化学苏教版 (2019)第三单元 金属材料的性能及应用学案设计

第三单元　金属材料的性能及应用

新课程标准

1．认识金属与合金在性能上的主要差异，知道生活中常见合金的主要成分及性质。

2．知道常见无机非金属材料的主要成分及性能。

学业质量水平

合格性要求

1.结合金属及其化合物的性质，理解合金特性和化学性质，了解合金的分类、组成和用途。(水平1)

2．理解合金及无机非金属材料性质与其用途的关系。(水平2)

等级性要求

认识合理使用金属材料的意义，关心资源开发、环境保护等问题，形成合理利用自然资源的观念。认识化学发展对人类社会可持续发展的重要贡献。(水平3)

图说考点

基础知识——自学·思记·尝试

[新知预习]

一、金属材料的性能

1．金属材料在使用过程中，必然会受到多种力的作用，从而体现出一些力学性能，如__________、________、________等。

2．金属材料常在工业产品中起到导热和导电的作用，而且能够在一定温度范围内稳定工作，与金属材料的密度、________、________、________等物理性能密切相关。

二、合金及其应用

1．定义

合金是由两种或两种以上的____________________共熔，制备出的特殊金属材料。

2．合金的组成及性能

(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，不是化合物。

(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，如合金的熔点一般比各成分金属低，而硬度、机械强度一般比各成分金属高；但一般来说各成分金属均保持了其原有的化学性质。

3．对合金的几点说明

(1)合金的种类和性能与成分有关，不同的原料、不同的原料配比及不同的制造工艺会得到具有不同性能的合金。

(2)由于合金的形成改变了金属的内部结构，所以对金属的物理性质和化学性质都有影响，如不锈钢的抗腐蚀性比纯铁强得多。

(3)合金的性质并不是各成分金属的性质的总和，合金具有更优良的物理、化学或机械性能。

(4)合金的性能可以通过所添加的元素的种类、含量和形成合金的条件等加以调节。

4．常见合金

三、无机非金属材料

1．半导体材料：硅的导电性能介于__________和__________之间，是一种主要的半导体材料。

2．光导纤维：光导纤维的主要成分是________，可用来制造通讯光缆。

【学而思】

(1)(情境思考)为什么航空业上铝合金比铁合金用途更广泛？

(2)钛被称为“21世纪金属”，其合金大规模应用于航天航空，利用的是合金的哪些优点？

(3)正确选用金属材料要考虑哪些因素？

(4)工业上用焦炭在电炉中隔绝空气还原SiO2制取粗硅。写出化学方程式，指出哪种物质是还原剂？哪种物质是还原产物？

[即时自测]

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”

(1)合金中不可能含有非金属元素。(　　)

(2)合金中的金属元素以化合物的形式存在。(　　)

(3)合金中各元素的含量一定，所以合金是纯净物。(　　)

(4)生铁的熔点比铁低，但机械强度和硬度比铁高。(　　)

(5)铝合金的熔点比纯铝的高。(　　)

2．不锈钢通常不与酸、碱、盐反应，是因为加入了(　　)

A．Ni和Cr     B．Ni和Au

C．Cr和Au     D．Cr和Pt

3．下列有关厨房铝制品的使用中，你认为合理的是(　　)

A．盛放食醋

B．烧煮开水

C．用金属丝擦洗表面的污垢

D．用碱水洗涤

4．连线

　材料　　　　　性能和用途

(1)硅      A．保险丝

(2)二氧化硅     B．光导纤维

(3)武德合金     C．半导体

(4)硬铝合金     D．飞机部件

技能素养——合作·探究·分享

例1 合金相对于纯金属制成的金属材料来说优点是(　　)

①合金的硬度一般比它的各成分金属的大

②一般合金的熔点比它的各成分金属的更低

③改变原料的配比，改变生成合金的条件，可得到具有不同性能的合金

④合金比纯金属的导电性更强

⑤合金比纯金属的应用范围更广泛

A．①②③⑤ B．②③④

C．①②④ D．①②④⑤

例2 合金是两种或两种以上的金属(或金属跟非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。

(1)下列物质不属于合金的是(　　)

A．明矾     B．硬铝

C．生铁     D．青铜

(2)根据下表中四种金属的熔、沸点：

其中不能形成合金的是(　　)

①Cu与Na    ②Fe与Cu

③Fe与Na    ④Al与Na

A．①② B．①③

C．①④ D．②④

(3)某合金与铁的物理性质的比较如下表所示：

已知该合金耐腐蚀，强度大。从以上性能看，该合金不适合作(　　)

A．导线      B．门窗框

C．炉具     D．飞机外壳

关键能力　归纳提升

常见的合金

(1)铜合金

(2)钢——用量最大、用途最广的合金

①钢的分类

②合金钢的类型

(3)铝合金

(4)钛合金

状元随笔　(1)合金的熔点低于成分金属的熔点。

(2)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。

(3)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。

随手记：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

课堂检测——夯实·测控·演练

1．2020年2月24日，新款5G折叠屏手机开启线上预约销售。下列说法不正确的是  (　　)

A．制造手机芯片的关键材料是硅

B．用铜制作手机线路板利用了铜优良的导电性

C．镁铝合金制成的手机外壳具有轻便抗压的特点

D．手机电池工作时，电池中化学能完全转化为电能

2．下列用途主要体现铝的物理性质的是(　　)

①家用铝锅　②制盛浓硝酸的容器　③制导线　④制包装铝箔　⑤作防锈油漆　⑥制成合金作制造飞机的材料

A．①②③④    B．②③⑤⑥

C．①③④⑥    D．②④⑤⑥

3．国庆70周年阅兵式，大量新式武器新鲜出炉且都为中国制造，制造这些“国之重器”的材料多为合金。下列关于合金的说法不正确的是   (　　)

A．合金在工业上的用途比纯金属更广

B．目前世界上应用最广泛的合金是铜合金

C．合金的硬度一般比它的成分金属大

D．合金与各成分金属相比，具有许多优良的物理、化学或机械性能

4．不锈钢是在普通钢中加入了(　　)

A．碳    B．锰 

C．铬    D．硅

5．纯铁的熔点为1 535 ℃，而高炉中炼铁时生铁(含碳量较高的铁合金)在1 200℃左右就熔化了，这是因为   (　　)

A．铁的纯度越高，熔点越低

B．合金的熔点比其成分金属的熔点高

C．形成了铁碳合金，所以熔点变低

D．在高炉中熔化的过程发生了化学反应

6．哈大齐高铁的通车，标志我国高寒地区高铁技术领先世界，车厢大部分采用铝合金材料制造，这是因为铝合金(　　)

A．质地轻，强度大，抗腐蚀能力比较强

B．具有比较活泼的化学性质

C．各种成分在自然界中含量丰富，容易获取

D．比纯铝熔点高，耐高温

7．下列关于合金的说法错误的是(　　)

A．合金是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

B．镁铝合金的熔点比镁和铝都高

C．在合金中加入适量的稀土金属能大大改善合金的性能

D．青铜、硬铝、钢都是合金

8．钛和钛的合金被誉为“21世纪最有发展前景的金属材料”，它们具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工，尤其是钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”。根据它们的主要性能，下列用途不切合实际的是(　　)

A．用来作保险丝

B．用于制造航天飞机

C．用来制造人造骨

D．用于家庭装修，作钛合金装饰门

9．下列有关无机非金属材料的说法中错误的是(　　)

A．玻璃、水泥、陶瓷都是传统的无机非金属材料

B．晶体硅可用作半导体材料，且可通过SiO2还原制备

C．二氧化硅可用于制作光导纤维

D．碳为非金属，因此其单质一定不能用作导电材料

10．阅读材料，回答下列问题。

近年来，科研人员研究得到一种新型材料——泡沫铝。它是把发泡剂加到熔融铝合金中制成的，其优点是硬度大，密度小(为0.16～0.5 g/cm3)，比木材还轻，可浮于水面，又有很大刚性，且隔音、保温，是一种良好的建筑材料和轻质材料，近几年可大批量投放市场。

(1)下列关于泡沫铝的说法中错误的是________(填字母序号，下同)。

A．泡末铝是铝单质泡沫

B．泡沫铝是一种合金

C．泡末铝是一种优质的建筑材料和轻质材料

D．泡沫铝可用于飞机制造

(2)铝制成铝箔用于食品包装，是利用它的________。

A．金属光泽　     B．延展性

C．导电性      D．导热性

(3)铝在空气中会被氧化生成一层致密的氧化膜而对内部铝起保护作用，但这层氧化膜遇到强酸或强碱溶液都会溶解，请写出：

①氧化膜与盐酸反应的离子方程式：_________________________________________。

②氧化膜与氢氧化钠溶液反应的离子方程式：_________________________________。

第三单元　金属材料的性能及应用

基础知识

新知预习

一、

1．延展性　硬度　塑性

2．熔点　导电性　导热性

二、

1．金属(或金属和非金属)

4．飞机和门窗　低　保险丝　航空飞行器　氧化　腐蚀　高　小　抗腐蚀

三、

1．导体　绝缘体

2．二氧化硅

学而思

提示：(1)①铝合金比铁合金要轻，更适合用于航空业；②铝合金表面易形成致密的氧化膜，此氧化膜耐高温、防腐蚀，而铁合金的氧化膜易脱落，起不到防腐蚀的作用。

(2)钛合金耐高温、耐腐蚀、强度高、密度小。

(3)

(4)2C＋SiO2Si＋2CO↑；还原剂是焦炭；硅是还原产物

即时自测

1．(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×

2．答案：A

3．答案：B

4．答案：(1)—C　(2)—B　(3)—A　(4)—D

技能素养

例1　解析：合金具有许多优良的物理、化学性质或机械性能，在许多方面优于各成分金属。例如，合金的硬度一般比其各成分金属的硬度大，多数合金的熔点比其各成分金属的熔点低，但合金的导电性比纯金属弱。

答案：A

例2　解析：根据题给合金的概念，不难判断出问题(1)的答案；对于问题(2)，要在充分理解合金概念中的“熔合”二字的基础上，认真分析表中的数据，从而得出正确的答案。(1)A属于化合物；硬铝中含铝、镁、硅等，生铁中主要含铁、碳，青铜中含有铜、锡，它们都属于合金。(2)当一种金属的熔点超过另一种金属的沸点时，它们就不可能熔合在一起而形成合金。(3)从表格中总结，该合金具有密度小、机械性能好的特点，所以适合作飞机外壳、门窗框。由于熔点较高，所以适合作炉具。但是导电性不好，所以不适宜作导线。

答案：(1)A　(2)B　(3)A

课堂检测

1．答案：D

2．答案：C

3．答案：B

4．答案：C

5．答案：C

6．解析：车厢大部分采用铝合金材料制造，这是因为铝合金具有质地轻、强度大、抗腐蚀能力比较强的优点，A正确；铝合金的化学性质的确比较活泼，但与被用于制造车厢没有必然联系，B错误；铝元素在地壳中含量居第三位，含量比较丰富，但因铝性质活泼，只能采用电解法制取，成本较高，并不容易获得，C错误；铝合金的熔点比纯铝的低，D错误。

答案：A

7．解析：合金是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，故A正确；镁铝合金的熔点比镁和铝都低，故B错误；在合金中加入适量稀土金属或稀土金属的化合物，就能大大改善合金的性能，故C正确；青铜、硬铝、钢都是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合在一起形成的具有金属特性的物质，属于合金，故D正确。

答案：B

8．解析：钛和钛的合金密度小，可塑性好，因此可用于航天领域，B正确；由于钛和钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”，可与人体的组织相容，不引起排异反应，因此可以用来制造人造骨，C正确；由于其密度小、可塑性好、易于加工，因此可用于家庭装修，作钛合金装饰门，D正确；由于其熔点高，不适合作保险丝，A错误。

答案：A

9．答案：D

10．解析：(1)根据信息可知，泡沫铝是一种合金，是混合物；泡沫铝是一种优质的建筑材料和轻质材料；由于泡沫铝有很大刚性，密度小，且隔音、保温，故泡沫铝可用于飞机制造。(2)铝制成铝箔用于食品包装，利用的是铝的延展性。(3)Al2O3与盐酸、氢氧化钠溶液反应的离子方程式分别为Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O、＋H2O。

答案：(1)A　(2)B　(3)①Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O　②＋H2O