高中化学必修一《3.2 金属材料》导学案

《第二节金属材料》导学案

第1课时金属材料

【学习目标】

【课前预习】

一、合金的定义及性能

1．合金的定义

合金是由两种或两种以上的金属(或金属和非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。

2．合金与纯金属的性能差异

(1)合金的硬度比其成分金属大，机械性能一般优于各成分金属。

(2)合金的熔点一般低于它的各成分金属。

(3)合金具有各成分金属的化学性质，合金一定是混合物。

二、金属材料的类型

1．铁合金

生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金。生铁的含碳量为2%～4.3%，钢的含碳量为0.03%～2%。由于含碳量不同，钢和生铁在性能上有很大差异。例如，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；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。

钢是用量最大、用途最广的合金，根据其化学成分，可分为两大类：碳素钢和合金钢。根据含碳量不同，碳素钢可分为高碳钢、中碳钢和低碳钢。合金钢也叫特种钢，是在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种特殊性能，如强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀等。不锈钢是最常见的一种合金钢，它的合金元素主要是铬

(Cr)和镍(Ni)。

2．铝和铝合金

(1)铝是地壳中含量最多的金属元素。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。人们日常用的铝制品通常都是由铝合金制造的，其表面总是覆盖着致密的氧化铝薄膜，这层膜起着保护内部金属的作用。

(2)纯铝的硬度和强度较小，不适合制造机器零件等。向铝中加入少量的合金元素可制成铝合金。铝合金是目前用途广泛的合金之一。如硬铝是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。

3．新型合金

储氢合金是一类能够大量吸收H

2，并与H

2

结合成金属氢化物的材料。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。

三、铝、氧化铝的化学性质

1．铝的化学性质

铝作为一种活泼金属，具有金属的化学通性，此外，铝既能与酸反应又能与碱反应。

写出下列反应的化学方程式和离子方程式：

2．氧化铝的化学性质

Al

2O

3

是两性氧化物，与酸或碱溶液都能反应生成盐和水。

写出下列反应的离子方程式：

【重难点解决】

金属铝与酸、碱反应生成H 2的量的关系 1．反应原理

2Al ＋6H ＋===2Al 3＋＋3H 2↑； 2Al ＋2OH －＋2H 2O===2AlO －2＋3H 2↑。 2．量的关系

定量关系⎩⎨⎧2Al ～6H ＋

～3H 2

2Al ～2OH －

～3H 2

(1)等量的铝分别与足量的盐酸和NaOH 溶液反应，产生H 2的量相等，此时消耗HCl 与NaOH 的物质的量之比为3∶1。

(2)足量的铝分别与等物质的量的盐酸和NaOH 溶液反应，产生H 2的物质的量之比为1∶3，此时消耗铝的物质的量之比也为1∶3。

(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸和NaOH 溶液反应，若13

n NaOH （H 2）<1，

则必定有：①铝与盐酸反应时，铝过量而盐酸不足；②铝与NaOH 溶液反应时，铝不足而NaOH 过量。

3．灵活利用数轴正确分析量的关系

铝与氢氧化钠溶液反应的实质是铝先与强碱溶液中的水反应生

成H 2和Al(OH)3，然后Al(OH)3再与NaOH 反应生成H 2O 和NaAlO 2，反应中铝做还原剂，水做氧化剂，NaOH 无电子得失。

用双线桥法和单线桥法分别表示

【课堂练习】

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

解析：选A。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。

2．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，下列用途不切实际的是( )

A．用来做保险丝

B．用于制造航天飞机

C．用来制造人造骨

D．用于家庭装修，制作钛合金装饰门

解析：选A。由于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，不引起排斥反应，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，制作钛合金装饰门，D正确；由于其熔点高，不适合做保险丝，A错误。

3．铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应，当两个反应放出的气体在相同状况下体积相等时，反应中消耗的HCl和NaOH的物质的量之比为( ) A．1∶1 B．2∶1

C．3∶1 D．1∶3

解析：选C。由铝与盐酸反应的化学方程式2Al＋6HCl===2AlCl

3＋3H

2

↑和

铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式2Al＋2NaOH＋2H

2O===2NaAlO

2

＋3H

2

↑可

知，生成等量氢气需要两者物质的量之比为n(HCl)∶n(NaOH)＝3∶1。

课堂小结

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)人类历史上使用最早的合金是青铜。( )

(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)镁、铝熔合成合金的过程发生了化学变化。( )

(6)储氢合金属于金属氢化物材料。( )

(7)合金是混合物，具有金属的特性。( )

答案：(1)√(2)×(3)√(4)×(5)×(6)√(7)√

2．纯铁的熔点为1 535 ℃，而高炉中炼铁时生铁(含碳量较高的铁的合金)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．合金的熔点一般比其成分物质的熔点低

C．形成了铁碳合金，所以熔点变高

D．在高炉内熔化的过程中发生了化学反应

解析：选B。合金的熔点一般比其各成分金属的熔点低。

3．下列关于铝合金的说法中错误的是( )

A．铝合金是一种混合物，它比纯铝的熔点低

B．高温铝液易被氧化，铝合金应在熔剂层覆盖下熔炼

C．镁铝合金耐腐蚀，但能被烧碱腐蚀

D．镁铝合金在盐酸中无法溶解

解析：选D。A项，合金均为混合物，一般来说，合金的熔点比成分金属的

氧化；C 熔点低；B项，在熔剂层覆盖下熔炼，可隔绝空气，防止高温铝液被O

2

项，镁铝合金中的铝能与NaOH溶液反应；D项，合金中的Mg、Al均能与盐酸反应。

4．下列有关厨房中铝制品的使用，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