第2节　第1课时　常见的合金及应用 课件（共51张PPT）人教版高中化学必修1

(共51张PPT)
第三章
第二节　第一课时　常见的合金及应用
知识点一 合金和铁合金
知识点二 铝、铝合金和新型合金
目录索引
素养目标 学习要点
1.结合生活中对常见合金的优良性能的认识,了解铁合金、铝合金等合金的性能和应用,培养宏观辨识与微观探析的学科素养。 2.了解储氢合金、钛合金等新型合金的应用和开发前景,感受化学学科对创造更多新材料以满足人类生活需要和促进科技发展的重要作用,培养科学态度与社会责任的学科素养。 两个性质:合金的熔点和硬度
三种合金:铁合金、铝合金和新型合金
两种物质的性质:铝、氧化铝与酸、碱的反应
知识点一 合金和铁合金
基础落实 必备知识全过关
1.合金
(1)含义
合金是由两种或两种以上的金属与金属(或非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。
(2)合金的特点
①合金具有许多优良的物理、　　　　或　　　　性能,如合金的硬度、熔点不同于其成分金属。
②合金的性能可以通过所添加的合金元素的　　　　、含量和生成合金的　　　　等加以调节。
化学
机械
种类
条件
(3)合金的结构
纯金属形成合金后,硬度变大的原因为改变了金属原子有　　　　的层状排列,使原子层之间的相对滑动变得　　　　。
规则
困难
2.铁合金
(1)　　　　和　　是含碳量不同的两种铁碳合金。
(2)生铁的含碳量比钢的　　。生铁的　　　　大,钢具有良好的
　　　　性。
　 　　用途最广的合金
(3)钢的分类如下
生铁
钢
高
硬度
延展
合金
低
中
高
(4)不锈钢是最常见的一种合金钢,它的合金元素主要是　　　　　　。不易生锈,具有很强的　　　　　　能力。
　　　　　　不是所有的合金都不易生锈
铬和镍　
抗腐蚀
名师点拨
合金的性质
(1)合金的熔点一般比成分金属的低。
(2)合金在硬度、强度以及其他一些机械性能上要优于成分金属。
(3)合金具有金属特性,如导热性、导电性。
(4)合金中各成分金属的化学性质不变。
特别提醒
(1)合金都属于混合物,但不是其成分的简单混合,而是经高温熔合形成。
(2)合金中一定含有金属元素,也可能含有非金属元素,如铁元素与碳元素也可以组成合金。
(3)常温下,大多数合金呈固态,但钠钾合金呈液态,常用作原子反应堆的导热剂。
深度思考
镍、铁熔合制成不锈钢的过程发生的是物理变化还是化学变化
提示 铁和镍制成不锈钢的过程中它们的化学性质没有改变,发生的是物理变化。
重难突破 能力素养全提升
探究角度1合金的组成与性质
例1(2024·广东深圳高一检测)五千年中华文化不仅能彰显民族自信,还蕴含着许多化学知识。下列说法错误的是(　　)
A.“金(即铜)柔锡柔,合两柔则刚”,体现了合金硬度的特性
B.“千淘万漉虽辛苦,吹尽狂沙始到金”能体现出金的化学性质不活泼
C.“两编千片白雪茧,六百二斗青铜钱”中的“青铜钱”属于铜的合金
D.“司南之杓,投之于地,其柢指南”,司南的“杓”中含有Fe2O3
D
解析 “合两柔则刚”体现了合金的特性,A正确;“千淘万漉虽辛苦,吹尽狂沙始到金”写出了“沙里淘金”,金以游离态形式存在,这体现出金的化学性质不活泼,B正确;“青铜钱”的材料属于铜的合金,C正确;司南的“杓”中含有Fe3O4,D错误。
[对点训练1]
(2024·湖南长沙高一检测)2023年10月26日神舟十七号成功发射,其外壳主要为耐高温金属材料,金属是当今社会不可或缺的材料之一,下列关于金属材料说法正确的是(　　)
A.铜比铝先成功冶炼的原因是铝比铜活泼,更难获得铝单质
B.组成合金的元素种类相同,得到的合金性能就相同
C.合金中至少含有两种金属
D.不锈钢中的主要元素是镍、铬、碳
A
解析 活泼的金属冶炼难度大,铜比铝先成功冶炼的原因是铝比铜活泼,更难获得铝单质,A正确;组成合金的元素种类、含量等都会影响合金的性能,B错误;合金是金属与金属或非金属熔合而成的具有金属特性的物质,C错误;不锈钢中的主要元素是铁,D错误。
归纳总结　1.合金的形成条件
(1)金属与金属形成合金时:熔化时的温度需达到成分金属中熔点最高的金属的熔点,但又不能超出成分金属中沸点最低的金属的沸点。
(2)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。
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。
(5)各成分金属均保持了其原有的化学性质。
探究角度2铁合金
例2(2024·安徽淮北检测)铁和铁合金是生活中常见的材料,下列说法正确的是(　　)
A.纯铁的熔点低于铁合金
B.纯铁和铁合金都能导电、传热
C.纯铁的硬度和强度都高于铁合金
D.生铁是铁合金,只含金属元素
B
解析 合金的熔点比其组成金属的熔点要低,故纯铁的熔点高于铁合金,故A错误;纯铁和铁合金中都含有金属,故都能导电、传热,故B正确;合金的强度和硬度一般比各成分金属的更高,故纯铁的硬度和强度都低于铁合金,故C错误;生铁是铁碳合金,还含有碳元素,碳元素为非金属元素,故D错误。
【变式设问】
(1)生铁与熟铁的组成区别是什么
(2)不锈钢属于合金钢,不易生锈,它能否与盐酸反应
提示 生铁的含碳量高于熟铁。
提示 能。不锈钢中的铁会与盐酸反应。
[对点训练2]
(2024·贵州贵阳高一检测)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
B
解析 一氧化碳具有还原性,可以将铁矿石中的铁还原出来;不锈钢不容易生锈,但不是绝对不生锈,只是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。
知识点二 铝、铝合金和新型合金
基础落实 必备知识全过关
1.铝的存在和性质
(1)存在:铝是地壳中含量　　　　的金属元素,铝在地壳中的含量仅次于
　　和　　,居第三位。
(2)化学性质 铝是活泼金属　　　　　　　　　　
①常温下铝与空气中的氧气反应,表面生成一层致密的　　　　　　　,对内部金属起着保护作用。
镁、铝的氧化膜有保护作用,但铁锈无保护作用
最多
氧
硅
氧化铝薄膜　
②铝、氧化铝与稀盐酸反应——实验3—4
实验操作
实验现象 刚开始没有气泡,一段时间后,铝片逐渐　　　　,有　　　　　　冒出,将点燃的木条放在试管口有　　　　声
实验结论 铝表面的　　　　和铝均能与盐酸发生反应 活泼金属的通性
化学方程式 　　　　　　 　　　　　　　　　、
　　　　　　　　 　　　　　　　
溶解
无色气泡
爆鸣
保护膜　
Al2O3+6HCl ══ 2AlCl3+3H2O
2Al+6HCl ══ 2AlCl3+3H2↑　
③铝、氧化铝与NaOH溶液反应——实验3-5
实验操作
实验现象 开始没有气泡,一段时间后,铝片逐渐溶解,有　　　　　　冒出,将点燃的木条放在试管口有　　　　声 立即产生　　　　,铝片逐渐溶解,将点燃的木条放在试管口有　　　　声
无色气泡
爆鸣
气泡　
爆鸣
实验结论 铝、氧化铝均能与NaOH溶液反应
化学方程式 　　　　　　　　　　 　　　　　　、
　　　　　　　　　　　　 　　　　
④两性氧化物
能与　　反应生成　　和　　,又能与　　反应生成　　和　　的氧化物,叫做两性氧化物。
Al2O3+2NaOH+3H2O ══ 2Na[Al(OH)4]　
2Al+2NaOH+6H2O ══ 2Na[Al(OH)4]+3H2↑
酸
盐
水
碱
盐
水
2.铝合金
(1)铝合金中的合金元素有　　　　　、Si、Mn、Zn及　　　　　等。
(2)硬铝:密度　　、强度　　,具有较强的抗腐蚀能力,是制造
　　　　　　　　　　　　的理想材料。
Cu、Mg　
稀土元素
小
高
飞机和宇宙飞船
3.新型合金
氢气
金属氢化物
钛合金
耐热合金
形状记忆合金
名师点拨
铝的化学性质
教材拓展
(1)铝箔在空气中加热,不燃烧,铝箔只熔化成液体但不滴落,其原因是铝箔表面生成氧化铝的熔点高于被包裹的内层铝的熔点。
(2)Al、Al2O3均能与酸、碱反应,因此铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物。
名师点拨
Al、Al2O3的主要反应及转化
特别提醒
(1)Al2O3只能与强碱反应,不能与弱碱(如NH3·H2O)反应。
(2)判断两性氧化物的两个要点:①氧化物与酸或碱溶液反应只生成一种盐和水;②发生非氧化还原反应,元素化合价不变。
(3)既能与酸反应,又能与碱反应的物质有:①Al、②Al2O3、③弱酸的酸式盐(如NaHCO3)等。
教材拓展
铝与强碱的反应
铝与氢氧化钠溶液反应中,铝为还原剂,水为氧化剂,还原剂与氧化剂的物质的量之比为1∶3,电子转移如下:
深度思考
教材中描述“储氢合金是一类能够大量吸收H2,并与H2结合成金属氢化物的材料”,储氢合金吸氢与放氢过程是发生了物理变化吗
提示 不是。储氢合金吸氢与放氢过程都是发生了化学反应,属于化学变化。
重难突破 能力素养全提升
探究角度1铝合金　新型合金
例1(2024·吉林长春高一检测)下列关于铝合金、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.铝合金密度小、强度高,广泛应用于航空领域
D.常温下,铝制品耐腐蚀是因为铝不活泼
D
解析 镧镍合金能大量吸收H2,并与H2结合成金属氢化物,金属氢化物稍稍加热又容易分解,所以可用作储氢材料,故A正确;钛合金生物相容性好,强度大,常用作人造骨骼,故B正确;铝合金密度小、强度高,具有较强的抗腐蚀能力,广泛应用于航空领域,C正确;常温下,铝表面容易形成一层致密的氧化物薄膜,保护铝不被腐蚀,D错误。
【变式设问】
上题涉及选择金属材料的依据有哪些
提示 金属的用途、物理性质(密度、硬度、强度等)、化学性质(与水的作用、耐腐蚀性等)、生物相容性。
[对点训练1]
(2024·湖南永州模拟)下列不属于新型合金的是(　　)
A.储氢合金 B.钛合金
C.铁合金 D.形状记忆合金
C
解析 为了满足某些尖端技术发展的需要,新型合金材料储氢合金是一类能够大量吸收H2,并与H2结合成金属氢化物的材料,A不符合题意;由于钛合金的硬度大、耐酸碱的腐蚀,因此可用于发展航空飞机的机体材料等,属于新型合金,B不符合题意;铁合金是一种由铁和其他元素形成的传统合金,不属于新型合金,C符合题意;形状记忆合金是一种由两种以上金属元素形成、能够在一定条件下发生形变的新型合金,广泛应用于航空航天、生物医疗、机械电子、汽车工业、建筑工程等领域,D不符合题意。
归纳总结　选用金属材料的基本依据
(1)金属的用途、外观、价格等。
(2)物理性质(密度、硬度、强度、导电性、导热性等)决定金属材料的加工难易程度。
(3)化学性质(与水的作用、耐腐蚀性等)决定金属材料的日常维护和对环境的影响。
探究角度2铝与盐酸、氢氧化钠溶液的反应
例2甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·L-1的盐酸和氢氧化钠溶液,向两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1∶2,则加入铝粉的质量为(　　)
A.5.4 g B.3.6 g
C.2.7 g D.1.8 g
A
解析 铝分别与盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生H2的体积比在1∶3~1∶1之间时,必定是铝与盐酸反应时铝过量、盐酸不足,铝与氢氧化钠溶液反应时铝不足、氢氧化钠过量。结合反应:2Al+6HCl ══ 2AlCl3+3H2↑, 2Al+2NaOH+6H2O ══ 2Na[Al(OH)4]+3H2↑,0.3 mol HCl完全反应产生氢气的物质的量为0.3 mol÷2=0.15 mol,则乙烧杯中产生氢气的物质的量为0.15 mol×2=0.3 mol,故参加反应的铝的物质的量为
0.3 mol÷3×2=0.2 mol,其质量是0.2 mol×27 g·mol-1=5.4 g。
【变式设问】
(1)若上题加入足量的铝粉,产生的氢气的体积之比为　　　　(同温同压下)。
(2)上题两个反应中,还原剂与氧化剂的物质的量的比值是否相等
提示 1∶3。由6HCl~3H2↑、2NaOH~3H2↑,等物质的量HCl、氢氧化钠分别与足量铝粉反应得到氢气的物质的量之比为1∶3。
提示 相等。与盐酸反应中n(Al)∶n(HCl)=1∶3,与氢氧化钠溶液反应中n(Al)∶n(H2O)=1∶3。
图解要点　结合数轴分析定量关系
[对点训练2]
称取两份铝粉,第一份加入足量的浓NaOH溶液,第二份加入足量的HCl溶液,如果放出等体积的气体(在同温、同压下),则两份铝粉的质量之比为(　　)
A.1∶2 B.1∶3
C.3∶2 D.1∶1
D
解析 不论是与NaOH溶液反应,还是与HCl溶液反应,均是Al失去电子,还原产物都是H2,且都有如下关系:2Al~6e-~3H2,由关系式可知,2 mol Al生成3 mol H2,只要在酸、碱足量的情况下,生成H2的多少决定于参加反应的铝的多少。生成相同质量的H2,消耗铝的质量相同。
归纳总结　铝与盐酸、氢氧化钠溶液反应产生氢气的体积关系
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题组1常见合金　新型合金
1.合金在生产生活中有广泛的用途,下列所用材料不属于合金的是(　　)
A.家用的铝窗 B.温度计用的水银
C.铸造用的黄铜 D.建筑用的钢筋
B
解析 家用的铝窗含有的元素有铝及其他多种元素,所以是合金,故A不符合题意;水银是单质,所以温度计用的水银不是合金,故B符合题意;黄铜中含有铜和锌,所以铸造用的黄铜是合金,故C不符合题意;钢筋中含有铁、碳等元素,所以建筑用的钢筋是合金,故D不符合题意。
2.(教材改编题)下列关于合金的说法正确的是(　　)
A.在我国使用最早的合金是钢
B.生铁的含碳量比钢低
C.储氢合金是一类能够大量吸收H2,并与H2结合成具有广阔前景的金属氢化物的材料
D.稀土金属不能用于生产合金
C
解析 铜的活泼性较差,比较容易冶炼,我国最早使用的合金是铜合金,A错误;生铁的含碳量为2%~4.3%,钢的含碳量为0.03%~2%,B错误;储氢合金可以吸收大量的H2,H2与金属发生化学反应生成金属氢化物,具有广阔前景,C正确;稀土金属可以用于生产合金,如钇-镁合金、钇-铝合金,D错误。
3.杭州亚运会主火炬凝聚了科技与艺术的力量成了全场焦点,这支火炬颠覆了传统的火炬设计理念,采用前沿的不锈钢镜面水波纹板制作而成,无论是表面还是外观设计都令人瞩目。下列叙述错误的是(　　)
A.不锈钢是最常见的一种合金钢
B.不锈钢中常添加镍(Ni)和铬(Cr)元素,从而使其具有特殊性能
C.不锈钢中只含有金属元素,不含有非金属元素
D.不锈钢是通过增加原子层之间的相对滑动难度,导致合金的硬度变大
C
解析 不锈钢属于合金,是铁、铬、镍熔合而成具有金属特性的合金,故A正确;不锈钢中常添加镍(Ni)和铬(Cr)元素,使其具有抗腐蚀的性能,故B正确;钢是铁和碳的合金,不锈钢中含有金属元素,还含有非金属元素碳,故C错误;合金的硬度大于纯金属的硬度,不锈钢是通过增加原子层之间的相对滑动的难度,导致合金的硬度变大,故D正确。
题组2铝、氧化铝的性质
4.下列关于金属铝的叙述不正确的是(　　)
A.铝的化学性质很活泼,但在空气中不易锈蚀
B.铝箔在空气中受热可以熔化,且发生剧烈燃烧
C.等质量的铝分别与足量盐酸、氢氧化钠溶液反应放出的气体物质的量相等
D.铝的熔点比氧化铝低
B
解析 铝的化学性质很活泼,在空气中表面会生成氧化铝薄膜,阻止铝进一步被氧化,则在空气中不易锈蚀,故A正确;铝箔在空气中受热可以熔化,但在表面生成致密的氧化铝薄膜,熔点较高,不会剧烈燃烧,故B错误;等质量的铝分别与足量盐酸、氢氧化钠溶液反应,根据得失电子守恒,放出的气体物质的量相等,故C正确;氧化铝的熔点很高,常作为耐高温材料,铝的熔点比氧化铝低,故D正确。
5.(2024·浙江杭州高一检测)为了除去MgO中混有的少量杂质Al2O3,可选用的试剂是(　　)
A.KOH溶液 B.氨水
C.稀盐酸 D.稀醋酸
A
解析 要除去MgO中混有的少量杂质Al2O3,所加试剂只能与Al2O3反应而不能与MgO反应,反应完全后过滤即可。氨水与Al2O3不反应,稀盐酸、稀醋酸均能与MgO反应,只有KOH溶液能与Al2O3反应而与MgO不反应。
6.铁和铝是科技、生产、生活中应用广泛的金属材料。现用铁、铝的混合物进行如下实验:
(1)操作X的名称是　　　　　。
(2)气体A是　　　　　。
(3)A与Cl2混合在光照条件下可能发生爆炸,生成　　　　　(填化学式),A在该反应中作为　　　　　(填“氧化剂”或“还原剂”)。
(4)溶液B中阴离子除OH-外还有　　　　　,溶液D中存在的金属离子为　　　　　。
过滤
H2　
HCl　
还原剂
[Al(OH)4]-　
Fe2+
解析 (1)加入足量NaOH溶液,Al溶解,Fe不溶,操作X为过滤。(2)Al与氢氧化钠溶液反应产生氢气,气体A为H2。(3)H2与Cl2反应生成HCl。(4)溶液B中阴离子有OH-、[Al(OH)4]-,铁与稀盐酸反应得到溶液D,溶液D中金属离子为Fe2+。