人教版 (2019)必修 第一册金属材料第1课时学案

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新知探究(一)——合金与铁合金
1.合金
(1)合金的概念
合金是指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,属于混合物。
(2)合金的特性及原因
①合金的物理、化学及机械性能优于各成分金属,合金比各成分金属的硬度 。
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来加以调节。例如:硬铝(Al、Cu、Mg、Mn、Si)的强度和硬度都比纯铝的 。
③纯金属内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,导致合金的硬度变大。
[微点拨] 合金的硬度一般大于各成分金属,合金的熔沸点多数低于各成分金属。
2.铁合金
(1) 和 是含碳量不同的两种铁碳合金。
(2)生铁的含碳量比钢的 。生铁的 大,钢具有良好的 性。
(3) 是用量最大、用途最广的合金,钢的分类如下:
(4)不锈钢是最常见的一种合金钢,它的合金元素主要是铬和镍。不锈钢在大气中比较稳定,不容易生锈,具有很强的 能力。
应用化学
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110~120,所以它的组织细腻,强度高,韧性也很大。
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?
2.查阅资料可得:超级钢的熔点是1 350~1 460 ℃,则可推断纯铁的熔点是下列的哪一个? 。
A.1 085 ℃B.1 160 ℃
C.1 200 ℃D.1 535 ℃
3.已知铜的熔点为1 083 ℃,钠的沸点为882.9 ℃,试问铜与钠能否形成合金?
[题点多维训练]
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)合金一定是不同金属熔合而成的具有金属特性的化合物( )
(2)生铁的熔点比纯铁低,但机械强度和硬度比纯铁高( )
(3)铁、铬、镍熔合成不锈钢是化学变化( )
(4)生铁中的铁与纯铁的化学性质不同( )
(5)地震灾区重建要使用大量钢材,钢材是合金( )
2.下列关于合金的说法正确的是( )
①合金只能由两种或两种以上的金属组成 ②合金具有金属特性 ③碳钢和生铁的主要成分相同,故性能相同 ④改变原料的配比及生成合金的条件,可得到具有不同性能的合金
A.②③B.②④C.①②D.①④
3.(2024年1月·广西高考适应性演练)下列广西优秀传统工艺品中,主要由合金材料制成的是( )
4.下列关于铁和铁合金的有关说法错误的是( )
A.工业上用一氧化碳将铁矿石中的铁还原出来
B.不锈钢抗腐蚀性能好,长期使用绝对不会生锈
C.制造铁轨、船舶、桥梁的碳素钢是铁和碳的合金
D.使用铁锅烧饭菜能为人体提供微量的铁元素
5.(2025·沈阳重点高中联合体高一月考)北宋沈括对生铁炼钢有这么一段评价:“世间锻铁所谓钢铁者,用柔铁屈盘之,乃以生铁陷其间,泥封炼之,锻令相入,谓入‘团钢’,亦谓之‘灌钢’。此乃伪钢耳……”,下列说法正确的是( )
A.生铁和钢都是铁的含碳合金,生铁中碳的含量较低
B.通过炼制和锻打,可以调节铁中元素的组成、元素的含量等来改变铁的性能
C.高碳钢的韧性较好,低碳钢的硬度较大
D.不锈钢是一种常见的合金钢,它的合金元素主要是钨(W)和硅(Si)
新知探究(二)——铝和铝合金 新型合金
(一)铝和铝合金
1.铝的存在
铝是地壳中含量最多的金属元素,铝在地壳中的含量仅次于 和 ,居第三位。
2.铝的化学性质
(1)铝与氧气的反应
常温下铝与空气中的氧气反应,表面生成一层致密的 ,对内部金属起着保护作用。
(2)铝、氧化铝与稀盐酸的反应
(3)铝、氧化铝与NaOH溶液的反应
[微点拨] Al2O3是两性氧化物,既能与酸反应,又能与碱反应。
(4)Al(OH)3的两性
Al(OH)3既能与酸反应[Al(OH)3+3H+==Al3++3H2O],又能与强碱反应{Al(OH)3+OH-==[Al(OH)4]-}。
3.铝合金
铝合金是目前用途广泛的合金之一,硬铝是在铝中添加了一定比例的Cu、Mg、Mn、Si,它的密度 ,强度 ,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。
[微点拨] 在常温下形成致密保护膜的金属,如铝、镁等。铁在高温下形成致密保护膜,俗称“烤蓝”,铁或铝遇到浓H2SO4或浓HNO3时,迅速反应生成致密氧化膜,称为钝化。
(二)新型合金
1.储氢合金
(1)储氢合金是一类能够大量吸收H2,并与H2结合成 的材料。如Ti⁃Fe合金、La⁃Ni合金等,为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用。
(2)储氢合金要求储氢量大,金属氢化物既容易形成,稍加热又容易分解且室温下吸、放氢的速率快。
2.其他新型合金
、 和 等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。
记忆合金是一种原子排列很有规则、体积变化小于0.5%的马氏体相变合金。这种合金在外力作用下会发生变形,当把外力去掉,在一定的温度条件下,能恢复原来的形状。由于它具有百万次以上的恢复功能,因此叫作“记忆合金”。
[题点多维训练]
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)铝是地壳中含量最多的元素( )
(2)Al、Al2O3与酸反应均生成铝盐( )
(3)Al、Al2O3与强碱反应均生成四羟基合铝酸盐和氢气( )
(4)储氢合金要求室温下吸、放H2的速率要快( )
(5)铝合金一般密度较大,强度较高( )
2.写出下列反应的离子方程式。
(1)Al与稀H2SO4、NaOH溶液反应的离子方程式分别为 、
。
(2)Al2O3与稀H2SO4、NaOH溶液反应的离子方程式分别为 、
。
3.(2025·清远高一月考)铝是地壳中含量最高的金属元素,下列关于铝及其化合物的性质、用途的说法错误的是( )
A.纯铝的硬度和强度较小,不适合用于制造机器零部件
B.可用NaOH溶液除去Fe2O3粉末中少量的Al2O3
C.铝合金是用来制造飞机和宇宙飞船的理想材料
D.铝制品廉价易得,适用于厨房蒸煮和长期存放碱性食物
4.(2025·北京朝阳高一期末)向两支试管中分别加入少量NaOH溶液和盐酸,然后放入铝片(未除去表面的氧化膜)。开始时两支试管均没有明显现象,一段时间后均产生气泡。
下列说法不正确的是( )
A.实验表明,铝片表面的Al2O3是两性氧化物
B.氧化铝与盐酸的反应:Al2O3+6H+==2Al3++3H2O
C.铝片与NaOH溶液的反应:2Al+2OH-+6H2O==2[Al(OH)4]-+3H2↑
D.若两支试管中与Al反应的n(NaOH)=n(HCl)时,Al失电子的物质的量相等
5.储氢合金是一种新型合金。下列关于储氢合金的说法错误的是( )
A.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新型合金材料
B.储氢合金具有储氢量大、能耗低、使用方便的特点
C.储氢合金具有很强的捕捉氢的能力,氢分子在合金中先分解成单个的原子,氢原子进入合金原子的缝隙中,并与合金生成金属氢化物
D.储氢合金形成的金属氢化物性质稳定,在高温条件下也不易分解
命题热点(一)——合金在航空航天中的应用
进入二十一世纪以来,我国航空航天事业得到前所未有的发展。制造航空器所用的零部件一般为金属材料,其中铝合金、镁合金、钛合金和镍钼钨合金等合金材料以其密度低、使用寿命长、优异的耐腐蚀及耐高温等综合性能,在飞行器及航空航天领域被广泛应用。
1.钛合金
钛合金是一种强度高、密度低、抗腐蚀性强的材料,广泛用于航空工业。钛合金具有高的比强度和比刚度,适合制作高速飞行器和高温部件。由于其高昂的成本,钛合金通常用于制造高价值的部件,如发动机涡轮叶片、机身结构和附件等。
2.铝合金
铝合金的优点是耐腐蚀、易加工和成本较低。航空器中使用的许多零部件都由铝合金制成,如机翼和机身结构等。
3.镁合金
镁合金具有轻质、高强度和抗腐蚀性等优点,也逐渐被航空工业所采用。它们主要用于制造小型和中型飞机的零部件,如座椅和机身结构。
4.超级合金钢
超级合金钢是一种高温、高压和高强度的合金材料,主要用于制造发动机零部件。它们具有优异的耐腐蚀性和高温稳定性,可以在高温和高压的环境下保持强度和韧性。
[题点多维训练]
1.铝锂合金是我国商用飞机上使用的一种新材料,铝锂合金是( )
A.合成材料 B.金属材料
C.复合材料D.非金属材料
2.我国高铁、航空航天、手机制造等都已经跻身世界一流水平,根据下列材料的应用回答问题。
(1)上述材料中属于金属材料的是(写一种即可)。
(2)飞机外壳用钛合金、铝合金的优点是 。
(3)在对高铁钢轨中的缝隙进行焊接时,常用铝和氧化铁在高温条件下反应生成熔融状态下的铁和另一种氧化物。写出该反应的化学方程式为 ,反应基本类型是 。
3.含镁3%~5%的铝镁合金,现已成为轮船制造、航空航天、机械制造等行业的重要原材料。
现有一块已知质量的铝镁合金,欲测定其中镁的质量分数,几位同学设计了不同的实验方案。
实验设计1:
铝镁合金测定生成气体的体积
实验设计2:铝镁合金充分反应后测定剩余固体的质量实验设计3:铝镁合金溶液过滤,测定沉淀的质量
(1)上述实验方案中,各发生了哪些化学反应?请尝试写出有关反应的化学方程式。这些反应体现了铝、镁单质的哪些性质?
(2)上述各实验方案能否测出合金中镁的质量分数?

命题热点(二)——物质的转化与推断
1.物质的转化与推断的解题步骤
2.物质的转化与推断的假设思维模型
审题假设→验证分析→得出结论
(模糊性) (意向性) (确认性)
[题点多维训练]
1.已知A为常见的金属单质,根据如图所示的关系,下列叙述中正确的是( )
A.A为Fe3O4,B为Fe
B.C→D溶液的颜色变化:浅绿色→棕黄色
C.⑤的离子方程式:Fe+Fe3+==2Fe2+
D.④的离子方程式:4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3
2.某化学实验室产生的废液中含有Fe3+、Cu2+、Ag+三种金属离子,甲同学设计了如下图所示的方案对废液进行处理,以回收金属,保护环境。据此分析,下列说法正确的是( )
A.沉淀A中含有2种金属单质
B.可用KSCN溶液来检验溶液B中所含的金属离子
C.溶液A若只经过操作③最终将无法得到沉淀C
D.操作①②③中都需要用到玻璃棒、漏斗
3.用铁、铝的混合物进行如下实验:
(1)操作X的名称是 。
(2)气体A是 。
(3)A与Cl2混合光照可能发生爆炸,生成 (填化学式),A在该反应中作为 (填“氧化剂”或“还原剂”)。
(4)溶液B中阴离子除OH-外还有 ,溶液D中存在的金属离子为 。
(5)①②两步反应的离子方程式为 , 。
课下请完成课时跟踪检测(二十四)
第二节 金属材料
第1课时 金属材料——合金
新知探究(一)
1.(2)①大 ②大 2.(1)生铁 钢 (2)高 硬度 延展
(3)钢 低 中 高 合金 (4)抗腐蚀
[应用化学]
1.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、机械性能方面优于各成分金属,不是简单地加合;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。
2.提示:D 合金的熔点低于成分金属的熔点。超级钢为合金,熔点是1 350~1 460 ℃,铁的熔点应高于1 460 ℃。
3.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。
[题点多维训练]
1.(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√
2.选B 合金可由两种或两种以上的金属或者金属与非金属熔合而成;合金是指在一种金属中加热熔合其他金属或非金属而形成的具有金属特性的物质;碳钢和生铁含碳量不同,含碳量越高,硬度越大,因此两者的性能不同;合金的性质与合金的原料配比以及制造工艺有关,所以改变原料的配比、变更制造合金的工艺,可以制得具有不同性能的合金。
3.选A 铜鼓为合金材料制成的,A正确;绣球为绸布或花布制成,不属于合金材料,B错误;坭兴陶为硅酸盐材料制成,不属于合金材料,C错误;壮锦为棉线或丝线编织而成,不属于合金材料,D错误。
4.选B 不锈钢不易生锈,不是绝对不生锈,B错误。
5.选B 生铁中碳的含量高于钢,A错误;通过炼制和锻打,可以降低生铁中含碳量,除去生铁中有害元素P、S等,调整生铁中Si、Mn等的含量,改变铁的性能,B正确;高碳钢硬度较大,韧性较差,低碳钢硬度较小,韧性较强,C错误;不锈钢的合金元素主要是铬(Cr)、镍(Ni),常用来制造医疗器械、餐具等,D错误。
新知探究(二)
(一)1.氧 硅 2.(1)氧化铝薄膜 (2)气泡 爆鸣 Al2O3+6HCl==2AlCl3+3H2O、2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑ (3)溶解 爆鸣声 2Al+2NaOH+6H2O==2Na[Al(OH)4]+3H2↑、Al2O3+2NaOH+3H2O==2Na[Al(OH)4] 2Al+2OH-+6H2O==2[Al(OH)4]-+3H2↑、Al2O3+2OH-+3H2O==2[Al(OH)4]- 3.小 高
(二)1.(1)金属氢化物 2.钛合金 耐热合金 形状记忆合金
[题点多维训练]
1.(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)×
2.(1)2Al+6H+==2Al3++3H2↑
2Al+2OH-+6H2O==2[Al(OH)4]-+3H2↑
(2)Al2O3+6H+==2Al3++3H2O
Al2O3+2OH-+3H2O==2[Al(OH)4]-
3.选D 铝能与酸、碱发生反应,铝制品不能长期存放酸性或碱性较强的食物。
4.选D 实验表明,铝片表面的Al2O3既可以和强碱反应也可以和强酸反应,是两性氧化物,故A正确;氧化铝与盐酸反应生成氯化铝,反应的离子方程式为Al2O3+6H+==2Al3++3H2O,故B正确;铝片与NaOH溶液反应生成四羟基合铝酸钠和氢气,反应的离子方程式为2Al+2OH-+6H2O==2[Al(OH)4]-+3H2↑,故C正确;若两支试管中与Al反应的n(NaOH)=n(HCl)时,氧化铝溶解消耗的氢氧化钠和盐酸不同,Al失电子的物质的量不相等,故D错误。
5.选D 储氢合金中形成的金属氢化物既容易形成,加热又容易分解,室温下吸、放氢的速率快,故D错误。
命题热点(一)
1.选B 铝锂合金是金属合金,属于金属材料,B选项正确。
2.解析:聚酰亚胺塑料是一种有机合成材料,合金相对于成分金属往往硬度更大,熔点低,更耐腐蚀。
答案:(1)高速钢(或钛合金或铝合金) (2)耐腐蚀、轻、硬度大等 (3)2Al+Fe2O32Fe+Al2O3 置换反应
3.解析:实验设计1:Mg、Al均与盐酸反应,生成H2,体现还原性;根据合金质量和H2的体积可求出Mg的质量分数。
实验设计2:只有Al能与NaOH溶液反应,生成H2,体现还原性;根据剩余固体质量可求出Mg的质量分数。
实验设计3:Mg、Al与盐酸反应后,再加入过量NaOH溶液,Mg2+生成Mg(OH)2沉淀,Al3+生成Na[Al(OH)4]溶液;根据Mg(OH)2沉淀的质量,可求出Mg的质量分数。
答案:(1)Mg+2HCl==MgCl2+H2↑
2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑
2Al+2NaOH+6H2O==2Na[Al(OH)4]+3H2↑
MgCl2+2NaOH==2NaCl+Mg(OH)2↓
AlCl3+4NaOH==Na[Al(OH)4]+3NaCl
体现了Mg、Al单质的还原性和Al既能与盐酸反应又能与NaOH溶液反应的性质。
(2)三个方案都可测出镁的质量分数。
命题热点(二)
1.选B 由“红褐色固体”可知F是Fe(OH)3,从而得出A为Fe,“黑色晶体”B为Fe3O4,继而推出C为FeCl2,D为FeCl3,E为Fe(OH)2,故A错误;亚铁离子为浅绿色,铁离子为棕黄色,故B正确;⑤的离子方程式为Fe+2Fe3+==3Fe2+,故C错误;④的离子方程式为2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl-,故D错误。
2.选B 废液中含有Fe3+、Cu2+、Ag+三种金属离子,加入过量的铁粉后,Fe3+被还原为Fe2+,Cu2+被还原成金属铜,Ag+被还原生成银,所以沉淀A中含有金属铜、银和过量的铁,A项错误;溶液B中含有的金属阳离子为Fe3+,因为Fe3+遇SCN-发生反应Fe3++3SCN-==Fe(SCN)3,溶液呈红色,所以检验溶液B中含有的金属阳离子常用的试剂是KSCN溶液,B项正确;溶液A含Fe2+,加入碱生成氢氧化亚铁,氢氧化亚铁不稳定,易被氧化生成氢氧化铁,C项错误;操作②加入过氧化氢,将亚铁离子氧化为Fe3+,不需要漏斗,D项错误。
3.(1)过滤 (2)H2 (3)HCl 还原剂
(4)[Al(OH)4]- Fe2+
(5)2Al+2OH-+6H2O==2[Al(OH)4]-+3H2↑ Fe+2H+==Fe2++H2↑
学习目标
重点难点
1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究,了解金属材料的主要性质,了解这些物质在生产、生活中的应用。
2.能基于物质的量认识化学变化,运用物质的量及相关物理量进行简单计算。
重点
1.性能决定用途的观念。
2.物质的量在化学方程式计算中的应用。
难点
物质的量在化学方程式计算中的应用。
A.壮乡铜鼓
B.绣球
C.坭兴陶
D.壮锦
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 冒出,将点燃的木条放在试管口有 声
实验结论
铝表面的保护膜和铝均能与盐酸发生反应
化学方程式
实验操作
实验现象
试管①中一开始无气泡产生,一段时间后,铝片 ,有无色气泡冒出;试管②中铝片溶解,立即产生无色气泡;将点燃的木条放在试管口,都有
化学方程式
离子方程式
应用
“复兴号”
高铁车轮
“鲲龙”水陆两栖
飞机零部件
折叠手
机屏幕
用到的
材料
高速钢
钛合金、铝合金
聚酰亚胺
塑料
审题
全题兼顾,找到题目的突破口,并把题目的关键信息标注在题中
分析
根据找到的题目突破口,结合物质间的反应或转化关系进行顺推或逆推,把能推出的物质尽量先写在题目上,进而全面推出结果
检验
把推出的结果放回原题去进行检验,确定结果的正确性
解答
根据题目要求,按照分析和推理的结果回答相应的问题