第1課時(shí) 鐵合金 鋁和鋁合金 新型合金
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.了解金屬材料組成、性能及應(yīng)用的聯(lián)系。
2.認(rèn)識鐵合金的類型、常見鐵合金的組成、性能及用途。
3.認(rèn)識鋁及氧化鋁的化學(xué)性質(zhì)，了解鋁合金的特性、用途。
【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】
1.學(xué)習(xí)合金的組成和特性，了解鐵合金、鋁合金、新型合金的組成和用途。
2.掌握鋁和鋁的氧化物的兩性，認(rèn)識氧化膜對鋁制品的保護(hù)作用。
【學(xué)習(xí)難點(diǎn)】
1.鋁和鋁的氧化物的兩性。
2.合金的性質(zhì)和用途。
【課前小測】
1.金屬具有許多共同的物理性質(zhì)，如不透明、有金屬光澤、具有 、 、 。
2.生產(chǎn)、生活中應(yīng)用較多的合金是 ，歷史上應(yīng)用最早的金屬是 。
3.寫出鈉和水反應(yīng)的現(xiàn)象： ；方程式： 。
【學(xué)習(xí)過程】
一、合金
金屬材料包括 和它們的 ，日常使用的金屬材料，大多數(shù)屬于 。1.合金的概念
由 制得的金屬材料。
2.合金的一般性質(zhì)
(1)硬度：
(2)熔點(diǎn)：
二、鐵合金
鐵合金： 和 是含碳量不同的兩種鐵碳合金。
1.生鐵
①生鐵的含碳量為 。
②性能及用途
生鐵硬度 、抗壓，性脆、可以鑄造成型，是制造機(jī)座、管道的重要材料。
2.鋼
①鋼的含碳量為 。
②性能及用途
鋼有良好的延展性，機(jī)械性能好，可以鍛軋和鑄造，廣泛用于制造機(jī)械和交通工具等。
③分類
④常用合金鋼
a．不銹鋼
合金元素：
性能：
用途：
b．超級鋼
合金元素：
性能：
用途：
【要點(diǎn)總結(jié)】
1.合金的組成及性質(zhì)
(1)合金中一定含有金屬元素， 含有非金屬元素。
(2)合金是混合物， 固定的熔點(diǎn)。
(3)合金具有金屬特性，如導(dǎo)電、傳熱等。
(4)合金形成后會影響各成分金屬的物質(zhì)性質(zhì)，如合金的熔點(diǎn)一般比成分金屬 ，而硬度、機(jī)械強(qiáng)度一般比成分金屬 ；但一般來說各成分金屬均保持了其原有的化學(xué)性質(zhì)。2.合金的形成條件
(1)金屬與金屬形成合金時(shí)：合金是金屬在熔化狀態(tài)時(shí)相互混合形成的，熔化時(shí)的溫度需達(dá)到成分金屬中熔點(diǎn)最高的金屬的熔點(diǎn)，但又不能超出成分金屬中沸點(diǎn)最低的金屬的沸點(diǎn)。一種金屬的熔點(diǎn)高于另一種金屬的沸點(diǎn)時(shí)則不能形成合金。
(2)金屬與非金屬形成合金時(shí)：部分不活潑非金屬與金屬可形成合金，活潑非金屬與活潑金屬則不能形成合金。
3.金屬材料選擇的依據(jù)
某種金屬能不能成為一種應(yīng)用廣泛的材料主要取決于該金屬的儲量、冶煉成本、市場價(jià)格以及所具有的性能和是否易于加工等。
(1)物理性質(zhì)：密度、硬度、強(qiáng)度、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性等，這些性質(zhì)決定金屬材料的加工難易程度。
(2)化學(xué)性質(zhì)：對水的作用、耐腐蝕性等，這些性質(zhì)決定金屬材料的日常維護(hù)和環(huán)境對其的影響。
【例1】高鐵車廂大部分采用鋁合金材料制造，這是因?yàn)殇X合金( )
A．質(zhì)地輕，強(qiáng)度大，抗腐蝕能力比較強(qiáng)
B．具有比較活潑的化學(xué)性質(zhì)
C．各種成分在自然界中含量豐富，容易獲取
D．比純鋁熔點(diǎn)高，耐高溫
〔變式1〕下列關(guān)于合金的說法錯(cuò)誤的是( )
A．合金是由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)
B．鎂鋁合金的硬度比鎂和鋁都小
C．在合金中加入適量的稀土金屬能大大改善合金的性能
D．青銅、硬鋁、鋼都是合金
三、鋁和鋁合金
(一)鋁的性質(zhì)：
1.物理性質(zhì)：銀白色 ，有延展性，難溶于水，熔點(diǎn)660℃，沸點(diǎn)2327℃，有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性。
(鋁是地殼中含量最多的金屬元素)
2.化學(xué)性質(zhì)：
(1)Al、Al2O3與酸反應(yīng)
現(xiàn)象：
化學(xué)方程式為：
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
(2)Al、Al2O3與強(qiáng)堿的反應(yīng)
現(xiàn)象：
方程式：
氧化鋁與堿反應(yīng)過程：
【注意】鋁和氧化鋁只能與強(qiáng)堿反應(yīng)，與弱堿不反應(yīng)。
【交流研討】
1.找出鋁和堿反應(yīng)的氧化劑、還原劑。
2.等量鋁分別與足量鹽酸和NaOH溶液反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣的體積比為_______。
3.足量的鋁分別與等物質(zhì)的量的鹽酸和氫氧化鈉反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣的體積比為_________。
兩性氧化物：既能與酸反應(yīng)生成________，又能與堿反應(yīng)生成________的氧化物叫做兩性氧化物，如Al2O3。
【例2】甲、乙兩個(gè)燒杯中分別盛有100 mL 4.0 ml·L－1的鹽酸和100 mL 4.0 ml·L－1的NaOH溶液，向兩個(gè)燒杯中均加入5.4 g鋁粉，在相同狀況下產(chǎn)生氣體的體積比為( )
A．1∶1B．2∶3
C．3∶2D．3∶1
(二)鋁合金——目前用途廣泛的合金之一
(1)成分元素：
(2)主要特性：
(3)主要用途：
四、新型合金
________材料的研究和開發(fā)將為氫氣作為能源的實(shí)際應(yīng)用起到重要的推動(dòng)作用。此外，________、_______和_______等新型合金廣泛應(yīng)用于航空航天、生物工程和電子工業(yè)等領(lǐng)域。

【交流研討】
1.列舉生活中的合金材料，并簡述選擇該材料時(shí)利用了該合金的哪些優(yōu)異性能。
2.為什么航空工業(yè)中鋁合金比鐵合金應(yīng)用更廣泛？
3.廚房中能夠用鋁制容器長時(shí)間存放食醋嗎？
4.根據(jù)鋁的性質(zhì)分析，如何除去鎂粉中的鋁粉？
【當(dāng)堂檢測】
1.下列物質(zhì)屬于合金的是( )
A．銅B．鋁C．鈉D．生鐵
2.鈦和鈦的合金具有很多優(yōu)良的性能，如熔點(diǎn)高、密度小、可塑性好、易于加工，尤其是鈦合金與人體器官具有很好的“生物相容性”。根據(jù)它們的主要性能，下列用途不切合實(shí)際的是( )
A．用來做保險(xiǎn)絲B．用于制造航天飛機(jī)
C．用來制造人造骨D．用于家庭裝修，做鈦合金裝飾門
3.鋁比鐵活潑，但在空氣中鐵制品更易被銹蝕，其原因是( )
A．鐵的密度比鋁的密度大
B．鋁不能與氧氣發(fā)生反應(yīng)
C．鋁在空氣中易與氧氣形成一層致密的氧化膜
D．鐵的相對原子質(zhì)量比鋁的大
4.下列關(guān)于 Al2O3 的說法正確的是( )
A．Al2O3 是金屬氧化物，也是兩性氧化物
B．Al2O3 加熱易分解為鋁和氧氣
C．Al2O3 結(jié)構(gòu)致密，所以可用鋁制容器盛鹽酸和 NaOH 溶液等
D．已擦去表面的氧化鋁的鋁條，在酒精燈上灼燒時(shí)，熔化的鋁會滴落下來
5.鈉和鋁是兩種重要的金屬。請根據(jù)鈉與鋁的性質(zhì)回答下列問題：
(1)將一小塊金屬鈉投入水中，可觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是____________；
(2)鈉在自然界中最主要的存在形式是__________；
(3)相同質(zhì)量的鈉在下列哪種情況下產(chǎn)生的氫氣最多_________；
A．放在水中 B．放在足量鹽酸中 C．放在足量CuSO4溶液中 D．用刺有小孔的鋁箔包好放入足量水中
(4)鋁分別與足量的NaOH溶液和鹽酸反應(yīng)，若兩個(gè)反應(yīng)在相同狀況下放出等量的氣體，則反應(yīng)中消耗的NaOH和HCl物質(zhì)的量之比為_________；
(5)常溫下鋁具有較強(qiáng)的抗腐蝕性，主要原因是__________；
(6)將鋁片投入到下列溶液中，鋁片不溶解的是______。
A．NaOH溶液 B． NaCl溶液 C． H2SO4溶液 D．HCl溶液
參考答案
【課前小測】
1.導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性
2.生鐵和鋼，銅
3.2Na+2H2O=2NaOH+H2↑； 2Na+2H2O=2Na++ 2OH- + H2↑
【學(xué)習(xí)過程】
一、純金屬，合金，合金。
1.純金屬(或金屬與非金屬)
2.(1)合金的硬度及機(jī)械加工性能一般高于各成分金屬。
(2)合金的熔點(diǎn)一般低于各成分金屬。
二、生鐵、鋼
1.生鐵①2%～4.3% ②大
2.①0.03%～2%
②鋼有良好的延展性，機(jī)械性能好，可以鍛軋和鑄造，廣泛用于制造機(jī)械和交通工具等
③ ①低于0.3%②0.3%-0.6%③高于0.6%
④a．鉻(Cr)和鎳(Ni)；大氣中比較穩(wěn)定，不容易生銹，具有很強(qiáng)的抗腐蝕能力
醫(yī)療器材、廚房用具和餐具、地鐵列車的車體材質(zhì)等。
b．Mn、C、Al、V；強(qiáng)度很大，在應(yīng)用時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)鋼板的輕薄化；汽車、航空和航天等領(lǐng)域。
【要點(diǎn)總結(jié)】
1.(1)可能 (2)沒有 (4)低，高
【例1】A〔變式1〕B
三、(一)
1.輕金屬
2.(1)將一鋁片放入鹽酸中，開始沒有氣泡，后來又放出氣體
Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
鋁和鋁表面的氧化膜(氧化鋁)都能與酸反應(yīng)
(2)
①2Al + 2NaOH + 2H2O ＝ 2NaAlO2 + 3H2↑
②Al2O3+ 2NaOH ＝ 2NaAlO2 + 2H2O
① 2Al + 6H2O ＝ 2Al(OH)3+3H2↑；
②Al(OH)3+ NaOH= NaAlO2 + 2H2O
【交流研討】
1.氧化劑：H2O，還原劑：Al
2.1：1；3.1：3
鹽和水，鹽和水
【例2】B
2.(1)除鋁外，主要合金元素有銅、硅、鎂、鋅、錳，次要合金元素有鎳、鐵、鈦、鉻、鋰等。
(2)鋁合金密度低，但強(qiáng)度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性
(3)用于汽車、飛機(jī)、火箭、船舶制造及建筑用門窗，工業(yè)上廣泛使用，使用量僅次于鋼。
四、新型合金
新型儲氫合金、鈦合金、耐熱合金、形狀記憶合金
【交流研討】
1.①鋁合金門窗：質(zhì)輕、耐腐蝕；②易拉罐：質(zhì)輕、易回收利用。
2.鋁合金比鐵合金密度小且耐高溫、耐腐蝕。
3.不能。鋁能與醋酸反應(yīng)。
4.將樣品加入足量的NaOH溶液，然后過濾、洗滌、干燥。
【當(dāng)堂檢測】1-4 DACA
5.鈉漂浮在水面上，劇烈反應(yīng)；生成無色無味的氣體；并伴隨著“嘶嘶”聲 氯化鈉 D 1：3 常溫下鋁表面能形成一層致密的氧化鋁薄膜 B
鋼
碳素鋼
合金鋼
低碳鋼
中碳鋼
高碳鋼
組成元素
Fe和C
Fe、C、Cr、Mn、W、Ni、M、C、Si
含碳量
①
②
③
④
性能
韌性、焊接性好，
但強(qiáng)度低
強(qiáng)度高、韌性及
加工性好
硬而脆，熱處理后彈性好
種類多，性能差別大
用途
用于制造鋼板、鋼絲、鋼管等
用于制造鋼軌、車輪、建材等
用于制造器械、彈簧、刀具等

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第二節(jié) 金屬材料

版本： 人教版 (2019)

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