24秋-25春人教版化学必修第一册 18 第三章 第二节 第1课时 合金

第三章铁金属材料第二节金属材料第1课时合金学习任务目标1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，理解合金的主要性质。2.结合真实情境中的应用实例，明确合金在生产、生活中的应用。一、合金1.金属材料金属材料包括纯金属和它们的合金。2.合金(1)合金的特点①合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，如合金的硬度、熔点不同于其成分金属。②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加以调节。(2)合金的结构与性质在纯金属内加入其他元素形成合金后，硬度比其成分金属大的原因：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。二、常见的合金1.铁合金(1)常见铁合金：生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金。(2)生铁的特点：含碳量为2％～4.3％，生铁硬度大、抗压、性脆，可以铸造成型。(3)钢——用量最大、用途最广的合金钢按化学2.铝和铝合金(1)铝①铝的存在：铝是地壳中含量最多的金属元素。②化学性质a.铝与氧气：常温下铝与空气中的氧气反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜，对内部金属起着保护作用。b.铝、氧化铝与稀盐酸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，有气泡冒出，将点燃的木条放在试管口有爆鸣声实验结论铝表面的(氧化铝)薄膜和铝均能与盐酸发生反应化学方程式Al2O3＋6HCl2AlCl3＋3H2O、2Al＋6HCl2AlCl3＋3H2c.铝、氧化铝与NaOH溶液反应实验操作实验现象开始没有气泡，一段时间后，铝片逐渐溶解，有气泡冒出，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铝、氧化铝均能与NaOH溶液反应化学方程式2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al(OH4)]＋3H2↑、Al2O3＋2NaOH＋3H2O2Na[Al(OH4)d.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，叫做两性氧化物。(2)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：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。3.新型合金合金的组成、性质及形成条件[探究活动]超级钢的开发和应用已成为国际上钢铁领域的研究热点，是钢铁领域的一次重大革命。超级钢的晶粒直径仅有1微米，为一般钢铁的1/10～1/20，所以它的组织细腻，强度高，韧性也很大。活动1超级钢含有Mn、C、Al、V等元素，它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、化学和机械性能，在物理、机械性能方面优于其成分金属；但一般认为在化学性质上，合金体现的是其成分金属的化学性质。活动2查阅资料可得：超级钢的熔点是1350～1460℃，则可推断纯铁的熔点是下列的哪一个？。A.1085℃ B.1160℃C.1200℃ D.1535℃提示：D。合金的熔点低于其成分金属的熔点。超级钢为合金，熔点是1350～1460℃，纯铁的熔点应高于1460℃。活动3有同学认为，超级钢性能优良，耐腐蚀，即使遇到稀盐酸也不会被腐蚀，这种说法正确吗？请用化学方程式说明。提示：不正确。化学方程式：Fe＋2HClFeCl2＋H2↑；2Al＋6HCl2AlCl3＋3H2活动4已知铜的熔点为1083℃，钠的沸点为883℃，铜与钠能否形成合金？提示：不能。因为当铜开始熔化时，钠已经汽化，所以二者不能形成合金。[评价活动]1.社会的进步与时代的发展充满了人类智慧的结晶。下列有关说法错误的是()A.合金为纯净物，具有许多优良的物理、化学或机械性能B.不锈钢是最常见的一种合金钢，不容易生锈C.商朝的“后母戊鼎”是我国较早使用的铜制品之一D.近年来，人们设计和合成了许多新型合金，如储氢合金、钛合金等A解析：合金是混合物，具有许多优良的物理、化学或机械性能，A错误；不锈钢是最常见的一种合金钢且不容易生锈，B正确；“后母戊鼎”是我国较早使用的铜制品之一，C正确；随着社会的发展，人们设计和合成了许多新型合金，如储氢合金、钛合金等，D正确。2.党的二十大报告指出，我国载人航天、探月探火、深海深地探测等取得重大成果，进入创新型国家行列。2024年1月17日，我国长征七号遥八运载火箭成功将天舟七号货运飞船送入预定轨道，飞船轨道舱壳体结构使用了大量的铝合金材料，铝合金材料能担此大任，与下列的性质无关的是()A.质量轻 B.耐腐蚀C.可塑性好 D.导电性好D解析：飞船轨道舱壳体结构使用了大量的铝合金材料，是因为铝合金具有密度小、硬度大、耐腐蚀和良好的可塑性等特性，与其导电性无关。3.经研究发现，含有95％铝和5％镓、铟及锡组成的新型合金与水能快速反应制得氢气，整个反应中只消耗铝，而反应生成的Al2O3可回收再利用，这样不仅降低了制氢气的成本，而且方便快捷，这一发现将燃氢汽车的研发推向新的里程碑。下列有关说法不正确的是()A.此合金一定比纯铝柔软B.铝作为还原剂，有资源丰富的优势C.合金与水反应的总方程式为2Al＋3H2OAl2O3＋3H2D.合金中的镓、铟及锡对铝与水的反应可能起催化作用A解析：一般情况下，合金的硬度比其成分金属的硬度都大，故A错误；在此反应中，铝发生氧化还原反应生成氧化铝，化合价升高，是还原剂，故B正确；在此反应中，铝与水发生反应生成氢气，反应的化学方程式为2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑，故C正确；常温下，铝与水的反应缓慢，而加入镓、铟及锡后，铝能与水快速反应，且镓、铟及锡的含量及化学性质均不发生变化，故其可能是催化剂，故D合金与纯金属的性能差异(1)合金的硬度比其成分金属大，机械性能一般优于其成分金属。(2)合金的熔点一般低于其成分金属。(3)合金具有其成分金属的化学性质，合金一定是混合物。铝与盐酸、氢氧化钠溶液的反应与计算[探究活动]铝在空气中与氧气发生反应会形成一层致密的氧化铝薄膜，比较耐腐蚀，所以生活中有不少铝制品用具。活动1能用铝制餐具蒸煮或长时间存放酸性或碱性物质吗？提示：不能，因为铝和氧化铝均能与酸、碱反应。活动2等质量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，两者产生氢气的量有什么关系？提示：产生氢气的量相等。活动3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。[评价活动]1.用等质量的金属钠进行下列实验，产生氢气最多的是()A.将钠放入足量的稀盐酸中B.将钠放入足量的稀硫酸中C.将钠放入足量的氯化钠溶液中D.将钠用铝箔包好，并刺一些小孔，放入足量的水中D解析：钠与足量水或酸反应生成氢气的量由钠的量决定，A、B、C中钠的质量相等，所以三者放出氢气的体积相等；D项首先是钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，而生成的氢氧化钠能与铝反应生成氢气，所以放出的氢气比前三种情况多，故D项正确。2.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B解析：镁和铝都能与稀硫酸反应，而与NaOH溶液反应时，只有铝参加反应，故合金与稀硫酸反应生成氢气多；C、D项中物质均不与镁和铝反应，无氢气放出。3.下列说法错误的是()A.两份铝分别与足量盐酸和烧碱溶液反应，若产生气体的量相同，则两份铝的质量一定相同B.等体积等浓度的盐酸、NaOH溶液与过量铝反应，产生H2的物质的量相等C.用3g铝箔包裹着2.3g金属钠投入足量水中，理论上可以收集到H2的物质的量为0.2molD.硬铝是一种常见铝合金，硬度大、强度高，可用于飞机制造业B解析：酸、碱均足量，则铝完全反应，生成H2的量相同，则H得到的电子数相同，可知铝失去的电子数也相同，即参加反应的铝的质量相同，A正确；根据化学方程式2Al＋6HCl2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al(OH)4]＋3H2↑可知，等体积等浓度的盐酸、NaOH溶液与过量铝反应，产生H2的物质的量为1∶3，B错误；2.3g金属钠的物质的量为0.1mol，根据2Na＋2H2O2NaOH＋H2↑可知，生成的H2的物质的量为0.05mol，生成NaOH的物质的量为0.1mol，生成的NaOH和铝箔发生反应：2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al(OH)4]＋3H2↑，铝过量，此时0.1molNaOH可以生成0.15molH2，所以生成的H2总物质的量为0.2mol，C正确；硬铝是一种常见铝合金，密度小、硬度大、强度高，灵活利用数轴分析铝与酸、碱反应时量的关系课后素养评价（十六）知识点1合金的性质及应用1.下列有关说法中，不正确的是（）A.镁合金的硬度、强度、熔点均高于纯镁B.青铜器的成分主要是Cu－Sn合金C."熬胆矾铁釜，久之亦化为铜"，该过程发生了置换反应D.金首饰中常加入一定量的铜或银以增大硬度A解析：合金的硬度和强度等机械性能要优于其成分金属，镁合金的硬度、强度均高于纯镁，但熔点低于纯镁，A错误；我国在商代就已制造和使用的青铜器其成分主要是Cu－Sn合金，B正确；铁置换铜属于湿法炼铜，该过程发生了置换反应，C正确；金首饰中常加入一定量的铜或银，形成金的合金，合金的硬度大于其成分金属，D正确。2.合金的应用极大地促进了人类社会的发展。下列不属于合金的是（）A.狗首铜像B.柔性显示屏（基础材料：石墨烯）C.流通硬币D.潜水器外壳（钛、铝等）B解析：狗首铜像属于合金；柔性显示屏（基础材料：石墨烯）不属于合金；流通硬币属于合金；潜水器外壳（钛、铝等）属于合金。3.铁和铁合金是生活中常见的材料。下列说法正确的是（）A.纯铁的熔点低于铁合金B.纯铁和铁合金都能导电、传热C.纯铁的硬度和强度都高于铁合金D.生铁是铁合金，只含金属元素B解析：一般合金的熔点比其成分金属的熔点要低，故纯铁的熔点高于铁合金，故A错误；纯铁和铁合金中都含有金属，故都能导电、传热，故B正确；合金的强度和硬度一般比其成分金属的强度和硬度更高，故纯铁的硬度和强度都低于铁合金，故C错误；生铁是铁碳合金，还含有碳元素，碳元素为非金属元素，故D错误。4.合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，广泛应用于交通工具、航空航天等领域。下列有关合金的说法不正确的是（）A.硬铝可用于制造飞机的外壳B.钛合金可用于制造"蛟龙"号的耐压球壳C.不锈钢可用于制造地铁列车的车体D.钠钾合金可用于制造飞机的发动机叶片D解析：硬铝为铝合金，密度小，硬度大，可用于制造飞机的外壳，A正确；钛合金硬度大，我国"蛟龙"号载人潜水器的耐压球壳是用钛合金制造的，B正确；不锈钢硬度大，耐腐蚀，可用于制造地铁列车的车体，C正确；钠钾合金常温下为液体，不能用于制造飞机的发动机叶片，D错误。5.下列材料中所涉及的合金不属于新型合金的是（）A.飞机涡扇使用的耐高温的合金材料B."蛟龙"号载人潜水器使用的钛合金C.不锈钢盆D.新能源汽车储氢材料C解析：飞机涡扇使用的耐高温的合金材料是Ni－Co合金，属于新型合金，A不符合题意；由于钛合金的硬度大、耐酸碱的腐蚀，因此用作"蛟龙"号载人潜水器的舱体材料等，属于新型合金，B不符合题意；不锈钢是一种由铁和碳元素形成的传统合金，还添加了少量的铬、镍等金属，不属于新型合金，C符合题意；新能源汽车储氢材料，如Ti－Fe合金、La－Ni合金等，属于新型合金，D不符合题意。知识点2铝、氧化铝与酸碱的反应6.金属铝应用广泛。下列有关说法正确的是（）A.它置于空气中不会变化，常温下不与氧气反应B.它是一种活泼的金属，能与盐酸反应产生H2C.它有致密的氧化物保护膜，能耐酸碱腐蚀D.它易与镁形成合金，是人类最早使用的合金B解析：铝易和空气中的氧气反应生成一层致密的氧化膜，A错误；铝能与盐酸反应生成氯化铝和氢气，B正确；铝表面有致密的氧化物保护膜，但是该氧化膜为氧化铝，能和酸、碱反应，C错误；铜合金是人类最早使用的合金，D错误。7.某溶液中加入铝粉，有H2放出，在该溶液中一定能大量共存的离子组是（）A.K＋、Mg2＋、Cl－、SOB.Na＋、NH4＋、SO4C.Na＋、K＋、SO42－D.K＋、Na＋、NO3－、C解析：加入铝粉有H2放出，溶液中可能有H＋或OH－。A项，Mg2＋与OH－不共存；B项，NH4＋与OH－不能共存，HCO3－与H＋、OH－不能共存；D项，H＋8.易拉罐的主要成分为铝合金，其中以铝铁合金和铝镁合金最为常见。为确定铝合金中金属的成分，现取几小块易拉罐碎片进行下列实验，其中实验方案、现象与结论均正确的是（）选项实验方案现象与结论A加入盐酸产生无色气体，含铝、铁、镁三种金属B加入NaOH溶液有无色气体产生，含有镁、铝两种金属C加入盐酸后，向所得溶液中再加入少量NaOH溶液产生白色沉淀，一定只含有镁D用盐酸溶解并放置一段时间后，加入KSCN溶液溶液呈红色，含有铁D解析：因铝、铁、镁都能和盐酸反应产生气体，故不能确定含有铝、铁、镁三种金属，A项错误；铝、铁、镁中只有铝可与NaOH溶液反应生成无色气体，不能证明含有镁，B项错误；加入盐酸后，向所得溶液中再加入少量NaOH溶液，产生白色沉淀，则合金中可能含有镁，也可能含有铝，C项错误；铁与盐酸反应生成亚铁离子，在空气中放置一段时间，亚铁离子易被氧化为铁离子，向溶液中滴加KSCN溶液，溶液呈红色，D项正确。9.取两块大小一样的铝片，进行如图所示的实验。根据该实验，下列说法不正确的是（）A.氧化铝有保护作用，因此烧杯Ⅰ中没有反应发生B.烧杯Ⅰ中开始没有气泡，一段时间后才产生气泡；烧杯Ⅱ中立即产生气泡C.两个烧杯中均发生反应：2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al（OH）4]＋3H2D.铝制餐具不宜长时间存放碱性食物A解析：烧杯Ⅰ中铝的表面有氧化铝，氧化铝和氢氧化钠反应生成四羟基合铝酸钠，故A错误。烧杯Ⅰ中开始时，氧化铝和氢氧化钠反应生成四羟基合铝酸钠和水，一段时间后，铝和氢氧化钠反应生成四羟基合铝酸钠和氢气；烧杯Ⅱ中只有铝和氢氧化钠反应生成四羟基合铝酸钠和氢气，两个烧杯中均发生反应：2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al（OH）4]＋3H2↑，故B、C正确。铝、氧化铝都能与碱反应，所以铝制餐具不宜长时间存放碱性食物，故D10.比较某合金与铁的相关物理性质，有关数据如下表所示：类型熔点/℃密度/（g·cm－3）硬度（金刚石为10）导电性（银为100）某合金25003.007.42.3铁15357.864.517已知该合金耐腐蚀。由以上性质可以看出该合金不适合作（）A.导线 B.门窗框C.炉具 D.飞机外壳A解析：根据表中数据可知，该合金的熔点高、硬度大、导电性差，故不适合作导线。11.某核潜艇上的核反应堆使用了液态铝钠合金作为载热介质。下列有关说法不恰当的是（）A.铝钠合金的熔点低于铝的熔点B.钠、铝在常温下都可以与空气中的氧气反应C.将mg不同组成的铝钠合金分别投入足量盐酸中，若放出氢气越多，则合金中铝的质量分数越小D.将含0.1mol钠和0.2mol铝的合金投入足量的水中，充分反应，产生氢气4.48L（标准状况）C解析：合金的熔点一般低于其成分金属的熔点，铝钠合金的熔点低于铝的熔点，故A不符合题意；铝在常温下与氧气反应生成氧化铝，钠与氧气在常温下反应生成氧化钠，钠、铝在常温下都可以与空气中的氧气反应，故B不符合题意；根据金属钠和金属铝与酸反应生成氢气量的关系可知：2Al～3H2↑，2Na～H2↑，等质量的金属钠和金属铝，金属铝产生的氢气量多，所以放出的氢气越多，铝的质量分数越大，故C符合题意；含0.1mol钠和0.2mol铝的合金投入足量的水中，钠和水反应生成氢氧化钠，根据2Na＋2H2O2NaOH＋H2↑，0.1mol钠生成0.1mol氢氧化钠和0.05mol氢气，铝与氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸钠和氢气，根据2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al（OH）4]＋3H2↑，0.2mol铝和0.1mol氢氧化钠反应时，铝会剩余，氢氧化钠完全反应，则生成氢气的物质的量为0.15mol，共产生氢气的物质的量为0.05mol＋0.15mol＝0.2mol，根据V＝nVm可得，V＝0.2mol×22.4L·mol－1＝4.48L，故12.（双选）常温下，把2.7g铝投入一定量的氢氧化钠溶液中，充分反应后，下列表示正确的是（设NA为阿伏加德罗常数的值）（）选项转移电子数参加反应的Al溶液中的[Al（OH）4]－生成的H2A0.2NA0.1NAB0.3N