金属材料
铁合金
铝和铝合金
【教材分析】
本节课时为必修1中第三章第二节中第一课时内容。在学习本课题时，学生已经学习了金属钠、铁及其重要化合物。在此基础上，进一步学习铝及其化合物、合金金属材料应用的相关知识。铝和氧化铝是中学化学元素化合物的核心知识，是学生理解和落实两性氧化物和两性氢氧化物概念的主要知识载体，也是高中化学元素化合物知识学习的难点之一。合金金属材料在国民经济中的有着重要的地位，此部分的内容的体现了教材的时代感，反映教学与生产、生活实际的联系。学好本部分知识，将有助于辩证的认识问题，开阔知识视野；学会从化学的角度观察、分析、了解物质世界，提高自身的科学素养。
【核心素养】
证据推理与模型认知：通过对化学实验现象的观察，以此为证据，进行适度的推理，对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实。
科学探究与创新意识：通过铝及其化合物的实验，体验如何观察实验现象，如何准确用语言描述，并对实验现象进行分析、推理，了解科学探究的基本方法。培养初步的科学探究能力。
科学精神与社会责任：通过对合金的学习，认识化学在社会发展中的重要作用，体验科学技术是第一生产力。
【教学重难点】
铝及其化合物的性质
【教学过程】
【引入】2020年，美国为了阻碍中国的发展，限制了芯片技术，我国也采取了一些措施反制美国，如限制稀土的出口美国。我们为什么限制稀土出口？稀土是什么物质呢？稀土是化学周期表中镧系元素和钪、钇等金属元素的总称，稀土有工业"黄金"之称，如由稀土制成的铁铝镁等合金，可用于尖端武器，如隐身飞机。
合金是什么物质呢？
【板书】金属材料
一、合金
【投影】一、合金
1．定义：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．性质：合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面又不同于各成分金属。
(1)硬度：合金的硬度一般大于成分金属。
(2)熔点：合金的熔点多数低于成分金属。
【讲述】为什么合金硬度比成分金属大？
[提示]纯金属所有原子的大小和形状相同，原子排列十分规整；加入或大或小的其他元素的原子后，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，导致合金硬度变大。
【过渡】在生活中使用量最大，应用范围最广的金属是铁，但是并不是铁的单质，而是铁合金。
【板书】二、铁合金
【投影】二、铁合金
【讲解】生活中有两种常见的铁合金，生铁和钢。生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金，生铁的含碳量在2％～4.3％之间，其特性是硬度大、抗压、性脆（歇后语：打破沙锅—问(纹)到底）、可以铸造成型，多用于制造机座、管道等。钢的含碳量在0.03％～2％之间，延展性和机械性能好、可以锻轧和铸造，广泛用于制造机械和交通工具。
钢是用量最大，用途最广的合金。根据其化学成分，可分为碳素钢和合金钢。碳素钢又根据含碳量不同，可分为高碳钢、中碳钢、低碳钢。合金钢又叫特种钢，是在碳素钢里适当的加入一种或者几种合金元素。使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有某些特殊性能。
【投影】
【讲解】不锈钢是生活中最常见的一种合金钢。它的合金元素是铬(Cr)和镍(Ni)。它的特性我们知道就是不生锈，抗腐蚀，常用来制造餐具、医疗器械等。
同学们阅读74页资料卡片，了解一下一些合金元素的主要作用和性能。
【过渡】生活生产中用量最大的金属是铁，用量第二的金属非铝莫属。
【板书】三、铝和铝合金
【投影】三、铝和铝合金
【讲解】铝是地壳中含量最多的金属元素，但自然界中并没有铝单质存在，都是化合物形式。这是因为铝性质比较活泼，常温下就可与空气中的氧气发生反应，生成氧化铝。生成的氧化铝以薄膜的形式覆盖于金属表面，非常致密，阻止内部的铝继续反应，起到保护作用。所以，生活中我们可以使用一些铝制品，不用担心被腐蚀掉，如厨具、餐具。
【过渡】给学生分享一个自己生活中的囧事，腌咸菜的故事。一年春天，在家用一铝盆腌了一些糖醋蒜薹，有一天，取蒜薹时，发现盆下面流出一些咸菜汁，一检查发现是盆底漏了。谁解释一下怎么回事？
【解释】是腌咸菜时的醋把盆底给腐蚀了，铝是金属活动顺序表中氢前金属，可以和酸反应。
【演示实验】课本76页实验3—4铝与盐酸的反应
【学生】仔细观察，归纳现象。
【补充】现象：慢慢有气泡冒出，先慢后快，点燃有爆鸣声。
【讲解】实验表明，铝可以和盐酸发生反应，生成氢气。反应反应方程式为：
【投影】2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
离子方程式：2Al＋6H+==2Al3+＋3H2
【设疑】上面的实验中，还有别的反应发生吗？
【启发】铝是一种较活泼金属，常温下能跟氧气反应，但生活中的铝制品却能够稳定存在。是因为其表面有一层致密的氧化铝保护膜。
【投影】Al2O3
+
6HCl
=
2AlCl3
+
3H2O
【过渡】我们再做一个实验，验证Al2O3的存在。
【演示实验】课本76页实验3—5
【学生】仔细观察，归纳现象。
【归纳】现象：打磨过的铝片，立即有气泡冒出；未打磨的铝片，一段时间才有气泡。
【讲解】因为打磨过的铝片，表面的氧化铝保护膜被破坏，Al就可以直接反应；而未打磨的铝片，表面有一层氧化铝保护膜，阻止铝立即与氢氧化钠反应。过段时间后，开始有气泡冒出，说明氧化铝膜被破坏。这些现象说明Al、Al2O3都能和NaOH反应。
【投影】2Al
+
2NaOH
+
2H2O
=
2NaAlO2
+
3H2↑
Al2O3
+
2NaOH
=
2NaAlO2
+
H2O。
【讲解】NaAlO2
的名称为偏铝酸钠，其中AlO2－的名称为偏铝酸根离子。由上面两个实验，了解到Al和Al2O3都既能与酸反应又能和强碱反应。像氧化铝这类既能与酸反应生成盐和水，也能与碱反应生成盐和水的氧化物，叫做两性氧化物。
【板书】Al2O3两性氧化物
【练习】向一个铝制易拉罐中充满CO2，然后往罐中注入足量的浓NaOH溶液，立即封严罐口。一会儿听到罐内发出“咔、咔”的声音，且易拉罐变瘪；再过一会儿易拉罐又鼓起来恢复原样。请完成下列问题：
易拉罐变瘪的原因是
反应的离子方程式为
易拉罐又鼓起来的原因是
反应的离子方程式为
【点评】由于铝和氧化铝既能和酸反应又能和碱反应，所以铝制餐具容器不能盛放酸性碱性物质。
【讲述】铁合金和铝合金是日常最常见的两种合金。像铁合金可以做地铁车皮，铝合金用于制造飞机外壳。
【过渡】在一些尖端技术领域，还需要一些特殊功能的新型合金。
【板书】四、新型合金
【讲述】例如制造飞机发动机的耐高温的镍钴合金，制造潜水器的硬度大、不易变形的钛合金。例如，氢能是人类未来的能源之一，能量高，无污染。但是现在储存运输氢的方法，都是把氢气压缩到钢瓶中，使用和运输很不方便，也不安全。现在人们正在开发研究一种合金，这种合金在较低温度下，吸收和释放氢气，已经取得较大进展。
【小结】
铁合金
铝及合金
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑。
2Al＋2H2O＋2NaOH===2NaAlO2＋3H2↑
Al2O3
+
6HCl
=
2AlCl3
+
3H2O
Al2O3
+
2NaOH
=
2NaAlO2
+
H2O
【随堂巩固】
下列不属于新型合金材料的是（
）
储氢合金
B.形状记忆合金
C.不锈钢
D.镍钴耐热合金
下列有关厨房铝制品的使用中，你认为合理的是（
）
盛放食醋
B.烧煮开水
C.用金属丝擦洗表面的油污
D.用碱水洗涤
相同质量的两份铝，分别放入足量的盐酸和氢氧化钠溶液中，放出的氢气在同温同压下体积之比为（
）
A.1:1
B.1:6
C.2:3
D.3:2
下列关于合金的说法中，正确的是（
）
合金的熔点一定比各成分金属的低
在我国使用最早的合金是钢
生铁的含碳量为0.03%—2%
稀土金属可以用来生产合金
下列关于铝的说法中，正确的是（
）
铝的化学性质不活泼
铝不与酸、碱反应
常温下铝不与氧气反应
铝表面容易形成一层致密的氧化物保护膜第三章
铁
金属材料
第二节
金属材料
第2课时
物质的量在化学方程式计算中的应用
教学目标与核心素养
宏观辨识与微观探析：理解化学方程式中计量数的宏观和微观意义及运用
证据推理与模型认知：建立使用物质的量相关物理量在方程式计算的基本模型
重点难点
物质的量与粒子数、气体体积、质量等物理量之间的关系
物质的量在化学方程式计算中的应用
教学过程
1.新课导入
【引入】在前面的学习中，我们学习了一个计量微观粒子的物理量—物质的量，我们一起回忆一下物质的量与其他物理量之间的关系。
2.新课讲授
【投影】
【学生】思考，并填空。
【教师】老师引导学生们由此图总结出物质的量与其他物理量之间的换算关系。
【过渡】化学作为一门理科，会涉及一些计算问题，初中我们学过利用化学方程式进行计算的方法。例如氢气和氧气反应生成水的反应。
【投影】
质量之比
4g
:
32g
:
36g
【讲述】在用化学方程式计算前，首先要把方程式配平，
配平后方程式中化学式前的计量数，使各元素质量守恒，另外还有一层意思，还可表示反应时各物质微粒个数关系。
【投影】
化学计量数之比
2
:
1
:
2
粒子数之比
2
:
1
:
2
【过渡】如果把各物质微粒数目同时扩大6.02×1023倍，关系依然成立。
【投影】
化学计量数之比
2
:
1
:
2
粒子数之比
2
:
1
:
2
扩大6.02×1023倍
2×6.02×1023
:
6.02×1023
:
2×6.02×1023
【过渡】根据物质的量与物质粒子数的关系n=可知，微粒个数比还等于物质的量之比。
【投影】
化学计量数之比
2
:
1
:
2
粒子数之比
2
:
1
:
2
扩大6.02×1023倍
2×6.02×1023
:
6.02×1023
:
2×6.02×1023
物质的量之比
2mol
:
1mol
:
2mol
【过渡】根据物质的量与其它物理量之间的关系，还可以知道物质质量与气体体积之间的关系
【投影】
化学计量数之比
2
:
1
:
2
粒子数之比
2
:
1
:
2
扩大6.02×1023倍
2×6.02×1023
:
6.02×1023
:
2×6.02×1023
物质的量之比
2mol
:
1mol
:
2mol
体积之比
2×Vm
:
Vm
:
质量之比
4g
:
32g
:
36g
【例题】250mL
2mol/L的硫酸与足量的铁屑完全反应。计算：
（1）参加反应的铁屑的物质的量
（2）生成H2的体积（标准状况）
【讲解】（1）：计算出参加反应的H2SO4的物质的量：0.25L
×
2mol/L
=
0.50mol
反应方程式：Fe
+
H2SO4
——
FeSO4
+
H2↑
1
1
n(Fe)
0.50mol
1
n(Fe)
1
0.50mol
n(Fe)=
0.50mol
答：参加反应的铁屑的物质的量为0.5mol。
【讲解】（2）：反应方程式：Fe
+
H2SO4
——
FeSO4
+
H2↑
1mol
22.4L
0.50mol
1mol
22.4L
0.50mol
V(H2)
V(H2)
=
22.4L
×
0.50mol
÷
1mol
=
11.2L
答：生成H2的的体积在标准状况下是11.2L。
【投影】物质的量在化学方程式计算中的应用解题步骤。
Step1：写出题目中涉及的反应方程式；
Step2：根据方程式各物质之间的化学计量数之比和已知信息（物质的量或体积或气体摩尔体积或质量等），列出求解未知量的方程式；
Step3：解出方程式，得到答案。
【练习】向500mlNaOH溶液中投入10.8gAl，二者恰好完全反应，试计算：
Al的物质的量
NaOH的溶液的物质的量浓度
在标况下生成H2的体积
【小结】计量系数比=物质的量比
物质的量与其它物理量换算
【随堂巩固】
1.物质在发生化学反应时( )
A．
它们的质量一定相等
B．
它们的物质的量一定相等
C．
它们的质量比等于化学方程式中化学计量数之比
D．
它们的物质的量之比等于化学方程式中化学计量数之比
2.实验室利用反应2KClO32KCl＋3O2↑制取氧气，今24.5
g
KClO3参加反应，则得到标准状况下的氧气的体积是( )
A．2.24
L
B．4.48
L
C．44.8
L
D．6.72
L
3.相同质量的Mg和Al分别与足量的盐酸反应，所生成的氢气在标准状况下的体积之比为A．2∶3
B．1∶1
C．3∶4
D．24∶27
4.200
mL
0.5
mol·L－1的盐酸与14.3
g
Na2CO3·xH2O恰好完全反应生成CO2，则x为( )
A．5
B．6
C．9
D．10
5.将1
mol
Na和1
mol
Al的混合物投入足量水中，产生的气体在标准状况下的体积为( )
A．11.2
L
B．22.4
L
C．33.6
L
D．44.8
L
