1、第二节 金 属 材 料 第1课时 合 金 课前自主学习 学习任务一 合金 任务驱动:中国自主研发的C919大型飞机采用了大量新型材料铝锂合金,合金具有什么优点?1.合金 概念由两种或两种以上的_(或_)熔合而成的具有 _特性的物质特性硬度一般_它的纯金属成分熔点一般_它的成分金属与纯金属材料相比,合金具有优良的物理、化学或机械性能金属 金属与非金属 金属 大于 低于【想一想】所有的金属是不是都能形成合金?提示:不是,两种金属形成合金,其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化。2.常见的合金(1)铁合金 生铁钢含碳量_性能硬度大、抗压、性脆有良好的_、_加工可_不可_可_、可_用途制造机座、管道
2、制造机械和交通工具2%4.3%0.03%2%延展性 机械性能 铸 锻 铸 锻(2)铝合金(3)铜合金 我国使用最早的铜合金是_,常见的铜合金还有黄铜和白铜。(4)新型合金 储氢合金:Ti-Fe合金和La-Ni合金等。钛合金:重量轻、强度高、韧性好、耐腐蚀。耐热合金、形状记忆合金等。青铜【情境思考】在日常生产、生活和科学技术中,金属材料是非常重要的。我们周围的很多物品都是由金属材料制成的。金属形成合金后,性质有什么变化?提示:合金的物理性质相较于成分金属有所改变,但合金中各成分金属的化学性质仍然不变。学习任务二 正确选用金属材料 任务驱动:金属材料在生活中有着广泛的应用,如何选择合适的金属材料呢
3、?1.金属材料的分类 2.金属材料的正确选用 需要考虑的因素:价格、加工难度、日常维护、对环境的影响、主要用途、外观、物理性质、化学性质 课堂合作探究 探究任务一 合金的组成和性质【生活情境】我们生活中很少使用纯金属,主要使用合金。【问题探究】1.合金一定是由金属组成的混合物吗?为什么?提示:不一定。合金可以由金属与金属熔合而成,也可以由金属与非金属熔合而成,如钢铁中含有碳元素。2.金属与金属或金属与非金属形成合金时是否发生化学反应?提示:没有。合金属于混合物,金属与金属或金属与非金属形成合金时,两者没有发生化学反应,各成分的化学性质没有发生变化。3.合金的性质是各成分金属的性质之和吗?提示:
4、合金具有许多优良的物理、化学或机械性能,在物理性质、机械性能方面优于各成分金属,不是简单加合;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.迁移应用 元宝的成分是Au,有些不法之徒却用Cu-Zn合金制成假元宝、假首饰来骗人。你用什么化学方法可以鉴别真元宝与假元宝?提示:(1)火烧法:火烧后真金颜色不变,Cu-Zn合金表面变暗。(2)酸溶法:用醋酸或盐酸浸泡,若有气泡产生,则为假元宝。【探究总结】1.组成(1)合金中一定有金属元素,也可能含有非金属元素。(2)合金一定是混合物,没有固定的熔点。2.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
5、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。【拓展提升】1.常见合金的成分及其重要作用:(1)铜合金。合金主要成分主要性能主要用途青铜铜、锡、铅 强度高、可塑性好、耐磨、耐腐蚀用于制造机械零件,如轴承、齿轮等黄铜铜、锌强度高、可塑性好、易加工、耐腐蚀用于制造机械零件、仪表、日用品白铜铜、镍光泽好、耐磨、耐腐蚀、易加工用于制造钱币和装饰品(2)合金钢。名称主要成分主要性能主要用途锰钢铁、锰、碳韧性好、硬度大钢轨、自行车架、挖掘机铲斗、坦克装甲不锈钢铁、铬、镍抗腐蚀性好医疗器械、容器、炊具硅钢铁、硅导磁性好变压器、发电机和电动机中的铁芯钨钢铁、钨
6、耐高温、硬度大刀具2.理解合金的组成及性质应注意的问题:(1)构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属,也可以是金属与非金属,合金中一定含金属元素。(2)并非所有的金属都能形成合金,两种金属形成合金,其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化,若一种金属的熔点大于另一金属的沸点,则二者不能形成合金。【探究特训】1.(2020南昌高一检测)化学与生活密切相关,下列有关说法错误的是()A.商代后期制作的后母戊鼎,其主要成分是青铜合金 B.战国时期最大铁器长方形铁炉,其主要成分是铁碳合金 C.我国自主研发的C919大飞机,其外壳主要成分是硬铝合金 D.我国“蛟龙”号载人潜水器最关键的部件钛合金耐压球
7、壳,其属于稀土合金 2.我国在春秋战国时期就懂得将白口铁(含碳量2%)经退火热处理得到相当于铸钢的器物(如锋利的宝剑),这一技术要比欧洲早近两千年。白口铁退火热处理的主要作用是()A.除硫、磷杂质 B.适当降低了含碳量 C.掺进合金元素 D.改善表面的结构性质【解析】选B。退火热处理是利用碳和水反应生成一氧化碳和氢气,降低含碳量。【补偿训练】1.(2020六安高一检测)钛和钛的合金被誉为“21世纪最有发展前景的金属材料”,它们具有很多优良的性能,如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工,尤其是钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”。根据它们的主要性能,下列用途不切合实际的是()A.用来做保险丝
8、B.用于制造航天飞机 C.用来制造人造骨 D.用于家庭装修,做钛合金装饰门【解析】选A。保险丝应该用熔点比较低的金属材料,而钛及其合金熔点高,不适合做保险丝。2.我国人民早在商代就已掌握青铜(铜、锡、铅合金)冶铸技术。在商代首都河南安阳,曾经出土多处炼铜遗址和大量青铜器件,其中有一件后母戊鼎,高133 cm,长110 cm,宽78 cm,重875 kg,是迄今为止被发现的我国古代青铜器中最壮观的一件珍品。下列说法错误的是()A.铜是人类历史上使用最早的金属材料 B.青铜合金具有比铜单质更好的机械性能 C.青铜不易生锈是因为铜的性质不活泼 D.铜被最早使用是因为铜的性质不活泼,易冶炼 3.合金是
9、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。(1)下列物质不属于合金的是_(填字母,下同)。A.明矾 B.硬铝 C.生铁 D.青铜(2)根据下表中四种金属的熔、沸点,回答问题:金属 Na Cu Al Fe 熔点/97.8 1 083 660 1 535 沸点/883 2 567 2 467 2 750 其中不能形成合金的是_。Cu与Na Fe与Cu Fe与Na Al与Na A.B.C.D.(3)镁铝合金与盐酸完全反应后,加入过量的氢氧化钠溶液,最后的结果是_。A.没有沉淀物生成 B.只有氢氧化铝沉淀生成 C.只有氢氧化镁沉淀生成 D.有氢氧化铝和氢氧化镁沉淀生成 探究
10、任务二 铝和铝合金【实验情境1】在一支试管中加入5 mL盐酸,再向试管中放入一小块铝片。【问题探究】1.过一段时间后能观察到什么现象?提示:溶液中产生气泡,铝片逐渐减少直至消失。2.将点燃的木条放在试管口,会观察到什么现象?提示:有爆鸣声,证明产生的气体是氢气。3.该实验涉及的反应原理是什么,涉及的化学反应有哪些?提示:铝表面的氧化膜和铝均能与盐酸发生反应。反应的化学方程式为Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O,2Al+6HCl=2AlCl3+3H2。4.迁移应用:铝是比较活泼的金属,很容易被氧气氧化,但在日常生活中我们却使用很多铝制容器,为什么?类似的还有什么金属?提示:镁、铝都为较
11、活泼金属,容易被氧气氧化为对应氧化物,但形成的氧化物结构致密,可以阻止内部金属继续被氧化。【实验情境2】在两支试管中分别加入少量的NaOH溶液,然后向其中一支试管中放入一小块铝片,向另一支试管中加入用砂纸仔细打磨过(除去表面的氧化膜)的一小块铝片。【问题探究】1.过一段时间后能观察到什么现象?提示:放入打磨过铝片的溶液中立即产生气泡,而放入未打磨的铝片的试管中开始没有气泡,一段时间后才产生气泡,铝片逐渐减少直至消失。2.该实验涉及的反应原理是什么?提示:铝表面的氧化膜和铝均能与强碱氢氧化钠发生反应。2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2,Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H
12、2O。3.迁移应用:铝制餐具能不能用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物?提示:铝和氧化铝均能与酸碱反应,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。【探究总结】1.铝合金 2.铝与酸、碱液反应生成H2的量的关系(1)反应原理 铝与盐酸、氢氧化钠溶液反应产生氢气体积关系归纳:【探究特训】1.(2020金山高一检测)下列转化过程不可能通过一步反应实现的是()A.Al(OH)3Al2O3 B.Al2O3Al(OH)3 C.AlAlCl3 D.AlNaAlO2【解析】选B。氧化铝不溶于水,不能一步转化生成Al(OH)3。2.称取两份铝粉,第一份加入足量的NaOH溶液,第二份加入足量的盐酸,若放出
13、的氢气的体积相等(同温同压)。则两份铝粉的质量比为()A.12 B.13 C.32 D.11【解析】选D。因NaOH溶液和盐酸都是足量的,若铝与两者反应放出氢气的体积相等,则两份铝的质量相等。【补偿训练】(2019保定高一检测)汞合金是目前使用较多的补牙材料。英国新科学家杂志最近发表了一篇文章,对汞合金补牙材料的安全性提出了质疑。汞合金补牙材料中除了水银外,还含有锌、锡、铜等金属。(1)结合合金的性质,推测汞合金有什么优点?(2)汞合金的熔点会不会比汞的低?(3)我们知道汞有剧毒,那么汞合金有没有剧毒?1.(双选)(2020临沂高一检测)下列说法错误的是()A.工业上电解熔融状态的Al2O3制
14、备Al涉及氧化还原反应 B.四川灾区重建使用了大量钢材,钢材是合金 C.金属材料都是导体,非金属材料都是绝缘体 D.铝合金的硬度和强度均低于纯铝【解析】选C、D。金属材料都是导体,非金属材料石墨是导体;合金的性能一般优于纯金属。课堂素养达标【易错提醒】合金的易错点(1)合金物理性质、机械性能等优于成分金属,但合金中各成分金属的化学性质并未改变。(2)合金是混合物,但其成分均一,性质稳定,具有固定的熔点、沸点。2.钢笔的笔头是合金钢,其笔头尖端是用机器轧出的便于使用的圆珠体。为了改变笔头的耐磨性能,在笔头尖端点上铱金粒,为区别钢笔而叫铱金笔,铱金笔的笔头用黄金的合金,笔尖用铱的合金。下列说法中错
15、误的是()A.钢笔的笔头不易被氧化,抗腐蚀性能好 B.铱金笔的密度要比钢笔大 C.铱金笔的笔头和笔尖都是用纯金制成的 D.铱金笔经久耐磨,书写时弹性特别好,是一种理想的硬笔【解析】选C。铱金笔的笔头和笔尖分别是黄金和铱的合金制成的。3.近年来,科学家正在探索利用铝粉作为新能源的可能性,以期望铝能成为一种石油的取代物。假如铝作为一种普遍使用的新型能源被开发利用,关于其有利因素的下列说法,你认为错误的是()A.铝质轻,便于运输、贮存,且安全 B.铝燃烧时放出的热量大,且燃烧后的产物对环境的污染容易得到有效控制 C.在地球上,铝矿资源比较丰富 D.现代电冶炼铝的工业技术已为铝作为新能源奠定了重要基础
16、【解析】选D。电冶炼铝本身消耗了大量电能,作为新能源不合适。【补偿训练】科研人员开发出一种利用铝镓合金加水制造氢气的新工艺。这项技术具有广泛的能源潜在用途,包括为汽车、潜水艇提供燃料等。该技术通过向铝镓合金中注水,铝生成氧化铝,同时生成氢气。合金中镓(Ga,第A族)是关键成分,可阻止铝形成致密的氧化膜。下列关于铝、镓的说法正确的是()A.铝的金属性比镓强 B.铝的熔点比镓低 C.Ga(OH)3与Al(OH)3性质相似,一定能与NaOH溶液反应 D.回收利用铝镓合金与水反应后的物质,可以冶炼铝 4.(双选)(2020南通高一检测改编)下列各组物质混合后,有白色沉淀生成 的是()A.AlCl3溶液
17、中逐滴滴入过量氨水 B.CuCl2溶液中滴加NaOH溶液 C.NaHCO3溶液中滴加NaOH溶液 D.将CO2通入饱和Na2CO3溶液 5.钛(Ti)因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注,是航空、军工、电力等方面的必需材料,被誉为“空间金属”和“深海金属”。(1)钛和钛的合金具有很多优良的性能,如熔点高、密度小,可塑性好、易于加工,钛合金与人体有很好的“相容性”。根据它们的主要性能,下列用途不切合实际的是_。A.用来作保险丝 B.用于制造航天飞机 C.用来制造人造骨 D.用于制造船舶 提示:作保险丝的材料不能熔点过高。(2)常温下钛不和非金属、强酸反应。红热时,却可与常见的非金属单质反应。地壳中含钛矿石之一称金红石(TiO2),目前大规模生产钛的方法是:第一步:金红石、炭粉混合,在高温条件下通入氯气制得TiCl4和一种可燃性气体。该反应的化学方程式:_,该反应的还原剂是_。第二步:在氩气的气氛中,用过量镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛。简述由上述所得产物中获取金属钛的步骤_。