24秋-25春人教版化學必修第一冊 18 第三章 第二節(jié) 第1課時 合金

第三章鐵金屬材料第二節(jié)金屬材料第1課時合金學習任務目標1.結合真實情境中的應用實例或通過實驗探究，理解合金的主要性質。2.結合真實情境中的應用實例，明確合金在生產、生活中的應用。一、合金1.金屬材料金屬材料包括純金屬和它們的合金。2.合金(1)合金的特點①合金具有許多優(yōu)良的物理、化學或機械性能，如合金的硬度、熔點不同于其成分金屬。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加以調節(jié)。(2)合金的結構與性質在純金屬內加入其他元素形成合金后，硬度比其成分金屬大的原因：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。二、常見的合金1.鐵合金(1)常見鐵合金：生鐵和鋼是含碳量不同的兩種鐵碳合金。(2)生鐵的特點：含碳量為2％～4.3％，生鐵硬度大、抗壓、性脆，可以鑄造成型。(3)鋼——用量最大、用途最廣的合金鋼按化學2.鋁和鋁合金(1)鋁①鋁的存在：鋁是地殼中含量最多的金屬元素。②化學性質a.鋁與氧氣：常溫下鋁與空氣中的氧氣反應，表面生成一層致密的氧化鋁薄膜，對內部金屬起著保護作用。b.鋁、氧化鋁與稀鹽酸反應實驗操作實驗現象剛開始沒有氣泡，一段時間后，鋁片逐漸溶解，有氣泡冒出，將點燃的木條放在試管口有爆鳴聲實驗結論鋁表面的(氧化鋁)薄膜和鋁均能與鹽酸發(fā)生反應化學方程式Al2O3＋6HCl2AlCl3＋3H2O、2Al＋6HCl2AlCl3＋3H2c.鋁、氧化鋁與NaOH溶液反應實驗操作實驗現象開始沒有氣泡，一段時間后，鋁片逐漸溶解，有氣泡冒出，將點燃的木條放在試管口有爆鳴聲立即產生氣泡，鋁片逐漸溶解，將點燃的木條放在試管口有爆鳴聲實驗結論鋁、氧化鋁均能與NaOH溶液反應化學方程式2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al(OH4)]＋3H2↑、Al2O3＋2NaOH＋3H2O2Na[Al(OH4)d.兩性氧化物既能與酸反應生成鹽和水，又能與堿反應生成鹽和水的氧化物，叫做兩性氧化物。(2)鋁合金①鋁合金中的合金元素有Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等。②硬鋁：密度小、強度高，具有較強的抗腐蝕能力，是制造飛機和宇宙飛船的理想材料。3.新型合金合金的組成、性質及形成條件[探究活動]超級鋼的開發(fā)和應用已成為國際上鋼鐵領域的研究熱點，是鋼鐵領域的一次重大革命。超級鋼的晶粒直徑僅有1微米，為一般鋼鐵的1/10～1/20，所以它的組織細膩，強度高，韌性也很大?；顒?超級鋼含有Mn、C、Al、V等元素，它的性質是各成分金屬的性質之和嗎？提示：不是。合金具有許多優(yōu)良的物理、化學和機械性能，在物理、機械性能方面優(yōu)于其成分金屬；但一般認為在化學性質上，合金體現的是其成分金屬的化學性質。活動2查閱資料可得：超級鋼的熔點是1350～1460℃，則可推斷純鐵的熔點是下列的哪一個？。A.1085℃ B.1160℃C.1200℃ D.1535℃提示：D。合金的熔點低于其成分金屬的熔點。超級鋼為合金，熔點是1350～1460℃，純鐵的熔點應高于1460℃?；顒?有同學認為，超級鋼性能優(yōu)良，耐腐蝕，即使遇到稀鹽酸也不會被腐蝕，這種說法正確嗎？請用化學方程式說明。提示：不正確?；瘜W方程式：Fe＋2HClFeCl2＋H2↑；2Al＋6HCl2AlCl3＋3H2活動4已知銅的熔點為1083℃，鈉的沸點為883℃，銅與鈉能否形成合金？提示：不能。因為當銅開始熔化時，鈉已經汽化，所以二者不能形成合金。[評價活動]1.社會的進步與時代的發(fā)展充滿了人類智慧的結晶。下列有關說法錯誤的是()A.合金為純凈物，具有許多優(yōu)良的物理、化學或機械性能B.不銹鋼是最常見的一種合金鋼，不容易生銹C.商朝的“后母戊鼎”是我國較早使用的銅制品之一D.近年來，人們設計和合成了許多新型合金，如儲氫合金、鈦合金等A解析：合金是混合物，具有許多優(yōu)良的物理、化學或機械性能，A錯誤；不銹鋼是最常見的一種合金鋼且不容易生銹，B正確；“后母戊鼎”是我國較早使用的銅制品之一，C正確；隨著社會的發(fā)展，人們設計和合成了許多新型合金，如儲氫合金、鈦合金等，D正確。2.黨的二十大報告指出，我國載人航天、探月探火、深海深地探測等取得重大成果，進入創(chuàng)新型國家行列。2024年1月17日，我國長征七號遙八運載火箭成功將天舟七號貨運飛船送入預定軌道，飛船軌道艙殼體結構使用了大量的鋁合金材料，鋁合金材料能擔此大任，與下列的性質無關的是()A.質量輕 B.耐腐蝕C.可塑性好 D.導電性好D解析：飛船軌道艙殼體結構使用了大量的鋁合金材料，是因為鋁合金具有密度小、硬度大、耐腐蝕和良好的可塑性等特性，與其導電性無關。3.經研究發(fā)現，含有95％鋁和5％鎵、銦及錫組成的新型合金與水能快速反應制得氫氣，整個反應中只消耗鋁，而反應生成的Al2O3可回收再利用，這樣不僅降低了制氫氣的成本，而且方便快捷，這一發(fā)現將燃氫汽車的研發(fā)推向新的里程碑。下列有關說法不正確的是()A.此合金一定比純鋁柔軟B.鋁作為還原劑，有資源豐富的優(yōu)勢C.合金與水反應的總方程式為2Al＋3H2OAl2O3＋3H2D.合金中的鎵、銦及錫對鋁與水的反應可能起催化作用A解析：一般情況下，合金的硬度比其成分金屬的硬度都大，故A錯誤；在此反應中，鋁發(fā)生氧化還原反應生成氧化鋁，化合價升高，是還原劑，故B正確；在此反應中，鋁與水發(fā)生反應生成氫氣，反應的化學方程式為2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑，故C正確；常溫下，鋁與水的反應緩慢，而加入鎵、銦及錫后，鋁能與水快速反應，且鎵、銦及錫的含量及化學性質均不發(fā)生變化，故其可能是催化劑，故D合金與純金屬的性能差異(1)合金的硬度比其成分金屬大，機械性能一般優(yōu)于其成分金屬。(2)合金的熔點一般低于其成分金屬。(3)合金具有其成分金屬的化學性質，合金一定是混合物。鋁與鹽酸、氫氧化鈉溶液的反應與計算[探究活動]鋁在空氣中與氧氣發(fā)生反應會形成一層致密的氧化鋁薄膜，比較耐腐蝕，所以生活中有不少鋁制品用具。活動1能用鋁制餐具蒸煮或長時間存放酸性或堿性物質嗎？提示：不能，因為鋁和氧化鋁均能與酸、堿反應?；顒?等質量的鋁分別與足量的鹽酸和氫氧化鈉溶液反應，兩者產生氫氣的量有什么關系？提示：產生氫氣的量相等?；顒?根據鋁的性質分析，如何除去鎂粉中的鋁粉？提示：將樣品加入足量的NaOH溶液，然后過濾、洗滌、干燥。[評價活動]1.用等質量的金屬鈉進行下列實驗，產生氫氣最多的是()A.將鈉放入足量的稀鹽酸中B.將鈉放入足量的稀硫酸中C.將鈉放入足量的氯化鈉溶液中D.將鈉用鋁箔包好，并刺一些小孔，放入足量的水中D解析：鈉與足量水或酸反應生成氫氣的量由鈉的量決定，A、B、C中鈉的質量相等，所以三者放出氫氣的體積相等；D項首先是鈉與水反應生成氫氧化鈉和氫氣，而生成的氫氧化鈉能與鋁反應生成氫氣，所以放出的氫氣比前三種情況多，故D項正確。2.等量鎂鋁合金粉末分別與下列四種過量物質充分反應，放出氫氣最多的是()A.NaOH溶液 B.稀硫酸C.蔗糖溶液 D.NaCl溶液B解析：鎂和鋁都能與稀硫酸反應，而與NaOH溶液反應時，只有鋁參加反應，故合金與稀硫酸反應生成氫氣多；C、D項中物質均不與鎂和鋁反應，無氫氣放出。3.下列說法錯誤的是()A.兩份鋁分別與足量鹽酸和燒堿溶液反應，若產生氣體的量相同，則兩份鋁的質量一定相同B.等體積等濃度的鹽酸、NaOH溶液與過量鋁反應，產生H2的物質的量相等C.用3g鋁箔包裹著2.3g金屬鈉投入足量水中，理論上可以收集到H2的物質的量為0.2molD.硬鋁是一種常見鋁合金，硬度大、強度高，可用于飛機制造業(yè)B解析：酸、堿均足量，則鋁完全反應，生成H2的量相同，則H得到的電子數相同，可知鋁失去的電子數也相同，即參加反應的鋁的質量相同，A正確；根據化學方程式2Al＋6HCl2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al(OH)4]＋3H2↑可知，等體積等濃度的鹽酸、NaOH溶液與過量鋁反應，產生H2的物質的量為1∶3，B錯誤；2.3g金屬鈉的物質的量為0.1mol，根據2Na＋2H2O2NaOH＋H2↑可知，生成的H2的物質的量為0.05mol，生成NaOH的物質的量為0.1mol，生成的NaOH和鋁箔發(fā)生反應：2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al(OH)4]＋3H2↑，鋁過量，此時0.1molNaOH可以生成0.15molH2，所以生成的H2總物質的量為0.2mol，C正確；硬鋁是一種常見鋁合金，密度小、硬度大、強度高，靈活利用數軸分析鋁與酸、堿反應時量的關系課后素養(yǎng)評價（十六）知識點1合金的性質及應用1.下列有關說法中，不正確的是（）A.鎂合金的硬度、強度、熔點均高于純鎂B.青銅器的成分主要是Cu－Sn合金C."熬膽礬鐵釜，久之亦化為銅"，該過程發(fā)生了置換反應D.金首飾中常加入一定量的銅或銀以增大硬度A解析：合金的硬度和強度等機械性能要優(yōu)于其成分金屬，鎂合金的硬度、強度均高于純鎂，但熔點低于純鎂，A錯誤；我國在商代就已制造和使用的青銅器其成分主要是Cu－Sn合金，B正確；鐵置換銅屬于濕法煉銅，該過程發(fā)生了置換反應，C正確；金首飾中常加入一定量的銅或銀，形成金的合金，合金的硬度大于其成分金屬，D正確。2.合金的應用極大地促進了人類社會的發(fā)展。下列不屬于合金的是（）A.狗首銅像B.柔性顯示屏（基礎材料：石墨烯）C.流通硬幣D.潛水器外殼（鈦、鋁等）B解析：狗首銅像屬于合金；柔性顯示屏（基礎材料：石墨烯）不屬于合金；流通硬幣屬于合金；潛水器外殼（鈦、鋁等）屬于合金。3.鐵和鐵合金是生活中常見的材料。下列說法正確的是（）A.純鐵的熔點低于鐵合金B(yǎng).純鐵和鐵合金都能導電、傳熱C.純鐵的硬度和強度都高于鐵合金D.生鐵是鐵合金，只含金屬元素B解析：一般合金的熔點比其成分金屬的熔點要低，故純鐵的熔點高于鐵合金，故A錯誤；純鐵和鐵合金中都含有金屬，故都能導電、傳熱，故B正確；合金的強度和硬度一般比其成分金屬的強度和硬度更高，故純鐵的硬度和強度都低于鐵合金，故C錯誤；生鐵是鐵碳合金，還含有碳元素，碳元素為非金屬元素，故D錯誤。4.合金具有許多優(yōu)良的物理、化學或機械性能，廣泛應用于交通工具、航空航天等領域。下列有關合金的說法不正確的是（）A.硬鋁可用于制造飛機的外殼B.鈦合金可用于制造"蛟龍"號的耐壓球殼C.不銹鋼可用于制造地鐵列車的車體D.鈉鉀合金可用于制造飛機的發(fā)動機葉片D解析：硬鋁為鋁合金，密度小，硬度大，可用于制造飛機的外殼，A正確；鈦合金硬度大，我國"蛟龍"號載人潛水器的耐壓球殼是用鈦合金制造的，B正確；不銹鋼硬度大，耐腐蝕，可用于制造地鐵列車的車體，C正確；鈉鉀合金常溫下為液體，不能用于制造飛機的發(fā)動機葉片，D錯誤。5.下列材料中所涉及的合金不屬于新型合金的是（）A.飛機渦扇使用的耐高溫的合金材料B."蛟龍"號載人潛水器使用的鈦合金C.不銹鋼盆D.新能源汽車儲氫材料C解析：飛機渦扇使用的耐高溫的合金材料是Ni－Co合金，屬于新型合金，A不符合題意；由于鈦合金的硬度大、耐酸堿的腐蝕，因此用作"蛟龍"號載人潛水器的艙體材料等，屬于新型合金，B不符合題意；不銹鋼是一種由鐵和碳元素形成的傳統(tǒng)合金，還添加了少量的鉻、鎳等金屬，不屬于新型合金，C符合題意；新能源汽車儲氫材料，如Ti－Fe合金、La－Ni合金等，屬于新型合金，D不符合題意。知識點2鋁、氧化鋁與酸堿的反應6.金屬鋁應用廣泛。下列有關說法正確的是（）A.它置于空氣中不會變化，常溫下不與氧氣反應B.它是一種活潑的金屬，能與鹽酸反應產生H2C.它有致密的氧化物保護膜，能耐酸堿腐蝕D.它易與鎂形成合金，是人類最早使用的合金B(yǎng)解析：鋁易和空氣中的氧氣反應生成一層致密的氧化膜，A錯誤；鋁能與鹽酸反應生成氯化鋁和氫氣，B正確；鋁表面有致密的氧化物保護膜，但是該氧化膜為氧化鋁，能和酸、堿反應，C錯誤；銅合金是人類最早使用的合金，D錯誤。7.某溶液中加入鋁粉，有H2放出，在該溶液中一定能大量共存的離子組是（）A.K＋、Mg2＋、Cl－、SOB.Na＋、NH4＋、SO4C.Na＋、K＋、SO42－D.K＋、Na＋、NO3－、C解析：加入鋁粉有H2放出，溶液中可能有H＋或OH－。A項，Mg2＋與OH－不共存；B項，NH4＋與OH－不能共存，HCO3－與H＋、OH－不能共存；D項，H＋8.易拉罐的主要成分為鋁合金，其中以鋁鐵合金和鋁鎂合金最為常見。為確定鋁合金中金屬的成分，現取幾小塊易拉罐碎片進行下列實驗，其中實驗方案、現象與結論均正確的是（）選項實驗方案現象與結論A加入鹽酸產生無色氣體，含鋁、鐵、鎂三種金屬B加入NaOH溶液有無色氣體產生，含有鎂、鋁兩種金屬C加入鹽酸后，向所得溶液中再加入少量NaOH溶液產生白色沉淀，一定只含有鎂D用鹽酸溶解并放置一段時間后，加入KSCN溶液溶液呈紅色，含有鐵D解析：因鋁、鐵、鎂都能和鹽酸反應產生氣體，故不能確定含有鋁、鐵、鎂三種金屬，A項錯誤；鋁、鐵、鎂中只有鋁可與NaOH溶液反應生成無色氣體，不能證明含有鎂，B項錯誤；加入鹽酸后，向所得溶液中再加入少量NaOH溶液，產生白色沉淀，則合金中可能含有鎂，也可能含有鋁，C項錯誤；鐵與鹽酸反應生成亞鐵離子，在空氣中放置一段時間，亞鐵離子易被氧化為鐵離子，向溶液中滴加KSCN溶液，溶液呈紅色，D項正確。9.取兩塊大小一樣的鋁片，進行如圖所示的實驗。根據該實驗，下列說法不正確的是（）A.氧化鋁有保護作用，因此燒杯Ⅰ中沒有反應發(fā)生B.燒杯Ⅰ中開始沒有氣泡，一段時間后才產生氣泡；燒杯Ⅱ中立即產生氣泡C.兩個燒杯中均發(fā)生反應：2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al（OH）4]＋3H2D.鋁制餐具不宜長時間存放堿性食物A解析：燒杯Ⅰ中鋁的表面有氧化鋁，氧化鋁和氫氧化鈉反應生成四羥基合鋁酸鈉，故A錯誤。燒杯Ⅰ中開始時，氧化鋁和氫氧化鈉反應生成四羥基合鋁酸鈉和水，一段時間后，鋁和氫氧化鈉反應生成四羥基合鋁酸鈉和氫氣；燒杯Ⅱ中只有鋁和氫氧化鈉反應生成四羥基合鋁酸鈉和氫氣，兩個燒杯中均發(fā)生反應：2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al（OH）4]＋3H2↑，故B、C正確。鋁、氧化鋁都能與堿反應，所以鋁制餐具不宜長時間存放堿性食物，故D10.比較某合金與鐵的相關物理性質，有關數據如下表所示：類型熔點/℃密度/（g·cm－3）硬度（金剛石為10）導電性（銀為100）某合金25003.007.42.3鐵15357.864.517已知該合金耐腐蝕。由以上性質可以看出該合金不適合作（）A.導線 B.門窗框C.爐具 D.飛機外殼A解析：根據表中數據可知，該合金的熔點高、硬度大、導電性差，故不適合作導線。11.某核潛艇上的核反應堆使用了液態(tài)鋁鈉合金作為載熱介質。下列有關說法不恰當的是（）A.鋁鈉合金的熔點低于鋁的熔點B.鈉、鋁在常溫下都可以與空氣中的氧氣反應C.將mg不同組成的鋁鈉合金分別投入足量鹽酸中，若放出氫氣越多，則合金中鋁的質量分數越小D.將含0.1mol鈉和0.2mol鋁的合金投入足量的水中，充分反應，產生氫氣4.48L（標準狀況）C解析：合金的熔點一般低于其成分金屬的熔點，鋁鈉合金的熔點低于鋁的熔點，故A不符合題意；鋁在常溫下與氧氣反應生成氧化鋁，鈉與氧氣在常溫下反應生成氧化鈉，鈉、鋁在常溫下都可以與空氣中的氧氣反應，故B不符合題意；根據金屬鈉和金屬鋁與酸反應生成氫氣量的關系可知：2Al～3H2↑，2Na～H2↑，等質量的金屬鈉和金屬鋁，金屬鋁產生的氫氣量多，所以放出的氫氣越多，鋁的質量分數越大，故C符合題意；含0.1mol鈉和0.2mol鋁的合金投入足量的水中，鈉和水反應生成氫氧化鈉，根據2Na＋2H2O2NaOH＋H2↑，0.1mol鈉生成0.1mol氫氧化鈉和0.05mol氫氣，鋁與氫氧化鈉溶液反應生成四羥基合鋁酸鈉和氫氣，根據2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al（OH）4]＋3H2↑，0.2mol鋁和0.1mol氫氧化鈉反應時，鋁會剩余，氫氧化鈉完全反應，則生成氫氣的物質的量為0.15mol，共產生氫氣的物質的量為0.05mol＋0.15mol＝0.2mol，根據V＝nVm可得，V＝0.2mol×22.4L·mol－1＝4.48L，故12.（雙選）常溫下，把2.7g鋁投入一定量的氫氧化鈉溶液中，充分反應后，下列表示正確的是（設NA為阿伏加德羅常數的值）（）選項轉移電子數參加反應的Al溶液中的[Al（OH）4]－生成的H2A0.2NA0.1NAB0.3N