【情境探究】第三章第3课时 金属材料-2024～2025学年高一化学同步卓越讲义（人教版2019必修第一册）

第三章 第3课时 金属材料 01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。 02能列举常见合金的组成与性能，能科学、合理地选择和使用金属材料，培养自己的科学态度与社会责任化学核心素养的发展。 考点突破 1 情境· 探究 【情境】1．合金的含义 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，具有金属特性的混合物。 2．合金的特性 (1)一般情况下，合金比各成分金属的硬度大。 (2)多数合金的熔点一般比各成分金属的低。 (3)一般来说，合金的性能并不是各成分金属性能的总和，合金的物理、化学及机械性能优于各成分金属。 (4)合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节。 例如：生铁的熔点比纯铁的低；硬铝(Al、Cu、Mg、Mn、Si)的强度和硬度都比纯铝的大。 【问题探究】 1．合金一定只是由金属组成的混合物吗？ 【解析】不一定；合金中一定含有金属元素，也可能含有非金属元素，如生铁是由铁、碳组成的合金。 2．已知铜的熔点为1 083 ℃，钠的沸点为883 ℃，试问铜与钠是否能形成合金？ 【解析】不能；当铜开始熔化时，钠已经汽化，故二者不能形成合金。 3．合金的性质是各成分金属的性质之和吗？ 【解析】不是；合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在物理性质和机械性能方面优于各成分金属。不是各成分金属性能的简单加和；但一般认为在化学性质上，合金体现的是各成分金属的化学性质。 4．合金比成分金属的硬度一般都大，原因是什么？ 【解析】纯金属内所有原子的大小和形状相同，原子的排列十分规整，形成合金后，改变了有规则的层状排列，使原子之间的相对滑动变得困难，导致合金的硬度变大。 归纳·总结 1．合金的性质 合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于各成分金属。 (1)硬度：合金的硬度一般大于各成分金属。 (2)熔点：合金的熔点多数低于各成分金属。 2．纯金属和合金的结构比较 合金的形成改变了金属的内部结构，使合金的性能和纯金属有很大的差异。 3．合金的“四大”关注点 (1)合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素。 (2)合金中各成分的含量影响合金的性能。 (3)合金不同于一般混合物，它有固定的熔点，原因是合金有固定的组成。 (4)合金的种类远远多于纯金属的种类。 课堂·练习 1．下列图片所展示的物品不是用合金材料制成的是 物品 选项 A．杭州亚运会“湖山”金属奖牌 B．青铜器“四羊方尊” C．液晶显示屏 D．不锈钢餐盘 A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【解析】A．杭州亚运会的金属奖牌主要由合金材料制成，A正确； B．青铜器由铜合金制成，B正确； C．液晶显示屏由无机非金属材料组成，不是由合金组成，C错误； D．不锈钢是铁和碳组成的合金，D正确； 故答案选C。 2．下列关于合金的说法中，正确的是 A．在我国最早使用的合金是钢 B．稀土金属可以用于生产合金 C．合金的熔点比各成分金属的高 D．钢是含碳量高于生铁的铁碳合金 【答案】B 【解析】A．我国最早使用的合金是铜合金，A错误； B．稀土金属可添加至镁、铝、铜等有色金属中，改善合金的物理、化学性能，故稀土金属可用于生产合金，B正确； C．合金的熔点低于成分金属，C错误； D．钢是含碳量低于生铁的铁碳合金，D错误； 故答案选B。 3．某合金与铁的物理性质的比较如表所示： 熔点/℃ 密度/(g/cm3) 硬度(金刚石为10) 导电性(银为100) 某合金 2 500 3.00 7.4 2.3 铁 1 535 7.86 4～5 17 又知该合金耐腐蚀，强度大。从以上性能看，该合金不适合制(　　) A．导线 B．门窗框 C．炉具 D．飞机外壳 【解析】选A　该合金与铁相比较，导电性较差，不适合制导线；制门窗框主要利用合金的硬度大和耐腐蚀性强；制炉具主要利用其熔点高和耐腐蚀性强；制飞机外壳则是利用其硬度大和密度小，B、C、D项与该合金性能相符。 考点突破 2 情境· 探究 【情境】生铁和钢是两种重要的铁碳合金，两者有广泛的用途。 【问题探究】 1．生铁和钢是两种重要的铁碳合金，二者的分类依据是什么？ 【解析】按含碳量的不同把铁碳合金分为生铁和钢，其中含碳量2%～4.3%的为生铁；含碳量0.03%～2%的为钢。 2．碳素钢按含碳量的不同分为哪三类？ 【解析】按含碳量的不同，可把碳素钢分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。 3．在碳素钢中，因含碳量的不同，高碳钢、中碳钢和低碳钢的性能有很大差异；向碳素钢中加入不同的合金元素，可制得不同性能的合金钢。这对你有什么启示？ 【解析】物质组成成分的种类和百分含量都对物质的性质有重大影响。在合金的冶炼中，可以根据实际需求，通过调节合金元素的种类和百分含量，制成具有稳定性的合金。 归纳·总结 铁合金的两大类型——生铁和钢 1．生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金，由于含碳量不同，钢(含碳量为0.03%～2%)和生铁(含碳量为2%～4.3%)在性能上有很大差异。钢是用量最大、用途最广的合金，根据其化学成分，可分为两大类：碳素钢和合金钢。根据含碳量不同，碳素钢又可分为高碳钢、中碳钢和低碳钢。生铁和钢的主要组成元素、特性和用途如表所示： 铁合金 主要成分 主要特征 主要用途 生铁 Fe、C(含碳量为2%～4.3%)及Si、Mn、S、P 硬而脆，强度高，可铸不可锻 炼钢，制各种铸件 钢 碳 素 钢 低碳钢 Fe、C(含碳量低于0.3%) 韧性、焊接性好，但强度低 制钢板、钢丝和钢管等 中碳钢 Fe、C(含碳量为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(含碳量高于0.6%) 硬而脆，热处理后弹性好 制器械、弹簧和刀具等 合 金 钢 锰钢 Fe、Mn 韧性好，强 度高 制钢轨、轴承、坦克装甲等 硅钢 Fe、Si 导磁性好 制变压器、发电机的铁芯等 不锈钢 Fe、Cr、Ni 抗腐蚀性好 制医疗器械、炊具、反应釜和容器等 2.钢是用量最大、用途最广的合金，含碳量越低，钢的韧性越好；含碳量越高，钢的硬度越大。合金钢包括不锈钢及各种特种钢等。 课堂·练习 1．“嫦娥五号”中使用了大量合金。下列有关金属或合金的说法中不正确的是 A．生铁属于合金 B．一般合金的熔点比各成分金属的低 C．合金的化学性质与其成分金属的化学性质不同 D．改变原料的配比、生成合金的条件，可以得到具有不同性能的合金 【答案】C 【解析】A．生铁由铁和碳等元素组成，属于合金，故A正确； B．形成合金后，结构发生了改变，一般合金的熔点比各成分金属的低，故B正确； C．合金的化学性质与其成分金属的化学性质相同，故C错误； D．改变原料的配比、生成合金的条件，组成合金的成分、结构不同，对合金的性质产生不同的影响，可以得到具有不同性能的合金，故D正确； 故答案选C。 2．2022年北京冬奥会上，我国短道速滑队所用冰刀材料是特殊的钢材料。下列说法中正确的是 A．该合金熔点比纯铁熔点高 B．该合金硬度比纯铁高 C．该合金碳含量比生铁高 D．该合金属于共价晶体 【答案】B 【解析】A．合金的熔点低于成分金属，A错误； B．合金的硬度比成分金属大，该合金硬度比纯铁高，适合用于制造冰刀，B正确； C．钢的含碳量低于生铁，C错误； D．合金属于金属晶体，D错误； 故答案选B。 3．下列说法正确的是(　　) A．高碳钢的含碳量大于2% B．生铁既可铸造也可锻造 C．生铁和钢都属于铁合金 D．生铁是用途最广的合金 【解析】选C　高碳钢属于钢中的碳素钢，钢的含碳量低于2%，A项错误；生铁可铸不可锻，B项错误；铁合金通常包括生铁和钢两大类，C项正确；钢是用途最广的合金，D项错误。 考点突破 3 情境· 探究 【情境】[实验1]　铝片与盐酸的反应 实验操作 实验 现象 刚开始没有气泡，一段时间后，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 实验 结论 铝是一种活泼金属，常温下能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层致密的氧化膜，保护着内部金属。铝表面的保护膜和铝均能与盐酸发生反应 化学方程式 Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O、2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ 离子方程式 Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O　2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑ [实验2]　铝片与NaOH溶液的反应 实验 操作 实验 现象 开始没有气泡，一段时间后才产生气泡，铝片逐渐溶解，将点燃的木条放在试管口有爆鸣声 立即产生气泡，铝片逐渐溶解，将点燃的木条放在试管口有爆鸣声 实验结论 两支试管均放出H2，铝、氧化铝均能与NaOH溶液反应 离子方程式 Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O、2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑ 【问题探究】 1．铝是活泼的金属，为什么铝的抗腐蚀性能比铁强？ 【解析】常温下，活泼的金属在空气中易与氧气反应，表面生成一层氧化膜，但有的氧化膜致密，可以保护内部的金属不会继续被氧化，如镁、铝表面的氧化膜，因此镁、铝可在空气中保存；有的氧化膜疏松，不能保护内部金属，如铁表面形成的铁锈。 2．为什么铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物？ 【解析】由于Al和Al2O3均能与酸、碱反应，故不能用铝制餐具蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物。 3．为什么航空工业中铝合金比铁合金应用更广泛？ 【解析】铝合金的密度比铁合金密度小，且耐高温、耐腐蚀。 归纳·总结 铝是地壳中含量最多的金属元素。铝是一种活泼金属，在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。人们日常用的铝制品通常都是由铝合金制造的，其表面总是覆盖着致密的氧化铝薄膜，这层膜起着保护内部金属的作用。 1．铝的化学性质 (1)与O2等非金属单质反应 常温下，金属铝能被空气中的氧气氧化，表面生成一层致密的氧化铝薄膜，这层薄膜能阻止内部金属继续与氧气发生反应。反应的化学方程式为4Al＋3O2===2Al2O3。 (2)与酸、碱的反应 铝既能与酸溶液反应，又能与碱溶液反应。以HCl和NaOH为例的化学方程式分别为2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。 2．氧化铝与酸、碱的反应 Al2O3既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水，这种氧化物称为两性氧化物。以HCl和NaOH为例的化学方程式分别为 Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O、 Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O。 3．铝合金 主要组成元素 主要特性 主要用途 铝 合 金 硬 铝 Al、Mg、Cu、Si、Mn等(Mg 0.5%、Cu 4%、Si 0.7%、Mn 0.5%) 密度小，强度和硬度都比纯铝的大，具有较强的抗腐蚀能力 用于汽车、飞机、火箭、船舶等制造业 镁铝 合金 Mg、Al 强度和硬度都比纯铝和纯镁的大 用于火箭、飞机、轮船等制造业 4.新型合金 (1)储氢合金 ①储氢方法 ②含义：一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。 ③要求：具有实用价值的储氢合金要求储氢量大，金属氢化物既容易形成，稍稍加热又容易分解，室温下吸、放氢的速率快。 ④实例：Ti­Fe合金、La­Ni合金。 (2)其他几种新型合金 合金名称 主要性质 主要用途 钛合金 熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好、抗腐蚀性能好等 广泛用于火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等 耐热 合金 高温下具有高的抗氧化性、抗蠕变性与持久强度 主要应用于航空、舰艇、火箭等领域 形状记 忆合金 在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前的原始形状 在航空航天领域、临床医疗领域等有着广泛的应用，如宇宙飞船的天线、人造骨骼、心脏修补器、手术缝合线等 【易错点】 (1)合金中的“最”：使用最早的合金是青铜；用量最大、用途最广的合金是钢。 (2)NaAlO2为偏铝酸钠，其中铝的化合价为＋3价，NaAlO2在溶液中的存在形式是Na[Al(OH)4](四羟基合铝酸钠)。 (3)既能与NaOH溶液反应又能与盐酸反应的物质主要有：Al、Al2O3及多元弱酸的酸式盐(如NaHCO3)。 (4)1 mol铝不论与盐酸还是NaOH溶液完全反应，均转移3 mol电子，同时生成1.5 mol H2。 课堂·练习 1．高精尖铝合金材料为人类创造飞跃地球和进入太空作出巨大贡献。下列说法正确的是 A．铝合金硬度小 B．铝合金密度大 C．铝合金强度高 D．铝合金易被腐蚀 【答案】C 【分析】合金具有许多优良性能,如合金密度小，硬度大，熔沸点低，抗腐蚀能力强，各组分仍然保持原有的化学性质，据此分析。 【解析】A．合金硬度大于纯金属，铝合金硬度大，A错误； B．铝合金密度小，B错误； C．铝合金具有强度高的优点，C正确； D．铝在空气中容易形成致密的氧化膜，铝合金耐腐蚀，D错误； 故选C。 2．随着气温下降新冠病毒的活性增加，通过戴口罩可以有效阻止新型冠状病毒传播。如图，为增强口罩的密封性，均放了鼻梁条，有的鼻梁条是铝合金做的。下列说法正确的是 A．铝合金属于纯净物 B．铝合金的熔点比金属铝高 C．铝合金可以跟强酸强碱溶液反应 D．鼻梁条使用铝合金，利用其密度大、抗腐蚀性好的优点 【答案】C 【解析】 A．合金是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法合成的具有金属特性的混合物，铝合金属于混合物，A错误； B．合金的优点之一是合金的熔点比组分金属的低，因此铝合金的熔点比铝低，B错误； C．铝在元素周期表中位于金属与非金属分界线附近，能与强酸、强碱溶液反应，铝合金亦然，C正确； D．鼻梁条使用铝合金，利用其可塑性好的优点，D错误； 故选C。 3．储氢合金是一种新型合金。下列关于储氢合金的说法，错误的是 A．储氢合金是一类能大量吸收，并与结合成金属氢化物的材料 B．储氢合金吸收的过程属于物理变化 C．储氢合金中氢元素的化合价为-1 D．具有实用价值的储氢合金在室温下吸、放氢的速率快 【答案】B 【解析】A．储氢合金是一类能够大量吸收氢气，并与氢气结合成金属氢化物的材料．如镧镍合金，它吸收氢气可结合成金属氢化物，故A正确； B．氢气在储存过程中与金属反应生成其他物质，是化学变化，故B错误； C．中Na是+1价，Al是+3价，则H为-1价，故C正确； D．储氢合金储氢量大、吸放氢速率快，所以可用于氢燃料汽车，故D正确； 故选：B。 巩固·提升 1．下列关于合金的叙述正确的是 A．铝合金硬度比纯铝小 B．生铁是铁碳合金，钢是纯净的铁单质 C．硬铝密度小、强度高，常用于制造飞机外壳 D．不锈钢和钢都是铁合金，性质完全相同 【答案】C 【解析】A．合金的硬度比其任一组分都大，铝合金硬度比纯铝大，A错误； B．生铁是铁碳合金，钢的含碳量比生铁低，也是铁碳合金，B错误； C．硬铝密度小、强度高，常用于制造飞机外壳，C正确； D．不锈钢和钢都是铁合金，但其内部结构和组分不同，性质不相同，D错误； 故选C。 2．下列说法不正确的是 A．铝合金广泛用于航空航天等设备的制造，不仅因为它合适的价格，更重要的是它的机械性能和密度适用于这些设备 B．无论是在空气中加热FeO，还是高温下铁与水蒸气反应，均有Fe(OH)3生成 C．配制FeSO4溶液时，为防药品在存放过程中已经部分变质，可向溶液中加入少量铁粉 D．铁的合金包括生铁和钢，钢又分为碳素钢和合金钢，不锈钢就是一种常见的合金钢 【答案】B 【解析】A．铝合金价格低，密度小，质量轻，性能优良，A正确； B．无论是在空气中加热FeO，还是高温下铁与水蒸气反应，均无Fe(OH)3生成，而是都生成Fe3O4，B错误； C．铁粉可以还原变质产生的Fe3+变为Fe2+，因此在配制FeSO4溶液时，向其中加入Fe粉，可防止FeSO4溶液氧化变质，C正确； D．铁的合金包括生铁和钢，不锈钢是一种常见的合金钢，D正确； 故合理选项是B。 3．下列关于Al和Al2O3的说法错误的是(　　) A．可与盐酸反应 B．可与氢氧化钠溶液反应 C．常温下很稳定 D．常温下不溶于水 【解析】选C　Al与盐酸反应生成氯化铝和氢气，Al2O3与盐酸反应生成氯化铝和水，故A正确；Al与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，Al2O3与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水，故B正确；铝的性质活泼，常温下，容易与空气中的氧气反应生成氧化铝，故C错误；常温下，Al和Al2O3都不溶于水，故D正确。 4．下列说法正确的是(　　) A．用来制造储存氢气所用钢瓶的合金是储氢合金 B．不锈钢是最常见的新型合金 C．新型合金主要应用于航天航空、生物工程等领域 D．碳纤维复合材料属于新型合金材料 【解析】选C　储氢合金指一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料，A项错误；不锈钢属于铁合金，B项错误；碳是非金属元素，碳纤维主要由碳元素组成，不属于合金，D项错误。 5．C919机身部分采用第三代新型铝锂合金材料．下列关于铝锂合金的认识，正确的是 A．铝锂合金密度较大，强度较小，硬度小于纯铝 B．改变原料的配比，可以制得性能不同的铝锂合金 C．铝锂合金不可导电、导热 D．铝锂合金的性质与各成分金属的性质都相同 【答案】B 【解析】A．铝锂合金密度较小，强度大，合金的硬度比其各成分金属的大，A错误； B．合金的性质与成分的含量有关，所以改变原料的配比，可以制得性能不同的铝理合金，B正确； C．铝锂合金具有金属材料的一些通性，有金属光泽，可导电、导热，C错误； D．合金的熔点比其各成分金属的低，硬度比其各成分金属的大，性质与各成分金属的性质不完全相同，D错误； 故选：B。 6．取两份铝片，第一份与足量盐酸反应，第二份与足量烧碱溶液反应，标准状况下均产生5.6 L气体，则两份铝片的质量之比为(　　) A．一定为1∶1 B．可能为2∶3 C．一定为3∶2 D．可能为1∶6 【解析】选A　由于两份铝片反应生成的氢气的量相等，所以电子转移的量必然也是相等的。又因为铝分别与酸、碱反应时，虽然产物不同，但是生成物中铝的化合价相同，即Al在反应中失电子数相同，所以两份铝的质量相等，A正确。 7．等物质的量的Na和Al两种金属加入足量的水中，生成26.88 L(标准状况下)的气体，则下列描述错误的是(　　) A．金属Na无剩余 B．金属Al有剩余 C．所得溶液溶质为NaAlO2 D．Na的物质的量是0.6 mol 【解析】选B　Na能与冷水反应：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，Al能与NaOH溶液发生反应：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，Na和Al的物质的量相等，两种金属恰好完全反应，设Na和Al的物质的量均为x mol，根据信息得出： mol＋ mol＝26.88 L÷22.4 L/mol，得出x＝0.6。A对：Na能与冷水发生反应，且水是足量的，即Na无剩余；B错：0.6 mol Na与水反应生成0.6 mol NaOH,0.6 mol Al与0.6 mol NaOH恰好反应，Al无剩余；C对：由上述分析知，所得溶液的溶质为NaAlO2；D对：由上述分析知，n(Na)＝0.6 mol。 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第三章 第3课时 金属材料 01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。 02能列举常见合金的组成与性能，能科学、合理地选择和使用金属材料，培养自己的科学态度与社会责任化学核心素养的发展。 考点突破 1 情境· 探究 【情境】1．合金的含义 合金是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属) 而成的，具有 的混合物。 2．合金的特性 (1)一般情况下，合金比各成分金属的硬度 。 (2)多数合金的熔点一般比各成分金属的 。 (3)一般来说，合金的性能并不是各成分金属性能的总和，合金的物理、化学及机械性能 各成分金属。 (4)合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节。 例如：生铁的熔点比纯铁的低；硬铝(Al、Cu、Mg、Mn、Si)的强度和硬度都比纯铝的 。 【问题探究】 1．合金一定只是由金属组成的混合物吗？ 2．已知铜的熔点为1 083 ℃，钠的沸点为883 ℃，试问铜与钠是否能形成合金？ 3．合金的性质是各成分金属的性质之和吗？ 4．合金比成分金属的硬度一般都大，原因是什么？ 归纳·总结 1．合金的性质 合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于各成分金属。 (1)硬度：合金的硬度一般大于各成分金属。 (2)熔点：合金的熔点多数低于各成分金属。 2．纯金属和合金的结构比较 合金的形成改变了金属的内部结构，使合金的性能和纯金属有很大的差异。 3．合金的“四大”关注点 (1)合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素。 (2)合金中各成分的含量影响合金的性能。 (3)合金不同于一般混合物，它有固定的熔点，原因是合金有固定的组成。 (4)合金的种类远远多于纯金属的种类。 课堂·练习 1．下列图片所展示的物品不是用合金材料制成的是 物品 选项 A．杭州亚运会“湖山”金属奖牌 B．青铜器“四羊方尊” C．液晶显示屏 D．不锈钢餐盘 A．A B．B C．C D．D 2．下列关于合金的说法中，正确的是 A．在我国最早使用的合金是钢 B．稀土金属可以用于生产合金 C．合金的熔点比各成分金属的高 D．钢是含碳量高于生铁的铁碳合金 3．某合金与铁的物理性质的比较如表所示： 熔点/℃ 密度/(g/cm3) 硬度(金刚石为10) 导电性(银为100) 某合金 2 500 3.00 7.4 2.3 铁 1 535 7.86 4～5 17 又知该合金耐腐蚀，强度大。从以上性能看，该合金不适合制(　　) A．导线 B．门窗框 C．炉具 D．飞机外壳 考点突破 2 情境· 探究 【情境】生铁和钢是两种重要的铁碳合金，两者有广泛的用途。 【问题探究】 1．生铁和钢是两种重要的铁碳合金，二者的分类依据是什么？ 2．碳素钢按含碳量的不同分为哪三类？ 3．在碳素钢中，因含碳量的不同，高碳钢、中碳钢和低碳钢的性能有很大差异；向碳素钢中加入不同的合金元素，可制得不同性能的合金钢。这对你有什么启示？ 归纳·总结 铁合金的两大类型——生铁和钢 1．生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金，由于含碳量不同，钢(含碳量为0.03%～2%)和生铁(含碳量为2%～4.3%)在性能上有很大差异。钢是用量最大、用途最广的合金，根据其化学成分，可分为两大类：碳素钢和合金钢。根据含碳量不同，碳素钢又可分为高碳钢、中碳钢和低碳钢。生铁和钢的主要组成元素、特性和用途如表所示： 铁合金 主要成分 主要特征 主要用途 生铁 Fe、C(含碳量为2%～4.3%)及Si、Mn、S、P 硬而脆，强度高，可铸不可锻 炼钢，制各种铸件 钢 碳 素 钢 低碳钢 Fe、C(含碳量低于0.3%) 韧性、焊接性好，但强度低 制钢板、钢丝和钢管等 中碳钢 Fe、C(含碳量为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(含碳量高于0.6%) 硬而脆，热处理后弹性好 制器械、弹簧和刀具等 合 金 钢 锰钢 Fe、Mn 韧性好，强 度高 制钢轨、轴承、坦克装甲等 硅钢 Fe、Si 导磁性好 制变压器、发电机的铁芯等 不锈钢 Fe、Cr、Ni 抗腐蚀性好 制医疗器械、炊具、反应釜和容器等 2.钢是用量最大、用途最广的合金，含碳量越低，钢的韧性越好；含碳量越高，钢的硬度越大。合金钢包括不锈钢及各种特种钢等。 课堂·练习 1．“嫦娥五号”中使用了大量合金。下列有关金属或合金的说法中不正确的是 A．生铁属于合金 B．一般合金的熔点比各成分金属的低 C．合金的化学性质与其成分金属的化学性质不同 D．改变原料的配比、生成合金的条件，可以得到具有不同性能的合金 2．2022年北京冬奥会上，我国短道速滑队所用冰刀材料是特殊的钢材料。下列说法中正确的是 A．该合金熔点比纯铁熔点高 B．该合金硬度比纯铁高 C．该合金碳含量比生铁高 D．该合金属于共价晶体 3．下列说法正确的是(　　) A．高碳钢的含碳量大于2% B．生铁既可铸造也可锻造 C．生铁和钢都属于铁合金 D．生铁是用途最广的合金 考点突破 3 情境· 探究 【情境】[实验1]　铝片与盐酸的反应 实验操作 实验 现象 刚开始没有气泡，一段时间后，铝片逐渐溶解，有 冒出，将点燃的木条放在试管口有 声 实验 结论 铝是一种活泼金属，常温下能与空气中的 发生反应，表面生成一层致密的氧化膜，保护着内部金属。铝表面的 和铝均能与盐酸发生反应 化学方程式 Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O、2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ 离子方程式 Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O　2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑ [实验2]　铝片与NaOH溶液的反应 实验 操作 实验 现象 开始没有气泡，一段时间后才产生气泡，铝片逐渐溶解，将点燃的木条放在试管口有 声 立即产生 ，铝片逐渐溶解，将点燃的木条放在试管口有 声 实验结论 两支试管均放出H2，铝、氧化铝均能与NaOH溶液反应 离子方程式 【问题探究】 1．铝是活泼的金属，为什么铝的抗腐蚀性能比铁强？ 2．为什么铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性食物？ 3．为什么航空工业中铝合金比铁合金应用更广泛？ 归纳·总结 铝是地壳中含量最多的金属元素。铝是一种活泼金属，在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。人们日常用的铝制品通常都是由铝合金制造的，其表面总是覆盖着致密的氧化铝薄膜，这层膜起着保护内部金属的作用。 1．铝的化学性质 (1)与O2等非金属单质反应 常温下，金属铝能被空气中的氧气氧化，表面生成一层致密的氧化铝薄膜，这层薄膜能阻止内部金属继续与氧气发生反应。反应的化学方程式为4Al＋3O2===2Al2O3。 (2)与酸、碱的反应 铝既能与酸溶液反应，又能与碱溶液反应。以HCl和NaOH为例的化学方程式分别为2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。 2．氧化铝与酸、碱的反应 Al2O3既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水，这种氧化物称为两性氧化物。以HCl和NaOH为例的化学方程式分别为 Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O、 Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O。 3．铝合金 主要组成元素 主要特性 主要用途 铝 合 金 硬 铝 Al、Mg、Cu、Si、Mn等(Mg 0.5%、Cu 4%、Si 0.7%、Mn 0.5%) 密度小，强度和硬度都比纯铝的大，具有较强的抗腐蚀能力 用于汽车、飞机、火箭、船舶等制造业 镁铝 合金 Mg、Al 强度和硬度都比纯铝和纯镁的大 用于火箭、飞机、轮船等制造业 4.新型合金 (1)储氢合金 ①储氢方法 ②含义：一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。 ③要求：具有实用价值的储氢合金要求储氢量大，金属氢化物既容易形成，稍稍加热又容易分解，室温下吸、放氢的速率快。 ④实例：Ti­Fe合金、La­Ni合金。 (2)其他几种新型合金 合金名称 主要性质 主要用途 钛合金 熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好、抗腐蚀性能好等 广泛用于火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等 耐热 合金 高温下具有高的抗氧化性、抗蠕变性与持久强度 主要应用于航空、舰艇、火箭等领域 形状记 忆合金 在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前的原始形状 在航空航天领域、临床医疗领域等有着广泛的应用，如宇宙飞船的天线、人造骨骼、心脏修补器、手术缝合线等 【易错点】 (1)合金中的“最”：使用最早的合金是青铜；用量最大、用途最广的合金是钢。 (2)NaAlO2为偏铝酸钠，其中铝的化合价为＋3价，NaAlO2在溶液中的存在形式是Na[Al(OH)4](四羟基合铝酸钠)。 (3)既能与NaOH溶液反应又能与盐酸反应的物质主要有：Al、Al2O3及多元弱酸的酸式盐(如NaHCO3)。 (4)1 mol铝不论与盐酸还是NaOH溶液完全反应，均转移3 mol电子，同时生成1.5 mol H2。 课堂·练习 1．高精尖铝合金材料为人类创造飞跃地球和进入太空作出巨大贡献。下列说法正确的是 A．铝合金硬度小 B．铝合金密度大 C．铝合金强度高 D．铝合金易被腐蚀 2．随着气温下降新冠病毒的活性增加，通过戴口罩可以有效阻止新型冠状病毒传播。如图，为增强口罩的密封性，均放了鼻梁条，有的鼻梁条是铝合金做的。下列说法正确的是 A．铝合金属于纯净物 B．铝合金的熔点比金属铝高 C．铝合金可以跟强酸强碱溶液反应 D．鼻梁条使用铝合金，利用其密度大、抗腐蚀性好的优点 3．储氢合金是一种新型合金。下列关于储氢合金的说法，错误的是 A．储氢合金是一类能大量吸收，并与结合成金属氢化物的材料 B．储氢合金吸收的过程属于物理变化 C．储氢合金中氢元素的化合价为-1 D．具有实用价值的储氢合金在室温下吸、放氢的速率快 巩固·提升 1．下列关于合金的叙述正确的是 A．铝合金硬度比纯铝小 B．生铁是铁碳合金，钢是纯净的铁单质 C．硬铝密度小、强度高，常用于制造飞机外壳 D．不锈钢和钢都是铁合金，性质完全相同 2．下列说法不正确的是 A．铝合金广泛用于航空航天等设备的制造，不仅因为它合适的价格，更重要的是它的机械性能和密度适用于这些设备 B．无论是在空气中加热FeO，还是高温下铁与水蒸气反应，均有Fe(OH)3生成 C．配制FeSO4溶液时，为防药品在存放过程中已经部分变质，可向溶液中加入少量铁粉 D．铁的合金包括生铁和钢，钢又分为碳素钢和合金钢，不锈钢就是一种常见的合金钢 3．下列关于Al和Al2O3的说法错误的是(　　) A．可与盐酸反应 B．可与氢氧化钠溶液反应 C．常温下很稳定 D．常温下不溶于水 4．下列说法正确的是(　　) A．用来制造储存氢气所用钢瓶的合金是储氢合金 B．不锈钢是最常见的新型合金 C．新型合金主要应用于航天航空、生物工程等领域 D．碳纤维复合材料属于新型合金材料 5．C919机身部分采用第三代新型铝锂合金材料．下列关于铝锂合金的认识，正确的是 A．铝锂合金密度较大，强度较小，硬度小于纯铝 B．改变原料的配比，可以制得性能不同的铝锂合金 C．铝锂合金不可导电、导热 D．铝锂合金的性质与各成分金属的性质都相同 6．取两份铝片，第一份与足量盐酸反应，第二份与足量烧碱溶液反应，标准状况下均产生5.6 L气体，则两份铝片的质量之比为(　　) A．一定为1∶1 B．可能为2∶3 C．一定为3∶2 D．可能为1∶6 7．等物质的量的Na和Al两种金属加入足量的水中，生成26.88 L(标准状况下)的气体，则下列描述错误的是(　　) A．金属Na无剩余 B．金属Al有剩余 C．所得溶液溶质为NaAlO2 D．Na的物质的量是0.6 mol 2 学科网（北京）股份有限公司 $$