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金属材料
【核心素养分析】
1.宏观辨识与微观探析:认识铝与强酸、强碱的反应及其化合物的两性,理解铝及其化合物的性质。
2.证据推理与模型认知：具有证据意识,能基于证据对金属材料性质提出可能的假设,通过分析推理加以证实,能运用模型解释化学现象,揭示现象的本质和规律；在有关物质的量计算过程中，通过分析、推理等理解计算的方法，建立阿伏加德罗常数、气体摩尔体积等题目解答的模型。
3.科学探究与创新意识:能对金属的性质提出有探究价值的问题;能从问题和假设出发,确定探究目的,设计探究方案,进行实验探究。
【目标导航】
1．能依据物质类别列举铝元素的典型代表物，预测其化学性质。
2．能列举、描述、辨识铝及其化合物的物理和化学性质及实验现象。
3．能用化学方程式、离子方程式正确表示铝及其化合物的主要化学性质。
4．能说明常见合金对社会发展的价值，能根据物质的性质分析实验室、生产、生活及环境中的某些常见问题。
5．通过对化学方程式化学计量数意义的重新认识，完成对化学反应从微观到宏观认知的转变，明确化学计量数在不同层次的运算中的使用。
6．通过对物质的量在化学方程式中的应用，理解物质的量在高中化学计算的应用，建立高中使用物质的量及相关概念在方程式计算中的基本运用模型。
7．通过运用物质的量及相关物理量根据化学方程式进行简单计算，感受定量研究对化学科学的重要作用。
【重难点精讲】
一、合金
1．定义：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。
2．组成
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在合金中各组成成分元素的化合价都为0价
3.物理性质：合金具有许多优良的物理或机械性能，在许多方面不同于各成分金属。
(1)硬度：合金的硬度一般大于成分金属，原因：改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层间的相对滑动变得困难。
(2)熔点：合金的熔点多数低于成分金属，原因：熔点的高低由物质内部微粒间作用力的大小决定，同一种金属原子间以金属键结合，作用力强，熔点高;当外来原子进入该晶体的时候，金属键遭到破坏，金属内部出现排列混乱的状态，这时整体金属内能增大，导致熔点降低。
4．合金的电学性质
（1）合金容易形成原电池
（2）腐蚀速率
①一般合金比纯金属易被腐蚀 ②不锈钢：不易被腐蚀
5．合金性能的影响因素
(1)元素的种类。(2)元素含量。(3)生成合金的条件。
二、铁合金
1．合金元素：主要是铁和碳
2．铁合金分类：根据含碳的不同分类
（1）生铁：含碳量2%~4.3%，硬度大，抗压、性脆、韧性差
（2）钢：含碳量0.03%~2%，硬度小，延展性好、韧性好、机械性能好
（3）生铁和钢的比较
生铁 钢
含碳量 2%～4.3% 0.03%～2%
性能特征 硬度大、抗压、性脆、可铸造成型 有良好的延展性、机械性能好、可以锻轧和铸造
主要应用 制造机座、管道等 制造机械和交通工具等
3．钢的分类
（1）碳素钢
①低碳钢：韧性、焊接性好，但硬度低，用于制造钢板、钢丝和钢管等
②中碳钢：硬度高，韧性及加工性好，用于制造钢轨、车轮和建材等
③高碳钢：硬而脆，热处理后弹性好，用于制造器械、弹簧和刀具等
【思考与讨论】参考答案：
碳素钢中其他元素原子的加入改变了铁原子的规则层状排列，不同合金元素或者不同比例的同一合金元素，对原子规则排列的改变不同，因而制得的合金性能也有差异；我们可依据钢的使用条件，加入不同的合金元素；利用各种合金元素的不同性质，可以制得具有多种优良性能的合金，以满足各种不同的性能要求；少量的某种元素可能会对合金的性质造成很大的影响。
（2）合金钢（特种钢）
①形成：在碳素钢中适量加入合金元素，使钢的组织机构发生变化
②性能：强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀等
③不锈钢：合金元素主要是铬（Cr）和镍（Ni），在大气中比较稳定，不易生锈，抗蚀能力强，常用于制造医疗器械、厨房用具和餐具，以及地铁列车的车体等。
三、铝及其化合物
(一)铝
1．铝的存在：自然界中的铝全部以化合态的形式存在，地壳中铝含量位列金属第一位，以铝土矿的形式存在，主要成分是Al2O3，含少量Fe2O3和SiO2。
2．金属铝的物理性质
银白色有金属光泽的固体，有良好的延展性、导电性和导热性等，密度较小，质地柔软。
3．金属铝的化学性质
(1)铝与氧气的反应
①铝粉可以在纯氧中燃烧，发出耀眼的白光，生成氧化铝，4Al＋3O22Al2O3。
②常温下铝在空气中极易与氧气反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜，能阻止氧气与铝进一步反应。
(2)铝与氯气、硫的反应：2Al＋3Cl22AlCl3、2Al＋3SAl2S3
(3)铝与酸的反应——【实验3-4】
实验装置
实验原理 Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O；2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑
实验用品 盐酸、铝片；试管、酒精灯、木条。
实验步骤 在一支试管中加入5mL盐酸，再向试管中放入一小块铝片。观察实验现象。过一段时间后，将点燃的木条放在试管口，你观察到什么现象？
实验现象 铝片表面有大量气泡产生，试管壁有发热现象。一段时间后，将，点燃的木条放在试管口，可听到爆鸣声
实验结论 氧化铝和铝均能和盐酸反应。
实验说明 铝片表面有一层致密的保护膜氧化铝，可以与盐酸发生反应：Al2O3+6HC1=2A1C13+3H20,这个阶段没有气体生成；随着反应的进行，保护膜氧化铝逐渐减少，铝单质直接与盐酸接触，发生反应：2A1+6HC1=2A1C13+3H2↑。因此，铝片与盐酸刚开始反应时没有气泡产生，一段时间后，当铝与盐酸反应产生氢气、且氢气将试管中空气排净后，即可用点燃的木条检验氢气。试管壁发热说明反应在生成新物质的同时，放出了热量。
说明：Al常温下遇冷的浓硫酸、浓硝酸会发生钝化。
(4)铝与强碱溶液的反应——【实验3-5】
实验装置
实验原理 2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑；Al2O3+2NaOH+3H2O=2Na[Al(OH)4]
实验用品 NaOH溶液、铝片；试管、酒精灯、木条。
实验步骤 在两支试管中分别加入少量的NaOH溶液，然后向其中一支试管中放入一小块铝片，向另一支试管中放入用砂纸仔细打磨过（除去表面的氧化膜）的一小块铝片。观察实验现象。过一段时间后，将点燃的木条分别放在两支试管口，你观察到什么现象？
实验现象 用砂纸打磨过的铝片表面立即剧烈反应，有大量气泡产生，试管壁有发热现象。未经打磨过的铝片刚开始反应较慢，后逐渐加快，产生大量气泡，试管壁有发热现象。一段时间后，将点燃的木条放在两支试管口，均可听到爆鸣声
实验结论 铝表面的Al2O3可溶于NaOH溶液；Al可与强碱溶液反应生成氢气
实验说明 用砂纸打磨过的铝片已擦除表面的保护膜氧化铝，铝单质与氢氧化钠溶液直接接触。该反应分为两步，第一步是铝与水反应：2A1+6H20=2A1(OH)3+3H2↑，由于生成的氢氧化铝为难溶物，会附着在铝表面，阻止反应进一步发生，因而铝和水的反应进行程度很小。第二步是氢氧化铝与氢氧化钠反应：Al(OH)3+NaOH=Na[Al(OH)4]。由于氢氧化铝为两性氢氧化物，与强碱可以反应，氢氧化铝被消耗促进了第一步反应的继续进行，两步加起来就是总的方程式：2A1+2NaOH+6H20=2Na[A1(OH)4]+3H2↑。试管壁发热说明反应在生成新物质的同时，放出了热量。未打磨的铝片表面有一层致密的保护膜氧化铝，由于氧化铝为两性氧化物既能与酸反应，又能与碱反应，因此，将其放入氢氧化钠溶液中后，铝片上的氧化铝先与氢氧化钠反应：Al2O3+2NaOH+3H20=2Na[A1(OH)4],氧化铝逐渐减少，铝单质露置于氢氧化钠溶液中，发生反应：2A1+2NaOH+6H20=2Na[A1(OH)4]+3H2↑。试管壁发热说明反应在生成新物质的同时，放出了热量。
(5)铝热反应
实验装置
实验现象 ①镁带剧烈燃烧，放出大量的热，并发出耀眼的白光，氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；②纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中
实验结论 高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热：Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3
原理应用 ①制取熔点较高、活动性弱于Al的金属，如铁、铬、锰、钨等，3MnO2＋4Al3Mn＋2Al2O3；②金属焊接，如野外焊接钢轨等
4.铝的制备和用途
(1)制备原理：铝土矿Al2O3Al，电解熔融Al2O3：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。
【特别提醒】工业上冶炼Al用电解熔融Al2O3而不用AlCl3的原因：AlCl3是共价化合物，熔融态不导电。
(2)铝的用途：纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等，铝还用作还原剂。
（二）氧化铝
1.物理性质：白色固体，难溶于水，熔点很高。
2.化学性质——两性氧化物
(1)两性氧化物：既能与酸反应，生成盐和水，又能与碱反应，生成盐和水的氧化物，叫两性氧化物。
(2)氧化铝是一种两性氧化物，既能与酸(如盐酸)反应，又能与碱(如NaOH溶液)反应。
①与酸反应：Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O，Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O
②与碱反应：Al2O3+2NaOH＋3H2O=2Na[A1(OH)4]+H2O，Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[A1(OH)4]-
【易错警示】这里的酸碱是指强酸、强碱。
3.用途：①作耐火材料②冶炼铝的原料
4.制备：Al(OH)3加热分解：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O
（三）氢氧化铝
1.物理性质：白色胶状不溶于水的固体，有较强的吸附性。
2.化学性质——两性氢氧化物
Al(OH)3的电离方程式为
酸式电离：Al(OH)3＋H2O[A1(OH)4]-＋H＋
碱式电离：Al(OH)3Al3＋＋3OH－
①与酸反应：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
②与碱反应：Al(OH)3＋OH－===[A1(OH)4]-
③受热分解：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O
【总结归纳】既能与酸反应又能与碱反应的物质：①弱酸的铵盐，如：NH4HCO3、CH3COONH4、(NH4)2S等；②弱酸的酸式盐，如：NaHCO3、KHS、NaHSO3等；③氨基酸；④铝及铝的氧化物、氢氧化物。
3.用途①制药 ②净水作用
4.制备Al(OH)3的三种方法
①向铝盐中加入氨水，离子方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。
②NaAlO2溶液中通入足量CO2，离子方程式为[A1(OH)4]-＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO。
③可溶性铝盐和偏铝酸盐水溶液中混合：3[A1(OH)4]-＋Al3＋===4Al(OH)3↓。
四、铝合金
1．形成：向铝中加入少量合金元素，如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等，可制成铝合金。
2．硬铝合金
(1)组成：含Cu 4%、Mg 0.5%、Mn 0.5%、Si 0.7%。
(2)性能：密度小、强度高、具有较强的抗腐蚀能力。
(3)用途：制造飞机和宇宙飞船。
3.镁铝合金：制造飞机和宇宙飞船的理想材料
五、新型合金
种类 储氢合金 钛合金 耐热合金 形状记忆合金
应用 用于以H2为燃料的汽车 制造耐压球壳 制造喷气式飞机发动机叶片 制造航天器天线
1．储氢合金
（1）概念：能够大量吸收氢气，并与氢气结合成金属氢化物的材料
（2）实用性要求
①储氢量大。
②金属氢化物容易形成，稍微加热容易分解。
③室温下吸、放氢速率快。
（3）代表物：Ti-Fe合金，La-Ni合金
2．其他新型合金：钛合金、耐热合金、形状记忆合金等。
六、物质的量在化学方程式计算中的应用
1、根据化学方程式进行计算的基本步骤
（1）物质的量与其他物理量之间的计算公式
（2）化学方程式中的定量关系
化学方程式 2CO+O22CO2
化学计量数之比 2∶1∶2
物质微粒数之比 2∶1∶2
扩大NA倍之后 2NA∶NA∶2NA
物质的量之比 2 mol∶1 mol∶2 mol
标准状况下体积之比 44．8 L∶22．4 L∶44．8 L
相同状况下体积之比 2∶1∶2
结论：化学方程式中各物质的化学计量数之比等于粒子个数之比，也等于各物质的物质的量之比。
（3）物质的量应用于化学方程式计算类的解题步骤
①“审”：审清题目条件和题目要求。
②“设”：设出的未知数直接用各物理量的符号表示，并且不带单位。
③“写”：依据题意写出并配平化学方程式。
④“标”：在化学方程式中有关物质的化学式下面标出已知物质和所求物质有关物理量的关系，并代入已知量和未知量。比较复杂的数量关系可先化简。
⑤“列”：将有关的几个量列出比例式。
⑥“解”：根据上述比例式求解未知数。
⑦“答”：根据题目要求简明地写出答案。
2、常用计算方法
（1）关系式法：关系式法是一种巧妙利用已知量与未知量之间关系进行解题的一种方法，一般适用于多步进行的连续反应，因前一个反应的产物是后一个反应的反应物，可以根据中间物质的传递关系，找出原料和最终产物的相应关系式。它是化学计算中的基本解题方法之一，利用关系式法可以将多步计算转化为一步计算，免去逐步计算中的麻烦，简化解题步骤，减少运算量，且计算结果不易出错，准确率高。关系式法有如下两种类型：
①纵向关系式：经过多步的连续反应，即后一反应的反应物为前一反应的生成物，采用“加合”，将多步运算转化为一步计算
②横向关系式：几种不同物质中含相同的量，根据该量将几种不同物质直接联系起来进行运算。有多个平行的化学反应即多个反应的生成物有一种相同，根据这一相同的生成物，找出有关物质的关系式，依此关系式进行计算可简化运算过程。
（2）守恒法
所谓“守恒”就是物质在发生“变化”或两物质在发生“相互作用”的过程中某些物理量的总量保持“不变”。在化学变化中的各种各样的守恒，如质量守恒、元素守恒、原子守恒、得失电子守恒、电荷守恒、能量守恒等。利用化学反应前后某些量之间的等量关系，推理得出正确答案的方法称为守恒法。仔细挖题目中隐含的等量关系是守恒法解题的关键。
①质量守恒法：宏观特征：反应前后质量守恒；微观特征：反应前后各元素的原子个数守恒。
②电荷守恒法：溶液中阴、阳离子个数不一定相等，但正负电荷总数相等。离子方程式中，反应物所带电荷总数与生成物所带电荷总数相同且电性相同。
③得失电子守恒：氧化还原反应中，氧化剂得电子总数与还原剂失电子总数相等。
（3）差量法(差值法)
差量法是指根据化学反应前后有关物理量发生的变化，找出“理论差量”。这种物理量可以是质量、物质的量、气态物质的体积和压强、反应过程中的热量等。用差量法解题时先把化学方程式中的对应差量(理论差量)跟实际差量列成比例，然后求解。差量类型①气体体积差量②气体质量差量③液-液质量差量④固-液质量差量⑤气-液质量差量⑥气-固质量差量⑦溶解度差量。
【特别提醒】①x、y可表示物质的质量、物质的量、气体体积等,因而差量可指质量之差(△m)物质的量之差(△n)或气体体积之差(△V)等。
②分清“差量”是增还是减.在较复杂的情况,存在多个反应,可能差量的增减方向并不一致,这就要取其代数和.若方向相同,则总差量等于各个分差量之和。
③正确分析形成差量的原因,找出对应的根据方程式得出的“理论差量”是差量法解题的关键。
【典题精练】
考点1 考查合金的性质及应用
例1．下列关于合金的说法中，正确的是
A．生铁的含碳量为
B．合金中可以含有非金属元素
C．合金的熔点一定比其各成分金属的熔点高
D．常见的一些合金的硬度比其成分金属的大，是因为合金中原子的排列比纯金属中更规整
【解析】A．生铁的含碳量为2%～4.3%之间，钢的含碳量为，故A错误；B．合金中可以含有非金属元素，如钢是铁和碳的合金，故B正确；C．合金的熔点比其各成分金属的熔点低，故C错误；D．合金内加入了其他元素或大或小的原子，改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难，所以常见的一些合金的硬度比其成分金属的大，故D错误；选B。
【答案】B
考点2、考查铁合金
例2．纯铁实际使用范围有限，钢和生铁都是主要含铁的合金。以下说法正确的是
A．钢是铁合金，只含有金属元素 B．生铁和钢都是碳铁合金
C．生铁更具韧性，而钢更脆 D．它们的熔点都比纯铁高
【解析】A．合金指在一种金属在加热熔合其他金属或非金属形成的具有金属性质的混合物，故A错误；B．生铁和钢都是常见的铁合金，故B正确；C．生铁的含碳量更高，更脆硬，而钢强度更高更具韧性，故C错误；D．合金的熔点都比纯金属低，故D错误。答案为：B。
【答案】B
考点3、考查铝和铝合金
例3．下列关于金属铝及其化合物的叙述，正确的是
A．铝耐腐蚀是因为常温下金属铝不能与氧气反应
B．铝合金密度小，硬度大，耐腐蚀，是制造飞机的理想材料
C．相同质量的铝分别与足量盐酸和烧碱溶液反应产氢气的质量比为3∶1
D．铝表面有氧化膜保护，铝制器皿可以长时间盛放酸碱性溶液
【解析】A. 铝耐腐蚀是因为常温下金属铝与氧气反应生成一层致密的氧化铝薄膜，故A错误；B．铝合金密度小，硬度大，耐腐蚀，是制造飞机的理想材料，故B正确；C．铝与酸反应生成氯化铝和H2，铝和烧碱反应生成偏铝酸钠和H2，相同质量的铝分别与足量盐酸和烧碱溶液反应产氢气的质量比为1∶1，故C错误；D．氧化铝是两性氢氧化物，氧化铝可以和酸性溶液和碱性溶液反应，故铝制器皿不可以长时间盛放酸碱性溶液，故D错误；故选B。
【答案】B
【易错提醒】(1)活泼金属与酸反应是金属的通性，而铝不仅能与酸(H＋)反应，还能够与碱溶液反应，表现出特殊性：2Al＋2OH－＋6H2O===2[A1(OH)4]-＋3H2↑。
(2)常温下，能用铝制容器盛放浓硫酸、浓硝酸的原因是二者能使铝发生“钝化”，而不是铝与浓硫酸、浓硝酸不反应。
(3)铝制品不宜长时间盛放咸菜等腌制食品，原因是氯化钠溶液中的氯离子会破坏氧化膜的结构。
考点4、考查根据化学方程式进行计算
例4．甲、乙两烧杯各盛有200 mL 3 mol·L的盐酸和氢氧化钠溶液，向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甲∶乙，则加入铝粉的质量为
A．3.6 g B．5.4 g C．7.2 g D．10.8 g
【解析】Al与HCl和NaOH反应的化学方程式分别为2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑和2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，若酸和碱足量，则生成氢气体积应相同，现生成气体体积比为3：4，说明盐酸不足，则0.6molHCl完全反应生成氢气0.3mol，因此铝与NaOH反应生成氢气0.4mol，氢氧化钠过量，铝的物质的量为质量为7.2g，故答案选C。
【答案】C
考点5、考查常用计算方法在化学计算中的运用
例5．使4.6gCu和Mg的合金完全溶于浓硝酸中，假定硝酸被还原后只产生4.48LNO2气体(标准状况)，向反应后溶液中加入足量NaOH溶液，生成沉淀的最大量为
A．6.3g B．7.5g C．8.0g D．9.7g
【分析】题中涉及的反应有：，，反应后生成Cu(OH)2和Mg(OH)2，根据以上反应关系可知铜和镁失去电子的物质的量等于结合的氢氧根的物质的量，反应后沉淀的质量等于合金的质量加上氢氧根的质量。
【解析】由题意得生成气体只有NO2，，反应中N元素化合价由+5降低到+4，则转移电子的物质的量为0.2mol，由分析可知生成沉淀的质量为：4.6g+0.2mol×17g/mol=8.0g，故答案选C。
【答案】C
【思维建模】关系式法解题步骤
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金属材料
【核心素养分析】
1.宏观辨识与微观探析:认识铝与强酸、强碱的反应及其化合物的两性,理解铝及其化合物的性质。
2.证据推理与模型认知：具有证据意识,能基于证据对金属材料性质提出可能的假设,通过分析推理加以证实,能运用模型解释化学现象,揭示现象的本质和规律；在有关物质的量计算过程中，通过分析、推理等理解计算的方法，建立阿伏加德罗常数、气体摩尔体积等题目解答的模型。
3.科学探究与创新意识:能对金属的性质提出有探究价值的问题;能从问题和假设出发,确定探究目的,设计探究方案,进行实验探究。
【目标导航】
1．能依据物质类别列举铝元素的典型代表物，预测其化学性质。
2．能列举、描述、辨识铝及其化合物的物理和化学性质及实验现象。
3．能用化学方程式、离子方程式正确表示铝及其化合物的主要化学性质。
4．能说明常见合金对社会发展的价值，能根据物质的性质分析实验室、生产、生活及环境中的某些常见问题。
5．通过对化学方程式化学计量数意义的重新认识，完成对化学反应从微观到宏观认知的转变，明确化学计量数在不同层次的运算中的使用。
6．通过对物质的量在化学方程式中的应用，理解物质的量在高中化学计算的应用，建立高中使用物质的量及相关概念在方程式计算中的基本运用模型。
7．通过运用物质的量及相关物理量根据化学方程式进行简单计算，感受定量研究对化学科学的重要作用。
【重难点精讲】
一、合金
1．定义：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。
2．组成
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在合金中各组成成分元素的化合价都为0价
3.物理性质：合金具有许多优良的物理或机械性能，在许多方面不同于各成分金属。
(1)硬度：合金的硬度一般大于成分金属，原因：改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层间的相对滑动变得困难。
(2)熔点：合金的熔点多数低于成分金属，原因：熔点的高低由物质内部微粒间作用力的大小决定，同一种金属原子间以金属键结合，作用力强，熔点高;当外来原子进入该晶体的时候，金属键遭到破坏，金属内部出现排列混乱的状态，这时整体金属内能增大，导致熔点降低。
4．合金的电学性质
（1）合金容易形成原电池
（2）腐蚀速率
①一般合金比纯金属易被腐蚀 ②不锈钢：不易被腐蚀
5．合金性能的影响因素
(1)元素的种类。(2)元素含量。(3)生成合金的条件。
二、铁合金
1．合金元素：主要是铁和碳
2．铁合金分类：根据含碳的不同分类
（1）生铁：含碳量2%~4.3%，硬度大，抗压、性脆、韧性差
（2）钢：含碳量0.03%~2%，硬度小，延展性好、韧性好、机械性能好
（3）生铁和钢的比较
生铁 钢
含碳量 2%～4.3% 0.03%～2%
性能特征 硬度大、抗压、性脆、可铸造成型 有良好的延展性、机械性能好、可以锻轧和铸造
主要应用 制造机座、管道等 制造机械和交通工具等
3．钢的分类
（1）碳素钢
①低碳钢：韧性、焊接性好，但硬度低，用于制造钢板、钢丝和钢管等
②中碳钢：硬度高，韧性及加工性好，用于制造钢轨、车轮和建材等
③高碳钢：硬而脆，热处理后弹性好，用于制造器械、弹簧和刀具等
【思考与讨论】参考答案：
碳素钢中其他元素原子的加入改变了铁原子的规则层状排列，不同合金元素或者不同比例的同一合金元素，对原子规则排列的改变不同，因而制得的合金性能也有差异；我们可依据钢的使用条件，加入不同的合金元素；利用各种合金元素的不同性质，可以制得具有多种优良性能的合金，以满足各种不同的性能要求；少量的某种元素可能会对合金的性质造成很大的影响。
（2）合金钢（特种钢）
①形成：在碳素钢中适量加入合金元素，使钢的组织机构发生变化
②性能：强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀等
③不锈钢：合金元素主要是铬（Cr）和镍（Ni），在大气中比较稳定，不易生锈，抗蚀能力强，常用于制造医疗器械、厨房用具和餐具，以及地铁列车的车体等。
三、铝及其化合物
(一)铝
1．铝的存在：自然界中的铝全部以化合态的形式存在，地壳中铝含量位列金属第一位，以铝土矿的形式存在，主要成分是Al2O3，含少量Fe2O3和SiO2。
2．金属铝的物理性质
银白色有金属光泽的固体，有良好的延展性、导电性和导热性等，密度较小，质地柔软。
3．金属铝的化学性质
(1)铝与氧气的反应
①铝粉可以在纯氧中燃烧，发出耀眼的白光，生成氧化铝，____________。
②常温下铝在空气中极易与氧气反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜，能阻止氧气与铝进一步反应。
(2)铝与氯气、硫的反应：____________、____________。
(3)铝与酸的反应——【实验3-4】
实验装置
实验原理 ____________；____________
实验用品 盐酸、铝片；试管、酒精灯、木条。
实验步骤 在一支试管中加入5mL盐酸，再向试管中放入一小块铝片。观察实验现象。过一段时间后，将点燃的木条放在试管口，你观察到什么现象？
实验现象 铝片表面有大量气泡产生，试管壁有发热现象。一段时间后，将，点燃的木条放在试管口，可听到爆鸣声
实验结论 氧化铝和铝均能和盐酸反应。
实验说明 铝片表面有一层致密的保护膜氧化铝，可以与盐酸发生反应：____________,这个阶段没有气体生成；随着反应的进行，保护膜氧化铝逐渐减少，铝单质直接与盐酸接触，发生反应：____________。因此，铝片与盐酸刚开始反应时没有气泡产生，一段时间后，当铝与盐酸反应产生氢气、且氢气将试管中空气排净后，即可用点燃的木条检验氢气。试管壁发热说明反应在生成新物质的同时，放出了热量。
说明：Al常温下遇冷的浓硫酸、浓硝酸会发生钝化。
(4)铝与强碱溶液的反应——【实验3-5】
实验装置
实验原理 ____________；____________
实验用品 NaOH溶液、铝片；试管、酒精灯、木条。
实验步骤 在两支试管中分别加入少量的NaOH溶液，然后向其中一支试管中放入一小块铝片，向另一支试管中放入用砂纸仔细打磨过（除去表面的氧化膜）的一小块铝片。观察实验现象。过一段时间后，将点燃的木条分别放在两支试管口，你观察到什么现象？
实验现象 用砂纸打磨过的铝片表面立即剧烈反应，有大量气泡产生，试管壁有发热现象。未经打磨过的铝片刚开始反应较慢，后逐渐加快，产生大量气泡，试管壁有发热现象。一段时间后，将点燃的木条放在两支试管口，均可听到爆鸣声
实验结论 铝表面的Al2O3可溶于NaOH溶液；Al可与强碱溶液反应生成氢气
实验说明 用砂纸打磨过的铝片已擦除表面的保护膜氧化铝，铝单质与氢氧化钠溶液直接接触。该反应分为两步，第一步是铝与水反应：____________，由于生成的氢氧化铝为难溶物，会附着在铝表面，阻止反应进一步发生，因而铝和水的反应进行程度很小。第二步是氢氧化铝与氢氧化钠反应：____________。由于氢氧化铝为两性氢氧化物，与强碱可以反应，氢氧化铝被消耗促进了第一步反应的继续进行，两步加起来就是总的方程式：____________。试管壁发热说明反应在生成新物质的同时，放出了热量。未打磨的铝片表面有一层致密的保护膜氧化铝，由于氧化铝为两性氧化物既能与酸反应，又能与碱反应，因此，将其放入氢氧化钠溶液中后，铝片上的氧化铝先与氢氧化钠反应：____________,氧化铝逐渐减少，铝单质露置于氢氧化钠溶液中，发生反应：____________。试管壁发热说明反应在生成新物质的同时，放出了热量。
(5)铝热反应
实验装置
实验现象 ①镁带剧烈燃烧，放出大量的热，并发出耀眼的白光，氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；②纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中
实验结论 高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热：____________
原理应用 ①制取熔点较高、活动性弱于Al的金属，如铁、铬、锰、钨等，____________；②金属焊接，如野外焊接钢轨等
4.铝的制备和用途
(1)制备原理：铝土矿Al2O3Al，电解熔融Al2O3：____________。
【特别提醒】工业上冶炼Al用电解熔融Al2O3而不用AlCl3的原因：AlCl3是共价化合物，熔融态不导电。
(2)铝的用途：纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等，铝还用作还原剂。
（二）氧化铝
1.物理性质：白色固体，难溶于水，熔点很高。
2.化学性质——两性氧化物
(1)两性氧化物：既能与酸反应，生成盐和水，又能与碱反应，生成盐和水的氧化物，叫两性氧化物。
(2)氧化铝是一种两性氧化物，既能与酸(如盐酸)反应，又能与碱(如NaOH溶液)反应。
①与酸反应：____________（化学），____________（离子）
②与碱反应：____________（化学），____________（离子）
【易错警示】这里的酸碱是指强酸、强碱。
3.用途：①作耐火材料②冶炼铝的原料
4.制备：Al(OH)3加热分解：____________
（三）氢氧化铝
1.物理性质：白色胶状不溶于水的固体，有较强的吸附性。
2.化学性质——两性氢氧化物
Al(OH)3的电离方程式为
酸式电离：____________
碱式电离：____________
①与酸反应：____________②与碱反应：____________
③受热分解：____________
【总结归纳】既能与酸反应又能与碱反应的物质：①弱酸的铵盐，如：NH4HCO3、CH3COONH4、(NH4)2S等；②弱酸的酸式盐，如：NaHCO3、KHS、NaHSO3等；③氨基酸；④铝及铝的氧化物、氢氧化物。
3.用途①制药 ②净水作用
4.制备Al(OH)3的三种方法
①向铝盐中加入氨水，离子方程式为____________。
②NaAlO2溶液中通入足量CO2，离子方程式为____________。
③可溶性铝盐和偏铝酸盐水溶液中混合：____________。
四、铝合金
1．形成：向铝中加入少量合金元素，如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等，可制成铝合金。
2．硬铝合金
(1)组成：含Cu 4%、Mg 0.5%、Mn 0.5%、Si 0.7%。
(2)性能：密度小、强度高、具有较强的抗腐蚀能力。
(3)用途：制造飞机和宇宙飞船。
3.镁铝合金：制造飞机和宇宙飞船的理想材料
五、新型合金
种类 储氢合金 钛合金 耐热合金 形状记忆合金
应用 用于以H2为燃料的汽车 制造耐压球壳 制造喷气式飞机发动机叶片 制造航天器天线
1．储氢合金
（1）概念：能够大量吸收氢气，并与氢气结合成金属氢化物的材料
（2）实用性要求
①储氢量大。
②金属氢化物容易形成，稍微加热容易分解。
③室温下吸、放氢速率快。
（3）代表物：Ti-Fe合金，La-Ni合金
2．其他新型合金：钛合金、耐热合金、形状记忆合金等。
六、物质的量在化学方程式计算中的应用
1、根据化学方程式进行计算的基本步骤
（1）物质的量与其他物理量之间的计算公式
（2）化学方程式中的定量关系
化学方程式 2CO+O22CO2
化学计量数之比 2∶1∶2
物质微粒数之比 2∶1∶2
扩大NA倍之后 2NA∶NA∶2NA
物质的量之比 2 mol∶1 mol∶2 mol
标准状况下体积之比 44．8 L∶22．4 L∶44．8 L
相同状况下体积之比 2∶1∶2
结论：化学方程式中各物质的化学计量数之比等于粒子个数之比，也等于各物质的物质的量之比。
（3）物质的量应用于化学方程式计算类的解题步骤
①“审”：审清题目条件和题目要求。
②“设”：设出的未知数直接用各物理量的符号表示，并且不带单位。
③“写”：依据题意写出并配平化学方程式。
④“标”：在化学方程式中有关物质的化学式下面标出已知物质和所求物质有关物理量的关系，并代入已知量和未知量。比较复杂的数量关系可先化简。
⑤“列”：将有关的几个量列出比例式。
⑥“解”：根据上述比例式求解未知数。
⑦“答”：根据题目要求简明地写出答案。
2、常用计算方法
（1）关系式法：关系式法是一种巧妙利用已知量与未知量之间关系进行解题的一种方法，一般适用于多步进行的连续反应，因前一个反应的产物是后一个反应的反应物，可以根据中间物质的传递关系，找出原料和最终产物的相应关系式。它是化学计算中的基本解题方法之一，利用关系式法可以将多步计算转化为一步计算，免去逐步计算中的麻烦，简化解题步骤，减少运算量，且计算结果不易出错，准确率高。关系式法有如下两种类型：
①纵向关系式：经过多步的连续反应，即后一反应的反应物为前一反应的生成物，采用“加合”，将多步运算转化为一步计算
②横向关系式：几种不同物质中含相同的量，根据该量将几种不同物质直接联系起来进行运算。有多个平行的化学反应即多个反应的生成物有一种相同，根据这一相同的生成物，找出有关物质的关系式，依此关系式进行计算可简化运算过程。
（2）守恒法
所谓“守恒”就是物质在发生“变化”或两物质在发生“相互作用”的过程中某些物理量的总量保持“不变”。在化学变化中的各种各样的守恒，如质量守恒、元素守恒、原子守恒、得失电子守恒、电荷守恒、能量守恒等。利用化学反应前后某些量之间的等量关系，推理得出正确答案的方法称为守恒法。仔细挖题目中隐含的等量关系是守恒法解题的关键。
①质量守恒法：宏观特征：反应前后质量守恒；微观特征：反应前后各元素的原子个数守恒。
②电荷守恒法：溶液中阴、阳离子个数不一定相等，但正负电荷总数相等。离子方程式中，反应物所带电荷总数与生成物所带电荷总数相同且电性相同。
③得失电子守恒：氧化还原反应中，氧化剂得电子总数与还原剂失电子总数相等。
（3）差量法(差值法)
差量法是指根据化学反应前后有关物理量发生的变化，找出“理论差量”。这种物理量可以是质量、物质的量、气态物质的体积和压强、反应过程中的热量等。用差量法解题时先把化学方程式中的对应差量(理论差量)跟实际差量列成比例，然后求解。差量类型①气体体积差量②气体质量差量③液-液质量差量④固-液质量差量⑤气-液质量差量⑥气-固质量差量⑦溶解度差量。
【特别提醒】①x、y可表示物质的质量、物质的量、气体体积等,因而差量可指质量之差(△m)物质的量之差(△n)或气体体积之差(△V)等。
②分清“差量”是增还是减.在较复杂的情况,存在多个反应,可能差量的增减方向并不一致,这就要取其代数和.若方向相同,则总差量等于各个分差量之和。
③正确分析形成差量的原因,找出对应的根据方程式得出的“理论差量”是差量法解题的关键。
【典题精练】
考点1 考查合金的性质及应用
例1．下列关于合金的说法中，正确的是
A．生铁的含碳量为
B．合金中可以含有非金属元素
C．合金的熔点一定比其各成分金属的熔点高
D．常见的一些合金的硬度比其成分金属的大，是因为合金中原子的排列比纯金属中更规整
考点2、考查铁合金
例2．纯铁实际使用范围有限，钢和生铁都是主要含铁的合金。以下说法正确的是
A．钢是铁合金，只含有金属元素 B．生铁和钢都是碳铁合金
C．生铁更具韧性，而钢更脆 D．它们的熔点都比纯铁高
考点3、考查铝和铝合金
例3．下列关于金属铝及其化合物的叙述，正确的是
A．铝耐腐蚀是因为常温下金属铝不能与氧气反应
B．铝合金密度小，硬度大，耐腐蚀，是制造飞机的理想材料
C．相同质量的铝分别与足量盐酸和烧碱溶液反应产氢气的质量比为3∶1
D．铝表面有氧化膜保护，铝制器皿可以长时间盛放酸碱性溶液
点4、考查根据化学方程式进行计算
例4．甲、乙两烧杯各盛有200 mL 3 mol·L的盐酸和氢氧化钠溶液，向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甲∶乙，则加入铝粉的质量为
A．3.6 g B．5.4 g C．7.2 g D．10.8 g
考点5、考查常用计算方法在化学计算中的运用
例5．使4.6gCu和Mg的合金完全溶于浓硝酸中，假定硝酸被还原后只产生4.48LNO2气体(标准状况)，向反应后溶液中加入足量NaOH溶液，生成沉淀的最大量为
A．6.3g B．7.5g C．8.0g D．9.7g
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