第三章 第二节 金属材料 知识清单-2026-2027学年高一上学期化学人教版必修第一册

该高中化学知识清单系统梳理了金属材料的核心知识体系。从合金的概念和性能出发，重点讲解铁合金的分类、铝及其化合物的性质与应用，延伸至新型合金、物质的量在化学计算中的应用及金属冶炼等拓展内容，构建从基础到应用的学习支架。 知识链路以“概念-性质-应用”为主线，通过表格对比、实验现象与原理结合等方式呈现。融入化学观念中物质结构决定性质的思想，运用科学思维的证据推理和模型建构方法，帮助学生建立完整的金属材料认知框架，提升分析和解决实际问题的能力。

必修一 第三章 第二节 金属材料 知识点总结 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 知识点一：铁合金 1、 合金 （1） 概念：合金是由一种金属跟其他一种或几种金属（或非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。 （2） 性能： ①合金的强度和硬度一般比组成它们的纯金属更高，抗腐蚀性能也更好； ②熔点比组成它们的纯金属一般都要低。合金的物理、化学性质、机械性能优于各成分金属。 说明： ①合金中一定含有金属元素； ②合金中可能含有非金属元素； ③合金一定是混合物； ④合金同样具有金属的共性。 2、 铁合金 （1） 钢 钢是世界上最常见的、用量最大的合金。根据其化学成分，可分为两大类：碳素钢和合金钢。 钢 碳素钢 合金钢 低碳钢 中碳钢 高碳钢 组成关系 Fe、C Cr、Mn、W、Ni、Mo、Co、Si 含碳量 0.03%—0.3% 0.3%—0.6% 0.6%—2% 性能 韧性、焊接性好，但强度低 强度高，韧性及加工性好 硬而脆，热处理后弹性好 各种不同的优良性能 用途 制钢板、钢丝、钢管 制钢轨、车轮和建材 制器械、弹簧、刀具 制不锈钢及各种特种钢 注意：含碳量2%—4.3%的铁碳合金称生铁。与钢相比，生铁硬而脆，但耐压耐磨。 拓展：为了防锈又在合金中加入铬和镍，这种钢称为不锈钢。不锈钢通常是指含铬量在12—30%的合金钢。不锈钢外观呈灰色或银白色。结构紧密，不易氧化生成氧化铁，故有不锈钢之称。不锈钢是能抵抗酸、碱、盐等腐蚀作用的合金钢的总称。在合金中以铬为主，有的还加入镍、钼、钛等元素，以提高抗腐蚀性能。常见的铬不锈钢其含铬量在12%以上，镍铬不锈钢含铬为18%，含镍为8%，镍铬不锈钢的抗腐蚀性能较铬不锈钢更好。 知识点二：铝和铝合金 1、铝与氧气的反应 （1）实验 实验操作 药品处理 实验现象 实验原理 选择空气中久置的铝箔 铝箔熔化，失去光泽，熔化的铝不滴落 铝表面的氧化膜Al2O3熔点很高（比铝高），包在铝的外面，使液态铝不能滴落 选择用砂纸打磨的铝箔 铝箔熔化，失去光泽，熔化的铝不滴落 发生反应4Al＋3O22Al2O3，生成的Al2O3包在铝的外面，使液态铝不能滴落 取铝箔固定在坩埚钳上，另一端裹一根火柴，点燃火柴，待火柴快燃尽时，立即把铝箔伸入氧气 铝箔剧烈燃烧发出耀眼的白光，瓶内充满大量白烟 4Al+3O22Al2O3，因为反应剧烈，生成的氧化铝不能形成致密的氧化膜 结论： 铝为活泼金属，常温下即与空气中的氧气反应，加热时在氧气中剧烈燃烧 （2）除了与氧气反应外，铝还能与S、Cl2在一定条件发生反应 2Al＋3SAl2S3 2Al+3Cl22AlCl3 注意：1、在空气中放置的镁、铝都能在其表面生成致密的氧化膜，保护内层金属。 2、浓硫酸、浓硝酸有强氧化性，使铝、铁表面生成致密的氧化膜，阻止反应继续进行，这叫钝化。 2、铝与酸碱溶液的反应对比 实验操作 ( 氢氧化钠溶液 ) 实验现象 试管中产生气泡，铝片逐渐溶解；点燃的木条放在试管口时发出爆鸣声 试管中产生气泡，铝片逐渐溶解；点燃的木条放在试管口时发出爆鸣声 化学方程式和离子方程式 2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑ 2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑ 2Al＋2NaOH＋6H2O=2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ 2Al＋2OH－＋6H2O=2[Al(OH)4]－＋3H2↑ 1、 3、使用铝制品的注意事项 铝既可以和酸发生反应，又可以和碱发生反应，因此铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性、碱性食物。铝在冷的浓H2SO4、浓HNO3中也可以形成致密的氧化膜而钝化，钝化后的铝不与冷的浓H2SO4、浓HNO3反应。 4、氧化铝 （1） 物理性质及用途 氧化铝难溶于水，熔点高，是冶炼铝的原料，也是较好的耐火材料。用氧化铝可以制造耐火坩埚、耐火管和耐高温的实验仪器等。 （2） 化学性质 ①与酸反应:Al2O3＋6HCl=2AlCl3＋3H2O Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O ②与碱反应:Al2O3＋2NaOH＋3H2O=2Na[Al(OH)4] Al2O3＋2OH－＋3H2O=2[Al(OH)4]－ （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，如Al2O3。 5、氢氧化铝 （1）Al(OH)3的两性 Al(OH)3是典型的两性氢氧化物，它既能和酸反应，又能和碱反应，结果都生成盐和水，这里用的酸、碱是较强的酸、碱，比较弱的酸、碱不能与氢氧化铝反应。 ①与强酸反应生成铝盐： Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2O ②与强碱反应生成四羟基合铝酸盐： Al(OH)3＋OH－=[Al(OH)4]－ （2） 氢氧化铝的稳定性 氢氧化铝不稳定，受热分解： 2Al(OH)3 Al2O3＋3H2O （3） Al(OH)3的制备 ①可以用铝盐与强碱反应：Al3+＋3OH-=Al(OH)3↓，但强碱过量时，又发生下列反应：Al(OH)3＋OH－= [Al(OH)4]－，所以一般不用强碱。由于Al(OH)3不溶于弱碱氨水，故常用氨水来制Al(OH)3：Al3＋＋3NH3· H2O = Al(OH)3↓＋3NH4＋。 ②也可以用四羟基合铝酸盐与强酸反应来制取：[Al(OH)4]－＋H＋=Al(OH)3↓＋H2O，但强酸过量时，有发生下列反应：Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2O，所以一般不用强酸。由于Al(OH)3不溶于弱酸，一般向四羟基合铝酸盐溶液中通二CO2的方法来制取Al(OH)3，当CO2适量或不足时发生：2[Al(OH)4]－＋CO2=2Al(OH)3↓＋CO32－＋H2O，当CO2过量时发生：[Al(OH)4]－＋CO2=Al(OH)3↓＋HCO3－ ③工业上用铝盐与四羟基合铝酸盐反应来制取氢氧化铝：Al3＋＋3[Al(OH)4]－=4Al(OH)3↓。 6、明矾[KAl(SO4)2·12H2O] （1）在水中的电离 KAl(SO4)2·12H2O=K++Al3++2SO42-+12H2O 应用：明矾常用作净水剂。 知识点三：新型合金 1、 金属材料的分类 （1） 按组成，分为纯金属和合金。 （2） 按颜色，分为黑色金属和有色金属。 ①黑色金属，包括Fe、Cr、Mn及其它们的合金； ②有色金属，除Fe、Cr、Mn及其合金以外的金属都称为有色金属。 （3） 按密度，分为轻金属（Na、K、Mg、Al等，密度小于4.5g/cm3）和重金属（Cu、Ba、Pb等，密度大于4.5g/cm3）. （4） 按地壳中含量，分常见金属（如Fe、Al、Cu）和稀有金属（如钨、钛、稀土金属等）。 2、 金属材料的正确选用 选择材料时，常常要考虑以下几个方面：主要用途、外观、物理性质（密度、硬度、强度、导电性、导热性）、化学性质（对水的作用，耐腐蚀性）、价格、加工难度、日常维护和对环境的影响等。 金属材料的分类、性质和用途 金属材料可分为两大类：钢铁和非铁金属（或有色金属） 在Fe—C合金中，有目的地加入各种适量的合金元素，来提高钢铁的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性等性能。常用的合金元素有Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、B等，形成了形形色色的合金生铁或合金钢。非铁合金大体可分为：轻合金（铝合金、钛合金、镁合金、铍合金等）、重有色合金（铜合金、锌合金、锰合金、镍合金等）、低熔点合金（铅、锡、镉、铋、铟、镓、汞及其合金）、难熔合金（钨合金、钼合金、铌合金、钽合金等）、贵金属（金、银、铂、钯等）和稀土金属等。其中应用最广的是铝合金。 不同金属在密度、硬度、熔点、沸点等方面差别很大，但多数金属有许多共同的物理性质，如有金属光泽、有延展性、能导电、导热等。金属元素原子的共同的化学性质是容易失去最外层电子，变成金属阳离子，表现出还原性，即：M-ne-→Mn+。 随着现代科学技术的发展，各种新型金属材料层出不穷。 3、其他合金 名称 组成 主要性质 主要用途 铝合金 含有10%—30%的镁 硬度和强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% 硬度和强度都比纯铝和纯镁大 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 用于飞机、宇航、化学工业 金合金 加入银、铜、稀土元素等 有光泽、易加工、耐磨耐腐蚀 金饰品、电子元件、钱币、笔尖 3、 4、 金属的回收和资源保护 地球上的金属矿产资源是有限的，而且是不能再生的，随着人们的不断开发利用，矿产资源将会日渐减少，地壳上金属矿产资源的存量与人类需求的矛盾日益突出。 金属制品在使用过程中会被腐蚀或损坏，同时由于生产的发展，新的产品要不断替代旧的产品，因而每年就有大量废旧金属产生，废旧金属是一种固体废弃物，会污染环境。把废旧金属作为一种资源，加以回收利用，这样做，既防止污染环境，又缓解了资源短缺的矛盾。 知识点五：物质的量在化学方程式计算中的应用 1、 化学方程式的意义 不仅表明反应物、生成物，还表示出各物质之间量的关系。如： N2＋3H22NH3 计量数之比 1 ：3 ： 2 物质的量之比 1 ：3 ： 2 气体体积之比 1 ：3 ： 2 分子数之比 1 ：3 ： 2 质量之比 28 ：6 ： 34 2、 根据化学方程式进行计算应注意的问题 （1） 任何一种反应物，只有实际参加反应的纯物质的量才能根据化学方程式计算，过量部分不参与方程式计算。 （2） 列比例式时要符合“左右量相当，上下单位同”的原则。 3、化学计算中常用的方法 （1） 关系式法 当已知量和未知量之间是靠多个反应来联系时，只需直接确定已知量和未知量之间的比例关系，即“关系式”。例：把CO还原Fe2O3生成的CO2通入到澄清石灰水中，求生成沉淀的量，根据方程式可知： Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 3 3 Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O 3 3 CO——CO2——CaCO3 1 1 1 （2） 守恒法 ①质量守恒 a.宏观特征：反应前后的质量守恒；（初中大量使用的方法） b.微观特征：反应前后元素的原子个数守恒。 例：上面的题用守恒法也可以解答。 根据C原子守恒，可以得到下面的关系式： CO——CaCO3 ②得失电子守恒 氧化还原反应中，氧化剂得电子数等于还原剂失电子数。例，稀硝酸与铜反应在不知道方程式的情况下可利用电子守恒来解题：若Cu为3 mol，求生成NO的物质的量。 失电子（Cu→Cu2+）：3 mol×2 得电子（HNO3→NO）：x mol×3 解得x=2 mol 即生成NO 2 mol。 ③电荷守恒 a. 电解质溶液中，阴离子所带负电荷总数等于阳离子所带正电荷总数；例，在CuSO4、K2SO4的混合溶液中c(Cu2+)=2 mol/L，c(SO42-)=3 mol/L，求K+浓度： CuSO4中SO42-浓度为：c(SO42-)1=c(Cu2+)=2 mol/L 则K2SO4中SO42-浓度为： c(SO42-)2=3 mol/L-2 mol/L=1 mol/L c(K+)=2c(SO42-)2=2×1 mol/L=2 mol/L b. 离子方程式中，反应物所带电荷总数与生成物所带电荷总数相等且电性相同。例，在方程式配平中 Fe3++Cu=Fe2++Cu2+，反应前为3单位正电荷，反应后为4单位正电荷，故给Fe均配2，2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+ （3） 差量法 根据化学反应前后的有关物理量发生的变化，找出“理论差量”，如反应前后的质量差、物质的量差、气体体积差等。该差量的大小与反应物质的有关量成正比。 如，把铁插入CuSO4溶液后，过一段时间取出，铁棒质量增加了4g，据此可求出参加反应的Fe的质量。 Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu m（质量变化） 56 64 64-56=8 m（Fe）=28g 4g 拓展应用 拓展一：金属与水反应的一般规律 1、活泼金属如K、Ca、Na可与冷水迅速剧烈反应（放热反应）生成H2。2K+2H2O=2KOH+H2↑ 2、Mg与冷水反应缓慢，但加热水后（或沸水），Mg与水的反应加快。Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑ Al在沸水条件下反应缓慢。 3、高温下，Zn、Fe、Sn、Pb和水蒸气可以反应生成金属氧化物和H2。Zn＋H2O(g)ZnO＋H2 4、 Cu、Hg、Ag、Pt、Au不与水作用 注意：金属与水、酸、碱反应生成H2的量有如下关系：，M代表某种金属，n代表金属的化合价。即1mol金属与水、酸或碱反应产生mol的H2。 拓展二：铜合金 纯铜呈紫红色，又称为紫铜，有极好的导热、导电性，其导电性仅次于银而居第二位。铜具有优良的化学稳定性和耐腐蚀性，是优良的金属材料。工业中广泛使用的铜合金有青铜、黄铜、白铜几种： 铜合金 青铜 黄铜 白铜 注要 成分 铜、锡、铅 铜、锌、锡、铅、铝 铜、镍、锌、锰 性能 良好的强度和塑性、耐磨、耐腐蚀 良好的强度和塑性、已加工、耐腐蚀 不容易产生铜绿 用途 制机器零件如轴承、齿轮 制机器零件、仪表和日用品 制造精密仪器和装饰品 说明：青铜是人类历史上最早使用的合金。 拓展三：金属的冶炼 1、冶金的本质：金属离子得电子生成单质 2、冶金步骤：（1）富集；（2）冶炼；（3）精炼。 3、 冶金的方法：据金属离子得电子的能力大小，采用不同的冶炼方法。 （1） 热分解法：适用于冶炼金属活动性较差的金属，如汞和银。 2HgO2Hg+O2↑ 2Ag2O4Ag+O2↑ （2） 热还原法：用还原剂（C、CO、H2、Al等）还原金属氧化物，适用于金属活动性介于Zn-Cu之间的大多数金属的冶炼。如： 2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑ 2CuO+C2Cu+CO2↑ WO3+3H2W+3H2O Cr2O3+2Al 2Cr+Al2O3 （即通常所说的铝热反应） 铝热反应是热还原法中的一种，它是以铝为还原剂，来冶炼金属活动性顺序表中Al之后的金属。因为Al的成本较高，所以一般不用此法，只是当金属熔点高时，还原成金属因没熔化而不能与矿渣脱离，此时，就用上了铝热法：Al反应时放出大量热，使金属熔化，流出冶炼炉，从而得到金属。 （3） 电解法：适用于冶炼很活泼的金属。 2NaCl（熔融） 2Na+Cl2↑ 2Al2O3（熔融） 4Al+3O2↑ 注意：（1）金、铂等极不活泼的金属在自然界中以游离态存在，人们可以通过物理方法，如淘金的方 法直接得到。 （2）越不活泼的金属被使用的越早。 （3）工业上冶炼金属常用的还原剂有C、CO、H2、活泼金属单质等。 （4）工业规模的冶铁方法是用上面的热还原法，制备少量的铁通常采用铝热反应： Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3。该反应放出大量的热，有红热状态的熔融液态铁生成，铝热反应因此得名，应用：焊接钢轨等。 拓展四：金属的分类和性质 1、金属的分类 （1）在冶金工业上，金属通常可分为黑色金属和有色金属两大类，黑色金属包括铁、铬、锰以及它们的合金，有色金属是指除去铁、铬、锰及其合金之外的金属。 注意：“黑色金属”的命名是因为Fe、Cr、Mn主要氧化物是黑色，金属单质本身并非黑色。 （2）金属按其密度可分为轻金属和重金属。 （3）按其储量又可分为常见金属和稀有金属。 2、金属的物理通性 不同金属在密度、硬度、熔点、沸点等方面差别很大，但多数金属有许多共同的物理性质，如有金属光泽、有延性和展性、能导电、导热等。 3、金属的化学通性 金属元素原子的共同的化学性质是容易失去最外层电子，变成金属阳离子，变现出还原性，即：M-ne-→Mn+。金属的还原性强弱与它们的结构有关，与金属活动性顺序大致相同。金属的化学性质具体表现在一下几个方面： （1）与非金属反应：如与O2、Cl2、Br2、I2、N2等； （2）与水反应：较活泼的金属可与水反应，如K、Ca、Na等； （3）与酸反应：排在氢前面的金属可将氢从酸溶液中置换出来（浓H2SO4、HNO3等氧化性酸除外）； （4）与盐反应：排在前面的金属可将后面的金属从它们的盐溶液中置换出来； （5）与碱反应：金属铝与NaOH溶液反应。 拓展五：“铝线规律”拓展应用 Al(OH)3有两性，既溶于强酸（H+）生成盐（Al3+），又溶于强碱（OH-）生成四羟基合铝酸盐（[Al(OH)4]－），将铝的化合物转化关系中最常见的5种粒子，按pH由小到大列出线型关系：H+…Al3+…Al(OH)3…[Al(OH)4]－…OH-，称为铝线。 “铝线”上的粒子间的反应规律称为“铝线规律”，口诀：相邻不反应，相间能反应，越远越反应，产物中间定。 1、 用于判断粒子间能否大量共存 例如，H+和Al3+、OH-和[Al(OH)4]－能大量共存；而Al3+和OH-、H+和[Al(OH)4]－不能大量共存。 2、用于判断粒子间反应的生成物 例如，H+和Al(OH)3反应生成Al3+、Al3+和[Al(OH)4]－反应生成Al(OH)3，OH-和Al(OH)3反应生成[Al(OH)4]－等。 若处于两个粒子中间的粒子不是一个，而是有两个时该规律仍能成立。例如，H+与[Al(OH)4]－反应，生成Al3+或Al(OH)3或含Al3+和Al(OH)3二者的混合物，Al3+与OH-反应生成Al(OH)3或[Al(OH)4]－或含Al(OH)3和[Al(OH)4]－二者的混合物。 3、 用于判断粒子间反应的先后顺序 如向含Al(OH)3和[Al(OH)4]－的混合物加入H+，与H+先反应的是[Al(OH)4]－，所以沉淀量先增大，后减小；向含Al3+和Al(OH)3的混合物中加入OH-，与OH-先反应的是Al3+，沉淀量依然先增大，后减小。 4、 用于判断互滴实验的现象及产物 （1） 向氯化铝溶液中逐滴加氢氧化钠溶液。反应开始时氯化铝溶液过量，开始时产物从“铝线”分析应靠近Al3+，因此为Al(OH)3，之后才会产生[Al(OH)4]－，现象为开始就产生沉淀，后沉淀溶解。用下列关系表示： 滴加方向 H+…Al3+…Al(OH)3…[Al(OH)4]－…OH- 产物顺序 （2） 向氢氧化钠溶液中逐滴加氯化铝溶液。反应开始时氢氧化钠溶液过量，开始时产物从“铝线”分析应靠近OH-，因此为[Al(OH)4]－，之后才会产生Al(OH)3，现象为先无沉淀，后有沉淀。用下列关系表示： 滴加方向 H+…Al3+…Al(OH)3…[Al(OH)4]－…OH- 产物顺序 （3）向盐酸中逐滴加四羟基合铝酸钠溶液。反应开始时盐酸过量，开始时产物从“铝线”分析应靠近H+，因此为Al3+，之后才会产生Al(OH)3，现象为先无沉淀，后有沉淀。用下列关系表示： 滴加方向 H+…Al3+…Al(OH)3…[Al(OH)4]－…OH- 产物顺序 （4）向四羟基合铝酸钠溶液中逐滴加盐酸。反应开始时四羟基合铝酸盐钠溶液过量，开始时产物从“铝线”分析应靠近[Al(OH)4]－，因此为Al(OH)3，之后才会产生Al3+，现象为开始就产生沉淀，后沉淀溶解。用下列关系表示： 滴加方向 H+…Al3+…Al(OH)3…[Al(OH)4]－…OH- 产物顺序 注：上面4组实验“铝线”都体现了“同向性”（箭号方向符合顺时针或逆时针）规律。 学科网（北京）股份有限公司 $