第3章 鐵 金屬材料 第2節(jié) 第1課時 合金 金屬材料-2024-2025高一化學(xué)必修第一冊（人教版）配套課件

第1課時合金金屬材料1.結(jié)合生活中對常見合金的優(yōu)良性能的認(rèn)識,閱讀教材中合金的結(jié)構(gòu)介紹,了解合金的概念,并能聯(lián)系純金屬與合金的微觀結(jié)構(gòu)解釋兩者性能的差異。2.以鐵合金、鋁合金為例,能從元素組成上對合金進(jìn)行分類,并認(rèn)識不同類型金屬材料的組成、性能與應(yīng)用的聯(lián)系,強(qiáng)化性能決定用途的觀念。目標(biāo)素養(yǎng)3.通過實驗探究鋁和氧化鋁的性質(zhì)及轉(zhuǎn)化,認(rèn)識兩性氧化物,豐富對金屬多樣性的認(rèn)識,體會實驗對認(rèn)識和研究物質(zhì)性質(zhì)的重要作用。4.了解儲氫合金、鈦合金等新型合金,感受化學(xué)科學(xué)對創(chuàng)造更多新材料以滿足人類生活需要和促進(jìn)科技發(fā)展的重要作用。5.能基于物質(zhì)的量認(rèn)識化學(xué)變化,根據(jù)化學(xué)方程式運(yùn)用物質(zhì)的量及相關(guān)物理量進(jìn)行簡單計算,感受定量研究對化學(xué)科學(xué)的重要作用。目標(biāo)素養(yǎng)知識概覽一、合金1.金屬材料包括

純金屬

和

它們的合金

。我們?nèi)粘Ｊ褂玫慕饘俨牧洗蠖鄶?shù)屬于

合金

。

2.合金與純金屬的性能差異。(1)合金具有許多優(yōu)良的

物理

、

化學(xué)

或

機(jī)械

性能,如合金的硬度、熔點不同于其成分金屬,可滿足不同的需要。

(2)合金的性能可以通過所添加的合金元素的

種類

、

含量

和

生成合金的條件

等來加以調(diào)節(jié)。

(3)合金性能不同于成分金屬的原因是在純金屬中加入了其他元素形成了合金之后,

結(jié)構(gòu)

發(fā)生了變化。

微判斷1(1)合金中只含有金屬元素。(

)(2)生鐵中的鐵與純鐵的化學(xué)性質(zhì)不同。(

)(3)合金的硬度一般比它的各成分金屬的小。(

)(4)純金屬比合金的應(yīng)用范圍更廣泛。(

)××××二、鐵合金1.生鐵和鋼是含碳量不同的兩種

鐵碳

合金。生鐵的含碳量為

2%~4.3%

,鋼的含碳量為

0.03%~2%

。

2.鋼和生鐵在性能上的差異及應(yīng)用:生鐵硬度

大

、抗

壓

,性脆、可以

鑄造成型

,是制造機(jī)座、管道的重要材料;鋼有良好的

延展

性,

機(jī)械

性能好,可以鍛軋和鑄造,廣泛應(yīng)用于制造機(jī)械和交通工具等。

3.鋼是用量最大、用途最廣的合金,根據(jù)其化學(xué)成分,可分為兩大類:

碳素鋼

和

合金鋼

。

(1)根據(jù)含碳量不同,碳素鋼可分為

高碳鋼

、中碳鋼

、

低碳鋼

。

(2)合金鋼也叫

特種

鋼,是在碳素鋼里適量地加入了一種或幾種

合金元素

,使鋼的

組織結(jié)構(gòu)

發(fā)生變化,從而使鋼具有各種特殊性能,如強(qiáng)度、硬度大,可塑性、韌性好,耐磨、耐腐蝕等。

(3)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

。不銹鋼在大氣中比較

穩(wěn)定

,不容易

生銹

,具有很強(qiáng)的

抗腐蝕

能力。生活中常見的醫(yī)療器材、廚房用品和餐具等,很多都是不銹鋼制造的,有些地鐵列車的車體材質(zhì)也是不銹鋼。

微判斷2(1)碳素鋼是合金,不銹鋼是純鐵。(

)(2)不銹鋼抗腐蝕性能好,長期使用絕對不會生銹。(

)××三、鋁和鋁合金1.鋁是地殼中含量

最多

的金屬元素。鋁是一種活潑金屬,在常溫下就能與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng),表面生成一層

致密

的

氧化鋁

薄膜。人們?nèi)粘Ｓ玫匿X制品通常都是由

鋁合金

制造的,其表面總是覆蓋著致密的氧化鋁薄膜,這層膜起著

保護(hù)內(nèi)部金屬

的作用。

2.鋁及其氧化物的化學(xué)性質(zhì)。

兩性氧化物:Al2O3是兩性氧化物,既能與酸反應(yīng),又能與堿反應(yīng)。微思考1能用鋁制餐具蒸煮或長時間存放酸性或堿性物質(zhì)嗎?提示:不能,因為鋁和氧化鋁均能與酸、堿反應(yīng)。3.鋁合金:純鋁的硬度和強(qiáng)度

較小

,不適合制造機(jī)器零件等。向鋁中加入少量的合金元素,如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等,可制成鋁合金。鋁合金是目前用途廣泛的合金之一。例如,硬鋁中含Cu4%、Mg0.5%、Mn0.5%、Si0.7%,它的密度

小

、強(qiáng)度

高

,具有較強(qiáng)的

抗腐蝕

能力,是制造飛機(jī)和宇宙飛船的理想材料。

微判斷3(1)硬鋁只含金屬元素,不含非金屬元素。(

)(2)鋁金屬適宜制作門窗是因為其易加工且抗腐蝕。(

)(3)鋁合金不能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)。(

)×√×四、新型合金1.儲氫合金:儲氫合金是一類能夠大量吸收氫氣,并與氫氣結(jié)合成

金屬氫化物

的材料。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。

2.其他新型合金:鈦合金、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。

微思考2為什么說新型儲氫合金材料的研究和開發(fā)將為氫氣作為能源的實際應(yīng)用起到重要的推動作用?提示:氫能是人類未來的理想能源,氫能利用存在兩大難題:制取和儲存。氫氣易燃易爆,要利用H2,關(guān)鍵要解決H2的安全儲存和運(yùn)輸問題。而儲氫合金材料可以較好地解決這兩個問題。一合金問題探究金屬材料在日常生活中無處不在,合金應(yīng)用更加廣泛。(1)國產(chǎn)C919大飛機(jī)使用了鋁合金材料,是因為鋁合金具有哪些優(yōu)良性能?提示:密度小、硬度大、耐腐蝕等。(2)為什么一些合金的硬度比其成分金屬的硬度大?提示:純金屬中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滑動變得困難,導(dǎo)致一些合金的硬度變大。歸納總結(jié)1.合金中一定含有金屬元素,可能含有非金屬元素。2.合金一般認(rèn)為是混合物,合金具有金屬的特性。3.合金的形成改變了金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu),對金屬的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)都有影響,如不銹鋼的抗腐蝕性比純鐵強(qiáng)得多。4.合金的硬度一般大于其成分金屬;合金的熔點一般比其成分金屬的熔點低。5.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。6.選用金屬材料的基本依據(jù)。(1)金屬的用途、外觀、價格等。(2)物理性質(zhì)(密度、硬度、強(qiáng)度、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等)決定金屬材料的加工難易程度。(3)化學(xué)性質(zhì)(與水的作用、耐腐蝕性等)決定金屬材料的日常維護(hù)和對環(huán)境的影響等。典例剖析【例1】

合金相對于純金屬制成的金屬材料來說優(yōu)點是(

)。①合金的硬度一般比它的各成分金屬的大②一般合金的熔點比它的各成分金屬的更低③改變原料的配比,改變生成合金的條件,可得到具有不同性能的合金④合金比純金屬的導(dǎo)電性更強(qiáng)⑤合金比純金屬的應(yīng)用范圍更廣泛A.①②③⑤ B.②③④

C.①②④ D.①④⑤A解析:合金具有許多優(yōu)良的物理、化學(xué)或機(jī)械性能,在許多方面優(yōu)于各成分金屬。例如,合金的硬度一般比其各成分金屬的硬度大,多數(shù)合金的熔點比其各成分金屬的熔點低,但合金的導(dǎo)電性比純金屬的弱。學(xué)以致用1.鐵是人類較早使用的金屬之一。據(jù)有關(guān)報道,目前已經(jīng)能冶煉出純度較高的鐵。你估計這種“純鐵”不會具有的性質(zhì)是(

)。A.硬度比生鐵的大 B.熔點比生鐵的高C.能與Fe2(SO4)3溶液反應(yīng) D.能與鹽酸反應(yīng)答案:A解析:依據(jù)題目敘述,可認(rèn)為這種“純鐵”為純凈物,與生鐵(合金)相比,硬度小,熔點高。同時它具有單質(zhì)鐵的化學(xué)性質(zhì)。2.(1)將鋁的用途與性質(zhì)搭配起來(每個選項只選用一次)。A.密度小 B.延展性好C.易傳熱 D.易導(dǎo)電①太陽能熱水器:

(填字母,下同);②飛機(jī):

;③電纜:

;④鋁箔:

。

(2)鋁合金材料屬于

(填“純凈物”“混合物”或“單質(zhì)”)。答案:(1)①C

②A

③D

④B

(2)混合物解析:(1)鋁在太陽能熱水器上的應(yīng)用是由于它的導(dǎo)熱性好。鋁合金硬度大、密度小,是制造飛機(jī)的良好材料。鋁用作電纜和鋁箔則分別是由于其具有良好的導(dǎo)電性和延展性。(2)合金是由一種金屬與其他金屬(或非金屬)熔合在一起而形成的具有金屬特性的物質(zhì),因此肯定是混合物。二金屬鋁與鹽酸、NaOH溶液的反應(yīng)問題探究把在空氣中久置的鋁片投入盛有1mol·L-1鹽酸的燒杯中,該鋁片與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的速率與反應(yīng)時間的關(guān)系,可用如圖所示的坐標(biāo)曲線來表示。(1)曲線由0→a段不產(chǎn)生氫氣的原因是什么?寫出對應(yīng)的離子方程式。提示:鋁片表面有氧化鋁,鹽酸首先與表面的氧化鋁反應(yīng),離子方程式Al2O3+6H+══2Al3++3H2O。(2)曲線由b→c段產(chǎn)生氫氣的原因是什么?寫出對應(yīng)的離子方程式。提示:鋁與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,離子方程式為2Al+6H+══2Al3++3H2↑。(3)等質(zhì)量的兩份鋁分別與足量的鹽酸、氫氧化鈉溶液反應(yīng),所得H2的體積之比是多少?提示:1∶1。Al與H2的關(guān)系式均為2Al~3H2,故只要參加反應(yīng)的Al的量相等,所得H2的量也相等,故氫氣的體積比為1∶1。歸納總結(jié)1.Al、Al2O3的主要反應(yīng)及轉(zhuǎn)化。2.反應(yīng)原理。(1)鋁與鹽酸反應(yīng):2Al+6HCl══2AlCl3+3H2↑。(2)鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng):2Al+2NaOH+6H2O══2Na[Al(OH)4]+3H2↑。3.“量”的關(guān)系。(1)等量的鋁分別與足量的鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng),消耗HCl和NaOH的物質(zhì)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(yīng),產(chǎn)生H2的體積比為1∶1。(3)足量的鋁分別與等物質(zhì)的量濃度、等體積的鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng),產(chǎn)生H2的體積比為1∶3。(4)一定量的鋁分別與一定量的鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng),若產(chǎn)生氫氣的體積比為1∶3<VHCl(H2)∶VNaOH(H2)<1∶1,則必定是①鋁與鹽酸反應(yīng),鋁過量而鹽酸不足;②鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng),鋁不足而氫氧化鈉溶液過量。典例剖析【例2】

等體積、等物質(zhì)的量濃度的鹽酸、氫氧化鈉溶液分別放在甲、乙兩燒杯中,各加等質(zhì)量的鋁,生成氫氣的體積比為3∶4,則甲、乙兩燒杯中的反應(yīng)情況可能分別是(

)。A.甲、乙中都是鋁過量B.甲中鋁過量,乙中堿過量C.甲中酸過量,乙中鋁過量D.甲中酸過量,乙中堿過量答案:B解析:因為等質(zhì)量的鋁分別與足量的鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)時,產(chǎn)生H2的體積比為1∶1,足量的鋁分別與等物質(zhì)的量濃度、等體積的鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)時,產(chǎn)生H2的體積比為1∶3,而今產(chǎn)生H2的體積比:

<1,所以反應(yīng)的情況為甲中鹽酸不足,乙中氫氧化鈉過量。學(xué)以致用3.用鋁箔包裹著2.3g金屬鈉,用針扎若干小孔,然后放入足量水中,理論上可以收集到氫氣的物質(zhì)的量為(

)。A.0.05molB.0.2molC.大于0.05mol,小于或等于0.2molD.小于0.05mol答案:C解析:鋁箔包裹著2.3

g金屬鈉放入足量水中,鈉首先與水反應(yīng):2Na+2H2O══2NaOH+H2↑,然后生成的NaOH再與Al發(fā)生反應(yīng):2NaOH+2Al+6H2O══2Na[Al(OH)4]+3H2↑,根據(jù)題中數(shù)據(jù)知:2.3

g鈉可產(chǎn)生0.05

mol

H2,生成的0.1

mol

NaOH與足量鋁作用可生成0.15

mol

H2,因此產(chǎn)生的氫氣的物質(zhì)的量一定大于0.05

mol,并且小于或等于0.2

mol。4.鋁分別與足量的稀鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng),當(dāng)兩個反應(yīng)放出的氣體在相同狀況下體積相等時,反應(yīng)中消耗的HCl和NaOH物質(zhì)的量之比為(

)。A.3∶1 B.2∶1 C.1∶1 D.1∶3答案:A解析:由反應(yīng)的化學(xué)方程式:2Al+6HCl══2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+6H2O══2Na[Al(OH)4]+3H2↑可知,生成相同體積的氫氣時,消耗HCl、NaOH物質(zhì)的量之比為3∶1。1.下列所用材料不屬于合金的是(

)。A.三星堆出土的青銅神樹B.溫度計用的水銀C.鑄造用的黃銅D.建筑用的鋼筋答案:B2.儲氫合金是一種新型合金。下列關(guān)于儲氫合金的說法錯誤的是(

)。A.儲氫合金是一類能夠大量吸收氫氣,并與氫氣結(jié)合成金屬氫化物的新型合金材料B.儲氫合金具有儲氫量大、能耗低、工作壓力低、使用方便的特點C.儲氫合金具有很強(qiáng)的捕捉氫的能力,氫分子在合金中先分解成單個的原子,氫原子進(jìn)入合金原子的縫隙中,并與合金生成金屬氫化物D.儲氫合金形成的金屬氫化物性質(zhì)穩(wěn)定,高溫條件下也不易分解答案:D3.用鋁制易拉罐收集滿CO2后快速加入過量濃氫氧化鈉溶液,并立即把口封閉。結(jié)果發(fā)現(xiàn)易拉罐“咔咔”作響,并變癟了,過一段時間后,易拉罐又鼓起來了。下列說法正確的是(

)。A.使易拉罐變癟的反應(yīng)是CO2+OH-═