2019-2020年人教版高中化学选修一教学案：第三章-第一节-合金(含答案)

2019-2020年人教版高中化学选修一教学案：第三章第一节合金(含答案)认识合金[自读教材·夯基础]1．合金的概念合金是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．合金的性能合金与其各成分金属相比，具有许多优良的物理、化学或机械的性能。(1)合金的硬度较大。(2)多数合金的熔点比其各成分金属的低。(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。[跟随名师·解疑难](1)加入其他合金元素后，合金元素的原子或大或小，改变了原有金属原子的规则排列，使原子层之间的滑动变得困难，增大了合金的硬度。(2)加入合金元素后，由于合金元素的原子半径与原金属原子不同，使金属原子的排列变得不规整了，原子间的相互作用力变小，使合金的熔点变低。(3)合金是混合物，但其组成是均匀的，而且有些合金具有固定的熔点。(4)使用最早的合金是铜合金。[剖析典例·探技法][例1]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。仅根据下表数据判断，不宜用上述方法制取的合金是()金属NaKAlCuFe熔点/℃97.563.666010831535沸点/℃883774246725672750A．Fe­Cu合金 B．Cu­Al合金C．Al­Na合金 D．Cu­Na合金[名师解析]根据合金的概念可知：铜的熔点为1083℃，而钠的沸点为883℃，即当铜熔化时，钠已气化。二者形不成合金。[答案]D[名师点睛]合金是由不同金属熔合而成的，即熔合时温度要达到两种金属中最高的熔点，但一种金属的熔点不能高于另一种金属的沸点。如本题中Na­Al能形成合金，但Cu­Na不能形成合金。使用合金[自读教材·夯基础]1．铁合金生铁和钢的比较：生铁钢碳的质量分数2%～4.3%0.03%～2%机械性能硬而脆，无韧性坚硬、韧性大，塑性好机械加工可铸，不可锻可铸，可锻，可压延使用范围较小广泛分类生铁eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(炼钢生铁,铸造生铁))钢eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(碳素钢\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(高碳钢,中碳钢,低碳钢)),合金钢\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(不锈钢,其他含金钢))))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)铜合金：黄铜是Cu­Zn合金，青铜是Cu­Sn合金。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。[跟随名师·解疑难](1)生铁和钢的本质区别在于含碳量的高低。含碳量越高，硬度越大，含碳量越低，韧性越强。(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。(3)储氢合金：H2＋储氢合金eq\o(,\s\up7(),\s\do5(稍受热))金属氢化物常见的储氢合金一般为Ti­Fe合金、La­Ni合金。(4)钛合金的优点：①比强度高；②热强度高；③抗蚀性好；④低温性能好。[剖析典例·探技法][例2]钢铁是铁和碳的合金的总称，其强度高、价格便宜、应用广泛。在以下关于不锈钢和普通钢的认识中，你认为正确的是()A．它们的组成元素是相同的B．耐腐蚀的性能不同C．它们都属于钢，因此物理性质相同D．构成普通钢和不锈钢的主要元素都是铁，因此它们的化学性质相同[名师解析]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。[答案]B[互动探究]不锈钢是否在任何条件下都不易生锈？提示：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Fe被腐蚀，最终会形成铁锈。几种常见合金的组成、性质和用途名称组成主要性质主要用途铝合金含有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0.5%、锰0.5%、硅0.7%强度和硬度都比纯铝大火箭、飞机、轮船等制造业黄铜含锌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eq\o(\s\up7(),\s\do5(\a\vs4\al(第一节合金),))eq\o(\s\up7(),\s\do5(,\a\vs4\al(第三章探索生活材料)))镁铝合金中镁质量分数的测定含镁3%～5%的镁铝合金，已成为轮船制造，化工生产、机械制造业中的重要原材料，欲测定镁铝合金中镁的质量分数可设计成下列三种实验方案方案1：取一定质量的合金材料eq\o(→,\s\up7(足量盐酸))测量标准状况下气体的体积；方案2：取一定质量的合金材料eq\o(→,\s\up7(足量NaOH溶液))充分反应后测量剩余固体的质量；方案3：取一定质量的合金材料eq\o(→,\s\up7(足量盐酸))溶液eq\o(→,\s\up7(足量NaOH溶液))过滤，测定沉淀的质量。上述第二方案，涉及的步骤较少，且反应前固体与反应后剩余固体的质量容易称量，属最佳方案。1．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：水银是单质Hg，不属于合金。答案：D2．有关合金的说法错误的是()A．铁与非金属氯、氧等很难形成合金B．合金是混合物C．合金具有固定的熔点D．形成合金后熔点会升高解析：合金既可以由金属和金属组成，也可以由金属和非金属组成。但活泼的非金属与金属发生反应很难形成合金，故A正确；合金是一种特殊的混合物，具有固定的熔点，且比其成分金属熔点低，故B、C正确。答案：D3．用于飞机制造业的重要材料是()A．Mg­Al合金 B．Cu­Sn合金C．Al­Si合金 D．不锈钢解析：Mg­Al合金的强度和硬度都比纯铝大，几乎相当于钢材，且密度较小，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。答案：A4．铝硅合金(含Si13.5%)在凝固时收缩率很小，因而这种合金适合铸造。有下列三种晶体：①铝、②硅、③铝硅合金，它们的熔点从低到高的顺序是()A．①③② B．②①③C．③②① D．③①②解析：硅的熔点高于铝，而合金的熔点比成分金属的低，故三者熔点高低顺序为：②>①>③。答案：D5．(1)选择填空：将铝的用途与性质搭配起来(每个选项只能选用一次)。A．质轻B．延展性好C．易传热D．易导电E．氧化时放热①炊具：________；②飞机：________；③焊接铁轨：________；④电缆：________；⑤铝箔：________。(2)广东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”)。解析：(1)铝制造炊具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，铝被氧化时放热，可作铝热剂，因而可用来焊接铁轨，铝用作电缆和铝箔则分别是利用其导电性和延展性好。(2)合金是由一种金属跟其他一种或几种金属(或非金属)一起熔合而成的物质，属于混合物。答案：(1)①C②A③E④D⑤B(2)混合物[三年高考感悟]1．(2012·天津高考)根据下列物质的化学性质，判断其应用错误的是()A．酒精能使蛋白质变性，可用于杀菌消毒B．CaO能与SO2反应，可作工业废气的脱硫剂C．明矾水解时产生具有吸附性的胶体粒子，可作漂白剂D．镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料解析：病毒、细菌的成分中有蛋白质，而酒精能使蛋白质失去生理活性，A对；在空气作用下，CaO与SO2作用可得到稳定的CaSO4，从而减少SO2的排放，B对；明矾能作净水剂但无漂白性，C错；镧镍合金吸附H2的能力很强，可作储氢材料，D对。答案：C2．(2011·山东基本能力)青铜器反映了古代高超的铸造工艺，是人类智慧的结晶。下列说法正确的是()A．青铜是一种铜锡化合物B．青铜器最早出现在我国近代C．青铜比纯铜的硬度低D．湖北出土的曾侯乙编钟是青铜制品解析：青铜是铜锡合金，不是铜锡化合物，A错误；在我国，夏朝就出现了青铜器，而不是近代才出现，B错误；青铜属于合金，其熔点比纯铜的低但其硬度却高于纯铜，C错误。答案：D3．(2012·江苏高考)镁铝合金(Mg17Al12)是一种潜在的贮氢材料，可在氩气保护下，将一定化学计量比的Mg、Al单质在一定温度下熔炼获得。该合金在一定条件下完全吸氢的反应方程式为Mg17Al12＋17H2=17MgH2＋12Al。得到的混合物Y(17MgH2＋12Al)在一定条件下可释放出氢气。(1)熔炼制备镁铝合金(Mg17Al12)时通入氩气的目的是________________________________________________________________________。(2)在6.0mol·L－1HCl溶液中，混合物Y能完全释放出H2。1molMg17Al12完全吸氢后得到的混合物Y与上述盐酸完全反应，释放出H2的物质的量为_____________________。解析：(1)镁、铝都是活泼的金属单质，容易被空气中的氧气氧化，通入氩气作保护气，以防止二者被氧化。(2)1molMg17Al12完全反应，吸收的H2为17mol，在盐酸中会全部释放出来。镁铝合金中的镁和铝都能与盐酸反应生成H2，生成H2的物质的量分别为17mol、18mol，则生成的氢气一共为52mol。答案：(1)防止Mg、Al被空气氧化(2)52mol[课时跟踪训练]一、选择题(本题包括10小题，每小题5分，共50分)1．新型镁合金被大量应用于制成笔记本电脑外壳、竞赛自行车框架等，这说明镁合金具有的优异性能是()①熔点低②硬度大③延展性好④导电性强⑤密度小⑥耐腐蚀A．①②③ B．②③④C．①③⑥ D．②⑤⑥解析：制成笔记本电脑外壳，竞赛自行车框架，利用镁铝合金的硬度大，密度小，耐腐蚀性等性能。答案：D2．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%～4.3%，钢的含碳量为0.03%～2%，二者都是铁的合金，都是混合物，因而选A。答案：A3．所谓合金，必须是()①通过熔合而成②由两种或两种以上金属(或金属与非金属)组成③耐腐蚀④耐高温⑤具有金属特征⑥铸造性能好A．①②④ B．①②③④⑤⑥C．①②⑤ D．②③⑥解析：合金的定义是由两种或两种以上的金属(或非金属)熔合而成的具有金属特性的物质，③④⑥中的性质并不是所有合金共有的。答案：C4．制造焊锡时，把铅加入锡中的主要原因是()A．增加抗腐蚀能力 B．增加强度C．降低熔点 D．增加延展性解析：焊锡的用途决定了它的熔点不能太高，所以在制造时要把熔点较低的铅加入锡中，制成合金。答案：C5．属于新型合金的是()A．18K金 B．不锈钢合金C．储氢合金 D．硬铝合金解析：新型合金包括贮氢合金、形状记忆合金、钛合金、泡沫合金、超耐热合金等。硬铝合金、不锈钢合金、18K金属于普通合金。答案：C6．下列有关合金的性质的说法正确的是()①合金与各成分金属相比较，具有许多优良的物理、化学或机械性能②相同金属元素形成的合金、元素的含量有可能不同，但其性能是相同的③镁铝合金在盐酸中不能完全溶解④合金具有各成分金属性质之和A．①② B．①③C．① D．③④解析：合金与各成分金属相比较，具有许多优良的物理、化学或机械性能，如熔点低、硬度大、强度高等，因此并不是各成分金属性质之和，④错误；相同金属元素形成的合金，元素的含量不同时其性能也不同，②错误；镁铝合金可与盐酸反应生成可溶于水的AlCl3和MgCl2，③错误。答案：C7．某合金与铁的物理性质的比较如下表所示：性质种类熔点密度硬度导电性某合金3200℃3.20g/cm37.53.5铁1535℃7.86g/cm34.517(注：硬度以金刚石为10作标准，导电性以银的导电性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．导线 D．飞机外壳解析：此题给出某合金和铁的物理性质的相关信息，A项主要从硬度方面考虑，该合金硬度大于铁，适合制门窗框；B项从熔点方面考虑，该合金熔点高于铁，适合制炉具；C项从导电性方面考虑，该合金的导电性能不如铁，不适合制导线；D项从密度方面考虑，该合金的密度小于铁，适合制飞机外壳。答案：C8．我国古代制得的“药金”外观和金相似，常被误认为是金子。冶炼方法是将炉甘石(ZnCO3)、赤铜矿(Cu2O)与木炭按一定比例混合，加热至800℃左右，即炼出闪着似金子般光泽的“药金”。下列有关叙述正确的是()①“药金”是铜锌合金②冶炼过程中炉甘石直接被碳还原而有锌生成③用火焰灼烧可区分黄金与“药金”④用王水可以区分黄金与“药金”⑤表面有黑色氧化物的“药金”，用稀硫酸洗涤后可去掉黑色膜，但可能显出红色铜A．①② B．①②③④C．①③④⑤ D．①②③④⑤解析：冶炼过程中ZnCO3先分解成氧化锌，然后与氧化亚铜一起被木炭还原为金属锌和铜，两种金属熔合为铜锌合金，也就是药金，①正确，②错误；黄金稳定，灼烧时不能被氧化，而铜可以被氧化为黑色的氧化铜，③正确；稀硫酸可以洗涤表面的氧化物和金属锌，剩下铜显红色，⑤正确；王水可以溶解铜锌合金，也可以溶解黄金，但生成的铜离子为蓝色，④正确。答案：C9．现代建筑门窗常用古铜色的硬铝制造，取硬铝样品进行如下实验(每一步所加试剂都是过量的)：由此可以推知，下列各组可能是硬铝组成成分的是()A．Al、Cu、Mg、Si B．Al、Mg、Si、ZnC．Al、Fe、C、Cu D．Al、Si、Zn、Na解析：硬铝中加入足量盐酸后的不溶物能与NaOH溶液作用产生气体，则硬铝中含有Si，其方程式为Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。与过量盐酸反应后得到的不溶物与过量NaOH溶液反应后又得到不溶物，故硬铝中含有与盐酸、NaOH均不反应的物质，如Cu、C等，综合所述，A项符合题目要求。答案：A10．将5.0g某合金放入足量的稀盐酸中完全反应，共收集氢气在标准状况下的体积为2.24L，则该合金可能是()A．Mg­Al合金 B．Fe­Al合金C．Fe­Zn合金 D．Cu­Zn合金解析：n(H2)＝eq\f(2.24L,22.4L·mol－1)＝0.1mol，即产生0.1molH2，消耗合金为5.0g，产生1molH2消耗合金为50g，满足此条件的要求是产生1molH2时，消耗一种金属的质量大于50g，一种金属的质量小于50g，而题目中的金属产生1molH2时消耗的质量：m(Mg)＝24g，m(Al)＝18g，m(Fe)＝56g，m(Zn)＝65g，Cu与稀HCl不反应，对比选项可知B正确。答案：B二、非选择题(本题包括4小题，共50分)11．(12分)金首饰的成色以纯度千分数(或K数)前冠以金或G来表示，例如金999或G24K为千足金，金500即G12K。(1)金750或G18K的黄金含金质量分数是__________。(2)用于制作黄金首饰的材料多数为金的合金，在金中掺入其他合金材料的主要目的是__________。A．易加工 B．强度高C．耐磨损 D．成本低(3)黄金首饰戴时间久了，表面会变暗，你认为首饰店在清洗时所选的试剂应是________；若金首饰在不法首饰店清洗后发现质量明显减少，则是因为他们在清洗液中又另加了试剂____________的缘故。解析：(1)24K为千足金，则18K的黄金含金质量分数为eq\f(18,24)×100%＝75%。(2)据合金性质知A、B、C、D均正确。(3)清洗黄金制品一般用不与金反应的盐酸，硝酸、盐酸混合物与金反应使之质量减少。答案：(1)75%(2)ABCD(3)盐酸硝酸12．(11分)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)。(1)外观暗灰色，表面光滑；(2)在酒精灯上灼烧，火焰绿色；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__________(填选项编号)。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为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～3H254g 67.2Lm(Al) 9.96Lm(Al)＝8.0gm(Cu)＝10.0g－8.0g＝2.0gm(Cu)∶m(Al)＝1∶4答案：Cu、Alam(Cu)∶m(Al)＝1∶413．(12分)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”。(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称金红石(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)物质的性质决定其用途，应结合题干所给的有关性质的信息来分析。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)第一步得到的可燃性气体应是CO，结合原子守恒及电子转移守恒，化学方程式应为TiO2＋2C＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(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\up7(△),\s\do5(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)第一步：TiO2＋2C＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(高温))TiCl4＋2CO碳第二步：加入足量盐酸，过滤，除去过量镁、MgCl2，洗涤14．(15分)某铝合金中含有镁、铜、硅，有良好的机械性能、强度大又便于加工，可作轻型结构材料。为了测定其中铝的含量，有人设计如下实验：(1)取样品ag。(2)将样品溶于足量的稀盐酸中，过滤，滤液中主要含有________离子，滤渣中含有________，在溶解过滤时使用的玻璃仪器有________________。(3)在滤液中加入过量的氢氧化钠溶液，过滤，写出该步骤操作中反应的离子方程式_______________________________________________________________________________________________________________________________