2022-2023学年人教版新教材必修第一册 第3章第2节 金属材料（第1课时） 学案

1、第二节金属材料第1课时铁合金铝和铝合金新型合金课程标准核心素养1.知道金属材料的常见类型，结合实例认识铁合金、铝合金、新型合金的组成、性能与应用。2.能从金属材料组成的角度对生活中常见的材料进行分类，能根据使用需求选择适当的材料。3.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解铝及其化合物的主要性质。1.证据推理与模型认知：以铁合金、铝合金为例，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组成、性能与应用的联系，强化性能决定用途的观念。2.科学探究与创新意识：通过实验探究铝和氧化铝的性质及转化，认识两性氧化物，体会实验对认识和研究物质性质的重要作用。3.科学态度与社会责任：通过化学反应

2、探索物质的性质、实现物质的转化，深刻认识化学对创造更多物质财富和精神财富、满足人民日益增长的美好生活需求的重大贡献。知识点一合金铁合金1金属材料：包括纯金属和它们的合金。2合金的性能：具有许多优良的物理、化学或机械性能，如合金的硬度、熔点不同于其成分金属。(1)性能变化熔点：常见合金的熔点低于其成分金属；硬度：常见合金的硬度大于其成分金属。(2)调节方法通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节。(3)差异原因在纯金属内加入其他元素形成合金以后，结构发生了变化，使合金的性能与纯金属有很大的差异。3铁合金(1)生铁和钢分类含碳量性能应用生铁2%4.3%硬度大、抗压，性脆、可以铸

3、造成型制造机座、管道的重要材料钢0.03%2%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(2)用量最大、用途最广的合金钢1不同的金属形成合金后，哪些性质发生了变化？哪些性质不变？提示：合金的熔点一般比各成分金属的低，硬度、强度一般比各成分金属的大；金属的化学性质不变，可看作合金中各成分金属化学性质的加和。2合金是纯净物还是混合物？其只含有金属元素吗？提示：合金是混合物，不只含有金属元素。合金是由两种或两种以上的金属和金属(或非金属)熔合而成的，一定含有金属元素，可能含有非金属元素。3根据你的生活经验和下表所提供的信息，请思考分析下列问题。物理性质银铜铁铅导电性(以银的

4、导电性100为标准)10099177.9熔点/9621 0831 535硬度(以金刚石的硬度10为标准)2.542.53451.5(1)为什么菜刀、锤子等通常用铁制而不用铅制？(2)银的导电性比铜好，为什么导线一般用铜制而不用银制？提示：(1)因为铁的硬度比铅大，且铅有毒，故通常用铁而不用铅制菜刀、锤子等。(2)虽然银的导电性比铜好，但银比铜贵得多，且电线用量大，所以一般用铜不用银制导线。1合金的形成条件(1)金属与金属形成合金时：金属在熔化状态下相互混合，熔化时的温度需达到成分金属中熔点最高的金属的熔点，但又不能超过成分金属中沸点最低的金属的沸点。一种金属的熔点高于另一种金属的沸点时则不能形

5、成合金。(2)金属与非金属形成合金时：部分不活泼非金属与金属可形成合金，活泼非金属与活泼金属一般不能形成合金。2选用金属材料的基本依据(1)金属的用途、外观、价格等。(2)物理性质(密度、硬度、强度、导电性、导热性等)决定金属材料的加工难易程度。(3)化学性质(与水的作用、耐腐蚀性等)决定金属材料的日常维护和对环境的影响。1下列关于合金的说法正确的是()A合金中可能含有非金属元素B合金中至少含有两种金属元素C铜合金是纯净物D合金中的金属元素以化合物的形式存在解析：选A。合金可由金属与金属或金属与非金属制得，一定含有金属元素，可能含有非金属元素，A正确；合金未必含有两种或两种以上的金属元素，B不

6、正确；合金属于混合物，合金中的金属仍以游离态存在，C、D都不正确。2钢材是目前使用最广泛的金属材料。钢材可以用作桥梁的结构材料，原因是它()A有良好的导热性B有一定的机械强度C不易与空气和水作用D有良好的导电性解析：选B。钢材被大量应用于桥梁的结构材料，说明它有一定的机械强度而与其导电性或导热性等无关。3工业生产中常将两种或多种金属(或金属与非金属)在同一容器中加热使其熔合，冷凝后得到具有金属特性的熔合物合金，这是制取合金的常用方法之一。根据下表数据判断，不宜用上述方法制取的合金是()金属NaAlCuFe熔点/97.816601 0831 535沸点/8832 2002 5953 000AFe

7、Cu合金 BCuAl合金CAlNa合金 DCuNa合金解析：选D。由题目的信息可知，在同一温度范围内都能熔化的金属可以形成合金，FeCu、CuAl、AlNa都可以熔合在一起，而CuNa不可以，因为铜的熔点高于钠的沸点，铜开始熔化时，钠已经变成气体。知识点二铝和铝合金新型合金1铝和氧化铝(1)铝的物理性质铝是地壳中含量最多的金属元素，单质铝具有金属的一般物理性质，是银白色固体，具有良好的导电性、导热性和延展性。(2)铝和氧化铝的化学性质铝与氧气反应常温下，铝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(保护内部金属)，化学方程式为4Al3O2=2Al2O3；铝、氧化铝与盐酸、NaOH溶

8、液反应实验操作实验现象试管中开始没有气泡，一段时间后才产生气泡，铝片溶解，将点燃的木条放在试管口时发出爆鸣声试管中开始没有气泡，一段时间后才产生气泡，铝片溶解，将点燃的木条放在试管口时发出爆鸣声试管中立即产生气泡，铝片溶解，将点燃的木条放在试管口时发出爆鸣声实验结论铝表面的氧化膜既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应，反应的化学方程式为Al2O36HCl=2AlCl33H2O、Al2O32NaOH=2NaAlO2H2O铝既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应，都产生H2，反应的化学方程式为2Al6HCl=2AlCl33H2、2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2两性氧化物像Al2O3这

9、类既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物，叫做两性氧化物。写出Al2O3分别与盐酸、NaOH溶液反应的离子方程式：Al2O36H=2Al33H2O、Al2O32OH=2AlO eq oal(sup1(),sdo1(2)H2O。注意Al2O3只能与强碱反应，而不能与弱碱反应。2铝和铝合金(1)纯铝：硬度和强度较小，不适合制造机器零件等。(2)铝合金制备：向铝中加入少量的合金元素，可制成铝合金；应用：铝合金是目前用途广泛的合金之一，如硬铝(含Cu、Mg、Mn、Si)的密度小、强度高，具有较强的抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。3新型合金1能否用铝制餐具蒸煮或长时间存放酸性

10、或碱性食物？为什么？提示：不能。因为铝和氧化铝均能与酸、碱反应。2为什么航空航天领域中铝合金比铁合金用途更广泛？提示：铝合金比铁合金质地轻、强度大，更适用于航空航天领域；铝合金表面易形成致密的氧化膜，此氧化膜耐高温、耐腐蚀，而铁合金的氧化膜易脱落，起不到防腐蚀的作用。3根据铝的性质分析，如何除去镁粉中的铝粉？提示：向样品中加入足量的NaOH溶液，然后过滤、洗涤、干燥。4科学家用某些金属做成的合金，制成人造卫星的天线。发射卫星时，先将其在低温下折叠起来，装进人造卫星的“口袋”里，当火箭进入预定的轨道，“口袋”里的天线受到太阳光的照射，温度升高后，就会迅速地恢复原来的形状，从“口袋”里伸出来，奇妙

11、的是，展开后的天线与原来在地面上的形状一模一样，分毫不差。你知道上述合金属于什么合金吗？请你查阅相关资料，了解该合金由哪些金属制成。提示：题中合金属于形状记忆合金，用于制造形状记忆合金的金属有镍、钛等。5现有铝、铁组成的混合物，分为等质量的两份，分别投入足量的稀盐酸和稀氢氧化钠溶液中，放出氢气的体积之比为21(相同条件下)。则该混合物中铝和铁的物质的量之比是多少？质量之比是多少？提示：根据题意，可以判断出铝与NaOH溶液(或稀盐酸)反应产生的氢气体积和铁与稀盐酸反应产生的氢气体积相等，由关系式2Al3H2、FeH2可知，n(Al)n(Fe)23，m(Al)m(Fe)(272)(563)928。

12、铝与盐酸、NaOH溶液反应的比较1定量关系2Al6H=2Al33H2；2Al2OH2H2O=2AlO eq oal(sup1(),sdo1(2)3H2。(1)等量的铝分别与足量的盐酸和NaOH溶液反应，产生H2的量相等，此时消耗HCl与NaOH的物质的量之比为31。(2)足量的铝分别与等体积等浓度的盐酸和NaOH溶液反应，产生H2的物质的量之比为13，此时消耗铝的物质的量之比也为13。(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸和NaOH溶液反应，若 eq f(1,3) eq f(nHCl（H2）,nNaOH（H2）)1，则必定：铝与盐酸反应时，铝过量，而盐酸不足；铝与NaOH溶液反应时，铝不足，而Na

13、OH过量。2灵活利用数轴正确分析量的关系1(双选)下列关于铝合金的说法错误的是()A铝合金比纯铝的硬度大B铝合金属于混合物C铝合金不能与氢氧化钠溶液反应D纯铝是制造飞机的理想材料解析：选CD。铝合金中铝能与氢氧化钠溶液反应；纯铝硬度和强度较小，不是制造飞机的理想材料。2下列关于储氢合金的说法错误的是()A储氢合金能与氢气结合成金属氢化物B常用的储氢合金储氢量大，金属氢化物既容易形成，一定条件下又容易分解C储氢合金的研究和开发将会推动氢能源的应用D储氢合金中的金属元素一定显正价解析：选D。储氢合金中的金属元素显0价。3称取两份铝粉，第一份加入足量的浓NaOH溶液，第二份加入足量的HCl溶液，如果

14、放出等体积的气体(在同温、同压下)，则两份铝粉的质量之比为()A12B13C32 D11解析：选D。不论是与NaOH溶液反应，还是与HCl溶液反应，均是Al失去电子，还原产物都是H2，且都有如下关系：2Al6e3H2，由关系式可知，2 mol Al生成3 mol H2，只要在酸、碱足量的情况下，生成H2的多少决定于参加反应的铝的多少。生成相同质量的H2，消耗铝的质量相同。1我国“复兴号”高速列车的运行速度达到350 kmh1。高速列车制造要使用轻质金属材料。下列可以作为轻质金属材料的是()A铝合金B铁合金C碳纤维 D硅纤维解析：选A。A铝密度小，铝合金为轻金属材料，耐腐蚀，硬度大，符合高速列车

15、制造使用材料要求，故A正确；B铁是重金属，铁合金为重金属材料，不符合高速列车制造使用材料要求，故B错误；C碳纤维为非金属材料，不符合高速列车制造使用材料要求，故C错误；D硅纤维为非金属材料，不符合高速列车制造使用材料要求，故D错误。2下列合金不属于新型合金的是()A硬铝 B储氢合金C钛合金 D耐热合金解析：选A。硬铝不属于新型合金。3下列说法正确的是()A高碳钢的含碳量大于2%B生铁既可铸造也可锻造C生铁和钢都属于铁合金D生铁是用途最广的合金解析：选C。A高碳钢属于钢中的碳素钢，含碳量高于0.6%，故A错误；B生铁可铸但不可锻，故B错误；C铁合金通常包括生铁和钢两大类，故C正确；D钢是用途最广

16、的合金，故D错误。4为了除去MgO中混有的少量杂质Al2O3，可选用的试剂是()AKOH溶液 B氨水C稀盐酸 D稀醋酸解析：选A。要除去MgO中混有的少量杂质Al2O3，所加试剂只能与Al2O3反应而不能与MgO反应，反应完全后过滤即可。氨水与Al2O3不反应，稀盐酸、稀醋酸均能与MgO反应，只有KOH溶液能与Al2O3反应而与MgO不反应。5足量下列物质与相同质量的铝反应，放出氢气且消耗溶质的物质的量最少的是()A氢氧化钠溶液 B稀硫酸C盐酸 D氯化钠溶液解析：选A。氯化钠溶液与铝不反应，可排除D项；NaOH溶液、稀硫酸、盐酸均可与Al反应产生氢气，其对应关系分别为2NaOH2Al，3H2S

17、O42Al，6HCl2Al，故与相同质量的铝发生反应消耗NaOH的物质的量最少。6铁和铝是科技、生产、生活中应用最广泛的金属材料。现有铁、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)A与Cl2混合光照可能发生爆炸，生成_(填化学式)，A在该反应中作为_(填“氧化剂”或“还原剂”)。(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_。解析：(1)加入足量NaOH溶液，Al溶解，Fe不溶，操作X为过滤。(2)Al与氢氧化钠溶液反应产生氢气，气体A为H2。(3)H2与Cl2反应生成HCl。(4)溶液B中阴离子有OH、AlO eq oal(sup1(),sdo1

18、(2)，溶液D中金属离子为Fe2。答案：(1)过滤(2)H2(3)HCl还原剂(4)AlO eq oal(sup1(),sdo1(2)Fe2合格考检测1下列所用材料不属于合金的是()A家用的铝窗 B温度计用的水银C铸造用的黄铜 D建筑用的钢筋解析：选B。A家用的铝窗是铝合金，不符合题意；B温度计用的水银是金属汞单质，不是合金，符合题意；C铸造用的黄铜是铜合金，不符合题意；D建筑用的钢筋是铁合金，不符合题意。2(2021绥芬河高级中学高一期末)下列关于合金的叙述中不正确的是()A合金具有熔点高、硬度大等特性B目前用量最大、用途最广的合金是钢C在我国使用最早的合金是青铜D最常见的一种合金钢是不锈钢

19、解析：选A。A并不是所有的合金都熔点高、硬度大，A错误；B目前用量最大、用途最广的合金是钢，B正确；C我国早在商代就使用了青铜，C正确；D最常见的一种合金钢是不锈钢，D正确。3镁铝合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。下列与这些用途无关的性质是()A不易生锈 B导电性好C密度小 D强度高解析：选B。由题目的描述可得题述装潢材料与导电性无关。4(2021端州高一期末)某合金与铁的物理性质比较如下：(硬度以金刚石的硬度10为标准，导电性以银的导电性100为标准)熔点密度硬度导电性某合金3 200 3.20 g/cm37.53.5铁1 53

20、5 7.86 g/cm34.517已知该合金耐腐蚀、强度大，从以上性能看，该合金不适合制成()A门窗框 B炉具 C导线 D飞机外壳解析：选C。A该合金的硬度大、密度小，可用作门窗框，故不符合题意；B该合金的熔点高，可用作炉具，故不符合题意；C该合金的导电性差，不能用作导线，故符合题意；D该合金的硬度大、密度小、熔点高，可用作飞机外壳，故不符合题意。5如图所示的实验中，投入打磨过的铝片后，下列说法正确的是()A中产生气泡，中不产生气泡B和中都不产生气泡C和中都产生气泡，中是H2，中是O2D和中都产生气泡，且都是H2解析：选D。Al与NaOH溶液和盐酸均反应生成H2。6(2020大安第一中学高一月

21、考)2020年11月24日4时30分，我国在中国文昌航天发射场，用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程“嫦娥五号”探测器，开启我国首次地外天体采样返回之旅。“嫦娥五号”中使用了大量合金。下列有关金属或合金的说法中不正确的是()A生铁属于合金B一般合金的熔点比各成分金属的低C合金的化学性质与其成分金属的化学性质不同D改变原料的配比、生成合金的条件，可以得到具有不同性能的合金解析：选C。A生铁由铁和碳等元素组成，属于合金，故A正确；B形成合金后，结构发生了改变，一般合金的熔点比各成分金属的低，故B正确；C合金的化学性质与其成分金属的化学性质相同，故C错误；D改变原料的配比、生成合金的条件，组成合金

22、的成分、结构不同，对合金的性质产生不同的影响，可以得到具有不同性能的合金，故D正确。7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加热易分解为铝和氧气CAl2O3能与水反应DAl2O3也属于铝合金解析：选A。Al2O3属于两性氧化物，A正确；Al2O3熔点高，加热难分解，B错误；Al2O3与水不反应，C错误；氧化铝是纯净物，铝合金属于混合物，D错误。8用铝箔包装0.1 mol金属钠，用针扎出一些小孔，放入水中，完全反应后，用排水集气法收集产生的气体，则收集到的气体为(标准状况)()AO2和H2的混合气体 BH2(1.12 L)CH2(大于1.12 L

23、) DH2(小于1.12 L)解析：选C。从钠和铝的性质入手，首先钠与水反应生成NaOH和H2，铝再与NaOH反应生成NaAlO2和H2，收集到的气体为两者产生的氢气之和，显然要比钠单独产生的H2多。9甲、乙两个烧杯中分别盛有100 mL 4.0 molL1的盐酸和100 mL 4.0 molL1的NaOH溶液，向两个烧杯中均加入5.4 g铝粉，在相同状况下产生气体的体积比为()A11 B23C32 D31解析：选B。甲、乙两烧杯中含HCl、NaOH的物质的量都为0.4 mol，根据化学方程式2Al6HCl=2AlCl33H2、2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2可知，5.4 g(即

24、0.2 mol)Al分别与盐酸和NaOH溶液反应时，盐酸不足而NaOH过量，故Al与盐酸反应生成0.2 mol H2，与NaOH溶液反应生成0.3 mol H2，其体积比为23。10根据你学过的有关金属的知识，回答下列问题：(1)钢铁制品的使用更为广泛，但是铁制品易生锈，铁锈的主要成分是_(填名称)，铁的氧化物常见的还有_、_。(填化学式)(2)铝制品因为表面易形成致密的氧化铝薄膜而经久耐用，但是该氧化膜易被酸、碱破坏，若使氧化铝与氢氧化钠溶液作用，反应的化学方程式为_。(3)一位收藏者有一枚表面是黑色，且有少量绿色锈状物的货币，这肯定是_币，黑色物质是_(填名称)，形成这种物质的化学方程式为

25、_，绿色物质是_(填化学式)，这枚金属币的真面目为_色。解析：(1)铁制品易生锈，铁锈的主要成分是氧化铁；常见铁的氧化物有FeO、Fe3O4。(2)氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水。(3)绿色锈状物应该是铜绿的颜色，所以该货币应该是铜币，为紫红色，而黑色物质是氧化铜。形成氧化铜的化学方程式为2CuO2=2CuO，而生成铜绿的化学方程式是2CuO2CO2H2O=Cu2(OH)2CO3。答案：(1)氧化铁FeOFe3O4(2)Al2O32NaOH=2NaAlO2H2O(3)铜氧化铜2CuO2=2CuOCu2(OH)2CO3紫红11历史上金、银、铜主要是作为货币金属或装饰品被应用。(1)金、

26、银、铜常被作为货币流通，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，按如图所示进行实验：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)。解析：(1)金、银、铜都属于不活泼金属，易加工，因此在历史上都曾经用作货币。(2)试样X与过量盐酸反应所得溶液Y为FeCl2、CuCl2、HCl混合溶液，粉末Z为Fe、Cu混合物，将Y和Z混合，发生反应：FeCu2=Fe2Cu，Fe2H

27、=Fe2H2，生成的溶液呈强酸性且不含Cu2，则不溶物W全部是金属铜，则每份试样X中氧化铜的质量为 eq f(1,2)m eq f(80,64) eq f(5,8)m。答案：(1)D(2)FeCu2=Fe2Cu，Fe2H=Fe2H2 eq f(5,8)m等级考检测12下列关于铁和铁合金的有关说法错误的是()A工业上用一氧化碳将铁矿石中的铁还原出来B不锈钢抗腐蚀性能好，长期使用绝对不会生锈C制造铁轨、船舶、桥梁的碳素钢是铁和碳的合金D使用铁锅炒菜能为人体提供微量的铁元素解析：选B。一氧化碳具有还原性，可以将铁矿石中的铁还原出来；不锈钢长期使用也会生锈；碳素钢是铁和碳的合金；铁是人体需要的微量元素

28、，使用铁锅炒菜能为人体提供微量的铁元素。13(双选)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错误的是()A铝合金是一种混合物，它比纯铝的熔点高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解析：选AD。A项，合金均为混合物，一般来说，合金的熔点比其成分金属的熔点低；B项，在熔剂层覆盖下熔炼，可隔绝空气，防止高温铝液被O2氧化；C项，镁铝合金中的铝能与NaOH溶液反应；D项，镁铝合金中的Mg、Al均能与盐酸反应。14(双选)下列反应的离子方程式书写不正确的是()A钠溶于NaOH溶液中：Na2H2O=Na2OHH2

29、B金属铝溶于氢氧化钠溶液中：Al2OH=AlO eq oal(sup1(),sdo1(2)H2C金属铝溶于盐酸中：2Al6H=2Al33H2D铁跟稀硫酸反应：Fe2H=Fe2H2解析：选AB。A项，电荷、得失电子不守恒；B项，应为2Al2OH2H2O=2AlO eq oal(sup1(),sdo1(2)3H2。15甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 molL1的盐酸和氢氧化钠溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后测得生成的气体体积比为12，则加入铝粉的质量为()A5.4 g B3.6 gC2.7 g D1.8 g解析：选A。铝分别与盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生H2的体积比在1311

30、之间时，必定是铝与盐酸反应时铝过量、盐酸不足，铝与氢氧化钠溶液反应时铝不足、氢氧化钠过量。结合反应：2Al6HCl=2AlCl33H2，2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，0.3 mol盐酸完全反应产生氢气的物质的量为0.3 mol20.15 mol，则乙烧杯中产生氢气的物质的量为0.15 mol20.3 mol，故参加反应的铝的物质的量为0.3 mol320.2 mol，其质量是0.2 mol27 gmol15.4 g。16某课外活动小组收集了一种合金进行以下探究(已知铜元素的焰色试验呈绿色)：外观暗灰色，表皮光滑；在酒精灯上灼烧，火焰呈绿色，合金片熔化，但不滴落；取刮去表皮的合金10 g，放入足量的稀硫酸中，收集到标准状况下的H2 8.96 L；另取刮去表皮的合金10 g，放入足量的NaOH溶液中，也收集到标准状况下的H2 8.96 L。(1)试据此判断，该合金中一定含有的元素是_(填元素符号)，可能含有的下列元素是_(填字母)。AAg BMg CNa DFe(2)如果该合金中只含两种元素，则二者的质量比是_。解析：(1)在酒精灯上灼烧