新人教版必修1铁合金铝和铝合金新型合金课件.ppt

1、第二节 金 属 材 料 1课时合金第 一、合金一、合金 金属金属 金属金属 非金属非金属 1.1.定义定义:由两种或两种以上的由两种或两种以上的 _与与_(_(或或_)_)金属特性金属特性 熔合而成的具有熔合而成的具有_的物质。的物质。【微点拨微点拨】合金一般是混合物合金一般是混合物,没有固定的熔点。合金没有固定的熔点。合金中各成分金属的化学性质不变。中各成分金属的化学性质不变。2.2.性质性质:合金具有许多优良的物理、化学或机械性能合金具有许多优良的物理、化学或机械性能,在许多方面不同于其成分金属。在许多方面不同于其成分金属。大于大于 (1)(1)硬度硬度:合金的硬度一般合金的硬度一般_成分

2、金属。成分金属。低于低于 (2)(2)熔点熔点:合金的熔点多数合金的熔点多数_成分金属。成分金属。【微思考微思考】为什么合金硬度比成分金属大为什么合金硬度比成分金属大?提示提示:纯金属所有原子的大小和形状相同纯金属所有原子的大小和形状相同,原子排列十原子排列十分规整分规整;加入或大或小的其他元素的原子后加入或大或小的其他元素的原子后,改变了金改变了金属原子有规则的层状排列属原子有规则的层状排列,使原子层之间的相对滑动变使原子层之间的相对滑动变得困难得困难,导致合金硬度变大。导致合金硬度变大。3.3.合金性能的影响因素合金性能的影响因素 _元素的种类元素的种类 、_元素含量元素含量 、生成条件。

3、、生成条件。二、铁合金二、铁合金 【巧判断巧判断】(1)(1)地震灾区重建要使用大量钢材地震灾区重建要使用大量钢材,钢材是合金钢材是合金提示提示:。钢是铁、碳合金。钢是铁、碳合金。(2)(2)铁是人类在生产、生活中最早使用的金属铁是人类在生产、生活中最早使用的金属 提示提示:。青铜是人类最早使用的合金。青铜是人类最早使用的合金。)(三、铝和铝合金三、铝和铝合金 铝是地壳中含量最多的金属。铝性质活泼铝是地壳中含量最多的金属。铝性质活泼,铝和铝合金铝和铝合金 氧化铝氧化铝 制品比较稳定的原因是表面覆盖着致密的制品比较稳定的原因是表面覆盖着致密的 _薄膜薄膜,保护内部金属。保护内部金属。1.1.铝与

4、酸、碱的反应铝与酸、碱的反应 铝与盐酸反应铝与盐酸反应 铝与氢氧化钠溶液铝与氢氧化钠溶液 反应反应 实验实验 操作操作 铝与盐酸反应铝与盐酸反应 实验实验 现象现象 铝与氢氧化钠溶液反应铝与氢氧化钠溶液反应 逐渐溶解逐渐溶解有无色气泡冒出有无色气泡冒出 铝片铝片_,_,将点燃将点燃 爆鸣声爆鸣声的木条放在试管口有的木条放在试管口有_ 2Al+2H2Al+2H2 2O+2NaOH=O+2NaOH=_ _ 2NaAlO2NaAlO2 2+3H+3H2 2_ 2AlCl2AlCl3 3+3H+3H2 2_ 2Al+6HCl=2Al+6HCl=化学方化学方 _ _ 程式程式 铝与盐酸反应铝与盐酸反应+

5、=2Al+6H2Al+6H离子方离子方 _ _ 3+3+3H+3H 2Al2Al程式程式 _2 2 铝与氢氧化钠溶液反应铝与氢氧化钠溶液反应-+2H+2H O=O=2Al+2OH2Al+2OH2 2_ _?2Al +3H2Al +3HO2 2_ 2实验实验 结论结论 铝既能与盐酸反应铝既能与盐酸反应,又能与氢氧化钠溶液又能与氢氧化钠溶液 氢气氢气反应反应,都产生都产生_ 2.2.氧化铝与酸、碱的反应氧化铝与酸、碱的反应 盐和水盐和水 (1)(1)两性氧化物两性氧化物:既能与酸反应生成既能与酸反应生成_,_,又能与碱又能与碱 盐和水盐和水 反应生成反应生成_的氧化物的氧化物,如如AlAl2 2O

6、 O3 3。(2)(2)氧化铝的两性氧化铝的两性 3.3.铝合金的应用铝合金的应用 铝合金是目前广泛应用的合金之一。硬铝密度小、强铝合金是目前广泛应用的合金之一。硬铝密度小、强度高度高,具有较强的抗腐蚀能力具有较强的抗腐蚀能力,是制造飞机和宇宙飞船是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。的理想材料。四、新型合金四、新型合金 【情境情境思考思考】20192019年年1 1月月3 3日上午日上午1010点点2626分分,中国嫦娥四号探测器成功在中国嫦娥四号探测器成功在月球背面软着陆月球背面软着陆,成为人类首次在月球背面软着陆的探测成为人类首次在月球背面软着陆的探测器。玉兔二号月球车实现了对月球背面的巡视。

7、器。玉兔二号月球车实现了对月球背面的巡视。(1)(1)月球在白天时的地面温度高达月球在白天时的地面温度高达 150150度度,而到了夜晚而到了夜晚,温度又跌落到零下温度又跌落到零下180180度度!嫦娥四号探测器、玉兔二号嫦娥四号探测器、玉兔二号月球车均使用了大量合金材料月球车均使用了大量合金材料,试分析这些合金材料应试分析这些合金材料应具有哪些性质。具有哪些性质。提示提示:密度小、强度大、既耐高温又耐低温等。密度小、强度大、既耐高温又耐低温等。(2)(2)形状记忆合金是一种在加热升温后能完全消除其在形状记忆合金是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形较低的温度下发生的变形,恢复

8、其变形前原始形状的合恢复其变形前原始形状的合金材料。中国嫦娥四号探测器金材料。中国嫦娥四号探测器,使用了记忆合金制作天使用了记忆合金制作天线线,试分析其好处。试分析其好处。提示提示:嫦娥四号探测器天线使用记忆合金制作嫦娥四号探测器天线使用记忆合金制作,天线折天线折叠起来装进探测器内叠起来装进探测器内,工作时只需加温工作时只需加温,折叠的卫星天折叠的卫星天线因具有线因具有“记忆记忆”功能而自然展开功能而自然展开,恢复设计形状。恢复设计形状。知识点一知识点一 合金的组成、性质及作用合金的组成、性质及作用 【重点释疑重点释疑】1.1.合金的组成及性质合金的组成及性质 (1)(1)合金中一定含有金属元

9、素合金中一定含有金属元素,可能含有非金属元素。可能含有非金属元素。(2)(2)合金是混合物合金是混合物,没有固定的熔点。没有固定的熔点。(3)(3)合金具有金属特性合金具有金属特性,如导电、传热等。如导电、传热等。(4)(4)合金形成后会影响各成分金属的物理性质合金形成后会影响各成分金属的物理性质,如合金如合金的熔点一般比成分金属低的熔点一般比成分金属低,而硬度、机械强度一般比成而硬度、机械强度一般比成分金属高分金属高;但一般来说各成分金属均保持了其原有的化但一般来说各成分金属均保持了其原有的化学性质。学性质。2.2.合金的形成条件合金的形成条件 (1)(1)金属与金属形成合金时金属与金属形成

10、合金时:合金是金属在熔化状态时合金是金属在熔化状态时相互混合形成的相互混合形成的,熔化时的温度需达到成分金属中熔点熔化时的温度需达到成分金属中熔点最高的金属的熔点最高的金属的熔点,但又不能超出成分金属中沸点最低但又不能超出成分金属中沸点最低的金属的沸点。一种金属的熔点高于另一种金属的沸的金属的沸点。一种金属的熔点高于另一种金属的沸点时则不能形成合金。点时则不能形成合金。(2)(2)金属与非金属形成合金时金属与非金属形成合金时:部分不活泼非金属与金部分不活泼非金属与金属可形成合金属可形成合金,活泼非金属与活泼金属则不能形成合金。活泼非金属与活泼金属则不能形成合金。3.3.金属材料选择的依据金属材

11、料选择的依据 某种金属能不能成为一种应用广泛的材料主要取决于某种金属能不能成为一种应用广泛的材料主要取决于该金属的储量、冶炼成本、市场价格以及所具有的性该金属的储量、冶炼成本、市场价格以及所具有的性能和是否易于加工等。能和是否易于加工等。(1)(1)物理性质物理性质:密度、硬度、强度、导电性和导热性等密度、硬度、强度、导电性和导热性等,这些性质决定金属材料的加工难易程度。这些性质决定金属材料的加工难易程度。(2)(2)化学性质化学性质:对水的作用、耐腐蚀性等对水的作用、耐腐蚀性等,这些性质决定这些性质决定金属材料的日常维护和环境对其的影响。金属材料的日常维护和环境对其的影响。【思考思考讨论讨论

12、】(1)(1)列举生活中的合金材料列举生活中的合金材料,并简述选择该材料时利用并简述选择该材料时利用了该合金的哪些优异性能。了该合金的哪些优异性能。提示提示:铝合金门窗铝合金门窗:质轻、耐腐蚀质轻、耐腐蚀;易拉罐易拉罐:质轻、质轻、易回收利用。易回收利用。(2)(2)为什么航空工业中铝合金比铁合金应用更广泛为什么航空工业中铝合金比铁合金应用更广泛?提示提示:铝合金比铁合金密度小且耐高温、耐腐蚀。铝合金比铁合金密度小且耐高温、耐腐蚀。【案例示范案例示范】【典例典例】下列关于合金的说法错误的是下列关于合金的说法错误的是 ()A.A.合金是由两种或两种以上的金属或金属与非金属熔合金是由两种或两种以上

13、的金属或金属与非金属熔合而成的具有金属特性的物质合而成的具有金属特性的物质 B.B.镁铝合金的硬度比镁和铝都小镁铝合金的硬度比镁和铝都小 C.C.在合金中加入适量的稀土金属能大大改善合金的性在合金中加入适量的稀土金属能大大改善合金的性能能 【解析解析】选选B B。合金是由两种或两种以上的金属或金属。合金是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与非金属熔合而成的具有金属特性的物质,故故A A正确正确;镁镁铝合金的硬度比镁和铝都大铝合金的硬度比镁和铝都大,故故B B错误错误;在合金中加入适在合金中加入适量稀土金属量稀土金属,就能大大改善合金的性能就能大大改善合金的性能,故

14、故C C正确正确;青铜、青铜、硬铝、钢都是由两种或两种以上的金属硬铝、钢都是由两种或两种以上的金属(或金属与非金或金属与非金属属)熔合在一起形成的具有金属特性的物质熔合在一起形成的具有金属特性的物质,属于合金属于合金,【易错警示易错警示】合金中各组成成分的化学性质不变合金中各组成成分的化学性质不变,合金合金性能并不是全部比成分金属优异。一般合金的硬度比性能并不是全部比成分金属优异。一般合金的硬度比成分金属大成分金属大,熔点比成分金属低。熔点比成分金属低。【迁移迁移应用应用】1.1.合金常因质轻、硬度大、耐腐蚀等特性备受青睐。合金常因质轻、硬度大、耐腐蚀等特性备受青睐。只含有下列成分的物质一定不

15、是合金的是只含有下列成分的物质一定不是合金的是()A.FeA.Fe、C B.CuC B.Cu、Zn Zn C.AlC.Al、Cu D.CCu D.C、Si Si【解析解析】选选D D。合金必须要含有金属。合金必须要含有金属,合金是两种或两合金是两种或两种以上的金属种以上的金属(或金属与非金属或金属与非金属)熔合在一起所形成的熔合在一起所形成的具有金属特性的物质。具有金属特性的物质。2.(20192.(2019六安高一检测六安高一检测)哈大齐高铁的通车哈大齐高铁的通车,标志我国标志我国高寒地区高铁技术领先世界高寒地区高铁技术领先世界,车厢大部分采用铝合金材车厢大部分采用铝合金材料制造料制造,这是

16、因为铝合金这是因为铝合金 ()A.A.质地轻质地轻,强度大强度大,抗腐蚀能力比较强抗腐蚀能力比较强 B.B.具有比较活泼的化学性质具有比较活泼的化学性质 C.C.各种成分在自然界中含量丰富各种成分在自然界中含量丰富,容易获取容易获取 【解析解析】选选A A。车厢大部分采用铝合金材料制造。车厢大部分采用铝合金材料制造,这是这是因为铝合金具有质地轻、强度大、抗腐蚀能力比较强因为铝合金具有质地轻、强度大、抗腐蚀能力比较强的优点的优点,A,A正确正确;铝合金的化学性质的确比较活泼铝合金的化学性质的确比较活泼,但与但与被用于制造车厢没有必然联系被用于制造车厢没有必然联系,B,B错误错误;铝元素在地壳中铝

17、元素在地壳中含量居第三位含量居第三位,含量比较丰富含量比较丰富,但因铝性质活泼但因铝性质活泼,只能采只能采用电解法制取用电解法制取,成本较高成本较高,并不容易获得并不容易获得,C,C错误错误;铝合金铝合金【补偿训练补偿训练】下列关于金属材料用途的说法中正确的是下列关于金属材料用途的说法中正确的是 ()A.A.铅的密度比铁大铅的密度比铁大,用铅制作菜刀、锤子会比铁好用铅制作菜刀、锤子会比铁好 B.B.银的导电性比铜好银的导电性比铜好,所以通常用银制作电线所以通常用银制作电线 C.C.储氢合金的开发利用是利用氢能的重要环节储氢合金的开发利用是利用氢能的重要环节 D.D.焊锡和铝熔点较低焊锡和铝熔点

18、较低,都可用于焊接各种金属都可用于焊接各种金属 【解析解析】选选C C。铅是重金属。铅是重金属,有毒有毒,不能用作菜刀不能用作菜刀,硬度硬度小小,不适合制作锤子不适合制作锤子;银的导电性虽好但价格高银的导电性虽好但价格高,从资源从资源和价格考虑不用银制作电线和价格考虑不用银制作电线;铝熔点高铝熔点高,不能用于焊接不能用于焊接金属金属,故故A A、B B、D D项不正确。项不正确。氢能是最理想的清洁能源氢能是最理想的清洁能源,储存氢气是利用氢能的重要环节储存氢气是利用氢能的重要环节,C,C项正确。项正确。知识点二知识点二 铝与盐酸、铝与盐酸、NaOHNaOH溶液反应比较溶液反应比较 【重点释疑重

19、点释疑】铝与盐酸、铝与盐酸、NaOHNaOH溶液反应的定量关系溶液反应的定量关系 2Al+6H2Al+6H+=2Al=2Al3+3+3H+3H2 2 (1)(1)2Al+2OH2Al+2OH-+2H+2H2 2O=2Al +3HO=2Al +3H2 2 (2)(2)O?21.1.等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,消消耗耗HClHCl和和NaOHNaOH的物质的量之比为的物质的量之比为3131。2.2.等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,产产生氢气的体积比为生氢气的体积比为V VHClHCl(H

20、(H2 2)V VNaOHNaOH(H(H2 2)=11)=11。3.3.足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应反应,产生氢气的体积比为产生氢气的体积比为 V VHClHCl(H(H2 2)V VNaOHNaOH(H(H2 2)=13)=13。4.4.一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反 应应,若产生氢气的体积比为若产生氢气的体积比为1313 V VHClHCl(H(H2 2)V VNaOHNaOH(H(H2 2)11,11,则必定是铝与盐酸反应则必定是铝与盐酸反应,铝过量而盐酸不足铝过量

21、而盐酸不足;铝与氢氧化钠溶液反应铝与氢氧化钠溶液反应,铝不足而氢氧化钠溶液过铝不足而氢氧化钠溶液过 量。量。5.5.铝既能与非氧化性酸反应产生氢气铝既能与非氧化性酸反应产生氢气,也能与碱反应产也能与碱反应产生氢气生氢气,前者是置换反应前者是置换反应,后者不是置换反应。后者不是置换反应。6.6.铝与盐酸、氢氧化钠的反应中铝与盐酸、氢氧化钠的反应中,还原剂都是铝还原剂都是铝,还原还原产物都是氢气产物都是氢气,故铝与产生氢气的关系式是相同的。故铝与产生氢气的关系式是相同的。【思考思考讨论讨论】(1)(1)厨房中能够用铝制容器长时间存放食醋吗厨房中能够用铝制容器长时间存放食醋吗?提示提示:不能。铝能与

22、醋酸反应。不能。铝能与醋酸反应。(2)(2)根据铝的性质分析根据铝的性质分析,如何除去镁粉中的铝粉如何除去镁粉中的铝粉?提示提示:将样品加入足量的将样品加入足量的 NaOHNaOH溶液溶液,然后过滤、洗涤、然后过滤、洗涤、干燥。干燥。【案例示范案例示范】【典例典例】甲、乙两个烧杯中分别盛有甲、乙两个烧杯中分别盛有 100 mL 100 mL 4.0 molL4.0 molL-1-1的盐酸和的盐酸和100 mL 4.0 molL100 mL 4.0 molL-1-1 的的NaOHNaOH溶溶液液,向两个烧杯中均加入向两个烧杯中均加入 5.4 g5.4 g铝粉铝粉,在相同状况下产生在相同状况下产生

23、气体的体积比为气体的体积比为 ()A.11A.11 B.23B.23 C.32C.32 D.31D.31 【解析解析】选选B B。甲、乙两烧杯中含。甲、乙两烧杯中含 HClHCl、NaOHNaOH的物质的物质 的量都为的量都为0.4 mol,0.4 mol,根据化学方程式根据化学方程式2Al+6HCl=2Al+6HCl=2AlCl2AlCl3 3+3H+3H2 2、2Al+2NaOH+2H2Al+2NaOH+2H2 2O=2NaAlOO=2NaAlO2 2+3H+3H2 2可可 知知,5.4 g(,5.4 g(即即0.2 mol)Al0.2 mol)Al分别与盐酸和分别与盐酸和NaOHNaOH

24、溶液反应溶液反应 时时,盐酸不足量而盐酸不足量而NaOHNaOH过量过量,故故AlAl与盐酸反应生成与盐酸反应生成H H2 2 0.2 mol,0.2 mol,与与NaOHNaOH溶液反应生成溶液反应生成H H2 2 0.3 mol,0.3 mol,其体积比其体积比 【易错提醒易错提醒】反应物反应物“过量过量”分析分析 在进行化学计算时在进行化学计算时,如果题目信息中已知多种反应物的如果题目信息中已知多种反应物的用量用量,应首先根据化学方程式分析各反应是否恰好完全应首先根据化学方程式分析各反应是否恰好完全反应反应,进行过量分析进行过量分析,利用完全反应的物质进行计算。利用完全反应的物质进行计算

25、。【母题追问母题追问】(1)(1)如果将两份各如果将两份各5.4 g5.4 g的铝粉分别加入的铝粉分别加入足量的盐酸和足量的盐酸和NaOHNaOH溶液溶液,在相同状况下产生气体的体积在相同状况下产生气体的体积比是多少比是多少?提示提示:1111。(2)(2)如果题目中盐酸浓度是如果题目中盐酸浓度是2.0 molL2.0 molL-1-1,在相同状况下在相同状况下产生气体的体积比是多少产生气体的体积比是多少?提示提示:1313。【迁移迁移应用应用】足量下列物质与相同质量的铝反应足量下列物质与相同质量的铝反应,放出氢气且消耗溶放出氢气且消耗溶质物质的量最少的是质物质的量最少的是 ()A.A.盐酸盐

26、酸 B.B.稀硫酸稀硫酸 C.C.氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液 D.D.氯化钠溶液氯化钠溶液 【解析解析】选选C C。铝与氯化钠溶液不反应。铝与氯化钠溶液不反应,由由2Al+6H2Al+6H+=2Al=2Al3+3+3H+3H33-H H,即即1 mol1 mol铝消耗氢铝消耗氢 知知,Al,Al3H3H+H H,Al,AlOHOH22 222 22 2,2Al+2OH,2Al+2OH-+2H+2HOO=2Al +3HO=2Al +3H2 22 2可可?2氧化钠氧化钠1 mol1 mol、硫酸、硫酸1.5 mol 1.5 mol、氯化氢、氯化氢3 mol3 mol。【补偿训练补偿训练】1.1.等量

27、镁铝合金粉末分别与下列四种过量物质充分反等量镁铝合金粉末分别与下列四种过量物质充分反应应,放出氢气最多的是放出氢气最多的是 ()A.NaOHA.NaOH溶液溶液 B.B.稀硫酸稀硫酸 C.C.蔗糖溶液蔗糖溶液 D.NaCl D.NaCl溶液溶液 【解析解析】选选B B。MgMg、AlAl与蔗糖溶液、与蔗糖溶液、NaClNaCl溶液不反应溶液不反应,只有只有AlAl与与NaOHNaOH溶液反应溶液反应,Mg,Mg、AlAl与硫酸均发生反应放出与硫酸均发生反应放出氢气。氢气。2.2.在天平的左右两个托盘上放有两个烧杯在天平的左右两个托盘上放有两个烧杯,两个烧杯中两个烧杯中分别盛有盐酸和氢氧化钠溶液分别盛有盐酸和氢氧化钠溶液,天平处于平衡状态天平处于平衡状态,当当分别向两烧杯中加入等质量的铝分别向两烧杯中加入等质量的铝(酸和碱都是足量的酸和碱都是足量的)充分反应后充分反应后 ()A.A.天平保持平衡天平保持平衡 B.B.左高右低左高右低 C.C.左低右高左低右高 D.D.无法确定无法确定 【解析解析】选选A A。等质量的。等质量的AlAl与盐酸、与盐酸、NaOHNaOH溶液完全反应溶液完全反应生成的生成的H H2 2质量相同质量相同,两烧杯减少的质量相同。两烧杯减少的质量相同。【课堂回眸课堂回眸】