2024–2025学年高一化学必修第一册同步学与练（人教版）第21课 金属材料（原卷版）

第21课金属材料目录目录01学习目标02预习导学自主梳理预习检测03探究提升环节一铁合金铝合金新型合金环节二铝、氧化铝和氢氧化铝04课堂总结05强化训练001学习目标1．知道金属材料的常见类型——纯金属及其合金。2．认识三大合金——铁合金、铝合金及新型合金的组成、性能与应用。3．会书写铝、氧化铝及氢氧化铝与酸、碱反应的方程式。002预习导学自主梳理一、合金和铁合金1．合金（1）组成：合金是指由两种或两种以上的_______(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。（2）特性及原因①硬度：合金的硬度一般比其成分金属的硬度_____。②熔点：合金的熔点一般比其成分金属的熔点_____。（3）原因：纯金属内所有原子的大小和形状相同，原子排列十分规整；加入或大或小的其他元素的原子后，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对________变得困难，导致合金的硬度变大。2．铁合金（1）铁和碳形成的合金，因含碳量不同分为_______(含碳量为2%～4.3%)和_____(含碳量为0.03%～2%)。钢是用量最大、用途最广的合金。（2）不锈钢是最常见的一种合金钢，合金元素主要是_____和_____，在大气中比较稳定，不易生锈，抗腐蚀能力强。二、铝和铝合金1．铝合金铝合金是目前用途广泛的合金之一，硬铝是在铝中添加了一定比例的Cu、Mg、Mn、Si，它的密度_____，强度_____，具有较强抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。2．铝、氧化铝与氢氧化铝铝、氧化铝与稀盐酸的反应实验操作实验现象铝片逐渐溶解，有无色气泡冒出，将点燃的木条放在试管口有爆鸣声化学方程式Al2O3＋6HCl2AlCl3＋3H2O、2Al＋6HCl2AlCl3＋3H2↑离子方程式Al2O3＋6H＋2Al3＋＋3H2O、2Al＋6H＋2Al3＋＋3H2↑铝、氧化铝与NaOH溶液的反应实验操作实验现象试管①中一开始无气泡产生，一段时间后，铝片溶解，有无色气泡冒出，试管②中铝片溶解，立即产生无色气泡，将点燃的木条放在试管口，都有爆鸣声化学方程式Al2O3＋2NaOH2NaAlO2＋H2O、2Al＋2NaOH＋2H2O2NaAlO2＋3H2↑离子方程式Al2O3＋2OH－2AlOeq\o\al(－,2)＋H2O、2Al＋2OH－＋2H2O2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑铝盐与强碱、弱碱的反应氯化铝溶液中滴加氨水产生沉淀，再加过量氨水沉淀不溶解氯化铝溶液中滴加氢氧化钠溶液产生沉淀，再加过量氢氧化钠溶液沉淀溶解（1）铝是地壳中含量最多的金属元素，常温下就能与空气中的__________发生反应，表面生成一层致密的__________薄膜，保护内部金属。其化学方程式为：________________________。（2）两性氧化物既能与_____反应生成盐和水，又能与_____反应生成盐和水的氧化物，如Al2O3等，其与强酸、强碱反应的离子方程式为：Al2O3＋6H＋2Al3＋＋3H2O、______________________________。（3）氢氧化铝实验室用铝盐溶液与氨水反应制备氢氧化铝，反应的离子方程式为______________________________。三、新型合金1．储氢合金：一类能够大量吸收H2，并与H2结合成____________的材料。如Ti－Fe合金、La－Ni合金等，为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用。2．其他新型合金：________、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。预习检测1．（2022年辽宁辽阳高一月考）下列材料不属于合金的是A．铸造下水井盖的生铁 B．储氢用的La－Ni合金C．可用于机器人“皮肤”的橡胶 D．可用于军用车辆的超级钢2．（2023年北京市西城区期末）合金的应用促进了人类社会的发展。下列不属于合金的是A．青铜面具B．铝合金滑雪杖C．不锈钢锅D．塑料管材3．（2023年天津市河北区期末）下列物质属于两性氧化物的是A．H2O B．CO2 C．Al2O3 D．Fe2O34．（2023年北京市延庆区期末）下列关于金属铝的描述中，不正确的是A．有银白色金属光泽 B．具有较强的还原性C．硬度高于硬铝 D．常温下能与空气中的氧气反应5．（2023年北京市通州区期末）我国铝材工业水平处于世界领先行列。下列说法中，不正确的是A．常温下，铝制品耐腐蚀是因为铝不活泼B．铝制餐具不宜长时间盛放酸性食物C．铝合金密度小、强度高，广泛应用于航空领域D．工业上可以用盐酸去除铝表面的氧化膜6．（2022年江苏省南通市通州区期末）我国自主研制的C919大型客机即将商业飞行。飞机外壳大量使用铝锂合金，主要是因为铝锂合金A．具有良好的导电性 B．熔点比纯铝低C．能与强酸、强碱反应 D．密度小、机械强度高►环节一铁合金铝合金新型合金情境材料合金的应用合金的应用狗头兽首铜像高铁车厢铝合金潜水器外壳(钛、铝等)速滑冰刀(不锈钢)储氢合金如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。问题探究1．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2．高铁车厢大部分采用铝合金材料制造，这是因为铝合金A．质地轻，强度大，抗腐蚀能力比较强B．具有比较活泼的化学性质C．各种成分在自然界中含量丰富，容易获取D．比纯铝熔点高，耐高温3．2022年世界冬奥会和冬残奥会在北京和张家口举行，其中短道速滑项目队员所穿的速滑冰刀可用不锈钢制成。下列叙述错误的是A．不锈钢是最常见的一种合金钢B．不锈钢中常添加镍(Ni)和铬(Cr)元素，从而使其具有特殊性能C．不锈钢中只含有金属元素，不含有非金属元素D．不锈钢是通过增加原子层之间的相对滑动难度，导致合金的硬度变大要点归纳一、合金1．概念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．特性3．结构 纯金属内原子的排列十分规整 合金内原子层之间的相对滑动变得困难合金的形成改变了金属的内部结构，使合金的性能和纯金属有很大的差异。4．合金中的“四最”（1）使用“最早”的合金是青铜；（2）用量“最大”、用途“最广”的合金是钢；（3）航空、航天“最理想”的材料是铝合金；（4）未来能源“最前沿”的材料是储氢合金。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，若一种金属的熔点高于另一金属的沸点，则二者不能形成合金。二、三大合金1．铁合金（1）分类（2）钢2．铝合金制取向铝中加入少量的Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等性能密度小、强度高、塑性好、易于成型、具有较强的抗腐蚀能力等用途制造炊具、门窗、飞机和宇宙飞船外壳的原料3．新型合金钛合金钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高。主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。储氢合金是能大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。如Ti－Fe合金、La－Ni合金。形状记忆合金是通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应的由两种以上金属元素所构成的材料。形状记忆合金是形状记忆材料中形状记忆性能最好的材料。耐热合金是在高温使用环境条件下，具有组织稳定和优良力学、物理、化学性能的合金。包括耐热钢、耐热铝合金、耐热钛合金、高温合金、难熔合金等。耐热合金在高温下具有一定拉伸、蠕变、疲劳性能、物理、化学性能和工艺性能。典例精讲【例1】（2023年广东省东莞市期末）2022年5月18日，“大唐宝藏——法门寺地宫文物精粹特展”在东莞市博物馆拉开帷幕。下列大唐宝藏主要由合金材料制成的是A．八棱净水秘色瓷瓶B．素面淡黄琉璃茶盏C．鎏金铜浮屠D．汉白玉菩萨像【例2】（2023年河南省洛阳市期末）下列关于合金的说法中，正确的是A．合金的熔点一定比各成分金属的低B．在我国使用最早的合金是钢C．生铁的含碳量为0.03%～2%D．稀土金属可用于生产合金►环节二铝、氧化铝和氢氧化铝情境材料铝的冶炼铝的冶炼资料铝土矿：主要成分Al2O3，含有的杂质为Fe2O3、SiO2。铝土矿中加入NaOH溶液，SiO2完全形成硅铝酸钠沉淀(Na2O·3Al2O3·5SiO2·5H2O)。工业上从铝土矿中提取出纯净的氧化铝并电解氧化铝制铝的生产流程如下图：问题探究1．铝土矿与NaOH溶液反应生成NaAlO2的化学方程式为____________________________________。2．氢氧化铝生成氧化铝的化学方程式为_______________________________。3．氧化铝通电得到铝和氧气，其反应的化学方程式为_______________________________。要点归纳三、铝、氧化铝和氢氧化铝1．铝结构铝的原子结构示意图为存在铝是地壳中含量最多的金属元素，自然界中的铝全部以化合态存在物理性质银白色有金属光泽的固体，有良好的延展性、导电性和传热性等，密度较小，质地柔软化学性质通性非金属单质反应4Al＋3O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2Al2O3(致密氧化铝薄膜，可保护内部金属)非氧化性酸反应2Al＋6H＋2Al3＋＋3H2↑盐反应2Al＋3Cu2＋2Al3＋＋3Cu水反应2Al＋6H2Oeq\o(,\s\up6(Δ))2Al(OH)3＋3H2↑特性钝化室温下，铝在浓硫酸、浓硝酸中，表面形成一层致密的氧化物膜，保护内部的金属不再与酸反应与碱反应2Al＋2H2O＋2NaOH2NaAlO2＋3H2↑2Al＋2OH－＋2H2O2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑1．在常温下形成致密保护膜的金属，如铝、镁等金属。铁在高温下形成致密保护膜，俗称“烤蓝”，铁或铝遇到浓H2SO4或浓HNO3时，迅速反应生成致密氧化膜，称为钝化。2．铝与氢氧化钠溶液反应的实质是铝先与强碱溶液中的水反应生成H2和Al(OH)3，然后Al(OH)3再与NaOH反应生成H2O和NaAlO2，反应中铝做还原剂，水做氧化剂，NaOH无电子得失。用双线桥法和单线桥法分别表示2．氧化铝物理性质白色固体，难溶于水，硬度大，熔点很高，是优良耐火材料化学性质与酸反应Al2O3＋6HCl2AlCl3＋3H2OAl2O3＋6H＋2Al3＋＋3H2O与碱反应Al2O3＋2NaOH2NaAlO2＋H2OAl2O3＋2OH－2AlO－QUOTEAlO2-＋H2O用途制造耐火、耐高温器材、工业冶炼铝、可以制作各种宝石3．氢氧化铝物理性质白色胶状不溶于水的固体，有较强的吸附性化学性质与酸反应Al(OH)3＋3HClAlCl3＋3H2OAl(OH)3＋3H＋Al3＋＋3H2O与碱反应Al(OH)3＋NaOHNaAlO2＋2H2OAl(OH)3＋OH－AlO－＋2H2O不稳定性2Al(OH)3eq\o(,\s\up6(Δ))Al2O3＋3H2O制备铝盐与足量氨水Al3＋＋3NH3·H2OAl(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)偏铝酸盐与足量CO2AlO－QUOTEAlO2-＋CO2＋2H2OAl(OH)3↓＋HCO－用途氢氧化铝胶体有较强的吸附性，可用于净水；氢氧化铝碱性不强，可以用作胃酸中和剂典例精讲【例3】）（2023年湖北省武汉市江岸区期末节选）若加入铝粉能放出氢气的溶液中分别加入下列各组离子，可能共存的是A．NHeq\o\al(＋,4)、NO－、CO2－、Na＋ B．Na＋、Ba2＋、Mg2＋、HCO－C．SO2－、Mg2＋、K＋、Cl－ D．Fe2＋、K＋、AlO－、NO－例4】（2023年天津市河北区期末）相同质量的两份铝，分别放入足量的盐酸和氢氧化钠溶液中，放出的氢气在同温同压下体积之比为A．1∶1 B．1∶2 C．1∶3 D．2∶1【例5】（2023年北京市西城区期末）利用废铝箔(主要成分为Al，含少量Mg、Fe等)制明矾[KAl(SO4)2·12H2O]的一种工艺流程如下：铝箔甲溶液Al(OH)3乙溶液明矾下列说法中，不正确的是A．①中加NaOH溶液，发生反应的离子方程式是2Al＋2OH－＋2H2O2AlO－＋3H2↑B．操作a是过滤C．乙溶液中含有的离子是Al3＋、SO2－D．由④可推测，室温下明矾的溶解度小于Al2(SO4)3和K2SO4的溶解度004课堂总结铝及其化合物转化关系00503强化训练1．（2023年北京市通州区期末）中华文明源远流长，在世界文明中独树一帜，汉字居功至伟。随着时代发展，汉字被不断赋予新的文化内涵，其载体也发生相应变化。下列汉字载体主要由合金材料制成的是汉字载体选项A．兽骨B．青铜器C．竹片D．纸张2．（2023年天津市河北区期末）合金具有许多优良的性能．下列物质属于合金的是A．氧化铜 B．生铁 C．汞 D．钠3．（2023年广东省茂名市电白区期末）铝合金大量用于飞机制造，是因为A．Al的活泼性弱 B．Al的还原性弱C．Al合金密度小，强度大 D．常温下Al不与O2反应4．（2023年湖北省襄阳市期末）向Al2(SO4)3溶液中投入一小块金属钠(如图所示)，反应完全后，过滤并洗涤，所得沉淀干燥后在空气中完全灼烧。下列说法正确的是A．所得沉淀为AlB．Al2(SO4)3溶液可以导电，故Al2(SO4)3溶液是电解质C．可以用手代替镊子直接取用金属钠进行该实验操作D．灼烧后所得产物既能与稀的强酸溶液反应，也能与稀的强碱溶液反应5．（2023年甘肃省庆阳市期末）镁铝合金质优体轻，又不易锈蚀，大量用于航空工业、造船工业、日用化工等领域。下列关于镁铝合金性质的叙述中，不正确的是A．此合金熔点比镁和铝的熔点都低B．此合金能全部溶解于足量稀盐酸中C．此合金能全部溶解于足量氢氧化钠溶液中D．此合金的硬度比镁和铝的硬度都大6．（2023年北京市延庆区期末）取等质量的镁粉和铝粉分别放入过量的盐酸和氢氧化钠溶液中，充分反应后产生相同状况下氢气的体积A．镁粉多 B．铝粉多 C．一样多 D．无法判断7．（2023年天津市河北区期末）下列说法中，正确的是A．常温下，铝不与氧气反应B．铝是地壳中含量最多的元素C．氧化铝与水反应可制得氢氧化铝D．在AlCl3溶液中加入过量的氨水可制得Al(OH)3沉淀8．（2023年湖北省襄阳市期末）向一铝质易拉罐中充满CO2，然后往罐中注入足量的NaOH浓溶液，立即用胶布封严罐口。一会儿听到罐内发出“咔、咔”的响声，且易拉罐变瘪；再过一会儿又鼓起来恢复原样。下列说法正确的是A．易拉罐先变瘪原因为CO2与NaOH溶液反应生成了NaHCO3B．CO2属于酸性氧化物且其相对分子质量为44C．再过一会儿又鼓起来的原因是生成的NaHCO3分解重新生成了CO2D．上述反应中，每消耗0.2molNaOH，同时消耗CO2体积为2.24L9．（2023年江苏省南通市如皋市期末）某废液中主要含有MgSO4、Al2(SO4)3和CuSO4三种溶质，为分离三种金属元素，现进行如下流程所示的实验：下列说法正