高中化学人教版 (2019)必修 第一册第二节 金属材料第一课时教案设计

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第一课时 金属材料


学习目标：1.认识合金的含义及常见合金。2.认识铁合金的组成、性能与应用的联系。3.认识铝合金的组成、性能与应用的联系，掌握铝及其氧化铝的性质。4.认识新型合金的性能。








1．合金的定义及优点


(1)合金的概念


由纯金属(或金属与非金属)制得的金属材料。


(2)合金的一般性质


①硬度：合金的硬度及机械加工性能一般高于各成分金属。


②熔点：合金的熔点一般低于各成分金属。


2．铁合金：生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金。


(1)生铁


①生铁的含碳量为2%～4.3%。


②性能及用途


生铁硬度大、抗压，性脆、可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料。


(2)钢


①钢的含碳量为0.03%～2%。


②性能及用途


钢有良好的延展性，机械性能好，可以锻轧和铸造，广泛用于制造机械和交通工具等。


③分类





④常用合金钢


a．不锈钢


合金元素主要是铬(Cr)和镍(Ni)。


性能：大气中比较稳定，不容易生锈，具有很强的抗腐蚀能力。


用途：医疗器材、厨房用具和餐具、地铁列车的车体材质等。


b．超级钢


合金元素：Mn、C、Al、V。


性能：强度很大，在应用时能够实现钢板的轻薄化。


用途：汽车、航空和航天等领域。


3．铝和铝合金


(1)铝


①存在：铝是地壳中含量最多的金属元素。


②化学性质


a．与O2反应：铝是一种活泼金属，在常温下就能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜。


b．铝与酸、碱溶液的反应








(2)氧化铝


Al2O3是两性氧化物，与强酸或强碱溶液都能反应生成盐和水。(离子方程式)


Al2O3—eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(\(――→,\s\up15(强酸),\s\d15( ))Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O,\(――→,\s\up15(强碱),\s\d15( ))Al2O3＋2OH－===2AlO\\al(－,2)＋H2O))


(3)铝合金


性能：密度小、强度高、塑性好、易于成型、制造工艺简单、成本低廉。


用途：主要用于建筑业、容器和包装业、交通运输业、电子行业等。


4．新型合金


新型储氢合金材料的研究和开发将为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用。此外，钛合金、耐热合金和形状记忆合金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。


5．用途广泛的稀土元素


(1)稀土元素


①镧系元素(57～71号元素)及钇和钪，共17种元素为稀土元素。


②我国拥有丰富的稀土资源，现已查明的世界稀土资源中，80%分布在我国，并且品种齐全。


(2)用途


①稀土金属有着广泛的用途，它既可以单独使用，也可用于生产合金。在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能。因而，稀土元素又被称为冶金工业的维生素。


②稀土金属可用于制造引火合金、永磁材料、超导材料和发光材料等。稀土金属除广泛应用在冶金、石油化工、材料工业、医药及农业领域外，还逐渐深入到许多现代科技领域。





1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)


(1)合金是混合物，具有金属的特性( )


(2)合金中只存在金属元素，不可能有非金属元素( )


(3)生铁的熔点比铁低，但机械强度和硬度比铁高( )


(4)生铁中的铁与纯铁的化学性质不同( )


(5)铝和盐酸、NaOH溶液的反应中，铝作还原剂( )


[答案] (1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)√


2．下列有关金属铝及其氧化物的叙述正确的是( )


A．铝在常温下不能与氧气反应


B．铝在常温下和在高温下与氧气反应的产物不同


C．氧化铝既能溶于强酸，又能溶于强碱


D．氧化铝只能与酸反应，不能与碱反应


[解析] 常温下和在高温下铝与氧气反应都生成氧化铝，Al2O3是两性氧化物，既能与强酸反应，又能与强碱反应。


[答案] C





知识点一 铁合金


1.合金的定义


合金是指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。


2．合金的性质


(1)合金的硬度一般高于成分金属。


(2)合金的熔点多数低于成分金属。


3．合金性能的易错辨析


(1)合金属于混合物而非纯净物，具有金属的特性。


(2)合金一定含有金属元素，可能含有非金属元素。


(3)合金中各成分金属的化学性质不变。


(4)合金具有许多优良的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加合；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。


(5)并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，若一种金属的熔点高于另一金属的沸点，则二者不能形成合金。


【典例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


[思路启迪] 解决合金问题的关键是熟练掌握合金的性能：熔点比成分金属低，但机械强度比成分金属都大。


[解析] 生铁为铁的合金，其硬度比铁的大。


[答案] A








合金的性质


(1)熔点比每种成分都低。


(2)硬度比每种成分都大。


(3)合金中各成分化学性质与单质时相似。





[针对训练1] 对于合金的说法，不正确的是( )


A．不锈钢是最常用的一种合金钢


B．合金与各组分金属相比一般具有更低的熔点


C．钢是铁和碳的合金，生铁则是纯铁


D．合金与各组分金属相比一般具有更大的硬度


[解析] 生铁是含碳量比钢更高的铁和碳的合金。


[答案] C


知识点二 铝及铝合金


1.铝的化学性质


(1)铝与氧气的反应


①常温时，与空气中的氧气反应生成致密的氧化膜并牢固地覆盖在铝表面，防止铝进一步被氧化，因此铝在空气中表现出良好的抗腐蚀性。


②加热时，铝粉可在空气中燃烧，放出大量热，化学方程式为4Al＋3O2eq \(=====,\s\up15(△))2Al2O3。


(2)铝与酸的反应


①与盐酸、稀H2SO4反应


离子方程式：2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。


②常温下，遇浓硝酸、浓H2SO4时，在表面生成致密的氧化膜而发生钝化。


(3)铝与强碱溶液的反应


与NaOH溶液反应


离子方程式：2Al＋2OH－＋2H2O===2AlOeq \\al(－,2)＋3H2↑。


2．氧化铝的化学性质


(1)与H2SO4反应的化学方程式：Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O。


(2)与NaOH反应的化学方程式：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O。


(3)两性氧化物：既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的氧化物。


3．铝及其合金的用途


(1)与其他金属(或非金属)熔合形成铝合金，铝的合金具有密度小、强度高、塑性好、制造工艺简单、成本低、抗腐蚀能力强等特点，主要用于建筑业、交通运输业以及电子行业。铝合金可做建筑外墙材料及房屋的门窗，可制成汽车车轮骨架和飞机构件，还可用于制造电子元件等。


(2)利用其导电性，制造电线、电器元件等。


(3)利用其强的还原性，冶炼熔点高的金属、焊接钢轨等。


4．使用铝制品应注意的问题


(1)铝制品耐用是因为表面有致密的氧化铝保护膜，Al2O3是两性氧化物，既可以与酸反应又可以与碱反应，所以铝制品不宜盛放显酸性或碱性的物质。


(2)含氯化钠的物质不能用铝制品盛放。这是因为铝制品表面虽然有致密的氧化膜保护层，但若遇到氯化钠溶液，其中的氯离子会破坏氧化膜的结构，加速铝制品的腐蚀。因此，铝制品不宜用来长时间盛放咸菜等腌制食品。


【典例2】 等体积、等物质的量浓度的盐酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中，各加等质量的铝，生成氢气的体积之比为5∶7，则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是( )


A．甲、乙中都是铝过量


B．甲中铝过量，乙中碱过量


C．甲中酸过量，乙中铝过量


D．甲中酸过量，乙中碱过量


[思路启迪] 解决铝的定量分析题目的前提是：熟练书写铝与盐酸、氢氧化钠溶液反应的化学方程式(或离子方程式)或准确写出相应的关系式。其次要注意反应间的定量关系，无论是铝与酸反应还是与碱反应，Al和H2的关系都是2Al～3H2。最后综合分析题中相关条件判断是否存在过量以及谁过量，然后计算得出数值。


[解析] 因为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，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，本题产生H2的体积比为eq \f(1,3)