人教版高一化学必修一 第三章第三节：用途广泛的金属材料+计算（导学案）

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第三章第三节
用途广泛的金属材料
编制人：翁美玲
审核人：备课组
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学习目标:
认识金属与合金在性能上的主要差异。
知道生活中常见合金铁合金及铜合金的主要成分及性能。
了解如何正确使用合金材料及合理使用金属材料的意义。
【自主预习】
1.合金的概念和特性
（1）合金是由
熔合形成的，合金具有许多优良的
，因此，合金在工业上具有比纯金属更广泛的用途。
（2）合金在许多方面不同于各成分金属。例如：合金的硬度一般比它的各成分金属的
，熔点一般比它的各成分金属的
。
2.常见合金
（1）我国最早使用的合金是
，司母戊鼎是
制品，主要成分是
。常见的铜合金还有
、
等。现在用量最大用途最广的合金是
。
（2）钢的种类
合金
主要成分
主要性能
主要用途
碳素钢
低碳钢
含碳量低于
中碳钢
含碳量为
高碳钢
含碳量高于
合金钢
在碳素钢中加入铬、锰、钨、镍、钼、钴、硅等合金元素
3、金属材料的分类
4、合金材料的选用
选择合金材料时，一般考虑的主要因素是：①
；②
；
③物质性质；④化学性质；⑤价格；加工难度；⑦日常维护；⑧对环境的影响等。
【合作探究】
1.钠与铝的混合物m
g投入到n
g水中,待反应停止后剩余固体a
g。则过滤后所得滤液中的溶质是(　　)
A.NaOH
B.NaOH和NaAlO2
C.NaAlO2
D.无法判断
2.某溶液中有Mg2+、Fe2+、Fe3+和Al3+四种阳离子,若向其中加入过量的NaOH溶液,微热并搅拌,过滤,在滤渣中再加入过量的盐酸,所得溶液中大量增加的阳离子是(　　)
A.Mg2+
B.Fe2+
C.Fe3+
D.Al3+
一、方程式简单运算
1、分别取金属钠、铁、铝0.2
mol,分别投入10
mL
1
mol·L-1盐酸中,在标准状况下产生氢气的体积大小的顺序是　　　　　。
2.某500
mL溶液中含0.1
mol
Fe2+、0.2
mol
Fe3+,加入0.2
mol
铁粉,待Fe3+完全被还原后,溶液中Fe2+的物质的量浓度为(假设反应前后溶液体积不变)(　　)
A.0.4
mol·L-1
B.0.6
mol·L-1
C.0.8
mol·L-1
D.1.0
mol·L-1
3.两份铝屑,第一份与足量盐酸反应,第二份与足量氢氧化钠溶液反应,产生的氢气的体积比为1∶2(同温同压下),则第一份与第二份铝屑的质量比为(　　)
A.1∶3
B.1∶2
C.1∶1
D.2∶1
4.在甲、乙、丙、丁四个烧杯内分别放入0.1
mol的钠、氧化钠、过氧化钠和氢氧化钠,然后各加入100
mL水,搅拌,使固体完全溶解,则所得溶液中溶质质量分数的大小顺序是(　　)
A.甲<乙<丙<丁
B.丁<甲<乙=丙
C.甲=丁<乙=丙
D.丁<甲<乙<丙
二、平均值法
1.将5.0
g某合金放入足量的稀盐酸中,共收集氢气的体积(标准状况下)为2.24
L,则该合金可能是(　　)
A.Mg-Al合金
B.Fe-Al合金
C.Fe-Zn合金
D.Cu-Zn合金
三、极值讨论法
1、2.3
g钠在干燥的空气中与氧气反应,可得3.5
g固体,据此可判断其产物为(　　)
A.Na2O2
B.Na2O
C.Na2O和Na2O2的混合物
D.无法判断
2.把CO2通入含NaOH
0.8
g的碱溶液中,将产物在减压条件下蒸干后,得固体1.37
g,则通入CO2的质量是(　　)
A.0.44
g
B.0.88
g
C.0.66
g
D.都不是
四、守恒法
1.等质量的两块钠,第一块在足量氧气中加热,第二块保持常温条件放置在足量氧气中,则下列说法正确的是(　　)
A.第一块钠失去的电子多
B.两块钠失去的电子一样多
C.第二块钠反应得到产物的质量大
D.两块钠的反应产物的质量一样大
2.镁、铝混合粉末10.2
g溶于500
mL
4
mol·L-1盐酸中。若加入2
mol·L-1的氢氧化钠溶液,使得沉淀达到最大量,则需加入氢氧化钠溶液的体积为(　　)
A.100
mL
B.500
mL
C.1
000
mL
D.1
500
mL
3.将镁和铝的混合物a
g投入到足量的氢氧化钠溶液中,充分反应后将残余固体洗净,然后使残余固体在足量的纯氧中加热,最终得到a
g固体,则镁铝混合物中铝的质量分数为(　　)
A.40%
B.47%
C.53%
D.60%
4.某铝合金中含有铝、镁、铜、硅,为了测定该合金中铝的含量,有人设计了如下实验:
(1)写出上述第①②③步反应的离子方程式及第④步反应的化学方程式:
①　　　　　　　　　,　　　　　　　　　;
②　　　　　　　　　,　　　　　　　　　,Al3++4OH-Al+2H2O;
③　　　　　　　　,Al+CO2+2H2OAl(OH)3↓+HC;
④　
。
(2)该样品中铝的质量分数是　　　。
(3)第②步中加入的NaOH溶液不足时,会使测定结果　　　;第④步中的沉淀没有用蒸馏水洗涤时,会使测定结果　　　;第④步对沉淀灼烧不充分时,会使测定结果　　　。(填选项)
A.偏高
B.偏低
C.无影响
答案
【自主预习】
1、（1）两种或两种以上金属（或金属与非金属）；物理、化学或机械性能；
（2）大；低
2、（1）铜合金；青铜；铜、锡、铅；黄铜；白铜；钢
（2）低碳钢：0.3%；韧性、焊接性好，但强度低；用于制钢板、钢丝、钢管等；
中碳钢：0.3%-0.6%；强度高，韧性及加工性好；用于钢轨、车轮和建材等；
高碳钢：0.6%；硬而脆，热处理后弹性好；用于制器械、弹簧、刀具等；
合金钢：具有各种不同的优良性能；用于制不锈钢及各种特种钢；
3、按组成成分：金属、合金；按性能特点：黑色金属材料（铁、铬、锰以及它们的合金）、有色金属材料（除黑色金属以外的其他金属及其合金）
4、主要用途；外观
【合作探究】
1、C解析:钠铝混合物投入到水中首先是钠和水反应生成氢氧化钠和氢气,然后氢氧化钠溶液和铝反应生成偏铝酸钠和氢气,反应停止后剩余a
g固体为铝,故溶液中的溶质只有偏铝酸钠。
2、C解析:Fe2+在此过程中被氧化成Fe3+。
一、1、Na>Fe=Al解析:钠、铁、铝相对于盐酸来说是过量的,根据盐酸计算生成氢气的体积,铁、铝反应放出的氢气相等,但由于过量的钠会与水反应生成氢气,所以钠放出的氢气最多。
2、C解析:由反应2Fe3++Fe3Fe2+可知铁粉过量,0.2
mol
Fe3+与过量铁粉反应生成0.3
mol
Fe2+,故反应后Fe2+共有0.4
mol,c(Fe2+)==0.8
mol·L-1。
3、B解析:铝屑与盐酸和氢氧化钠反应的化学方程式分别为2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑。两个化学方程式中铝与氢气的物质的量之比皆为2∶3,题目中说二者产生氢气的体积比为1∶2,故两份铝屑的物质的量之比为1∶2,二者质量之比亦为1∶2。
4、B解析:可根据四种物质的物质的量相等,且产物都是NaOH作出判断。最好还是写出有关反应的化学方程式进行简单计算(不用算到底,得到分数分别为,比较大小即可)。
二、1、B解析:由题意知,n(H2)==0.1
mol,即产生0.1
mol
H2消耗该合金5.0
g,则产生1
mol
H2消耗该合金50
g,满足此条件的合金的要求是产生1
mol
H2时消耗一种成分金属的质量大于50
g,另一种成分金属的质量小于50
g。对于给出的金属,产生1
mol
H2时消耗各金属的质量分别为m(Mg)=24
g,m(Al)=18
g,m(Fe)=56
g,m(Zn)=65
g。Cu与稀盐酸不反应,故选B。
三、1、C解析:金属钠和氧气反应可生成Na2O或Na2O2,此题用“极限法”:若2.3
g钠全部反应生成Na2O,由反应4Na+O22Na2O可得生成Na2O的质量为3.1
g;若2.3
g钠全部反应生成Na2O2,由反应2Na+O2Na2O2可得生成Na2O2的质量为3.9
g;现产物为3.5
g,介于3.1
g
和3.5
g之间,故为Na2O和Na2O2的混合物。
2、C解析:0.8
g
NaOH若全部转化成Na2CO3,则其质量为1.06
g<1.37
g;若全转化成NaHCO3,则其质量应为1.68
g>1.37
g。故NaOH吸收CO2时实质上生成了Na2CO3和NaHCO3的混合物。依钠原子守恒列式可以求得通入CO2的质量是0.66
g。
四、1、B解析:等质量的钠,无论生成氧化钠还是过氧化钠,失去电子的数目相等,生成过氧化钠时产物的质量大。
2、C解析:当沉淀量达到最大时,溶液中的溶质为NaCl,根据Na、Cl原子个数比为1∶1可知需加入NaOH溶液的体积为1
000
mL。
3、A解析:a
g镁铝混合物投入到NaOH溶液中,Al与NaOH反应,剩余固体为镁,在纯氧中加热后所得a
g固体为MgO。可知原混合物中铝的质量与最后MgO中氧元素的质量相等,故铝在混合物中的质量分数等于MgO中氧的质量分数:×100%=40%。
4、答案:(1)①Mg+2H+Mg2++H2↑
2Al+6H+2Al3++3H2↑
②H++OH-H2O
Mg2++2OH-Mg(OH)2↓
③OH-+CO2HC
④2Al(OH)3Al2O3+3H2O
(2)×100%
(3)B　A　A
【自主预习】
1、（1）两种或两种以上金属（或金属与非金属）；物理、化学或机械性能；
（2）大；低
2、（1）铜合金；青铜；铜、锡、铅；黄铜；白铜；钢
（2）低碳钢：0.3%；韧性、焊接性好，但强度低；用于制钢板、钢丝、钢管等；
中碳钢：0.3%-0.6%；强度高，韧性及加工性好；用于钢轨、车轮和建材等；
高碳钢：0.6%；硬而脆，热处理后弹性好；用于制器械、弹簧、刀具等；
合金钢：具有各种不同的优良性能；用于制不锈钢及各种特种钢；
3、按组成成分：金属、合金；按性能特点：黑色金属材料（铁、铬、锰以及它们的合金）、有色金属材料（除黑色金属以外的其他金属及其合金）
4、主要用途；外观
【合作探究】
1、解析:钠铝混合物投入到水中首先是钠和水反应生成氢氧化钠和氢气,然后氢氧化钠溶液和铝反应生成偏铝酸钠和氢气,反应停止后剩余a
g固体为铝,故溶液中的溶质只有偏铝酸钠。
答案:C
2、解析:Fe2+在此过程中被氧化成Fe3+。
答案:C
一、1、解析:钠、铁、铝相对于盐酸来说是过量的,根据盐酸计算生成氢气的体积,铁、铝反应放出的氢气相等,但由于过量的钠会与水反应生成氢气,所以钠放出的氢气最多。
答案:
Na>Fe=Al
2、解析:由反应2Fe3++Fe3Fe2+可知铁粉过量,0.2
mol
Fe3+与过量铁粉反应生成0.3
mol
Fe2+,故反应后Fe2+共有0.4
mol,c(Fe2+)==0.8
mol·L-1。
答案:C
3、解析:铝屑与盐酸和氢氧化钠反应的化学方程式分别为2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑。两个化学方程式中铝与氢气的物质的量之比皆为2∶3,题目中说二者产生氢气的体积比为1∶2,故两份铝屑的物质的量之比为1∶2,二者质量之比亦为1∶2。
答案:B
4、解析:可根据四种物质的物质的量相等,且产物都是NaOH作出判断。最好还是写出有关反应的化学方程式进行简单计算(不用算到底,得到分数分别为,比较大小即可)。
答案:B
二、1、解析:由题意知,n(H2)==0.1
mol,即产生0.1
mol
H2消耗该合金5.0
g,则产生1
mol
H2消耗该合金50
g,满足此条件的合金的要求是产生1
mol
H2时消耗一种成分金属的质量大于50
g,另一种成分金属的质量小于50
g。对于给出的金属,产生1
mol
H2时消耗各金属的质量分别为m(Mg)=24
g,m(Al)=18
g,m(Fe)=56
g,m(Zn)=65
g。Cu与稀盐酸不反应,故选B。
答案:B
三、1、解析:金属钠和氧气反应可生成Na2O或Na2O2,此题用“极限法”:若2.3
g钠全部反应生成Na2O,由反应4Na+O22Na2O可得生成Na2O的质量为3.1
g;若2.3
g钠全部反应生成Na2O2,由反应2Na+O2Na2O2可得生成Na2O2的质量为3.9
g;现产物为3.5
g,介于3.1
g
和3.5
g之间,故为Na2O和Na2O2的混合物。
答案:C
2、解析:0.8
g
NaOH若全部转化成Na2CO3,则其质量为1.06
g<1.37
g;若全转化成NaHCO3,则其质量应为1.68
g>1.37
g。故NaOH吸收CO2时实质上生成了Na2CO3和NaHCO3的混合物。依钠原子守恒列式可以求得通入CO2的质量是0.66
g。
答案:C
四、1、解析:等质量的钠,无论生成氧化钠还是过氧化钠,失去电子的数目相等,生成过氧化钠时产物的质量大。
答案:B
2、解析:当沉淀量达到最大时,溶液中的溶质为NaCl,根据Na、Cl原子个数比为1∶1可知需加入NaOH溶液的体积为1
000
mL。
答案:C
3、解析:a
g镁铝混合物投入到NaOH溶液中,Al与NaOH反应,剩余固体为镁,在纯氧中加热后所得a
g固体为MgO。可知原混合物中铝的质量与最后MgO中氧元素的质量相等,故铝在混合物中的质量分数等于MgO中氧的质量分数:×100%=40%。
答案:A
4、答案:(1)①Mg+2H+Mg2++H2↑
2Al+6H+2Al3++3H2↑
②H++OH-H2O
Mg2++2OH-Mg(OH)2↓
③OH-+CO2HC
④2Al(OH)3Al2O3+3H2O
(2)×100%
(3)B
A
A
五、1、解析:依据NaHCO3受热分解的化学方程式,结合反应前后固体质量差可列式求解:
2NaHCO3Na2CO3+H2O↑+CO2↑
Δm
2×84
106
18
44
62
m(NaHCO3)
(m1-m2)
g
m(NaHCO3)=
g,
m(Na2CO3)=m1-m(NaHCO3)=
g。
答案:A
六、1、解析:等物质的量的三种金属与相等物质的量的盐酸(0.2
mol)反应后最终放出H2的体积(或物质的量)相等,说明盐酸均完全反应,且金属Na不过量,C错误;
2Na
+
2HCl2NaCl+H2↑
2
mol
2
mol
22.4
L
n(Na)
0.2
mol
V(H2)
n(Na)=0.2
mol,V(H2)=2.24
L
A、B正确;曲线a、b、c表明放出H2速率由快到慢,对应金属活动性由强到弱,D正确。
答案:C
2、解析:(1)向Na2CO3和NaHCO3的混合溶液中滴加盐酸,Na2CO3先发生第一步反应:Na2CO3+HClNaCl+NaHCO3,反应完全后NaHCO3发生第二步反应:NaHCO3+HClNaCl+CO2↑+H2O。
(2)B点表明Na2CO3、NaHCO3恰好完全反应生成NaCl,根据Cl-守恒,n(NaCl)=n(HCl)=2
mol·L-1×300
mL×10-3L·mL-1=0.6
mol,溶液体积可视为原NaOH溶液和滴加盐酸溶液的体积之和:V=200
mL+300
mL=500
mL=0.5
L。
c(NaCl)==1.2
mol·L-1。
答案:(1)C+H+HC
HC+H+CO2↑+H2O
(2)1.2
mol·L-1
3、解析:在Al(NO3)3、Mg(NO3)2的混合溶液中,逐滴加入稀的NaOH溶液后,发生反应:Mg2++2OH-Mg(OH)2↓,Al3++3OH-Al(OH)3↓,Al(OH)3+OH-Al+2H2O,因此正确答案为C。
答案:C
4、答案:C
5、解析:本题考查的是铝的化合物的性质。
答案:(1)表示滴入NaOH溶液产生沉淀Al(OH)3量最大的点
(2)表示滴入NaOH溶液使沉淀Al(OH)3恰好完全溶解生成NaAlO2的点
(3)Al3++3OH-Al(OH)3↓,Al(OH)3+OH-Al+2H2O
(4)解:n(NaOH)=2
mol·L-1×0.01
L=0.02
mol
AlCl3+3NaOHAl(OH)3↓+3NaCl
3
mol
1
mol
0.02
mol
n[Al(OH)3]
n[Al(OH)3]=0.006
7
mol
m[Al(OH)3]=0.52
g
答:A点时生成Al(OH)3沉淀的质量为0.52
g。
金属材料
按组成成分
按性能特点
黑色金属材料：包括
以及它们的合金
有色金属材料：除
以外的其他金属及其合金