化学必修 第一册第二节 金属材料第一课时学案

这是一份化学必修 第一册第二节 金属材料第一课时学案，共9页。
第一课时　金属材料1．能从合金结构与组成的角度理解合金的特殊性能，培养宏观辨识与微观探析的能力。2．能列举常见合金的组成与性能，能科学、合理地选择和使用金属材料，培养自己的科学态度与社会责任化学核心素养的发展。  1．合金的含义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，具有金属特性的混合物。2．合金的特性(1)一般情况下，合金比各成分金属的硬度大。(2)多数合金的熔点一般比各成分金属的低。(3)一般来说，合金的性能并不是各成分金属性能的总和，合金的物理、化学及机械性能优于各成分金属。(4)合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节。例如：生铁的熔点比纯铁的低；硬铝(Al、Cu、Mg、Mn、Si)的强度和硬度都比纯铝的大。[问题探讨]1．合金一定只是由金属组成的混合物吗？提示：不一定；合金中一定含有金属元素，也可能含有非金属元素，如生铁是由铁、碳组成的合金。2．已知铜的熔点为1 083 ℃，钠的沸点为883 ℃，试问铜与钠是否能形成合金？提示：不能；当铜开始熔化时，钠已经汽化，故二者不能形成合金。3．合金的性质是各成分金属的性质之和吗？提示：不是；合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在物理性质和机械性能方面优于各成分金属。不是各成分金属性能的简单加和；但一般认为在化学性质上，合金体现的是各成分金属的化学性质。4．合金比成分金属的硬度一般都大，原因是什么？提示：纯金属内所有原子的大小和形状相同，原子的排列十分规整，形成合金后，改变了有规则的层状排列，使原子之间的相对滑动变得困难，导致合金的硬度变大。1．合金的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各成分金属。(2)熔点：合金的熔点多数低于各成分金属。2．纯金属和合金的结构比较合金的形成改变了金属的内部结构，使合金的性能和纯金属有很大的差异。3．合金的“四大”关注点(1)合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素。(2)合金中各成分的含量影响合金的性能。(3)合金不同于一般混合物，它有固定的熔点，原因是合金有固定的组成。(4)合金的种类远远多于纯金属的种类。1．2020年12月17日凌晨1点59分，“嫦娥五号”返回器携带月球样品在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。这标志着我国已具备地月往返的能力，探月工程“绕、落、回”三步走规划完美收官。“嫦娥五号”中使用了大量合金。下列有关金属或合金的说法中不正确的是(　　)A．生铁属于合金B．合金的化学性质与其成分金属的化学性质不同C．一般合金的熔点比各成分金属的低D．改变原料的配比、生成合金的条件，可以得到具有不同性能的合金解析：选B　生铁中含有Fe和C元素，属于合金，合金属于混合物，故A正确；合金的化学性质与其成分金属的化学性质基本相同，故B错误；一般合金的熔点比各成分金属的低，但硬度比各成分金属的大，故C正确；改变原料的配比、生成合金的条件，可以得到具有不同性能的合金，比如铁中加铬制造不锈钢，故D正确。2．下列关于合金的说法正确的是(　　)A．合金中至少含有两种金属元素B．合金中的金属元素以化合物的形式存在C．合金中可能含有非金属元素D．合金的性质与其成分金属的性质完全相同解析：选C　合金不一定含有两种或两种以上的金属元素，也可能含有非金属元素，A项错误，C项正确；合金中的元素一般以单质的形式存在，B项错误；合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于其成分金属，D项错误。3．某合金与铁的物理性质的比较如表所示： 熔点/℃密度/(g/cm3)硬度(金刚石为10)导电性(银为100)某合金2 5003.007.42.3铁1 5357.864～517又知该合金耐腐蚀，强度大。从以上性能看，该合金不适合制(　　)A．导线 B．门窗框C．炉具 D．飞机外壳解析：选A　该合金与铁相比较，导电性较差，不适合制导线；制门窗框主要利用合金的硬度大和耐腐蚀性强；制炉具主要利用其熔点高和耐腐蚀性强；制飞机外壳则是利用其硬度大和密度小，B、C、D项与该合金性能相符。  生铁和钢是两种重要的铁碳合金，两者有广泛的用途。[问题探讨]1．生铁和钢是两种重要的铁碳合金，二者的分类依据是什么？提示：按含碳量的不同把铁碳合金分为生铁和钢，其中含碳量2%～4.3%的为生铁；含碳量0.03%～2%的为钢。2．碳素钢按含碳量的不同分为哪三类？提示：按含碳量的不同，可把碳素钢分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。3．在碳素钢中，因含碳量的不同，高碳钢、中碳钢和低碳钢的性能有很大差异；向碳素钢中加入不同的合金元素，可制得不同性能的合金钢。这对你有什么启示？提示：物质组成成分的种类和百分含量都对物质的性质有重大影响。在合金的冶炼中，可以根据实际需求，通过调节合金元素的种类和百分含量，制成具有稳定性的合金。铁合金的两大类型——生铁和钢1．生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金，由于含碳量不同，钢(含碳量为0.03%～2%)和生铁(含碳量为2%～4.3%)在性能上有很大差异。钢是用量最大、用途最广的合金，根据其化学成分，可分为两大类：碳素钢和合金钢。根据含碳量不同，碳素钢又可分为高碳钢、中碳钢和低碳钢。生铁和钢的主要组成元素、特性和用途如表所示：铁合金主要成分主要特征主要用途生铁Fe、C(含碳量为2%～4.3%)及Si、Mn、S、P硬而脆，强度高，可铸不可锻炼钢，制各种铸件钢碳素钢低碳钢Fe、C(含碳量低于0.3%)韧性、焊接性好，但强度低制钢板、钢丝和钢管等中碳钢Fe、C(含碳量为0.3%～0.6%)强度高，韧性及加工性好制钢轨、车轮和建材等高碳钢Fe、C(含碳量高于0.6%)硬而脆，热处理后弹性好制器械、弹簧和刀具等合金钢锰钢Fe、Mn韧性好，强度高制钢轨、轴承、坦克装甲等硅钢Fe、Si导磁性好制变压器、发电机的铁芯等不锈钢Fe、Cr、Ni抗腐蚀性好制医疗器械、炊具、反应釜和容器等2.钢是用量最大、用途最广的合金，含碳量越低，钢的韧性越好；含碳量越高，钢的硬度越大。合金钢包括不锈钢及各种特种钢等。1．日常生活中的容器主要是不锈钢制品，这是利用合金的(　　)A．导电性 B．导热性C．抗腐蚀性 D．易回收利用解析：选C　生活中使用不锈钢制品，主要利用合金抗腐蚀性好。2．在生活、生产中，目前用量最大、用途最广的合金是(　　)A．钛合金 B．铜C．钢 D．硬铝解析：选C　目前在生产、生活中用量最大、用途最广的合金是钢。3．下列说法正确的是(　　)A．高碳钢的含碳量大于2% B．生铁既可铸造也可锻造C．生铁和钢都属于铁合金 D．生铁是用途最广的合金解析：选C　高碳钢属于钢中的碳素钢，钢的含碳量低于2%，A项错误；生铁可铸不可锻，B项错误；铁合金通常包括生铁和钢两大类，C项正确；钢是用途最广的合金，D项错误。  [实验1]　铝片与盐酸的反应实验操作实验现象刚开始没有气泡，一段时间后，铝片逐渐溶解，有无色气泡冒出，将点燃的木条放在试管口有爆鸣声实验结论铝是一种活泼金属，常温下能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层致密的氧化膜，保护着内部金属。铝表面的保护膜和铝均能与盐酸发生反应化学方程式Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O、2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑离子方程式Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O　2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑[实验2]　铝片与NaOH溶液的反应实验操作实验现象开始没有气泡，一段时间后才产生气泡，铝片逐渐溶解，将点燃的木条放在试管口有爆鸣声立即产生气泡，铝片逐渐溶解，将点燃的木条放在试管口有爆鸣声实验结论两支试管均放出H2，铝、氧化铝均能与NaOH溶液反应离子方程式Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O、2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑[问题探讨]1．铝是活泼的金属，为什么铝的抗腐蚀性能比铁强？提示：常温下，活泼的金属在空气中易与氧气反应，表面生成一层氧化膜，但有的氧化膜致密，可以保护内部的金属不会继续被氧化，如镁、铝表面的氧化膜，因此镁、铝可在空气中保存；有的氧化膜疏松，不能保护内部金属，如铁表面形成的铁锈。2．为什么铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物？提示：由于Al和Al2O3均能与酸、碱反应，故不能用铝制餐具蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物。3．为什么航空工业中铝合金比铁合金应用更广泛？提示：铝合金的密度比铁合金密度小，且耐高温、耐腐蚀。铝是地壳中含量最多的金属元素。铝是一种活泼金属，在常温下就能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜。人们日常用的铝制品通常都是由铝合金制造的，其表面总是覆盖着致密的氧化铝薄膜，这层膜起着保护内部金属的作用。1．铝的化学性质(1)与O2等非金属单质反应常温下，金属铝能被空气中的氧气氧化，表面生成一层致密的氧化铝薄膜，这层薄膜能阻止内部金属继续与氧气发生反应。反应的化学方程式为4Al＋3O2===2Al2O3。(2)与酸、碱的反应铝既能与酸溶液反应，又能与碱溶液反应。以HCl和NaOH为例的化学方程式分别为2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。2．氧化铝与酸、碱的反应Al2O3既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水，这种氧化物称为两性氧化物。以HCl和NaOH为例的化学方程式分别为Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O、Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O。3．铝合金 主要组成元素主要特性主要用途铝合金硬铝Al、Mg、Cu、Si、Mn等(Mg 0.5%、Cu 4%、Si 0.7%、Mn 0.5%)密度小，强度和硬度都比纯铝的大，具有较强的抗腐蚀能力用于汽车、飞机、火箭、船舶等制造业镁铝合金Mg、Al强度和硬度都比纯铝和纯镁的大用于火箭、飞机、轮船等制造业4.新型合金(1)储氢合金①储氢方法②含义：一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。③要求：具有实用价值的储氢合金要求储氢量大，金属氢化物既容易形成，稍稍加热又容易分解，室温下吸、放氢的速率快。④实例：Ti­Fe合金、La­Ni合金。(2)其他几种新型合金合金名称主要性质主要用途钛合金熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好、抗腐蚀性能好等广泛用于火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等耐热合金高温下具有高的抗氧化性、抗蠕变性与持久强度主要应用于航空、舰艇、火箭等领域形状记忆合金在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前的原始形状在航空航天领域、临床医疗领域等有着广泛的应用，如宇宙飞船的天线、人造骨骼、心脏修补器、手术缝合线等[名师点拨](1)合金中的“最”：使用最早的合金是青铜；用量最大、用途最广的合金是钢。(2)NaAlO2为偏铝酸钠，其中铝的化合价为＋3价，NaAlO2在溶液中的存在形式是Na[Al(OH)4](四羟基合铝酸钠)。(3)既能与NaOH溶液反应又能与盐酸反应的物质主要有：Al、Al2O3及多元弱酸的酸式盐(如NaHCO3)。(4)1 mol铝不论与盐酸还是NaOH溶液完全反应，均转移3 mol电子，同时生成1.5 mol H2。1．日常生活中常用铝制炊具，它质轻且坚固耐用，其原因是(　　)A．铝制品表面涂有一层油，可以保护铝不受腐蚀B．铝很不活泼，不易与其他物质反应C．铝制品表面有一层致密的氧化物薄膜，起保护作用D．铝虽然很活泼，但只有在高温下才能反应解析：选C　铝的化学性质很活泼，易和空气中的氧气反应形成一层致密的氧化物薄膜，从而阻止内部的铝继续反应，故铝制炊具坚固耐用。2．下列说法不正确的是(　　)A．铝合金的硬度和强度均比铝单质的大B．铝制器皿可长期盛放酸梅汤和碱水等C．铝合金可用于制造汽车车轮的骨架等D．硬铝是含有Al、Cu、Mg、Si、Mn等元素的铝合金解析：选B　根据合金的特性易知，铝合金的硬度和强度均比纯铝的大，A项正确；因铝和氧化铝均能与酸或碱发生反应，若用铝制器皿长期盛放酸梅汤和碱水等会因发生反应而使其腐蚀，B项错误；铝合金质轻，强度大且热变形小，可广泛用于制造汽车车轮的骨架和飞机骨架等，C项正确；硬铝是含有Al、Cu、Mg、Si、Mn等元素的铝合金，D项正确。3．铝合金在日常生活、建筑装潢、航空航天和汽车制造等方面均有着广泛的用途。下列关于铝合金具有广泛用途的分析不正确的是(　　)A．铝元素是在地壳中含量最高的金属元素，储量丰富B．常温下铝既可以和盐酸反应又可以与氢氧化钠反应C．铝的冶炼技术基本成熟，可以大量生产D．从金属活动性顺序来看铝是比较活泼的金属，所以铝丝加热可以在空气中剧烈燃烧解析：选D　地壳中含量最多的金属元素为铝元素，故A正确；铝具有两性，常温下能和盐酸反应，也可以和氢氧化钠反应，故B正确；现在生活和生产中对金属铝的需求量大，利用电解冶炼金属铝的技术在工业生产中已经成熟，可以大量生产，故C正确；铝和氧气反应生成了三氧化二铝，又因三氧化二铝的熔点高于铝的熔点，而三氧化二铝在铝的表面会形成保护膜，所以加热铝丝的时候铝会熔化但是不会滴落，不会岀现剧烈的燃烧现象，故D错误。[分级训练·课课过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1．下列物质中，不属于合金的是(　　)A．碳素钢 B．青铜C．生铁 D．C60解析：选D　碳素钢为铁的合金，青铜是Cu与Sn、Pb等元素的合金，生铁是Fe与碳元素形成的合金。2．下列关于Al和Al2O3的说法错误的是(　　)A．可与盐酸反应 B．可与氢氧化钠溶液反应C．常温下很稳定 D．常温下不溶于水解析：选C　Al与盐酸反应生成氯化铝和氢气，Al2O3与盐酸反应生成氯化铝和水，故A正确；Al与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，Al2O3与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水，故B正确；铝的性质活泼，常温下，容易与空气中的氧气反应生成氧化铝，故C错误；常温下，Al和Al2O3都不溶于水，故D正确。3．下列说法正确的是(　　)A．用来制造储存氢气所用钢瓶的合金是储氢合金B．不锈钢是最常见的新型合金C．新型合金主要应用于航天航空、生物工程等领域D．碳纤维复合材料属于新型合金材料解析：选C　储氢合金指一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料，A项错误；不锈钢属于铁合金，B项错误；碳是非金属元素，碳纤维主要由碳元素组成，不属于合金，D项错误。4．用于飞机制造的材料应具备高比强度(断裂强度/密度)，还应具备密度小，质地轻的特点。你认为下列材料中可用于飞机制造业的是(　　)A．Mg­Al合金 B．黄铜(Cu­Zn合金)C．Na­K合金 D．生铁(Fe­C合金)解析：选A　制造飞机的材料需要密度小，但机械强度要较大。A项符合题目要求。5．取两份铝片，第一份与足量盐酸反应，第二份与足量烧碱溶液反应，标准状况下均产生5.6 L气体，则两份铝片的质量之比为(　　)A．一定为1∶1 B．可能为2∶3C．一定为3∶2 D．可能为1∶6解析：选A　由于两份铝片反应生成的氢气的量相等，所以电子转移的量必然也是相等的。又因为铝分别与酸、碱反应时，虽然产物不同，但是生成物中铝的化合价相同，即Al在反应中失电子数相同，所以两份铝的质量相等，A正确。6．等物质的量的Na和Al两种金属加入足量的水中，生成26.88 L(标准状况下)的气体，则下列描述错误的是(　　)A．金属Na无剩余B．金属Al有剩余C．所得溶液溶质为NaAlO2D．Na的物质的量是0.6 mol解析：选B　Na能与冷水反应：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，Al能与NaOH溶液发生反应：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，Na和Al的物质的量相等，两种金属恰好完全反应，设Na和Al的物质的量均为x mol，根据信息得出： mol＋ mol＝26.88 L÷22.4 L/mol，得出x＝0.6。A对：Na能与冷水发生反应，且水是足量的，即Na无剩余；B错：0.6 mol Na与水反应生成0.6 mol NaOH,0.6 mol Al与0.6 mol NaOH恰好反应，Al无剩余；C对：由上述分析知，所得溶液的溶质为NaAlO2；D对：由上述分析知，n(Na)＝0.6 mol。