高中化學人教版化學與生活第三章探索生活材料第一節(jié)合金 2023版第3章第1節(jié)合金

第一節(jié)合金1．本節(jié)學習的重點是合金和金屬在性能上的主要差異及其原因，鐵合金、鋁合金和銅合金的組成、性能和用途。(重點)2．本節(jié)學習的難點是合金的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，合金元素的種類、含量對合金性能的影響。(難點)一、認識合金1．合金的概念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)。2．合金的性能(1)合金的硬度較大。(2)多數(shù)合金的熔點一般比各成分金屬的低。(3)合金的性能可以通過所添加的合金元素的種類、含量和生成合金的條件來調(diào)節(jié)。(4)合金比成分金屬耐腐蝕。1．合金是混合物還是純凈物？【提示】合金是混合物，但其組成是均勻的。而且有些合金具有固定熔點。二、使用合金1．鐵合金(1)生鐵和鋼的比較生鐵鋼含碳量2%～%%～2%組成鐵、碳鐵、碳合金鋼中還含有其他元素性能硬度大、抗壓、性脆有良好的延展性、機械性能加工可鑄不可鍛可鑄、可鍛用途制造機座、管道制造機械和交通工具(2)鋼的分類2．鋁合金和銅合金(1)硬鋁：合金元素為Cu、Mg、Mn和Si等。硬鋁密度小，強度高、抗腐蝕性強。適用于制造飛機和航天器。(2)黃銅：合金元素是Zn。青銅：合金元素是Sn。3．新型合金(1)儲氫合金：Ti-Fe合金和La-Ni合金等。(2)鈦合金：重量輕、強度高、韌性好、耐腐蝕。(3)耐熱合金、形狀記憶合金等。2．生鐵和鋼的本質(zhì)區(qū)別是什么？如何將生鐵冶煉成鋼？【提示】生鐵和鋼的本質(zhì)區(qū)別是含碳量不同，生鐵的含碳量比鋼高。煉鋼是在高溫條件下，用氧化劑把生鐵中過多的碳和雜質(zhì)氧化除去的過程。合金的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系第1步導(dǎo)思——問題引入，自主探究1．為什么多數(shù)合金的熔點比成分金屬低而硬度比成分金屬大？【提示】合金內(nèi)部原子大小不同，原子層與層之間相對滑動困難，使合金硬度變大；原子大小不一使原子之間的相互作用力減小、熔點變低。2．合金的組成元素相同時性能就一定相同嗎？【提示】合金的性能可以通過所添加的合金元素的種類、含量和生成合金的條件等來調(diào)節(jié)。合金元素種類相同，性質(zhì)不一定相同。第2步闡述——要點歸納，深化知識1．合金的物理性質(zhì)(1)一般情況下，合金比純金屬硬度更大、更堅固。(2)多數(shù)合金的熔點一般比各成分金屬的低。(3)一般來說，合金的性質(zhì)并不是各成分的性質(zhì)的總和。合金具有良好的物理、化學或機械性能。(4)合金的性能可以通過所添加的合金元素的種類、含量和生成合金的條件等來加以調(diào)節(jié)。2．合金的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系(1)一般情況下，合金比純金屬的硬度更大、更堅固。在純金屬內(nèi)，所有原子的大小和形狀都是相同的，原子的排列十分規(guī)整。而合金內(nèi)加入了其他元素這些元素的原子大小不一，改變了金屬原子有規(guī)則的層狀排列，使原子層與層之間的相對滑動變得困難。eq\a\vs4\al(純金屬內(nèi)原子的,排列十分規(guī)整)eq\a\vs4\al(合金內(nèi)原子層之間,的相對滑動變得困難)純金屬與合金的結(jié)構(gòu)比較(2)一般情況下合金的熔點比純金屬低。在純金屬內(nèi)，所有的原子大小相同，排列十分規(guī)整；而合金內(nèi)原子的大小不一，排列沒有純金屬那樣整齊，使得原子之間的相互作用力減小。所以，多數(shù)合金的熔點一般比各成分金屬的熔點都要低。3．不銹鋼的分類及耐腐蝕的原因(1)不銹鋼種類繁多、性能各異，按化學成分可分為鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼兩大類；按使用的介質(zhì)環(huán)境可分為耐硝酸不銹鋼、耐硫酸不銹鋼、耐尿素不銹鋼和耐海水不銹鋼等。(2)不銹鋼中添加的元素主要是Ni和Cr，Cr是防氧化元素，使不銹鋼表面形成一層致密的氧化物保護膜，防止內(nèi)部的Fe與外界物質(zhì)接觸；Ni是防腐蝕元素，使不銹鋼在多種酸、堿、鹽溶液中也能具有很好的化學穩(wěn)定性和耐腐蝕性。合金是混合物，但與其他的混合物不同，合金有固定的熔沸點。第3步例證——典例印證，思維深化鐵和鐵合金是生活中常用的材料，下列說法正確的是()【導(dǎo)學號：72062046】A．不銹鋼是鐵合金，只含金屬元素B．一定條件下，鐵粉可與水蒸氣反應(yīng)C．鐵與鹽酸反應(yīng)，鐵合金不與鹽酸反應(yīng)D．鐵合金的硬度和強度均低于鐵【解析】鐵合金中含非金屬元素碳；鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的化學方程式為3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up10(高溫))Fe3O4＋4H2；鐵形成鐵合金后其化學性質(zhì)幾乎不變，鐵合金中的鐵仍能與鹽酸反應(yīng)；合金的性能一般優(yōu)于其純金屬?！敬鸢浮緽1合金物理性質(zhì)、機械性能等優(yōu)于成分金屬，但合金中各成分金屬的化學性質(zhì)并未改變。2合金是混合物，但其成分均一，性質(zhì)穩(wěn)定，具有固定的熔點、沸點。第4步運用——精選習題，落實強化1．下列合金不能被稀鹽酸腐蝕的是(括號內(nèi)為合金成分)()【導(dǎo)學號：72062047】A．球墨鑄鐵 B．黃銅(銅鋅合金)C．鋁合金 D．24K黃金【解析】合金中各成分仍具有原來的化學性質(zhì)，故球墨合金中的鐵、黃銅合金中的鋅、鋁合金中的鋁均能被稀鹽酸腐蝕，24K黃金為純金不能被稀鹽酸腐蝕?！敬鸢浮緿重要的合金類型與主要性質(zhì)第1步導(dǎo)思——問題引入，自主探究1．最早使用的合金是什么？試分析最早使用該合金的原因?！咎崾尽孔钤缡褂玫暮辖鹗倾~合金(青銅)。銅的性質(zhì)較穩(wěn)定，冶煉方法簡單，故最早被人們發(fā)現(xiàn)使用。2．不銹鋼就是絕對的不生銹嗎？【提示】不是。不銹鋼在空氣中不易被氧化，穩(wěn)定性好。而在海水中，由于電解質(zhì)溶液濃度大，不銹鋼中的Fe與C可形成原電池，從而發(fā)生電化學腐蝕。第2步闡述——要點歸納，深化知識名稱組成主要性質(zhì)主要用途鐵合金生鐵含碳量2%～%硬度大、抗壓、性脆鑄造機座、管道等鋼含碳量0．03%～2%良好延展性、機械性能好用途最廣、用量最大的合金材料鋁合金鋁合金含有10%～30%的鎂強度和硬度都比純鋁和純鎂大火箭、飛機、輪船等制造業(yè)硬鋁含銅4%、鎂%、錳%、硅%強度和硬度都比純鋁大火箭、飛機、輪船等制造業(yè)銅合金黃銅含鋅20%～36%，常加入少量錫、鉛、鋁有良好的強度和塑性、易加工、耐腐蝕機器零件如軸承、齒輪等青銅含錫10%～30%有良好的強度和塑性、耐磨、耐腐蝕機器零件如軸承、齒輪等鈦合金含鋁6%、釩4%耐高溫、耐腐蝕、高強度用于宇航、飛機、造船、化學工業(yè)金合金加入銀、銅、稀土元素等有光澤、易加工、耐磨、耐腐蝕、易導(dǎo)電金飾品、電子元件、錢幣、筆尖(1)純鐵比鐵合金更耐腐蝕。(2)鋁是地殼中含量最多的金屬元素。純鋁的硬度和強度較小，不適于制造機器零件等。向鋁中加入少量的合金元素，如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等，可制成鋁合金，鋁合金是目前用途廣泛的合金之一。(3)銅能與鋅、錫、鉛、錳、鈷、鎳、鋁、鐵等金屬形成合金，黃銅是銅鋅合金，青銅是銅錫合金，白銅是銅鈷鎳合金。第3步例證——典例印證，思維深化某課外活動小組，收集了一種合金進行研究(已知Cu的焰色反應(yīng)顯綠色)?！緦?dǎo)學號：72062048】(1)外觀暗灰色，表面光滑；(2)在酒精燈上灼燒，火焰呈綠色；合金片熔化，但不滴落；(3)取刮去表皮的金屬10.0g，放入足量H2SO4溶液中，收集到標準狀況下的H29.96L；(4)另取刮去表皮的金屬10.0g，放入足量NaOH溶液中，也收集到標準狀況下的H29.96L。試據(jù)此判斷，合金中一定含有的元素是________(寫元素符號)；下列元素可能含有的是________(填選項字母)；a．Ag b．Mgc．Na d．Fe如果該合金中，只含兩種元素，它們的質(zhì)量比是________?！窘馕觥垦嫔磻?yīng)呈綠色，表明此合金中含有銅，相同質(zhì)量的合金分別與H2SO4溶液，NaOH溶液反應(yīng)放出等體積的H2，表明合金中有金屬元素Al，且不含比銅活潑的其他金屬，否則與酸反應(yīng)放出的H2多。2Al～3H254g67.2Lm(Al)9.96Lm(Al)＝8.0g，m(Cu)＝10.0g－8.0g＝2.0g，m(Cu)∶m(Al)＝1∶4?！敬鸢浮緾u、Alam(Cu)∶m(Al)＝1∶4第4步運用——精選習題，落實強化2．鋼筆的筆頭是合金鋼，其筆頭尖端是用機器軋出的便于使用的圓珠體。為了改變筆頭的耐磨性能，在筆頭尖端點上銥金粒，為區(qū)別鋼筆而叫銥金筆，銥金筆的筆頭用黃金的合金，筆尖用銥的合金。下列說法中錯誤的是()【導(dǎo)學號：72062049】A．鋼筆的筆頭不易被氧化，抗腐蝕性能好B．銥金筆的密度要比鋼筆大C．銥金筆的筆頭和筆尖都是用純金制成的D．銥金筆經(jīng)久耐磨，書寫時彈性特別好，是一種理想的硬筆【解析】銥金筆的筆頭和筆尖分別是黃金和銥金等多種合成的。【答案】C新型合金的用途第1步導(dǎo)思——問題引入，自主探究1．儲氫合金的儲氫原理是什么？它怎樣儲存和釋放H2?【提示】H2＋儲氫合金,稍受熱金屬氫化物。2．能夠用于人造骨骼的是哪種合金？【提示】鈦合金。第2步闡述——要點歸納，深化知識1．儲氫合金(1)氫能的利用存在的兩大難題：制取和儲存。H2是一種易燃、易爆的氣體，要利用H2，關(guān)鍵要解決H2的安全儲存和運輸問題。一般情況下，H2采用氣態(tài)或液態(tài)儲存。但運送裝有H2的鋼瓶既不安全又不方便。(2)對儲氫合金的要求：一是能夠大量吸收H2，并與H2結(jié)合成金屬氫化物；二是儲氫量大，金屬氫化物既容易形成，稍稍加熱又容易分解，室溫下吸氫、放氫的速率快，如Ti-Fe合金、La-Ni合金等。2．鈦合金被譽為“21世紀金屬”的鈦所形成的合金，具有質(zhì)量輕、硬度大、耐腐蝕、良好的抗氧化性?，F(xiàn)在，鈦合金廣泛用于航空、航天、潛艇、人造骨(關(guān)節(jié))的制造。3．形狀記憶合金形狀記憶合金是在20世紀60年代初期發(fā)現(xiàn)的，它是一種特殊的合金，有一種不可思議的性質(zhì)，即使把它揉成一團，一旦達到一定溫度，它便能在瞬間恢復(fù)到原來的形狀。由鎳和鈦組成的合金具有記憶能力，稱為NT合金，它在高科技領(lǐng)域、工業(yè)和民用部分發(fā)揮著獨特的作用，如用形狀記憶合金制成的高級眼鏡框架，扭曲折彎后，能夠自動恢復(fù)成原來的形狀，彈性好，經(jīng)久耐用。第3步例證——典例印證，思維深化鈦(Ti)因為具有神奇的性能越來越引起人們的關(guān)注，是航空、軍工、電力等方面的必需材料，被譽為“空間金屬”和“深海金屬”?！緦?dǎo)學號：72062050】(1)鈦和鈦的合金具有很多優(yōu)良的性能，如熔點高、密度小，可塑性好、易于加工，鈦合金與人體有很好的“相容性”。根據(jù)它們的主要性能，下列用途不切合實際的是________。A．用來做保險絲 B．用于制造航天飛機C．用來制造人造骨 D．用于制造船舶(2)常溫下鈦不和非金屬、強酸反應(yīng)。紅熱時，卻可與常見的非金屬單質(zhì)反應(yīng)。地殼中含鈦礦石之一的金紅石(TiO2)，目前大規(guī)模生產(chǎn)鈦的方法是：第一步：金紅石、炭粉混合，在高溫條件下通入氯氣制得TiCl4和一種可燃性氣體。該反應(yīng)的化學方程式：______________________________________________________________，該反應(yīng)的還原劑是________。第二步：在氬氣的氣氛中，用過量鎂在加熱條件下與TiCl4反應(yīng)制得金屬鈦。簡述由上述所得產(chǎn)物中獲取金屬鈦的步驟：_________________________________________________________________________________________?！窘馕觥?1)選A。由題干知鈦和鈦合金的熔點高，不能用來做保險絲；其密度小、熔點高、可塑性好，可用于制造飛機及船舶，與人體有很好的“相容性”可制造人造骨。(2)TiO2＋2C＋2Cl2eq\o(=,\s\up10(高溫))TiCl4＋2CO，該反應(yīng)中，碳元素化合價升高，C作還原劑；第二步應(yīng)為鎂置換鈦的反應(yīng)，化學方程式為TiCl4＋2Mgeq\o(=,\s\up10(△),\s\do15(Ar))Ti＋2MgCl2，所得產(chǎn)物含雜質(zhì)鎂(鎂過量)、MgCl2，利用鈦不與強酸反應(yīng)，應(yīng)加足量鹽酸除去過量雜質(zhì)鎂、MgCl2，過濾即得鈦?！敬鸢浮?1)A(2)TiO2＋2C＋2Cl2eq\o(=,\s\up10(高溫))TiCl4＋2CO碳加入足量鹽酸，過濾，洗滌在分析合金的組成時，應(yīng)注意：1根據(jù)元素單質(zhì)的性質(zhì)判斷單質(zhì)的存在，特別是一些單質(zhì)的特殊性，如Al與NaOH溶液反應(yīng)，Si與NaOH溶液反應(yīng)等。2加入試劑時注意反應(yīng)的單一性，即加入一種試劑與一種成分反應(yīng)。第4步運用——精選習題，落實強化3．下列關(guān)于高溫合金的說法不正確的是()A．高溫合金在高溫下能保持足夠的強度和良好的抗氧化性B．鈉、鉀等熔點較低的金屬不適合制高溫合金C．高溫合金在航天工業(yè)、軍工企業(yè)有廣泛用途D．高溫合金可用于制造人造骨骼【解析】人造骨骼必須有良好的生物相容性，但對耐高溫要求并不高?！敬鸢浮緿1．下列物質(zhì)中，不屬于合金的是()A．硬鋁 B．黃銅C．鋼鐵 D．水銀【解析】水銀的成分為汞單質(zhì)，不屬于合金。【答案】D2．如圖是在法國拍賣會拍賣的我國圓明園獸首—兔首和鼠首，拍賣臺上渴望回家的銅器兔首和鼠首看上去仍熠熠生輝。下列對其原因的分析，最可能的是()A．它們的表面都電鍍上了一層耐腐蝕的黃金B(yǎng)．環(huán)境污染日趨嚴重，它們表面的銅綠被酸雨洗去C．銅的活動性比氫弱，因此不易被氧化D．它們是含一定比例金、銀、錫、鋅的銅合金【解析】本題以我國國寶圓明園鼠首和兔首銅像為素材考查金屬的保護和合金的概念，也激發(fā)了學生的愛國熱情。最有可能的原因改變了金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(形成合金)，從而防止了金屬的腐蝕。【答案】D3．下列金屬中，遇到稀硫酸或氫氧化鈉溶液都能放出氫氣的是()【導(dǎo)學號：72062051】A．銀 B．鋁C．鎂 D．鐵【解析】銀、鎂、鐵均與NaOH溶液不反應(yīng)。2Al＋3H2SO4=Al2(SO4)3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑?！敬鸢浮緽4．合金是金屬與金屬(或某些非金屬)在熔化狀態(tài)下形成的一種具有金屬特性的熔合物。下表中金屬難與表中其他金屬形成二元合金的元素是()FeCuZnAgAuW熔點/℃1535108310633380沸點/℃30002595907221227075627 B．ZnC．Ag D．W【解析】從表中數(shù)據(jù)可以看出，金屬W的熔點不但比其他金屬的熔點高，而且也比其他金屬的沸點高；因此W不能與其他金屬熔合在一起。【答案】D5．(1)選擇填空：將鋁的用途與性質(zhì)搭配起來(每個選項只選用一次)?！緦?dǎo)學號：72062052】A．質(zhì)輕B．延展性好C．易導(dǎo)熱D．易導(dǎo)電E．氧化時放熱①太陽能熱水器：____________；②飛機：_____________；③電纜：___________________；④鋁箔：______________。(2)佛山是有色金屬之鄉(xiāng)，其中鋁合金材料的產(chǎn)量約占全國的一半。鋁合金材料屬于________(填“純凈物”“混合物”或“單質(zhì)”)。(3)在西漢古籍中曾有記載：曾青得鐵則化為銅[即曾青(CuSO4)跟鐵反應(yīng)生成銅]。試寫出該反應(yīng)的化學方程式：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！窘馕觥?1)鋁在太陽能熱水器上的應(yīng)用是由于它的導(dǎo)熱性好。鋁合金硬度大、質(zhì)輕，是制造飛機的良好材料。鋁用作電纜和鋁箔分別利用了其導(dǎo)電性和延展性。(2)合金是由一種金屬跟其他一種或幾種金屬(或非金屬)一起熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)，因此肯定是混合物。(3)該反應(yīng)是鐵與硫酸銅反應(yīng)置換出銅的過程?！敬鸢浮?1)①C②A③D④B(2)混合物(3)Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu學業(yè)分層測評(九)(建議用時：30分鐘)[學業(yè)達標]1．下列關(guān)于合金的說法正確的是()①合金至少含兩種金屬②合金中元素以化合物形式存在③合金的熔點比組成成分低④合金一定是混合物⑤鐵銹是一種鐵合金A．①② B．②③⑤C．③④ D．③【解析】合金概念有三個特點：①一定是混合物；②合金中各成分都是以單質(zhì)形式存在；③合金中至少有一種金屬。鐵銹的主要成分是氧化鐵，不具有合金的性質(zhì)，因此不屬于合金?！敬鸢浮緾2．下列敘述與金屬的物理性質(zhì)無關(guān)的是()A．良好的導(dǎo)電性B．反應(yīng)中易失電子C．延展性D．導(dǎo)熱性【解析】金屬反應(yīng)中易失電子的性質(zhì)屬于化學性質(zhì)，與物理性質(zhì)無關(guān)。【答案】B3．生鐵和鋼的主要區(qū)別是()A．生鐵和鋼的主要成分都是鐵，但二者的含碳量不同，性能也不同B．生鐵和鋼都是碳的合金C．生鐵就是含雜質(zhì)較多的鋼，鋼就是含雜質(zhì)較少的生鐵D．生鐵是混合物，鋼是純凈物【解析】生鐵的含碳量為2%～%，鋼的含碳量為%～2%，二者都是鐵的合金，都是混合物，因而選A?！敬鸢浮緼4．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、防護欄等。下列與這些用途無關(guān)的性質(zhì)是()【導(dǎo)學號：72062129】A．不易生銹 B．導(dǎo)電性好C．密度小 D．強度高【解析】由于門窗要接觸空氣、水等，所以要考慮材料是否易生銹；如果強度不高，既不安全，也容易變形導(dǎo)致難以打開，門窗是不需通電的，故不需考慮材料的導(dǎo)電性?！敬鸢浮緽5．某合金與鐵的物理性質(zhì)的比較如下表所示：熔點密度硬度導(dǎo)電性某合金32003.20g/cm3鐵15357.86g/cm317(注：硬度以金剛石的10作標準，導(dǎo)電性以銀的100為標準)已知該合金耐腐蝕、強度大，從性能看，該合金不適合制()A．門窗框 B．爐具C．電源線 D．飛機外殼【解析】該合金耐腐蝕、強度大、熔點高、密度小、硬度大，所以可以用來制門窗框、爐具、飛機外殼，但該合金導(dǎo)電性差，不適合制電源線?！敬鸢浮緾6．高功率Ni/MH(M表示儲氫合金材料)電池已經(jīng)用于混合動力汽車，其放電時的反應(yīng)為NiOOH＋MH=M＋Ni(OH)2，下列有關(guān)說法不正確的是()A．儲氫合金是一種新型合金B(yǎng)．儲氫合金的一大重要特點是吸收H2的能力強C．此電池工作時，儲氫合金中的H2釋放出來參與反應(yīng)D．此電池工作時，釋放出的H2在原電池的負極上發(fā)生失電子的還原反應(yīng)【解析】工作時，儲氫合金釋放出的H2在負極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)。【答案】D7．2016年10月19日神舟十一號與天宮二號成功對接，標志著中國的航空鋁材處于世界領(lǐng)先行列。下面關(guān)于鋁合金的說法錯誤的是()A．鋁合金是一種混合物，它比純鋁的熔點低B．高溫鋁液易被氧化，鋁合金應(yīng)在熔劑層覆蓋下熔煉C．鎂鋁合金耐腐蝕，但能被燒堿腐蝕D．鎂鋁合金在冷的濃硫酸中鈍化【解析】鎂不會在濃硫酸中鈍化?！敬鸢浮緿8．某化學興趣小組對某獎牌中金屬的成分提出猜想：甲認為該金屬是由純金制成；乙認為該金屬是由金