資源簡介

第1課時　合金
素養(yǎng)要求
1.以鐵合金、鋁合金為例，能從元素組成上對合金進行分類，并認識不同類型金屬材料組成、性能與應用的聯(lián)系，強化性能決定用途的觀念，培養(yǎng)“證據(jù)推理與模型認知”的學科核心素養(yǎng)。
2．通過實驗探究鋁和氧化鋁的性質(zhì)及轉(zhuǎn)化，認識兩性氧化物，體會實驗對認識和研究物質(zhì)性質(zhì)的重要作用，發(fā)展“科學探究與創(chuàng)新意識”的學科核心素養(yǎng)。
分點突破一　鐵合金
1．合金及其性質(zhì)
(1)合金的定義
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____________的物質(zhì)。
(2)合金的特性
①合金的硬度一般比各成分金屬的________。
②合金的熔點一般比各成分金屬的________。
③合金的________、________及________一般優(yōu)于各成分金屬。
④合金的性能可以通過所添加的合金元素的________、含量和________________等來加以調(diào)節(jié)。
特別提醒　①合金是混合物，不是純凈物，是通過熔合而成的。
②通常認為合金沒有固定的熔點。
③組成合金的物質(zhì)不一定都是金屬，也可以有非金屬，但一定有金屬。
④合金的種類遠遠多于純金屬的種類。合金的用途比純金屬更廣泛。
⑤一般來說合金中各成分金屬保持了其原有的化學性質(zhì)。
(3)純金屬與合金的結(jié)構(gòu)比較
合金的形成改變了________________，使合金的性能與純金屬相比有很大的差異。
2．鐵合金
(1)分類
(2)鋼中合金元素的主要作用
合金元素 主要作用
鉻(Cr) 增強耐磨性和抗氧化性；增強高溫強度；提高高碳鋼的耐磨性等
錳(Mn) 防止硫引起的脆性；增強鋼的強度和韌性等
鉬(Mo) 降低脆性；增強高溫強度；提高紅熱時的硬度和耐磨性等
鎢(W) 提高高溫時的強度和硬度；增強工具鋼的耐磨性等
鈷(Co) 提高紅熱時的硬度和耐磨性；用于制造磁性合金等
鎳(Ni) 增強低溫時的韌性；改變高鉻鋼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等
硅(Si) 提高低合金鋼的強度和硬度；增強高溫時的抗氧化性等
選用金屬材料的基本依據(jù)
(1)金屬的用途、外觀、價格等。
(2)物理性質(zhì)(密度、硬度、強度、導電性、導熱性等)決定金屬材料的加工難易程度。
(3)化學性質(zhì)(與水的作用、耐腐蝕性等)決定金屬材料的日常維護和對環(huán)境的影響。
[即學即練]
1．判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”
(1)合金中不可能含有非金屬元素。(　　)
(2)合金中的金屬元素以化合物的形式存在。(　　)
(3)合金中各元素的含量一定，所以合金是純凈物。(　　)
(4)生鐵的熔點比鐵低，但機械強度和硬度比鐵高。(　　)
2．合金相對于純金屬制成的金屬材料來說優(yōu)點是(　　)
①合金的硬度一般比它的各成分金屬的大
②一般合金的熔點比它的各成分金屬的更低
③改變原料的配比，改變生成合金的條件，可得到具有不同性能的合金
④合金比純金屬的應用范圍更廣泛
A．①②③④ B．②③④
C．①②④ D．①②③
3．不銹鋼通常不與酸、堿、鹽反應，是因為加入了(　　)
A.Ni和Cr B．Ni和Au
C．Cr和Au D．Cr和Pt
4．合金是兩種或兩種以上的金屬(或金屬跟非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。
(1)下列物質(zhì)不屬于合金的是(　　)
A．明礬 B．硬鋁
C．生鐵 D．青銅
(2)根據(jù)下表中四種金屬的熔、沸點：
金屬 Na Cu Al Fe
熔點/℃ 97.8 1 083 660 1 535
沸點/℃ 883 2 567 2 467 2 750
其中不能形成合金的是(　　)
①Cu與Na　②Fe與Cu　③Fe與Na　④Al與Na
A．①② B．①③
C．①④ D．②④
(3)某合金與鐵的物理性質(zhì)的比較如下表所示：
硬度(金剛石為10) 導電性(銀為100)
某合金 2 500 3.00 7.4 2.3
鐵 1 535 7.86 4.5 17
已知該合金耐腐蝕，強度大。從以上性能看，該合金不適合作(　　)
A．導線 B．門窗框
C．爐具 D．飛機外殼
分點突破二　鋁和鋁合金
1．鋁的存在和物理性質(zhì)
(1)存在：鋁是地殼中含量最多的金屬元素，鋁在地殼中的含量僅次于________和________，居第三位。
(2)鋁的物理性質(zhì)
顏色 狀態(tài) 硬度 導電、 導熱性 延展 性 密度/ (g·cm－3) 熔點/ ℃ 沸點/ ℃
______ ______ ____ ____ ____ ____ 2.7 660 2 467
2.鋁的化學性質(zhì)
(1)鋁與O2等非金屬單質(zhì)反應
①常溫下鋁與O2的反應
常溫下，金屬鋁能被空氣中的氧氣氧化，表面生成一層致密的氧化鋁薄膜，這層薄膜能阻止內(nèi)部金屬繼續(xù)與氧氣發(fā)生反應。反應的化學方程式為____________________________。
②在點燃條件下，鋁劇烈燃燒，發(fā)出耀眼的白光。
______________________________
(2)鋁與鹽酸反應的實驗探究
實驗操作
實驗現(xiàn)象 鋁片逐漸溶解，一段時間后產(chǎn)生氣泡且速率由慢到快，將點燃的木條放在試管口，發(fā)出________
實驗結(jié)論 鋁和__________________都能與鹽酸反應
化學方程式 ________________________________
離子方程式 ________________________________
實驗開始時不產(chǎn)生氣泡，后產(chǎn)生氣泡且速率加快，這是因為開始時Al表面的氧化鋁薄膜參與反應，不產(chǎn)生H2，后來Al參與反應，產(chǎn)生H2，隨著反應的進行，溫度升高，反應速率加快。
(3)鋁、氧化鋁與NaOH溶液反應的實驗探究
實驗操作
實驗現(xiàn)象 開始沒有氣泡，一段時間后，鋁片逐漸溶解，有________冒出，將點燃的木條放在試管口有________聲 立即產(chǎn)生________，鋁片逐漸溶解，將點燃的木條放在試管口有____________聲
實驗結(jié)論 鋁、氧化鋁均能與NaOH溶液反應
離子方程式 ____________________、____________________
特別提醒　鋁與氫氧化鈉溶液反應的實質(zhì)：
由以上分析可知，鋁與氫氧化鈉溶液反應的實質(zhì)是鋁與水的反應，其生成物再與氫氧化鈉反應。
3．兩性氧化物
能與________反應生成________和________，又能與________反應生成________和________的氧化物，叫做兩性氧化物。
4．常見的鋁合金
合金名稱 主要性質(zhì) 主要用途
鎂鋁合金 密度小，抗腐蝕能力強，強度和硬度都比純鋁和純鎂的大 火箭、飛機、宇宙飛船、輪船等制造業(yè)
硬鋁(含Cu、 Mg、Mn、Si) 密度小，抗腐蝕能力強，強度和硬度都比純鋁的大 火箭、飛機、宇宙飛船、輪船等制造業(yè)
5.新型合金
合金名稱 主要要求或性質(zhì) 主要用途
儲氫合金 Ti－Fe合金 儲氫量大，金屬氫化物既容易形成，稍稍加熱又容易分解，室溫下吸、放氫的速率快 儲存氫氣時，比將氫氣壓縮成液態(tài)更便于儲存，且便于運輸，安全性好
La－Ni合金
鈦合金、耐熱合金、形狀記憶合金 密度小，強度高，耐腐蝕，耐高溫 航空航天、生物工程和電子工業(yè)等
6.用途廣泛的稀土金屬
包括鑭系元素(57～71號元素)15種元素以及釔和鈧，共17種元素
(1)稀土金屬有著廣泛的用途，它既可單獨使用，也可用于生產(chǎn)合金。在合金中加入適量稀土金屬，能大大改善合金的性能。因而，稀土元素又被稱為“冶金工業(yè)的維生素”。
(2)稀土金屬可用于制造引火合金、永磁材料、超導材料和發(fā)光材料等。稀土金屬除廣泛應用在冶金、石油化工、材料工業(yè)、醫(yī)藥及農(nóng)業(yè)領域外，還逐漸深入到許多現(xiàn)代科技領域。
[即學即練]
1．判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”
(1)鋁合金的熔點比純鋁的高。(　　)
(2)兩性氧化物是既有酸性又有堿性的氧化物。(　　)
(3)等質(zhì)量的Al與足量的鹽酸、NaOH溶液充分反應，生成的H2的物質(zhì)的量相同。(　　)
(4)同濃度同體積的鹽酸、NaOH溶液與足量Al充分反應，生成的H2的物質(zhì)的量相同。(　　)
2．下列有關廚房鋁制品的使用中，你認為合理的是(　　)
A．盛放食醋
B．燒煮開水
C．用金屬絲擦洗表面的污垢
D．用堿水洗滌
3．將鋁投入到一定量的NaOH溶液中，充分反應后，有2 mol的電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，則參加反應的鋁的物質(zhì)的量為(　　)
A． mol B．1 mol
C．2 mol D． mol
4．“奮斗者”號載人潛水器最深下潛至10 909米成功入選。我國“奮斗者”號載人潛水器的耐壓球殼是用鈦合金制造的。鈦合金可能具有的性質(zhì)是(　　)
A．密度大 B．硬度小
C．強度大 D．易氧化
5．下列說法正確的是(　　)
A．用來制造儲存氫氣所用鋼瓶的合金是儲氫合金
B．不銹鋼是最常見的新型合金
C．新型合金主要應用于航天航空、生物工程等領域
D．碳纖維復合材料屬于新型合金材料
6．鋁既能與酸反應，又能與強堿溶液反應。回答下列問題：
(1)在鋁與鹽酸和氫氧化鈉溶液的反應中，鋁元素化合價的變化都是____________________，還原劑都是________________________________________________________________________。
(2)1 mol的鋁分別與足量的稀鹽酸和氫氧化鈉溶液反應，生成氫氣的體積在相同狀況下比值為________，消耗氯化氫和氫氧化鈉的物質(zhì)的量之比為________。
1.中國第一輛火星車“祝融號”成功“打卡”火星表面。火星車上通常會用到耐高溫材料，下列物質(zhì)屬于耐高溫材料的是 (　　)
A．不銹鋼 B．鋁合金
C．鈉鉀合金 D．耐高溫陶瓷
2．下列關于合金的說法正確的是 (　　)
A．在我國使用最早的合金是鐵合金
B．生鐵的含碳量比鋼低
C．儲氫合金是一類能夠大量吸收H2，并與H2結(jié)合成具有廣闊前景的金屬氫化物的材料
D．稀土金屬不能用于生產(chǎn)合金
3．有關Al與NaOH溶液反應的說法中，正確的是(　　)
A．鋁是還原劑，其氧化產(chǎn)物是H2
B．NaOH是氧化劑，其還原產(chǎn)物是H2
C．鋁是還原劑，H2O和NaOH都是氧化劑
D．H2O是氧化劑，Al被氧化
4．稱取兩份鋁粉，第一份中加入足量的鹽酸，第二份中加入足量的NaOH溶液，若同溫同壓下放出相同體積的氣體，則兩份鋁粉的質(zhì)量之比為(　　)
A．2∶3 B．1∶6
C．1∶1 D．3∶2
5．閱讀材料，回答下列問題。
近年來，科研人員研究得到一種新型材料——泡沫鋁。它是把發(fā)泡劑加到熔融鋁合金中制成的，其優(yōu)點是硬度大，密度小(為)，比木材還輕，可浮于水面，又有很大剛性，且隔音、保溫，是一種良好的建筑材料和輕質(zhì)材料，近幾年可大批量投放市場。
(1)下列關于泡沫鋁的說法中錯誤的是________(填字母序號，下同)。
A．泡末鋁是鋁單質(zhì)泡沫
B．泡沫鋁是一種合金
C．泡末鋁是一種優(yōu)質(zhì)的建筑材料和輕質(zhì)材料
D．泡沫鋁可用于飛機制造
(2)鋁制成鋁箔用于食品包裝，是利用它的________。
A．金屬光澤 B．延展性
C．導電性 D．導熱性
(3)鋁在空氣中會被氧化生成一層致密的氧化膜而對內(nèi)部鋁起保護作用，但這層氧化膜遇到強酸或強堿溶液都會溶解，請寫出：
①氧化膜與鹽酸反應的離子方程式：________________________________________________________________________
__________________。
②氧化膜與氫氧化鈉溶液反應的離子方程式：
________________________________________________________________________。
6．鐵和鋁是科技、生產(chǎn)、生活中應用最廣泛的金屬材料。
現(xiàn)有鐵、鋁的混合物進行如下實驗：
(1)操作X的名稱是________。
(2)氣體A是________。
(3)A與Cl2混合光照可能發(fā)生爆炸，生成________(填化學式)，A在該反應中作為________(填“氧化劑”或“還原劑”)。
(4)溶液B中陰離子除OH－外還有________，溶液D中存在的金屬離子為________。
第1課時　合金
分點突破一　鐵合金
1．(1)金屬特性　(2)①大　②低　③物理　化學　機械性能　④種類　生成合金的條件　(3)金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
2．(1)2%～4.3%　0.03%～2%
即學即練
1．答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√
2．解析：合金具有許多優(yōu)良的物理、化學或機械性能，在許多方面優(yōu)于它的各成分金屬。例如，合金的硬度一般比各成分金屬的硬度大，多數(shù)合金的熔點比各成分金屬的熔點低。
答案：A
3．解析：不銹鋼中添加的合金元素主要是Ni和Cr，Ni、Cr元素的加入使不銹鋼在多種酸、堿、鹽溶液中也能具有很好的化學穩(wěn)定性和耐腐蝕性。
答案：A
4．解析：(1)A屬于化合物；硬鋁中含鋁、鎂、硅等，生鐵中主要含鐵、碳，青銅中含有銅、錫，它們都屬于合金。(2)當一種金屬的熔點超過另一種金屬的沸點時，它們就不可能熔合在一起而形成合金。(3)從表格中總結(jié)，該合金具有密度小、機械性能好的特點，所以適合作飛機外殼、門窗框。由于熔點較高，所以適合作爐具。但是導電性不好，所以不適宜作導線。
答案：(1)A　(2)B　(3)A
分點突破二　鋁和鋁合金
1．(1)氧　硅　(2)銀白色光澤　固體　較小　良好　良好
2．(1)①4Al＋3O2===2Al2O3　②4Al＋3O2 2Al2O3　(2)爆鳴聲　鋁表面的保護膜(氧化鋁)　Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O，2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑　Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O，2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑　(3)無色氣泡　爆鳴　氣泡　爆鳴　Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－　2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
3．酸　鹽　水　堿　鹽　水
即學即練
1．答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×
2．解析：食醋中含有的醋酸呈酸性，能與鋁發(fā)生反應而腐蝕；用金屬絲擦洗時會破壞鋁表面覆蓋的氧化鋁層，使鋁裸露在外繼續(xù)被腐蝕；而用堿水洗滌也同樣不行，因為鋁能跟堿反應而被腐蝕。
答案：B
3．解析：鋁在參加反應時1 mol Al可失去3 mol電子，因此有2 mol電子轉(zhuǎn)移時需Al的物質(zhì)的量為 mol。
答案：D
4．答案：C
5．解析：儲氫合金是指一類能夠大量吸收H2，并與H2結(jié)合成金屬氫化物的材料，A項錯誤；不銹鋼屬于鐵合金，B項錯誤；碳是非金屬元素，碳纖維主要由碳元素組成，不屬于合金，D項錯誤。
答案：C
6．解析：由2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑可知：1 mol鋁消耗3 mol氯化氫，生成 mol氫氣；1 mol鋁消耗1 mol氫氧化鈉，生成 mol氫氣。
答案：(1)由0價變?yōu)椋?價　鋁　(2)1∶1　3∶1
隨堂演練全通關
1．答案：D
2．答案：C
3．解析：Al與NaOH溶液的反應過程如下：＋3H2↑，Al(OH)3＋NaOH===Na[Al(OH)4]。H2O中的氫元素由＋1價變?yōu)?價，H2O得電子，是氧化劑，H2是還原產(chǎn)物；Al元素的化合價由0價變?yōu)椋?價，化合價升高被氧化，Al是還原劑，Na[Al(OH)4]是氧化產(chǎn)物。
答案：D
4．解析：由鋁分別與HCl、NaOH反應的化學方程式可知，Al與H2的關系式都為2Al～3H2，同溫同壓下放出相同體積的氣體，需要鋁的質(zhì)量相等。
答案：C
5．解析：(1)根據(jù)信息可知，泡沫鋁是一種合金，是混合物；泡沫鋁是一種優(yōu)質(zhì)的建筑材料和輕質(zhì)材料；由于泡沫鋁有很大剛性，密度小，且隔音、保溫，故泡沫鋁可用于飛機制造。(2)鋁制成鋁箔用于食品包裝，利用的是鋁的延展性。與鹽酸、氫氧化鈉溶液反應的離子方程式分別為Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O、Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－。
答案：(1)A　(2)B
(3)①Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O
②Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－
6．解析：(1)向鐵、鋁混合物中加入足量NaOH溶液，Al溶解，F(xiàn)e不溶，操作X為過濾。(2)Al與氫氧化鈉溶液反應產(chǎn)生氫氣，氣體A為H2。(3)H2與Cl2反應生成HCl。(4)溶液B中陰離子有OH－、[Al(OH)4]－，溶液D中金屬離子為Fe2＋。
答案：(1)過濾　(2)H2　(3)HCl　還原劑
(4)[Al(OH)4]－　Fe2＋

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