第16講 金屬材料與合金（學生版）（人教2019必修第一冊 ）

第16第16講金屬材料與合金考點考點導航知識精講知識精講知識點一：一、合金與鐵合金1．合金(1)定義由兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質。(2)性質①硬度：合金的硬度及機械加工性能一般高于各成分金屬；②熔點：合金的熔點一般低于各成分金屬。2．鐵合金(1)生鐵和鋼是含碳量不同的兩種鐵碳合金。(2)生鐵的含碳量比鋼的高。生鐵的硬度大，鋼具有良好的延展性。(3)鋼是用量最大，用途最廣的合金，鋼的分類如下：(4)不銹鋼是最常見的一種合金鋼，它的合金元素主要是鉻和鎳。不易生銹，具有很強的抗腐蝕能力。(5)常見合金的比較①銅合金合金主要成分主要性能主要用途青銅銅、錫強度高、可塑性好、耐磨、耐腐蝕機械零件，如軸承、齒輪等黃銅銅、鋅強度高、可塑性好、易加工、耐腐蝕機械零件、儀表、日用品白銅銅、鎳、鋅光澤好、耐磨、耐腐蝕、易加工錢幣、代替銀做飾品②鈦合金鈦的合金具有密度小、強度高、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)點，主要用于飛機、火箭、導彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船等領域?！炯磳W即練1】1．中國傳統(tǒng)文化對人類文化貢獻巨大。在很多古代文獻中都涉及到豐富的化學知識，對其理解不合理的是A．《抱樸子·黃白》中“曾青涂鐵，鐵赤色如銅”主要發(fā)生了置換反應B．《浪淘沙》中“吹盡狂沙始到金”，說明金在自然界中以游離態(tài)形式存在C．《夢溪筆談》中“以劑鋼為刃，柔鐵為莖干，不爾則多斷折”中的劑鋼是指鐵的合金D．《天工開物·五金》中記載：“若造熟鐵，則生鐵流出時，相連數(shù)尺內……眾人柳棍疾攪，即時炒成熟鐵。”炒鐵是為了降低鐵水中的碳含量，且熟鐵比生鐵質地更硬，延展性稍差2．鋁合金是目前用途廣泛的合金之一，下列說法錯誤的是A．鋁合金具有硬度大，密度小特點B．合金材料的熔點一般低于其成分金屬C．鋁的化學性質不活潑，常溫下純鋁不與氧氣反應D．可以使用鋁制槽罐儲存濃硫酸3．2022年北京冬奧會上，我國短道速滑隊所用冰刀材料是特殊的鋼材料。下列說法中正確的是A．該合金熔點比純鐵熔點高 B．該合金硬度比純鐵高C．該合金碳含量比生鐵高 D．該合金屬于共價晶體4．下列不屬于合金的是A．青銅 B．玻璃 C．碳鋼 D．生鐵知識點二：二、鋁合金與新型合金1．鋁及其氧化物鋁是地殼中含量最多的金屬元素。(1)Al與O2反應：常溫下能與空氣中的O2發(fā)生反應，表面形成一層致密的氧化鋁薄膜。其反應方程式為4Al＋3O2=2Al2O3。(2)Al、Al2O3與酸反應將一鋁片放入鹽酸中，開始沒有氣泡，一段時間后才產生氣泡，有關反應的化學方程式為Al2O3＋6HCl=2AlCl3＋3H2O、2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑。(3)Al、Al2O3與強堿的反應將一鋁片放入NaOH溶液中，開始沒有氣泡，一段時間后才產生氣泡，有關的化學方程式為Al2O3＋2NaOH=2NaAlO2＋H2O、2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑。(4)兩性氧化物：既能與酸反應生成鹽和水，又能與堿反應生成鹽和水的氧化物叫做兩性氧化物，如Al2O3。鋁與強酸、強堿反應的實驗探究實驗操作實驗現(xiàn)象試管中產生氣泡，鋁片溶解，點燃的木條放在試管口時發(fā)出爆鳴聲試管中產生氣泡，鋁片溶解；點燃的木條放在試管口時發(fā)出爆鳴聲有關化學方程式2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑2．鋁合金——目前用途廣泛的合金之一硬鋁：一種鋁合金，含Cu、Mg、Mn、Si等合金元素。密度小、強度高，具有較強的抗腐蝕能力，是制造飛機和宇宙飛船的理想材料。3．新型合金(1)儲氫合金①儲氫方法eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(傳統(tǒng)方法\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(利用高壓鋼瓶來儲氫,儲存液態(tài)氫)),現(xiàn)代方法：儲氫合金))②含義儲氫合金是一類能夠大量吸收H2，并與H2結合成金屬氫化物的材料。③要求：具有實用價值的儲氫合金要求儲氫量大，金屬氫化物既容易形成，稍稍加熱又容易分解，室溫下吸、放氫的速率快。④實例：Ti-Fe合金、La-Ni合金。(2)其他新型合金①鈦合金、耐熱合金和形狀記憶合金等新型合金廣泛應用于航空航天、生物工程和電子工業(yè)等領域。②噴氣式飛機的發(fā)動機葉片是由鎳、鐵、碳和鈷組成的鎳鈷合金制造的，能承受1100℃的高溫。③我國“蛟龍”號載人潛水器最關鍵的部件——供人活動的耐壓球殼是由鈦合金制造的?！炯磳W即練2】1．下列關于鋁及其化合物的說法中，正確的是A．鋁的化學性質不活潑 B．氫氧化鋁是一種強堿C．氧化鋁可與水反應生成氫氧化鋁 D．鋁表面容易生成一層致密的氧化鋁保護膜2．2022年北京冬奧會火炬“飛揚”以鋁合金為點火段材料。有關鋁合金說法錯誤的是A．密度小 B．硬度比純鋁大 C．耐腐蝕 D．熔點比純鋁高3．下列冶煉方法中，不能將化合物中的金屬元素還原為金屬單質的是A．加熱Al2O3 B．加熱HgOC．電解熔融NaCl D．鋁粉和Fe2O3共熱4．工業(yè)上冶煉金屬銅通常采用的方法是A．熱分解法 B．熱還原法C．物理富集法 D．電解法易易錯精析1．列舉生活中的合金材料，并簡述選擇該材料時利用了該合金的哪些優(yōu)異性能。【細剖精析】(1)鋁合金門窗：質輕、耐腐蝕；(2)易拉罐：質輕、易回收利用等。2．為什么航空工業(yè)中鋁合金比鐵合金應用更廣泛？【細剖精析】鋁合金比鐵合金密度小且耐高溫、耐腐蝕。3．英國皇家航空學會2019年度頒獎典禮于2019年11月25日晚在倫敦舉行，嫦娥四號任務團隊獲得團隊金獎，成為2019年度全球唯一獲此殊榮的團隊。這是英國皇家航空學會成立以來首次向中國項目頒發(fā)獎項。中國嫦娥四號探測器于2019年1月3日上午10點26分成功在月球背面軟著陸，成為人類首次在月球背面軟著陸的探測器。玉兔二號月球車實現(xiàn)了對月球背面的巡視。①月球白天地面溫度高達150度，而到了夜晚，溫度又跌落到零下180度。嫦娥四號探測器、玉兔二號月球車均使用了大量合金材料，這些合金材料應具有哪些性質？②形狀記憶合金是一種在加熱升溫后能完全消除其在較低的溫度下發(fā)生的變形，恢復其變形前原始形狀的合金材料。中國嫦娥四號探測器，使用了記憶合金制作天線，試分析其好處?！炯毱示觥竣倜芏刃?、強度大、既耐高溫又耐低溫等。②嫦娥四號探測器使用記憶合金制作天線折疊起來裝進探測器內，工作時只需加熱升溫，折疊的衛(wèi)星天線因具有“記憶”功能而自然展開，恢復設計形狀。4．儲氫合金應具備哪些優(yōu)勢？【細剖精析】①儲氫量大；②金屬氫化物易形成，稍稍加熱又易分解，室溫下吸、放氫的速率快。(1)等量的鋁分別與足量的稀鹽酸、氫氧化鈉溶液反應，生成氫氣的量有什么關系？【細剖精析】鋁無論是與稀鹽酸反應還是與稀氫氧化鈉溶液反應，均存在以下關系：2Al～3H2↑，所以等量的鋁分別與足量的稀鹽酸、氫氧化鈉溶液反應，生成氫氣的量相同。(2)若要除去銅粉中的少量鋁粉，可采用什么方法？【細剖精析】可利用銅和鋁化學性質上的差異除去鋁粉，鋁可與酸或堿反應，而銅不與稀硫酸、鹽酸或強堿反應，可將混合物加入過量鹽酸或氫氧化鈉溶液中溶解，然后過濾、洗滌、干燥后即可除去銅粉中的鋁粉。(3)將兩小塊質量相等的金屬鈉，一塊直接放入水中，另一塊用鋁箔包住，在鋁箔上刺些小孔，再投入水中，試分析兩者放出的氫氣是否相等?！炯毱示觥坎幌嗟?。因為用鋁箔(刺有小孔)包住的金屬鈉放入水中時，鈉先與水反應，產生的氫氣與直接把鈉投入水中所產生的氫氣的量相同，但生成的氫氧化鈉溶液會與鋁箔反應產生氫氣，故后者產生的氫氣總量大于前者。Al(OH)3的兩性實驗探究(1)若在可溶性鋁鹽中逐滴滴入氨水至過量，現(xiàn)象是什么？寫出有關離子方程式?！炯毱示觥可砂咨z狀沉淀，Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)。(2)若在可溶性鋁鹽溶液中逐滴滴入NaOH溶液至過量，可以觀察到什么實驗現(xiàn)象？若將上述反應分為兩個過程，試寫出離子反應方程式?！炯毱示觥緼l3＋首先和OH－反應生成Al(OH)3沉淀，隨著NaOH溶液的加入，Al(OH)3又和過量的NaOH溶液反應，生成NaAlO2。故可觀察到先產生白色沉淀，然后沉淀逐漸消失：Al3＋＋3OH－=Al(OH)3↓，Al(OH)3＋OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O。(3)若向NaAlO2溶液中逐滴滴入稀鹽酸至過量，能觀察到什么現(xiàn)象？請寫出對應的離子方程式。【細剖精析】當向NaAlO2溶液中滴加稀鹽酸時，AlOeq\o\al(－,2)先與H＋反應生成Al(OH)3沉淀，當溶液中的AlOeq\o\al(－,2)完全轉化為Al(OH)3后，再滴加稀鹽酸時，生成的Al(OH)3又與過量的鹽酸反應生成AlCl3，故觀察到的現(xiàn)象為：溶液中先產生白色沉淀，然后沉淀消失，有關離子方程式為AlOeq\o\al(－,2)＋H＋＋H2O=Al(OH)3↓，Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2O。(4)若向NaAlO2溶液中通入過量CO2，有什么現(xiàn)象？寫出有關離子方程式?！炯毱示觥坑邪咨恋砩?，AlOeq\o\al(－,2)＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋HCOeq\o\al(－,3)。能力拓展能力拓展1．新型合金2．鋁與鹽酸、NaOH溶液反應的應用與定量關系2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑(1)等量的鋁分別與足量的鹽酸和氫氧化鈉溶液反應，消耗HCl和NaOH的物質的量之比為3∶1。(2)等量的鋁分別與足量的鹽酸和氫氧化鈉溶液反應，產生氫氣的體積比為VHCl(H2)∶VNaOH(H2)＝1∶1。(3)足量的鋁分別與等物質的量的鹽酸和氫氧化鈉溶液反應，產生氫氣的體積比為VHCl(H2)∶VNaOH(H2)＝1∶3。3．三類氧化物的比較類型概念實例堿性氧化物(都是金屬氧化物)能與酸反應生成鹽和水的氧化物Na2O＋2HCl=2NaCl＋H2O；MgO＋H2SO4=MgSO4＋H2O兩性氧化物既能與酸反應生成鹽和水，又能與堿反應生成鹽和水的氧化物Al2O3＋6HCl=2AlCl3＋3H2O；Al2O3＋2NaOH=2NaAlO2＋H2O酸性氧化物(主要是非金屬氧化物)能與堿反應生成鹽和水的氧化物CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O；SO3＋2KOH=K2SO4＋H2O說明：金屬氧化物可以是堿性氧化物(如Na2O)、兩性氧化物(如Al2O3)，也可以是酸性氧化物(如Mn2O7)。分層提分分層提分題組A基礎過關練1．有關化學與可持續(xù)發(fā)展的說法不正確的是A．理想的新能源應該具有資源豐富、可再生、對環(huán)境無污染等特點B．提高金屬礦物的利用率，開發(fā)環(huán)保高效的金屬冶煉方法，防止金屬的腐蝕，加強廢舊金屬的回收和再利用等都是合理開發(fā)和利用金屬資源的主要途徑C．合理用藥必須在醫(yī)生、醫(yī)師指導下，遵循安全、有效、經濟等原則D．綠色化學的核心思想是利用化學原理和技術手段，對被污染的環(huán)境進行治理2．下列說法不正確的是A．工業(yè)制備硝酸的主要設備為熱交換器、接觸室和吸收塔B．工業(yè)煉鐵時，鐵礦石和焦炭從煉鐵高爐的上口加入C．從海帶中提取碘的工業(yè)生產步驟：浸泡→堿化→過濾→氧化→結晶→過濾→提純D．玻璃是將石灰石、純堿、石英在玻璃熔爐中高溫熔融制得的3．氧化物在生產生活中有廣泛應用。下列有關氧化物的性質與用途具有對應關系的是A．CO有還原性，可用于高爐煉鐵B．SiO2硬度高，可用作半導體材料C．Al2O3具有兩性，可用作耐火材料D．ClO2易溶于水，可用于自來水消毒EMBEDEquation.DSMT44．關于鐵及其化合物的敘述不正確的是A．鐵的三種常見氧化物都不溶于水，也不與水反應B．紅熱的鐵與水蒸氣反應生成氫氧化鐵和氫氣C．可以通過觀察顏色區(qū)分FeCl3溶液與FeCl2溶液D．生鐵是鐵的一種合金5．北宋沈括對生鐵煉鋼有這么一段評價：“世間鍛鐵所謂鋼鐵者，用柔鐵屈盤之，乃以生鐵陷其間，泥封煉之，鍛令相入，謂之“團鋼”，亦謂之“灌鋼”。此乃偽鋼耳……”，下列說法正確的是A．生鐵和鋼都是關于鐵的含碳合金，鋼中碳的含量較高B．通過煉制和鍛打，可以調節(jié)鐵中元素的組成、元素的含量等來改變鐵的性能C．高碳鋼的韌性較好，低碳鋼的硬度較大D．不銹鋼是一種常見的合金鋼，它的合金元素主要是鎢(W)和硅(Si)6．下列物質的制備與工業(yè)生產相符合的是A．B．C．制取鎂：海水D．鋁土礦7．高爐煤氣為煉鐵過程中的副產品，其主要成分為、、。現(xiàn)欲測定高爐煤氣中的含量，將高爐煤氣(標準狀況下)以流速勻速通入溶液中，后溶液增重，下列分析錯誤的是A．高爐煉鐵時的主要反應為B．高爐煤氣的流速不宜過快，是為確保其中的被充分吸收C．溶液中生成的和的物質的量之比為D．該高爐煤氣中的體積分數(shù)為EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT48．下列說法不正確的是A．工業(yè)制Al，在電解步驟加入冰晶石的目的是降低Al2O3的熔融溫度B．工業(yè)煉鐵主要原料為FeS2、焦炭、空氣、石灰石C．生物煉銅中通常利用某些細菌把不溶性的硫化銅轉化為可溶性銅鹽D．工業(yè)制備硫酸的主要設備為沸騰爐、接觸室和吸收塔題組B能力提升練1．下列物質中，通常不用電解法治煉的是A．Na B．Al C．Mg D．Fe2．工業(yè)煉鐵是在高爐中進行的，高爐煉鐵的主要反應是：①2C(焦炭)+O2(空氣)2CO；②Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。該煉鐵工藝中，對焦炭的實際使用量要遠遠高于按照化學方程式計算所需。其主要原因是A．CO過量 B．CO與鐵礦石接觸不充分C．煉鐵高爐的高度不夠 D．上述反應有一定的限度EMBEDEquation.DSMT4EMBEDEquation.DSMT43．工業(yè)上利用無機礦物資源生產部分材料的流程圖如下。下列說法正確的是（）（注：鋁土礦中含有A12O3、SiO2、Fe2O3）A．在鋁土礦制備較高純度A1的過程中只用到NaOH溶液、CO2氣體、冰晶石B．