高中化学人教版 (2019)必修 第一册第二节 金属材料学案设计

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第一册第二节 金属材料学案设计，共10页。学案主要包含了学习目标与素养，学习重难点，学习过程，第一课时，第二课时，反馈检测等内容，欢迎下载使用。

【学习目标与素养】
1．宏观辨识：认识合金的概念。了解常见合金的分类、组成和用途。
2．模型认知：了解化学方程式中化学计量数与各化学计量间的关系。
3．科学态度与社会责任：了解合金在生产、生活中的应用，会合理选用金属材料。
4．模型认知与科学精神：掌握物质的量在化学方程式计算中的应用。
【学习重难点】
了解常见合金的分类、组成和用途。熟悉新型合金的类型和用途，了解稀土元素的概念以及稀土金属的应用场景和在我国的地位，熟练掌握物质的量在化学方程式计算中的应用，根据题意列出方程并求解出答案。
【学习过程】
【第一课时】
（一）基础知识填充
一、合金
1．定义：由两种或两种以上的金属与金属（或非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。
微点拨：合金一般是混合物，没有固定的熔点。合金中各成分金属的化学性质不变。
2．性质：合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于各成分金属。
（1）硬度：合金的硬度一般大于成分金属。
（2）熔点：合金的熔点多数低于成分金属。
思考：为什么合金硬度比成分金属大？
提示：纯金属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，导致合金硬度变大。
3．合金性能的影响因素
元素的种类、元素含量、生产条件。
二、铁合金
三、铝和铝合金
铝是地壳中含量最多的金属。铝性质活泼，铝和铝合金制品比较稳定的原因是表面覆盖着致密的氧化铝薄膜，保护内部金属。
1．铝与酸、碱的反应
（1）金属铝溶于盐酸的化学方程式：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑。
（2）铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式：2Al＋2H2O＋2NaOH===2NaAlO2＋3H2↑，离子方程式：2Al＋2OH－＋2H2O===2AlOeq \\al(－,2)＋3H2↑。
2．氧化铝与酸、碱的反应
（1）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Al2O3。
3．铝和铝合金的应用
铝合金是目前广泛应用的合金之一。硬铝密度小、强度高，具有较强的抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
四、新型合金
（二）自学检测
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）人类历史上使用最早的合金是青铜（ ）
（2）合金中只存在金属元素，不可能有非金属元素（ ）
（3）镁铝熔合成合金的过程发生了化学变化（ ）
（4）合金是混合物，具有金属的特性（ ）
答案：（1）√（2）×（3）×（4）√
2．下列说法不正确的是（ ）
A．目前我国流通的硬币是由合金材料制造的
B．铝制品在生活中非常普遍，这是因为表面覆盖着氧化膜，对内部金属起保护作用
C．镁在空气中燃烧发出耀眼的白光，可用于制作照明弹
D．组成元素相同的合金性能相同
答案：D
解析：合金性能受合金元素的种类、含量、生产条件影响。组成元素相同的合金性能不一定相同，如钢和生铁。
3．铝是典型的两性金属，既能与酸反应，又能与强碱溶液反应。回答下列问题：
（1）在铝与盐酸和氢氧化钠溶液的反应中，铝元素化合价的变化都是________，还原剂都是______。
（2）1ml的铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应，生成氢气的体积在相同状况下比值为______，消耗氯化氢和氢氧化钠的物质的量之比为______。
答案：（1）由0价变为＋3价；铝
（2）1∶1；3∶1
（三）重难点突破
重难点1：铝与盐酸、NaOH溶液反应的比较
铝与盐酸、NaOH溶液反应的应用与定量关系
2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑（1）
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlOeq \\al(－,2)＋3H2↑（2）
1．等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，消耗HCl和NaOH的物质的量之比为3∶1。
2．等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为VHCl（H2）∶VNaOH（H2）＝1∶1。
3．足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为VHCl（H2）∶VNaOH（H2）＝1∶3。
4．一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，若产生氢气的体积比为1∶35．铝既能与非氧化性酸反应产生氢气，也能与碱反应产生氢气，前者是置换反应，后者不是置换反应。
6．铝与盐酸、氢氧化钠的反应中，还原剂都是铝，还原产物都是氢气，故铝与产生氢气的关系式是相同的。
典例：甲、乙两个烧杯中分别盛有100mL4.0ml·L－1的盐酸和100mL4.0ml·L－1NaOH溶液，向两个烧杯中均加入5.4g铝粉，在相同状况下产生气体的体积比为（ ）
A．1∶1
B．2∶3
C．3∶2
D．3∶1
答案：B
解析：甲、乙两烧杯中含HCl、NaOH的物质的量都为0.4ml，根据化学方程式：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑可知，5.4g（即0.2ml）Al分别与盐酸和NaOH溶液反应时，盐酸不足量而NaOH过量，故Al与盐酸反应生成H20.2ml，与NaOH溶液反应生成H20.3ml，其体积比为2∶3。
【第二课时】
（一）基础知识填充
一、化学方程式中化学计量数与各化学计量间的关系
2Na ＋ 2H2O===2NaOH＋H2↑
质量之比： 46g ∶ 36g ∶ 80g ∶ 2g
计量数之比： 2 ∶ 2 ∶ 2 ∶ 1
扩大NA倍： 2NA ∶ 2NA∶ 2NA ∶ NA
物质的量之比：2ml ∶ 2ml∶ 2ml ∶ 1ml
结论：化学方程式中化学计量数之比等于粒子个数之比，也等于物质的量之比，对于有气体参与的反应还等于体积之比。
思考：为什么利用化学方程式进行计算时，同一种物质的单位必须统一，而不同的物质则不必统一？
提示：同一种物质用不同的物理量表示时，比例是相同的。例如1ml钠和23g钠完全相同。
二、有关物质的量的计算中的“三个规范”
1．书写规范
各种符号的书写要规范，大写字母与小写字母的意义各不相同。如“M”表示摩尔质量，而“m”表示质量，“N”表示微粒数，而“n”表示物质的量。
2．符号规范
（1）设未知数直接用各物理量的符号表示，且要注明物质（或粒子）的符号。如设参加反应HCl溶液的体积为V[HCl（aq）]。
（2）各物理量及单位、物质的名称、公式等尽量用符号表示。如已知NaOH溶液的体积和物质的量浓度，求NaOH溶液的质量时就写成：m（NaOH）＝c（NaOH）×V[NaOH（aq）]×M（NaOH）。
3．单位规范
把已知量代入计算式中计算时都要带单位且单位要统一。
（二）自学检测
判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）铝与NaOH溶液反应中，每转移3mle－，就生成1.5mlH2（ ）
（2）化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质的质量之比（ ）
（3）化学反应前后反应物和生成物遵循质量守恒，也遵循物质的量守恒（ ）
（4）根据化学方程式计算时，各物质对应物理量的单位，左、右、上、下都必须相同（ ）
答案：（1）√（2）×（3）×（4）×
（三）重难点突破
重难点1：物质的量在化学方程式计算中的方法
1．基本步骤
2．物质的量在化学方程式计算中应用的注意事项
（1）化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质的物质的量之比，而非质量之比。
（2）计算时，各种物质不一定都用物质的量表示，也可以用质量表示，气态物质还可以用体积表示，但要注意物质的量与其他各物理量之间的换算关系；只要做到“上下一致，左右相当”即可。
典例：1.15g金属钠与水反应，得到100mL溶液，试计算：
（1）生成的气体在标准状况下的体积为________________________________________。
（2）反应后所得溶液中溶质的物质的量浓度_______________________________________。
解析：n（Na）＝eq \f(1.15 g,23 g·ml－1)＝0．05ml，设生成标准状况下气体的体积为V，溶液中溶质的物质的量浓度为c。
2Na＋2H2O===2NaOH ＋ H2↑
2ml2ml22.4L
0.05ml0.1L×cV
V＝eq \f(22.4 L×0.05 ml,2 ml)＝0．56L；
c＝eq \f(2 ml×0.05 ml,2 ml×0.1 L)＝0．5ml·L－1。
答案：（1）0．56L
（2）0．5ml·L－1
重难点2：化学计算中常用的方法
1．差量法——化学方程式计算中的巧思妙解
化学反应前后物质的量发生变化时均可用差量法。解题的一般步骤为
（1）准确写出有关反应的化学方程式。
（2）深入细致地分析题意，关键在于有针对性地找出产生差量的“对象”及“理论差量”。该“理论差量”可以是质量、物质的量、气体体积、压强等，且该差量的大小与参加反应的物质的有关量成正比。
（3）根据反应方程式，从“实际差量”寻找比例关系，列比例式求解。
2．关系式法——解答连续反应类型计算题的捷径
当已知量和未知量之间是靠多个反应来联系时，只需直接确定已知量和未知量之间的比例关系，即“关系式”。
（1）根据化学方程式确定关系式
写出发生反应的化学方程式，根据量的关系写出关系式。
（2）根据原子守恒确定关系式。
【反馈检测】
第一课时
1．下列关于合金的叙述中正确的是（ ）
A．合金是由两种或多种金属熔合而成的
B．日常生活中用到的五角硬币属于铜合金
C．合金在任何情况下都比单一金属性能优良
D．钢不属于合金
答案：B
解析：合金是金属与金属或金属与非金属熔合而成的，A项错误；在机械加工时，合金的性能一般较单一金属优良，但并不是任何情况下都是，如纯铝导电性比铝合金要强，C项错误；钢是铁碳合金，D项错误。
2．足量下列物质与相同质量的铝反应，放出氢气且消耗溶质物质的量最少的是（ ）
A．盐酸
B．稀硫酸
C．氢氧化钠溶液
D．氯化钠溶液
答案：C
解析：铝与氯化钠溶液不反应，由2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，2Al＋2OH－＋2H2O===2AlOeq \\al(－,2)＋3H2↑可知，Al～3H＋～eq \f(3,2)H2，Al～OH－～eq \f(3,2)H2，即1ml铝消耗氢氧化钠1ml、硫酸1．5ml、氯化氢3ml。
3．下列叙述正确的是（ ）
A．通过物理变化使铁制品表面生成致密的氧化膜，可以防止生锈
B．常见的合金钢主要有硅钢、锰钢、钨钢和不锈钢
C．氧化物只能作氧化剂，不能作还原剂
D．生铁中的球墨铸铁，没有机械强度，所以在任何场合都不可以代替钢
答案：B
解析：A项，生成致密的氧化膜是化学变化；C项，有些氧化物可以作还原剂，如一氧化碳，利用它的还原性可以在工业上冶炼金属；D项，生铁中的球墨铸铁具有很高的机械强度，在一些场合可代替钢。
4．有关铝和它的化合物的说法错误的是（ ）
A．用于熔化烧碱的坩埚，可用Al2O3这种材料制成
B．铝能在空气中稳定存在是因为其表面覆盖着一层保护膜
C．氧化铝是一种高熔点物质，是一种较好的耐火材料
D．氧化铝是一种两性氧化物，既能与强酸反应，也能与强碱反应
答案：A
解析：若用Al2O3材料制成的坩埚熔化烧碱，会损坏坩埚，因为两者会发生反应：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O。
5．用铁、铝的混合物进行如下实验：
（1）操作X的名称是________。
（2）气体A是________。
（3）A与Cl2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OH－外还有________，溶液D中存在的金属离子为________。
解析：（1）加入足量NaOH溶液，Al溶解，操作X为过滤。（2）Al与氢氧化钠溶液反应产生氢气，气体A为H2。（3）H2与Cl2反应生成HCl。（4）溶液B中阴离子有OH－、AlOeq \\al(－,2)，溶液D中金属离子为Fe2＋。
答案：（1）过滤
（2）H2（或氢气）
（3）HCl；还原剂
（4）AlOeq \\al(－,2)；Fe2＋
第二课时
1．对于反应aA＋bB===cC＋dD（A、B、C、D表示物质的化学式，a、b、c、d为化学方程式中的化学计量数），下列说法不正确的是（ ）
A．如果质量为m1的A与质量为m2的B恰好完全反应，则生成的C、D的质量之和一定等于（m1＋m2）
B．参加反应的A和B中的原子总数一定等于生成的C和D中的原子总数
C．（a＋b）不一定等于（c＋d）
D．A和B中的元素种类，不一定等于C和D中的元素种类
答案：D
解析：化学反应中的守恒既包括质量守恒，也包括元素种类守恒、原子个数守恒，故D错误。
2．把一小块钠放入足量水中，会发生如下反应：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑。有关该反应的下列说法正确的是（ ）
A．反应中Na与NaOH的质量相等
B．反应中H2O和H2的质量相等
C．反应中H2O和H2的质量之比为2∶1
D．反应中Na与NaOH的物质的量之比为1∶1
答案：D
解析：该反应中，Na与NaOH的物质的量之比为1∶1，质量之比为23∶40，所以A项错误，D项正确；H2O与H2的物质的量之比为2∶1，质量之比为18∶1，所以B项、C项均错误。
3．在500mLNaOH溶液中加入足量铝粉，反应完全后共收集到标准状况下的气体33.6L。该NaOH溶液的物质的量浓度为（ ）
A．1.0ml·L－1
B．2.0ml·L－1
C．1.5ml·L－1
D．3.0ml·L－1
答案：B
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2ml67.2L
n（NaOH）33.6L
n（NaOH）＝eq \f(2 ml×33.6 L,67.2 L)＝1ml，c（NaOH）＝eq \f(1 ml,0.5 L)＝2.0ml·L－1。
4．将8g铁片放入100mL硫酸铜溶液中，溶液中的铜离子全部被还原时，固体质量变为8.2g，则原硫酸铜溶液的物质的量浓度为（ ）
A．0.5ml·L－1
B．0.25ml·L－1
C．0.025ml·L－1
D．0.125ml·L－1
答案：B
Fe＋CuSO4===FeSO4＋CuΔm
1ml8g
n（CuSO4）（8.2－8）g
n（CuSO4）＝eq \f(1 ml×8.2－8g,8 g)＝0.025ml，c（CuSO4）＝eq \f(0.025 ml,0.1 L)＝0.25ml·L－1。
5．将20g含杂质25%的大理石（杂质与盐酸不反应）投入150mL盐酸中恰好完全反应，计算：
（1）反应生成的CO2的体积（标准状况）。
（2）原盐酸中HCl的物质的量浓度。
解析：n（CaCO3）＝eq \f(20 g×1－25%,100 g·ml－1)＝0.15ml，
CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑
1ml2ml22.4L
0.15mln（HCl）V（CO2）
eq \f(1 ml,0.15 ml)＝eq \f(22.4 L,VCO2)
eq \f(1 ml,0.15 ml)＝eq \f(2 ml,nHCl)
故：n（HCl）＝0.3ml，V（CO2）＝3.36L，c（HCl）＝eq \f(0.3 ml,0.15 L)＝2ml·L－1。
答案：（1）3.36L
（2）2ml·L－1