1、第二节金属材料课程解读课标要点学科素养铁合金以铁合金为例从元素组成上对合金进行分类，并认识不同类型金属材料的组成、性能与应用的联系，强化性能决定用途的观念铝和铝合金通过实验探究铝和氧化铝的性质，认识两性氧化物，丰富对金属多样性的认识，体会实验对认识和研究物质性质的重要作用新型合金了解储氢合金、钛合金等新型合金，感受化学科学在创造更多新材料以满足人类生活需要和促进科技发展方面的重要作用物质的量在化学方程式计算中的应用能基于物质的量认识化学变化，根据化学方程式运用物质的量及相关物理量进行简单计算，感受定量研究对化学科学的重要作用(见学生用书P59) 知识点一合金材料1合金合金是指两种或两种以上的_
2、金属_(或金属与_非金属_)熔合而成的具有_金属特性_的物质。合金属于混合物，合金的硬度及机械性能一般_优于_各成分金属；合金的硬度一般_大于_它的各成分金属，合金的熔点一般_低于_它的各成分金属。2铁合金生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金。(1)生铁：含碳量为2%4.3%的铁碳合金称为生铁。生铁硬度_大_、抗压，性脆、可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料。(2)钢：含碳量为0.03%2%的铁碳合金称为钢。钢是用量最大、用途最广的合金。根据化学成分，钢可分为_碳素钢_和_合金钢_两大类。根据含碳量不同，碳素钢可分为_低碳钢_、_中碳钢_、_高碳钢_。合金钢也叫特种钢，是在碳素钢里适量地加入
3、一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有几种特殊性能。不锈钢是最常见的一种合金钢，它的合金元素主要是_铬(Cr)_和_镍(Ni)_。3铝和铝合金(1)铝与氧气在常温下的反应：在常温下能很快被_氧化_，形成致密的氧化膜，具有一定的_保护_作用。(2)铝与盐酸、NaOH溶液的反应实验操作实验现象试管中有气泡产生，铝片溶解；点燃的木条放在试管口时发出爆鸣声试管中有气泡产生，铝片溶解；点燃的木条放在试管口时发出爆鸣声有关化学方程式_2Al6HCl=2AlCl33H2_2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2_离子方程式_2Al6H=2Al33H2_2Al2OH2H2O=2AlO3
4、H2_(3)氧化铝与盐酸、NaOH溶液的反应写出Al2O3与酸(以盐酸为例)反应的化学方程式： _Al2O36HCl=2AlCl33H2O_；写出Al2O3与碱(以NaOH溶液为例)反应的化学方程式：_Al2O32NaOH=2NaAlO2H2O_；像Al2O3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，叫做_两性氧化物_。(4)纯铝的硬度和强度较小，向铝中加入少量的合金元素可制成铝合金。铝合金是目前用途广泛的合金之一。硬铝是含Cu、Mg、Mn、Si的铝合金，它的密度小、强度高，具有较强的抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。4新型合金新型合金应用价值储氢合金(如TiFe合
5、金和LaNi合金)新型储氢合金材料的研究和开发将为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用钛合金、耐热合金和形状记忆合金等广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域 知识点二物质的量在化学方程式计算中的应用化学方程式2Na2H2O=2NaOHH2化学计量数之比2221扩大NA倍之后2NA2NA2NANA物质的量之比2 mol2 mol2 mol1 mol结论化学方程式中各物质的化学计量数之比_各物质的粒子数_之比_各物质的物质的量_之比【提醒】当已知物理量与被求物理量不一致时，计算时题目中的数据必须带单位，以体现“上下一致，左右相当”的原则。1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)合
6、金中只存在金属元素，不可能有非金属元素。()(2)生铁的熔点比铁低，但机械强度和硬度比铁高。()(3)熔化烧碱可在氧化铝坩埚中进行。()(4)根据化学方程式进行计算时，各物质对应的各物理量的单位，左、右、上、下都必须相同。()(5)等物质的量的钠、镁、铝分别与足量的盐酸反应，产生的气体在相同状况下体积之比为123。()(6)0.1 mol Al与足量的氢氧化钠溶液反应，生成3.36 L H2。()(7)将铝投入硫酸溶液中，当有3 mol电子发生转移时，反应的铝为27 g。()2下列关于合金的说法错误的是(B)A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物质B镁铝合金的熔
7、点比镁和铝都高C在合金中加入适量的稀土金属能大大改善其性能D青铜、硬铝、钢都是合金3下列关于铝和铝合金的说法中不正确的是(B)A在空气中久置的铝条放入NaOH溶液中，开始无气泡产生，过一段时间后产生大量无色气泡，铝条逐渐变细并发热BAl2O3加热分解为铝和氧气CAl2O3能与酸或碱溶液反应，故不可用铝制容器盛放盐酸和NaOH溶液D硬铝是在纯铝中加入Cu、Mg等合金元素，使其具有较强的抗腐蚀能力【解析】在空气中久置的铝条表面会形成一层致密的Al2O3薄膜，当放入NaOH溶液中时，首先溶解Al2O3，发生反应：Al2O32NaOH=2NaAlO2H2O，当Al2O3溶解完后再发生反应：2Al2Na
8、OH2H2O=2NaAlO23H2，故铝条放入NaOH溶液中，不会立刻产生无色气泡，且该反应是放热反应，A正确；Al2O3熔点很高，加热不分解，B项错误；Al2O3与盐酸、NaOH溶液都反应，所以盐酸、NaOH溶液不能盛放在铝制容器中，C项正确；D项正确。4(1)为什么合金的硬度比各成分金属大？(2)铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放显酸性、碱性的食物，你知道为什么吗？写出有关的离子方程式。(3)根据化学方程式计算，各物质对应的各物理量的单位左右、上下都必须相同吗？请说明理由。答：(1)因为在纯金属内，所有原子的大小和形状都是相同的，原子的排列十分规整；加入或大或小的其他元素的原子后，改变了金属
9、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，导致合金的硬度变大。(2)酸、碱能侵蚀铝的保护膜，铝能与酸或碱反应，如果用铝制餐具长期存放酸性或碱性食物，会造成铝制餐具腐蚀，且不利于健康。有关离子方程式为Al2O36H=2Al33H2O、2Al6H=2Al33H2；Al2O32OH=2AlOH2O、2Al2OH2H2O=2AlO3H2。(3)不一定。由于同一物质的质量与其物质的量成正比关系，同种状况下，气体体积与物质的量成正比关系，因此根据化学方程式计算时，各物质对应的各物理量的单位上下必须一致，左右相互对应(成比例)即可。(见学生用书P60)1反应原理2量的关系(1)定量关系(2)铝与
10、盐酸、氢氧化钠溶液反应产生氢气的体积关系归纳如下：反应物的量产生H2的体积关系等量的铝分别与足量盐酸和氢氧化钠溶液反应11足量的铝分别与含等物质的量的HCl和NaOH的溶液反应一定量的铝分别与不足量的盐酸和过量的氢氧化钠溶液反应1 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)A11B16C23 D32【解析】2Al6HCl=2AlCl33H2、2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，铝的质量相同，盐酸和氢氧化钠足量，所以产生氢气的体积之比为11。 在500 mL NaOH溶液中加入足量铝粉，反应完全后共收集到标准状况下的气体6.72 L
11、，生成物NaAlO2的物质的量浓度为(假定反应前后溶液体积不变)(B)A1 molL1 B0.4 molL1C1.5 molL1 D2 molL1【解析】2Al2NaOH2H2O=2NaAlO2 3H22 mol 322.4 Ln(NaAlO2) 6.72 Ln(NaAlO2)0.2 mol，c(NaAlO2)0.4 molL1。1除去镁粉中的少量铝粉，可选用(D)A硫酸 B水C盐酸 D氢氧化钠溶液【解析】铝与NaOH溶液反应，而镁不反应。2甲、乙两烧杯中各盛有3 molL1的盐酸和氢氧化钠溶液100 mL，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后测得生成的气体体积比为V(甲)V(乙)12，
12、则加入铝粉的质量为(A)A5.4 g B3.6 gC2.7 g D1.8 g【解析】由2Al6HCl=2AlCl33H2、2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2可知，若铝完全反应，则生成氢气的体积比为11，若盐酸和氢氧化钠完全反应，则生成氢气的体积比为13。现生成氢气的体积比为12，说明甲中HCl不足，乙中NaOH过量，根据2Al6HCl=2AlCl33H2，参加反应的n(HCl)3 molL10.1 L0.3 mol，则n甲(H2)0.15 mol，则Al与NaOH反应生成的n乙(H2)0.15 mol20.3 mol，根据反应2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，反应的n
13、(Al)n乙(H2)0.3 mol0.2 mol，则m(Al)0.2 mol27 gmol15.4 g。角度1：化学反应中量的计算基础知识【情境】质量守恒定律是俄国科学家罗蒙诺索夫于1756年最早发现的。拉瓦锡通过大量的定量实验，发现了在化学反应中，参加反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和，这个规律叫做质量守恒定律(Law of conservation of mass)，也称物质不灭定律，是自然界普遍存在的基本定律之一。【讨论】1“化学反应前后质量是守恒的，那么物质的量也肯定守恒。”这种说法对吗？答：不对。化学方程式中各物质的物质的量之比等于各物质的化学计量数之比，所以化学
14、反应后物质的量可能增加，可能减少，也可能不变。2等量的铝分别与足量的盐酸和NaOH溶液反应，生成H2的量有什么关系？答：二者产生氢气的体积比为11。3“将6.5 g锌放入足量的盐酸中充分反应，生成标准状况下的氢气的体积是多少？”题干中盐酸“足量”的含义是什么？若题干盐酸中HCl的物质的量为0.1 mol，此时将如何解答？答：“足量”的含义是能使6.5 g锌完全反应所需的HCl，计算氢气体积应以锌为准，6.5 g锌完全反应生成0.1 mol氢气，则在标准状况下的体积为2.24 L。若盐酸中HCl的物质的量为0.1 mol，则盐酸不足，计算氢气的体积应以盐酸为准，则反应生成0.05 mol氢气，在
15、标准状况下的体积为1.12 L。【总结】化学反应的计算类型(1)基本计算已知一种反应物(或生成物)的量求其他物质的有关量时，只要按照化学方程式的量的关系，列出已知物质和待求物质的比例式计算便可。(2)混合物反应的计算设混合物中各物质的物质的量为x、y、z，按照化学方程式的量的关系，并用x、y、z表示，列出方程组解答。(3)过量计算给出了两种反应物的量，求某产物的量。方法：按照化学方程式的量的关系判断哪一种物质过量，然后根据不足的物质的量进行求解。 有一块表面被氧化成氧化钠的金属钠，质量为0.584 g，放入9.436 g H2O中，当反应结束时，在标准状况下生成氢气0.02 g，此金属钠中有多
16、少克钠在与水反应前被氧化？所得氢氧化钠溶液的溶质质量分数是多少？答：0.092 g9.6%【解析】 设含钠的质量为m，其与水反应生成的氢氧化钠质量为x1，被氧化的钠的质量为y。2Na2H2O=2NaOHH2 223240 2mx10.02 gm0.46 gx10.80 g氧化钠的质量为0.584 g0.46 g0.124 g。4NaO2=2Na2O423 262y0.124 gy0.092 g设氧化钠与水反应生成氢氧化钠的质量为x2。Na2OH2O=2NaOH 622400124 gx2x20.16 g反应过程中共生成氢氧化钠的质量为x1x20.80 g0.16 g0.96 g。氢氧化钠溶液的
17、溶质质量分数为100%9.6%。角度2：化学计算中的三种常用方法1关系式法当已知量和未知量之间是靠多个反应来联系时，只需直接确定已知量和未知量之间的比例关系，即“关系式”。(1)根据化学方程式确定关系式写出发生反应的化学方程式，根据量的关系写出关系式。如把CO还原Fe2O3生成的CO2通入澄清石灰水中，求生成沉淀的量。发生反应的化学方程式：3COFe2O32Fe3CO2，CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O。则关系式为3CO3CO23CaCO3，即COCaCO3。(2)根据原子守恒确定关系式上述例子中也可直接根据碳原子守恒得出COCaCO3。2守恒法3差量法根据化学反应前后物质的有关物理量发
18、生的变化，找出所谓“理论差量”，如反应前后的质量差、物质的量差、气体体积差等，该差量的大小与反应物的有关量成正比。差量法就是借助这种比例关系来解决问题。如把一铁棒插入CuSO4溶液中，过一段时间取出，铁棒的质量增加了4 g，据此可求参加反应的Fe的质量。FeCuSO4=FeSO4Cum56 6464568理论差量m(Fe) 4 g实际差量，所以m(Fe)28 g。 把足量的铁粉投入稀硫酸和硫酸铜的混合溶液中，充分反应后，剩余金属的质量与原加入铁粉的质量相等，则原溶液中H与SO的物质的量浓度之比为(A)A14 B27C12 D38【解析】设原溶液中H2SO4和CuSO4的物质的量分别为x、y。F
19、eH2SO4=FeSO4H2m(固体质量减少) 56 g1 mol56 gx56x FeCuSO4=FeSO4Cum(固体质量增加)56 g1 mol 64 g8 gy8y因为在反应前后固体质量相等，所以m(减)m(增)，即56x8y，则。 硫黄制硫酸时发生的反应：SO2SO22SO2O22SO3SO3H2O=H2SO4(1)写出由硫黄制取硫酸的关系式：_SH2SO4_。(2)假设64 g硫黄完全反应，可制取硫酸的质量为_196_g。【解析】据题给化学方程式可得出关系式SH2SO4，所以制取硫酸的质量为98 gmol1196 g。 已知：碳酸钠高温不分解；碳酸氢钠受热发生分解反应：2NaHCO
20、3Na2CO3H2OCO2。充分加热碳酸钠和碳酸氢钠的混合物19 g，完全反应后固体质量减轻了3.1 g，求：(1)原混合物中碳酸钠的质量是_10.6_g。(2)将剩余固体溶于水配成300 mL溶液，其中c(Na)是_1_molL1_。(3)在剩余固体中加入过量盐酸，反应后放出二氧化碳的体积(标准状况)是_3.36_L。【解析】(1)设原混合物中碳酸氢钠的质量为m。2NaHCO3Na2CO3H2OCO2m(质量减少)168 g62 gm3.1 g故m168 g8.4 g，则碳酸钠的质量为19 g8.4 g10.6 g。(2)剩余固体为碳酸钠，质量为19 g3.1 g15.9 g，物质的量为0.
21、15 mol，则n(Na)0.3 mol，所以c(Na)1 molL1。(3)设生成二氧化碳的物质的量为x。Na2CO32HCl=2NaClH2OCO21 mol1 mol015 molx故x0.15 mol，则生成二氧化碳的体积(标准状况下)为0.15 mol22.4 L mol13.36 L。1物质在发生化学反应时(D)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【解析】物质在发生化学反应时，各物质的物质的量之比等于化学方程式中化学计量数之比。2标准状况下，3.25 g锌与足量的盐酸反应生成x L
22、氢气，下列比例式正确的是(B)AZn2HCl=ZnCl2H21 mol1 mol325 gx LBZn2HCl=ZnCl2H265 g22.4 L325 gx LCZn2HCl=ZnCl2H21 mol 2 g005 molx LDZn2HCl=ZnCl2H265 g2 g325 gx L【解析】比例式应注意单位要“上下一致，左右相当”。3高温下铁粉可与水蒸气反应，若反应后得到干燥固体的质量比反应前铁粉的质量增加了32 g，则参加反应的铁粉的物质的量是(C)A0.5 molB1 molC1.5 mol D2 mol【解析】3Fe4H2O(g)Fe3O44H2m(质量增加) 3 mol64 g
23、n(Fe)32 g解得n(Fe)1.5 mol。480 g Fe2O3在高温下被足量的CO还原生成Fe的质量是多少？答：56 g【解析】Fe2O33CO2Fe3CO2 160 112 80 gm(Fe)，m(Fe)56 g。1下列有关金属及其合金的说法正确的是(B)A在化学反应中，金属失电子，被还原B合金与各组分金属相比一般具有更低的熔点C生铁、普通钢和不锈钢中的碳含量依次增加DFe2O3是磁铁矿的主要成分，属于碱性氧化物【解析】在化学反应中，金属失电子，被氧化，故A错误；合金的熔点比组分金属低，故B正确；生铁含碳量最高，普通钢次之，不锈钢最少，故C错误；磁铁矿的主要成分是Fe3O4，故D错误
24、。2金属及其合金是生活中常见的材料，下列说法错误的是(A)A铜制品表面的铜绿主要成分是CuCO3B生铁、碳素钢、合金钢中都含碳元素C合金的硬度大于它的成分金属D目前我国流通的硬币是用合金材料铸造的【解析】铜制品表面的铜绿主要成分是碱式碳酸铜，化学式为Cu2(OH)2CO3，A错误；生铁、碳素钢、合金钢都是铁合金，其中都含有碳元素，B正确；合金的硬度大于它的成分金属，C正确；目前我国流通的硬币是由铁、镁、镍等金属形成的合金材料铸造而成，D正确。3铝热反应是用铝做还原剂，在高温下将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来。对氧化铁与铝粉发生的“铝热反应”(装置如图)的现象有这样的描述：“反应放出大量的
25、热，并发出耀眼的光芒，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。”查阅资料得知：Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔点数据如表，下列叙述正确的是(B)物质AlAl2O3FeFe2O3熔点/6602 0541 5351 462A反应后所得混合物的总质量减小B该反应的化学方程式为2AlFe2O3Al2O32FeC该反应所得熔融物熔点高于1 535 D将少量该反应所得的熔融物溶于足量稀硫酸，充分反应后，滴加KSCN溶液无明显现象，说明熔融物中无Fe2O3【解析】该反应的反应物和生成物都是固体，根据质量守恒定律，反应前后混合物的总质量不变，A错误；根据题干对“铝热反应”的描述，可知该反应是铝和氧化铁在高
26、温下反应生成铁和氧化铝，化学方程式为2AlFe2O3Al2O32Fe，B正确；该反应生成的铁熔化落入沙中，故熔融物的熔点不可能高于铁的熔点，C错误；将少量该反应所得的熔融物溶于足量稀硫酸，充分反应后，滴加KSCN溶液无明显现象，不能说明熔融物中无Fe2O3，因为即使有Fe2O3，其溶于硫酸后也可以被铁还原为亚铁离子，D错误。4将磁性氧化铁放入稀硝酸中可发生如下反应：3Fe3O428HNO3=9Fe(NO3)xNO14H2O。下列判断正确的是(B)AFe(NO3)x中的x为2B反应中每生成0.2 mol还原产物，就有0.6 mol电子转移CHNO3在反应中只表现氧化性D磁性氧化铁中的铁元素全部被
27、氧化【解析】由N原子守恒可知，289x1，解得x3，A错误；N元素的化合价由5价降为2价，则反应中每生成0.2 mol还原产物，就有0.2 mol(52)0.6 mol电子转移，B正确；稀硝酸在反应中生成硝酸盐和NO，则硝酸表现酸性和氧化性，C错误；磁性氧化铁中Fe元素的化合价有2价和3价，则Fe元素部分被氧化，D错误。5某课外活动小组收集了一种合金进行研究：外观灰色，表面光滑；在酒精灯上灼烧，火焰呈绿色；合金片熔化，但不滴落；取刮去表皮的金属10克，放入足量的稀硫酸中，收集到标准状况下的氢气9.96升；另取刮去表皮的金属10克，放入足量的氢氧化钠溶液中，也收集到标准状况下的氢气9.96升。根
28、据以上信息回答下列问题：(1)合金中一定含有的金属元素是_Cu、Al_ (填元素符号)。(2)如果该合金只由两种元素组成，则它们的质量比为_m(Al)m(Cu)41_。【解析】(1)因为焰色试验为绿色，所以合金中一定含有铜；相同质量的合金分别与稀硫酸和氢氧化钠溶液反应放出等体积的氢气，所以合金中一定含有铝。(2)合金中铝的质量为27 g/mol8.0 g，则铜的质量为10 g8.0 g2.0 g，所以合金中铝与铜的质量之比为41。6化学需氧量(COD)是衡量水质的重要指标之一。COD 是指在特定条件下用一种强氧化剂(如 KMnO4)定量地氧化水体中的还原性物质所消耗的氧化剂的量(折算为氧化能力
29、相当的O2 质量，单位：mgL1)。其测定过程如下：取 100.0 mL 水样，用硫酸酸化，加入 10.0 mL 0.002 0 molL1 KMnO4溶液，充分作用后，再加入 10.0 mL 0.005 0 molL1 Na2C2O4溶液。用 0.002 0 molL1 KMnO4溶液滴定，滴定终点时消耗 6.50 mL。已知：2MnO5C2O16H=2Mn210CO28H2O。(1)1 mol KMnO4的氧化能力与_40_g O2的氧化能力相当(做氧化剂时转移的电子数相同)。(2)该水样的 COD 值是_5.2_mgL1 (结果精确到0.1)。【解析】 (1)由得失电子守恒可知，5O24
30、KMnO4，则1 mol KMnO4的氧化能力与1 mol1.25 mol O2的氧化能力相当，即与1.25 mol32 g/mol40 g O2的氧化能力相当。(2)根据化学方程式可知2KMnO45Na2C2O4，用0.002 0 molL1 KMnO4溶液滴定，滴定终点时消耗6.50 mL，则剩余Na2C2O4的物质的量为6.5103 L0.002 0 mol/L3.25105 mol，则剩余的KMnO4溶液消耗的Na2C2O4的物质的量为(0.01 L0.005 0 mol/L)3.25105 mol1.75105 mol，因此剩余的KMnO4溶液的物质的量为1.75105 mol7106 mol，则水样中消耗KMnO4的物质的量为(0.01 L0.002 0 mol/L)7106 mol1.3105 mol，又由得失电子守恒可知，5O24KMnO4，则n(O2)1.3105 mol1.625105 mol，m(O2)1.625105 mol32 g/mol5.2104 g0.52 mg，则该水样的COD值为5.2 mg/L。温馨说明：课后请完成高效作业16、17