高中化学人教版化学与生活第三章探索生活材料第一节合金 2023版第3章第1节合金

第一节合金1．本节学习的重点是合金和金属在性能上的主要差异及其原因，铁合金、铝合金和铜合金的组成、性能和用途。(重点)2．本节学习的难点是合金的结构与性能之间的关系，合金元素的种类、含量对合金性能的影响。(难点)一、认识合金1．合金的概念由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。2．合金的性能(1)合金的硬度较大。(2)多数合金的熔点一般比各成分金属的低。(3)合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件来调节。(4)合金比成分金属耐腐蚀。1．合金是混合物还是纯净物？【提示】合金是混合物，但其组成是均匀的。而且有些合金具有固定熔点。二、使用合金1．铁合金(1)生铁和钢的比较生铁钢含碳量2%～%%～2%组成铁、碳铁、碳合金钢中还含有其他元素性能硬度大、抗压、性脆有良好的延展性、机械性能加工可铸不可锻可铸、可锻用途制造机座、管道制造机械和交通工具(2)钢的分类2．铝合金和铜合金(1)硬铝：合金元素为Cu、Mg、Mn和Si等。硬铝密度小，强度高、抗腐蚀性强。适用于制造飞机和航天器。(2)黄铜：合金元素是Zn。青铜：合金元素是Sn。3．新型合金(1)储氢合金：Ti­Fe合金和La­Ni合金等。(2)钛合金：重量轻、强度高、韧性好、耐腐蚀。(3)耐热合金、形状记忆合金等。2．生铁和钢的本质区别是什么？如何将生铁冶炼成钢？【提示】生铁和钢的本质区别是含碳量不同，生铁的含碳量比钢高。炼钢是在高温条件下，用氧化剂把生铁中过多的碳和杂质氧化除去的过程。合金的性质与结构的关系第1步导思——问题引入，自主探究1．为什么多数合金的熔点比成分金属低而硬度比成分金属大？【提示】合金内部原子大小不同，原子层与层之间相对滑动困难，使合金硬度变大；原子大小不一使原子之间的相互作用力减小、熔点变低。2．合金的组成元素相同时性能就一定相同吗？【提示】合金的性能可以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调节。合金元素种类相同，性质不一定相同。第2步阐述——要点归纳，深化知识1．合金的物理性质(1)一般情况下，合金比纯金属硬度更大、更坚固。(2)多数合金的熔点一般比各成分金属的低。(3)一般来说，合金的性质并不是各成分的性质的总和。合金具有良好的物理、化学或机械性能。(4)合金的性能可以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。2．合金的性质与结构的关系(1)一般情况下，合金比纯金属的硬度更大、更坚固。在纯金属内，所有原子的大小和形状都是相同的，原子的排列十分规整。而合金内加入了其他元素这些元素的原子大小不一，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层与层之间的相对滑动变得困难。eq\a\vs4\al(纯金属内原子的,排列十分规整)eq\a\vs4\al(合金内原子层之间,的相对滑动变得困难)纯金属与合金的结构比较(2)一般情况下合金的熔点比纯金属低。在纯金属内，所有的原子大小相同，排列十分规整；而合金内原子的大小不一，排列没有纯金属那样整齐，使得原子之间的相互作用力减小。所以，多数合金的熔点一般比各成分金属的熔点都要低。3．不锈钢的分类及耐腐蚀的原因(1)不锈钢种类繁多、性能各异，按化学成分可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大类；按使用的介质环境可分为耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐尿素不锈钢和耐海水不锈钢等。(2)不锈钢中添加的元素主要是Ni和Cr，Cr是防氧化元素，使不锈钢表面形成一层致密的氧化物保护膜，防止内部的Fe与外界物质接触；Ni是防腐蚀元素，使不锈钢在多种酸、碱、盐溶液中也能具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性。合金是混合物，但与其他的混合物不同，合金有固定的熔沸点。第3步例证——典例印证，思维深化铁和铁合金是生活中常用的材料，下列说法正确的是()【导学号：72062046】A．不锈钢是铁合金，只含金属元素B．一定条件下，铁粉可与水蒸气反应C．铁与盐酸反应，铁合金不与盐酸反应D．铁合金的硬度和强度均低于铁【解析】铁合金中含非金属元素碳；铁粉与水蒸气反应的化学方程式为3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up10(高温))Fe3O4＋4H2；铁形成铁合金后其化学性质几乎不变，铁合金中的铁仍能与盐酸反应；合金的性能一般优于其纯金属。【答案】B1合金物理性质、机械性能等优于成分金属，但合金中各成分金属的化学性质并未改变。2合金是混合物，但其成分均一，性质稳定，具有固定的熔点、沸点。第4步运用——精选习题，落实强化1．下列合金不能被稀盐酸腐蚀的是(括号内为合金成分)()【导学号：72062047】A．球墨铸铁 B．黄铜(铜锌合金)C．铝合金 D．24K黄金【解析】合金中各成分仍具有原来的化学性质，故球墨合金中的铁、黄铜合金中的锌、铝合金中的铝均能被稀盐酸腐蚀，24K黄金为纯金不能被稀盐酸腐蚀。【答案】D重要的合金类型与主要性质第1步导思——问题引入，自主探究1．最早使用的合金是什么？试分析最早使用该合金的原因。【提示】最早使用的合金是铜合金(青铜)。铜的性质较稳定，冶炼方法简单，故最早被人们发现使用。2．不锈钢就是绝对的不生锈吗？【提示】不是。不锈钢在空气中不易被氧化，稳定性好。而在海水中，由于电解质溶液浓度大，不锈钢中的Fe与C可形成原电池，从而发生电化学腐蚀。第2步阐述——要点归纳，深化知识名称组成主要性质主要用途铁合金生铁含碳量2%～%硬度大、抗压、性脆铸造机座、管道等钢含碳量0．03%～2%良好延展性、机械性能好用途最广、用量最大的合金材料铝合金铝合金含有10%～30%的镁强度和硬度都比纯铝和纯镁大火箭、飞机、轮船等制造业硬铝含铜4%、镁%、锰%、硅%强度和硬度都比纯铝大火箭、飞机、轮船等制造业铜合金黄铜含锌20%～36%，常加入少量锡、铅、铝有良好的强度和塑性、易加工、耐腐蚀机器零件如轴承、齿轮等青铜含锡10%～30%有良好的强度和塑性、耐磨、耐腐蚀机器零件如轴承、齿轮等钛合金含铝6%、钒4%耐高温、耐腐蚀、高强度用于宇航、飞机、造船、化学工业金合金加入银、铜、稀土元素等有光泽、易加工、耐磨、耐腐蚀、易导电金饰品、电子元件、钱币、笔尖(1)纯铁比铁合金更耐腐蚀。(2)铝是地壳中含量最多的金属元素。纯铝的硬度和强度较小，不适于制造机器零件等。向铝中加入少量的合金元素，如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等，可制成铝合金，铝合金是目前用途广泛的合金之一。(3)铜能与锌、锡、铅、锰、钴、镍、铝、铁等金属形成合金，黄铜是铜锌合金，青铜是铜锡合金，白铜是铜钴镍合金。第3步例证——典例印证，思维深化某课外活动小组，收集了一种合金进行研究(已知Cu的焰色反应显绿色)。【导学号：72062048】(1)外观暗灰色，表面光滑；(2)在酒精灯上灼烧，火焰呈绿色；合金片熔化，但不滴落；(3)取刮去表皮的金属10.0g，放入足量H2SO4溶液中，收集到标准状况下的H29.96L；(4)另取刮去表皮的金属10.0g，放入足量NaOH溶液中，也收集到标准状况下的H29.96L。试据此判断，合金中一定含有的元素是________(写元素符号)；下列元素可能含有的是________(填选项字母)；a．Ag b．Mgc．Na d．Fe如果该合金中，只含两种元素，它们的质量比是________。【解析】焰色反应呈绿色，表明此合金中含有铜，相同质量的合金分别与H2SO4溶液，NaOH溶液反应放出等体积的H2，表明合金中有金属元素Al，且不含比铜活泼的其他金属，否则与酸反应放出的H2多。2Al～3H254g67.2Lm(Al)9.96Lm(Al)＝8.0g，m(Cu)＝10.0g－8.0g＝2.0g，m(Cu)∶m(Al)＝1∶4。【答案】Cu、Alam(Cu)∶m(Al)＝1∶4第4步运用——精选习题，落实强化2．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，铱金笔的笔头用黄金的合金，笔尖用铱的合金。下列说法中错误的是()【导学号：72062049】A．钢笔的笔头不易被氧化，抗腐蚀性能好B．铱金笔的密度要比钢笔大C．铱金笔的笔头和笔尖都是用纯金制成的D．铱金笔经久耐磨，书写时弹性特别好，是一种理想的硬笔【解析】铱金笔的笔头和笔尖分别是黄金和铱金等多种合成的。【答案】C新型合金的用途第1步导思——问题引入，自主探究1．储氢合金的储氢原理是什么？它怎样储存和释放H2?【提示】H2＋储氢合金,稍受热金属氢化物。2．能够用于人造骨骼的是哪种合金？【提示】钛合金。第2步阐述——要点归纳，深化知识1．储氢合金(1)氢能的利用存在的两大难题：制取和储存。H2是一种易燃、易爆的气体，要利用H2，关键要解决H2的安全储存和运输问题。一般情况下，H2采用气态或液态储存。但运送装有H2的钢瓶既不安全又不方便。(2)对储氢合金的要求：一是能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物；二是储氢量大，金属氢化物既容易形成，稍稍加热又容易分解，室温下吸氢、放氢的速率快，如Ti­Fe合金、La­Ni合金等。2．钛合金被誉为“21世纪金属”的钛所形成的合金，具有质量轻、硬度大、耐腐蚀、良好的抗氧化性。现在，钛合金广泛用于航空、航天、潜艇、人造骨(关节)的制造。3．形状记忆合金形状记忆合金是在20世纪60年代初期发现的，它是一种特殊的合金，有一种不可思议的性质，即使把它揉成一团，一旦达到一定温度，它便能在瞬间恢复到原来的形状。由镍和钛组成的合金具有记忆能力，称为NT合金，它在高科技领域、工业和民用部分发挥着独特的作用，如用形状记忆合金制成的高级眼镜框架，扭曲折弯后，能够自动恢复成原来的形状，弹性好，经久耐用。第3步例证——典例印证，思维深化钛(Ti)因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注，是航空、军工、电力等方面的必需材料，被誉为“空间金属”和“深海金属”。【导学号：72062050】(1)钛和钛的合金具有很多优良的性能，如熔点高、密度小，可塑性好、易于加工，钛合金与人体有很好的“相容性”。根据它们的主要性能，下列用途不切合实际的是________。A．用来做保险丝 B．用于制造航天飞机C．用来制造人造骨 D．用于制造船舶(2)常温下钛不和非金属、强酸反应。红热时，却可与常见的非金属单质反应。地壳中含钛矿石之一的金红石(TiO2)，目前大规模生产钛的方法是：第一步：金红石、炭粉混合，在高温条件下通入氯气制得TiCl4和一种可燃性气体。该反应的化学方程式：______________________________________________________________，该反应的还原剂是________。第二步：在氩气的气氛中，用过量镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛。简述由上述所得产物中获取金属钛的步骤：_________________________________________________________________________________________。【解析】(1)选A。由题干知钛和钛合金的熔点高，不能用来做保险丝；其密度小、熔点高、可塑性好，可用于制造飞机及船舶，与人体有很好的“相容性”可制造人造骨。(2)TiO2＋2C＋2Cl2eq\o(=,\s\up10(高温))TiCl4＋2CO，该反应中，碳元素化合价升高，C作还原剂；第二步应为镁置换钛的反应，化学方程式为TiCl4＋2Mgeq\o(=,\s\up10(△),\s\do15(Ar))Ti＋2MgCl2，所得产物含杂质镁(镁过量)、MgCl2，利用钛不与强酸反应，应加足量盐酸除去过量杂质镁、MgCl2，过滤即得钛。【答案】(1)A(2)TiO2＋2C＋2Cl2eq\o(=,\s\up10(高温))TiCl4＋2CO碳加入足量盐酸，过滤，洗涤在分析合金的组成时，应注意：1根据元素单质的性质判断单质的存在，特别是一些单质的特殊性，如Al与NaOH溶液反应，Si与NaOH溶液反应等。2加入试剂时注意反应的单一性，即加入一种试剂与一种成分反应。第4步运用——精选习题，落实强化3．下列关于高温合金的说法不正确的是()A．高温合金在高温下能保持足够的强度和良好的抗氧化性B．钠、钾等熔点较低的金属不适合制高温合金C．高温合金在航天工业、军工企业有广泛用途D．高温合金可用于制造人造骨骼【解析】人造骨骼必须有良好的生物相容性，但对耐高温要求并不高。【答案】D1．下列物质中，不属于合金的是()A．硬铝 B．黄铜C．钢铁 D．水银【解析】水银的成分为汞单质，不属于合金。【答案】D2．如图是在法国拍卖会拍卖的我国圆明园兽首—兔首和鼠首，拍卖台上渴望回家的铜器兔首和鼠首看上去仍熠熠生辉。下列对其原因的分析，最可能的是()A．它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金B．环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨洗去C．铜的活动性比氢弱，因此不易被氧化D．它们是含一定比例金、银、锡、锌的铜合金【解析】本题以我国国宝圆明园鼠首和兔首铜像为素材考查金属的保护和合金的概念，也激发了学生的爱国热情。最有可能的原因改变了金属的内部结构(形成合金)，从而防止了金属的腐蚀。【答案】D3．下列金属中，遇到稀硫酸或氢氧化钠溶液都能放出氢气的是()【导学号：72062051】A．银 B．铝C．镁 D．铁【解析】银、镁、铁均与NaOH溶液不反应。2Al＋3H2SO4=Al2(SO4)3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑。【答案】B4．合金是金属与金属(或某些非金属)在熔化状态下形成的一种具有金属特性的熔合物。下表中金属难与表中其他金属形成二元合金的元素是()FeCuZnAgAuW熔点/℃1535108310633380沸点/℃30002595907221227075627 B．ZnC．Ag D．W【解析】从表中数据可以看出，金属W的熔点不但比其他金属的熔点高，而且也比其他金属的沸点高；因此W不能与其他金属熔合在一起。【答案】D5．(1)选择填空：将铝的用途与性质搭配起来(每个选项只选用一次)。【导学号：72062052】A．质轻B．延展性好C．易导热D．易导电E．氧化时放热①太阳能热水器：____________；②飞机：_____________；③电缆：___________________；④铝箔：______________。(2)佛山是有色金属之乡，其中铝合金材料的产量约占全国的一半。铝合金材料属于________(填“纯净物”“混合物”或“单质”)。(3)在西汉古籍中曾有记载：曾青得铁则化为铜[即曾青(CuSO4)跟铁反应生成铜]。试写出该反应的化学方程式：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【解析】(1)铝在太阳能热水器上的应用是由于它的导热性好。铝合金硬度大、质轻，是制造飞机的良好材料。铝用作电缆和铝箔分别利用了其导电性和延展性。(2)合金是由一种金属跟其他一种或几种金属(或非金属)一起熔合而成的具有金属特性的物质，因此肯定是混合物。(3)该反应是铁与硫酸铜反应置换出铜的过程。【答案】(1)①C②A③D④B(2)混合物(3)Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu学业分层测评(九)(建议用时：30分钟)[学业达标]1．下列关于合金的说法正确的是()①合金至少含两种金属②合金中元素以化合物形式存在③合金的熔点比组成成分低④合金一定是混合物⑤铁锈是一种铁合金A．①② B．②③⑤C．③④ D．③【解析】合金概念有三个特点：①一定是混合物；②合金中各成分都是以单质形式存在；③合金中至少有一种金属。铁锈的主要成分是氧化铁，不具有合金的性质，因此不属于合金。【答案】C2．下列叙述与金属的物理性质无关的是()A．良好的导电性B．反应中易失电子C．延展性D．导热性【解析】金属反应中易失电子的性质属于化学性质，与物理性质无关。【答案】B3．生铁和钢的主要区别是()A．生铁和钢的主要成分都是铁，但二者的含碳量不同，性能也不同B．生铁和钢都是碳的合金C．生铁就是含杂质较多的钢，钢就是含杂质较少的生铁D．生铁是混合物，钢是纯净物【解析】生铁的含碳量为2%～%，钢的含碳量为%～2%，二者都是铁的合金，都是混合物，因而选A。【答案】A4．铝镁合金因坚硬、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()【导学号：72062129】A．不易生锈 B．导电性好C．密度小 D．强度高【解析】由于门窗要接触空气、水等，所以要考虑材料是否易生锈；如果强度不高，既不安全，也容易变形导致难以打开，门窗是不需通电的，故不需考虑材料的导电性。【答案】B5．某合金与铁的物理性质的比较如下表所示：熔点密度硬度导电性某合金32003.20g/cm3铁15357.86g/cm317(注：硬度以金刚石的10作标准，导电性以银的100为标准)已知该合金耐腐蚀、强度大，从性能看，该合金不适合制()A．门窗框 B．炉具C．电源线 D．飞机外壳【解析】该合金耐腐蚀、强度大、熔点高、密度小、硬度大，所以可以用来制门窗框、炉具、飞机外壳，但该合金导电性差，不适合制电源线。【答案】C6．高功率Ni/MH(M表示储氢合金材料)电池已经用于混合动力汽车，其放电时的反应为NiOOH＋MH=M＋Ni(OH)2，下列有关说法不正确的是()A．储氢合金是一种新型合金B．储氢合金的一大重要特点是吸收H2的能力强C．此电池工作时，储氢合金中的H2释放出来参与反应D．此电池工作时，释放出的H2在原电池的负极上发生失电子的还原反应【解析】工作时，储氢合金释放出的H2在负极上发生失电子的氧化反应。【答案】D7．2016年10月19日神舟十一号与天宫二号成功对接，标志着中国的航空铝材处于世界领先行列。下面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，但能被烧碱腐蚀D．镁铝合金在冷的浓硫酸中钝化【解析】镁不会在浓硫酸中钝化。【答案】D8．某化学兴趣小组对某奖牌中金属的成分提出猜想：甲认为该金属是由纯金制成；乙认为该金属是由金