2025年高中化学同步讲义 必修第一册专项基础课时17 合金 金属材料

第二节金属材料

基础课时17合金金属材料

课标要求1.了解合金的概念并能联系纯金属与合金的微观结构解释二者性能的

差异。2.能列举常见合金的组成和性能，认识铝及氧化铝与酸碱的反应，能科学、

合理的选择和使用金属材料，培养学生的科学态度和社会责任感。

一、合金和铁合金

1.合金

(1)合金的概念

合金是指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。属于混合物。

⑵合金的性质

合金具有许多优良的物理、化学或机械性能。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。

①硬度：合金的硬度一般比其成分金属的硬度大。

②熔点：合金的熔点一般比其成分金属的熔点低。

③原因：

QQQQQQQQQQQO000000000000

纯金属内原子的合金内原子层之间的

排列十分规整相对滑动变得困难

a.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滑动

变得困难，导致合金的硬度变大。

b.结构决定性质，由于合金的形成改变了金属的内部结构，因此合金的性质与纯

金属的性质不同。

2.铁合金

⑴生铁

①生铁的含碳量为2%〜4.3%。

②性能及用途：

生铁硬度大、抗压，性脆，可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料。

⑵钢

①钢的含碳量为0.03%〜2%。

②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钢是用量最大，用途最广的合金，钢的分类如下：

「低碳钢：含碳量低于0.3%

碳

图里一中碳钢：含碳量为

素0.3%~0.6%

分含量一

钢1-高碳钢：含碳量高于0.6%

成分___________________

1合金钢又称特种钢

合金钢具有：强度、硬度大,可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀的特殊性能。

(3)不锈钢

①合金元素：不锈钢是最常见的一种合金钢，它的合金元素主要是铭和银。

②性能：大气中比较稳定，不容易生锈，具有很强的抗腐蚀能力。

③用途：医疗器材、厨房用具和餐具、地铁列车的车体材质等。

(4)超级钢

①合金元素：Mn、C、Al、Vo

②性能：强度很大，在应用时能够实现钢板的轻薄化。

③用途：汽车、航空和航天等领域。

对点训练

L下列物质中，不属于合金的是()

A.硬铝B.黄铜

C.钢铁D.水银

答案D

解析硬铝是铝、铜、镁、镒、硅形成的合金；黄铜是铜、锌合金；钢是铁碳合

金；水银是汞单质。

2.我国短道速滑队所用冰刀材料是特殊的钢材料。下列说法中正确的是()

A.该合金熔点比纯铁熔点高

B.该合金硬度比纯铁高

C.该合金碳含量比生铁高

D.该合金属于纯净物

答案B

解析A项，合金的熔点低于成分金属；B项，合金的硬度比成分金属大，该合

金硬度比纯铁高，适合用于制造冰刀；C项，钢的含碳量低于生铁；D项，合金

属于混合物。

3.“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

答案C

解析A项，生铁由铁和碳等元素组成，属于合金；B项，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；C项，合金的化学性质与其成分

金属的化学性质相同；D项，改变原料的配比、生成合金的条件，组成合金的成

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。

【题后归纳】

合金属于混合物，有固定的熔点。合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元

素。合金各组分的含量影响其性能，化学性质与组成合金的纯金属有区别，如铜

锌合金与酸反应的速率比纯金属锌与酸反应的速率快。

二、铝、铝合金和新型合金

1.铝和铝合金

⑴铝是地壳中含量最多的金属元素,是银白色金属，常温下就能与空气中的氧气

发生反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜，保护内部金属，反应的化学方程式

为4A1+3O2=2Al2O3。

(2)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,它的密度小，强度高，具有较强抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的

理想材料。

(3)纯铝和铝合金的组成元素、特性和用途

组成元素主要特性主要用途

硬度和强度较小、导电制造导线、热交换

纯铝A1性、导热性及延展性优器、反光器具、铝

良箔等

Al（Mg0.5%、Cu密度小，强度和硬度都用于汽车、飞机、

铝硬铝4%、Si0.7%、Mn比纯铝的大，具有较强火箭、船舶等制造

合0.5%等）的抗腐蚀能力业

金镁铝强度和硬度都比纯铝和用于火箭、飞机、

Mg、Al

合金纯镁的大轮船等制造业

2.铝、氧化铝的性质

(1)铝、氧化铝的化学性质

①与稀盐酸反应

实验操作

盐酸3

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

实验现象

爆鸣声

AI2O3+6HC1=2A1C13+3氏0、

化学方程式

2Al+6HC1=2AlCb+3H2t

对应的离子A12O3+6H+=2A13++3H2。、

方程式2A1+6H+=2AF++3H2t

②与NaOH溶液反应

实验1实验2

实验操作

NaO①Hn-*n图NaO②Hn-二n

溶液将未打磨过1溶液谭，打磨过三

的铝片叱的铝片u

试管①中一开始无气泡产生，一段时间②中铝片溶解，立即产生

实验现象后，铝片溶解，产生气泡，将点燃的木条无色气泡，将点燃的木条

放在试管口，有爆鸣声放在试管口，有爆鸣声

AI2O3+2NaOH+3H2O==

化学方2Na[Al(OH)4]、2A1+2NaOH+6H2O=

程式

2A1+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+2Na[Al(OH)4]+3H2t

3H2t

-

AI2O3+2OH-+3H2O=2[A1(OH)4]>

对应的离-

2A1+2OH+6H2O=

2A1+2OH-+6H2O=2-A1(OH)4F+

子方程式

2[A1(OH)4]"+3H2f

3H2」.

结论铝、氧化铝都能与NaOH溶液反应

(2)两性氧化物

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，如A12O3等，其

与强酸、强碱反应的离子方程式为：AI2O3+6H=2A。++3H2O、AI2O3+

-

20H~+3H2O=2[A1(OH)4]O

3.新型合金

⑴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。

(2)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。

对点训练

1.(2022.清远高一月考)铝是地壳中含量最高的金属元素，下列关于铝及其化合物

的性质、用途的说法错误的是()

A.纯铝的硬度和强度较小，不适合用于制造机器零部件

B.可用NaOH溶液除去FezCh粉末中少量的AI2O3

C.铝合金是用来制造飞机和宇宙飞船的理想材料

D.2铝制品廉价易得，适用于厨房蒸煮和长期存放碱性食物

答案D

解析A项，制造机器零部件要求材料硬度高、强度大，而纯铝硬度、强度较小，

不适合；B项，氧化铁不与氢氧化钠溶液反应，氧化铝为两性氧化物，与氢氧化

钠溶液反应生成偏铝酸钠和水；C项，铝合金硬度高、质量轻，是用来制造飞机

和宇宙飞船的理想材料；D项，铝能与酸、碱发生反应，铝制品不能长期存放酸

性或碱性较强的食物。

2.(2022.上海闵行模拟)有关铝合金说法错误的是()

A.密度小B.耐腐蚀

C.熔点比纯铝高D.硬度大于纯铝

答案C

解析A项，铝合金密度小，质量轻；B项，铝表面能形成致密的氧化膜，耐腐

蚀能力强；C项，合金的熔点比任一种组成的纯金属的低，则铝合金熔点比纯铝

低；D项，硬度大于纯铝。

3.下列反应的离子方程式书写不正确的是()

+3+

A.氧化铝溶于盐酸：AI2O3+6H=2A1+3H2O

B.铝溶于NaOH溶液：Al+2OH=[A1(OH)4]+H2t

C.铝溶于盐酸：2A1+6H+=2AF++3H2t

D.氧化铝溶于NaOH溶液：AI2O3+2OH-+3H2O===2[A1(OH)4「

答案B

解析B项原子或电荷不守恒，正确的离子方程式为：2A1+2OH-+

6H2O=2[A1(OH)4]+3H2to

【题后归纳】

⑴铝和AI2O3均既能与酸反应，又能与碱反应，像AI2O3这类两性氧化物不同于

典型的碱性氧化物，如CaO等。

(2)1mol铝分别与盐酸或NaOH溶液反应时均产生1.5molH2,转移3mol电子。

课堂达标训练

1.下列不属于新型合金材料的是()

A.储氢合金B.形状记忆合金

C.不锈钢D.银钻耐热合金

答案C

2.（2022.昌吉行知学校高一期末）下列有关铝的说法中，错误的是（）

A.铝的化学性质不活泼

B.铝表面容易生成一层致密的氧化铝薄膜

C.A1、ALO3均能与酸、碱反应，因此铝制炊具不宜用来蒸煮酸性或碱性食物

D.铝密度小，硬度高，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料

答案A

解析A项，铝为活泼金属，与氧气、酸、碱都可以反应，化学性质较为活泼；

B项，铝容易被空气中的氧气氧化，在表面生成一层致密的氧化铝薄膜；C项，

Al、AI2O3均能与酸和碱反应，因此铝制炊具不宜用来蒸煮酸性或者碱性食物；D

项，铝的密度小，硬度高，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。

3.合金相对于纯金属制成的金属材料来说优点是（）

①合金的硬度一般比它的各成分金属的大

②一般合金熔点比它的各成分金属的更低

③改变原料的配比，改变生成合金的条件，可得到具有不同性能的合金

④合金比纯金属的应用范围更广泛

A.①②③④B.②③④

C.①②④D.②④

答案A

解析①与组成合金的纯金属相比，一般合金的硬度更大；②合金为混合物，熔

点比它的各成分金属的熔点低;③不同的合金具有不同的性能，改变原料的配比、

改变生成合金的条件，得到不同性能的合金；④合金一般比成分金属熔点低，硬

度大，具有更好的机械加工性能，故应用范围更广泛。

4.铁、铝的混合物进行如下实验：

加入足量

FeNaOH溶液

溶液B加入

Al

（1）操作X的名称是

（2）气体A是.

(3)A与C12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0H一外还有,溶液D中存在的金属离子为

答案⑴过滤(2)H2(3)HC1还原剂

(4)[A1(OH)4]-Fe2+

解析(1)加入足量NaOH溶液，A1溶解，Fe不溶解，操作X为过滤。(2)A1与氢

氧化钠溶液反应产生氢气，气体A为H2O(3)H2与C12反应生成HCL(4)溶液B

中阴离子有OH，[A1(OH)4「,溶液D中金属离子为F0+。

课后

A级合格过关练

1.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，它比纯铝的硬度大

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

答案D

解析A项，合金是混合物，合金要比组成其纯金属的熔点低、硬度大，铝合金

是一种混合物，它比纯铝的硬度大；B项，铝易被氧化，铝合金应在溶剂层覆盖

下熔炼，可隔绝空气，防止高温铝液被氧化；C项，镁铝合金中的铝能与氢氧化

钠溶液反应；D项，镁、铝都能与盐酸反应，镁铝合金在盐酸中能溶解。

2.下列关于新型合金材料说法不正确的是()

A.锢镣合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料

B.钛合金生物相容性好，强度大，可作人造骨骼

C.形状记忆合金可在使合金发生形变的作用力消失后恢复原状

D.利用合金的熔点低于成分金属这一特点可制得耐热合金

答案D

解析耐热合金的熔点很高，与合金的特征无关。

3.(2022.无锡高一质检)下列关于合金的叙述正确的是()

A.铝合金硬度比纯铝小

B.生铁是铁碳合金，钢是纯净的铁单质

C硬铝密度小、强度高，常用于制造飞机外壳

D.不锈钢和钢都是铁合金，性质完全相同

答案C

解析A项，合金的硬度比其任一成分金属都大，铝合金硬度比纯铝大；B项，

生铁是铁碳合金，钢的含碳量比生铁低，也是铁碳合金；D项，不锈钢和钢都是

铁合金，但其内部结构和组分不同，性质不相同。

4.合金有许多特点，如Na-K合金为液体，而Na和K的单质均为固体。据此，试

推测生铁、纯铁、碳三种物质中，熔点最低的是()

A.纯铁B.生铁

C.碳D.无法确定

答案B

解析合金的硬度一般比其成分金属的大，多数合金的熔点比其成分金属的低。

生铁是铁碳合金，其熔点要低于纯铁和碳。

5.金属材料对于促进生产发展、改善人类生活发挥了巨大作用，金属材料包括纯

金属和它们的合金。下列关于纯金属和它们的合金的描述正确的是()

A.铁的化学性质较活泼，在自然界中只能以化合态存在

B.常见的一些合金的硬度比其成分金属的大，是因为合金中原子的排列比纯金属

中更规整

C.储氢合金是一类能够大量吸收氢气，并与氢气结合成金属氢化物的材料

D.不锈钢是最常见的一种合金钢，它的合金元素主要是铅(Pd)和锡(Sn)

答案C

解析自然界中，有的陨石中含有铁单质，则铁在自然界中能以单质和化合态存

在，故A错误；纯金属的原子排列比合金规整，合金中原子层之间的相对滑动变

得困难，导致合金的硬度大，故B错误；某些合金能够大量吸收氢气，并与H2

结合成金属氢化物的材料，这类金属材料属于储氢合金，故C正确；不锈钢的主

要元素是铁，另外含有少量的辂和镁等元素，故D错误。

6.下列说法正确的是()

A.AI2O3难溶于水，不跟水反应，所以它不是A1(OH)3对应的氧化物

B.因为AI2O3是金属氧化物，所以它是碱性氧化物

C.A12O3能跟所有的酸碱溶液反应

D.A12O3能跟强的酸碱溶液反应

答案D

解析AI2O3虽然难溶于水，但是2Al(OH)3』=A12O3+3H2O,AI2O3和A1(OH)3

中Al的化合价相同，所以AI2O3是A1(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；AI2O3是两性氧化物，与强酸、

强碱反应，与弱碱不反应。

7.为了除去MgO中混有的少量杂质AI2O3,可选用的试剂是()

A.KOH溶液B.氨水

C.稀盐酸D.稀醋酸

答案A

解析要除去MgO中混有的少量杂质AI2O3,所加试剂只能与AI2O3反应而不能

与MgO反应，反应完全后过滤即可。氨水与AI2O3不反应，稀盐酸、稀醋酸均能

与MgO反应，只有KOH溶液能与AI2O3反应而与MgO不反应。

8.(2022.金华东阳横店高级中学高一月考)某溶液中加入铝粉，有H2放出，在该溶

液中一定能大量共存的离子组是()

A.K+、Na+、AKSOF

B.Na+、NH1、SO/、HCO?

C.Na+、Ba?+、NO3、CP

D.K*、Na+、NO,、［A1(OH)4］"

答案A

解析加入铝粉有氢气放出的溶液可能为非氧化性强酸溶液，或强碱溶液。A项，

在非氧化性酸或强碱溶液中，K+、Na+、C「、SO1四种离子之间不发生任何反应，

一定大量共存；B项，在非氧化性酸溶液中，碳酸氢根离子与氢离子反应，强碱

溶液中，铁根离子、碳酸氢根离子与氢氧根离子反应，Na\NH］、SOF.HCO3

在溶液中一定不能大量共存；C项，在非氧化性酸溶液中，硝酸根离子与铝粉反

应生成一氧化氮，不能生成氢气，不能大量共存；D项，在非氧化性酸溶液中，

硝酸根离子与铝粉反应生成一氧化氮，不能生成氢气，且四羟基合铝酸根离子与

氢离子反应，不能大量共存。

9.（2022.北京平谷高一期末）探究铝的性质实验

III

砂纸打磨：没打磨:/受

过的Al溶液过的A1溶液

现象：开始没气泡一段

现象：立即产生气泡

时间后产生气泡

下列说法不正确的是（）

A.从元素化合价角度看，产生的气体只能是H2

B.实验I证明NaOH是氧化剂

C.实验n说明AI2O3具有酸性氧化物的性质

D.实验I和II反应后的溶液中微粒种类完全相同

答案B

解析A项，由图可知，实验I和n生成气泡的反应都为铝与氢氧化钠溶液反应

生成四羟基合铝酸钠和氢气，则从元素化合价角度看，产生的气体只能是氢气；B

项，由图可知，实验I中发生的反应为铝和氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸

钠和氢气，氢氧化钠既不是反应的氧化剂也不是还原剂；C项，由图可知，实验

II中氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸钠，反应中氧化铝表现酸性氧

化物的性质；D项，由图可知，实验I中发生的反应为铝和氢氧化钠溶液反应生

成四羟基合铝酸钠和氢气，实验n中氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝

酸钠、铝和氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸钠和氢气，则实验I和n反应后

所得溶液都是四羟基合铝酸钠溶液，溶液中微粒种类完全相同。

10.（2022・三明宁化六中高一月考）两份铝屑，第一份与盐酸反应，第二份与NaOH

溶液反应，产生的氢气的体积比为1：1,两份铝屑中参加反应的A1的质量比为

（）

A.1：1B.1：2

C.1：3D.2：1

答案A

解析铝与盐酸反应生成氯化铝和氢气，反应的方程式为2A1+6HC1=2A1C13

+3H2t,铝与氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸钠和氢气，反应的方程式为

2A1+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2t,由方程式可知，反应产生的氢气

的体积比为1：1时，两份铝屑中参加反应的铝的质量比为1：lo

11.(2022.宿州高一期末)将等物质的量的AbCh和Fe2O3混合物完全溶于100mL

稀硫酸中，向反应后的溶液中缓慢加入NaOH溶液，下列图像中可能正确表示上

述反应的是()

(横坐标表示加入NaOH的体积，纵坐标表示生成沉淀的质量)：

答案B

解析AI2O3和Fe2O3分别与H2SO4反应生成Ah(SO4)3和Fe2(SO4)3,加入氢氧化

钠后开始出现沉淀，发生的反应为Fe3++3OH-=Fe(OH)3；>A13++3OH-

=A1(OH)3i,当沉淀达到最大值时再加入氢氧化钠，此时氢氧化铝开始溶解，

反应的方程式为NaOH+Al(OH)3=Na[Al(OH)4],当沉淀不再减少时，所得沉淀

全部为Fe(OH)3,根据NaOH+Al(OH)3=Na[Al(OH)4]可知，若溶解A1(OH)3消

耗的NaOH体积为10mL,设NaOH的浓度为cmol/L,说明AF+的物质的量为

0.01cmol,则Fe3+的物质的量为0.01cmol,故沉淀Al*和Fe'+的NaOH的物质

的量为(0.01cmol+0.0lcmol)X3=0.06cmol,体积为；丁=0.06L=60mL。

cmoi/

12.(2022.六安舒城中学高一月考)把5.1g镁和铝的粉末放入过量的盐酸中，得至U

0.5gH20

(1)该合金中铝的质量分数.O

(2)该合金中铝和镁物质的量之比是o

答案⑴52.9%(2)1：1

解析设镁、铝的物质的量分别为x和%根据题意知氢气的物质的量为言法7=

0.25mol,因盐酸足量，金属完全反应，则有如下关系：24x+27y=5.1g,2x+3y

=0.25X2,解得x=0.1mol,y=0.1molo

―上乙h目八业/、/0-1molX27g/mol

(1)铝的质量分数为-----丁丁丁----X100%=52.9%o

(2)该合金中镁和铝的物质的量之比为0.1mol：0.1mol=1：lo

B级素养培优练

13.在杠杆的两端分别挂着质量相同的铝球和铁球，此时杠杆平衡。然后将两球分

别浸没在溶液质量相等的稀烧碱溶液和硫酸铜溶液中一段时间，如图所示。下列

说法正确的是()

稀NaOH---Jtr---CuSO.

I爵溶液电:溶液

A.铝球表面有气泡产生，且有白色沉淀生成，杠杆不平衡

B.铝球表面有气泡产生，溶液澄清；铁球表面有红色物质析出，溶液蓝色变浅，

杠杆左边下沉

C.反应后去掉两烧杯，杠杆仍平衡

D.右边球上出现红色，左边溶液的c(OIT)减小

答案D

解析左烧杯中的铝球与氢氧化钠溶液反应：2A1+2NaOH+6H2O=

2Na[Al(OH)4]+3H2t,有一部分铝溶解，并产生气体，生成偏铝酸钠；右烧杯铁

球浸在硫酸铜溶液中发生反应：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu,铁球表面有红色物质

析出，铁球质量增加，溶液蓝色变浅，左边消耗OH,使c(OH-)减小。

14.甲、乙两烧杯中各盛有100mL6mol/L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甲：乙=2：5,则加

入铝粉的质量为()

A.5.4gB.3.6g

C.13.5gD.10.8g

答案C

解析甲、乙两烧杯中各盛有100mL61noi/L的盐酸和NaOH溶液，两烧杯中所

含溶质物质的量都为6moi/LX0.1L=0.6mol,Al与盐酸、NaOH溶液反应的化

学方程式依次为2A1+6HC1=2A1C13+3H2t、2A1+2NaOH+

6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2t;若等质量的Al都完全反应，则生成的H2的体积

比为1：1;若等物质的量的HCl、NaOH都完全反应，则生成的H2的体积比为1：3；

反应结束后测得生成的气体体积比为甲：乙=2：5,说明与盐酸反应时HC1完全

反应、Al过量，与NaOH溶液反应时Al完全反应、NaOH过量。由方程可知与

盐酸反应生成H2物质的量为多i(HCl)=0.3mol,则与NaOH溶液反应生成H2物质

的量为0.3molX|=0.75mol,根据反应2Al+2NaOH