2O3与强酸、强碱反应，与弱酸、弱碱不反应。9、C。解析：氧化铝能与强酸、强碱反应，所以用氧化铝材料制作的坩埚不能在强碱或强酸性条件下使用。A、B、D选项均为加热盐类操作，且在操作过程中都没有强碱性、强酸性物质生成。10、A。解析：碲锌镉晶体是由

25、Te、Zn、Cd按一定比例熔合而成的具有金属特性的合金,只要Te、Zn、Cd的比例确定,其组成就固定,因而有固定的熔、沸点;合金的熔、沸点一般比各成分金属的熔、沸点低,硬度和强度一般比各成分金属的大。11、D。解析：首先由图可知，消耗金属质量为30 g时，产生氢气的质量为1 g，即0.5 mol。用极值法：假设每一种金属都与酸反应产生0.5 mol H2，然后分别计算出消耗金属的质量。A项需32.5 g，B项需28 g，C项需要的质量范围是大于9 g，小于12 g，D项大于28 g。故选D12、A。解析：由化学方程式2Al2H2O2NaOH=2NaAlO23H2及2Al6HCl=2AlCl33

26、H2可知，当酸和碱过量时，等量的铝反应能产生等量的氢气，所以天平依然保持平衡。13、C。解析：在题中隐藏着一个至关重要的条件“铝箔”，Na与水反应放出H2，并且生成NaOH，铝能与NaOH溶液反应，也生成H2，故最后收集到的气体是这两部分H2的总和，显然要比Na单独反应产生的H2多。14、B。解析：因为等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生H2的体积比为11，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，产生H2的体积比为13，本题产生H2的体积比为eq f(1,3)eq f(VHClH2,VNaOHH2)eq f(1,1)，所以反应的情况为甲中铝过量，盐酸不足；乙中

27、铝不足，氢氧化钠过量。15、B。解析：样品加入过量盐酸，比氢活泼的金属(如Al、Mg、Zn、Na)全部溶解。向不溶物中加入过量的NaOH溶液，有气体生成，说明样品中含有Si，再向不溶物中加入过量盐酸，仍有不溶物，说明含有Cu或C等。16、D。解析：整个过程中发生两个反应，首先Al与Hg(NO3)2发生置换反应：2Al3Hg2=2Al33Hg，之后将铝置于空气中发生：4Al3O2=2Al2O3。A中，两个反应中Al元素化合价均发生变化，属于氧化还原反应，故A正确；B中，铝的化学性质较活泼，不久铝箔表面生出“白毛”，可知Al易被氧化，可以说明铝是一种活泼金属，故B正确；C中，红墨水柱右端上升说明装置内气体膨胀，说明铝与氧气反应过程中放热，故C项正确；D中，汞的化学性质不活泼，以单质的形式存在，铝片上生成的白毛是Al2O3，故D项错误。17、(1)AlAl2O3NaA