2022-2023學年蘇教版必修第二冊 9-3 金屬材料的性能及應用 學案

第三單元金屬材料的性能及應用新課程標準素養(yǎng)目標1.認識金屬與合金在性能上的主要差異。2．知道生活中常見合金的主要成分及性能。3．了解如何正確使用合金材料及合理使用金屬材料的意義。4．知道常見無機非金屬材料的主要成分及性能。1.能說明合金與金屬材料是有區(qū)別的。結(jié)合金屬及其化合物的性質(zhì)提取證據(jù)，理解合金特性和化學性質(zhì)，了解合金的分類、組成和用途。(變化觀念與平衡思想)2．能從不同視角對合金進行分類；能從元素組成的視角說明合金及無機非金屬材料的性質(zhì)；理解合金及無機非金屬材料性質(zhì)與其用途的關(guān)系。(宏觀辨識與微觀探析)3．認識合理使用金屬材料的意義，主動關(guān)心資源開發(fā)、環(huán)境保護等問題，形成合理利用自然資源的觀念。能分析合金在開發(fā)利用自然資源、合成新物質(zhì)、保護環(huán)境促進科技發(fā)展和社會文明等方面的價值和貢獻。(科學態(tài)度與社會責任)課堂篇·互動探究合作討論考點一金屬材料的性能合金及其應用[教材預習]1．金屬材料的性能(1)力學性能：延展性、硬度、塑性等。(2)物理性能：密度、熔點、導電性、導熱性等。(3)化學性能：耐酸堿性、抗氧化性等。2．合金及其應用(1)將兩種或兩種以上的________(或金屬與非金屬)共熔，可制備出特殊的金屬材料，這種材料叫作________。(2)合金的特性①合金的________一般比組成它的純金屬大。②多數(shù)合金的________低于組成它的任何一種組分金屬。③合金的導電性和導熱性一般低于任一組分金屬。(3)常見的合金①銅合金②鋼③鋁合金注意：a.鋁制品不宜用于盛放酸、堿溶液，不宜長時間盛放咸菜等腌制食品。b.不能用具有強酸性或強堿性的洗滌劑來洗滌鋁制品。(4)鈦合金答案：2.(1)金屬合金(2)①硬度②熔點(3)②0.3%0.3～0.6%0.6%[探究提升]1．選擇材料應注意的問題某種金屬能不能成為一種應用廣泛的材料主要取決于該金屬的儲量、冶煉成本、市場價格以及所具有的性能和是否易于加工等。選擇金屬材料時，除了要考慮金屬的用途、外觀和價格外，還要考慮金屬的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)。(1)物理性質(zhì)：密度、硬度、強度、導電性和導熱性等，這些性質(zhì)決定金屬材料的加工難易程度。(2)化學性質(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和環(huán)境對其的影響。2．合金的組成及性質(zhì)(1)合金中一定含有金屬元素，可能含有非金屬元素。(2)合金是混合物，沒有固定的熔、沸點。(3)合金具有金屬特性，如導電、傳熱等。(4)合金形成后會影響各成分金屬的物理性質(zhì)，如合金的熔點一般比成分金屬低，而硬度、機械強度一般比成分金屬高；但一般來說各成分金屬均保持了其原有的化學性質(zhì)。3．合金的形成條件(1)金屬與金屬形成合金：合金是金屬在熔化狀態(tài)時相互混合形成的，熔化時的溫度需達到成分金屬中熔點最高的金屬的熔點，但又不能超出成分金屬中沸點最低的金屬的沸點。一種金屬的熔點高于另一種金屬的沸點時則不能形成合金。(2)金屬與非金屬形成合金：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。4．鋁合金的用途[對點練習]1．京滬高鐵是世界上一次性建成的最長高速鐵路。高鐵車廂大部分采用鋁合金材料制造，這是因為鋁合金()A．比純鋁熔點高B．具有比較活潑的化學性質(zhì)C．各種成分在自然界中含量豐富，容易獲取D．質(zhì)量輕，強度大，抗腐蝕能力比較強答案：D解析：A項，鋁合金的熔點比純鋁低，錯誤；B項，鋁合金的化學性質(zhì)的確比較活潑，但與被用于制造車廂沒有必然聯(lián)系，錯誤；C項，鋁的含量較豐富，但卻不容易獲取，制取金屬鋁需消耗很多能量，錯誤；D正確。2．合金比純金屬制成的金屬材料的優(yōu)點是()①合金的硬度一般比它的各成分金屬的大②一般來說，合金的熔點比它的各成分金屬的更低③改變原料的配比、改變生成合金的條件，得到有不同性能的合金④合金比純金屬的導電性更強⑤合金比純金屬的應用范圍更廣泛A．①②③⑤B．②③④C．①②④D．①②④⑤答案：A解析：與組成合金的純金屬相比，一般合金的硬度更大，①正確；合金為混合物，熔點比它的各成分金屬的熔點低，②正確；不同的合金具有不同的性能，改變原料的配比、改變生成合金的條件，得到有不同性能的合金，③正確；合金的導電性不一定比純金屬更強，比如鋁合金的導電性比純鋁要差，④錯誤；合金一般比成分金屬熔點低，硬度大，具有更好的機械加工性能，故應用范圍更廣泛，⑤正確。考點二無機非金屬材料——硅與二氧化硅[教材預習]1．陶瓷、水泥、玻璃為三大硅酸鹽產(chǎn)品，屬于無機非金屬材料。2．硅的________介于____________之間，是一種重要的________，被廣泛用于電子工業(yè)的各個領域，如硅芯片等，還常被應用于新能源上，如光電池等。3．光導纖維的主要成分是________，可用來制造通訊光纜，用于光纖通信或傳送高強度的激光等。光導纖維導光能力非常強，用光纜代替普通的金屬通信電纜可以節(jié)約大量有色金屬，二氧化硅除了用作光導纖維，還可以制造光學儀器、電子部件等。4．新型陶瓷分為________和________兩大類。結(jié)構(gòu)陶瓷具有機械功能、熱功能和部分化學功能，如____________等；功能陶瓷具有光、電、磁、化學和生物等方面的特殊功能，如________等。答案：2.導電性導體和絕緣體半導體材料3.二氧化硅4.結(jié)構(gòu)陶瓷功能陶瓷高溫結(jié)構(gòu)陶瓷壓電陶瓷[探究提升]二氧化硅的性質(zhì)(1)碳與硅、二氧化硅與二氧化碳性質(zhì)差別較大的原因是結(jié)構(gòu)不同。(2)SiO2是酸性氧化物，但它不溶于水，不與水反應，也不與酸(氫氟酸除外)反應。SiO2→H2SiO3需間接實現(xiàn)。如：SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O，Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3(3)特性與氫氟酸反應：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(4)自然界中硅全部以化合態(tài)形式存在，工業(yè)上用二氧化硅制硅：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up15(高溫))Si＋2CO↑(5)SiO2晶體中不存在SiO2分子，SiO2表示二氧化硅中Si原子和O原子個數(shù)比為1∶2的化學式。(6)可以用玻璃瓶盛放堿液但不能用玻璃塞。原因是玻璃中含有SiO2，SiO2與NaOH溶液反應生成Na2SiO3，使瓶口與瓶塞黏在一起而難以開啟。[對點練習]3．下列應用利用的是含硅物質(zhì)的氧化性的是()A．用硅制造集成電路、晶體管等半導體器件B．在野外，用硅、消石灰、燒堿的混合物制取氫氣：Si＋Ca(OH)2＋2NaOH=Na2SiO3＋CaO＋2H2↑C．金剛砂的制備：SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up15(高溫))SiC＋2CO↑D．單質(zhì)硅的制備：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up15(高溫))Si＋2CO↑答案：D解析：用硅制造集成電路、晶體管等半導體器件，利用的是硅的導電性，A項錯誤；在野外，用硅、消石灰、燒堿的混合物制取氫氣，在反應中硅元素的化合價升高，利用的是硅的還原性，B項錯誤；制備金剛砂時，硅元素的化合價沒有發(fā)生變化，所發(fā)生的氧化還原反應中的氧化劑和還原劑均是碳，C項錯誤；單質(zhì)硅的制備反應中硅元素的化合價降低，利用的是二氧化硅的氧化性，D項正確。4．關(guān)于二氧化硅，下列敘述正確的是()①化學性質(zhì)不活潑，熔融氫氧化鈉固體可用石英坩堝②是酸性氧化物，溶于水顯酸性，不溶于任何酸③物理性質(zhì)與CO2相似④SiO2晶體是由SiO2分子直接組成的⑤水晶、石英、沙子、瑪瑙、光導纖維的主要成分均是SiO2⑥光導纖維在強堿性條件下易發(fā)生“斷路”A．①②③B．④⑤C．②③④D．⑤⑥答案：D解析：SiO2晶體是由原子構(gòu)成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，化學性質(zhì)穩(wěn)定，SiO2與NaOH發(fā)生反應，熔融NaOH固體不能用石英坩堝，①不正確；SiO2屬于酸性氧化物，與H2O不反應，但能與HF反應，②不正確；SiO2與CO2結(jié)構(gòu)不同，物理性質(zhì)差別很大，③不正確；SiO2晶體是由Si、O原子構(gòu)成的，不含SiO2分子，④不正確；⑤正確；光導纖維主要成分為SiO2，SiO2與堿反應，因此易發(fā)生“斷路”，⑥正確。[知識構(gòu)建][要點背熟](1)合金的定義：合金是由兩種或兩種以上的金屬(或金屬和非金屬)共熔，制備出的特殊金屬材料。(2)合金與純金屬的性能差異：①合金的硬度一般大于各成分金屬。②合金的熔點一般低于各成分金屬。③合金的導電性和導熱性一般低于各成分金屬。(3)無機非金屬材料：硅：半導體材料；二氧化硅：光導纖維。

效果篇·排查基礎達標檢測[基礎排查]1．判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)合金一定是不同金屬熔合而成的具有金屬特性的化合物()(2)生鐵中的鐵與純鐵的化學性質(zhì)不同()(3)生鐵的熔點比鐵低，但機械強度和硬度比鐵高()(4)鋁制品不宜盛放酸性溶液但適合盛放堿性溶液()(5)對于廢舊金屬，我們應該加以回收利用()(6)普通玻璃和水泥的生產(chǎn)原料均含石灰石()答案：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)√(6)√解析：(3)一般合金的熔點比組分金屬要低，但硬度和強度都比組成它的純金屬大。(4)鋁制品不宜盛放酸性溶液也不宜盛放堿性溶液。2．選用金屬材料時，以下方面需要考慮的是()①主要用途②物理性質(zhì)、化學性質(zhì)③價格④加工難度⑤日常維護⑥對環(huán)境的影響A．①②③B．③④⑤C．①⑤⑥D(zhuǎn)．①②③④⑤⑥答案：D解析：在選用材料時要綜合考慮所選材料的性能、價格、加工難度、日常維護、對環(huán)境的影響等因素，從眾多材料中選取最合適的。3．鋁制品不易被腐蝕，其主要原因是鋁()A．化學性質(zhì)不活潑 B．熔點高C．表面有致密氧化膜 D．密度小答案：C解析：鋁制品不易被腐蝕，其主要原因是鋁表面有致密氧化膜能夠阻止內(nèi)部的金屬被氧化。4．下列關(guān)于合金的敘述中正確的是()①合金具有金屬特性；②合金中的元素以單質(zhì)形式存在；③合金中不一定含有金屬；④合金中一定不含有非金屬；⑤合金屬于金屬材料；⑥鋼是含雜質(zhì)較少的鐵合金；⑦合金一定是混合物A．①②③④⑤ B．①③④⑤C．②③④⑤ D．①②⑤⑥⑦答案：D5．鋁鎂合金因堅硬、輕巧、美觀、潔凈、易于加工而成為新型建筑裝潢材料，主要用于制作窗框、卷簾門等。下列性質(zhì)與這些用途無關(guān)的是()A．強度高B．不易生銹C．密度小D．導電、導熱性好答案：D[課堂檢測]1．下列金屬用途與性質(zhì)不相對應的是()A．用銅做電線是由于其導電性良好B．用鎢做燈絲是因為其熔點高C．鐵制品表面鍍鉻是由于鉻硬且不易被氧化D．硫酸銅配制農(nóng)藥是因為銅離子具有氧化性答案：D解析：CuSO4溶液配制農(nóng)藥是因為Cu2＋為重金屬離子，能夠使蛋白質(zhì)變性，故D錯誤。2．對于反應：TiCl4＋4Na=4NaCl＋Ti，下列說法不正確的是()A．該反應既屬于置換反應，也屬于氧化還原反應B．該反應可以用來冶煉金屬C．該反應的條件是四氯化鈦為熔融狀態(tài)或在水溶液中D．該反應說明鈉的金屬活動性比鈦強答案：C解析：鈉能從四氯化鈦中將鈦置換出來，說明鈉的金屬活動性比鈦強；鈉在水溶液中會先與水反應。3．有些科學家提出硅是“21世紀的能源”，下列有關(guān)硅及其化合物的說法正確的是()A．硅在自然界中以游離態(tài)和化合態(tài)兩種形式存在B．硅晶體是良好的半導體，可用于制造光導纖維C．SiO2是酸性氧化物，不與任何酸發(fā)生反應D．工業(yè)上利用二氧化硅可以制得高純度的硅答案：D解析：硅在自然界中全部以化合態(tài)形式存在，A錯誤；硅晶體是良好的半導體，二氧化硅用于制造光導纖維，B錯誤；SiO2是酸性氧化物，能與氫氟酸發(fā)生反應，C錯誤。4．合金是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)。(1)下列物質(zhì)不屬于合金的是________(填字母，下同)。A．明礬B．硬鋁