人教版高中化学必修第一册第三章铁金属材料3.2.1铁合金铝和铝合金新型合金教学课件

(共37张PPT)
常见的合金及应用
第1课时
第二节　金属材料
第三章　铁 金属材料
课堂引入
不锈钢制成的餐具
锰钢制成的钢轨
铝合金制成的车载桌
黄金制成的饰品
生活中常见的合金
在科技生产、工农业和日常生活中，我们很少使用纯金属，而主要使用合金，那么什么是合金？合金有哪些优良的性能？你知道合金在生活中有哪些用途？
1.合金
(1)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)合金具有优良的物理、化学或机械性能；一般来说，合金的硬度大于各成分金属，熔点低于各成分金属。
目标一 铁合金
特别提醒
①合金中一定含有金属元素
②合金中也可能含有非金属元素
③合金一定是混合物
④合金中成分的含量影响合金的性质。
根据纯金属与合金的结构比较，说明合金的硬度比其成分金属大的原因。
思考1
所有原子的大小和形状相同，排列十分规整
加入其他元素原子，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，导致合金的硬度变大。
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？
思考2
提示　不能。当铜开始熔化时，钠已经气化，所以二者不能形成合金。
2.铁合金
生铁和钢的比较：
铁的合金 生铁 钢
C% 2%－4.3% 0.03%－2%
其他杂质 Si、Mn、S、P（较多） Si、Mn、S、P （较少）
机械性能 质硬而脆、无韧性 坚硬、韧性大、可塑性好
生铁
钢
钢
碳素钢
（铁和碳的合金）
合金钢
（在碳素钢中加入铬、锰、钨、镍、钼、钴、硅等合金元素）
低碳钢
含碳量低于0.3%
中碳钢
含碳量为0.3%~0.6%
高碳钢
含碳量高于0.6%
韧性、焊接性好，但强度低，用于制钢板、钢丝、钢管等
强度高，韧性及加工性好，用于制钢轨、车轮和建材等
硬而脆，热处理后弹性好，用于制器械、弹簧、刀具等
具有各种不同的优良性能，用于制不锈钢及各种特种钢
钢的含碳量越低，韧性越好，硬度越低；含碳量越高，韧性越差，硬度越高。
根据以上所述，说明碳素钢含碳量与其性能的关系。
思考3
提示　钢的含碳量越低，韧性越好，硬度越低；含碳量越高，韧性越差，硬度越高。
判断正误
(1)合金一定是不同金属熔合而成的具有金属特性的化合物(　　)
(2)生铁的熔点比纯铁低，但机械强度和硬度比纯铁高(　　)
(3)铁、铬、镍熔合成不锈钢是化学变化(　　)
(4)生铁中的铁与纯铁的化学性质不同(　　)
(5)地震灾区重建要使用大量钢材，钢材是合金(　　)
×
练习1
√
×
×
√
“灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的重大贡献，陶弘景在其《本草经集注》中提到“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热，生铁熔化灌入熟铁，再锻打成钢。下列说法错误的是
A.钢是以铁为主的含碳合金
B.钢的含碳量越高，硬度和脆性越大
C.生铁由于含碳量高，熔点比熟铁高
D.冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3
练习2
√
钢是含碳量低的铁合金，故A正确；
钢的硬度和脆性随着含碳量的增大而增大，故B正确；
由题意可知，生铁熔化灌入熟铁，再锻打成钢，说明生铁的熔点低于熟铁，故C错误；
赤铁矿的主要成分是Fe2O3，可用于冶炼铁，故D正确。
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
铁
铝
铝是地壳中含量较高的金属元素，在金属活动性中，铝比铁更活泼，但为什么生活中总感觉铁制品比铝制品更容易生锈，铝制品不易生锈？
情景引入
1.铝和铝合金
(1)铝是地壳中含量最多的金属元素，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，保护内部金属。
目标一 铝和铝合金、新型合金
常温下，铁和铝都能与氧气反应，为什么铁会因生锈报废，而铝制品却能稳定存在？
提示　铁与氧气反应生成的铁锈比较疏松，不能阻止内部的铁与氧气的进一步反应，所以铁会因生锈而报废；铝和氧气反应表面生成一层致密的氧化铝薄膜，这层膜能防止内部金属进一步被氧化，故铝制品在空气中能稳定存在。
思考1
特别提醒　在常温下形成致密保护膜的金属，如铝、镁等金属；铁在高温下形成致密保护膜，俗称“烤蓝”；铁或铝遇到浓H2SO4或浓HNO3时，迅速反应生成致密氧化膜，称为钝化。
(2)铝合金
铝合金是目前用途广泛的合金之一，硬铝是在铝中添加了一定比例的Cu、Mg、Mn、Si，它的密度小，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。
2.铝、氧化铝的性质
(1)实验探究
铝和稀盐酸的反应
铝和氢氧化钠溶液的反应
实验操作

实验现象 铝片逐渐溶解，有无色气泡冒出，将点燃的木条放在试管口有爆鸣声 试管①中一开始无气泡产生，一段时间后，铝片溶解；有无色气泡冒出，试管②中铝片溶解，立即产生无色气泡。将点燃的木条放在试管口，都有爆鸣声
2.铝、氧化铝的性质
(1)实验探究
化学方程式 Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O、2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
离子方程式 Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O、2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑ Al2O3＋2OH－=== ＋H2O、2Al＋2OH－＋2H2O=== ＋3H2↑
(2)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，如Al2O3等，其与强酸、强碱反应的离子方程式分别为
Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O，
Al2O3＋2OH－=== ＋H2O。
(1)为什么铝制餐具不适宜用来蒸煮或长时间盛放酸性、碱性食物？
思考2
提示　由于铝和氧化铝能跟酸、碱反应，因此铝制餐具不宜用来蒸煮或长期存放酸性、碱性食物。
(2)向集满CO2的铝制易拉罐中加入过量NaOH浓溶液，立即封闭罐口，易拉罐渐渐凹瘪；再过一段时间，罐壁又重新凸起。上述实验过程中发生的离子反应有_______________________________________________________________
___________________________________。
向集满CO2的铝制易拉罐中加入过量NaOH浓溶液，易拉罐渐渐凹瘪，是由于CO2被NaOH溶液吸收，气体压强减小，发生了反应①；铝制易拉罐表面的Al2O3会与NaOH溶液反应，发生了反应②；NaOH溶液能与Al发生反应生成H2，使易拉罐凸起，发生了反应③。
3.新型合金
(1)储氢合金：一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。如Ti Fe合金、La- Ni合金等，为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用。
(2)其他新型合金：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。
储氢合金
记忆合金
钛合金
耐热合金
下列关于新型合金材料说法不正确的是
A.镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料
B.钛合金生物相容性好，强度大，可作人造骨骼
C.形状记忆合金可在使合金发生形变的作用力消失后恢复原状
D.利用合金的熔点低于成分金属这一特点可制得耐热合金
练习1
√
储氢材料是一类能可逆地吸收和释放氢气的材料，镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，是目前解决氢气的储存和运输问题的材料，故A正确；
钛合金与人体有很好的相容性，且性质稳定，抗腐蚀性强，所以可用来制造人造骨骼，故B正确；
耐热合金的熔点很高，与合金的特性无关，故D错误。
下列说法正确的是
A.Al2O3难溶于水，不与水反应，所以它不是Al(OH)3对应的氧化物
B.因为Al2O3是金属氧化物，所以它是碱性氧化物
C.Al2O3能跟所有的酸、碱溶液反应
D.Al2O3能跟强酸、强碱溶液反应
练习2
√
Al2O3虽然难溶于水，但是2Al(OH)3 Al2O3＋3H2O，Al2O3和Al(OH)3中Al的化合价相同，所以Al2O3是Al(OH)3对应的氧化物；Al2O3是两性氧化物；Al2O3与强酸、强碱反应，与弱碱不反应。
1.下列关于铁和铁合金的有关说法错误的是
A.工业上用一氧化碳将铁矿石中的铁还原出来
B.不锈钢抗腐蚀性能好，长期使用绝对不会生锈
C.制造铁轨、船舶、桥梁的碳素钢是铁和碳的合金
D.使用铁锅烧饭菜能为人体提供微量的铁元素
√
1
2
3
自我测试
一氧化碳具有还原性，可以将铁矿石中的铁还原出来；在相同条件和环境下，不锈钢较碳素钢而言不易生锈；碳素钢是铁和碳的合金；铁是人体需要的微量元素，使用铁锅烧饭菜能为人体提供微量的铁元素。
4
2.向某溶液中加入铝粉能放出H2，下列各组离子一定不能在该溶液中大量共存的是
√
自我测试
1
2
3
4
加入铝粉能放出H2，说明该溶液可能呈酸性，也可能呈碱性。A选项中的4种离子可在酸性溶液中大量共存；
自我测试
1
2
3
C选项中的离子在碱性溶液中可以大量共存；
D选项中的离子在酸性溶液、碱性溶液中都可以大量共存。
4
3.等体积的盐酸和苛性钠溶液分别与两份足量的铝粉反应，在相同条件下产生氢气的体积比为1∶3，则盐酸和苛性钠溶液的物质的量浓度之比为
A.1∶1 B.2∶1 C.3∶1 D.2∶3
自我测试
1
2
3
√
由2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑可知，产生氢气的体积比为1∶3，需要盐酸和氢氧化钠的物质的量之比为1∶1，溶液的体积相同，故盐酸和苛性钠溶液的物质的量浓度之比也为1∶1。
4
4.合金是重要的金属材料。
(1)下列材料不属于合金的是　　(填字母)。
A.铸造下水道井盖的生铁
B.储氢用的La -Ni合金
C.可用于机器人“皮肤”的橡胶
D.可用于军用车辆的超级钢
C
自我测试
1
2
3
4
橡胶不是合金，C符合题意。
(2)生铁是常用的合金，生铁属于　　　　(填“纯净物”或“混合物”)。
混合物
自我测试
1
2
3
4
生铁是常用的合金，合金属于混合物。
(3)黄铜是铜锌合金，将纯铜片和黄铜片互相刻画(如图所示)，纯铜片上留下明显的划痕，说明：　　　　　　　　　　　　　。
自我测试
1
2
3
4
黄铜的硬度比纯铜的硬度大
将纯铜片和黄铜片互相刻画，纯铜片上留下明显的划痕，说明黄铜的硬度比纯铜的硬度大。
已知：ZnO＋H2SO4===ZnSO4＋H2O；CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O。
①Ⅱ中发生反应的化学方程式为_______________________________________
　　　　　 。
(4)黄铜渣中约含Zn 7%、ZnO 31%、Cu 50%、CuO 5%，其余为杂质。处理黄铜渣可得到硫酸锌，其主要流程如下(杂质不溶于水、不参与反应)：
Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，Zn＋CuSO4
自我测试
1
2
3
4
===ZnSO4＋Cu
由于锌的活动性排在氢和铜的前面，故锌既可以与硫酸反应，也可以与硫酸铜反应，反应的化学方程式分别为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu。
自我测试
1
2
3
4
②下列说法正确的是　　(填字母)。
a.Ⅰ、Ⅱ中的操作均包含过滤
b.溶液A中ZnSO4的质量大于CuSO4
ab
自我测试
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2
3
4
由题中流程可知，操作Ⅰ过滤除去铜和杂质，操作Ⅱ过滤是除去锌和置换出的铜。因氧化锌的质量大于氧化铜，且锌也能和硫酸反应生成硫酸锌，而铜和硫酸不反应，故溶液A中硫酸锌的质量大于硫酸铜。