3.2金屬材料++課件+++【知識專講精研】高一上學(xué)期化學(xué)人教版（2019）必修第一冊+

第三章

鐵

金屬材料第二節(jié)金

屬

材

料湖北省利川市第一中學(xué)【生活中的金屬材料】金屬材料包括純金屬及其合金【知識回顧】金屬的分類冶金工業(yè)分類黑色金屬：鐵、鈷、鎳有色金屬：鋁、鎂、鉀、鈉等按金屬的密度分輕金屬：密度小于4.5g/cm3，如Al、Mg、K、Na等重金屬：密度大于4.5g/cm3，如Cu、Pb、Cd、Hg等1.什么是合金？2.與金屬相比，合金具有哪些優(yōu)異性能？合金：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)。合金的硬度比其成分金屬

；合金的熔點比其成分金屬

。大低【思考】從組成金屬和合金的原子排列出發(fā)，思考為什么合金的硬度比其成分金屬的大、熔點比其成分金屬低？微觀結(jié)構(gòu)宏觀性質(zhì)決定決定用途原子大小和排列熔點硬度……一、鐵合金【活動】閱讀課本78-81頁，回答以下問題。1、鐵合金有哪幾種？2、生鐵的組成、性能、用途分別是什么？3、鋼的分為哪幾類？分類依據(jù)是什么？4、高碳鋼、中碳鋼、低碳鋼的組成、性能、用途分別是怎樣的？鐵合金生鐵（含碳2%-4.3%）鋼（含碳0.03%-2%）硬度大、抗壓、性脆、可以鑄造成型，是制作機座、管道的重要材料具有良好的延展性、機械性能好，可鍛軋和鑄造，廣泛用于制造機械和交通工具目前用量最大、用途最廣的合金碳素鋼根據(jù)含碳量不同高碳鋼>0.6%中碳鋼0.3%~0.6%低碳鋼<0.3%韌性好、焊接性好、強度低強度高、韌性及加工性好硬而脆、熱處理后彈性好鋼按其化學(xué)成分可分為碳素鋼、合金鋼（也叫特種鋼）不銹鋼：它的合金元素中主要含有鉻和鎳抗腐蝕能力強超級鋼：是在壓軋時把壓力增加到通常的5倍，并且提高冷卻速度和嚴(yán)格控制溫度的條件下開發(fā)成功的。其晶粒直徑僅有1微米，為一般鋼鐵的1/10-1/20，因此其組織細密，強度高，韌性也大，而且即使不添加鎳、銅等元素也能夠保持很高的強度?！净顒印块喿x課本P80資料卡片在碳素鋼中，由于含碳量不同，高碳鋼、中碳鋼和低碳鋼的性能有很大差異；向碳素鋼中加入不同的合金元素，可制得不同性能的合金鋼。這對你有什么啟示？微觀結(jié)構(gòu)宏觀性質(zhì)決定元素組成與含量韌性強度決定用途合金的性能可以通過所添加的合金元素的種類、含量和生成條件等加以調(diào)節(jié)銅合金銅合金黃銅：青銅：白銅：含Cu、Zn等——耐腐蝕，耐磨，可塑性強，硬度較小。含Cu、Sn等——硬而脆，強度大含Cu、Ni（少量Mn）等——制酒具等鋁的小故事人類發(fā)現(xiàn)鋁很晚，煉鋁技術(shù)成熟得更晚。如果倒退到18世紀(jì)中旬，你家的房子可能不如你家的窗戶值錢——因為它的價格超過黃金。一次宴會上，法國皇帝拿破侖第三獨自用鋁制的刀叉，而其他人都用銀制的餐具，這是他在得意洋洋地炫耀自己。1855年巴黎國用博覽會上，展出了一小塊鋁，標(biāo)簽上寫到：“來自粘土的白銀”，并將它放在最珍貴的珠寶旁邊。二、鋁和鋁合金舊時皇室貴族鋁

思考與交流因為鋁太難提取了！雖然鋁在地殼中含量排名第三，但基本上是以氧化物形式存在的。一直到1854年，法國化學(xué)家德維爾把鋁礬土、木炭、食鹽混合，通人氯氣后加熱得到一種氯化鈉和氯化鋁的復(fù)鹽，再將此復(fù)鹽與過量的鈉熔融，才得到了一種純金屬--鋁。為什么鋁在那個時候這么貴呢？4Al＋3O2===2Al2O3表面形成一層致密的氧化膜鋁的制備:1886年，美國的豪爾和法國的海朗特，分別獨立地電解熔融的鋁礬土和冰晶石的混合物制得了金屬鋁，奠定了今天大規(guī)模生產(chǎn)鋁的基礎(chǔ)。思考與交流什么時候鋁的身價一落千丈呢？飛入尋常百姓家【資料卡片】鋁制品的表面處理在空氣中,鋁的表面自然形成的氧化膜很薄,耐磨性和抗蝕性還不夠強。為了使鋁制品適應(yīng)于不同的用途,常采用化學(xué)方法對鋁的表面進行處理,如增加膜的厚度,對氧化膜進行著色等。例如,化學(xué)氧化

(用鉻酸作氧化劑)可以使氧化膜產(chǎn)生美麗的顏色等。市場上有不少鋁制品是經(jīng)過這種方法處理的。常見的鋁及其合金【預(yù)測】鋁單質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)如何？1.鋁的物理性質(zhì)：銀白色金屬光澤、密度小、質(zhì)軟，熔點低、良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和延展性。2.鋁的化學(xué)性質(zhì)（1）與酸反應(yīng)；（2）易與氧氣反應(yīng)生成Al2O3還原性【思考】為什么金屬鋁可以用來制作容器或餐具？（一）鋁單質(zhì)鋁熱劑：鋁與金屬氧化物的混合物（3）與金屬氧化物的反應(yīng)，放出大量熱—冶煉難溶金屬Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe高溫Cr2O3+2AlAl2O3+2Cr高溫3MnO2+4Al2Al2O3+3Mn高溫鋁熱反應(yīng)【思考】為什么鋁制容器不能長時間存放酸性食物或堿性食物？2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O【實驗3-4】在一支試管中加入5mL鹽酸，再向試管中放入一小塊鋁片。觀察現(xiàn)象。過一段時間后，將點燃的木條放在試管口，你觀察到什么現(xiàn)象?【實驗3-5】在兩支試管中分別加入少量的NaOH溶液，然后向其中一支試管里放入一小塊鋁片，向另一支試管里放入用砂紙打磨過的鋁片，觀察并記錄現(xiàn)象。2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O【思考】結(jié)合金屬活動性順序表及其與水反應(yīng)的規(guī)律，說說你是如何理解鋁與氫氧化鈉的反應(yīng)實質(zhì)的？用雙線橋法表示該反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移情況。2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑Al(OH)3=H3AlO3=HAlO2+H2OH++AlO2-Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O兩性氫氧化物AlOHOHHO+H2OAlOHOHHOOH-+H+（二）氧化鋁（Al2O3）兩性氧化物白色固體難溶于水,熔點高，高硬度化學(xué)性質(zhì)：（1）與強酸反應(yīng)Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O（2）與強堿反應(yīng)Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O天然的氧化鋁俗名叫剛玉，機械手表中的軸承就是用它制作的，若剛玉中混入了微量的鉻，就成了紅寶石，若混入了微量的鈦或鐵，就成了藍寶石。（三）氫氧化鋁溶解Al(OH)3HClNaOHAl(OH)3溶解Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2OAl(OH)3+3H+=Al3++3H2O1.兩性氫氧化物Al(OH)3溶于較強的酸如H2SO4、HCl、CH3COOH等，不溶于H2CO3Al(OH)3溶于強堿，不溶于NH3?H2O等弱堿2.熱穩(wěn)定性2Al(OH)3Al2O3+3H2O△氫氧化鋁的酸式電離和堿式電離Al(OH)3H2O+AlO2-+H+Al3++3OH-法一：鋁鹽溶液+氨水法二：NaAlO2溶液里通入CO2氣體Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+法三：NaAlO2溶液+AlCl3溶液【小結(jié)】Al(OH)3的制備【思考】結(jié)合Al(OH)3的兩種不同電離方式，說明可以如何制備Al(OH)3？【思考】1.往1L1mol/L的AlCl3溶液里滴加1mol/LNaOH溶液，現(xiàn)象如何？畫出滴入NaOH溶液的體積與生成沉淀的物質(zhì)的量之間的關(guān)系圖。2.往1L1mol/L的AlCl3溶液里滴加1mol/LNH3?H2O溶液，現(xiàn)象如何？畫出滴入NH3?H2O溶液的體積與生成沉淀的物質(zhì)的量之間的關(guān)系圖?！拘〗Y(jié)】【思考】如何實現(xiàn)下列轉(zhuǎn)化？寫出相關(guān)的離子反應(yīng)方程式。弱堿、適量強堿、NaAlO2過量強酸過量強堿強堿強酸弱酸、適量強酸鋁合金鋁合金硬鋁（含Cu4%、Mg0.5%、Mn0.5%、Si0.7%）密度小、強度高、具有較強的抗腐蝕能力，是制造飛機和宇宙飛船的理想材料。三、新型合金1.儲氫合金儲氫合金工作原理儲氫合金金屬氫化物常溫、常壓吸收H2升溫或減壓釋放H2儲氫合金La-Ni合金和Ti-Fe合金鈦合金制作耐壓球殼由Ni、Fe、C和Co組成的鎳合金制作，耐熱記憶合金資料卡片——用途廣泛的稀土元素鑭系元素(57～71號元素)及釔和鈧，共17種元素，稱為稀土元素。我國是稀土資源大國。到目前為止，我國的稀土儲量、稀土產(chǎn)量、稀土用量和稀土出口量均居世界第一位。稀土金屬既可以單獨使用，也可用于生產(chǎn)合金。在合金中加入適量稀土金屬，能大大改善合金的性能。因而，稀土元素又被稱為“冶金工業(yè)的維生素”。例如，在鋼中加入稀土元素，可以增加鋼的塑性、韌性、耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性和抗氧化性等。因此，稀土金屬廣泛應(yīng)用在冶金、石油化工、材料工業(yè)（電子材料、熒光材料、發(fā)光材料、永磁材料、超導(dǎo)材料、染色材料、納米材料、引火合金和催化劑等）、醫(yī)藥及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。冶金工業(yè)的維生素

四、物質(zhì)的量在化學(xué)方程式計算中的應(yīng)用

同學(xué)們還記的初中學(xué)過的化學(xué)方程式的計算嗎，根據(jù)質(zhì)量守恒定律計算化學(xué)方程式中反應(yīng)物和生成物的質(zhì)量加熱分解6.3g高錳酸鉀，可以得到多少克氧氣？（1）設(shè)未知量（2）寫方程式（3）標(biāo)質(zhì)量比

（相關(guān)物質(zhì)）（4）列比例式（5）求解（6）答解：設(shè)可以得到氧氣的質(zhì)量為x

2×15832答：分解6.3g高錳酸鉀，可得0.6g氧氣。2KMnO4K2MnO4+O2↑+MnO2△6.3g

x（微觀質(zhì)量比=實際質(zhì)量比）N,n,m,V，Ｖaq之間的相互轉(zhuǎn)化Nnm÷NA×M×NA÷M

V（氣體）×22.4（標(biāo)況）÷22.4（標(biāo)況）Ｖaq÷C（Ｂ）×c（Ｂ）知識點一、化學(xué)計量數(shù)與相關(guān)物理量的關(guān)系

舉例12CO＋O2

2CO2化學(xué)計量數(shù)

2____擴大NA倍

2NA_______物質(zhì)的量

2mol__________質(zhì)量

56g_________標(biāo)況下氣體體積

44.8L____________12NA2NA1mol2mol32g88g22.4L44.8L

結(jié)論2（1）化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比等于其________之比，等于其_________之比（2）對于有氣體參加的反應(yīng)，在同溫同壓下各氣體的化學(xué)計量數(shù)之比等于其_____之比粒子數(shù)目物質(zhì)的量體積課堂講解知識點二、物質(zhì)的量應(yīng)用于方程式計算的步驟

舉例1（1）已知量、未知量均以物質(zhì)的量計算【例1】5.4g鋁與足量NaOH溶液反應(yīng)生成的氫氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況的體積是多少？

解：設(shè)生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣的物質(zhì)的量為n(H2)2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑2

30.2mol

n(H2)∴n(H2)＝0.3mol∴V(H2)＝n(H2)·Vm＝0.3mol×22.4L·mol－1＝6.72L答：生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣的體積是6.72L。（2）已知量、未知量單位不一致的計算【例2】醫(yī)療上頗為流行的“理療特效熱”，就是利用鐵緩慢氧化放出均勻、穩(wěn)定的熱，使患處保持溫?zé)釥顟B(tài)。若56g鐵粉完全氧化成氧化鐵，則需要消耗標(biāo)況下氧氣的體積為多少？

解：需要消耗標(biāo)況下氧氣的體積為V(O2)4Fe＋3O2===2Fe2O34×56g

3×22.4L56g

V(O2)答：需要消耗標(biāo)況下氧氣的體積為16.8L。注意事項（1）書寫格式規(guī)范化：根據(jù)化學(xué)方程式計算的過程中，各物理量、物質(zhì)名稱、公式等盡量用符號表示，且數(shù)據(jù)的運算要公式化并帶單位。（2）單位運用對應(yīng)化：根據(jù)化學(xué)方程式計算時，如果題目所給的兩個量單位不一致，要注意兩個量的單位要“上下一致，左右相當(dāng)”。（3）如果兩種反應(yīng)物的量都是已知的，求解某種產(chǎn)物的量時，必須先判斷哪種物質(zhì)過量，然后根據(jù)不足量的物質(zhì)進行計算。課堂講解知識點三、化學(xué)計算中的常用方法

關(guān)系式法1

當(dāng)已知量和未知量之間是靠多個反應(yīng)來聯(lián)系時，只需直接確定已知量和未知量之間的比例關(guān)系，即“關(guān)系式”（1）根據(jù)化學(xué)方程式確定關(guān)系式

寫出發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式，根據(jù)量的關(guān)系寫出關(guān)系式（2）根據(jù)原子守恒確定關(guān)系式【例3】把一定量的CO還原Fe2O3生成的CO2通入到澄清石灰水中，得10g沉淀，那么參加反應(yīng)的CO的質(zhì)量是

g。2.8（1）根據(jù)化學(xué)方程式確定關(guān)系：則關(guān)系式為3CO～3CO2～3CaCO3，即CO～CaCO3（2）利用關(guān)系式進行計算CO～CaCO328100m(CO)10gCO2＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋H2Om(CO)＝2.8g。

守恒法2（1）反應(yīng)前后元素種類、質(zhì)量、原子個數(shù)不變【例4】4.6g鈉在空氣中久置，最終得到Na2CO3的質(zhì)量是

g。解：鈉在空氣中最終轉(zhuǎn)化為Na2CO3的過程中鈉的原子個數(shù)不變，可得關(guān)系式：10.62Na～Na2CO32×231064.6g

m(Na2CO3)（2）還原劑失電子總數(shù)＝氧化劑得電子總數(shù)【例5】用1mol·L－1的Na2SO3溶液30mL恰好將2×10－2mol的XO4-還原，已知氧化產(chǎn)物為SO42-，則元素X在還原產(chǎn)物中的化合價為_____。解析：氧化還原反應(yīng)中得失電子總數(shù)相等，設(shè)元素X在還原產(chǎn)物中的化合價為x，則有：1mol·L－1×0.03L×(6－4)＝2×10－2mol×(7－x)，解得x＝＋4。＋4

差量法