第3章 第2节 金属材料 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金属材料（合金、铝及其化合物）和物质的量计算展开，通过华夏文明史情境引入金属材料发展史，类比钠、铁的研究思路建构铝及其化合物的学习框架，形成从宏观性质到微观结构的知识脉络。 其亮点在于融合科学探究与实践，通过铝箔加热实验、Al(OH)3沉淀图像分析等培养科学思维，结合储氢合金、钛合金等应用体现科学态度与责任。采用实验探究与问题驱动教学，帮助学生提升探究能力和思维品质，为教师提供丰富的教学资源和实践案例。

金属材料 情境引入 中华人民共和国 人类文明发展史 金属材料发展史 PART 01 合金 公元前3600年 青铜时代 我国青铜的冶炼历史悠久，青铜即铜锡合金，其冶炼温度较低，制作器具的成型性好，是人类最早大规模利用的金属材料 合金的组成及性质 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,但又不能高于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。 合金的形成条件 1、什么是合金？ 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物质。 合金中一定含有金属元素,可能含有非金属元素；合金是混合物。 并非简单混合而成，若溶沸点相差大则不能熔合成合金。 具有金属光泽、良好的导电性、导热性、和延展性。 合金与纯金属相比较，性质有哪些改变？ 纯铜与黄铜硬度比较 黄铜硬度大于纯铜 原因是什么呢？ 一般来说，合金的硬度大于各成分金属 合金内加入其他元素的原子大小不一，排列不规整，使原子之间的相互作用力降低，熔点降低。 合金的组成及性质 2、合金的性质 硬度大、熔点低、密度小、耐磨、耐腐蚀等。 合金的硬度一般比组成它的纯金属大。 多数合金的熔点低于组成它的成分金属。 合金的化学性质与组成合金的各成分金属的化学性质相似 注意：导电性和导热性低于任一组分金属 合金在工业上的用途比纯金属更广、更重要。 使用不同的原料，改变原料的配比或改变生成合金的条件，都可以得到不同性能的合金。 (1)____ 和___是含碳量不同的两种铁碳合金。 (2)生铁的含碳量比钢的___。生铁的含碳量为2%~4.3%，钢的含碳量为0.03%~2%。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; 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)___ 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，碳素钢可分为高碳钢、中碳钢和低碳钢。 生铁 钢 高 钢 根据视频分析生铁和钢的含碳量与性能的关系 铝合金 1.成分金属 铝合金中，除铝外，主要合金元素有Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等。 2.主要特性 总体来说，铝合金密度小、强度高、塑性好、导电性和导热性强，具有优良的抗腐蚀性。 3.硬铝 硬铝 成分元素 优良性能 主要用途 含Cu 4%、Mg 0.5%、Si 0.7%、Mn 0.5% 制造飞机和宇宙飞船的理想材料 密度小、强度高、具有较强的抗腐蚀能力 密度越小越好 硬度越大越好 新型合金 1.储氢合金 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 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，如Ti-Fe合金和La-Ni合金等。 意义 储存氢气时，比将氢气压缩成液态更便于储存，且便于运输，安全性好 新型合金 2.钛合金 钛合金：指的是多种用钛与其他金属制成的合金金属。 强度高、耐蚀性好、耐热性高 钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。医用钛合金可用作植入人体的植入物。 新型合金 3.形状记忆合金 通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应的由两种以上金属元素所构成的材料。 迄今为止，人们发现具有形状记忆效应的合金有50多种。 人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作。发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开，恢复抛物面形状。 稀土金属 又称稀土元素，是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称。稀土一般是以氧化物状态分离出来，又很稀少，因而得名稀土。主要用于冶金、石油化工、玻璃陶瓷、荧光和电子材料等工业 牛刀小试 1.合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，广泛应用于交通工具、航空航天等领域。下列有关合金的说法不正确的是（ ）A．硬铝可用于制造飞机的外壳 B．钛合金可用于制造“蛟龙”号的耐压球壳C．不锈钢可用于制造地铁列车的车体 D．钠钾合金可用于制造飞机的发动机叶片 D 2．我国“蛟龙”号载人潜水器的外壳是耐超高压的钛合金，下面有关合金的说法正确的是(　 ) A．钛合金是一种新型金属单质 B．钛合金熔点比钛金属高 C．钛合金的硬度与钛单质相同 D．青铜、合金钢和硬铝都是合金 D 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．储氢合金是一类能够大量吸收氢气，并与氢气结合成金属氢化物 的新型合金材料 B．储氢合金具有储氢量大、能耗低、使用方便的特点 C．储氢合金具有很强的捕捉氢的能力，氢分子在合金中先分解成单个 的原子，氢原子进入合金原子的缝隙中，并与合金生成金属氢化物 D．储氢合金形成的金属氢化物性质稳定，在高温条件下也不易分解 D PART 02 铝及其化合物 金属及其化合物的研究思路 活动：类比钠、铁及其化合物的研究思路，建构铝及其化合物的研究思路 Na Na2O Na2O2 NaOH Na2CO3 NaHCO3 NaCl 物质类别 金属单质 金属氧化物 碱 盐 Fe FeO Fe2O3 Fe3O4 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Fe2+ Fe3+ Al Al2O3 Al(OH)3 Al3+ 4. 用途：① 纯铝用作导线；②铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。 2．结构：铝的原子结构示意图为 3. 物理性质：有银白色金属光泽的固体，有良好的延展性、导电性和传热性等，密度较小，质地柔软。 1. 存在：铝是地壳中含量最多的金属元素，自然界中的铝全部以化合态存在。 铝的单质 （1）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，化学方程式为 ② 点燃：铝在氧气中点燃，放出大量的热和耀眼的白光，化学方程式为 铝的单质 4Al＋3O2===2Al2O3 4Al＋3O2===2Al2O3 点燃 化学性质 （2）铝与（非氧化性）酸的反应 2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑ 2Al＋6H+=2Al3+＋3H2↑ 思考：铝制餐具为何不宜用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性食品？ 铝和稀盐酸的反应 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 铝的单质 化学性质 （3）铝与碱反应 现象：试管①中一开始无气泡产生，一段时间后，铝片溶解；有无色气泡冒出，试管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，都有爆鸣声 2Al＋2NaOH＋6H2O = 2Na[Al (OH)4 ] + 3H2↑ 铝和氢氧化钠溶液的反应 2Al＋2OH-＋6H2O = 2[Al (OH)4 ]- + 3H2↑ 铝的单质 化学性质 （4）铝与部分 盐的反应 2Al+3CuSO4 Al2(SO4)3+3Cu （5）铝与某些金属氧化物的反应—铝热反应 现象:剧烈反应，放出大量的热，耀眼光芒。 纸漏斗烧穿，有熔融物落入沙中。 2Al +3Hg(NO3)2 2Al(NO3)3 +3Hg 毛刷实验 铝的单质 化学性质 Al2O3＋6HCl = 2AlCl3＋3H2O 1. 物理性质：白色固体，难溶于水，有很高的熔点 2055℃ Al2O3 常作耐火材料 冶炼金属铝的原料 (耐火坩埚、耐火管 耐高温的实验仪器等) 氧化铝坩埚 2. 化学性质 思考：为什么铝片和酸、碱反应刚开始没有气泡产生，后产生气泡了呢？ 铝片表面存在致密氧化膜（氧化铝），铝氧化铝均可以与酸碱反应 两性氧化物 Al2O3＋2NaOH＋3H2O ===2Na[Al (OH)4 ] 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。 铝的氧化物 氧化铝坩埚不能用来熔融 NaOH等碱性固体 【知识扩展】（三）两性氢氧化物—氢氧化铝(Al(OH)3) 密度：2.40g/cm3 熔点：300℃ 外观：白色非晶形的粉末 1、Al(OH)3不稳定，受热易分解 2、可与强酸反应 3、可与强碱反应 2Al(OH)3 Al2O3＋3H2O Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2O Al(OH)3＋OH－=[Al(OH)4]－ 【解决问题】 铝制餐具不易用来蒸煮或长时间存放酸性或碱性物质，为什么？ 物理性质：白色胶状物质，不溶于水，有强的吸附性，能凝聚水中的悬浮物，并能吸附色素。 作用：净水（能凝聚水中的悬浮物，并吸附色素）； 胃酸中和剂。 铝及其化合物转化关系总结 Al2O3 Al Al(OH)3 Na[Al(OH)4] AlCl3 熔融电解 △ O2 NaOH NaOH NaOH 过量HCl 过量NaOH HCl HCl HCl NH3·H2O(或NaHCO3) 过量CO2(或NaHCO3) Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑ [Al(OH)4]-+HCO3-=Al(OH)3↓+CO32-+H2O Al3++3[Al(OH)4]-=4Al(OH)3↓ 有关Al(OH)3沉淀图像： 图像 4H++[Al(OH)4]-=Al3++4H2O Al3++3[Al(OH)4]-=4Al(OH)3↓ [Al(OH)4]+H+=Al(OH)3↓ +H2O Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O 4OH-+Al3+=[Al(OH)4]- 3[Al(OH)4]-+Al3+=4Al(OH)3↓ Al3++3OH-=Al(OH)3↓ Al(OH)3+OH-=[Al(OH)4]-+ 2H2O 反应 先无沉淀，后有沉淀且不消失， 先有白色絮状沉淀，过量沉淀消失。 先无沉淀，后有沉淀且不消失， 先产生白色絮状沉淀，然后沉淀消失 现象 将Na[Al(OH)4]逐滴滴入盐酸中至过量 将盐酸逐滴滴入Na[Al(OH)4]至过量 将AlCl3逐滴滴入到NaOH中至过量 将NaOH逐滴滴入AlCl3中至过量 实验 Al(OH)3 Al3+ H+ Al(OH)3 [Al(OH)4]- Al(OH)3 OH- Al(OH)3 【课外阅读1】刚玉——氧化铝的天然产物 红宝石即红刚玉，是铬（主要为Cr2O3）含量≥0.1%的刚玉，主要成分是氧化铝（Al2O3），一般呈红色故得名。 蓝宝石是除红宝石之外的刚玉宝石的通称，主要成分是氧化铝（Al2O3）。蓝宝石可以有粉红、黄、绿、白等颜色，甚至在同一颗石有多种颜色，其中蓝色的蓝宝石是由于其中混有少量钛（Ti）和铁（Fe）杂质所致 【课外阅读2】铝与人体健康 世界卫生组织提出人体每天的摄铝量不应超过每千克体重1毫克，一般情况下，一个人每天摄取的铝量绝不会超过这个量，但是，经常喝铝盐净化过的水，吃含铝盐的食物，如油条、粉丝、凉粉、油饼、易拉罐装的软饮料等，或是经常食用铝制炊具炒出的饭莱，都会使人的摄铝量增加，从而影响脑细胞功能，导致记忆力下降，思维能力迟钝。 1、为什么铝制餐具不适宜用来蒸煮或长时间盛放酸性、碱性食物？ 提示：由于铝和氧化铝能跟酸、碱反应，因此铝制餐具不宜用来蒸煮或长期存放酸性、碱性食物。 【交流研讨，合作解惑】 2、若要除去铁粉中的少量铝粉,可采用什么方法? 提示：在混合物中加过量NaOH溶液，铝和碱反应溶解，过滤得铁。 3.将两小块质量相等的金属钠,一块放入水中,另一块用铝箔包住,在铝箔上刺些小孔,再放入水中,试分析两者放出的氢气的量是否相等。 提示：不相等。因为用铝箔(刺有小孔)包住的金属钠放入水中时,钠先与水反应,产生的氢气与直接把钠投入水中所产生的氢气的量相同,但生成的氢氧化钠溶液会与铝箔反应产生氢气,故后者产生的氢气总量大于前者。 3.向MgSO4和Al2(SO4)3的混合溶液中，逐滴加入NaOH溶液。下列图像中，能正确表示上述反应的是(横坐标表示加入NaOH溶液的体积，纵坐标表示反应生成沉淀的质量) 2.用打磨后的铝箔包裹着2.3 g金属钠，用针扎若干小孔，然后投入足量水中，理论上可以收集到氢气的物质的量为A．0.05 mol B．0.2 molC．大于0.05 mol小于或等于0.2 mol D．无法判断 1.相同质量的两份铝，分别放入足量的盐酸和氢氧化钠溶液中，放出的氢气在同温同压下体积之比为A．1：1 B．1：2 C．1：3 D．2：1 牛刀小试 A C A 小结 PART 03 物质的量在化学方程式计算中的应用 课程导入 微粒数(N) 物质的量(n) 质量（m） n＝ N=n·NA m=n·M n＝ 体积(V) n＝ V=n·Vm 物质的量浓度(c) c＝ n=c·V 请同学们回忆前面学过的知识，填出下列各物理量之间的转化关系 物质的量在化学计算中的应用 物质是由原子、分子、离子等粒子构成的，物质之间的化学反应也是这些粒子按一定的数目关系进行的。化学方程式中的化学计量数可以明确表示出化学反应中粒子之间的数目关系。例如： 2Na ＋ 2H2O === 2NaOH ＋ H2↑ 化学计量数之比： 2 ： 2 2 ： 1 ： 扩大NA倍： 2NA ： ： NA ： 2NA 2NA 物质的量之比： 2mol ： ： 1mol ： 2mol 2mol 　 结论 (1)同一个化学方程式中各物质的化学计量数之比等于其物质的量之比。 (2)对于气体，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。 物质的量在化学计算中的应用 物质的量应用于化学方程式计算的基本步骤 设未知量，统一规定符号，如物质的量（n） 写方程：写出反应的化学方程式或离子方程式，注意配平 落系数：找出已知量与未知量的关系，并写在对应物质的正下方 成比例：列比例式，求解 算结果：检查无误后，写出简明答案 物质的量在化学计算中的应用 【例题】5.4 g铝与足量NaOH溶液反应生成的氢气在标准状况下的体积是多少？ 设生成标准状况下氢气的物质的量为n(H2) 设未知量 2NaOH＋6H2O＋2Al===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ 写方程式 落系数 2 3 n(Al)=0.2mol 成比例 算结果 n(H2) 物质的量在化学计算中的应用 注意事项 设未知量时不带单位，已知量和未知量单位统一； 化学方程式书写正确。要注意配平、化学方程式的完整 相对分子质量要计算正确 已知量和未知量的位置要写对，计算过程中尽量带单位运算 解题步骤规范，过程完整。 化学计算中的常用方法 方法一：关系式法——解答连续反应类型计算题的捷径 当已知量和未知量之间是靠多个反应来联系时，只需要确定已知量和未知量之间的比例关系，即“关系式”。 根据化学方程式确定关系式 根据原子守恒确定关系式 【例题】把一定量的CO还原Fe2O3生成的CO2通入到澄清石灰水中，得到10g沉淀，那么参加反应的CO的质量是 g。 (1)根据化学方程式确定关系 CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O 3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2 则关系式为3CO~3CO2~3CaCO3，即CO~CaCO3 (2)利用关系式进行计算 CO ~ CaCO3 28 100 m(CO） 10g 则，m(CO)=2.8g 或者根据原子守恒确定关系 C元素从最开始的CO全部变成CaCO3，是1：1的关系，所以关系式为CO~CaCO3 化学计算中的常用方法 方法二：守恒法——质量守恒、电荷守恒、电子守恒 守恒关系 特征 质量守恒 宏观：反应前后物质的质量守恒 微观：反应前后元素的原子个数守恒 电子守恒 氧化还原反应中，得失电子守恒 2Al+6H+══2Al3++3H2↑中，Al失去电子=H+得到电子。 电荷守恒 电解质溶液中，阳离子所带的正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数，如K2SO4和NaCl的混合溶液中,n(K+)+n(Na+)=2n(SO42- )+n(Cl-)。 离子方程式中，反应物所带的电荷总数等于生成物所带的电荷总数，且电性相同。 化学计算中的常用方法 [例1]　(1)Na2CO3、NaHCO3的混合物与100 mL 3 mol·L－1盐酸恰好完全反应，产生4.48 L(标准状况)能使澄清石灰水变浑浊的气体，则混合物中Na＋和Na2CO3的物质的量分别为________和________。 (2)87 g MnO2与足量浓盐酸共热制Cl2，在标准状况下生成Cl2的体积为________L。 [解析]　(1)根据溶液中电荷守恒：n(Na＋)＝n(Cl－)＝0.1 L×3 mol·L－1＝0.3 mol 根据C原子守恒：n(Na2CO3)＋n(NaHCO3)＝n(CO2)＝ ＝0.2 mol① 根据Na原子守恒：2n(Na2CO3)＋n(NaHCO3)＝0.3 mol② 根据方程式①②解得n(Na2CO3)＝0.1 mol。 化学计算中的常用方法 方法三：差量法 根据反应前后物质有关物理量发生的变化，找出所谓“理论差量”,该差量的大小与反应物的有关量成正比。差量法就是借助这种比例关系解决问题的计算方法。 如Fe+CuSO4══Cu+FeSO4　固体质量增大 56g 64g 64g-56g=8g x ag 则　 即参加反应的Fe的质量为7a g。 牛刀小试 1．(守恒法)将200 g质量分数为7.3%的盐酸，加入14.4 g由Na2O2、Na2CO3、NaOH组成的混合物中，充分反应后，继续加入一定质量的氢氧化钠，反应至溶液恰好生成NaCl，蒸发结晶，最终得到的固体质量为(　 ) A．8 g　　B．15.5 g　　C．23.4 g　　D．无法计算 C 解析：根据Cl原子守恒可知，n(NaCl)＝n(HCl)＝＝0.4 mol，故m(NaCl)＝0.4 mol×58.5 g·mol－1＝23.4 g。 2．(关系式法)碳酸铜和碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]均可溶于盐酸转化为氯化铜。在高温下这两种化合物均能分解生成氧化铜。溶解28.4 g的上述混合物，恰好消耗1.0 mol·L－1盐酸500 mL。灼烧等量的上述混合物，得到氧化铜的质量是(　 ) A．15 g B．30 g C．20 g D．35 g C 3．(差量法)将8 g铁片放入200 mL CuSO4溶液中，Cu2＋全部被置换后，取出附有铜的铁片洗涤、干燥、称重，其质量变为8.2 g，则原溶液中CuSO4的物质的量浓度是(　 ) A．0.125 mol·L－1 B．0.175 mol·L－1 C．0.25 mol·L－1 D．0.5 mol·L－1 A 感谢聆听 单击此处添加副标题 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf57.71.100 Codec by Bilibili XCode Worker v4.8.35(fixed_gap:False) Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.64 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.45.100 Lavf58.45.100 (2)根据电子守恒： ×2＝×2 V＝22.4 L。 $