人教版高中化学必修一 合金 金属材料课件

第二节金属材料第1课时合金

一、合金1.定义:由两种或两种以上的_____与_____(或_______)熔合而成的具有_________的物质。金属金属非金属金属特性【微】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,在许多方面不同于其成分金属。(1)硬度:合金的硬度一般_____成分金属。(2)熔点:合金的熔点多数_____成分金属。大于低于【微思考】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___________、_________、生成条件。元素的种类元素含量二、铁合金【巧判断】(1)地震灾区重建要使用大量钢材,钢材是合金 (

)提示:√。钢是铁、碳合金。(2)铁是人类在生产、生活中最早使用的金属 (

)提示:×。青铜是人类最早使用的合金。

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_______薄膜,保护内部金属。氧化铝1.铝与酸、碱的反应铝与盐酸反应铝与氢氧化钠溶液反应实验操作

铝与盐酸反应铝与氢氧化钠溶液反应实验现象铝片_________,有无色气泡冒出,将点燃的木条放在试管口有_______化学方程式________________________________________________________逐渐溶解爆鸣声2Al+6HCl====2AlCl3+3H2↑2Al+2H2O+2NaOH====2NaAlO2+3H2↑铝与盐酸反应铝与氢氧化钠溶液反应离子方程式___________________________________________________实验结论铝既能与盐酸反应,又能与氢氧化钠溶液反应,都产生_____2Al+6H+====2Al3++3H2↑2Al+2OH-+2H2O====2Al+3H2↑氢气2.氧化铝与酸、碱的反应(1)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,如Al2O3。盐和水盐和水(2)氧化铝的两性3.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【情境·思考】2019年1月3日上午10点26分,中国嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆,成为人类首次在月球背面软着陆的探测器。玉兔二号月球车实现了对月球背面的巡视。(1)月球在白天时的地面温度高达150度,而到了夜晚,温度又跌落到零下180度!嫦娥四号探测器、玉兔二号月球车均使用了大量合金材料,试分析这些合金材料应具有哪些性质。提示:密度小、强度大、既耐高温又耐低温等。(2)形状记忆合金是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形,恢复其变形前原始形状的合金材料。中国嫦娥四号探测器,使用了记忆合金制作天线,试分析其好处。提示:嫦娥四号探测器天线使用记忆合金制作,天线折叠起来装进探测器内,工作时只需加温,折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开,恢复设计形状。知识点一合金的组成、性质及作用【重点释疑】

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。【思考·讨论】(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。提示:①铝合金门窗:质轻、耐腐蚀;②易拉罐:质轻、易回收利用。(2)为什么航空工业中铝合金比铁合金应用更广泛?提示:铝合金比铁合金密度小且耐高温、耐腐蚀。

【案例示范】【典例】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【解析】选B。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,故A正确;镁铝合金的硬度比镁和铝都大,故B错误;在合金中加入适量稀土金属,就能大大改善合金的性能,故C正确;青铜、硬铝、钢都是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合在一起形成的具有金属特性的物质,属于合金,故D正确。【易错警示】合金中各组成成分的化学性质不变,合金性能并不是全部比成分金属优异。一般合金的硬度比成分金属大,熔点比成分金属低。【迁移·应用】1.合金常因质轻、硬度大、耐腐蚀等特性备受青睐。只含有下列成分的物质一定不是合金的是(

)A.Fe、CB.Cu、Zn C.Al、CuD.C、Si【解析】选D。合金必须要含有金属,合金是两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合在一起所形成的具有金属特性的物质。2.(2019·六安高一检测)哈大齐高铁的通车,标志我国高寒地区高铁技术领先世界,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【解析】选A。车厢大部分采用铝合金材料制造,这是因为铝合金具有质地轻、强度大、抗腐蚀能力比较强的优点,A正确;铝合金的化学性质的确比较活泼,但与被用于制造车厢没有必然联系,B错误;铝元素在地壳中含量居第三位,含量比较丰富,但因铝性质活泼,只能采用电解法制取,成本较高,并不容易获得,C错误;铝合金的熔点比纯铝的低,D错误。【补偿训练】下列关于金属材料用途的说法中正确的是(

)A.铅的密度比铁大,用铅制作菜刀、锤子会比铁好B.银的导电性比铜好,所以通常用银制作电线C.储氢合金的开发利用是利用氢能的重要环节D.焊锡和铝熔点较低,都可用于焊接各种金属【解析】选C。铅是重金属,有毒,不能用作菜刀,硬度小,不适合制作锤子;银的导电性虽好但价格高,从资源和价格考虑不用银制作电线;铝熔点高,不能用于焊接金属,故A、B、D项不正确。氢能是最理想的清洁能源,储存氢气是利用氢能的重要环节,C项正确。知识点二铝与盐酸、NaOH溶液反应比较【重点释疑】

铝与盐酸、NaOH溶液反应的定量关系2Al+6H+====2Al3++3H2↑

(1)2Al+2OH-+2H2O====2Al+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∶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。【思考·讨论】(1)厨房中能够用铝制容器长时间存放食醋吗?提示:不能。铝能与醋酸反应。(2)根据铝的性质分析,如何除去镁粉中的铝粉?提示:将样品加入足量的NaOH溶液,然后过滤、洗涤、干燥。【案例示范】【典例】甲、乙两个烧杯中分别盛有100mL4.0mol·L-1的盐酸和100mL4.0mol·L-1

的NaOH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【解析】选B。甲、乙两烧杯中含HCl、NaOH的物质的量都为0.4mol,根据化学方程式2Al+6HCl====2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+2H2O====2NaAlO2+3H2↑可知,5.4g(即0.2mol)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

0.2mol,与NaOH溶液反应生成H20.3mol,其体积比为2∶3。【易错提醒】反应物“过量”分析在进行化学计算时,如果题目信息中已知多种反应物的用量,应首先根据化学方程式分析各反应是否恰好完全反应,进行过量分析,利用完全反应的物质进行计算。【母题追问】(1)如果将两份各5.4g的铝粉分别加入足量的盐酸和NaOH溶液,在相同状况下产生气体的体积比是多少?提示:1∶1。(2)如果题目中盐酸浓度是2.0mol·L-1,在相同状况下产生气体的体积比是多少?提示:1∶3。

【迁移·应用】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【解析】选C。铝与氯化钠溶液不反应,由2Al+6H+====2Al3++3H2↑,2Al+2OH-+2H2O====2Al+3H2↑可知,Al～3H+～H2,Al～OH-～H2,即1mol铝消耗氢氧化钠1mol、硫酸1.5mol、氯化氢3mol。【补偿训练】1.等量镁铝合金粉末分别与下列四种过量物质充分反应,放出氢气最多的是 (

)A.NaOH溶液 B.稀硫酸C.蔗糖溶液 D.NaCl溶液【解析】选B。Mg、Al与蔗糖溶液、NaCl溶液不反应,只有Al与NaOH溶液反应,Mg、Al与硫酸均发生反应放出氢气。2.在天平的左右两个托盘上放有两个烧杯,两个烧杯中分别盛有盐酸和氢氧化钠溶液,天平处于平衡状态,当分别向两烧杯中加入等质量的铝(酸和碱都是足量的)充分反应后 (

)A.天平保持平衡B.左高右低C.左低右高D.无法确定【解析】选A。等质量的Al与盐酸、NaOH溶液完全反应生成的H2质量相同,两烧杯减少的质量相同。【课堂回眸】第1课时合金第二节金属材料

知识铺垫新知预习自主测试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。知识铺垫新知预习自主测试一、合金的概念和特性

知识铺垫新知预习自主测试二、铁合金1.铁合金的分类

知识铺垫新知预习自主测试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)碳素钢知识铺垫新知预习自主测试(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不锈钢知识铺垫新知预习自主测试三、铝和铝合金1.铝单质(1)与氧气反应:铝较活泼,常温下就能与空气中的氧气反应,表面生成一层致密的氧化铝薄膜。【微思考1】铝是一种活泼金属,为何铝制品可在空气中稳定存在?提示铝制品表面覆盖着致密的氧化铝薄膜,这层膜起到保护内部金属的作用。(2)与酸(盐酸)反应:2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑。(3)与强碱(NaOH)溶液反应:2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑。知识铺垫新知预习自主测试2.氧化铝(1)与酸(盐酸)反应:Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O。(2)与强碱(NaOH)溶液反应:Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O。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。【微思考2】(1)日常生活中铝制餐具能否用来长期存放酸性或碱性食物?提示不能,因Al和Al2O3均能与酸、碱反应。(2)金属氧化物与碱性氧化物、酸性氧化物、两性氧化物间有何关系?提示多数金属氧化物属于碱性氧化物,如Na2O、CaO等;少数金属氧化物属于两性氧化物,如Al2O3、ZnO等,个别金属氧化物属于酸性氧化物,如Mn2O7。知识铺垫新知预习自主测试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。【微思考3】稀土元素为何被称为“冶金工业的维生素”?提示在合金中加入适量稀土金属,能大大改善合金的性能。知识铺垫新知预习自主测试四、新型合金1.新型合金:储氢合金、钛合金、耐热合金(如由镍、铁、碳和钴组成的镍钴合金等)和形状记忆合金等。2.储氢合金:是一类能够大量吸收氢气,并与氢气结合成金属氢化物的材料。知识铺垫新知预习自主测试1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)任何金属通过熔合均可以形成合金。

(

)(2)合金是混合物,没有固定的熔、沸点。

(

)(3)铝金属适宜制作门窗的理由是易加工且抗腐蚀。

(

)(4)Al2O3既是酸性氧化物又是碱性氧化物。

(

)(5)Al2O3可以与所有酸或碱发生反应。

(

)(6)等质量的Al与足量盐酸、NaOH溶液反应生成的H2的质量相同。

(

)(7)等体积、等浓度的盐酸和NaOH溶液与足量Al反应生成H2的质量相同。

(

)答案(1)√

(2)√

(3)×

(4)×

(5)×

(6)√

(7)×知识铺垫新知预习自主测试2.下列金属中,表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化的是(

)A.Cu B.NaC.Fe D.Al答案D解析Al在空气中易形成致密的Al2O3氧化膜,保护内层金属。知识铺垫新知预习自主测试3.下列关于合金的叙述正确的是(

)①具有金属的特性②通过熔合而成③含有两种或两种以上金属或金属与非金属④一般来说,合金的熔点比各成分的熔点低A.①② B.③④C.②③④ D.全部答案D解析合金一般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,其熔点一般低于成分金属,硬度高于成分金属。探究一探究二素养脉络随堂检测

常见合金的成分、性能及应用

问题探究1.形成合金的成分只能是金属吗?提示不是。合金是两种或两种以上的金属或金属与非金属熔合而成的,具有一定金属特性的物质。2.我国最早使用的合金是什么?其主要成分是什么?提示青铜;主要成分是铜、锡和铅。3.镁铝合金为什么广泛应用于飞机?提示因为其具有密度小、强度大的特性,且价格较便宜。4.合金通常比组成它的纯金属有哪些更优良的性质?提示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。如合金的硬度一般比它的各成分金属的大,多数合金的熔点一般也比它的各成分金属的低等。探究一探究二素养脉络随堂检测深化拓展1.铜合金

探究一探究二素养脉络随堂检测2.合金钢

探究一探究二素养脉络随堂检测3.铝合金

4.钛合金

探究一探究二素养脉络随堂检测

素能应用典例1合金与纯金属制成的金属材料相比,优点是

(

)①合金的硬度一般比它的各成分金属的大②一般地,合金的熔点比它的各成分金属的低③改变原料的配比、改变生成合金的条件,可以得到具有不同性能的合金④合金比纯金属的导电性能更强⑤合金比纯金属的应用范围更广泛A.①②③⑤ B.②③④

C.①②④ D.①②④⑤答案A解析合金一般比它的成分金属熔点低,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。探究一探究二素养脉络随堂检测易错提醒(1)合金是混合物而不是纯净物。(2)合金具有许多优良的物理、化学和机械性能,在许多方面不同于各成分金属,不是简单加合;但在化学性质上,一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。(3)并非任意两种金属都能形成合金,两种金属形成合金,其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化,若一种金属的熔点高于另一金属的沸点,则二者不能形成合金。探究一探究二素养脉络随堂检测变式训练1铁是人类较早使用的金属之一。据有关报道,目前已能冶炼出纯度高达99.9999%的铁。纯铁的实际使用范围有限,人们大量使用的是铁的合金。钢铁是铁碳合金的总称,其强度高、价格便宜、应用广泛。以下关于不锈钢和普通钢的认识中,你认为正确的是(

)A.它们的组成元素是相同的B.耐腐蚀的性能不同C.它们都属于钢,因此物理性质是一样的D.构成普通钢和不锈钢的主要元素都是铁,因此它们的化学性质完全相同探究一探究二素养脉络随堂检测答案B解析不锈钢是在普通钢的基础上,加入Cr、Ni等多种元素炼制成的钢材,它在空气中能保持金属光泽,也就是具有不易生锈的特性。铬元素的加入使不锈钢表面形成致密且坚固的氧化膜,防止内部铁与外部物质接触。镍元素的加入,使不锈钢在多种酸、碱、盐的水溶液中也能具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性。综上所述,不锈钢具有优良的性能,在很多方面不同于普通钢,故B项正确。探究一探究二素养脉络随堂检测铝与酸、碱溶液的反应

问题探究【实验探究】铝分别与盐酸、NaOH溶液反应的对比实验探究一探究二素养脉络随堂检测思考下列问题:(1)如何除去镁粉中的铝粉?提示将样品加入足量的NaOH溶液,然后过滤、洗涤、干燥。(2)等量的铝分别与足量的稀盐酸、氢氧化钠溶液反应,生成氢气的量有什么关系?提示相同。(3)等浓度、等体积的NaOH溶液和稀盐酸与足量铝反应,生成H2的质量有什么关系?提示3∶1。(4)Al与等浓度的NaOH溶液、稀盐酸反应生成等质量的H2,所需NaOH溶液、稀盐酸的体积比为多少?提示1∶3。探究一探究二素养脉络随堂检测

深化拓展1.铝与酸、碱、盐溶液反应的实质探究一探究二素养脉络随堂检测2.铝与盐酸或氢氧化钠溶液反应中四种“量”的关系(1)等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,消耗盐酸和氢氧化钠的物质的量之比为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H2的体积比为1∶1。(3)足量的铝分别与等物质的量浓度、等体积的盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生H2的体积比为1∶3。必定是铝与盐酸反应时,铝过量而盐酸不足;铝与氢氧化钠溶液反应时,铝不足而氢氧化钠过量。探究一探究二素养脉络随堂检测

素能应用典例2甲、乙两烧杯中各盛有100mL3mol·L-1的盐酸和氢氧化钠溶液,向两烧杯中分别加入等质量的铝粉,反应结束后测得生成的气体体积比为1∶2,则加入的铝粉质量为(

)A.5.4g B.3.6g

C.2.7g D.1.8g答案A解析由2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑可知,若两份等质量的Al都完全反应时,生成H2的量相等,消耗HCl与NaOH的物质的量不相等。实际上HCl、NaOH同为0.3

mol,且已知生成H2的体积比为1∶2,所以发生反应时分别为HCl不足,Al过量;NaOH过量,Al不足。与0.3

mol

HCl完全反应的Al的质量为2.7

g,则由生成H2的体积比为1∶2可知,反应的Al的质量之比也为1∶2,即与NaOH溶液反应的Al的质量为5.4

g。探究一探究二素养脉络随堂检测变式训练2称取两份铝粉,第一份加入足量的盐酸,第二份加入足量的烧碱。若同温同压下放出相同体积的气体,则两份铝粉的质量比为(

)A.1∶1 B.2∶3 C.3∶2 D.1∶6答案A解析铝与盐酸或烧碱溶液反应的化学方程式分别为2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑,因为盐酸和烧碱都是足量的,铝粉将全部参加反应,当生成等体积气体时消耗铝的量相同。探究一探究二素养脉络随堂检测探究一探究二素养脉络随堂检测1.有资料显示,铝元素在人体内的残留积累量过多后对大脑发育有不良影响,