3.2 金属材料（知识清单）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及化学计算知识体系。从合金的概念和性质出发，依次讲解铁合金（生铁、钢等）、铝及铝合金（铝的性质、氧化铝的两性）、新型合金（储氢合金等），最后落脚于化学方程式计算及守恒法、关系式法等解题技巧。 知识链路按“概念-性质-应用-计算”逻辑展开，结合实验现象与化学方程式分析物质性质（科学探究与实践），通过易错提醒和拓展内容强化理解，解题技巧体现科学思维中的证据推理，帮助学生建立“物质性质决定用途”的化学观念。

第三章 铁 金属材料 第二节 金属材料 一、铁合金 1.合金 (1)合金的概念 合金是指由两种或两种以上的 (或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。属于 物。 (2)合金的性质 合金具有许多优良的物理、化学或机械性能。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。 ①硬度：合金的硬度一般比其成分金属的硬度 。 ②熔点：合金的熔点一般比其成分金属的熔点 。 2.铁合金 (1)生铁 ①生铁的含碳量为2%～4.3%。 ②性能及用途： 生铁硬度大、抗压，性脆，可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料。 (2)钢 ①钢的含碳量为 。 ②钢有良好的延展性，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。 ③钢是用量最大，用途最广的合金，钢的分类如下： 合金钢具有：强度、 大，可塑性、韧性好， ， 的特殊性能。 (3)不锈钢 ①合金元素：不锈钢是最常见的一种合金钢，它的合金元素主要是 。 ②性能：大气中比较稳定，不容易生锈，具有很强的抗腐蚀能力。 ③用途：医疗器材、厨房用具和餐具、地铁列车的车体材质等。 (4)超级钢 ①合金元素：Mn、C、Al、V。 ②性能：强度很大，在应用时能够实现钢板的轻薄化。 ③用途：汽车、航空和航天等领域。 二、铝和铝合金 1.铝和铝合金 (1)铝是地壳中含量 的金属元素，是银白色金属，常温下就能与空气中的 发生反应，表面生成一层致密的 薄膜，保护内部金属，反应的化学方程式为 。 (2)铝合金 铝合金是目前用途广泛的合金之一，硬铝是在铝中添加了一定比例的 、Mg、Mn、Si，它的密度 ，强度 ，具有较强抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。 2.铝、氧化铝的性质 (1)铝、氧化铝的化学性质 ①与稀盐酸反应 实验操作 实验现象 铝片 ，有无色气泡冒出，将点燃的木条放在试管口有 化学方程式 Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O、2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ 对应的离子方程式 Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O、2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑ ②与NaOH溶液反应 实验1 实验2 实验 操作 实验 现象 试管①中一开始无气泡产生，一段时间后，铝片 ，产生气泡，将点燃的木条放在试管口，有 ②中铝片溶解，立即产生无色气泡，将点燃的木条放在试管口，有 化学 方程式 Al2O3＋2NaOH＋3H2O===2Na[Al(OH)4]、 2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ 2Al＋2NaOH＋6H2O=== 2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ 对应 的离子 方程式 Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－、 2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑ 2Al＋2OH－＋6H2O=== 2[Al(OH)4]－＋3H2↑ 结论 铝、氧化铝都能与NaOH溶液反应 (2)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等，其与强酸、强碱反应的离子方程式为 、Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－。 三、新型合金 1．储氢合金 （1）储氢方法 （2）含义 储氢合金是一类能够大量 ，并与H2结合成 的材料。 （3）要求：具有实用价值的储氢合金要求 ，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．其他新型合金 （1） 、 和 等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。 （2）喷气式飞机的发动机叶片是由镍、铁、碳和钴组成的 制造的，能承受1 100 ℃的高温。 （3）我国“蛟龙”号载人潜水器最关键的部件——供人活动的耐压球壳是由 制造的。 四、根据化学方程式的计算 1．以物质的量为中心的转化 2．化学方程式中化学计量数与相关物理量的关系 化学方程式 2CO　＋　O2　　2CO2 化学计量数 2　　∶　 　　∶　 扩大NA倍后 2NA　∶　 ∶　 物质的量 2 mol　∶　 　　∶　 标况下气体体积 44.8 L　∶　 　∶　 结论 (1)同一个化学方程式中各物质的化学计量数之比＝各物质的粒子数之比＝各物质的 之比。 (2)对于有气体参加的反应，在同温同压下各气体的化学计量数之比也等于其 之比 五、化学方程式计算中的常用解题技巧 方法一　守恒法 化学反应中的守恒关系有质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒等。 (1)质量守恒 ①宏观特征：反应前后质量相等。 ②微观特征：反应前后各元素的原子个数不变。 (2)得失电子守恒 在氧化还原反应中，氧化剂得电子总数等于还原剂失电子总数。即n(氧化剂)×氧化剂化学式中变价元素的原子个数×价差＝n(还原剂)×还原剂化学式中变价元素的原子个数×价差。 (3)电荷守恒 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，即溶液呈电中性。例如，在0.1 mol·L－1的K2SO4溶液中，c(K＋)＋c(H＋)＝2c(SO)＋c(OH－)。 方法二　关系式法 当已知物和未知物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”。 (1)根据化学方程式确定关系式 写出发生反应的化学方程式，根据量的关系写出关系式。 例如：把CO还原Fe2O3生成的CO2通入澄清的石灰水中，求生成沉淀的量。 发生反应的化学方程式：3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O。 则关系式为3CO～3CO2～3CaCO3，即CO～CaCO3。 (2)根据原子守恒确定关系式 上述例子中也可直接根据碳原子守恒得出CO～CaCO3。 (3)根据溶液呈电中性确定关系式 如Na2SO4溶液中存在关系式：2Na＋～SO。 易错提醒： 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。 拓展内容： 在常温下形成致密保护膜的金属，如铝、镁等金属；铁在高温下形成致密保护膜，俗称“烤蓝”；铁或铝遇到浓H2SO4或浓HNO3时，迅速反应生成致密氧化膜，称为钝化。 易错提醒： 根据化学方程式计算的注意事项 (1)书写格式规范化：各物理量、物质名称、公式等尽量用符号表示，且数据的运算要公式化并带单位。 (2)单位运用对应化：如果题目所给的两个量单位不一致，要注意两个量的单位要“上下一致，左右相当”。 (3)如果两种反应物的量都是已知的，求解某种产物的量时，必须先判断哪种物质过量，然后根据量不足的物质进行计算。 1．构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素。合金一定是混合物。 2．常温下，多数合金是固态，但钾、钠合金呈液态。 3．合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加和；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。 4．铝是活泼金属，但抗腐蚀性能强，原因是常温下Al与O2反应生成一层致密的氧化物薄膜而防止内部金属进一步被氧化。铝能与酸(H＋)反应，是属于活泼金属的通性；铝能与碱溶液反应，是铝表现出来的特殊性。 5．合金的形成条件 (1)金属与金属形成合金时：合金是金属在熔化状态时相互混合形成的，熔化时的温度需达到成分金属中熔点最高的金属的熔点，但又不能超出成分金属中沸点最低的金属的沸点。一种金属的熔点高于另一种金属的沸点时则不能形成合金。 (2)金属与非金属形成合金时：部分不活泼非金属与金属可形成合金，活泼非金属与活泼金属则不能形成合金。 6．铝与酸、碱反应生成氢气的量的关系 （1）等物质的量的Al分别与足量的非氧化性酸(H＋)和碱(OH－)反应，生成H2的物质的量之比为1︰1，消耗H＋和OH－的物质的量之比为3︰1。 （2）足量的Al分别与含等物质的量的H＋和OH－的溶液反应，生成H2的物质的量之比为1︰3。 （3）等质量的铝分别与等物质的量的强酸和强碱溶液反应，若两种反应产生H2的体积之比为<<1，则说明与酸反应时，Al过量、H＋不足；而与碱反应时，Al不足、OH－过量。 7．Al(OH)3具有两性，能溶于强酸(如盐酸)、强碱溶液(如NaOH溶液)，但不溶于弱酸溶液(如H2CO3溶液)、弱碱溶液(如氨水)。 8．既能与盐酸反应又能与NaOH溶液反应的物质有Al、Al2O3、Al(OH)3，多元弱酸的酸式盐(如NaHCO3、KHS、KHSO3、NaH2PO4等)及弱碱弱酸盐(如CH3COONH4等)。 9．用铝盐与碱液反应制取Al(OH)3时，采用弱碱溶液氨水而不用强碱溶液。 10．用偏铝酸盐与酸反应制取Al(OH)3时，一般是向偏铝酸盐溶液中通入CO2，而不使用强酸。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三章 铁 金属材料 第二节 金属材料 一、铁合金 1.合金 (1)合金的概念 合金是指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物质。属于混合物。 (2)合金的性质 合金具有许多优良的物理、化学或机械性能。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。 ①硬度：合金的硬度一般比其成分金属的硬度大。 ②熔点：合金的熔点一般比其成分金属的熔点低。 2.铁合金 (1)生铁 ①生铁的含碳量为2%～4.3%。 ②性能及用途： 生铁硬度大、抗压，性脆，可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料。 (2)钢 ①钢的含碳量为0.03%～2%。 ②钢有良好的延展性，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。 ③钢是用量最大，用途最广的合金，钢的分类如下： 合金钢具有：强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀的特殊性能。 (3)不锈钢 ①合金元素：不锈钢是最常见的一种合金钢，它的合金元素主要是铬和镍。 ②性能：大气中比较稳定，不容易生锈，具有很强的抗腐蚀能力。 ③用途：医疗器材、厨房用具和餐具、地铁列车的车体材质等。 (4)超级钢 ①合金元素：Mn、C、Al、V。 ②性能：强度很大，在应用时能够实现钢板的轻薄化。 ③用途：汽车、航空和航天等领域。 二、铝和铝合金 1.铝和铝合金 (1)铝是地壳中含量最多的金属元素，是银白色金属，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，保护内部金属，反应的化学方程式为4Al＋3O2===2Al2O3。 (2)铝合金 铝合金是目前用途广泛的合金之一，硬铝是在铝中添加了一定比例的Cu、Mg、Mn、Si，它的密度小，强度高，具有较强抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。 2.铝、氧化铝的性质 (1)铝、氧化铝的化学性质 ①与稀盐酸反应 实验操作 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 Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O、2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ 对应的离子方程式 Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O、2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑ ②与NaOH溶液反应 实验1 实验2 实验 操作 实验 现象 试管①中一开始无气泡产生，一段时间后，铝片溶解，产生气泡，将点燃的木条放在试管口，有爆鸣声 ②中铝片溶解，立即产生无色气泡，将点燃的木条放在试管口，有爆鸣声 化学 方程式 Al2O3＋2NaOH＋3H2O===2Na[Al(OH)4]、 2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ 2Al＋2NaOH＋6H2O=== 2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ 对应 的离子 方程式 Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－、 2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑ 2Al＋2OH－＋6H2O=== 2[Al(OH)4]－＋3H2↑ 结论 铝、氧化铝都能与NaOH溶液反应 (2)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等，其与强酸、强碱反应的离子方程式为Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O、Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－。 三、新型合金 1．储氢合金 （1）储氢方法 （2）含义 储氢合金是一类能够大量吸收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．其他新型合金 （1）钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。 （2）喷气式飞机的发动机叶片是由镍、铁、碳和钴组成的镍钴合金制造的，能承受1 100 ℃的高温。 （3）我国“蛟龙”号载人潜水器最关键的部件——供人活动的耐压球壳是由钛合金制造的。 四、根据化学方程式的计算 1．以物质的量为中心的转化 2．化学方程式中化学计量数与相关物理量的关系 化学方程式 2CO　＋　O2　　2CO2 化学计量数 2　　∶　　1　　∶　2 扩大NA倍后 2NA　∶　NA　　∶　2NA 物质的量 2 mol　∶　1__mol　　∶　2__mol 标况下气体体积 44.8 L　∶　22.4__L　∶　44.8__L 结论 (1)同一个化学方程式中各物质的化学计量数之比＝各物质的粒子数之比＝各物质的物质的量之比。 (2)对于有气体参加的反应，在同温同压下各气体的化学计量数之比也等于其体积之比 五、化学方程式计算中的常用解题技巧 方法一　守恒法 化学反应中的守恒关系有质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒等。 (1)质量守恒 ①宏观特征：反应前后质量相等。 ②微观特征：反应前后各元素的原子个数不变。 (2)得失电子守恒 在氧化还原反应中，氧化剂得电子总数等于还原剂失电子总数。即n(氧化剂)×氧化剂化学式中变价元素的原子个数×价差＝n(还原剂)×还原剂化学式中变价元素的原子个数×价差。 (3)电荷守恒 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，即溶液呈电中性。例如，在0.1 mol·L－1的K2SO4溶液中，c(K＋)＋c(H＋)＝2c(SO)＋c(OH－)。 方法二　关系式法 当已知物和未知物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”。 (1)根据化学方程式确定关系式 写出发生反应的化学方程式，根据量的关系写出关系式。 例如：把CO还原Fe2O3生成的CO2通入澄清的石灰水中，求生成沉淀的量。 发生反应的化学方程式：3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O。 则关系式为3CO～3CO2～3CaCO3，即CO～CaCO3。 (2)根据原子守恒确定关系式 上述例子中也可直接根据碳原子守恒得出CO～CaCO3。 (3)根据溶液呈电中性确定关系式 如Na2SO4溶液中存在关系式：2Na＋～SO。 易错提醒： 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。 拓展内容： 在常温下形成致密保护膜的金属，如铝、镁等金属；铁在高温下形成致密保护膜，俗称“烤蓝”；铁或铝遇到浓H2SO4或浓HNO3时，迅速反应生成致密氧化膜，称为钝化。 易错提醒： 根据化学方程式计算的注意事项 (1)书写格式规范化：各物理量、物质名称、公式等尽量用符号表示，且数据的运算要公式化并带单位。 (2)单位运用对应化：如果题目所给的两个量单位不一致，要注意两个量的单位要“上下一致，左右相当”。 (3)如果两种反应物的量都是已知的，求解某种产物的量时，必须先判断哪种物质过量，然后根据量不足的物质进行计算。 1．构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素。合金一定是混合物。 2．常温下，多数合金是固态，但钾、钠合金呈液态。 3．合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加和；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。 4．铝是活泼金属，但抗腐蚀性能强，原因是常温下Al与O2反应生成一层致密的氧化物薄膜而防止内部金属进一步被氧化。铝能与酸(H＋)反应，是属于活泼金属的通性；铝能与碱溶液反应，是铝表现出来的特殊性。 5．合金的形成条件 (1)金属与金属形成合金时：合金是金属在熔化状态时相互混合形成的，熔化时的温度需达到成分金属中熔点最高的金属的熔点，但又不能超出成分金属中沸点最低的金属的沸点。一种金属的熔点高于另一种金属的沸点时则不能形成合金。 (2)金属与非金属形成合金时：部分不活泼非金属与金属可形成合金，活泼非金属与活泼金属则不能形成合金。 6．铝与酸、碱反应生成氢气的量的关系 （1）等物质的量的Al分别与足量的非氧化性酸(H＋)和碱(OH－)反应，生成H2的物质的量之比为1︰1，消耗H＋和OH－的物质的量之比为3︰1。 （2）足量的Al分别与含等物质的量的H＋和OH－的溶液反应，生成H2的物质的量之比为1︰3。 （3）等质量的铝分别与等物质的量的强酸和强碱溶液反应，若两种反应产生H2的体积之比为<<1，则说明与酸反应时，Al过量、H＋不足；而与碱反应时，Al不足、OH－过量。 7．Al(OH)3具有两性，能溶于强酸(如盐酸)、强碱溶液(如NaOH溶液)，但不溶于弱酸溶液(如H2CO3溶液)、弱碱溶液(如氨水)。 8．既能与盐酸反应又能与NaOH溶液反应的物质有Al、Al2O3、Al(OH)3，多元弱酸的酸式盐(如NaHCO3、KHS、KHSO3、NaH2PO4等)及弱碱弱酸盐(如CH3COONH4等)。 9．用铝盐与碱液反应制取Al(OH)3时，采用弱碱溶液氨水而不用强碱溶液。 10．用偏铝酸盐与酸反应制取Al(OH)3时，一般是向偏铝酸盐溶液中通入CO2，而不使用强酸。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $