人教版（2019）高中化学必修一 同步学案 3.2.1 常见的合金及应用

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第三章
铁
金属材料
第二节
金属材料
第1课时　常见的合金及应用
知识点一、合金
1．合金的概念
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．合金的性能
一般合金的熔点低于各成分金属，硬度大于各成分金属。
合金的性能可以通过所添加的合金元素种类、含量和生成合金的条件等来加以调节。与纯金属相比，合金具有优良的物理、化学或机械性能，如强度大、耐腐蚀等。
3．铁合金
【例1】下列说法中正确的是（
）
A．不锈钢中只含有金属元素
B．我国流通的硬币材质是纯金属
C．广东打捞出的“南澳Ⅰ号”明代沉船上存在大量铝制餐具
D．镁合金的硬度和强度均高于金属镁
【例2】合金在生活与生产中具有广泛的应用，下列属于合金的是（
）
A．水泥
B．氧化铝
C．石墨
D．不锈钢
【例3】下列材料中不属于合金的是（
）
A．硬铝
B．18K金
C．焊锡
D．水银
【例4】下列有关金属及其合金的说法中正确的是（
）
A．日用铝制品表面覆盖着氧化膜，对内部金属起保护作用
B．生铁、普通钢和不锈钢中的含碳量依次增加
C．出土的古代铜制品表面覆盖着铜绿，其主要成分是CuO
D．装修门窗使用的铝合金材料的硬度比铝的小，熔点比铝的低
【例5】不锈钢不易生锈，原因是炼钢过程中加入了（
）
A．铬、锰
B．铬、铁
C．铬、镍
D．铬、碳
【例6】钢铁、铝合金、铜合金具有广泛用途，下列说法正确的是（
）
A．碳素钢与生铁的主要成分相同，所以性能相同
B．镁铝合金可用于制造飞机、汽车的部件
C．铜合金具有优良的导电、导热性能，但耐腐蚀能力较差
D．铝铁合金具有很高的熔点，能用于制造火箭外层材料
知识点二、铝和铝合金
1．铝和氧化铝的性质
（1）铝、氧化铝与稀盐酸反应
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
化学方程式
Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O、2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑
离子方程式
Al2O3+6H＋=Al3＋+3H2O、2Al+6H＋=2Al3＋+3H2↑
（2）铝、氧化铝与NaOH溶液反应
实验操作
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实验现象
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
化学方程式
Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O、2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
离子方程式
Al2O3+2OH－=2AlO＋H2O、2Al+2OH－+2H2O=2AlO+3H2↑
（3）实验结论
①铝既能与稀盐酸反应又能与NaOH溶液反应，都生成盐和氢气。
②氧化铝既能与稀盐酸反应又能与NaOH溶液反应，都生成盐和水。
（4）两性氧化物、两性氢氧化物的概念
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，如Al2O3。
②两性氢氧化物：既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氢氧化物，如Al(OH)3。
Al(OH)3溶于盐酸：Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O。
Al(OH)3溶于NaOH溶液：Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O。
2．氧化铝的用途
氧化铝熔点高，可作耐火材料；氧化铝可用于冶炼铝。
3．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，密度小，强度高，具有较强抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
【注】常温下铝与氧气反应，在铝制品表面形成致密的氧化铝薄膜，所以铝的抗腐蚀性较好
【例7】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
(填字母)。
A．CO2+2OH－=CO32－+H2O
B．Al2O3+2OH－=2AlO2－+H2O
C．2Al+2OH－+2H2O=2AlO2－+3H2↑
D．Al3＋+4OH－=AlO2－+2H2O
【例8】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(　　)
A．Na＋、Fe3＋、SO、Cl－
B．Ba2＋、Mg2＋、HCO、NO
C．Na＋、K＋、NO、CO
D．K＋、NO、Na＋、SO
【例9】现有铝、铁组成的混合物，分为等质量的两份，分别投入到足量的稀盐酸和稀氢氧化钠溶液中，放出氢气的体积比为2:1（相同条件）则该混合物中铝和铁的关系正确的是（
）
A．物质的量之比为1:1
B．物质的量之比为2:3
C．质量之比为56:27
D．条件不足，无法计算
【例10】将5.4
g
Al投入200
mL
2.0mol/L的某溶液中，充分反应后，有氢气产生且金属有剩余。则该溶液可能为（
）
氨水
B．Ba(OH)2溶液
C．H2SO4溶液
D．盐酸
【例11】分别在两份等体积等物质的量浓度的烧碱溶液和稀硫酸中加入过量的铝粉，充分反应后，放出H2（相同状况）的体积之比为（
）
A．3:1
B．1:3
C．3:2
D．1:1
【例12】取两份铝片，第一份与足量盐酸反应，第二份足量烧碱溶液反应，标准状况下均产生5.6
L气体，则两份铝片的质量之比为（
）
A．一定为1:1
B．可能为2:3
C．一定为3:2
D．可能为1:6
【例13】下列说法中不正确的是（
）
A．Al2O3熔点高、热稳定性强，可用作耐高温材料
B．铝制品表面覆盖着一层致密的薄膜，其主要成分是氧化铝
C．铝元素在自然界中主要以氧化铝的形式存在
D．Al2O3是两性氧化物，能与所有的酸、碱溶液反应
知识点三、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，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。
3．稀土金属
（1）镧系元素(57～71号元素)及钇和钪，共17种元素为稀土元素。
我国拥有丰富的稀土资源，现已查明的世界稀土资源中，80%分布在我国，并且品种齐全。
（2）稀土金属有着广泛的用途，它既可以单独使用，也可用于生产合金。在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能。因而，稀土元素又被称为“冶金工业的维生素”。
（3）稀土金属可用于制造引火合金、永磁材料、超导材料和发光材料等。稀土金属除广泛应用在冶金、石油化工、材料工业、医药及农业领域外，还逐渐深入到许多现代科技领域。
【例14】下列说法正确的是（
）
A．青铜是我国使用最早的合金，也是目前使用最广泛的合金
B．不管哪种铜合金都含有铜元素，所以它们的性质也和金属铜一样
C．日常生活中用到的铜合金制品主要是黄铜制的
D．铜常用于制造货币的原因之一是铜的化学性质活泼
【例15】铝制成铝箔用于食品包装，是利用它的（
）
A．金属光泽
B．延展性
C．导电性
D．导热性
【例16】高铁车厢大部分采用铝合金材料制造，这是因为铝合金（
）
A．质地轻，强度大，抗腐蚀能力比较强
B．具有比较活泼的化学性质
C．各种成分在自然界中含量丰富，容易获取
D．比纯铝熔点高，耐高温
【例17】我国“蛟龙”号载人潜水器已成功下潜至海中7
062.68米处。“蛟龙”号载人潜水器的外壳是耐超高压的钛合金，下面有关合金的说法正确的是(　
　)
A．钛合金是一种新型金属单质
B．钛合金熔点比钛金属高
C．钛合金的硬度与钛单质相同
D．青铜、合金钢和硬铝都是合金
【例18】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
【例19】Mg2Cu是一种储氢合金。35℃时，Mg2Cu与H2反应，生成MgCu2和仅含一种金属元素的氢化物（其中氢的的质量分数为7.7%）Mg2Cu与H2反应的化学方程式为_________________________
_________________________________________。
【例20】下列说法中不正确的是（
）
A．我国有丰富的稀土资源，要合理开采
B．稀土金属只能用于生产合金
C．稀土金属用途广泛，被称为冶金工业的维生素
D．稀土金属的种类有17种
【例21】下列关于稀土金属的说法不正确的是（
）
A．稀土金属是指在自然界中含量非常稀少的一类元素
B．镧镍合金可用作储氢材料（吸收氢气形成金属氢化物）
C．稀土金属可用于制造永磁材料、超导材料和发光材料等
D．应该合理利用和保护稀土资源
答案：例1
D；
例2
D；
例3
D；
例4
A；
例5
C；
例6
B；
例7
ABC；
例8
B；
例9
B；
例10
D；
例11
A；
例12
A；
例13
D；
例14
C；
例15
B；
例16
A；
例17
D；
例18
D；
例19
例20
B
例21
A
课后练习
1.下列文物的材质属于合金的是
(　　)
A.新石器彩陶缸
B.商代青铜四羊方尊
C.战国水晶杯
D.西汉素纱衣
解析：青铜属于铜合金。
答案：B
2.下列金属中，表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化的是(　　)
A.K
B.Na
C.Fe
D.Al
答案：D
3.(双选)镁铝合金被大量用于航空工业、造船工业、日用化工等领域。下列关于镁铝合金性质的叙述中正确的是
(　　)
A.此合金的熔点比镁和铝的熔点都低
B.此合金能全部溶解于稀盐酸中
C.此合金能全部溶解于氢氧化钠溶液中
D.此合金不能全部溶于过量FeCl3溶液中
答案：AB
4.中国银行发行的中国航天普通纪念币，面额为10元，直径为27毫米，材质为双色铜合金。下列关于合金的叙述不正确的是
(　　)
A.铜合金和单质铜一样，具有良好的导电性、导热性和延展性
B.铜合金的硬度比单质铜大
C.铜合金的熔点比单质铜低
D.该纪念币能完全溶解于稀硫酸中
答案：D
5.纯铁的熔点为1
535
℃，而在高炉中炼铁时生铁(含碳量较高的铁的合金)在1
200
℃左右就熔化了，这是因为
(　　)
A.铁的纯度越高，熔点越低
B.合金的熔点比其成分物质的熔点高
C.形成了铁碳合金，所以熔点变低
D.生铁在高炉内熔化的过程中发生了化学反应
解析：合金的熔点低于其成分物质的熔点，纯铁熔点较高，所以高炉中炼铁时，生铁在1
200
℃左右就熔化了；熔化没有新物质生成，是物理变化。
答案：C
6.若1.8
g某金属与足量盐酸反应，放出2.24
L
H2(标准状况)，则该金属是(　　)
A.Al
B.Mg
C.Fe
D.Zn
解析：解答本题的难点在于该金属的价态不明确，若知道该金属在化合物中的价态，由H2的物质的量便可得该金属的物质的量，从而得摩尔质量，最终得该金属的相对原子质量，便可解决问题。由此我们假设金属为R，反应后生成的化合物中R元素的化合价分别为+1价、+2价、+3价，当化合价为+1价时，M(R)=9
g·mol-1；当化合价为+2价时，M(R)=18
g·mol-1；当化合价为+3价时，M(R)=27
g·mol-1，综合考虑，正确的只有当化合价为+3价时，R为Al时合适。
答案：A
【拓展提高】
7.等体积、等物质的量浓度的硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中，各加入等质量的铝，生成氢气的体积比为5∶6，则甲、乙烧杯中的反应情况可能分别是
(　　)
A.甲、乙中都是铝过量
B.甲中铝过量，乙中碱过量
C.甲中酸过量，乙中铝过量
D.甲中酸过量，乙中碱过量
解析：发生的反应有：
2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2↑；
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，讨论：
(1)若酸、碱均过量，则产生的氢气取决于铝，铝的质量相同，氢气的体积比为1∶1。
(2)若酸、碱均不足，产生的氢气取决于酸、碱，根据化学方程式可知，氢气的体积比为2∶3。
(3)现在的比值是5∶6，处于
2∶3和1∶1之间，由于等物质的量的铝消耗硫酸的物质的量大于碱的物质的量，此时铝对于酸过量而对于碱不足。
答案：B
8.现代建筑的门窗架常用电解加工成的古铜色硬铝制造。取硬铝样品进行以下实验(每一步试剂均过量)，由此可以推知硬铝的组成可能为(已知硅与氢氧化钠反应放出氢气)
(　　)
样品
A.Al、Mg、Si、Zn
B.Al、Fe、Zn、Na
C.Al、Na、Cu、Fe
D.Al、Cu、Mg、Si
解析：硬铝中一定含有Al，样品加入足量稀盐酸后有难溶物存在，说明有金属活动性在H之后的金属或非金属存在，再加入浓氢氧化钠溶液后有气体生成和难溶物存在，根据题目信息可知硬铝样品中含有Si，最终的难溶物为Cu，D项正确。
答案：D
9.
把1.1
g铁、铝混合物溶于200
mL
5
mol·L-1盐酸中，反应后盐酸中HCl的物质的量浓度变为4.6
mol·L-1(溶液体积变化忽略不计)。求：
(1)反应中消耗HCl的物质的量。
(2)该混合物中铝、铁的物质的量。
解析：
(1)消耗HCl的物质的量：0.2
L×5
mol·L-1-0.2
L×4.6
mol·L-1=0.08
mol。
(2)设Al、Fe的物质的量分别为x、y。
2Al　+　6HCl　=2AlCl3+3H2↑
2
mol　　6
mol
x　　　　3x
Fe　+　2HCl=FeCl2+H2↑
1
mol　
2
mol
y　　　
2y
解得x=0.02
mol，y=0.01
mol。
答案：
(1)0.08
mol
(2)Al：0.02
mol　Fe：0.01
mol
【挑战创新】
10.某课外兴趣小组为探究某种铝合金(合金元素为Mg、Al)是否符合国家质量标准(国家规定其中铝含量不能低于78%)，设计下图装置进行实验。
(1)如何检验该装置的气密性：?
　。?
(2)合金样品固体M与氢氧化钠溶液反应的离子方程式为?
　。
(3)倾斜左边装置使氢氧化钠溶液(足量)与质量为a的合金粉末(固体M)充分反应，待反应停止后，进入量气管的气体的体积为V(已折算成标准状况)，若量气管最大量程为50
mL，则固体M中铝的质量[m(Al)]范围为　　　　。?
(4)若将装置中的氢氧化钠溶液替换为足量的盐酸，则反应停止后量气管内气体体积　　　　(填“>”“<”或“=”)V。?
解析：
(1)利用压强差法检查装置的气密性。
(2)Mg、Al中只有Al可与NaOH反应：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑。
(3)量气管最大量程为50
mL，即产生H2的体积最大为50
mL，设产生50
mL
H2需要Al的质量为x。
2Al　　~　　3H2↑
54
g　　　　
3
mol
x　　　
=
，
x≈0.04
g。
产生气体的体积不能超过量气管的最大量程，故0g。
(4)若换为盐酸，则Mg与盐酸反应也产生H2，所以大于使用氢氧化钠溶液产生的气体体积。
答案：
(1)安装好装置并在量气管内加入水，向下或向上移动水准管，静置片刻，若水准管中液面与量气管液面维持一定的高度差，说明装置气密性良好
(2)2OH-+2Al+2H2O=2AlO2-+3H2↑
(3)0g[或m(Al)<0.04
g]　(4)>
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精品试卷·第
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