人教版高中化學必修第一冊第三章鐵金屬材料第二節第1課時合金學案

PAGE第二節金屬材料第1課時合金【學習目標】1.結合生活中對常見合金的優良性能的認識經驗了解合金的概念,并能聯系純金屬與合金的微觀結構解釋二者性能的差異。(宏觀辨識與微觀探析)2.通過實驗探究鋁和氧化鋁的性質及轉化,認識兩性氧化物,體會實驗對認識和研究物質性質的重要作用。(科學探究與創新意識)3.了解儲氫合金、鈦合金等新型合金,感受化學科學對創造更多新材料以滿足人類生活需要和促進科技發展的重要作用。(科學態度與社會責任)學習任務一認識合金及鐵合金【新知導學】一、合金1.金屬材料金屬材料包括純金屬和它們的合金。日常使用的金屬材料,大多數屬于合金。2.合金不一定只含金屬元素定義由兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質微觀結構純金屬形成合金后,硬度變大的原因為改變了金屬原子有規則的層狀排列,使原子層之間的相對滑動變得困難性能具有金屬特性硬度:合金的硬度一般比其成分金屬的硬度大熔點:多數合金的熔點比其成分金屬的熔點低【思考】合金是純凈物還是混合物?提示:合金都是混合物。二、鐵合金1.兩種鐵合金的比較類型生鐵鋼含碳量生鐵大于鋼性能硬度大、抗壓,性脆、可以鑄造成型有良好的延展性,機械性能好,可以鍛軋和鑄造用途制造機座、管道廣泛用于制造機械和交通工具等2.鋼的分類(1)鋼是用量最大、用途最廣的合金。按化學成分可分類如下:(2)兩種合金鋼①不銹鋼:不銹鋼是最常見的一種合金鋼,它的合金元素主要是鉻和鎳。不易生銹,具有很強的抗腐蝕能力。②超級鋼(合金元素:Mn、C、Al、V)性能:強度很大,在應用時能夠實現鋼板的輕薄化。用途:汽車、航空和航天等領域?！舅伎肌可F和熟鐵中哪個含碳量高?鋼的含碳量與其硬度和脆性有什么關系?提示:生鐵;含碳量越高硬度和脆性越大。【總結升華】關于合金的理解(1)合金是混合物,但不是其成分的簡單混合,而是經高溫熔合形成。(2)并不是所有金屬均可熔合形成合金,合金中各成分金屬的熔點應相差不大。(3)合金中一定含有金屬元素,可能含有非金屬元素,如生鐵中含有鐵、碳元素。(4)一般來說,合金中各成分金屬仍保持其原有的化學性質。(5)常溫下,大多數合金呈固態,但鈉鉀合金呈液態,常用作原子反應堆的導熱劑?！炯磳W即練】1.易錯辨析(1)人類歷史上使用最早的合金是青銅。(√)提示:人類歷史上使用最早的合金是青銅。(2)合金中只存在金屬元素,不可能有非金屬元素。(×)提示:合金中一定含有金屬元素,也可能含有非金屬元素。(3)合金是混合物,具有金屬的特性。(√)提示:合金是由兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質,屬于混合物。(4)碳素鋼加入適量鉻和鎳,組織結構發生變化,鐵的化學性質也發生變化。(×)提示:物理性質發生變化,化學性質不變。2.中華文明源遠流長,化學與文化傳承密不可分。商大禾方鼎是商代晚期的銅器,是中國銅器制作史上的杰作之一,代表了商代晚期青銅器的高度藝術水平。下列有關商大禾方鼎的說法錯誤的是()A.商大禾方鼎是混合物B.熔點比純銅低C.硬度比純銅大D.潮濕空氣中易被還原為銅綠【解析】選D。商大禾方鼎是青銅器,青銅是合金,是混合物,故A正確;青銅是銅的合金,熔點比純銅低,故B正確;青銅是銅的合金,硬度比純銅大,故C正確;銅綠中銅元素是+2價,青銅變為銅綠是被氧化(關鍵點:銅與氧氣、二氧化碳、水反應生成銅綠,主要成分為Cu2(OH)2CO3),故D錯誤。3.(2026·哈爾濱高一檢測)2026年2月20日,米蘭-科爾蒂納冬奧會短道速滑男子5000米接力B組決賽在意大利米蘭舉行,中國隊獲得B組決賽第一名。短道速滑項目隊員所穿的速滑冰刀采用合金材料——不銹鋼制成。下列關于合金的敘述,錯誤的是()A.通過增加原子層之間的相對滑動難度,使合金的硬度變大B.不銹鋼中添加鎳(Ni)和鉻(Cr)等元素,因此不含非金屬元素C.不銹鋼在大氣中比較穩定,不容易生銹,具有很強的抗腐蝕能力D.合金各成分金屬均保持原有的化學性質【解析】選B。鋼是鐵和碳的合金,不銹鋼中含有金屬元素,還含有非金屬元素碳,故B錯誤。【題后歸納】合金的組成和性質學習任務二探究鋁和鋁合金【新知導學】一、鋁的存在與性質1.鋁的存在:鋁是地殼中含量最多的金屬元素。2.鋁與O2反應常溫下Al能與空氣中的O2發生反應,表面形成一層致密的氧化鋁薄膜,其反應方程式為4Al+3O2===2Al2O3。保護內部金屬3.Al、Al2O3與酸、強堿的反應(1)實驗探究:探究Ⅰ:Al、Al2O3與酸的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,有無色氣泡冒出,將點燃的木條放在試管口有爆鳴聲實驗結論鋁表面的保護膜和鋁均能與鹽酸發生反應化學方程式Al2O3+6HCl===2AlCl3+3H2O、2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑離子方程式Al2O3+6H+===2Al3++3H22Al+6H+===2Al3++3H探究Ⅱ:Al、Al2O3與強堿的反應實驗步驟實驗現象試管①中一開始無氣泡產生,一段時間后,鋁片溶解,有無色氣泡冒出;試管②中鋁片溶解,立即產生無色氣泡,將點燃的木條放在試管口,都有爆鳴聲化學方程式Al2O3+2NaOH+3H2O===2Na[Al(OH)4](四羥基合鋁酸鈉)2Al__+__2NaOH__+6H2O===2Na[Al(OH)4]+__3H2↑離子方程式Al2O3+2OH-+3H2O===2[Al(OH)4]-2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑(2)實驗結論①鋁既能與稀鹽酸反應又能與NaOH溶液反應,都生成氫氣。②氧化鋁既能與稀鹽酸反應又能與NaOH溶液反應。③兩性氧化物:既能與酸反應,又能與堿反應的氧化物,如Al2O3。【思考】(1)將一鋁片放入稀鹽酸,開始沒有氣泡,一段時間后才有氣泡,為什么開始沒有氣泡?提示:鋁表面易形成一層致密的氧化物薄膜,開始時氧化膜(Al2O3)先與稀鹽酸反應,故開始沒有氣泡。(2)鋁制餐具不宜長期存放酸、堿性食物的原因是什么?提示:Al和Al2O3均易與酸、堿反應。二、鋁合金和新型合金1.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。2.新型合金【教材微拓】(溯源教材·P82圖3-17)鋁與氫氧化鈉溶液反應的實質是鋁先與強堿溶液中的水反應生成H2和Al(OH)3,然后Al(OH)3再與NaOH反應生成Na[Al(OH)4],反應中鋁作還原劑,水作氧化劑,NaOH無電子得失。用單線橋法表示為【思考】教材中描述“儲氫合金是一類能夠大量吸收H2,并與H2結合成金屬氫化物的材料”,儲氫合金吸氫與放氫過程是發生了物理變化嗎?提示:不是。儲氫合金吸氫與放氫過程都是發生了化學反應?！竞献魈骄俊俊咎骄俊夸X與酸、NaOH溶液的反應及定量關系[情境]管道疏通劑又稱管道疏通顆粒,主要是針對廚衛管道內的堵塞疏通。管道疏通劑大致分為兩類,一類是固體,主要成分是苛性鈉、鋁粉;另一類是液體,物理形態是凝膠,主要成分是表面活性劑。(1)固體管道疏通劑的主要成分是苛性鈉、鋁粉,寫出使用時發生反應的離子方程式。提示:2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑(2)若每瓶固體管道疏通劑中含有81.0g鋁粉,理論上產生氫氣的最大體積(標準狀況)為________L。若鋁與稀硫酸反應產生相同體積(標準狀況)的氫氣,消耗5.0mol·L-1稀硫酸的體積為________L。

提示:100.80.9。81.0gAl的物質的量為3mol,由方程式2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑可知,產生氫氣的物質的量為4.5mol,標準狀況下,體積為100.8L。由2Al+3H2SO4===Al2(SO4)3+3H2↑可知消耗硫酸的物質的量為4.5mol,消耗5.0mol·L-1稀硫酸的體積為0.9L。(3)甲、乙兩燒杯中各盛有等體積等物質的量濃度的鹽酸和NaOH溶液,向兩燒杯中分別加入等質量的鋁粉,反應結束后,測得生成的氣體體積比為V(甲)∶V(乙)=1∶2,則鹽酸和氫氧化鈉溶液哪一個完全反應?提示:鹽酸。由2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑;2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑,可知當Al完全反應,產生H2的體積比是1∶1,當參加反應的HCl和NaOH的物質的量一樣多時,產生H2的體積比是1∶3,而題設條件體積比為1∶2,說明此題對加入的等質量鋁粉而言,鹽酸不足,NaOH溶液過量?！究偨Y升華】鋁與酸(鹽酸、稀硫酸)、NaOH溶液的反應及定量關系【即學即練】1.易錯辨析(1)合金中的金屬元素都是以化合態形式存在。(×)提示:合金中各組分均為單質,元素以游離態形式存在。(2)鈦合金、形狀記憶合金、儲氫合金都屬于新型合金。(√)提示:鈦合金、形狀記憶合金、儲氫合金都屬于新型合金。(3)Al2O3既能與鹽酸反應,又能與NaOH反應,但Al2O3是堿性氧化物。(×)提示:Al2O3既能與酸反應,又能與強堿反應,屬于兩性氧化物。(4)鋁和鹽酸、NaOH溶液的反應中,鋁作還原劑。(√)提示:鋁和鹽酸、NaOH溶液的反應中,鋁元素的化合價均升高為+3價,鋁作還原劑。2.(2026·武漢高一月考)下列關于金屬鋁的敘述,不正確的是()A.鋁的化學性質很活潑,但在空氣中不易銹蝕B.鋁箔在空氣中受熱可以熔化,且發生劇烈燃燒C.等質量的鋁分別與足量鹽酸、氫氧化鈉溶液反應放出的氣體物質的量相等D.鋁的熔點比氧化鋁低【解析】選B。鋁的化學性質很活潑,在空氣中表面會生成氧化鋁薄膜,阻止進一步被氧化,則在空氣中不易銹蝕,故A正確;鋁箔在空氣中受熱可以熔化,但在表面生成致密的氧化鋁薄膜,熔點較高,不會劇烈燃燒,故B錯誤;等質量的鋁分別與足量鹽酸、氫氧化鈉溶液反應,根據得失電子守恒,放出的氣體物質的量相等,故C正確;氧化鋁的熔點很高,常作為耐高溫材料,鋁的熔點比氧化鋁低,故D正確。3.(2026·西安一中高一月考)取兩份等物質的量的鎂粉和鋁粉,分別放入過量的鹽酸和氫氧化鈉溶液,充分反應后產生相同狀況下氫氣的體積()A.鎂粉多 B.鋁粉多C.一樣多 D.無法判斷【解析】選B。根據得失電子守恒,Mg~H2,Al~32H2【題后歸納】鋁及其化合物的轉化關系課堂檢測效果診斷1.(2026·淮安七校高一聯考改編)2026年是“十五五”開局之年,制造業處于由大變強的關鍵時期。下列材料的主要成分屬于金屬材料的是()A.生鐵B.Cu(OH)2C.石墨D.Fe3O4【解析】選A。金屬材料包括純金屬及其合金,生鐵是鐵和碳的合金,屬于金屬材料,A符合題意;氫氧化銅、四氧化三鐵是化合物,石墨是非金屬單質,不屬于金屬材料。2.(2026·大連高一檢測)中華文化源遠流長,下列文物材質不屬于合金的是()A.戰國鐵火盆B.蒜頭紋銀盒C.廣彩瓷咖啡杯D.三星堆青銅大面具【解析】選C。戰國鐵火盆是鐵的合金,故A正確;蒜頭紋銀盒是銀的合金,故B正確;瓷器是由陶土燒制而成的,不屬于合金,故C錯誤;三星堆青銅大面具是銅的合金,故D正確。3.(2026·天津靜海一中高一期中)金屬和合金是生活中常用的材料。下列說法正確的是()A.不銹鋼是鐵合金,只含金屬元素B.鑭鎳(La-Ni)合金能大量吸收H2,并與H2結合成金屬氫化物,可作儲氫材料C.目前世界上使用量最大的合金是鋁合金D.生鐵、普通鋼和不銹鋼中的碳含量依次增加【解析】選B。不銹鋼是鐵的合金,含有碳、硅等非金屬,故A錯誤;鑭鎳(La-Ni)合金能大量吸收H2,并與H2結合成金屬氫化物,稍稍加熱又會分解,將儲存在其中的氫釋放出來,可作儲氫材料,故B正確;目前世界上使用量最大的合金是鋼,故C錯誤;生鐵含碳量最高,普通鋼次之,不銹鋼最少,故D錯誤?！疽族e警示】生鐵和鋼都是鐵的合金,都含有碳元素,生鐵的含碳量高于鋼。4.用鋁箔包裝0.1mol金屬鈉,用針扎出一些小孔,放入水中,完全反應后,用排水集氣法收集產生的氣體,則收集到的氣體為(標準狀況)()A.O2和H2的混合氣體 B.H2(1.12L)C.H2(大于1.12L) D.H2(小于1.12L)【解析】選C。從鈉和鋁的性質入手,首先鈉與水反應生成NaOH和H2,鋁再與NaOH反應生成Na[Al(OH)4]和H2(關鍵點:鋁與氫氧化鈉反應放出氫氣),收集到的氣體為兩者產生的氫氣之和,顯然要比鈉單獨產生的H2多?！旧钔诰?教材激活】5.(溯源教材·P82)為探究鋁及氧化鋁的性質,進行了如下實驗,請完成下列填空:實驗操作主要現象結論及反應的化學方程式(1)打磨鋁片,觀察打磨后的鋁片呈____鋁是________色金屬,鋁在空氣中易被__________,形成一層氧化膜,反應的化學方程式為4Al+3O2===2Al2O3

(2)加熱未