高中化学必修一《32 金属材料》导学案Word文件下载.docx
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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。
此外,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。
三、铝、氧化铝的化学性质
1.铝的化学性质
铝作为一种活泼金属,具有金属的化学通性,此外,铝既能与酸反应又能与碱反应。
写出下列反应的化学方程式和离子方程式:
2.氧化铝的化学性质
Al2O3是两性氧化物,与酸或碱溶液都能反应生成盐和水。
写出下列反应的离子方程式:
【重难点解决】
金属铝与酸、碱反应生成H2的量的关系
1.反应原理
2Al+6H+===2Al3++3H2↑;
2Al+2OH-+2H2O===2AlO
+3H2↑。
2.量的关系
定量关系
(1)等量的铝分别与足量的盐酸和NaOH溶液反应,产生H2的量相等,此时消耗HCl与NaOH的物质的量之比为3∶1。
(2)足量的铝分别与等物质的量的盐酸和NaOH溶液反应,产生H2的物质的量之比为1∶3,此时消耗铝的物质的量之比也为1∶3。
(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸和NaOH溶液反应,若
<
1,则必定有:
①铝与盐酸反应时,铝过量而盐酸不足;
②铝与NaOH溶液反应时,铝不足而NaOH过量。
3.灵活利用数轴正确分析量的关系
铝与氢氧化钠溶液反应的实质是铝先与强碱溶液中的水反应生成H2和Al(OH)3,然后Al(OH)3再与NaOH反应生成H2O和NaAlO2,反应中铝做还原剂,水做氧化剂,NaOH无电子得失。
用双线桥法和单线桥法分别表示
【课堂练习】
1.下列有关铁和铁合金的说法错误的是( )
A.生铁比铁软
B.铁有良好的导热性
C.钢是铁的合金
D.生铁在潮湿的空气中容易生锈
解析:
选A。
合金的硬度一般大于各成分金属,生铁比铁的硬度大;
铁具有良好的导热性;
钢是铁的合金;
生铁在潮湿的空气中容易生锈。
2.钛和钛的合金被誉为“21世纪最有发展前景的金属材料”,它们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”。
根据它们的主要性能,下列用途不切实际的是( )
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,制作钛合金装饰门
由于钛和钛的合金密度小、可塑性好,因此可用于航天领域,B正确;
由于钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”,可与人体的组织相容,不引起排斥反应,因此可以用来制造人造骨,C正确;
由于其密度小、可塑性好、易于加工,因此可用于家庭装修,制作钛合金装饰门,D正确;
由于其熔点高,不适合做保险丝,A错误。
3.铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应,当两个反应放出的气体在相同状况下体积相等时,反应中消耗的HCl和NaOH的物质的量之比为( )
A.1∶1 B.2∶1
C.3∶1D.1∶3
选C。
由铝与盐酸反应的化学方程式2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑和铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑可知,生成等量氢气需要两者物质的量之比为n(HCl)∶n(NaOH)=3∶1。
课堂小结
合格考训练
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×
”)。
(1)人类历史上使用最早的合金是青铜。
( )
(2)合金中只存在金属元素,不可能有非金属元素。
(3)生铁的熔点比铁低,但机械强度和硬度比铁高。
(4)生铁中的铁与纯铁的化学性质不同。
(5)镁、铝熔合成合金的过程发生了化学变化。
(6)储氢合金属于金属氢化物材料。
(7)合金是混合物,具有金属的特性。
答案:
(1)√
(2)×
(3)√ (4)×
(5)×
(6)√ (7)√
2.纯铁的熔点为1535℃,而高炉中炼铁时生铁(含碳量较高的铁的合金)在1200℃左右就熔化了,这是因为( )
A.铁的纯度越高,熔点越低
B.合金的熔点一般比其成分物质的熔点低
C.形成了铁碳合金,所以熔点变高
D.在高炉内熔化的过程中发生了化学反应
选B。
合金的熔点一般比其各成分金属的熔点低。
3.下列关于铝合金的说法中错误的是( )
A.铝合金是一种混合物,它比纯铝的熔点低
B.高温铝液易被氧化,铝合金应在熔剂层覆盖下熔炼
C.镁铝合金耐腐蚀,但能被烧碱腐蚀
D.镁铝合金在盐酸中无法溶解
选D。
A项,合金均为混合物,一般来说,合金的熔点比成分金属的熔点低;
B项,在熔剂层覆盖下熔炼,可隔绝空气,防止高温铝液被O2氧化;
C项,镁铝合金中的铝能与NaOH溶液反应;
D项,合金中的Mg、Al均能与盐酸反应。
4.下列有关厨房中铝制品的使用,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
食醋的主要成分是CH3COOH(显酸性),它能与铝及铝表面覆盖的氧化铝保护膜发生反应,使铝制品被腐蚀;
用金属丝擦洗时会破坏铝表面覆盖的氧化铝保护膜,使铝制品容易被腐蚀;
用碱水洗涤也会腐蚀铝及铝表面的保护膜。
5.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。
(1)下列物质不属于合金的是________(填字母,下同)。
A.明矾 B.硬铝
C.生铁D.青铜
(2)根据下表中四种金属的熔、沸点,回答问题:
金属
Na
Cu
Al
Fe
熔点/℃
97.8
1083
660
1535
沸点/℃
883
2567
2467
2750
其中不能形成合金的是________。
①Cu与Na ②Fe与Cu ③Fe与Na ④Al与Na
A.①②B.①③
C.①④D.②④
(3)镁铝合金与盐酸完全反应后,加入过量的氢氧化钠溶液,最后的结果是________。
A.没有沉淀物生成
B.只有氢氧化铝沉淀生成
C.只有氢氧化镁沉淀生成
D.有氢氧化铝和氢氧化镁沉淀生成
(1)明矾属于化合物;
硬铝中含铝、铜、镁、锰、硅等,生铁中主要含铁、碳,青铜中含有铜、锡、铅,它们都属于合金。
(2)当一种金属的熔点超过另一种金属的沸点时,它们就不可能熔合在一起形成合金。
(3)Mg、Al都与盐酸反应,Mg(OH)2不溶于NaOH溶液,而Al(OH)3溶于NaOH溶液生成NaAlO2和H2O。
(1)A
(2)B (3)C
等级性测试
1.下列关于铁和铁合金的有关说法错误的是( )
A.工业上用一氧化碳将铁矿石中的铁还原出来
B.不锈钢抗腐蚀性能好,长期使用绝对不会生锈
C.制造铁轨、船舶、桥梁的碳素钢是铁和碳的合金
D.使用铁锅炒菜能为人体提供微量的铁元素
一氧化碳具有还原性,可以将铁矿石中的铁还原出来;
在相同条件和环境下,不锈钢较碳素钢而言不易生锈;
碳素钢是铁和碳的合金;
铁是人体需要的微量元素,使用铁锅炒菜能为人体提供微量的铁元素。
2.哈大齐高铁的通车,标志我国高寒地区高铁技术领先世界,车厢大部分采用铝合金材料制造,这是因为铝合金( )
A.质地轻,强度大,抗腐蚀能力比较强
B.具有比较活泼的化学性质
C.各种成分在自然界中含量丰富,容易获取
D.比纯铝熔点高,耐高温
车厢大部分采用铝合金材料制造,这是因为铝合金具有质地轻、强度大、抗腐蚀能力比较强的优点,A正确;
铝合金的化学性质的确比较活泼,但与被用于制造高铁车厢没有必然联系,B错误;
铝元素在地壳中含量居第三位,含量比较丰富,但因铝性质活泼,只能采用电解法制取,成本较高,并不容易获得,C错误;
铝合金的熔点比纯铝的低,D错误。
3.用于制造飞机的材料应具备高比强度(断裂强度/密度),还应具备密度小、质地轻的特点。
以波音747为例,机身每减轻1kg,因耗油减少,一年可获利2000美元。
你认为下列材料中可用于飞机制造业的是( )
A.MgAl合金
B.黄铜(CuZn合金)
C.NaK合金
D.生铁(FeC合金)
黄铜、生铁密度较大,且生铁易断裂,NaK合金熔点低,常温下为液体,选项B、C、D不正确。
4.金属Ti(钛)是一种具有许多优良性能的较为昂贵的金属,钛和钛合金被认为是21世纪的重要金属材料。
某化学兴趣小组在实验室中探究Ti、Mg、Cu的活动性顺序。
他们在相同的温度下,取大小相同的三种金属薄片,分别投入等体积、等浓度的足量稀盐酸中,观察现象如下:
Ti
Mg
金属表面现象
放出气泡速率缓慢
放出气泡速率快
无明显变化
下列有关三种金属的说法正确的是( )
A.三种金属的活动性由强到弱的顺序是Ti、Mg、Cu
B.若钛粉中混有Mg,提纯Ti时可用稀盐酸除去Mg
C.用Ti从CuSO4溶液中置换出Cu是工业制取Cu的很好途径
D.Cu和MgCl2溶液不发生化学反应
可根据金属与同浓度的同种酸反应时,反应剧烈程度的不同判断金属的活动性,反应剧烈的金属其活动性较强。
A项,Ti在盐酸中比Mg放出气泡的速率慢,说明Ti的金属活动性比Mg弱;
B项,由于Ti、Mg均能与稀盐酸反应,故不能用此法提纯金属钛;
C项,由于Ti是较为昂贵的金属,用Ti制造Cu经济成本上不划算;
D项,由于Cu不如Mg活泼,因此Cu不与MgCl2溶液发生反应。
5.储氢合金是一类新型合金,如铁系储氢合金、钛系储氢合金。
储氢合金既能在一定条件下吸收H2,又能在一定条件下放出H2,该循环中发生变化:
H22H。
下列说法错误的是( )
A.储氢合金的吸氢和放氢都是物理变化
B.温度和压强都会影响储氢合金的吸氢和放氢
C.铁系储氢合金可以做成纳米合金
D.铁系储氢合金和钛系储氢合金可以用磁铁进行鉴别
由H22H可知,储氢合金的吸氢和放氢都是化学变化。
6.现代建筑的门窗框架常用电镀加工成的古铜色硬铝制造。
取硬铝样品进行如下所示的实验(每一步试剂均过量),由此可推知,硬铝的组成为( )
(已知Si+2OH-+H2O===SiO
+2H2↑)
样品
A.Al,Cu,Mg,Si B.Al,Mg,Si,Zn
C.Al,Fe,C,CuD.Al,Si,Zn,Na
根据硬铝样品反应图示可知,硬铝中存在与稀盐酸反应的成分(Al),反应后的不溶物(Si)能与NaOH溶液反应生成H2,还有不溶物(Cu)。
7.将5.0g某金属合金放入足量的稀盐酸中,共收集氢气的体积为2.24L(标准状况),则该金属合金可能是( )
A.MgAl合金B.FeAl合金
C.FeZn合金D.CuZn合金
由题意知,n(H2)=
=0.1mol,即产生0.1molH2消耗金属合金5.0g,则产生1molH2消耗金属合金50g,满足此条件的要求是产生1molH2时,消耗一种金属的质量大于50g,另一种金属的质量小于50g。
对于给出的金属,产生1molH2时消耗金属的质量分别为m(Mg)=24g,m(Al)=18g,m(Fe)=56g,m(Zn)=65g,Cu与稀盐酸不反应,只有Fe-Al合金符合题意。
8.称取两份铝粉,第一份加足量的NaOH溶液,第二份加足量的盐酸,若两份铝粉中产生气体体积(在同温同压下)之比为1∶2,则两份铝粉的质量比为( )
A.1∶1B.2∶3
C.1∶2D.1∶3
由2Al+2OH-+2H2O===2AlO
+3H2↑、2Al+6H+===2Al3++3H2↑可知,两份铝粉的质量之比为1∶2。
9.金属具有良好的导电、导热及延展性等,因此广泛应用于制造各种材料。
请回答下列问题:
(1)下列关于自行车金属部件的防腐措施不正确的是________(填字母)。
A.为车架、挡泥板、车后座、车座弹簧烤上一层漆
B.为链条涂上机油,为轴承涂上凡士林
C.对车把、车圈、车辐条进行电镀处理
D.把自行车存放在阴凉、潮湿的地方
(2)家庭中的“钢精锅”是由铝合金制成的,它能长期使用的原因是____________________________________________________
__________________________________________________________。
(3)某合金和铁的有关性质如下表:
密度/(g·
cm-3)
硬度
导电性
某合金
2500
3.00
7.4
2.3
铁
7.86
4.5
17
又知该合金耐腐蚀、强度大。
则该合金不适合用作________(填字母)。
A.导线B.门窗框
C.炉具D.飞机外壳
(1)A对,为车架、挡泥板、车后座、车座弹簧烤上一层漆,可以隔绝水和空气,能防止生锈。
B对,为链条涂上机油,为轴承涂上凡士林,可以隔绝水和空气,能防止生锈。
C对,对车把、车圈、车辐条进行电镀处理,可以隔绝水和空气,能防止生锈。
D错,自行车存放在阴凉、潮湿的地方,铁与水、空气接触易生锈。
(2)铝在空气中,表面能生成致密的氧化膜,阻止内部金属进一步被氧化,所以家庭中的“钢精锅”能长期使用。
(3)从表格中可知,该合金具有密度小、机械性能好的特点,所以适合用作飞机外壳、门窗框。
由于其熔点较高,所以适合用作炉具。
但是其导电性不好,所以不适宜用作导线。
(1)D
(2)铝表面生成致密的氧化膜,阻止内部金属进一步被氧化 (3)A
10.某化学兴趣小组按照如下流程进行“由镁铝合金制备硫酸铝晶体”的实验。
(1)向镁铝合金中加NaOH溶液反应的离子方程式为
__________________________________________________________,
金属X的原子结构示意图为__________________,固体A的化学式为________。
(2)写出硫酸铝在水中的电离方程式:
_______________________
______________________;
操作②包含的步骤有蒸发浓缩、________、过滤、洗涤、干燥。
(3)该兴趣小组为测定镁铝合金中各组分的质量分数,设计如图装置,则需要测定的数据有______________________________________________、
__________________。
(1)向镁铝合金中加入足量NaOH溶液,Al和NaOH溶液反应生成可溶性的NaAlO2,镁不反应,发生反应的离子方程式为2Al+2OH-+2H2O===2AlO
+3H2↑;
镁的原子结构示意图为
;
向滤液中加入稀硫酸调节溶液的pH,得到Al(OH)3固体。
(2)Al2(SO4)3是强电解质,电离方程式为Al2(SO4)3===2Al3++3SO
。
操作②包含的步骤有蒸发浓缩、冷却结晶(降温结晶)、过滤、洗涤、干燥。
(3)根据装置图知,需测得氢气体积,根据金属和氢气之间的关系式分析知,还需要测定镁铝合金的质量。
(1)2Al+2OH-+2H2O===2AlO
+3H2↑
Al(OH)3
(2)Al2(SO4)3===2Al3++3SO
冷却结晶(降温结晶)
(3)氢气的体积 镁铝合金的质量(两空顺序可颠倒)
第2课时 物质的量在化学方程式计算中的应用
1.结合化学方程式了解物质的量、摩尔质量、气体摩尔体积、物质的量浓度等概念之间的有关计算。
2.了解化学计算中的常用方法。
知道物质发生化学变化过程中各种物理量之间的关系。
2.证据推理:
具有证据意识,能基于证据对物质变化提出可能的假设,通过分析推理进行计算和论证。
3.社会责任:
具有严谨求实的科学态度,了解化学方程式中的有关计算。
1.物质的量与其他物理量之间的计算公式
(1)已知物质的质量m(B),n(B)=
(2)已知标准状况时的气体体积V[B(g)],n(B)=
(3)已知物质的粒子数N(B),n(B)=
(4)已知溶液中溶质的物质的量浓度c(B),n(B)=c(B)·
V。
2.物质的量在化学方程式计算中的应用
化学方程式
2CO+O2
2CO2
化学计量数之比
2∶1∶2
续 表
物质微粒数之比
扩大NA倍之后
(2NA)∶NA∶(2NA)
物质的量之比
标准状况下体积之比
44.8L∶22.4L∶44.8L
相同状况下体积之比
结论:
(1)化学方程式中化学计量数之比=各物质微粒数目之比=各物质的物质的量之比。
(2)在同温同压下,气态物质的分子数之比=物质的量之比=体积之比。
(3)化学方程式除可以表示反应物、生成物的粒子数目关系和质量关系外,还可以表示它们的物质的量关系,如H2+Cl2
2HCl可表示1__mol__H2与1__mol__Cl2在点燃的条件下完全反应生成2__mol__HCl。
物质的量应用于化学方程式计算的步骤和类型
1.基本步骤
2.计算类型
(1)基本计算
已知一种反应物(或生成物)的量求解其他物质的有关量,此时,只要按照化学方程式中量的关系,列出已知物质和待求物质的比例式计算便可。
(2)混合物反应的计算
设混合物中各物质的物质的量为x、y,按照化学方程式中量的关系,并用x、y表示,列出方程组解答。
(3)过量计算
给出了两种反应物的量,求解某产物的量。
方法:
按照化学方程式中量的关系进行判断,哪一种物质过量,然后根据不足的物质的量进行求解。
(1)计算时,各物质不一定都用物质的量表示,也可以用物质的质量、气体的体积,但要注意各物质的物质的量与各物理量的换算关系。
(2)在化学方程式中列出的各量,同种物质的单位必须相同,不同物质的单位可以相同,也可以不同,但单位必须“上下统一”。
(3)列式求解时要注意所有的数值要带单位,同时注意有效数字的处理。
【素养升华】 证据推理:
以实例明确根据化学方程式计算的基本步骤
实例:
计算0.1mol金属钠与水反应,在标准状况下生成氢气多少升?
①根据题意写出配平的化学方程式。
2Na+2H2O===2NaOH+H2↑
②根据方程式中各物质的化学计量数,将反应中已知物质和待求物质的物质的量,写在相应的物质下面。
2mol 1mol
0.1mol n(H2)
③将这四个量列出比例式。
2mol∶0.1mol=1mol∶n(H2)
④根据比例式进行计算,简明写出计算结果。
n(H2)=0.1mol×
1mol÷
2mol=0.05mol
⑤再将计算得出的生成H2的物质的量按题中要求换算成标准状况下的体积。
V(H2)=0.05mol×
22.4L·
mol-1=1.12L
1.2.3g钠与足量水发生反应,得到100mL溶液,则所得到溶液的物质的量浓度是( )
A.2mol·
L-1B.1mol·
L-1
C.0.2mol·
L-1D.0.1mol·
2mol 2mol
0.1mol 0.1mol
所得到溶液的物质的量浓度是0.1mol÷
0.1L=1mol·
L-1。
2.实验室利用反应2KClO3
2KCl+3O2↑制取氧气,现有24.5gKClO3参加反应,则得到标准状况下的氧气的体积是( )
A.2.24LB.4.48L
C.44.8LD.6.72L
24.5gKClO3的物质的量是
=0.2mol,
2KClO3
2KCl+3O2↑
2mol 3mol
0.2mol n(O2)
2mol∶0.2mol=3mol∶n(O2),则n(O2)=0.3mol。
故产生的氧气在标准状况下的体积是0.3mol×
mol-1=6.72L。
3.Fe和CuSO4溶液反应,若反应后溶液的体积为1L,生成的铜的质量为32g。
(1)反应消耗的Fe的质量为________。
(2)反应后溶液中FeSO4的物质的量浓度为________。
32g铜的物质的量为
=0.5mol,则
Fe+CuSO4===FeSO4+Cu
1mol 1mol 1mol
0.5mol 0.5mol 0.5mol
(1)反应消耗的Fe的质量为m(Fe)=0.5mol×
56g·
mol-1=28g;
(2)反应后溶液中FeSO4的物质的量浓度为c(FeSO4)=
=0.5mol·
(1)28g
(2)0.5mol·
1.化学方程式中各物质的化学计量数之比等于参加反应的各物质的物质的量之比。
2.化学反应中常见的是某物质的物质的量、物质的量浓度或气体的体积的计算,特别是守恒法、关系式法的应用等。
1.工业制造SiC(其中硅的化合价是+4价)的化学方程式如下:
SiO2+3C
SiC+2CO↑。
在这个氧化还原反应中,氧化剂和
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