1、第二节金属材料第一课时金属材料1能从合金结构与组成的角度理解合金的特殊性能，培养宏观辨识与微观探析的能力。2能列举常见合金的组成与性能，能科学、合理地选择和使用金属材料，培养自己的科学态度与社会责任化学核心素养的发展。1合金的含义合金是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的，具有金属特性的混合物。2合金的特性(1)一般情况下，合金比各成分金属的硬度大。(2)多数合金的熔点一般比各成分金属的低。(3)一般来说，合金的性能并不是各成分金属性能的总和，合金的物理、化学及机械性能优于各成分金属。(4)合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节。例如：生铁的熔
2、点比纯铁的低；硬铝(Al、Cu、Mg、Mn、Si)的强度和硬度都比纯铝的大。问题探讨1合金一定只是由金属组成的混合物吗？提示：不一定；合金中一定含有金属元素，也可能含有非金属元素，如生铁是由铁、碳组成的合金。2已知铜的熔点为1 083 ，钠的沸点为883 ，试问铜与钠是否能形成合金？提示：不能；当铜开始熔化时，钠已经汽化，故二者不能形成合金。3合金的性质是各成分金属的性质之和吗？提示：不是；合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在物理性质和机械性能方面优于各成分金属。不是各成分金属性能的简单加和；但一般认为在化学性质上，合金体现的是各成分金属的化学性质。4合金比成分金属的硬度一般都大，原因是
3、什么？提示：纯金属内所有原子的大小和形状相同，原子的排列十分规整，形成合金后，改变了有规则的层状排列，使原子之间的相对滑动变得困难，导致合金的硬度变大。1合金的性质合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于各成分金属。(1)硬度：合金的硬度一般大于各成分金属。(2)熔点：合金的熔点多数低于各成分金属。2纯金属和合金的结构比较合金的形成改变了金属的内部结构，使合金的性能和纯金属有很大的差异。3合金的“四大”关注点(1)合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素。(2)合金中各成分的含量影响合金的性能。(3)合金不同于一般混合物，它有固定的熔点，原因是合金有固定的组成。(4)合金的种
4、类远远多于纯金属的种类。12020年12月17日凌晨1点59分，“嫦娥五号”返回器携带月球样品在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。这标志着我国已具备地月往返的能力，探月工程“绕、落、回”三步走规划完美收官。“嫦娥五号”中使用了大量合金。下列有关金属或合金的说法中不正确的是()A生铁属于合金B合金的化学性质与其成分金属的化学性质不同C一般合金的熔点比各成分金属的低D改变原料的配比、生成合金的条件，可以得到具有不同性能的合金解析：选B生铁中含有Fe和C元素，属于合金，合金属于混合物，故A正确；合金的化学性质与其成分金属的化学性质基本相同，故B错误；一般合金的熔点比各成分金属的低，但硬度比各成分金属的
5、大，故C正确；改变原料的配比、生成合金的条件，可以得到具有不同性能的合金，比如铁中加铬制造不锈钢，故D正确。2下列关于合金的说法正确的是()A合金中至少含有两种金属元素B合金中的金属元素以化合物的形式存在C合金中可能含有非金属元素D合金的性质与其成分金属的性质完全相同解析：选C合金不一定含有两种或两种以上的金属元素，也可能含有非金属元素，A项错误，C项正确；合金中的元素一般以单质的形式存在，B项错误；合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于其成分金属，D项错误。3某合金与铁的物理性质的比较如表所示：熔点/密度/(g/cm3)硬度(金刚石为10)导电性(银为100)某合金2 50
6、03.007.42.3铁1 5357.864517又知该合金耐腐蚀，强度大。从以上性能看，该合金不适合制()A导线B门窗框C炉具D飞机外壳解析：选A该合金与铁相比较，导电性较差，不适合制导线；制门窗框主要利用合金的硬度大和耐腐蚀性强；制炉具主要利用其熔点高和耐腐蚀性强；制飞机外壳则是利用其硬度大和密度小，B、C、D项与该合金性能相符。生铁和钢是两种重要的铁碳合金，两者有广泛的用途。问题探讨1生铁和钢是两种重要的铁碳合金，二者的分类依据是什么？提示：按含碳量的不同把铁碳合金分为生铁和钢，其中含碳量2%4.3%的为生铁；含碳量0.03%2%的为钢。2碳素钢按含碳量的不同分为哪三类？提示：按含碳量的
7、不同，可把碳素钢分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。3在碳素钢中，因含碳量的不同，高碳钢、中碳钢和低碳钢的性能有很大差异；向碳素钢中加入不同的合金元素，可制得不同性能的合金钢。这对你有什么启示？提示：物质组成成分的种类和百分含量都对物质的性质有重大影响。在合金的冶炼中，可以根据实际需求，通过调节合金元素的种类和百分含量，制成具有稳定性的合金。铁合金的两大类型生铁和钢1生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金，由于含碳量不同，钢(含碳量为0.03%2%)和生铁(含碳量为2%4.3%)在性能上有很大差异。钢是用量最大、用途最广的合金，根据其化学成分，可分为两大类：碳素钢和合金钢。根据含碳量不同，碳素钢又可分为高
8、碳钢、中碳钢和低碳钢。生铁和钢的主要组成元素、特性和用途如表所示：铁合金主要成分主要特征主要用途生铁Fe、C(含碳量为2%4.3%)及Si、Mn、S、P硬而脆，强度高，可铸不可锻炼钢，制各种铸件钢碳素钢低碳钢Fe、C(含碳量低于0.3%)韧性、焊接性好，但强度低制钢板、钢丝和钢管等中碳钢Fe、C(含碳量为0.3%0.6%)强度高，韧性及加工性好制钢轨、车轮和建材等高碳钢Fe、C(含碳量高于0.6%)硬而脆，热处理后弹性好制器械、弹簧和刀具等合金钢锰钢Fe、Mn韧性好，强度高制钢轨、轴承、坦克装甲等硅钢Fe、Si导磁性好制变压器、发电机的铁芯等不锈钢Fe、Cr、Ni抗腐蚀性好制医疗器械、炊具、反
9、应釜和容器等2.钢是用量最大、用途最广的合金，含碳量越低，钢的韧性越好；含碳量越高，钢的硬度越大。合金钢包括不锈钢及各种特种钢等。1日常生活中的容器主要是不锈钢制品，这是利用合金的()A导电性B导热性C抗腐蚀性D易回收利用解析：选C生活中使用不锈钢制品，主要利用合金抗腐蚀性好。2在生活、生产中，目前用量最大、用途最广的合金是()A钛合金B铜C钢D硬铝解析：选C目前在生产、生活中用量最大、用途最广的合金是钢。3下列说法正确的是()A高碳钢的含碳量大于2%B生铁既可铸造也可锻造C生铁和钢都属于铁合金D生铁是用途最广的合金解析：选C高碳钢属于钢中的碳素钢，钢的含碳量低于2%，A项错误；生铁可铸不可锻
10、，B项错误；铁合金通常包括生铁和钢两大类，C项正确；钢是用途最广的合金，D项错误。实验1铝片与盐酸的反应实验操作实验现象刚开始没有气泡，一段时间后，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实验结论铝是一种活泼金属，常温下能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层致密的氧化膜，保护着内部金属。铝表面的保护膜和铝均能与盐酸发生反应化学方程式Al2O36HCl=2AlCl33H2O、2Al6HCl=2AlCl33H2离子方程式Al2O36H=2Al33H2O2Al6H=2Al33H2实验2铝片与NaOH溶液的反应实验操作实验现象开始没有气泡，一段时间后才产生气泡，铝片逐渐溶解，将点燃
11、的木条放在试管口有爆鸣声立即产生气泡，铝片逐渐溶解，将点燃的木条放在试管口有爆鸣声实验结论两支试管均放出H2，铝、氧化铝均能与NaOH溶液反应离子方程式Al2O32OH=2AlOH2O、2Al2OH2H2O=2AlO3H2问题探讨1铝是活泼的金属，为什么铝的抗腐蚀性能比铁强？提示：常温下，活泼的金属在空气中易与氧气反应，表面生成一层氧化膜，但有的氧化膜致密，可以保护内部的金属不会继续被氧化，如镁、铝表面的氧化膜，因此镁、铝可在空气中保存；有的氧化膜疏松，不能保护内部金属，如铁表面形成的铁锈。2为什么铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物？提示：由于Al和Al2O3均能与酸、碱反应，故不
12、能用铝制餐具蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物。3为什么航空工业中铝合金比铁合金应用更广泛？提示：铝合金的密度比铁合金密度小，且耐高温、耐腐蚀。铝是地壳中含量最多的金属元素。铝是一种活泼金属，在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。人们日常用的铝制品通常都是由铝合金制造的，其表面总是覆盖着致密的氧化铝薄膜，这层膜起着保护内部金属的作用。1铝的化学性质(1)与O2等非金属单质反应常温下，金属铝能被空气中的氧气氧化，表面生成一层致密的氧化铝薄膜，这层薄膜能阻止内部金属继续与氧气发生反应。反应的化学方程式为4Al3O2=2Al2O3。(2)与酸、碱的反应铝既能与酸溶液反应，又能
13、与碱溶液反应。以HCl和NaOH为例的化学方程式分别为2Al6HCl=2AlCl33H2、2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2。2氧化铝与酸、碱的反应Al2O3既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水，这种氧化物称为两性氧化物。以HCl和NaOH为例的化学方程式分别为Al2O36HCl=2AlCl33H2O、Al2O32NaOH=2NaAlO2H2O。3铝合金主要组成元素主要特性主要用途铝合金硬铝Al、Mg、Cu、Si、Mn等(Mg 0.5%、Cu 4%、Si 0.7%、Mn 0.5%)密度小，强度和硬度都比纯铝的大，具有较强的抗腐蚀能力用于汽车、飞机、火箭、船舶等制造业镁铝合
14、金Mg、Al强度和硬度都比纯铝和纯镁的大用于火箭、飞机、轮船等制造业4.新型合金(1)储氢合金储氢方法含义：一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。要求：具有实用价值的储氢合金要求储氢量大，金属氢化物既容易形成，稍稍加热又容易分解，室温下吸、放氢的速率快。实例：TiFe合金、LaNi合金。(2)其他几种新型合金合金名称主要性质主要用途钛合金熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好、抗腐蚀性能好等广泛用于火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等耐热合金高温下具有高的抗氧化性、抗蠕变性与持久强度主要应用于航空、舰艇、火箭等领域形状记忆合金在加热升温后能完全消除其在较低的温度
15、下发生的变形，恢复其变形前的原始形状在航空航天领域、临床医疗领域等有着广泛的应用，如宇宙飞船的天线、人造骨骼、心脏修补器、手术缝合线等名师点拨(1)合金中的“最”：使用最早的合金是青铜；用量最大、用途最广的合金是钢。(2)NaAlO2为偏铝酸钠，其中铝的化合价为3价，NaAlO2在溶液中的存在形式是NaAl(OH)4(四羟基合铝酸钠)。(3)既能与NaOH溶液反应又能与盐酸反应的物质主要有：Al、Al2O3及多元弱酸的酸式盐(如NaHCO3)。(4)1 mol铝不论与盐酸还是NaOH溶液完全反应，均转移3 mol电子，同时生成1.5 mol H2。1日常生活中常用铝制炊具，它质轻且坚固耐用，其
16、原因是()A铝制品表面涂有一层油，可以保护铝不受腐蚀B铝很不活泼，不易与其他物质反应C铝制品表面有一层致密的氧化物薄膜，起保护作用D铝虽然很活泼，但只有在高温下才能反应解析：选C铝的化学性质很活泼，易和空气中的氧气反应形成一层致密的氧化物薄膜，从而阻止内部的铝继续反应，故铝制炊具坚固耐用。2下列说法不正确的是()A铝合金的硬度和强度均比铝单质的大B铝制器皿可长期盛放酸梅汤和碱水等C铝合金可用于制造汽车车轮的骨架等D硬铝是含有Al、Cu、Mg、Si、Mn等元素的铝合金解析：选B根据合金的特性易知，铝合金的硬度和强度均比纯铝的大，A项正确；因铝和氧化铝均能与酸或碱发生反应，若用铝制器皿长期盛放酸梅
17、汤和碱水等会因发生反应而使其腐蚀，B项错误；铝合金质轻，强度大且热变形小，可广泛用于制造汽车车轮的骨架和飞机骨架等，C项正确；硬铝是含有Al、Cu、Mg、Si、Mn等元素的铝合金，D项正确。3铝合金在日常生活、建筑装潢、航空航天和汽车制造等方面均有着广泛的用途。下列关于铝合金具有广泛用途的分析不正确的是()A铝元素是在地壳中含量最高的金属元素，储量丰富B常温下铝既可以和盐酸反应又可以与氢氧化钠反应C铝的冶炼技术基本成熟，可以大量生产D从金属活动性顺序来看铝是比较活泼的金属，所以铝丝加热可以在空气中剧烈燃烧解析：选D地壳中含量最多的金属元素为铝元素，故A正确；铝具有两性，常温下能和盐酸反应，也可
18、以和氢氧化钠反应，故B正确；现在生活和生产中对金属铝的需求量大，利用电解冶炼金属铝的技术在工业生产中已经成熟，可以大量生产，故C正确；铝和氧气反应生成了三氧化二铝，又因三氧化二铝的熔点高于铝的熔点，而三氧化二铝在铝的表面会形成保护膜，所以加热铝丝的时候铝会熔化但是不会滴落，不会岀现剧烈的燃烧现象，故D错误。分级训练课课过关1下列物质中，不属于合金的是()A碳素钢B青铜C生铁DC60解析：选D碳素钢为铁的合金，青铜是Cu与Sn、Pb等元素的合金，生铁是Fe与碳元素形成的合金。2下列关于Al和Al2O3的说法错误的是()A可与盐酸反应B可与氢氧化钠溶液反应C常温下很稳定D常温下不溶于水解析：选CA
19、l与盐酸反应生成氯化铝和氢气，Al2O3与盐酸反应生成氯化铝和水，故A正确；Al与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，Al2O3与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水，故B正确；铝的性质活泼，常温下，容易与空气中的氧气反应生成氧化铝，故C错误；常温下，Al和Al2O3都不溶于水，故D正确。3下列说法正确的是()A用来制造储存氢气所用钢瓶的合金是储氢合金B不锈钢是最常见的新型合金C新型合金主要应用于航天航空、生物工程等领域D碳纤维复合材料属于新型合金材料解析：选C储氢合金指一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料，A项错误；不锈钢属于铁合金，B项错误；碳是非金属元素，碳纤维主要由碳元素组
20、成，不属于合金，D项错误。4用于飞机制造的材料应具备高比强度(断裂强度/密度)，还应具备密度小，质地轻的特点。你认为下列材料中可用于飞机制造业的是()AMgAl合金B黄铜(CuZn合金)CNaK合金D生铁(FeC合金)解析：选A制造飞机的材料需要密度小，但机械强度要较大。A项符合题目要求。5取两份铝片，第一份与足量盐酸反应，第二份与足量烧碱溶液反应，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11B可能为23C一定为32D可能为16解析：选A由于两份铝片反应生成的氢气的量相等，所以电子转移的量必然也是相等的。又因为铝分别与酸、碱反应时，虽然产物不同，但是生成物中铝的化合价
21、相同，即Al在反应中失电子数相同，所以两份铝的质量相等，A正确。6等物质的量的Na和Al两种金属加入足量的水中，生成26.88 L(标准状况下)的气体，则下列描述错误的是()A金属Na无剩余B金属Al有剩余C所得溶液溶质为NaAlO2DNa的物质的量是0.6 mol解析：选BNa能与冷水反应：2Na2H2O=2NaOHH2，Al能与NaOH溶液发生反应：2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，Na和Al的物质的量相等，两种金属恰好完全反应，设Na和Al的物质的量均为x mol，根据信息得出： mol mol26.88 L22.4 L/mol，得出x0.6。A对：Na能与冷水发生反应，且水是足量的，即Na无剩余；B错：0.6 mol Na与水反应生成0.6 mol NaOH,0.6 mol Al与0.6 mol NaOH恰好反应，Al无剩余；C对：由上述分析知，所得溶液的溶质为NaAlO2；D对：由上述分析知，n(Na)0.6 mol。