【红对勾讲与练】2015-2016学年高中化学331用途广泛的金属材料课件新人教版必修1

第三章金属及其化合物第三节用途广泛的金属材料1．了解合金的定义及特性。2．了解铜合金、铁合金和钢的分类与组成，能列举其用途，了解其优良性能。(重点)3．学会正确选择金属材料。学习目标课堂互动探究课前自主学习课时作业随堂基础巩固第1课时用途广泛的金属材料课前自主学习01自主学习·打基础一、合金1．合金是由两种或两种以上的________(或________)熔合而成的具有________特性的物质。2．合金的性质(1)合金的熔点一般________它的各成分金属。(2)合金的硬度及机械性能一般________成分金属。3．常见的合金(1)铜合金铜合金主要有________(主要成分为Cu、Sn、Pb)、黄铜(含________及少量锡、铅、铝等)和白铜(含________、________及少量的锰)等。(2)钢根据化学成分，钢可以分为两大类：________和________，其中碳素钢可以分成________、________和________。二、选择材料时，常考虑以下几个方面①________：材料的用途与材料的性能有很密切的关系。②________：不仅要材料本身外观美，还要使材料的外观与周边环境相协调。③________：物理性质包括密度、硬度、强度、伸缩性、导电导热性、被水浸润性等。④________：化学性质主要包括在空气、水、阳光、酸、碱、盐等的环境里的化学稳定性。这些性质会影响到材料的使用寿命。⑤________：考虑价格时要把对材料的基本需要和材料的基本性能放在前面。⑥________：考虑加工难度时要将材料的性质与加工的技术、设备相结合。⑦________：金属材料耐腐蚀性相对较弱，在选金属材料时必须要考虑到使用后的日常维护的问题。⑧________：一是要考虑到在使用材料的过程中，它的反光性、放射性、产生的噪音等对环境的不利影响；二是要考虑到材料的废弃物对环境有哪些不利影响。要尽量做到避免有关的不利影响。答案一、1.金属金属与非金属金属2．(1)低于(2)大于3．(1)青铜锌镍锌(2)碳素钢合金钢低碳钢中碳钢高碳钢二、主要用途外观物理性质化学性质价格加工难度日常维护对环境的影响课堂互动探究02课堂探究·提能力1．铜合金铜合金成分金属性能及用途青铜Cu、Sn、Pb硬而脆、强度大，古人用来制刀具、祭器、酒具等常见合金及其应用铜合金成分金属性能及用途黄铜Cu、Zn(少量Sn、Pb、Al等)硬度较青铜差，耐磨、耐腐蚀，可塑性强，主要用于制饰品、耐压设备等白铜Cu、Ni、Zn(少量Mn)常用来制酒具、饰品等2.铁合金铁合金主要成分元素主要特性主要用途生铁Fe、C(2%～4.3%)及Si、Mn、S、P等硬而脆、强度大、可铸不可锻炼钢、制各种铸件3.其他几种常见合金1．合金的性质是不是各成分金属性质之和？答：合金的性质不是各成分金属性质之和。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。2．构成合金的成分一定是金属吗？答：构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属和非金属，但合金中一定含有金属元素，如生铁即为铁和碳的合金。3．是不是任意两种金属就可以形成合金？答：不是，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金。【思路分析】合金的物理性质与纯金属有较为明显的区别，但化学性质仍可以按各组分金属讨论，即可以把合金当成混合物来处理。【标准答案】A碲锌镉晶体是由Te、Zn、Cd按一定比例熔合而成的具有金属特性的合金，只要比例确定，其组成就固定，因而有固定的熔、沸点；合金具有比成分金属低的熔、沸点，高的硬度和强度。下列说法正确的是()A．所有的不锈钢都只含有金属元素B．我国流通的硬币材质是金属单质C．广东打捞出的明代沉船上存在大量铝质餐具D．镁合金的硬度和强度均高于纯镁解析：不锈钢是在普通钢的基础上，加入铬、镍等多种元素炼成的，其中还含有碳、硅等非金属元素，A项错误；我国流通的硬币材质是合金，B项错误；明代铝还未大量应用，C项错误；合金的性能如硬度和强度等均高于其成分金属，故D项正确。故选D。答案：D金属活动性顺序为KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu(1)在金属活动性顺序中，越靠前的金属，越活泼，即原子越易失去电子，其阳离子越难得到电子金属的冶炼①K、Ca、Na、Mg、Al五种金属的阳离子得电子能力极弱，一般的还原剂不能使其还原为金属原子，所以工业上一般采用电解法冶炼：2NaCl(熔融)=====电解2Na＋Cl2↑，2Al2O3(熔融)=====电解4Al＋3O2↑。(在必修2中学习)②Zn～Cu等金属阳离子得电子能力较强，常用还原剂法冶炼：Fe2O3＋3CO=====高温2Fe＋3CO2，CuO＋H2=====△Cu＋H2O。③Hg、Ag这两种金属的阳离子得电子能力极强，工业上获得金属的方法通常用热分解法：2HgO=====△2Hg＋O2↑，2Ag2O=====△4Ag＋O2↑。④Pt、Au这两种金属在自然界里以单质形式存在，获得金属的方法是水洗法，即通常所说的“沙里淘金”。(2)在金属活动性顺序中，位于前面的金属能将后面的金属从其盐溶液里置换出来，故在冶金工业上存在一种冶炼方法——湿法冶金湿法冶金是利用在溶液中发生的化学反应对原料中的金属进行提取和分离的冶金过程，可用于提取锌、铀及稀土金属等。在很早以前我国人民就掌握了湿法冶铜技术(把铁浸入硫酸铜溶液中：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu)。【例2】钛(Ti)因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注，在常温下钛不和非金属、强酸反应，加热时却可与常见的非金属单质反应。钛是航空、军工、电力等方面的必需原料。地壳中有一种含钛的矿石称为金红石(TiO2)，大规模生产钛的方法如图所示。(1)写出金红石、焦炭粉在高温下与氯气反应的化学方程式：________，该反应的还原剂是________，写出四氯化钛与镁粉反应的化学方程式：________。(2)四氯化钛与镁粉反应时氩气的作用是________。(3)分离提纯过程中加入试剂时发生反应的离子方程式是：________，分离提纯过程中所进行的基本操作是________、________、________、________。【思路分析】(1)根据C还原CuO可类推：TiO2＋2C=====高温Ti＋2CO↑，Ti＋2Cl2=====高温TiCl4，然后两个化学方程式相加即得总反应式。(2)如不用氩气，则Mg、Ti会与空气中的O2反应。(3)固体混合物中含有Ti、Mg，利用两种金属与酸反应的性质差异进行分离。【标准答案】(1)TiO2＋2Cl2＋2C=====高温TiCl4＋2CO；C；TiCl4＋2Mg=====800℃Ti＋2MgCl2(2)作保护气，以免Mg、Ti与其他气体反应(3)Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑；溶解；过滤；洗涤；干燥我国古代劳动人民最早发明了“水法炼铜”，是湿法冶金的起源，在世界化学史上是一项重大贡献。早在西汉时期《淮南万毕术》里就有“曾青得铁，则化为铜”的记载，曾青可能是碳酸铜一类物质，把其溶于酸中得溶液，当把铁粉投入此溶液即可得铜。(1)根据学过的化学知识，写出该过程的离子方程式：________。(2)早在人们使用铜、铁之前，人们就使用黄金和白银作为饰物和货币，历史上的“青铜器时期”早于“铁器时期”，而近百年才大量使用铝制品，试分析人类使用这些金属时间的历史事实与金属活泼性和冶炼难易程度的联系：________。解析：(1)碳酸铜难溶于水但溶于酸，发生的离子反应为：CuCO3＋2H＋===Cu2＋＋CO2↑＋H2O，再加入铁粉可发生置换反应：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。(2)由题意可知，人类使用金属从早到晚的顺序为Au、Ag、Cu、Fe、Al，比较它们的活泼性可得如下结论：金属越不活泼，越易冶炼，使用的时间越早。答案：(1)CuCO3＋2H＋===Cu2＋＋CO2↑＋H2O，Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋(2)金属越不活泼，越易冶炼，使用的时间越早1．合金成分的测定分为定性和定量两个过程(1)可通过观察合金颜色的方法大致判断金属的种类，也可通过测定合金的密度来对金属的种类作一个大致的判断。(2)在定量分析时，通过加酸、加碱验证离子的种类，对合金的成分作精确判断，再通过气体、沉淀的测量实现定量测定。在加酸检验合金的成分时，常用的分析过程如下：合成成分的推断与计算2．有关合金成分的计算(重、难点)常见的合金主要是由金属与金属熔合而成的，借助合金成分的性质，考查其含量，解决这类问题要明确金属的性质(与酸、与碱反应放出氢气等)。如Mg—Al合金放于酸中溶解，这就要熟记Mg、Al与酸的反应：Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑―→Mg～H2,2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑―→2Al～3H2，根据放出H2的量与金属的对应比例，可迅速作出解答。特别是铝合金溶于NaOH溶液中这类问题，首先明确Al与NaOH的反应：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑―→2Al～3H2，可由这一关系式得出Al的量，然后再确定其他金属的量。合金有许多有益的用途，可有些不法之徒却用Cu－Zn合金制成假元宝、假首饰来骗人。运用你所学的知识，想一想用什么方法可以戳穿他们呢？答：可以采用物理方法——测密度；可以采用Zn能与盐酸反应产生H2来鉴别；高温灼烧变黑的是假元宝、假首饰。【例3】铝镁合金已成为轮船制造、化工生产等行业的重要材料。某研究性学习小组的三位同学，为测定某含镁3%～5%的铝镁合金(不含其他元素)中镁的质量分数，设计下列两种实验方案进行探究。实验方案一：铝镁合金――→NaOH溶液测定剩余固体的质量(1)实验中发生反应的化学方程式是________。(2)称取5.4g铝镁合金粉末样品，投入VmL2.0mol·L－1NaOH溶液中，充分反应，NaOH溶液的体积V≥________。(3)过滤、洗涤、干燥、称量固体。该步骤中若未洗涤滤渣，则测得镁的质量分数将________(填“偏高”或“偏低”)。实验方案二：铝镁合金――→盐酸测定生成气体的体积，实验装置如图所示。(4)某同学提出该实验装置不够完善，应在A、B之间添加一个干燥、除酸雾的装置。你认为________(填“需要”或“不需要”)。(5)检查该装置气密性的方法是________。(6)为使测定结果尽可能精确，实验中应注意的问题(写出两点)：①______________；②______________。【思路分析】实验方案一设计的依据是金属铝能与强碱反应，而金属镁不能与强碱反应。实验方案二设计的依据是镁、铝都能与盐酸反应产生H2，经测定H2的体积继而得出H2的物质的量，再结合样品的质量从而计算出镁的质量分数。【解析】实验方案一：铝镁合金中金属铝的最大含量≥97%，在5.4g合金中铝质量的最大值为5.4g×97%＝5.238g，根据反应2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，可得n(NaOH)＝n(Al)＝5.238g27g·mol－1＝0.194mol，NaOH溶液的体积为0.194mol2.0mol·L－1＝0.097L＝97mL。若未对滤渣进行洗涤，金属镁吸附的物质没有除去，金属镁的质量偏大，从而引起测定值偏高。实验方案二：生成的H2不溶于水，同时挥发的HCl被水吸收，水蒸气和HCl气体对测定结果没有影响，故在A、B之间没有必要添加一个干燥、除酸雾的装置。检查该装置的气密性，可以通过加水或微热的方法来实现。本实验属于定性定量实验，要保证测定结果的准确性，一要装置气密性良好，二要合金完全溶解，三要测定H2体积准确。【标准答案】(1)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑(2)97(3)偏高(4)不需要(5)关闭分液漏斗活塞，向量器管C中注入水，片刻记下液面的高度，一段时间后