新版高中化学必修一《32 金属材料》教案导学案同步练习.docx
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新版高中化学必修一《32金属材料》教案导学案同步练习
《3.2金属材料》教案
【教学目标】
宏观辨识与微观探析:
认识合金的特征性质;了解常见合金的分类、组成和用途;掌握铝和氧气反应及铝和氢氧化钠溶液反应的产物和本质;从宏观上学习新型金属的类型、用途,从微观上辨析单一金属、合金、新型金属的区别与共同点,体会微观粒子的变化对宏观物质的性质的影响。
证据推理与模型认知:
通过物质分类的基本模型,理解通单一金属、合金和新型合金的异同,通过结合理论与实际感知化学学习的魅力,为后续的化学知识的学习奠定坚实的方法基础。
科学探究与创新意识:
熟悉新型合金的类型和用途,了解稀土元素的概念,熟练掌握物质的量在化学方程式计算中的应用,体会化学研究过程中的科学方法。
科学精神与社会责任:
通过对物质的量在化学方程式计算中应用的理解,掌握求解相关应用问题的方法,建立高效学习的科学精神。
【教学重难点】
认识合金的特征性质;了解常见合金的分类、组成和用途;正确认识氧化铝的两性;熟悉新型合金的类型和用途,了解稀土元素的概念以及稀土金属的应用场景和在我国的地位,熟练掌握物质的量在化学方程式计算中的应用,根据题意列出方程并求解出答案。
【教学过程】
第一课时
【引入】
成都飞机制造厂研制的中国第五代隐身重型歼击机歼-20为我国的国防安全作出了很大的贡献。
该战机使用了钛合金、耐热合金等多种特殊性能的合金。
你知道什么是合金吗?
合金与其成分金属在性质上有何差异?
【新课】
一、合金
1.定义:
由两种或两种以上的金属与金属(或非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。
2.性质:
合金具有许多优良的物理、化学或机械性能,在许多方面不同于各成分金属。
(1)硬度:
合金的硬度一般大于成分金属。
(2)熔点:
合金的熔点多数低于成分金属。
为什么合金硬度比成分金属大?
[提示]纯金属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,导致合金硬度变大。
3.合金性能的影响因素
元素的种类、元素含量、生产条件。
二、铁合金
三、铝和铝合金
铝是地壳中含量最多的金属。
铝性质活泼,铝和铝合金制品比较稳定的原因是表面覆盖着致密的氧化铝薄膜,保护内部金属。
1.铝与酸、碱的反应
(1)金属铝溶于盐酸的化学方程式:
2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑。
(2)铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式:
2Al+2H2O+2NaOH===2NaAlO2+3H2↑,离子方程式:
2Al+2OH-+2H2O===2AlO
+3H2↑。
2.氧化铝与酸、碱的反应
(1)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。
3.铝和铝合金的应用
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。
第二课时
【引入】氢能是人类未来的理想能源之一,氢能利用存在两大难题:
制取和储存。
H2是一种易燃易爆的气体,要利用H2,关键要解决H2的安全储存和运输问题。
一般情况下,H2采用气态和液态储存,如在更高压下把H2压入钢瓶,但运送笨重的钢瓶既不方便也不安全。
储氢合金的发现很好的解决了这个问题。
【讲解】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。
具有使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。
常见的储氢合金如:
Ti-Fe合金和La-Ni合金等。
【讲解】近年来,为了满足某些尖端技术发展的需要,人们设计和合成了许多新型合金。
新型储氢合金材料的研究和开发为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用。
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。
一、新型合金
【设疑】可用于H2为燃料的汽车的新型合金是?
【投影】以H2为燃料的汽车。
【讲解】新型储氢合金材料可以用于以H2为燃料的汽车。
【设疑】可用于制作我国“蛟龙”号载人潜水器最关键的部件——供人活动的耐压球的新型合金是?
【投影】“蛟龙”号载人潜水器。
【讲解】钛合金可以用于制造耐压球。
【设疑】可用于制作喷气式飞机的发动机叶片的新型合金是?
【投影】喷气式飞机的发动机叶片。
【讲解】由镍、铁、碳、钴组成的镍钴合金可以用于制造发动机叶片,它能承受1100℃的高温。
【板书】1.储氢合金材料可以用于以H2为燃料的汽车;
2.钛合金可以用于制造我国“蛟龙”号载人潜水器最关键的部件——供人活动的耐压球;
3.镍钴合金可以用于制造喷气式飞机的发动机叶片。
【讲解】元素周期表中原子序数从57~71(从镧至镥,称为镧系元素)的15种元素以及钪和钇,共17种元素被称为稀土元素。
稀土金属在科技、生产中有广泛的用途,被誉为新材料的宝库。
我国是稀土资源大国。
到目前为止,我国的稀土储量、稀土产量、稀土用量和稀土出口量均居世界第一位。
【讲解】稀土金属可单独使用,也可用于生产合金。
在合金中加入适量稀土金属,能大大改善合金的性能。
因而稀土元素又被称为“冶金工业的维生素”。
【投影】镝(Dy)制造的硬盘驱动器。
【板书】稀土元素是指原子序数从57~71(从镧至镥,称为镧系元素)的15种元素以及钪和钇,又被称为“冶金工业的维生素”。
【讲解】物质由原子、分子、离子等粒子构成,物质之间的化学反应也是这些粒子按一定数目关系进行的。
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。
【投影】化学反应中粒子之间的数目关系。
【设疑】从上例中化学反应中粒子之间的数目关系可以看出什么?
【讲解】化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各个物质的,物质的量之比。
【板书】二、物质的量在化学方程式计算中的应用
化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各个物质的,物质的量之比。
【设疑】250mL2mol/L的硫酸与足量的铁屑完全反应。
计算:
(1)参加反应的铁屑的物质的量
(2)生成H2的体积(标准状况)
【投影】提示:
根据硫酸的体积和H2SO4的物质的量浓度,可以计算出参加反应的H2SO4的物质的量。
然后根据化学反应中各物质之间的化学计量数之比,计算出参加反应的铁屑的物质的量和生成的H2的体积。
【讲解】
(1)计算出参加反应的H2SO4的物质的量:
0.25L×2mol/L=0.50mol
反应方程式:
Fe+H2SO4====FeSO4+H2↑
11
n(Fe)0.50mol
1n(Fe)
10.50mol
n(Fe)=0.50mol
答:
参加反应的铁屑的物质的量为0.5mol。
【讲解】
(2):
反应方程式:
Fe+H2SO4====FeSO4+H2↑
1mol22.4L
0.50mol
1mol22.4L
0.50molV(H2)
V(H2)=22.4L×0.50mol÷1mol=11.2L
答:
生成H2的的体积在标准状况下是11.2L。
【投影】物质的量在化学方程式计算中的应用解题步骤。
Step1:
写出题目中涉及的反应方程式;
Step2:
根据方程式各物质之间的化学计量数之比和已知信息(物质的量或体积或气体摩尔体积或质量等),列出求解未知量的方程式;
Step3:
解出方程式,得到答案。
【练习】1.填写下列横线
在金属元素中,有一类性质相似,并在自然界共生在一起的稀土元素,它们是元素周期表中原子序数从________(从镧至镥)的____种元素以及钪和钇,共_____种元素。
稀土元素又被称为“____________________”。
【投影】稀土元素的含义和特性。
【讲解】在金属元素中,有一类性质相似,并在自然界共生在一起的稀土元素,它们是元素周期表中原子序数从57-71(从镧至镥)的15种元素以及钪和钇,共17种元素。
稀土金属可单独使用,也可用于生产合金。
在合金中加入适量稀土金属,能大大改善合金的性能。
因而稀土元素又被称为“冶金工业的维生素”。
【练习】2.下列有关合金的说法不正确的是()
A.多数合金比单一金属有更大的硬度
B.多数合金比单一金属有更高的熔点
C.我国早在3000年前就使用合金
D.新型合金有记忆合金、储氢合金
【投影】合金的特点,合金与单一金属的区别,新型合金的种类。
【讲解】合金的性质有,硬度大,熔点低,耐腐蚀。
选项A中,合金的硬度一般比各成分金属大,故A正确;合金的熔点一般比各成分金属低,故B错误;我国早在3000多年前就掌握了炼铜技术,可以制造青铜,故C正确;新型合金有记忆合金、储氢合金、轻质合金、超耐热合金等,故D正确。
因此选B.
【练习】3.现有FeO和Fe2O3组成的混合物ag,向其中加入2mol/L的硫酸溶液100mL,恰好完全反应;若将ag该混合物与足量的铝热反应,冷却后最终可得铁的质量为()
A.3.2agB.(3.2+a)gC.(a-3.2)gD.(a-6.4)g
【投影】掌握物质的量在化学方程式计算中的应用。
【讲解】n(H2SO4)=0.1L×2mol/L=0.2mol,所以FeO和Fe2O3组成的混合物中O的质量为0.2mol×16g/mol=3.2g,若将ag该混合物与足量的铝热反应,使其充分反应,终可得铁的质量为ag-3.2g=(a-3.2)g。
【练习】4.完全溶解28.4g的碳酸铜和氢氧化铜的混合物,需要消耗1mol/L的盐酸500mL,若灼烧相同质量的上述混合物,得到氧化铁的质量为()
A.40gB.30gC.20gD.16g
【投影】物质的量在化学方程式计算中的应用。
【讲解】根据题目计算出盐酸的物质的量为n(HCl)=1mol/L×0.5L=0.5mol,CuCO3和Cu(OH)2恰好与0.5molHCl完全反应生成CuCl2、H2O和CO2气体,则n(CuCl2)=1/2n(HCl)=0.25mol,根据反应前后铜元素原子不变,则灼烧相同质量的上述混合物时,得到的CuO为0.25mol,m(CuO)=0.25mol×80g/mol=20g,因此选C。
【投影】课堂小结
《3.2金属材料》导学案
【学习目标与素养】
1.宏观辨识:
认识合金的概念。
了解常见合金的分类、组成和用途。
2.模型认知:
了解化学方程式中化学计量数与各化学计量间的关系。
3.科学态度与社会责任:
了解合金在生产、生活中的应用,会合理选用金属材料。
4.模型认知与科学精神:
掌握物质的量在化学方程式计算中的应用。
【学习重难点】
了解常见合金的分类、组成和用途。
熟悉新型合金的类型和用途,了解稀土元素的概念以及稀土金属的应用场景和在我国的地位,熟练掌握物质的量在化学方程式计算中的应用,根据题意列出方程并求解出答案。
【学习过程】
【第一课时】
(一)基础知识填充
一、合金
1.定义:
由两种或两种以上的金属与金属(或非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。
微点拨:
合金一般是混合物,没有固定的熔点。
合金中各成分金属的化学性质不变。
2.性质:
合金具有许多优良的物理、化学或机械性能,在许多方面不同于各成分金属。
(1)硬度:
合金的硬度一般大于成分金属。
(2)熔点:
合金的熔点多数低于成分金属。
思考:
为什么合金硬度比成分金属大?
提示:
纯金属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,导致合金硬度变大。
3.合金性能的影响因素
元素的种类、元素含量、生产条件。
二、铁合金
三、铝和铝合金
铝是地壳中含量最多的金属。
铝性质活泼,铝和铝合金制品比较稳定的原因是表面覆盖着致密的氧化铝薄膜,保护内部金属。
1.铝与酸、碱的反应
(1)金属铝溶于盐酸的化学方程式:
2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑。
(2)铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式:
2Al+2H2O+2NaOH===2NaAlO2+3H2↑,离子方程式:
2Al+2OH-+2H2O===2AlO
+3H2↑。
2.氧化铝与酸、碱的反应
(1)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。
3.铝和铝合金的应用
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。
四、新型合金
(二)自学检测
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)镁铝熔合成合金的过程发生了化学变化()
(4)合金是混合物,具有金属的特性()
答案:
(1)√
(2)×(3)×(4)√
2.下列说法不正确的是()
A.目前我国流通的硬币是由合金材料制造的
B.铝制品在生活中非常普遍,这是因为表面覆盖着氧化膜,对内部金属起保护作用
C.镁在空气中燃烧发出耀眼的白光,可用于制作照明弹
D.组成元素相同的合金性能相同
答案:
D
解析:
合金性能受合金元素的种类、含量、生产条件影响。
组成元素相同的合金性能不一定相同,如钢和生铁。
3.铝是典型的两性金属,既能与酸反应,又能与强碱溶液反应。
回答下列问题:
(1)在铝与盐酸和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)1mol的铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应,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______。
答案:
(1)由0价变为+3价;铝
(2)1∶1;3∶1
(三)重难点突破
重难点1:
铝与盐酸、NaOH溶液反应的比较
铝与盐酸、NaOH溶液反应的应用与定量关系
2Al+6H+===2Al3++3H2↑
(1)
2Al+2OH-+2H2O===2AlO
+3H2↑
(2)
1.等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,消耗HCl和NaOH的物质的量之比为3∶1。
2.等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生氢气的体积比为VHCl(H2)∶VNaOH(H2)=1∶1。
3.足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生氢气的体积比为VHCl(H2)∶VNaOH(H2)=1∶3。
4.一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,若产生氢气的体积比为1∶3 5.铝既能与非氧化性酸反应产生氢气,也能与碱反应产生氢气,前者是置换反应,后者不是置换反应。 6.铝与盐酸、氢氧化钠的反应中,还原剂都是铝,还原产物都是氢气,故铝与产生氢气的关系式是相同的。 典例: 甲、乙两个烧杯中分别盛有100mL4.0mol·L-1的盐酸和100mL4.0mol·L-1NaOH溶液,向两个烧杯中均加入5.4g铝粉,在相同状况下产生气体的体积比为() A.1∶1B.2∶3C.3∶2D.3∶1 答案: B 解析: 甲、乙两烧杯中含HCl、NaOH的物质的量都为0.4mol,根据化学方程式: 2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑可知,5.4g(即0.2mol)Al分别与盐酸和NaOH溶液反应时,盐酸不足量而NaOH过量,故Al与盐酸反应生成H20.2mol,与NaOH溶液反应生成H20.3mol,其体积比为2∶3。 【第二课时】 (一)基础知识填充 一、化学方程式中化学计量数与各化学计量间的关系 2Na + 2H2O===2NaOH+H2↑ 质量之比: 46g ∶ 36g ∶ 80g ∶ 2g 计量数之比: 2 ∶ 2 ∶ 2 ∶ 1 扩大NA倍: 2NA ∶ 2NA∶ 2NA ∶ NA 物质的量之比: 2mol ∶ 2mol∶ 2mol ∶ 1mol 结论: 化学方程式中化学计量数之比等于粒子个数之比,也等于物质的量之比,对于有气体参与的反应还等于体积之比。 思考: 为什么利用化学方程式进行计算时,同一种物质的单位必须统一,而不同的物质则不必统一? 提示: 同一种物质用不同的物理量表示时,比例是相同的。 例如1mol钠和23g钠完全相同。 二、有关物质的量的计算中的“三个规范” 1.书写规范 各种符号的书写要规范,大写字母与小写字母的意义各不相同。 如“M”表示摩尔质量,而“m”表示质量,“N”表示微粒数,而“n”表示物质的量。 2.符号规范 (1)设未知数直接用各物理量的符号表示,且要注明物质(或粒子)的符号。 如设参加反应HCl溶液的体积为V[HCl(aq)]。 (2)各物理量及单位、物质的名称、公式等尽量用符号表示。 如已知NaOH溶液的体积和物质的量浓度,求NaOH溶液的质量时就写成: m(NaOH)=c(NaOH)×V[NaOH(aq)]×M(NaOH)。 3.单位规范 把已知量代入计算式中计算时都要带单位且单位要统一。 (二)自学检测 判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)铝与NaOH溶液反应中,每转移3mole-,就生成1.5molH2() (2)化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质的质量之比() (3)化学反应前后反应物和生成物遵循质量守恒,也遵循物质的量守恒() (4)根据化学方程式计算时,各物质对应物理量的单位,左、右、上、下都必须相同() 答案: (1)√ (2)×(3)×(4)× (三)重难点突破 重难点1: 物质的量在化学方程式计算中的方法 1.基本步骤 2.物质的量在化学方程式计算中应用的注意事项 (1)化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质的物质的量之比,而非质量之比。 (2)计算时,各种物质不一定都用物质的量表示,也可以用质量表示,气态物质还可以用体积表示,但要注意物质的量与其他各物理量之间的换算关系;只要做到“上下一致,左右相当”即可。 典例: 1.15g金属钠与水反应,得到100mL溶液,试计算: (1)生成的气体在标准状况下的体积为____________________。 (2)反应后所得溶液中溶质的物质的量浓度_____________。 解析: n(Na)= =0.05mol,设生成标准状况下气体的体积为V,溶液中溶质的物质的量浓度为c。 2Na+2H2O===2NaOH + H2↑ 2mol2mol22.4L 0.05mol0.1L×cV V= =0.56L; c= =0.5mol·L-1。 答案: (1)0.56L (2)0.5mol·L-1 重难点2: 化学计算中常用的方法 1.差量法——化学方程式计算中的巧思妙解 化学反应前后物质的量发生变化时均可用差量法。 解题的一般步骤为 (1)准确写出有关反应的化学方程式。 (2)深入细致地分析题意,关键在于有针对性地找出产生差量的“对象”及“理论差量”。 该“理论差量”可以是质量、物质的量、气体体积、压强等,且该差量的大小与参加反应的物质的有关量成正比。 (3)根据反应方程式,从“实际差量”寻找比例关系,列比例式求解。 2.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。 (2)根据原子守恒确定关系式。 【反馈检测】 第一课时 1.下列关于合金的叙述中正确的是() A.合金是由两种或多种金属熔合而成的 B.日常生活中用到的五角硬币属于铜合金 C.合金在任何情况下都比单一金属性能优良 D.钢不属于合金 答案: B 解析: 合金是金属与金属或金属与非金属熔合而成的,A项错误;在机械加工时,合金的性能一般较单一金属优良,但并不是任何情况下都是,如纯铝导电性比铝合金要强,C项错误;钢是铁碳合金,D项错误。 2.足量下列物质与相同质量的铝反应,放出氢气且消耗溶质物质的量最少的是() A.盐酸B.稀硫酸 C.氢氧化钠溶液D.氯化钠溶液 答案: C 解析: 铝与氯化钠溶液不反应,由2Al+6H+===2Al3++3H2↑,2Al+2OH-+2H2O===2AlO +3H2↑可知,Al~3H+~ H2,Al~OH-~ H2,即1mol铝消耗氢氧化钠1mol、硫酸1.5mol、氯化氢3mol。 3.下列叙述正确的是() A.通过物理变化使铁制品表面生成致密的氧化膜,可以防止生锈 B.常见的合金钢主要有硅钢、锰钢、钨钢和不锈钢 C.氧化物只能作氧化剂,不能作还原剂 D.生铁中的球墨铸铁,没有机械强度,所以在任何场合都不可以代替钢 答案: B 解析: A项,生成致密的氧化膜是化学变化;C项,有些氧化物可以作还原剂,如一氧化碳,利用它的还原性可以在工业上冶炼金属;D项,生铁中的球墨铸铁具有很高的机械强度,在一些场合可代替钢。 4.有关铝和它的化合物的说法错误的是() A.用于熔化烧碱的坩埚,可用Al2O3这种材料制成 B.铝能在空气中稳定存在是因为其表面覆盖着一层保护膜 C.氧化铝是一种高熔点物质,是一种较好的耐火材料 D.氧化铝是一种两性氧化物,既能与强酸反应,也能与强碱反应 答案: A 解析: 若用Al2O3材料制成的坩埚熔化烧碱,会损坏坩埚,因为两者会发生反应: Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O。 5.用铁、铝的混合物进行如下实验: (1)操作X的名称是________。 (2)气体A是________。 (3)A与Cl2混合光照可能发生爆炸,生成________(填化学式),A在该反应中作为__________(填“氧化剂”或“还原剂”)。 (4)溶液B中阴离子除OH-外还有________,溶液D中存在的金属离子为________。 解析: (1)加入足量NaOH溶液,Al溶解,操作X为过滤。 (2)Al与氢氧化钠溶液反应产生氢气,气体A为H2。 (3)H2与Cl2反应生成HCl。 (4)溶液B中阴离子有OH-、AlO ,溶液D中金属离子为Fe2+。 答案: (1)过滤 (2)H2(或氢气) (3)HCl;还原剂 (4)AlO ;Fe2+ 第二课时 1.对于反应aA+bB===cC+dD(A、B、C、D表示物质的化学式,a、b、c、d为化学方程式中的化学计量数),下列说法不正确的是() A.如果质量为m1的A与质量为m2的B恰好完全反应,则生成的C、D的质量之和一定等于(m1+m2) B.参加反应的A和B中的原子总数一定等于生成的C和D中的原子总数 C.(a+b)不一定等于(c+d) D.A和B中的元素种类,不一定等于C和D中的元素种类 答案: D 解析: 化学反应中的守恒既包括质量守恒,也包括元素种类守恒、原子个数守恒,故D错误。 2.把一小块钠放入足量水中,会发生如下反应: 2Na+2H2O===2NaOH+H2↑。 有关该反应的下列说法正确的是() A.反应中Na与NaOH的质量相等 B.反应中H2O和H2的质量相等 C.反应中H2O和H2的质量之比为2∶1 D.反应中Na与NaOH的物质的量之比为1∶1 答案: D 解析: 该反应中,Na与NaOH的物质的量之比为1∶1,质量之比为23∶40,所以A项错误,D项正确;H2O与H2的物质的量之比为2∶1,质量之比为18∶1,所以B项、C项均错误。 3.在500mLNaOH溶液中加入足量铝粉,反应完全后共收集到标准状况下的气体3
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