2025年高中化学新教材同步 必修第一册 第3章　第2节　第1课时　常见的合金及应用.docx

第二节金属材料

第1课时常见的合金及应用

[核心素养发展目标]1.能从合金结构与组成的角度理解合金的特殊性能,培养宏观辨识与微观探析的能力。2.能列举常见合金的组成和性能,能科学、合理的选择和使用金属材料,培养学生的科学态度和社会责任感。

一、铁合金

1.合金

(1)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。

(2)合金具有优良的物理、化学或机械性能;一般来说,合金的硬度大于各成分金属,熔点低于各成分金属。

思考1根据纯金属与合金的结构比较,说明合金的硬度比其成分金属大的原因。

提示纯金属内所有原子的大小和形状相同,原子排列十分规整;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。

思考2已知铜的熔点为1083℃,钠的沸点为883℃,试问铜与钠能否形成合金?

提示不能。当铜开始熔化时,钠已经气化,所以二者不能形成合金。

2.铁合金

铁和碳形成的合金,因含碳量不同分为生铁(含碳量为2%~4.3%)和钢(含碳量为0.03%~2%),钢是用量最大、用途最广的合金。

不锈钢是最常见的一种合金钢,它的合金元素主要是铬和镍,在大气中比较稳定,不易生锈,抗腐蚀能力强。

思考3根据以上所述,说明碳素钢含碳量与其性能的关系。

提示钢的含碳量越低,韧性越好,硬度越低;含碳量越高,韧性越差,硬度越高。

1.判断正误

(1)合金一定是不同金属熔合而成的具有金属特性的化合物 ()

(2)生铁的熔点比纯铁低,但机械强度和硬度比纯铁高 ()

(3)生铁中的铁与纯铁的化学性质不同 ()

(4)地震灾区重建要使用大量钢材,钢材是合金 ()

答案(1)×(2)√(3)×(4)√

2.合金是一类用途广泛的金属材料,下列关于合金的说法正确的是 ()

A.铜铝合金的硬度比铜和铝的都大,熔点比铜和铝的都低

B.合金只能由两种或两种以上的金属组成

C.合金的制备过程发生的是化学变化

D.铁合金不能与酸反应

答案A

解析合金是一种金属熔合其他金属或非金属形成的具有金属特性的混合物,合金中可以含有非金属元素,如生铁为铁与碳的合金,故B不符合题意;合金的制备过程没有新物质生成,是物理变化,故C不符合题意;铁合金中含有铁,能够与盐酸等反应生成盐和氢气,故D不符合题意。

3.北宋沈括对生铁炼钢有这么一段评价:“世间锻铁所谓钢铁者,用柔铁屈盘之,乃以生铁陷其间,泥封炼之,锻令相入,谓入‘团钢’,亦谓之‘灌钢’。此乃伪钢耳……”,下列说法正确的是 ()

A.生铁和钢都是铁的含碳合金,生铁中碳的含量较低

B.通过炼制和锻打,可以调节铁中元素的组成、元素的含量等来改变铁的性能

C.高碳钢的韧性较好,低碳钢的硬度较大

D.不锈钢是一种常见的合金钢,它的合金元素主要是钨(W)和硅(Si)

答案B

解析生铁中碳的含量高于钢,A错误;通过炼制和锻打,可以降低生铁中含碳量,除去生铁中有害元素P、S等,调整生铁中Si、Mn等的含量,改变铁的性能,B正确;高碳钢硬度较大,韧性较差,低碳钢硬度较小,韧性较强,C错误;不锈钢的合金元素主要是铬(Cr)、镍(Ni),常用来制造医疗器械、餐具等,D错误。

二、铝和铝合金、新型合金

1.铝和铝合金

(1)铝是地壳中含量最多的金属元素,常温下就能与空气中的氧气发生反应,表面生成一层致密的氧化铝薄膜,保护内部金属。

特别提醒在常温下形成致密保护膜的金属,如铝、镁等金属;铁在高温下形成致密保护膜,俗称“烤蓝”;铁或铝遇到浓H2SO4或浓HNO3时,迅速反应生成致密氧化膜,称为钝化。

(2)铝合金

铝合金是目前用途广泛的合金之一,硬铝是在铝中添加了一定比例的Cu、Mg、Mn、Si,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。

2.铝、氧化铝的性质

(1)实验探究

实验操作

实验现象

铝片逐渐溶解,有无色气泡冒出,将点燃的木条放在试管口有爆鸣声

试管①中一开始无气泡产生,一段时间后,铝片溶解,有无色气泡冒出;试管②中铝片溶解,立即产生无色气泡。将点燃的木条放在试管口,都有爆鸣声

化学方程式

Al2O3+6HCl2AlCl3+3H2O、

2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑

Al2O3+2NaOH+3H2O2Na[Al(OH)4]、

2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑

离子方程式

Al2O3+6H+2Al3++3H2O、

2Al+6H+2Al3++3H2↑

Al2O3+2OH-+3H2O2[Al(OH)4]-、

2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑

(2)两性氧化物

既能与酸反应,又能与碱反应的氧化物,如Al2O3等,其与强酸、强碱反应