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高中化学人教版 (2019)必修 第一册第二节 金属材料多媒体教学ppt课件
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这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第一册第二节 金属材料多媒体教学ppt课件，共40页。PPT课件主要包含了自主预习·新知导学，合作探究·释疑解惑，课堂小结，铁合金1生铁等内容，欢迎下载使用。
自主预习·新知导学
【自主思考1】 合金中只有金属吗?合金属于纯净物还是混合物?提示:合金中可能含有非金属,如钢中含有碳。合金属于混合物。
二、铝和铝合金1.铝(写出反应的化学方程式)
2.氧化铝(写出反应的化学方程式)
3.铝合金纯铝的硬度和强度较小,不适合制造机器零件等。铝中加入少量合金元素及稀土元素可制成铝合金,如硬铝的密度小、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。
【自主思考2】 如何除去镁粉中混有的少量铝粉?写出有关反应的化学方程式。提示:将混合物加入足量NaOH溶液中,充分反应后过滤,洗涤烘干即为纯镁粉。2NaOH+2Al+2H2O══2NaAlO2+3H2↑。【自主思考3】 铝制餐具不宜用来长时间存放酸性、碱性的食物,你知道为什么吗?提示:酸、碱能侵蚀铝的保护膜,铝能与酸或碱反应,如果用铝锅长期存放酸性或碱性食物,会造成铝锅腐蚀,更不利于健康。
三、新型合金1.储氢合金(1)能够大量吸收H2,并与H2结合成金属氢化物。(2)具有实用价值的储氢合金要求储氢量大,金属氢化物既容易形成,稍稍加热又容易分解,室温下吸、放氢的速率快。2.其他新型合金钛合金、耐热合金和形状记忆合金等广泛用于航空航天、生物工程、电子工业等领域。
【效果自测】 1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)合金中只存在金属元素,不可能有非金属元素。( )(2)生铁的机械强度和硬度比铁高。( )(3)生铁中的铁与纯铁的化学性质不同。( )(4)等质量的Al与足量盐酸、NaOH溶液充分反应,生成的H2的物质的量相同。( )(5)同浓度、同体积的盐酸、NaOH溶液与足量Al充分反应,生成的H2的物质的量相同。( )(6)熔化烧碱可在氧化铝坩埚中进行。( )
2.写出下列反应的离子方程式。(1)铝溶于盐酸: 。 (2)铝溶于NaOH溶液: 。 (3)Al2O3溶于盐酸: 。 (4)Al2O3溶于NaOH溶液: 。
合作探究·释疑解惑
探究任务1 合金的组成、性质及形成条件
问题引领1.合金的性质是各成分金属的性质之和吗?提示:合金具有许多优良的物理、化学性质和机械性能,合金在物理性质、机械性能方面一般优于各成分金属,不是简单地加和;但一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。
2.制取合金常用的方法是将两种或多种金属(或金属与非金属)加热到某一温度,使其全部熔化,再冷却得到合金。已知铜的熔点为1 083 ℃,钠的沸点为883 ℃,试问铜与钠能否形成合金?提示:不能。当铜开始熔化时,钠已经变成气体,所以两者不能形成合金。
归纳提升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。(3)合金具有金属特性,如导电、导热等。(4)合金形成后会影响各成分金属的物理性质,如硬度、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,但又不能高于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。
典型例题【例题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99.999 9%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.组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答案:B
解析:不锈钢是在普通钢中加入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,B项正确。
合金的形成改变了金属的内部结构,对物理性质和化学性质均有影响。如不锈钢抗腐蚀能力比纯铁强。
【变式训练1】 下列有关铁和铁合金的说法错误的是( )A.生铁比铁软B.铁有良好的导热性C.钢是铁的合金D.生铁在潮湿的空气中容易生锈答案:A解析:合金的硬度一般大于各成分金属,生铁比铁的硬度大;铁具有良好的导热性;钢是铁的合金;生铁在潮湿的空气中容易生锈。
探究任务2 铝的化学性质
问题引领1.在铝与稀盐酸、氢氧化钠溶液的反应中,铝是否均做还原剂?提示:是。在铝与稀盐酸、氢氧化钠溶液的反应中铝失电子生成Al3+或 ,所以铝均做还原剂。
2.若要除去铁粉中的少量铝粉,可采用什么方法?
3.将两小块质量相等的金属钠,一块放入水中,另一块用铝箔包住,在铝箔上刺些小孔,再放入水中,试分析两者放出的氢气是否相等。提示:不相等。因为用铝箔(刺有小孔)包住的金属钠放入水中时,钠先与水反应,产生的氢气与直接把钠投入水中所产生的氢气的量相同,但生成的氢氧化钠溶液会与铝箔反应产生氢气,故后者产生的氢气总量大于前者。
归纳提升铝与盐酸、NaOH溶液反应的比较(1)反应原理。①铝与盐酸反应:2Al+6HCl══2AlCl3+3H2↑。Al是还原剂,HCl是氧化剂。
②铝与氢氧化钠溶液的反应是分步进行的:a.2Al+6H2O══2Al(OH)3+3H2↑,b.Al(OH)3+NaOH══NaAlO2+2H2O。总反应为2Al+2NaOH+2H2O══2NaAlO2+3H2↑。Al是还原剂,H2O是氧化剂。
(2)“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,铝不足而氢氧化钠溶液过量。
典型例题【例题2】 甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 ml·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.5.4 gB.3.6 gC.2.7 gD.1.8 g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 ml,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 ml HCl完全反应的Al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为5.4 g。
【变式训练2】 1.如图所示的实验中,投入铝片后( )A.①中产生气泡,②中不产生气泡B.①和②中都不产生气泡C.①和②中都产生气泡,①中是H2,②中是O2D.①和②中都产生气泡,且都是H2答案:D
解析:Al既能与盐酸反应生成氢气,又能与氢氧化钠溶液反应生成氢气,反应的化学方程式分别为2Al+6HCl══ 2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O══2NaAlO2+3H2↑,故①和②中都产生气泡,且都是H2。
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溶液。若同温同压下放出相同体积的气体,则两份铝粉的质量之比为( )A.1∶1B.2∶3C.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,铝粉全部参加反应,当生成等体积的气体时消耗铝的量相同。
1.合金的一个特点:合金的硬度比各成分金属大。2.一个转化图示:
自主预习·新知导学
【自主思考1】 合金中只有金属吗?合金属于纯净物还是混合物?提示:合金中可能含有非金属,如钢中含有碳。合金属于混合物。
二、铝和铝合金1.铝(写出反应的化学方程式)
2.氧化铝(写出反应的化学方程式)
3.铝合金纯铝的硬度和强度较小,不适合制造机器零件等。铝中加入少量合金元素及稀土元素可制成铝合金,如硬铝的密度小、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。
【自主思考2】 如何除去镁粉中混有的少量铝粉?写出有关反应的化学方程式。提示:将混合物加入足量NaOH溶液中,充分反应后过滤,洗涤烘干即为纯镁粉。2NaOH+2Al+2H2O══2NaAlO2+3H2↑。【自主思考3】 铝制餐具不宜用来长时间存放酸性、碱性的食物,你知道为什么吗?提示:酸、碱能侵蚀铝的保护膜,铝能与酸或碱反应,如果用铝锅长期存放酸性或碱性食物,会造成铝锅腐蚀,更不利于健康。
三、新型合金1.储氢合金(1)能够大量吸收H2,并与H2结合成金属氢化物。(2)具有实用价值的储氢合金要求储氢量大,金属氢化物既容易形成,稍稍加热又容易分解,室温下吸、放氢的速率快。2.其他新型合金钛合金、耐热合金和形状记忆合金等广泛用于航空航天、生物工程、电子工业等领域。
【效果自测】 1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)合金中只存在金属元素,不可能有非金属元素。( )(2)生铁的机械强度和硬度比铁高。( )(3)生铁中的铁与纯铁的化学性质不同。( )(4)等质量的Al与足量盐酸、NaOH溶液充分反应,生成的H2的物质的量相同。( )(5)同浓度、同体积的盐酸、NaOH溶液与足量Al充分反应,生成的H2的物质的量相同。( )(6)熔化烧碱可在氧化铝坩埚中进行。( )
2.写出下列反应的离子方程式。(1)铝溶于盐酸: 。 (2)铝溶于NaOH溶液: 。 (3)Al2O3溶于盐酸: 。 (4)Al2O3溶于NaOH溶液: 。
合作探究·释疑解惑
探究任务1 合金的组成、性质及形成条件
问题引领1.合金的性质是各成分金属的性质之和吗?提示:合金具有许多优良的物理、化学性质和机械性能,合金在物理性质、机械性能方面一般优于各成分金属,不是简单地加和;但一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。
2.制取合金常用的方法是将两种或多种金属(或金属与非金属)加热到某一温度,使其全部熔化,再冷却得到合金。已知铜的熔点为1 083 ℃,钠的沸点为883 ℃,试问铜与钠能否形成合金?提示:不能。当铜开始熔化时,钠已经变成气体,所以两者不能形成合金。
归纳提升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。(3)合金具有金属特性,如导电、导热等。(4)合金形成后会影响各成分金属的物理性质,如硬度、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,但又不能高于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。
典型例题【例题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99.999 9%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.组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答案:B
解析:不锈钢是在普通钢中加入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,B项正确。
合金的形成改变了金属的内部结构,对物理性质和化学性质均有影响。如不锈钢抗腐蚀能力比纯铁强。
【变式训练1】 下列有关铁和铁合金的说法错误的是( )A.生铁比铁软B.铁有良好的导热性C.钢是铁的合金D.生铁在潮湿的空气中容易生锈答案:A解析:合金的硬度一般大于各成分金属,生铁比铁的硬度大;铁具有良好的导热性;钢是铁的合金;生铁在潮湿的空气中容易生锈。
探究任务2 铝的化学性质
问题引领1.在铝与稀盐酸、氢氧化钠溶液的反应中,铝是否均做还原剂?提示:是。在铝与稀盐酸、氢氧化钠溶液的反应中铝失电子生成Al3+或 ,所以铝均做还原剂。
2.若要除去铁粉中的少量铝粉,可采用什么方法?
3.将两小块质量相等的金属钠,一块放入水中,另一块用铝箔包住,在铝箔上刺些小孔,再放入水中,试分析两者放出的氢气是否相等。提示:不相等。因为用铝箔(刺有小孔)包住的金属钠放入水中时,钠先与水反应,产生的氢气与直接把钠投入水中所产生的氢气的量相同,但生成的氢氧化钠溶液会与铝箔反应产生氢气,故后者产生的氢气总量大于前者。
归纳提升铝与盐酸、NaOH溶液反应的比较(1)反应原理。①铝与盐酸反应:2Al+6HCl══2AlCl3+3H2↑。Al是还原剂,HCl是氧化剂。
②铝与氢氧化钠溶液的反应是分步进行的:a.2Al+6H2O══2Al(OH)3+3H2↑,b.Al(OH)3+NaOH══NaAlO2+2H2O。总反应为2Al+2NaOH+2H2O══2NaAlO2+3H2↑。Al是还原剂,H2O是氧化剂。
(2)“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,铝不足而氢氧化钠溶液过量。
典型例题【例题2】 甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 ml·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.5.4 gB.3.6 gC.2.7 gD.1.8 g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 ml,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 ml HCl完全反应的Al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为5.4 g。
【变式训练2】 1.如图所示的实验中,投入铝片后( )A.①中产生气泡,②中不产生气泡B.①和②中都不产生气泡C.①和②中都产生气泡,①中是H2,②中是O2D.①和②中都产生气泡,且都是H2答案:D
解析:Al既能与盐酸反应生成氢气,又能与氢氧化钠溶液反应生成氢气,反应的化学方程式分别为2Al+6HCl══ 2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O══2NaAlO2+3H2↑,故①和②中都产生气泡,且都是H2。
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溶液。若同温同压下放出相同体积的气体,则两份铝粉的质量之比为( )A.1∶1B.2∶3C.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,铝粉全部参加反应,当生成等体积的气体时消耗铝的量相同。
1.合金的一个特点:合金的硬度比各成分金属大。2.一个转化图示:
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