第三章 第二节 第1课时 常见的合金及应用-【金版新学案】2026-2027学年高中化学必修第一册同步课堂高效讲义配套课件(人教版 单选)
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教辅
摘要:
该高中化学课件聚焦合金的结构与性能关系,系统讲解铁合金、铝合金及新型合金的组成、性能和应用,通过“铜与钠能否形成合金”等交流研讨及实验对比,衔接金属性质前知,搭建材料选择应用的学习支架。
其亮点在于以微观结构解析合金性能(如原子层滑动困难解释硬度大)培养科学思维,结合C919铝锂合金、高铁材料等实例渗透科学态度与责任。采用实验探究(铝与酸碱反应)、归纳总结(Al/Al₂O₃性质)等方法,助力学生构建知识体系,教师可通过随堂演练与课时测评提升教学效率。
内容正文:
第1课时 常见的合金及应用
第三章 第二节 金属材料
1.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。
2.能列举常见合金的组成和性能,能科学、合理地选择和使用金属 材料,培养学生的科学态度和社会责任感。
学习目标
任务一 铁合金
1
任务二 铝和铝合金、新型合金
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内容索引
随堂演练
3
课时测评
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任务一 铁合金
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新知构建
1.合金
(1)定义: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。
(2)合金与纯金属的性能差异
①合金的熔点一般比其成分金属____。
②合金的硬度比其成分金属____,机械性能一般优于各成分金属。
③合金具有各成分金属的化学性质,合金属于________(填“纯净物”或“混合物”)。
低
大
混合物
根据纯金属与合金的结构比较,说明合金的硬度比其成分金属大的原因。
提示:纯金属内所有原子的大小和形状相同,原子排列十分规整;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。
交流研讨1
已知铜的熔点为1 083 ℃,钠的沸点为883 ℃,试问铜与钠能否形成合金?
提示:不能。当铜开始熔化时,钠已经气化,所以二者不能形成合金。
交流研讨2
2.铁合金
铁合金,因含碳量不同分为______(含碳量一般为2%~4.3%)和____(含碳量为0.03%~2%),用量最大、用途最广的铁合金是____。
生铁
钢
钢
铁
碳
合金钢
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,不易生锈,抗腐蚀能力强。
根据以上所述,说明碳素钢含碳量与其性能的关系。
提示:钢的含碳量越低,韧性越好,硬度越低;含碳量越高,韧性越差,硬度越高。
交流研讨3
学以致用
1.正误判断
(1)合金一定是不同金属熔合而成的具有金属特性的化合物。 ( )
提示:错误。合金不属于“化合物”,属于“混合物”,非金属也可与金属熔合成合金
(2)生铁的熔点比纯铁低,但机械强度和硬度比纯铁高。 ( )
提示:正确。
(3)生铁中的铁与纯铁的化学性质不同。 ( )
提示:错误。合金中的铁与纯铁的化学性质相同
2.合金有许多特点,如通常状况下,Na-K合金为液体,而Na和K的单质均为固体。据此试推测生铁、纯铁、碳三种物质熔点最低的是
A.纯铁 B.生铁
C.碳 D.无法确定
√
合金的硬度一般比各成分金属的大,熔点一般比各成分金属的低;生铁是铁碳合金,其熔点应比碳和铁的熔点低。
3.(2025·广东肇庆高一期末)我国C919大型客机使用了第三代铝锂合金,具有密度低、强度高、耐腐蚀等特点。下列说法不正确的是
A.铝锂合金硬度比纯铝大
B.铝锂合金熔点比纯铝低
C.铝为惰性金属,比较耐腐蚀
D.铝有较好的导电性和导热性
√
合金的硬度一般大于其成分金属,铝锂合金硬度比纯铝大,A项正确;一般来说合金的熔点比其成分金属低,铝锂合金熔点比铝高,B项正确;铝为活泼金属,其耐腐蚀是由于铝易与氧气反应生成一层致密氧化膜,保护内部金属,C项错误;铝有较好的导电性和导热性,D项
正确。
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任务二 铝和铝合金、新型合金
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新知构建
1.铝与氧气的反应
(1)铝是地壳中含量______的金属元素。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________薄膜,保护内部金属。
最多
氧化铝
常温下,铁和铝都能与氧气反应,为什么铁合金会因生锈报废,而铝制品却能稳定存在?
提示:铁与氧气反应生成的铁锈比较疏松,不能阻止内部的铁与氧气的进一步反应,所以铁合金会因生锈而报废;铝和氧气反应表面生成一层致密的氧化铝薄膜,这层膜能防止内部金属进一步被氧化,故铝制品在空气中能稳定存在。
交流研讨1
(2)铝箔在氧气中的反应
操作:将加热后的铝箔伸进盛有氧气的集气瓶中。
现象:铝箔熔化,失去金属光泽,但熔化的铝并不滴落。
化学方程式:____________________。
4Al+3O22Al2O3
2.铝、氧化铝分别与酸、碱溶液的反应
(1)实验探究
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
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
(2)写出下列反应的化学方程式和离子方程式。
①Al与盐酸反应:_____________________________、_________________
__________________。
②Al与氢氧化钠溶液反应:________________________________________
_______、__________________________________________。
③Al2O3与盐酸反应:______________________________、_____________
__________________。
④Al2O3与氢氧化钠溶液反应:_______________________________________、_____________________________________。
2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑
2Al+6H+
2Al3++3H2↑
2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+
3H2↑
2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑
Al2O3+6HCl2AlCl3+3H2O
Al2O3+6H+
2Al3++3H2O
Al2O3+2NaOH+3H2O2Na[Al(OH)4]
Al2O3+2OH-+3H2O2[Al(OH)4]-
3.两性氧化物
既能与____反应生成盐和水,又能与____反应生成盐和水的氧化物,叫做两性氧化物。如Al2O3。
酸
碱
(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、氧化铝均能跟酸、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。
(2)向集满CO2的铝制易拉罐中加入过量NaOH浓溶液,立即封闭罐口,易拉罐渐渐凹瘪;再过一段时间,罐壁又重新凸起。写出上述过程中发生反应的离子方程式。
提示:CO2+2OH-C+H2O、Al2O3+2OH-+3H2O 2[Al(OH)4]-、2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑
交流研讨2
归纳总结
Al、Al2O3的主要性质
4.铝合金
铝合金是目前广泛应用的合金之一。硬铝密度小、强度高,具有较强的抗腐蚀能力,是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
5.新型合金
(1)储氢合金:能够大量吸收氢气,并与氢气结合成金属氢化物的材料。如Ti-Fe合金、La-Ni合金等。
(2)其他新型合金:如钛合金、耐热合金和形状记忆合金等,被广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。
学以致用
1.下列关于新型合金材料说法不正确的是
A.镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物,可作储氢材料
B.钛合金生物相容性好,强度大,可作人造骨骼
C.形状记忆合金可在使合金发生形变的作用力消失后恢复原状
D.利用合金的熔点低于其成分金属这一特点可制得耐热合金
√
储氢材料是一类能可逆地吸收和释放氢气的材料,镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物,是目前解决氢气的储存和运输问题的材料,故A正确;钛合金与人体有很好的相容性,且性质稳定,抗腐蚀性强,所以可用来制造人造骨骼,故B正确。
2.铝既能与酸反应,又能与强碱溶液反应。回答下列问题:
(1)在铝分别与盐酸、氢氧化钠溶液的反应中,铝元素化合价的变化都是 ,还原剂都是 。
(2)1 mol的铝分别与足量的稀盐酸、氢氧化钠溶液反应,生成氢气的体积在相同状况下比值为 ,消耗氯化氢和氢氧化钠的物质的量之比为 。
由0价变为+3价
铝
1∶1
3∶1
由2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑可知:1 mol铝消耗3 mol氯化氢,生成 mol氢气;1 mol铝消耗1 mol氢氧化钠,生成 mol氢气。
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随堂演练
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√
1.(2025·安徽滁州二中高一检测)“中国制造”“一带一路”的基础设施建设都需要用到大量钢铁。下列有关钢铁的说法正确的是
A.钢是纯净物,生铁是合金
B.钢铁在潮湿的空气中容易生锈
C.生铁的熔点比纯铁高
D.生锈的钢铁制品没有回收价值
钢和生铁都是铁的合金,都属于混合物,A不符合题意;铁生锈的条件是铁与氧气和水接触,故钢铁在潮湿的空气中容易生锈,B符合题意;生铁是铁的合金,合金比组成它的纯金属的熔点低,故生铁的熔点比纯铁低,C不符合题意;生锈的钢铁,可以回收利用,D不符合题意。
√
2.高铁、移动支付、共享单车、网购,被称为中国“新四大发明”。用于高铁和共享单车制造业的重要金属材料是
A.Na-K合金 B.Cu-Sn合金
C.Sn-Pb合金 D.Mg-Al合金
Na-K合金熔点低,导热性好,所以用Na-K合金作原子反应堆的导热剂,不是用于高铁和共享单车制造业的重要金属材料,故A错误;铜锡合金密度较大,不适宜用于高铁和共享单车制造业,故B错误;Sn-Pb合金密度较大,不适宜用于高铁和共享单车制造业,故C错误;镁铝合金(如硬铝的成分为0.5% Mg、0.5% Mn、0.7% Si、4% Cu,其余为Al)由于强度和硬度大,几乎相当于钢材,且密度小,被广泛应用于汽车、船舶、飞机、高铁和共享单车等制造业,故D正确。
√
3.下列有关厨房铝制品的使用中,你认为合理的是
A.盛放食醋
B.烧煮开水
C.用金属丝擦洗表面的污垢
D.用碱水洗涤
食醋中含有的醋酸呈酸性,能与铝及其表面的氧化铝膜发生反应而使其被腐蚀;用金属丝擦洗时会破坏铝表面覆盖的氧化铝层,使铝裸露在外被腐蚀;而用碱水洗涤也同样不行,因为铝及其表面的氧化铝膜能跟碱反应而被腐蚀。
4.铁和铝是科技、生产、生活中应用最广泛的金属材料。
现对铁、铝的混合物进行如下实验:
(1)操作X的名称是 。
过滤
加入足量NaOH溶液,Al溶解;操作X为过滤。
(2)气体A是 。
H2(或氢气)
Al与氢氧化钠溶液反应产生氢气,气体A为H2。
(3)溶液B中阴离子除OH-外还有 ,溶液D中存在的金属离子为 。
[Al(OH)4]-
Fe2+
溶液B中阴离子有OH-、[Al(OH)4]-,溶液D中金属离子为Fe2+。
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课时测评
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题点一 合金及铁合金
1.(2025·湖南长沙高一检测)下列对合金的说法正确的是
A.合金中至少含有两种金属元素
B.合金中也可含非金属元素
C.黄铜是纯净物
D.合金中的金属元素以化合物的形式存在
√
合金可以是金属与金属熔合而成,也可以是金属和非金属熔合而成,但至少含有一种金属,A错误,B正确;黄铜属于合金,是混合物,C错误;合金中的金属元素主要以单质的形式存在,具有金属的性质,D
错误。
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2.(2025·安徽濉溪高一检测)钛和钛的合金具有很多优良的性能,如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工,尤其是钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”。下列有关钛用途不合适的是
A.用来做保险丝
B.用于制造航天飞机
C.用来制造人造骨
D.用于家庭装修,做钛合金装饰门
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钛的熔点较高,如果用钛做保险丝,在电路发生短路时,保险丝难以熔断,达不到断路的作用,无法实现保险丝作用,故A符合题意;钛的熔点较高,密度较小,且易于加工,因此可用于制造航天飞机,故B不符合题意;钛与人体器官具有很好的“生物相容性”,因此可用于制造人造骨,故C不符合题意;钛和钛的合金密度小、可塑性好、易于加工,所以可用于家庭装修,做钛合金装饰门,故D不符合题意。
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3.合金的使用对于促进生产发展,改善人类生活发挥了巨大作用。下列关于合金的说法中正确的是
A.稀土金属可用于生产合金
B.我国使用最早的合金是钢
C.生铁的含碳量比钢的含碳量低
D.合金的熔点一定比各金属成分的低
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稀土金属可以用于生产合金,能够提高合金的性能,A正确;我国使用最早的合金是青铜,B错误;生铁的含碳量一般为2%~4.3%,钢的含碳量为0.03%~2%,生铁的含碳量比钢的含碳量高,C错误;合金的熔点大多数情况下,比各成分金属的低,但是汞与其他金属形成合金时,合金的熔点大于汞,D错误。
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4.(2025·云南安宁高一检测)北宋沈括对生铁炼钢有这么一段评价:“世间锻铁所谓钢铁者,用柔铁屈盘之,乃以生铁陷其间,泥封炼之,锻令相入,谓入‘团钢’,亦谓之‘灌钢’。此乃伪钢耳……”,下列说法正确的是
A.生铁和钢都是铁的含碳合金,生铁中碳的含量较低
B.通过炼制和锻打,可以调节铁中元素的组成、元素的含量等来改变铁的性能
C.高碳钢的韧性较好,低碳钢的硬度较大
D.不锈钢是一种常见的合金钢,它的合金元素主要是钨(W)和硅(Si)
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生铁中碳的含量高于钢,A错误;通过炼制和锻打,可以降低生铁中含碳量,除去生铁中有害元素P、S等,调整生铁中Si、Mn等的含量,改变铁的性能,B正确;高碳钢硬度较大,韧性较差,低碳钢硬度较小,韧性较强,C错误;不锈钢的合金元素主要是铬(Cr)、镍(Ni),常用来制造医疗器械、餐具等,D错误。
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题点二 铝和铝合金
5.在空气中铝制品比铁制品耐腐蚀的原因是
A.铝的金属活动性比铁弱
B.铝不与氧气发生化学反应
C.铝在空气中易与氧气反应形成一层致密的氧化膜
D.铝的密度比铁的密度小
√
铝在空气中易与氧气反应形成一层致密的氧化膜,对内部金属起到保护作用,因此在空气中铝制品比铁制品耐腐蚀。
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6.除去镁粉中的少量铝粉,可选用的是
A.稀硫酸 B.氢氧化钠溶液
C.水 D.稀盐酸
√
常温下,稀硫酸、稀盐酸与镁、铝都能发生反应,水与镁、铝都不发生反应,铝与氢氧化钠溶液反应而镁不与氢氧化钠溶液反应,用氢氧化钠溶液可以除去镁粉中的少量铝粉。
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7.某无色溶液放入铝片后有氢气产生,则在该溶液中下列离子一定可以大量存在的是
A.Na+ B.Mg2+
C.H+ D.C
√
该溶液能与铝反应放出氢气,说明该溶液可能呈酸性,也可能呈碱性。Mg2+、H+不能在碱性溶液中大量存在,C不能在酸性溶液中大量
存在。
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8.(2025·四川内江六中高一检测)如图所示的实验中,投入铝片后
A.①中产生气泡,②中不产生气泡
B.①和②中都不产生气泡
C.①和②中都产生气泡,①中是H2,②中是O2
D.①和②中都产生气泡,且都是H2
√
Al与NaOH溶液和盐酸均反应生成H2。
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题点三 新型合金
9.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,高温条件下也不易分解
√
储氢合金形成的金属氢化物既容易形成,加热又容易分解,室温下吸、放氢的速率快,故D错误。
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10.(2025·安徽巢湖高一检测)将一个预先做好的“ICE”形状的镍钛合金破坏形状后,只要在热水中浸泡,其便会恢复原来形状。下列说法正确
的是
A.记忆合金的形状变化属于化学变化
B.合金的熔点一般比各组分金属低,硬度比各组分金属小
C.形状记忆合金在医疗上可用来接断骨等,在日常生活中可制眼镜框
架等
D.钛合金的化学性质与钛单质完全相同
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记忆合金的形状变化没有生成新物质,属于物理变化,A不正确;合金的熔点一般比组分金属的低,但硬度要比组分金属的大,B不正确;钛合金中因为加入了其他金属,化学性质与钛单质不完全相同,D不
正确。
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11.(2025·浙江高一上阶段练习)下列说法不正确的是
A.生铁、碳素钢、不锈钢都属于铁合金
B.金属铝导电性好,故其合金可用于制作飞机和宇宙飞船
C.稀土金属被称为“冶金工业的维生素”,加入钢中可增强钢的耐腐蚀性和抗氧化性
D.储氢合金要求储氢量大,金属氢化物既容易形成,受热又容易分解
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生铁、碳素钢、不锈钢为含碳量不同的铁碳合金,故均属于铁合金,A正确;金属铝密度小,其合金硬度大,可用于制作飞机和宇宙飞船,B不正确;在合金中加入适量稀土元素,能大大改善合金的性能,例如在钢中加入稀土元素,可增强钢的耐腐蚀性、抗氧化性、耐热性等,故稀土金属被称为“冶金工业的维生素”,C正确;储氢合金能够吸收大量氢气后形成金属氢化物,稍稍加热又容易分解,释放氢气,D正确。
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12.下列变化不可能通过一步反应直接完成的是
A.Al(OH)3→Al2O3 B.Al2O3→Al(OH)3
C.Al→[Al(OH)4]- D.AlCl3→Al(OH)3
√
氢氧化铝受热分解生成氧化铝和水,A可以一步完成;Al2O3难溶于水,应先将Al2O3与酸反应变成Al3+或与强碱溶液反应生成[Al(OH)4]-后,然后加入弱碱或弱酸反应生成Al(OH)3,B不可以一步完成;Al和NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4]和H2,C可以一步完成;氯化铝和弱碱反应生成氢氧化铝,D可以一步完成。
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13.(2025·福建泉州高一检测)下列物质既能与强酸反应,又能与强碱反应的是
①Al ②Al2O3 ③Fe2O3 ④AlCl3 ⑤NaHCO3 ⑥Na2CO3
A.①②⑤⑥ B.①③⑤
C.②③⑤ D.③④⑥
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①Al能和强酸、强碱反应生成盐和氢气,故选;②Al2O3属于两性氧化物,能和强酸、强碱溶液反应生成盐和水,故选;③Fe2O3是碱性氧化物,与酸反应生成盐和水,不能与碱反应,故不选;④AlCl3与稀盐酸、硫酸等强酸不发生反应,故不选;⑤NaHCO3属于弱酸酸式盐,和稀盐酸反应生成氯化钠、二氧化碳和水,与氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠和水,故选;⑥Na2CO3属于弱酸正盐,能与强酸反应生成盐、二氧化碳和水,也能与强碱反应,例如氢氧化钙与碳酸钠反应生成碳酸钙和氢氧化钠,故选。
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14.(11分)(2025·河南洛阳高一上阶段练习)日常使用的金属材料,大多数属于合金。回答下列问题:
(1)合金________(填“能”或“不能”)含非金属,通常情况下,合金的熔点比组分金属________(填“低”或“高”)。
能
低
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,所以合金能含非金属;一般情况下,合金的熔点比它的各组分金属熔点低;
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(2)铁、铝氧化物中可用于制造耐高温容器的是________(填化学式)。
Al2O3
Al2O3熔点很高,可用于制造耐高温容器;铁的氧化物熔点相对较低,不适用于制造耐高温容器;
(3)Mg-Al合金可用于制造航母升降机。Mg-Al合金焊接前用NaOH溶液处理Al2O3膜,其离子方程式为_____________________________________。
Al2O3与NaOH溶液反应生成四羟基合铝酸钠,离子方程式为Al2O3+2OH-+3H2O===2;
Al2O3+2OH-+3H2O===2
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(4)铝铁合金广泛应用于电工领域。将1.1 g铝铁合金溶于200.00 mL 5 mol·L-1盐酸中,反应后盐酸的浓度变为4.6 mol·L-1(溶液体积变化忽略不计)。合金中铝的物质的量为__________。
0.02 mol
消耗HCl的物质的量n(HCl)=(5-4.6) mol·L-1×0.2 L=0.08 mol,设合金中Al的物质的量为x mol,Fe的物质的量为y mol,根据反应2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑、Fe+2HCl===FeCl2+H2↑,可得3x+2y=0.08,且27x+56y=1.1,联立解得x=0.02,即合金中铝的物质的量为0.02 mol;
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(5)铁合金是钢铁工业和机械铸造必不可少的原料之一。
①对钢铁制品进行“发蓝”处理,使其表面生成一层致密的氧化膜,能有效防止钢铁腐蚀。“发蓝”过程属于________(填“物理”或“化学”)变化。
化学
“发蓝” 处理过程中钢铁表面生成新的致密氧化膜,有新物质生成,属于化学变化;
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②工业炼铁的原理是用热还原法将铁从铁矿石中提炼出来。写出用CO在
高温下还原Fe3O4的化学方程式:______________________________。
4CO+Fe3O43Fe+4CO2
CO在高温下还原Fe3O4生成Fe和CO2,化学方程式为4CO+Fe3O43Fe+4CO2。
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15.(10分)(2025·福州高一上期末)明矾[KAl(SO4)2·12H2O]在造纸等方面应用广泛。实验室中采用废易拉罐(主要成分为Al,含有少量Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如图所示。回答下列问题:
(1)明矾属于 (填字母)。
A.酸
B.碱
C.盐
D.混合物
C
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(2)为了溶解易拉罐,并在溶解后滤去杂质,试剂①应选用NaOH溶液,请写出相关反应的化学方程式: .
。
2NaOH+2Al+6H2O2Na[Al(OH)4]+
3H2↑
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(3)含Al质量分数为27%的易拉罐10 g,在足量试剂①作用下可以制取气体(标准状况下)体积为 L,理论上可以制得明矾质量为 g。
3.36
47.4
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含Al质量分数为27%的易拉罐10 g,n(Al)==0.1 mol,根据6H2O+2NaOH+2Al2Na[Al(OH)4]+3H2↑知,0.1 mol Al制取氢气的物质的量为0.15 mol,V(H2)=0.15 mol ×22.4 L·mol-1=3.36 L,根据Al原子守恒得KAl(SO4)2·12H2O的物质的量为0.1 mol,质量为
0.1 mol×474 g·mol-1=47.4 g。
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(4)下列物质的转化不能通过一步实现的是 (填字母)。
A.NaCl→NaHCO3
B.Al→Al(OH)3
C.Cl2→NaClO
D.Fe(OH)2→Fe(OH)3
B
A项,饱和食盐水中通入氨气、CO2生成碳酸氢钠沉淀和氯化铵,NaCl→NaHCO3能通过一步实现;C项,氯气和NaOH反应生成氯化钠和次氯酸钠,Cl2→NaClO能通过一步实现;D项,Fe(OH)2和氧气、水发生化合反应生成Fe(OH)3,Fe(OH)2→Fe(OH)3能通过一步实现。
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第1课时 常见的合金及应用
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