2024–2025學(xué)年高一化學(xué)必修第一冊同步學(xué)與練（人教版）第21課 金屬材料（原卷版）

第21課金屬材料目錄目錄01學(xué)習(xí)目標(biāo)02預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)自主梳理預(yù)習(xí)檢測03探究提升環(huán)節(jié)一鐵合金鋁合金新型合金環(huán)節(jié)二鋁、氧化鋁和氫氧化鋁04課堂總結(jié)05強化訓(xùn)練001學(xué)習(xí)目標(biāo)1．知道金屬材料的常見類型——純金屬及其合金。2．認(rèn)識三大合金——鐵合金、鋁合金及新型合金的組成、性能與應(yīng)用。3．會書寫鋁、氧化鋁及氫氧化鋁與酸、堿反應(yīng)的方程式。002預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)自主梳理一、合金和鐵合金1．合金（1）組成：合金是指由兩種或兩種以上的_______(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。（2）特性及原因①硬度：合金的硬度一般比其成分金屬的硬度_____。②熔點：合金的熔點一般比其成分金屬的熔點_____。（3）原因：純金屬內(nèi)所有原子的大小和形狀相同，原子排列十分規(guī)整；加入或大或小的其他元素的原子后，改變了金屬原子有規(guī)則的層狀排列，使原子層之間的相對________變得困難，導(dǎo)致合金的硬度變大。2．鐵合金（1）鐵和碳形成的合金，因含碳量不同分為_______(含碳量為2%～4.3%)和_____(含碳量為0.03%～2%)。鋼是用量最大、用途最廣的合金。（2）不銹鋼是最常見的一種合金鋼，合金元素主要是_____和_____，在大氣中比較穩(wěn)定，不易生銹，抗腐蝕能力強。二、鋁和鋁合金1．鋁合金鋁合金是目前用途廣泛的合金之一，硬鋁是在鋁中添加了一定比例的Cu、Mg、Mn、Si，它的密度_____，強度_____，具有較強抗腐蝕能力，是制造飛機和宇宙飛船的理想材料。2．鋁、氧化鋁與氫氧化鋁鋁、氧化鋁與稀鹽酸的反應(yīng)實驗操作實驗現(xiàn)象鋁片逐漸溶解，有無色氣泡冒出，將點燃的木條放在試管口有爆鳴聲化學(xué)方程式Al2O3＋6HCl2AlCl3＋3H2O、2Al＋6HCl2AlCl3＋3H2↑離子方程式Al2O3＋6H＋2Al3＋＋3H2O、2Al＋6H＋2Al3＋＋3H2↑鋁、氧化鋁與NaOH溶液的反應(yīng)實驗操作實驗現(xiàn)象試管①中一開始無氣泡產(chǎn)生，一段時間后，鋁片溶解，有無色氣泡冒出，試管②中鋁片溶解，立即產(chǎn)生無色氣泡，將點燃的木條放在試管口，都有爆鳴聲化學(xué)方程式Al2O3＋2NaOH2NaAlO2＋H2O、2Al＋2NaOH＋2H2O2NaAlO2＋3H2↑離子方程式Al2O3＋2OH－2AlOeq\o\al(－,2)＋H2O、2Al＋2OH－＋2H2O2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑鋁鹽與強堿、弱堿的反應(yīng)氯化鋁溶液中滴加氨水產(chǎn)生沉淀，再加過量氨水沉淀不溶解氯化鋁溶液中滴加氫氧化鈉溶液產(chǎn)生沉淀，再加過量氫氧化鈉溶液沉淀溶解（1）鋁是地殼中含量最多的金屬元素，常溫下就能與空氣中的__________發(fā)生反應(yīng)，表面生成一層致密的__________薄膜，保護內(nèi)部金屬。其化學(xué)方程式為：________________________。（2）兩性氧化物既能與_____反應(yīng)生成鹽和水，又能與_____反應(yīng)生成鹽和水的氧化物，如Al2O3等，其與強酸、強堿反應(yīng)的離子方程式為：Al2O3＋6H＋2Al3＋＋3H2O、______________________________。（3）氫氧化鋁實驗室用鋁鹽溶液與氨水反應(yīng)制備氫氧化鋁，反應(yīng)的離子方程式為______________________________。三、新型合金1．儲氫合金：一類能夠大量吸收H2，并與H2結(jié)合成____________的材料。如Ti－Fe合金、La－Ni合金等，為氫氣作為能源的實際應(yīng)用起到重要的推動作用。2．其他新型合金：________、耐熱合金和形狀記憶合金等新型合金廣泛應(yīng)用于航空航天、生物工程和電子工業(yè)等領(lǐng)域。預(yù)習(xí)檢測1．（2022年遼寧遼陽高一月考）下列材料不屬于合金的是A．鑄造下水井蓋的生鐵 B．儲氫用的La－Ni合金C．可用于機器人“皮膚”的橡膠 D．可用于軍用車輛的超級鋼2．（2023年北京市西城區(qū)期末）合金的應(yīng)用促進了人類社會的發(fā)展。下列不屬于合金的是A．青銅面具B．鋁合金滑雪杖C．不銹鋼鍋D．塑料管材3．（2023年天津市河北區(qū)期末）下列物質(zhì)屬于兩性氧化物的是A．H2O B．CO2 C．Al2O3 D．Fe2O34．（2023年北京市延慶區(qū)期末）下列關(guān)于金屬鋁的描述中，不正確的是A．有銀白色金屬光澤 B．具有較強的還原性C．硬度高于硬鋁 D．常溫下能與空氣中的氧氣反應(yīng)5．（2023年北京市通州區(qū)期末）我國鋁材工業(yè)水平處于世界領(lǐng)先行列。下列說法中，不正確的是A．常溫下，鋁制品耐腐蝕是因為鋁不活潑B．鋁制餐具不宜長時間盛放酸性食物C．鋁合金密度小、強度高，廣泛應(yīng)用于航空領(lǐng)域D．工業(yè)上可以用鹽酸去除鋁表面的氧化膜6．（2022年江蘇省南通市通州區(qū)期末）我國自主研制的C919大型客機即將商業(yè)飛行。飛機外殼大量使用鋁鋰合金，主要是因為鋁鋰合金A．具有良好的導(dǎo)電性 B．熔點比純鋁低C．能與強酸、強堿反應(yīng) D．密度小、機械強度高?環(huán)節(jié)一鐵合金鋁合金新型合金情境材料合金的應(yīng)用合金的應(yīng)用狗頭獸首銅像高鐵車廂鋁合金潛水器外殼(鈦、鋁等)速滑冰刀(不銹鋼)儲氫合金如2020年11月24日4時30分，我國在中國文昌航天發(fā)射場，用長征五號遙五運載火箭成功發(fā)射探月工程“嫦娥五號”探測器，開啟我國首次地外天體采樣返回之旅?！版隙鹞逄枴敝惺褂昧舜罅亢辖稹栴}探究1．下列有關(guān)金屬或合金的說法中不正確的是A．生鐵屬于合金B(yǎng)．一般合金的熔點比各成分金屬的低C．合金的化學(xué)性質(zhì)與其成分金屬的化學(xué)性質(zhì)不同D．改變原料的配比、生成合金的條件，可以得到具有不同性能的合金2．高鐵車廂大部分采用鋁合金材料制造，這是因為鋁合金A．質(zhì)地輕，強度大，抗腐蝕能力比較強B．具有比較活潑的化學(xué)性質(zhì)C．各種成分在自然界中含量豐富，容易獲取D．比純鋁熔點高，耐高溫3．2022年世界冬奧會和冬殘奧會在北京和張家口舉行，其中短道速滑項目隊員所穿的速滑冰刀可用不銹鋼制成。下列敘述錯誤的是A．不銹鋼是最常見的一種合金鋼B．不銹鋼中常添加鎳(Ni)和鉻(Cr)元素，從而使其具有特殊性能C．不銹鋼中只含有金屬元素，不含有非金屬元素D．不銹鋼是通過增加原子層之間的相對滑動難度，導(dǎo)致合金的硬度變大要點歸納一、合金1．概念由兩種或兩種以上的金屬（或金屬和非金屬）熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。2．特性3．結(jié)構(gòu) 純金屬內(nèi)原子的排列十分規(guī)整 合金內(nèi)原子層之間的相對滑動變得困難合金的形成改變了金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使合金的性能和純金屬有很大的差異。4．合金中的“四最”（1）使用“最早”的合金是青銅；（2）用量“最大”、用途“最廣”的合金是鋼；（3）航空、航天“最理想”的材料是鋁合金；（4）未來能源“最前沿”的材料是儲氫合金。并非所有的金屬都能形成合金，兩種金屬形成合金，其前提是兩種金屬在同一溫度范圍內(nèi)都能熔化，若一種金屬的熔點高于另一金屬的沸點，則二者不能形成合金。二、三大合金1．鐵合金（1）分類（2）鋼2．鋁合金制取向鋁中加入少量的Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等性能密度小、強度高、塑性好、易于成型、具有較強的抗腐蝕能力等用途制造炊具、門窗、飛機和宇宙飛船外殼的原料3．新型合金鈦合金鈦合金強度高、耐蝕性好、耐熱性高。主要用于制作飛機發(fā)動機壓氣機部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機的結(jié)構(gòu)件。儲氫合金是能大量吸收H2，并與H2結(jié)合成金屬氫化物的材料。如Ti－Fe合金、La－Ni合金。形狀記憶合金是通過熱彈性與馬氏體相變及其逆變而具有形狀記憶效應(yīng)的由兩種以上金屬元素所構(gòu)成的材料。形狀記憶合金是形狀記憶材料中形狀記憶性能最好的材料。耐熱合金是在高溫使用環(huán)境條件下，具有組織穩(wěn)定和優(yōu)良力學(xué)、物理、化學(xué)性能的合金。包括耐熱鋼、耐熱鋁合金、耐熱鈦合金、高溫合金、難熔合金等。耐熱合金在高溫下具有一定拉伸、蠕變、疲勞性能、物理、化學(xué)性能和工藝性能。典例精講【例1】（2023年廣東省東莞市期末）2022年5月18日，“大唐寶藏——法門寺地宮文物精粹特展”在東莞市博物館拉開帷幕。下列大唐寶藏主要由合金材料制成的是A．八棱凈水秘色瓷瓶B．素面淡黃琉璃茶盞C．鎏金銅浮屠D．漢白玉菩薩像【例2】（2023年河南省洛陽市期末）下列關(guān)于合金的說法中，正確的是A．合金的熔點一定比各成分金屬的低B．在我國使用最早的合金是鋼C．生鐵的含碳量為0.03%～2%D．稀土金屬可用于生產(chǎn)合金?環(huán)節(jié)二鋁、氧化鋁和氫氧化鋁情境材料鋁的冶煉鋁的冶煉資料鋁土礦：主要成分Al2O3，含有的雜質(zhì)為Fe2O3、SiO2。鋁土礦中加入NaOH溶液，SiO2完全形成硅鋁酸鈉沉淀(Na2O·3Al2O3·5SiO2·5H2O)。工業(yè)上從鋁土礦中提取出純凈的氧化鋁并電解氧化鋁制鋁的生產(chǎn)流程如下圖：問題探究1．鋁土礦與NaOH溶液反應(yīng)生成NaAlO2的化學(xué)方程式為____________________________________。2．氫氧化鋁生成氧化鋁的化學(xué)方程式為_______________________________。3．氧化鋁通電得到鋁和氧氣，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________________________。要點歸納三、鋁、氧化鋁和氫氧化鋁1．鋁結(jié)構(gòu)鋁的原子結(jié)構(gòu)示意圖為存在鋁是地殼中含量最多的金屬元素，自然界中的鋁全部以化合態(tài)存在物理性質(zhì)銀白色有金屬光澤的固體，有良好的延展性、導(dǎo)電性和傳熱性等，密度較小，質(zhì)地柔軟化學(xué)性質(zhì)通性非金屬單質(zhì)反應(yīng)4Al＋3O2eq\o(=,\s\up7(點燃))2Al2O3(致密氧化鋁薄膜，可保護內(nèi)部金屬)非氧化性酸反應(yīng)2Al＋6H＋2Al3＋＋3H2↑鹽反應(yīng)2Al＋3Cu2＋2Al3＋＋3Cu水反應(yīng)2Al＋6H2Oeq\o(,\s\up6(Δ))2Al(OH)3＋3H2↑特性鈍化室溫下，鋁在濃硫酸、濃硝酸中，表面形成一層致密的氧化物膜，保護內(nèi)部的金屬不再與酸反應(yīng)與堿反應(yīng)2Al＋2H2O＋2NaOH2NaAlO2＋3H2↑2Al＋2OH－＋2H2O2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑1．在常溫下形成致密保護膜的金屬，如鋁、鎂等金屬。鐵在高溫下形成致密保護膜，俗稱“烤藍(lán)”，鐵或鋁遇到濃H2SO4或濃HNO3時，迅速反應(yīng)生成致密氧化膜，稱為鈍化。2．鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的實質(zhì)是鋁先與強堿溶液中的水反應(yīng)生成H2和Al(OH)3，然后Al(OH)3再與NaOH反應(yīng)生成H2O和NaAlO2，反應(yīng)中鋁做還原劑，水做氧化劑，NaOH無電子得失。用雙線橋法和單線橋法分別表示2．氧化鋁物理性質(zhì)白色固體，難溶于水，硬度大，熔點很高，是優(yōu)良耐火材料化學(xué)性質(zhì)與酸反應(yīng)Al2O3＋6HCl2AlCl3＋3H2OAl2O3＋6H＋2Al3＋＋3H2O與堿反應(yīng)Al2O3＋2NaOH2NaAlO2＋H2OAl2O3＋2OH－2AlO－QUOTEAlO2-＋H2O用途制造耐火、耐高溫器材、工業(yè)冶煉鋁、可以制作各種寶石3．氫氧化鋁物理性質(zhì)白色膠狀不溶于水的固體，有較強的吸附性化學(xué)性質(zhì)與酸反應(yīng)Al(OH)3＋3HClAlCl3＋3H2OAl(OH)3＋3H＋Al3＋＋3H2O與堿反應(yīng)Al(OH)3＋NaOHNaAlO2＋2H2OAl(OH)3＋OH－AlO－＋2H2O不穩(wěn)定性2Al(OH)3eq\o(,\s\up6(Δ))Al2O3＋3H2O制備鋁鹽與足量氨水Al3＋＋3NH3·H2OAl(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)偏鋁酸鹽與足量CO2AlO－QUOTEAlO2-＋CO2＋2H2OAl(OH)3↓＋HCO－用途氫氧化鋁膠體有較強的吸附性，可用于凈水；氫氧化鋁堿性不強，可以用作胃酸中和劑典例精講【例3】）（2023年湖北省武漢市江岸區(qū)期末節(jié)選）若加入鋁粉能放出氫氣的溶液中分別加入下列各組離子，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年天津市河北區(qū)期末）相同質(zhì)量的兩份鋁，分別放入足量的鹽酸和氫氧化鈉溶液中，放出的氫氣在同溫同壓下體積之比為A．1∶1 B．1∶2 C．1∶3 D．2∶1【例5】（2023年北京市西城區(qū)期末）利用廢鋁箔(主要成分為Al，含少量Mg、Fe等)制明礬[KAl(SO4)2·12H2O]的一種工藝流程如下：鋁箔甲溶液Al(OH)3乙溶液明礬下列說法中，不正確的是A．①中加NaOH溶液，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是2Al＋2OH－＋2H2O2AlO－＋3H2↑B．操作a是過濾C．乙溶液中含有的離子是Al3＋、SO2－D．由④可推測，室溫下明礬的溶解度小于Al2(SO4)3和K2SO4的溶解度004課堂總結(jié)鋁及其化合物轉(zhuǎn)化關(guān)系00503強化訓(xùn)練1．（2023年北京市通州區(qū)期末）中華文明源遠(yuǎn)流長，在世界文明中獨樹一幟，漢字居功至偉。隨著時代發(fā)展，漢字被不斷賦予新的文化內(nèi)涵，其載體也發(fā)生相應(yīng)變化。下列漢字載體主要由合金材料制成的是漢字載體選項A．獸骨B．青銅器C．竹片D．紙張2．（2023年天津市河北區(qū)期末）合金具有許多優(yōu)良的性能．下列物質(zhì)屬于合金的是A．氧化銅 B．生鐵 C．汞 D．鈉3．（2023年廣東省茂名市電白區(qū)期末）鋁合金大量用于飛機制造，是因為A．Al的活潑性弱 B．Al的還原性弱C．Al合金密度小，強度大 D．常溫下Al不與O2反應(yīng)4．（2023年湖北省襄陽市期末）向Al2(SO4)3溶液中投入一小塊金屬鈉(如圖所示)，反應(yīng)完全后，過濾并洗滌，所得沉淀干燥后在空氣中完全灼燒。下列說法正確的是A．所得沉淀為AlB．Al2(SO4)3溶液可以導(dǎo)電，故Al2(SO4)3溶液是電解質(zhì)C．可以用手代替鑷子直接取用金屬鈉進行該實驗操作D．灼燒后所得產(chǎn)物既能與稀的強酸溶液反應(yīng)，也能與稀的強堿溶液反應(yīng)5．（2023年甘肅省慶陽市期末）鎂鋁合金質(zhì)優(yōu)體輕，又不易銹蝕，大量用于航空工業(yè)、造船工業(yè)、日用化工等領(lǐng)域。下列關(guān)于鎂鋁合金性質(zhì)的敘述中，不正確的是A．此合金熔點比鎂和鋁的熔點都低B．此合金能全部溶解于足量稀鹽酸中C．此合金能全部溶解于足量氫氧化鈉溶液中D．此合金的硬度比鎂和鋁的硬度都大6．（2023年北京市延慶區(qū)期末）取等質(zhì)量的鎂粉和鋁粉分別放入過量的鹽酸和氫氧化鈉溶液中，充分反應(yīng)后產(chǎn)生相同狀況下氫氣的體積A．鎂粉多 B．鋁粉多 C．一樣多 D．無法判斷7．（2023年天津市河北區(qū)期末）下列說法中，正確的是A．常溫下，鋁不與氧氣反應(yīng)B．鋁是地殼中含量最多的元素C．氧化鋁與水反應(yīng)可制得氫氧化鋁D．在AlCl3溶液中加入過量的氨水可制得Al(OH)3沉淀8．（2023年湖北省襄陽市期末）向一鋁質(zhì)易拉罐中充滿CO2，然后往罐中注入足量的NaOH濃溶液，立即用膠布封嚴(yán)罐口。一會兒聽到罐內(nèi)發(fā)出“咔、咔”的響聲，且易拉罐變癟；再過一會兒又鼓起來恢復(fù)原樣。下列說法正確的是A．易拉罐先變癟原因為CO2與NaOH溶液反應(yīng)生成了NaHCO3B．CO2屬于酸性氧化物且其相對分子質(zhì)量為44C．再過一會兒又鼓起來的原因是生成的NaHCO3分解重新生成了CO2D．上述反應(yīng)中，每消耗0.2molNaOH，同時消耗CO2體積為2.24L9．（2023年江蘇省南通市如皋市期末）某廢液中主要含有MgSO4、Al2(SO4)3和CuSO4三種溶質(zhì)，為分離三種金屬元素，現(xiàn)進行如下流程所示的實驗：下列說法正