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1、用心爱心专心1 高中化学必修一 -用途广泛的金属材料 （学案）【本节学习要点】1掌握合金的概念和性质。2.掌握常见合金的重要用途。3.初步认识合理使用金属材料的意义。重难点一、常见合金及其重要应用1铁合金 : 铁合金 ,主要成分元素 ,主要特性 ,主要用途(1)生铁 , Fe、C(2% 4.3%) 及 Si、Mn 、S、P 等,硬而脆，强度大，可铸不可锻,炼钢，制各种铸件(2) 钢 , A . 碳素钢 , 低碳钢 ,Fe、C(低于 0.3%), 韧性、焊接性好，强度低,制钢板、钢丝、钢管等中碳钢 ,Fe、C(0.3% 0.6%), 强度高，韧性及加工性好,制钢轨、车轮和建材等高碳钢 ,Fe、C
2、(高于 0.6%), 硬而脆，热处理后弹性好,制器械、弹簧、刀具等B. 合金钢 , 锰钢 ,Fe、Mn, 韧性好，强度大,钢轨、轴承、钢磨、坦克装甲硅钢 ,Fe、 Si,导磁性好 ,变压器、发电机和电动机中的铁芯不锈钢 ,Fe、Cr、Ni,抗腐蚀性好 ,医疗器械、炊具、反应釡、容器2铜合金 : 铜合金 ,成分金属 ,性能及用途青铜 ,Cu、Sn、Pb,硬而脆，强度大，古人用来制刀具、祭器、酒具等黄铜 ,Cu、Zn(少量 Sn、Pb、Al 等),硬度较青铜差，耐磨、耐腐蚀，可塑性强，主要用作饰品、制耐压设备等白铜 ,Cu、Ni、Zn 少量的 Mn, 常用酒具、饰品等3其他合金名称 ,组成 ,主要
3、特性 ,主要用途铝合金 ,含有 10% 30% 的镁 ,强度和硬度都比纯铝和纯镁大,火箭、飞机、轮船等制造业硬铝 ,含铜 4% 、镁 0.5% 、锰 0.5% 、硅 0.7%,强度和硬度都比纯铝大,火箭、飞机、轮船等制造业钛合金 ,含铝 6% 、钒 4%, 耐高温、耐腐蚀、高强度,用于宇航、飞机、造船、化学工业重难点二、稀土元素的性能及用途1性能 : 稀土金属元素指物理性质和化学性质极为相似、在自然界中共生的金属元素，具有特殊的物质结构，具有优异的物理、化学、磁、光、电学性能，它既可以单独使用，也可用于生产合金。稀土元素被称为冶金工业的维生素。2用途(1)结构材料：在钢铁中加入适量稀土金属或稀
4、土金属的化合物，可使钢铁得到良好的塑性、韧性、耐磨性、耐热性、抗氧化性、抗腐蚀性等。(2)磁性材料：稀土金属可制成永磁材料，钕铁硼永磁是当今最强的永磁体，制成磁光存储记录材料，用于生产磁光盘等。(3)发光材料：稀土金属的氧化物可作发光材料，如彩色电视机显像管中使用的稀土荧光粉，使画面亮度和色彩的鲜艳度都提高了许多。用心爱心专心2 (4)催化剂：在石油化工中，稀土金属主要用于催化活性高、寿命长的分子筛型催化剂。(5)特种玻璃：在石英光导纤维中掺入某些稀土金属，可大大增强光纤的传输能力。(6)在农、林、牧、医等方面的应用：稀土金属元素可制成微量元素肥料，促进作物对N、P、K 等常用元素的吸收。(7
5、)在环境保护方面的应用：硝酸镧在环境保护方面得到应用，可以很有效地除去污水中的磷酸盐。(8)引火合金：作民用打火石和炮弹引信。【典例精讲】题型 1 合金的性质【例1】碲锌镉 (Te ZnCd) 晶体可以用于制造红外探测器的基础材料，下列有关它的叙述中不正确的是 () A .它是由 Te、 Zn、Cd 按一定比例混合而成的，无固定的熔、沸点B它易导电、导热，具有延展性C它的熔、沸点比Zn 的低D 它的硬度和强度比Cd 的大解析碲锌镉晶体是由Te、Zn、 Cd 按一定比例熔合而成的具有金属特性的合金，只要比例确定、其组成就固定，因而有固定的熔、沸点；合金具有比成分金属低的熔、沸点，高的硬度和强度。
6、答案A 合金是混合物，无因定熔、沸点。题型 2 合金的应用【例 2】根据你的生活经验和下表所提供的信息，分析并回答下列问题。物理性质物理性质比较导电性 (以银的导电性为100 作标准 ), 银,铜,金,铝,锌,铁,铅100,99,74,61,27,17,7.9 密度 g/cm3, 金,铅,银,铜,铁,锌,钠19 3,11.3,10.5,8.92,7.86,7.14,2.70 熔点 C, 钨,铁,铜,金,银,铝,锡3 410,1 535,1 083,1 064,962,660,232 硬度 (以金刚石的硬度为10 作标准 ), 铬,铁,银,铜,金,铝,铅 949.52.5 42.532.532
7、2.91.5 (1)为什么菜刀、锤子等通常用铁制而不用铅制？(2)银的导电性比铜好，为什么导线一般用铜制而不用银制？用心爱心专心3 (3)为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？解析在确定金属的用途时，要考虑其硬度、熔点、导电性等多种性质，有时还要考虑价格、资源、是否便利、是否有毒、是否利于回收等因素。正确解答本题还要会读题，要充分利用题中所给信息。答案(1)因为铁的硬度比铅大，且铅有毒，故常用铁而不用铅制菜刀、锤子。(2)银和铜导电性相近，但银比铜贵得多，且电线用量大， 所以用铜不用银。(3)因为钨的熔点高(3 410 C)，而锡的熔点 (232 C) 太低，通电时锡就熔化了，所以用钨丝而不用锡
8、丝作灯泡的灯丝。做好本题的关键是利用生活经验和表中所提供的信息。从硬度、导电性、熔点等角度去考虑，有的题目看似新颖，其实只要抓住其问题的核心就能顺利解决。题型 3 金属的冶炼【例 3】古代的“药金”外观与金相似，常被误以为是金子，冶炼方法如下： 将碳酸锌、 赤铜 (Cu2O)、木炭混合加热到800，得到金光闪闪的“药金”。(1)药金的主要成分是_。(2)有关冶炼的化学方程式是_ 。解析高温下，碳酸锌分解生成氧化锌和二氧化碳，木炭在高温下将氧化亚铜和氧化锌还原为金属铜和锌， 在这种高温下铜锌形成合金而呈金黄色。答案(1)铜锌合金 (2)ZnCO3=高温 ZnO CO2，2Cu2OC=高温 4Cu
9、CO2， 2ZnO C=高温 2Zn CO2若某些金属以碳酸盐形式存在时，如菱镁矿 （碳酸镁）、菱铁矿 （碳酸亚铁） 等，首先应将其转化成氧化物，然后再用还原剂还原。金属活动顺序表中ZnCu 的金属用还原剂法进行冶炼。题型 4 合金与酸碱的反应【例4】有镁、铝合金10.2 g，将它溶于500 mL 4 mol L1的盐酸中，若要使沉淀质量达到最大值，则需加入2 mol L1的氢氧化钠溶液的体积为() A.1 000 mL B.500 mL C100 mL D1 500 mL 解析当镁、铝全部以Mg(OH)2、Al(OH)3沉淀，即沉淀质量达到最大值时，溶液中只存在NaCl，故当沉淀的量最多时n
10、(NaOH) n(HCl) 。n(NaOH) 0.5 L 4 mol L1 2 mol，V(N aOH) 2 mol 2 mol L11 L1 000 mL。 答案A 当遇到较复杂的计算时，可以分析开始状态和反应终止状态，将其中的过程简化，找出其中的本质关系，运用守恒定律，化繁为简，提高解题速度。题型 5 合金成分金属含量的测定【例5】某铝合金中含有合金元素镁、铜、硅，为了测定该合金中铝的含量，设计了如下实验，请回答有关问题：(1)称取样品ag，称量时应该使用的主要仪器的名称是。(2)将样品溶解于足量的稀盐酸中，过滤。滤液中主要含有，滤渣中含有，溶解、过滤用到的玻璃仪器是。(3)滤液中加过量氢
11、氧化钠溶液、过滤，有关的离子方程式是_。(4)向步骤 (3)的滤液中通入足量二氧化碳气体，过滤，有关的离子方程式是_ 。(5)步骤 (4)过滤后的滤渣用蒸馏水洗涤数次，烘干并灼烧至恒重，冷却后称重，其质量为b g，有关的化学方程式是，原样品中铝的质量分数是。(6)若步骤 (3)中加入氢氧化钠的量不足，则实验结果(填“偏高”“偏低”或“不影响”，下同)；若步骤 (5)中滤渣没有用心爱心专心4 洗涤，则实验结果；若滤渣灼烧不充分，则实验结果。解析(1)称量样品的仪器，在中学阶段只介绍了托盘天平。(2)合金中能与盐酸反应的只有Mg、Al，Mg2HCl=MgCl2H2 ，2Al6HCl=2AlCl33
12、H2。(3)据滤液中主要含有的溶质，即可写出相应的离子方程式。 (4)通入 CO2时， CO2可与 AlO 2 反应，因CO2过量必须写成HCO 3形成。 (5)氢氧化铝灼烧：2Al(OH)3= Al2O33H2O。做实验取样品a g，实验后得氧化铝bg，设 b g氧化铝中含铝的质量为x。Al2O3 2Al 10254 b gx 10254 b gx，x54b 102g9b 17g 样品中铝的质量分数：9b g 17 a g100% 9b 17a 100% (6)当加入 NaOH 不足时， 有一部分Al(OH)3未转化为 AlO 2 而被过滤除去， 即使 Al 的质量减少了， 所以测定结果偏低
13、；若(5)中未洗涤滤渣，则滤渣中附有溶液中的溶质的质量被当作Al2O3的质量，使Al2O3的质量增大，即Al 的质量增大，因而测得的结果偏高；若滤渣灼烧不充分，则使Al2O3的质量增大，即Al的质量增大，因而实验结果偏高。答案(1)托盘天平 (2)MgCl2、 AlCl3、 HClCu、 Si烧杯、玻璃棒、普通漏斗 (3)Mg2 2OH=Mg(OH)2，Al3 4OH=AlO 2 2H2O ， H OH=H2O(4)AlO 2 CO2 2H2O=Al(OH)3 HCO 3(5)2Al(OH)3=Al2O33H2O900 b 17 a%(6) 偏低偏高偏高镁铝合金中镁质量分数的测定方案可设计如下
14、：盐酸实验设计1：铝镁合金测定生成气体的体积（标准状况）NaOH 溶液实验设计2：铝镁合金测定生成气体的体积（标准状况）盐酸 NaOH 溶液实验设计3：铝镁合金溶液过量过滤，测定沉淀的质量【自测题】1下列物质中，不属于合金的是() A.硬铝B.黄铜C.钢D 水银答案D 解析硬铝为 AlCuMgMn Si 合金；黄铜为Cu Zn 合金；钢可分为碳素钢和合金钢，碳素钢是铁和碳的合金，合金钢是铁与C、Cr 、Mn 、W、 Ni、Mo 、Co、Si 等元素所组成的合金；水银即是单质汞，不是合金。2下列说法正确的是() A.所有不锈钢都只含有金属元素B我国流通的硬币材质是金属单质C广东正在打捞的明代沉船
15、上存在大量铝制餐具D 镁合金的硬度和强度均高于纯镁答案D 解析A 项不锈钢都含有C 等非金属元素；流通硬币材质是合金，明代还没有铝制品，B、C 错；D 项一般来说合金熔点比成分金属低，硬度、强度比成分金属大。3将 10 g 铁碳合金放入氧气中高温灼烧，反应后的气体通入过量石灰水中得到沉淀1.4 g。则此铁碳合金用心爱心专心5 是 () A.生铁B.高碳钢C中碳钢D 低碳钢答案B 解析沉淀为 CaCO3,1.4 g 为 1.4102 mol。根据碳原子守恒，合金中C 也为 1.4102 mol。w (C)1.4102 mol12 g mol110 g100% 1.68% ，所以为高碳钢。42.1 g 镁铝合金完全溶于足量盐酸，生成氢气2.24 L( 标准状况下 )，再向溶液中加入氢氧化钠溶液，生成沉淀的质量最大是() A.2.9 g B.4.6 g C.5.5 g D6.9 g 答案C 解析2.1 g 镁铝合金完全溶于足量盐酸，生成氢气2.24 L(标准状况下 )，由此得到氯化镁、氯化铝中的氯离子即为0.2 mol，所以全部转变成沉淀时，相当于氯离子全部被OH代替， 所以析出的沉淀中的OH的物质的量为0.2 mol，所以得到的沉淀质量为2.1 g 0.
