3.2.1 合金 讲义 2024-2025学年高一上学期化学人教版（2019）必修第一册

第1课时 合金 目标素养 1．了解合金的概念，并能联系纯金属与合金的微观结构解释二者性能的差异，达成宏观辨识与微观探析的核心素养的形成。 2．以铁合金、铝合金为例，能从元素组成上对合金进行分类，并能认识不同类型的金属材料组成、性能与应用的联系，强化性能决定用途的观念，达成证据推理与模型认知的核心素养的形成。 3．通过实验探究铝和氧化铝的性质，认识两性氧化物的概念，丰富对金属多样性的认识，体会实验对认识和研究物质性质的重要作用，达成科学探究与创新意识的核心素养的形成。 4．了解储氢合金、钛合金等新型合金，感受化学科学对创造更多新材料以满足人类生活的需要和促进科技发展的重要作用，进一步达成科学探究与创新意识的核心素养的形成。 重点难点 重点 1．合金的结构特点。 2．生铁与钢在性能、组成上的差异。 3．铝、氧化铝的性质。 难点 1．铝与氢氧化钠的反应。 2．氧化铝与氢氧化钠的反应。 教学准备 教师准备 1．制作课件，编制学案。 2．准备实验用品。 实验仪器：砂纸、试管、试管架、胶头滴管、镊子、木条、火柴等。 实验药品：铝片、氢氧化钠固体、铝粒、植物油、毛发、盐酸、氢氧化钠溶液等。 学生准备 1．精读教材。 2．填写预习案。 导入新课 导入（问题导入） 教师“高楼”能在风雨中长久屹立，动车、飞机，轮船、大桥能坚固耐用，它们都使用了何种材料？ 教学过程 环节一：合金 生活中，我们处处使用合金材料，合金与我们的生活息息相关。那么什么是合金？ 学生 合金是由一种金属与另一种或几种金属或非金属熔合而成的具有金属特性的物质。 教师 为什么我们日常使用的金属材料主要是合金，而不是纯金属？ 学生 合金与纯金属相比，除了具有金属的特性外，还具有许多比其成分金属更优良的物理、化学或机械的性能，如：硬度大、熔点低、密度小、耐磨、耐腐蚀等。 教师 在纯金属内加入其他元素形成合金以后，结构发生了哪些变化，使合金的性能与纯金属有如此大的差异？ 提示：常见的一些合金的硬度比其他成分金属的大，是因为在纯金属内，所有原子的大小和形状都是相同的，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。由此可知，纯金属和合金的结构不同，决定其性能及用途也有很大差异。 小试牛刀 制取合金常用的方法是将两种或多种金属（或金属与非金属）加热到某一温度，使其全部熔化，再冷却得到合金。根据下表中的数据判断（其他条件均满足），下列合金不易采取这种方法制取的是 ( ) 金属 Na K A1 Cu Fe 熔点／℃ 97.5 63.6 660 1 083 1 535 沸点／℃ 883 774 2 467 2 567 2 750 A.Fe-Al合金 B.Na-Al合金 C.Na-Fe合金 D.Mg-Al合金 答案 C 设计意图 了解合金的概念、优良性能，能从微观角度解释合金与纯金属性能差异的原因；初步认识“结构决定性质，性质决定用途”。 环节二：生铁和钢 1．比较生铁和钢在组成、性能上的差异。 2．对比碳素钢和合金钢的异同。 学生 1． 生铁和钢 种类 生铁 钢 含碳量 2%~4.3% 0.03%~2% 性能 硬度大、抗压，性脆、可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料 有良好的延展性，机械性能好，可以锻轧和铸造，广泛用于制造机械和交通工具等 2． 碳素钢和合金钢 种类 碳素钢 合金钢 相同点 都是合金 不同点 含碳量较低的碳合金 在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素（不锈钢一般加入镍和铬） 性能 含碳量高的碳素钢，硬度大；含碳量低的碳素钢，韧性强 强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀等 设计意图 了解生铁与钢在组成、性能上的差异，培养学生宏观辨识与微观探析的核心素养。 环节三：铝和铝合金 这是一瓶固体管道疏通剂，它的主要成分是什么呢？ 学生它的主要成分是氢氧化钠、铝粒、硝酸钠和色素。 教师 初中我们学过排在金属活动性顺序表中H之前的金属，如铝、锌、铁等能和酸反应产生氢气，但这瓶疏通剂具有强碱性，那么铝会和氢氧化钠发生什么反应呢？下面老师将进行实验模拟管道疏通剂的工作原理。 教师 进行演示实验：（实验前打开窗户和门）将固体氢氧化钠和铝粒放入烧杯中并加入适量的蒸馏水搅拌，有气体产生，然后将毛发和植物油放入烧杯中并搅拌，在教室外放置20分钟后观察。 教师 产生的气体是什么呢？ 学生 进行小组实验： 1．实验内容：在两支试管中分别加入少量的NaOH溶液，然后向其中一支试管中放入一小块铝片，向另一支试管中放入用砂纸仔细打磨过（除去表面的氧化膜）的一小块铝片。观察现象。过一段时间后，将点燃的木条分别放在两支试管口。观察现象。 2．实验现象：放入打磨过的铝片的试管中立即产生气泡，而放入未打磨的铝片的试管中开始没有气泡，一段时间后才产生气泡，将点燃的木条放在两支试管口均有爆鸣声。 3．实验结论：试管口有爆鸣声，说明产生了氢气。 4．小结： 反应 铝与盐酸反应 铝与氢氧化钠溶液反应 实验操作 盐酸 铝片 NaOH 溶液 打磨过 的铝片 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 化学方程式 离子方程式 实验结论 铝既能与盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应，且都产生氢气 教师 铝与氢氧化钠溶液反应的实质是什么？如何用双线桥法和单线桥法表示电子的转移？ 学生 铝与氢氧化钠溶液反应的实质是铝先与强碱溶液中的水反应生成H2和Al（OH）3，然后Al（OH）3再与NaOH反应生成和Na［Al（OH）4］（以后将学到），反应中铝做还原剂，水做氧化剂，NaOH无电子得失。 教师 我们知道了铝与氢氧化钠可以反应产生氢气，而管道内气压增大对疏通管道有一定的作用，那毛发、油脂等物质是如何消除的呢？ 提示：油脂是酯类，在碱性条件下可以水解为甘油和高级脂肪酸盐，而毛发的主要成分是蛋白质，在碱性条件下也可以水解。 教师 固体管道疏通剂中的氢氧化钠溶于水产生热量，同时氢氧化钠溶液与铝粒反应产生大量的氢气，工作原理是利用强碱的腐蚀性将毛发和油污等物质反应消耗，同时利用气体的压强，冲开堵塞物，达到疏通管道的目的。 教师 刚刚老师进行了模拟实验，一会同学们可以观察进行验证。在大家的实验中我安排了1～4组的同学对铝片进行了打磨，打磨的目的是除去表面的氧化铝，而5～8组的同学并没有打磨铝片，但是一段时间后也出现了放出气泡的实验现象，说明了什么呢？ 学生 说明铝表面的氧化铝也能和氢氧化钠反应。 师生小结氧化铝的性质。 1．物理性质：白色、难溶于水、熔点很高。 2．化学性质： 3． 两性氧化物：既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物，叫做两性氧化物。 化学反应发现于人类，也服务于人类。生活中，我们常会用到铝制品，比如铝制 偶有所得天线、铝锅等，铝制品在生产、生活中的应用非常广泛。但是为什么不能用铝锅长时间盛放酸、碱、盐类的食物呢？ 学生因为铝及氧化铝会和酸、碱发生反应生成铝离子，从而导致铝离子进入人体内。正常使用铝制品，不用它长时间盛放酸性、强碱性或盐类食物，渗出的极少量的铝离子不会对人体造成危害，而长时间盛放酸性，强碱性或盐类食物会因发生缓慢的化学反应而溢出较多的铝元素，就增加了人们摄入铝元素的机会。脑组织对铝元素有亲和性，脑组织中的铝沉积过多，可使人记忆力减退、智力低下，从而导致老年痴呆。另外还会使人出现贫血的状况。因此，不能用铝锅长时间盛放酸性、碱性或者盐类的食物。 学生 实验验证：观察模拟实验中的毛发和植物油是否消失。 纯铝的硬度和强度较小，不适合制造机器零件等。向铝中加入少量的合金元素，可制成铝合金。铝合金是目前用途广泛的合金之一，例如，硬铝的密度小、强度高，具有较强的抗窝蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料，因而被称为“带翼的金属”。 设计意图 学习铝的化学性质、氧化铝的性质，铝合金的组成与应用。 环节四：新型合金 近年来，为满足尖端技术发展的需要，人们设计和合成了许多新型合金。 教师指导学生阅读教材关于新型合金的相关内容。 1．储氢合金-用于解决H2的安全储存和运输问题。 2．钛合金-“蛟龙”号载人潜水器的耐压球壳。 3．耐热合金、形状记忆合金-用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。 4．在金属元素中，有一类性质相似，并在自然界共生在一起的稀土元素，它们是元素周期表中原子序数从57至71（镧系元素）的15种元素以及钪和钇，共17种元素。稀土金属既可单独使用，也可用于生产合金。在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能。因而，稀土元素又被称为“冶金工业的维生素”。 【拓展阅读】 1．储氢合金：在未来能源的开发中，氢能是一种发热高、无污染、无公害、取之不尽、用之不竭的能源，是能源研究的一个重要发展方向，关键问题是如何储存氢？ 氢气是一种易燃易爆气体，要在-253℃才液化。1968年美国首先发现Mg-Ni合金具有贮氢功能，但要在250℃时才放出氢。后相继发现Ti-Fe，Ti-Mn，La-Ni等合金也有贮氢功能。La-Ni贮氢合金在常温、0.152MPa下就可放出氢，可用于汽车、燃料电池等。 2．新型金属材料研制的重要性：钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批时蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。结构钛合金正向高强、高塑、高韧、高模量和高损伤容限的方向发展。另外，20世纪70年代以来，还出现了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti--Ni-Nb等形状记忆合金，并在工程上获得广泛的应用。 4．小结： 反应 铝与盐酸反应 铝与氢氧化钠溶液反应 实验操作 盐酸 铝片 NaOH 溶液 打磨过的铝片 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 化学方程式 离子方程式 实验结论 铝既能与盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应，且都产生氢气 教师 铝与氢氧化钠溶液反应的实质是什么？如何用双线桥法和单线桥法表示电子的转移？ 学生 铝与氢氧化钠溶液反应的实质是铝先与强碱溶液中的水反应生成H2和Al（OH）3，然后Al（OH）3再与NaOH反应生成H2O和Na［Al（OH）4］（以后将学到），反应中铝做还原剂，水做氧化剂，NaOH无电子得失。 教师 我们知道了铝与氢氧化钠可以反应产生氢气，而管道内气压增大对疏通管道有一定的作用，那毛发、油脂等物质是如何消除的呢？ 提示：油脂是酯类，在碱性条件下可以水解为甘油和高级脂肪酸盐，而毛发的主要成分是蛋白质，在碱性条件下也可以水解。 教师 固体管道疏通剂中的氢氧化钠溶于水产生热量，同时氢氧化钠溶液与铝粒反应产生大量的氢气，工作原理是利用强碱的腐蚀性将毛发和油污等物质反应消耗，同时利用气体的压强，冲开堵塞物，达到疏通管道的目的。 教师 刚刚老师进行了模拟实验，一会同学们可以观察进行验证。在大家的实验中我安排了1～4组的同学对铝片进行了打磨，打磨的目的是除去表面的氧化铝，而5～8组的同学并没有打磨铝片，但是一段时间后也出现了放出气泡的实验现象，说明了什么呢？ 学生 说明铝表面的氧化铝也能和氢氧化钠反应。 师生小结氧化铝的性质。 1．物理性质：白色、难溶于水、熔点很高。 2．化学性质： 3．两性氧化物：既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物，叫做两性氧化物。 学科网（北京）股份有限公司 $$