3.2金属材料—铝和铝合金公开课 课件-2026-2027学年高一上学期化学人教版必修第一册

该高中化学课件围绕铝和铝合金的性质、应用及制备展开，以神舟二十一号火箭发射和载人登月计划为导入，通过任务驱动串联材料选择需求、纯铝性质分析、合金优化、氧化铝两性及铝的化学性质等知识点，结合数据表格、实验探究和问题链搭建学习支架。 其亮点在于以航天真实情境为载体，通过任务一材料选择的证据推理培养科学思维，任务二实验探究铝与氧化铝的性质发展科学探究与实践能力，任务三推进剂应用体现化学与科技的联系渗透科学态度与责任。采用情境教学与实验结合的方法，学生能提升解决实际问题的能力，教师可借助丰富案例高效开展教学。

铝合金如何托起航天之翼 —铝和铝合金的应用 第二节 金属材料 1 新课导入 北京时间2025年10月31日23时44分，搭载神舟二十一号载人飞船的长征二号F遥二十一运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，约10分钟后，飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，航天员乘组状态良好，发射取得圆满成功。 我国下一步目标已瞄准2030年前的载人登月，全新的“梦舟”飞船与“揽月”着陆器等系统正在全力研制，探索步伐正从近地轨道迈向月球深空。 航天科技的进步,离不开材料的发展，今天我们一起来学习金属材料在航天领域的应用。 任务一 为长征二号F遥二十一运载火箭选取外壳材料 思考1：从材料的选择角度，同学们认为火箭的外壳材料 应具备什么样的性质？ 轻，减少成本； 硬，防止变形； 耐高温...... 火箭是航天飞行的运输工具。从材料的选择来说,做火箭的外壳材料应具备什么样的性质? 一要轻，减轻成本；二要硬，防止变形；三要耐高温。 金属 密度 g/cm3 金属 密度 g/cm3 钾 0.87 钛 4.55 钠 0.97 铬 7.20 钙 1.55 锰 7.30 镁 1.74 铁 7.86 铝 2.69 铜 8.90 任务一 为长征二号F遥二十一运载火箭选取外壳材料 火箭是航天飞行的运输工具。从材料的选择来说,做火箭的外壳材料应具备什么样的性质? 一要轻，减轻成本；二要硬，防止变形；三要耐高温。 思考2：从纯铝的物理性质来看，同学们认为用纯铝做火箭外壳是否可行？ 物理性质 1) 银白色金属光泽，密度较小 (2.69g/cm3)； 4) 有良好的延展性； 3) 热的良导体； 2) 导电性好，仅次于银、铜； 任务一 为长征二号F遥二十一运载火箭选取外壳材料 5) 质软。 √ × √ √ √ 易失去3个电子 还原性 化学性质 1. 结构：铝的原子结构示意图为 2. 铝与氧气的反应 ① 常温：铝与空气中的氧气反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜，对内部金属起着保护作用 ② 点燃：铝在氧气中点燃，发出耀眼的白光，放出大量的热。 4Al + 3O2 = 2Al2O3 4Al + 3O2 = 2Al2O3 点燃 任务一 为长征二号F遥二十一运载火箭选取外壳材料 课堂思考 请你思考！ 铝的化学性质比较活泼，为什么我们通常看见 铁生锈而没有看到铝生锈？ 铝被氧化后在表明生成一层致密的氧化层，阻止铝继续被氧化，因此铝具有良好的抗腐蚀性。而铁被氧化后，在表面形成疏松多孔的铁锈，能吸收水分和二氧化碳以及氧气，加速内部铁的持续氧化。 思考3：从材料优化角度，如何使铝变成性能优异的外壳材料呢? 任务一 为长征二号F遥二十一运载火箭选取外壳材料 材料优化必备小知识 1.金属材料：是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。 2.合金：是由两种或两种以上的金属(或金属和非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。 ✭ 注意：合金可以由金属与金属熔合而成，也可以由金属与非金属熔合而成，故合金是混合物。 ✭ 例如：生铁和钢就是含碳量不同的两种铁合金。 纯金属 合金 90多种 几千种 金属材料 物理变化 3.合金与纯金属的性能差异： (1)合金的硬度比其成分金属大 ，机械性能一般优于各成分金属。 (2)合金的熔点一般低于各成分金属。 (3)合金的导电性和导热性低于各成分金属。 (4)有的合金抗腐蚀能力强。 (5)合金具有金属通性。 材料优化必备小知识 合金的物理性质通常不同于它的成分金属！ 合金的化学性质通常相同于它的成分金属！ 思考3：从材料优化角度，如何使铝变成性能优异的外壳材料呢? 在纯金属内加入其他元素形成合金以后，结构发生了变化，使合金的性能与纯金属有很大的差异。 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。 任务一 为长征二号F遥二十一运载火箭选取外壳材料 以硬度为例: 结构决定性质 思考3：从材料优化角度，如何使铝变成性能优异的外壳材料呢? 硬铝 硬铝（一种铝合金）中含Cu 4%、Mg 0.5%、 Mn 0.5%、Si 0.7% 任务一 为长征二号F遥二十一运载火箭选取外壳材料 密度小、强度高，具有较强的腐蚀能力，是飞船制造的理想材料。 返回舱在返回地球的过程中产生高于1600℃的温度,当到达地面后返回舱仍能保持完整外形，这是因为返回舱身上披了一件神奇的“外衣”，这层外衣由铝箔制造的蜂窝板表面包覆防热烧蚀层、隔热垫等材料组成。 任务二 从长二F遥运载火箭的返回舱认识氧化铝 实验探究1 实验3-4：实验3-5：在两支试管中分别加入少量的盐酸溶液，然后向其中一支试管①中放入一小块蛋挞底托（铝箔），向另一支试管②中放入用砂纸仔细打磨过（除去表面的氧化膜）的一小块铝箔。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。你观察到什么现象？ 铝、氧化铝与酸反应 任务二 从长二F遥运载火箭的返回舱认识氧化铝 金属铝和氧化铝均可与酸发生反应，氧化膜能延缓内部铝与酸的反应。 2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑ Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O 试管②中立即产生气泡； 试管①中一开始无气泡产生， 一段时间后，铝箔逐渐溶解，有气泡冒出； 将点燃的木条放在试管口，都有爆鸣声。 【实验现象】 【结论】 任务二 从长二F遥运载火箭的返回舱认识氧化铝 实验3-5：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①中放入一小块蛋挞底托（铝箔），向另一支试管②中放入用砂纸仔细打磨过（除去表面的氧化膜）的一小块铝箔。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。你观察到什么现象？ 实验探究2 铝、氧化铝与碱的反应 任务二 从长二F遥运载火箭的返回舱认识氧化铝 【实验现象】 【结论】 Al2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4] 金属铝和氧化铝均可与强碱溶液反应，氧化膜能延缓内部铝与强碱的反应。 （四羟基合铝酸钠） 2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑ 任务二 从长二F遥运载火箭的返回舱认识氧化铝 NaAlO2（偏铝酸钠） 试管②中立即产生气泡； 试管①中一开始无气泡产生， 一段时间后，铝箔逐渐溶解，有气泡冒出； 将点燃的木条放在试管口，都有爆鸣声。 Al2O3是两性氧化物，既能与酸反应，又能与碱反应。 Al2O3 + 6H+ = 2Al3+ + 3H2O Al2O3 + 2OH- + 3H2O = 2[Al(OH)4]- 2Al + 2OH- + 6H2O = 2[Al(OH)4]- + 3H2↑ 任务二 从长二F遥运载火箭的返回舱认识氧化铝 Al，既能与酸反应，又能与碱反应。 生活小tip：铝制餐具不易用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性食品。 （四羟基合铝酸根） Al2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4] 2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑ (文瞻，2022) (杜蓉，2012) 任务三 从长二F遥运载火箭的推进剂认识铝 火箭升空,需要足够大的推动力,这也是通过化学反应提供能量的。 铝热反应 2Al + Fe2O3 = Al2O3 + 2Fe 高温 【用途】 焊接钢轨； 冶炼高熔点金属（如钒、铬、锰等）。 任务三 从长二F遥运载火箭的推进剂认识铝 铝土矿 Na[Al(OH)4]浆液 Na[Al(OH)4]溶液 赤泥 Al(OH)3 Al2O3 滤液 加过量碱处理 分离 通入 少量酸 或CO2 电解法炼铝 [Al(OH)4]- + H+ (少量) = Al(OH)3 ↓ + H2O [Al(OH)4]- + 4H+ (过量) = Al3+ + 4H2O 任务三 从长二F遥运载火箭的推进剂认识铝 2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O △ 2Al2O3（熔融） = 4Al + 3O2 电解 ↑ 为降低Al2O3的熔点，工业上加入 冰晶石（Na3AlF6）作助熔剂 铝土矿 Na[Al(OH)4]浆液 Na[Al(OH)4]溶液 赤泥 Al(OH)3 Al2O3 滤液 加过量碱处理 分离 通入 少量酸 或CO2 煅烧 电解法炼铝 任务三 从长二F遥运载火箭的推进剂认识铝 普通的铝制品表面都有一层氧化膜,对铝制品起到保护作用,防止其进一步氧化,能够经受一定程度的酸碱腐蚀。 新型合金 化学与职业之化学材料工程师 铝的故事告诉我们： 材料是科技进步的基石， 而化学，正是赋予材料“灵魂”的科学。 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $