人教版 (2019)必修 第一册第二节 金属材料第1课时导学案

第1课时　铁合金　铝和铝合金　新型合金

新课情境呈现

金属材料的使用并不仅仅局限于我们熟悉的金、银、铜、铁、铝这几种，有很多其他的金属现已被广泛应用，让我们走进教材，学习铁合金、铝和铝合金、新型合金。

课前素能奠基

知识回顾　　

1．金属具有许多共同的物理性质，如不透明、有金属光泽、！！！  易导电  ###、！！！  易导热  ###、有！！！  延展  ###性。

2．生产、生活中应用较多的合金是！！！  生铁和钢  ###，历史上应用最早的金属是！！！  铜  ###。

新知预习　　

一、合金的概念和特性

二、铁合金

1．铁合金的分类

2.钢的分类

(1)钢是用量！！！  最大  ###、用途最广的合金，根据其化学成分，分为：！！！  碳素钢  ###和！！！  合金钢  ###。

(2)碳素钢

(3)合金钢

①又叫特种钢，特殊性能：强度、！！！  硬度  ###大，可塑性、

！！！  韧性  ###好，耐磨，！！！  耐腐蚀  ###等。

②不锈钢

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

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。

(2)氧化铝的两性

3．铝合金

(1)铝合金中的合金元素有：！！！  Cu  ###、！！！  Mg  ###、Si、Mn、Zn及！！！  稀土元素  ###等。

(2)硬铝

(3)稀土元素

包含元素：镧系元素(从镧到镥)，原子序数从57～71的15种元素及！！！  钪  ###、！！！  钇  ###共17种元素。

点拨：稀土元素称为冶金工业的维生素，因为在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能。

(4)铝合金用途是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。

四、新型合金

应用体验　　

1．沈括根据变法需要，悉心总结了兵器制作技术。《梦溪笔谈·器用》中记载：“古人以剂钢为刃，柔铁为茎干，不尔则多断折。剑之钢者，刃多毁缺，巨阙是也，故不可纯用剂钢。”以所学合金的知识，分析古人铸剑时剑身的材料为(＋＋＋　A　－－－)

A．钢 B．生铁

C．青铜 D．白铜

2．下列有关厨房铝制品的使用中，你认为合理的是(＋＋＋　B　－－－)

A．盛放食醋 B．烧煮开水

C．用金属丝擦洗表面的污垢 D．用碱水洗涤

解析：铝既能与碱又能与酸反应，A、D不合理；铝制品表面有一层致密的氧化膜，可起到保护作用，若用金属丝擦洗不可取，C不合理，金属铝表面氧化物与热水不反应，B合理。

3．下列关于合金的说法正确的是(＋＋＋　A　－－－)

A．合金中可能含有非金属元素

B．合金中至少含有两种金属元素

C．铜合金是纯净物

D．合金中的金属元素以化合态的形式存在

解析：合金可由金属与金属或金属与非金属制得，一定含有金属元素，可能含有非金属元素，A项正确；合金未必含有两种或两种以上金属元素，B项错误；合金属于混合物，金属仍以游离态存在，C、D错误。

要点归纳　　

课堂素能探究

合金

知识点 　

问题探究：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？

探究提示：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。

知识归纳总结：

1．合金的组成及性质

(1)合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素。

(2)合金是混合物，没有固定的熔点。

(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理性质，如合金的熔点一般比成分金属低，而硬度、机械强度一般比成分金属高；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。

典例1　2019年10月24日，中国第5架国产大飞机C919大型客机完成首次试验飞行成功。C919机身部分采用第三代新型铝锂合金材料。下列关于铝锂合金的认识不正确的是(＋＋＋　D　－－－)

A．铝锂合金密度较小，强度较大，硬度大于纯铝，熔点低于锂单质

B．改变原料的配比，可以制得性能不同的铝锂合金

C．铝锂合金具有金属光泽，可导电导热

D．铝锂合金的性质与各成分金属的性质完全相同

解析：铝锂密度较小，其合金密度较小；合金是不同金属熔合而成的具有金属特性的物质，改变原料的配比，可以制得性能不同的铝锂合金；合金具有金属特性，如金属光泽，可导电；合金的熔点比它的各成分金属的熔点低，硬度大于其成分金属，铝锂合金的性质与各成分金属的性质不相同。

〔素养应用1〕合金相对纯金属制成的金属材料来说优点是(＋＋＋　A　－－－)

①合金的硬度一般比它的各成分金属的大　②一般合金的熔点比它各成分金属的更低　③改变原料的配比，改变生成合金的条件，可得到具有不同性能的合金　④合金比纯金属的导电性更强　⑤合金比纯金属的应用范围更广泛

A．①②③⑤ B．②③④

C．①②④ D．①②④⑤

解析：合金一般比各成分金属熔点低、硬度大，具有更好的机械加工性能，故应用范围更广泛。但合金的导电性却不一定比纯金属更强，比如铝合金的导电性比纯铝要差。

铝与盐酸、NaOH溶液的反应

知识点 　

问题探究：1.厨房中能够用铝制容器长时间存放食醋吗？

2．根据铝的性质分析，如何除去镁粉中的铝粉？

探究提示：1.不能。铝能与醋酸反应。

2．将样品加入足量的NaOH溶液，然后过滤、洗涤、干燥。

知识归纳总结：

铝与盐酸、NaOH溶液反应的定量关系

2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑

2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑

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∶3<VHCl(H2)∶VNaOH(H2)<1∶1，则必定是①铝与盐酸反应，铝过量而盐酸不足；②铝与氢氧化钠溶液反应，铝不足而氢氧化钠溶液过量。

5．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2　甲、乙两个烧杯中分别盛有100 mL 4.0 mol·L－1

的盐酸和100 mL 4.0 mol·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(＋＋＋　B　－－－)

A．1∶1 B．2∶3 

C．3∶2 D．3∶1

解析：甲、乙两烧杯中含有HCl、NaOH的物质的量都为0.4 mol，根据化学方程式2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑可知，5.4 g(即0.2 mol)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H2 0.2 mol，与NaOH溶液反应生成H2 0.3 mol，其体积比为2∶3。

〔素养应用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(＋＋＋　C　－－－)

A．盐酸　　　　　　　 B．稀硫酸

C．氢氧化钠溶液 D．氯化钠溶液

解析：铝与氯化钠溶液不反应，由2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑可知，Al～3H＋～H2，Al～OH－～H2，即1 mol铝消耗氢氧化钠1 mol、硫酸1.5 mol、氯化氢3 mol。

名师博客呈现

1．氢氧化铝

(1)物理性质

Al(OH)3是白色固体，几乎不溶于水，但能凝聚水中的悬浮物，并能吸附色素。

(2)化学性质

①两性氢氧化物：像Al(OH)3这样既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氢氧化物，称为两性氢氧化物。

②Al(OH)3是典型两性氢氧化物，在强酸与强碱溶液里都能溶解。

a．与强酸反应：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O

b．与强碱反应：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O

③氢氧化铝的热稳定性

Al(OH)3的热稳定性较差，将Al(OH)3加热后，可分解为Al2O3和H2O。

2Al(OH)3Al2O3＋3H2O

2．既能与酸反应，又能与碱反应的物质有：(1)某些金属，如Al；(2)两性氧化物，如Al2O3；(3)两性氢氧化物，如Al(OH)3；(4)弱酸的酸式盐，如NaHCO3、NaHS、NaHSO3、Na2HPO4；(5)弱酸的铵盐，如(NH4)2S、(NH4)2CO3、CH3COONH4、NH4HCO3。

〔即时训练〕

已知单质A、B、C和甲、乙、丙、丁四种化合物有下图所示的转化关系，其中A为常见金属，C为密度最小的气体，甲是一种高熔点的物质，丙常温下是一种液体。

根据以上转化关系回答：

(1)写出下列物质的化学式：

A！！！  Al  ###；B！！！  O2  ###；乙！！！  NaAlO2  ###；丁！！！  Al(OH)3  ###。

(2)①写出A与NaOH溶液反应的化学方程式：！！！　2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑　###。

②写出甲与NaOH溶液反应的离子方程式：！！！　Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O　###。

(3)将一定量的A加入NaOH溶液中，产生的C在标准状况下的体积为3.36 L，则消耗的A的物质的量为！！！  0.1_mol  ###，转移电子的物质的量为！！！  0.3_mol  ###。

解析：常见金属单质中能与NaOH溶液反应产生气体的只有Al，所以A是Al，乙是NaAlO2，C是H2。甲是铝的化合物，可和NaOH溶液反应产生NaAlO2，可能是Al2O3，则丙是H2O，B是O2。根据NaAlO2＋CO2(过量)＋2H2O===NaHCO3＋Al(OH)3↓，可知丁是Al(OH)3。丁失去H2O可得到Al2O3，可验证甲是Al2O3。

课堂达标验收

1．铝既能与硫酸溶液反应，又能与烧碱溶液反应，下列说法不正确的是(＋＋＋　C　－－－)

A．两个反应都是氧化还原反应

B．铝与硫酸反应时，硫酸作氧化剂

C．铝与烧碱溶液反应时，氢氧化钠作氧化剂

D．两个反应都有气体生成

解析：有关反应为：2Al＋3H2SO4===Al2(SO4)2＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，两个反应都有化合价变化，都是氧化还原反应，其中硫酸和H2O作氧化剂，A、B项正确，C项错误；两个反应都有氢气生成，D项正确。

2．(2021·太原高一检测)把a g铁铝合金粉末溶于足量盐酸中，加入过量NaOH溶液。过滤出沉淀，经洗涤、干燥、灼烧，得到红色粉末的质量仍为a g，则原合金中铁的质量分数为(＋＋＋　A　－－－)

A．70% B．52.4%

C．47.6% D．30%

解析：由铁铝合金粉末溶于足量盐酸中，加入过量NaOH溶液，沉淀为氢氧化铁，则经洗涤、干燥、灼烧，得到红色粉末为氧化铁，则a g Fe、Al合金→a g Fe2O3，合金中铝的质量等于氧化铁中氧元素的质量，则合金中铁的质量分数等于氧化铁中铁的质量分数，原合金中铁的质量分数为×100%＝70%，故选A。

3．钛合金被运用到了战斗机、火箭、导弹等航空航天器的结构件上。钛合金也被认为是一种优良的防弹材料。某化学兴趣小组在实验室探究Ti、Mg、Cu的活泼性顺序。他们在相同温度下，取大小相同的三种金属薄片，分别投入等体积等浓度的足量稀盐酸中，观察现象如下：

(1)三种金属的活泼性由强到弱的顺序如何？

(2)若钛粉中混有Mg，提纯Ti时能否使用稀盐酸除去Mg?

答案：(1)镁>钛>铜

(2)不能

解析：(1)由现象可以看出反应最快的是镁，其次是钛，无明显现象的是铜；根据反应快慢、能否与酸反应与活动性之间的对应可以得出，三种金属活动性顺序为镁>钛>铜；

(2)Ti和Mg都与盐酸反应，在除去Mg的同时，Ti也被除去。