人教版 (2019)必修 第一册第三章 铁 金属材料第二节 金属材料学案

这是一份人教版 (2019)必修 第一册第三章 铁 金属材料第二节 金属材料学案，共7页。学案主要包含了学习目标，学习重点，学习难点，课前小测，学习过程，要点总结，交流研讨，当堂检测等内容，欢迎下载使用。

第1课时 铁合金 铝和铝合金 新型合金
【学习目标】
1.了解金属材料组成、性能及应用的联系。
2.认识铁合金的类型、常见铁合金的组成、性能及用途。
3.认识铝及氧化铝的化学性质，了解铝合金的特性、用途。
【学习重点】
1.学习合金的组成和特性，了解铁合金、铝合金、新型合金的组成和用途。
2.掌握铝和铝的氧化物的两性，认识氧化膜对铝制品的保护作用。
【学习难点】
1.铝和铝的氧化物的两性。
2.合金的性质和用途。
【课前小测】
1.金属具有许多共同的物理性质，如不透明、有金属光泽、具有 、 、 。
2.生产、生活中应用较多的合金是 ，历史上应用最早的金属是 。
3.写出钠和水反应的现象： ；方程式： 。
【学习过程】
一、合金
金属材料包括 和它们的 ，日常使用的金属材料，大多数属于 。1.合金的概念
由 制得的金属材料。
2.合金的一般性质
(1)硬度：
(2)熔点：
二、铁合金
铁合金： 和 是含碳量不同的两种铁碳合金。
1.生铁
①生铁的含碳量为 。
②性能及用途
生铁硬度 、抗压，性脆、可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料。
2.钢
①钢的含碳量为 。
②性能及用途
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分类
④常用合金钢
a．不锈钢
合金元素：
性能：
用途：
b．超级钢
合金元素：
性能：
用途：
【要点总结】
1.合金的组成及性质
(1)合金中一定含有金属元素， 含有非金属元素。
(2)合金是混合物， 固定的熔点。
(3)合金具有金属特性，如导电、传热等。
(4)合金形成后会影响各成分金属的物质性质，如合金的熔点一般比成分金属 ，而硬度、机械强度一般比成分金属 ；但一般来说各成分金属均保持了其原有的化学性质。2.合金的形成条件
(1)金属与金属形成合金时：合金是金属在熔化状态时相互混合形成的，熔化时的温度需达到成分金属中熔点最高的金属的熔点，但又不能超出成分金属中沸点最低的金属的沸点。一种金属的熔点高于另一种金属的沸点时则不能形成合金。
(2)金属与非金属形成合金时：部分不活泼非金属与金属可形成合金，活泼非金属与活泼金属则不能形成合金。
3.金属材料选择的依据
某种金属能不能成为一种应用广泛的材料主要取决于该金属的储量、冶炼成本、市场价格以及所具有的性能和是否易于加工等。
(1)物理性质：密度、硬度、强度、导电性和导热性等，这些性质决定金属材料的加工难易程度。
(2)化学性质：对水的作用、耐腐蚀性等，这些性质决定金属材料的日常维护和环境对其的影响。
【例1】高铁车厢大部分采用铝合金材料制造，这是因为铝合金( )
A．质地轻，强度大，抗腐蚀能力比较强
B．具有比较活泼的化学性质
C．各种成分在自然界中含量丰富，容易获取
D．比纯铝熔点高，耐高温
〔变式1〕下列关于合金的说法错误的是( )
A．合金是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
B．镁铝合金的硬度比镁和铝都小
C．在合金中加入适量的稀土金属能大大改善合金的性能
D．青铜、硬铝、钢都是合金
三、铝和铝合金
(一)铝的性质：
1.物理性质：银白色 ，有延展性，难溶于水，熔点660℃，沸点2327℃，有良好的导电性、导热性。
(铝是地壳中含量最多的金属元素)
2.化学性质：
(1)Al、Al2O3与酸反应
现象：
化学方程式为：
实验结论：
(2)Al、Al2O3与强碱的反应
现象：
方程式：
氧化铝与碱反应过程：
【注意】铝和氧化铝只能与强碱反应，与弱碱不反应。
【交流研讨】
1.找出铝和碱反应的氧化剂、还原剂。
2.等量铝分别与足量盐酸和NaOH溶液反应，产生氢气的体积比为_______。
3.足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠反应，产生氢气的体积比为_________。
两性氧化物：既能与酸反应生成________，又能与碱反应生成________的氧化物叫做两性氧化物，如Al2O3。
【例2】甲、乙两个烧杯中分别盛有100 mL 4.0 ml·L－1的盐酸和100 mL 4.0 ml·L－1的NaOH溶液，向两个烧杯中均加入5.4 g铝粉，在相同状况下产生气体的体积比为( )
A．1∶1B．2∶3
C．3∶2D．3∶1
(二)铝合金——目前用途广泛的合金之一
(1)成分元素：
(2)主要特性：
(3)主要用途：
四、新型合金
________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。此外，________、_______和_______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。

【交流研讨】
1.列举生活中的合金材料，并简述选择该材料时利用了该合金的哪些优异性能。
2.为什么航空工业中铝合金比铁合金应用更广泛？
3.厨房中能够用铝制容器长时间存放食醋吗？
4.根据铝的性质分析，如何除去镁粉中的铝粉？
【当堂检测】
1.下列物质属于合金的是( )
A．铜B．铝C．钠D．生铁
2.钛和钛的合金具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工，尤其是钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”。根据它们的主要性能，下列用途不切合实际的是( )
A．用来做保险丝B．用于制造航天飞机
C．用来制造人造骨D．用于家庭装修，做钛合金装饰门
3.铝比铁活泼，但在空气中铁制品更易被锈蚀，其原因是( )
A．铁的密度比铝的密度大
B．铝不能与氧气发生反应
C．铝在空气中易与氧气形成一层致密的氧化膜
D．铁的相对原子质量比铝的大
4.下列关于 Al2O3 的说法正确的是( )
A．Al2O3 是金属氧化物，也是两性氧化物
B．Al2O3 加热易分解为铝和氧气
C．Al2O3 结构致密，所以可用铝制容器盛盐酸和 NaOH 溶液等
D．已擦去表面的氧化铝的铝条，在酒精灯上灼烧时，熔化的铝会滴落下来
5.钠和铝是两种重要的金属。请根据钠与铝的性质回答下列问题：
(1)将一小块金属钠投入水中，可观察到的实验现象是____________；
(2)钠在自然界中最主要的存在形式是__________；
(3)相同质量的钠在下列哪种情况下产生的氢气最多_________；
A．放在水中 B．放在足量盐酸中 C．放在足量CuSO4溶液中 D．用刺有小孔的铝箔包好放入足量水中
(4)铝分别与足量的NaOH溶液和盐酸反应，若两个反应在相同状况下放出等量的气体，则反应中消耗的NaOH和HCl物质的量之比为_________；
(5)常温下铝具有较强的抗腐蚀性，主要原因是__________；
(6)将铝片投入到下列溶液中，铝片不溶解的是______。
A．NaOH溶液 B． NaCl溶液 C． H2SO4溶液 D．HCl溶液
参考答案
【课前小测】
1.导电性、导热性、延展性
2.生铁和钢，铜
3.2Na+2H2O=2NaOH+H2↑； 2Na+2H2O=2Na++ 2OH- + H2↑
【学习过程】
一、纯金属，合金，合金。
1.纯金属(或金属与非金属)
2.(1)合金的硬度及机械加工性能一般高于各成分金属。
(2)合金的熔点一般低于各成分金属。
二、生铁、钢
1.生铁①2%～4.3% ②大
2.①0.03%～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 ①低于0.3%②0.3%-0.6%③高于0.6%
④a．铬(Cr)和镍(Ni)；大气中比较稳定，不容易生锈，具有很强的抗腐蚀能力
医疗器材、厨房用具和餐具、地铁列车的车体材质等。
b．Mn、C、Al、V；强度很大，在应用时能够实现钢板的轻薄化；汽车、航空和航天等领域。
【要点总结】
1.(1)可能 (2)没有 (4)低，高
【例1】A〔变式1〕B
三、(一)
1.轻金属
2.(1)将一铝片放入盐酸中，开始没有气泡，后来又放出气体
Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
铝和铝表面的氧化膜(氧化铝)都能与酸反应
(2)
①2Al + 2NaOH + 2H2O ＝ 2NaAlO2 + 3H2↑
②Al2O3+ 2NaOH ＝ 2NaAlO2 + 2H2O
① 2Al + 6H2O ＝ 2Al(OH)3+3H2↑；
②Al(OH)3+ NaOH= NaAlO2 + 2H2O
【交流研讨】
1.氧化剂：H2O，还原剂：Al
2.1：1；3.1：3
盐和水，盐和水
【例2】B
2.(1)除铝外，主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。
(2)铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性
(3)用于汽车、飞机、火箭、船舶制造及建筑用门窗，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。
四、新型合金
新型储氢合金、钛合金、耐热合金、形状记忆合金
【交流研讨】
1.①铝合金门窗：质轻、耐腐蚀；②易拉罐：质轻、易回收利用。
2.铝合金比铁合金密度小且耐高温、耐腐蚀。
3.不能。铝能与醋酸反应。
4.将样品加入足量的NaOH溶液，然后过滤、洗涤、干燥。
【当堂检测】1-4 DACA
5.钠漂浮在水面上，剧烈反应；生成无色无味的气体；并伴随着“嘶嘶”声 氯化钠 D 1：3 常温下铝表面能形成一层致密的氧化铝薄膜 B
钢
碳素钢
合金钢
低碳钢
中碳钢
高碳钢
组成元素
Fe和C
Fe、C、Cr、Mn、W、Ni、M、C、Si
含碳量
①
②
③
④
性能
韧性、焊接性好，
但强度低
强度高、韧性及
加工性好
硬而脆，热处理后弹性好
种类多，性能差别大
用途
用于制造钢板、钢丝、钢管等
用于制造钢轨、车轮、建材等
用于制造器械、弹簧、刀具等