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第二節 金屬材料
第2課時：新型合金 物質的量在化學方程式計算中的應用
第三章 鐵 金屬材料
新型合金
01
物質的量在化學方程式計算中的應用
02
學習目標
1.通過閱讀教材、查閱資料，了解儲氫合金、鈦合金等新型合金，感受化學科學對創造更多新材料以滿足人類生活需要和促進科技發展的重要作用。
2.通過聯系舊知、討論交流，從物質的量的角度認識物質的組成及化學變化，能運用物質的量與其他物理量之間的換算關系進行有關計算。
3.通過對化學方程式本質的分析，能結合物質的量在化學方程式計算中的應用進行簡單的計算，了解常見的化學計算中常用的方法，進一步體會守恒思想，強化宏觀辨識與微觀探析能力。
在之前的學習中，我們已經學習了鐵合金和鋁合金，這兩種合金都是常用的合金材料。而生活中除了這些常見的合金材料以外，隨著科技的不斷發展，也涌現了很多具有特殊性能的新型合金，廣泛用于航空航天、生物工程和電子工業等領域。
新型合金
新型合金
活動一、新型合金的分類
任務一、觀察儲氫合金的圖片，結合教材內容思考儲氫合金有何特點？
①一般情況下，H2 采用氣態或液態儲存，如在高壓下把 H2壓入鋼瓶，但運送笨重
的鋼瓶既不方便也不安全。
儲氫合金
②儲氫合金是一類能夠大量吸收H2 ，并與H2結合成金屬氫化
物的材料。
④具有實用價值的儲氫合金要求儲氫量大，金屬氫化物既容易形成，稍稍加熱又容
易分解，室溫下吸放氫的速率快，如Ti-Fe合金和La-Ni合金等。
③新型儲氫合金材料的研究和開發將為氫氣作為能源的實際應用起到重要的推動作用。
新型合金
儲氫合金Ti-Fe合金和La-Ni合金，一定條件下能吸收氫氣，一定條件下能放出氫氣，循環壽命性能優異，并可被用于大型電池，尤其是電動車輛、混合動力電動車輛、高功率應用等等。
新型合金
任務二、閱讀教材P83頁內容，思考常見新型合金的有哪些主要性能
和用途？完成表格內容。
儲氫合金
鈦合金
是能大量吸收H2，并與H2結合成金屬氫化物的材料。如Ti－Fe合金、La－Ni合金。
鈦合金強度高、好、高。主要用于制作飛機發動機壓氣機，其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件。
新型合金
記憶合金
耐熱合金
是通過熱彈性與馬氏體相變及其逆變而具有形狀記憶效應的由兩種以上金屬元素所構成的材料。形狀記憶合金是形狀記憶材料中形狀記憶性能最好的材料。
高溫使用環境條件下，具有組織穩定和優良力學、物理、化學性能的合金。包括耐熱鋼、耐熱鋁合金、耐熱鈦合金、高溫合金、難熔合金等。耐熱合金在高溫下具有一定 拉伸、蠕變、疲勞性能等。
新型合金
【記憶合金】
低溫下把半球形天線變形縮小體積裝入登月艙
組成：鎳（Ni）-鈦(Ti)
形變條件：溫度
性能：形變后遇高溫（或低溫）恢復形狀。
形狀記憶合金制成的移動跳躍的機器人
對應訓練
【典例1】“雙奧之城”——北京將迎來2022年冬奧會，滑雪是冬奧會
的主要項目之一。下列滑雪用品涉及到的材料屬于合金的是（ ）
A．滑雪杖桿—鋁材(鋁、鎂等) B．滑雪板底板—塑料
C．滑雪手套—合成橡膠 D．滑雪服面料—尼龍
A
【解析】合金是指在一種金屬中加熱熔合其它金屬或非金屬而形成的具有金屬特性的物質；合金具有以下特點：①一定是混合物；②合金中至少有一種金屬等。A項滑雪杖桿——鋁材(鋁、鎂等)屬于鋁鎂合金，正確；B項滑雪板底板—塑料屬于有機物，屬于有機高分子材料，不屬于合金，錯誤；C項滑雪手套—合成橡膠屬于有機物，屬于有機高分子材料，不屬于合金，錯誤；D項滑雪服面料—尼龍屬于有機物，屬于有機高分子材料，不屬于合金，錯誤。
對應訓練
【典例2】2022年科技創新結出累累碩果，加快了實現高水平建設科技
強國。下列有關說法錯誤的是（ ）
A．“北斗導航”系統應用一體化芯片手機，芯片成分為SiO2
B．“奮斗者”號深海載人潛水器采用的Ti62A新型鈦合金的硬度比純鈦
的高
C．C919大飛機機身采用了第三代鋁鋰合金，具有密度低、強度高等
優良特點
D．問天實驗艙太陽翼配置的是三結砷化鎵電池，砷化鎵喻為“半導體
貴族”
A
【解析】芯片的成分為晶體Si，A錯誤；合金比成分金屬硬度高、韌性更好，B正確；鋁鋰合金具有密度低、強度高等優良特點，適用于制作飛機機身，C正確；砷化鎵是良好的半導體材料，D正確；故選A。
新型合金
活動二、合金形成的條件及應用
任務一、討論交流：根據合金的定義，你認為合金形成的條件是什么？
①金屬與金屬形成合金時：合金是金屬在熔化狀態時相互混合形成的，熔化時的
溫度需達到成分金屬中熔點最高的金屬的熔點，但又不能超出成分金屬中沸點最
低的金屬的沸點。一種金屬的熔點高于另一種金屬的沸點時則不能形成合金。
②金屬與非金屬形成合金時：部分不活潑非金屬與金屬可形成合金，活潑非金屬
與活潑金屬則不能形成合金。
③已知Zn熔點419.5℃、沸點419.5℃；W熔點3380℃、沸點5627℃，Fe熔點1535℃、
沸點3000℃，則它們兩兩均 形成合金
不能
新型合金
任務二、閱讀教材P84頁“科學 技術 社會”欄目，結合P86教材習題9：
我國發行的第五套人民幣中,l元 、5角 和 1角 硬幣的材質分別為鋼芯
鍍鎳 (1元 )、 鋼芯鍍銅(5角 )和鋁合金 (1角 )。 思考什么是稀土金屬，
有哪些應用？選擇鑄造硬幣的金屬材料時應考慮哪些因素？
①鑭系元素(57～71號元素)及釔和鈧，
共17種元素，稱為稀土元素。
②我國是稀土資源大國。到目前為止，我國的稀土儲量、稀土產量、稀土用量
和稀土出口量均居世界第一位。
新型合金
③稀土金屬既可以單獨使用，也可用于生產合金。在合金中加入適量稀土金屬，
能大大改善合金的性能。因而，稀土元素又被稱為“冶金工業的維生素”。例如，
在鋼中加入稀土元素，可以增加鋼的塑性、韌性、耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性
和抗氧化性等。
④稀土金屬廣泛應用在冶金、石油化工、材料工業（電子材料、熒光材料、發光材料、永磁材料、超導材料、染色材料、納米材料、引火合金和催化劑等）、醫藥及農業等領域。楊s
⑤選擇鑄造硬幣的金屬材料時，應該考慮的因素有硬度、價格、光澤、耐磨性、
耐腐蝕性、易加工程度等.
對應訓練
【典例1】社會的進步與時代的發展充滿了人類智慧的結晶。下列有關
說法中錯誤的是（ ）
A．合金為純凈物，具有許多優良的物理、化學或機械性能
B．不銹鋼是最常見的一種合金鋼，不容易生銹。
C．商朝的“后母戊鼎”是我國較早使用的銅制品之一
D．近年來，人們又設計和合成了許多新型合金。如儲氫合金、鈦合
金等
A
【解析】A．合金是混合物，具有許多優良的物理、化學或機械性能，A錯誤；B．不銹鋼是最常見的一種合金鋼且不容易生銹，B正確；C．后母戊鼎是我國較早使用的銅制品之一，C正確；D．隨著社會的發展，人們設計和合成了許多新型合金，如儲氫合金、鈦合金等，D正確；故答案選A。
對應訓練
【典例2】下列說法正確的是（ ）
A．合金一般由多種元素組成，屬于化合物
B．常溫下，鋁制品耐腐蝕是因為鋁不活潑
C．新型儲氫合金因具有較大空隙，通過物理吸附大量H2而廣泛用
于新能源汽車行業
D．合金中加入其他元素原子后，使原子層之間的相對滑動變得困
難，導致合金的硬度變大
D
【解析】合金是屬于混合物，A錯誤；常溫下，鋁制品耐腐蝕是因為鋁和空氣中氧氣生成一層致密的氧化膜，B錯誤；合金具有在吸氫化學反應時放出大量熱，而在放氫時吸收大量熱，新型儲氫合金吸氫是化學變化，C錯誤；合金內加入了其他元素或大或小的原子，改變了金屬原子有規則的層狀排列，原子層之間的相對滑動變得困難。一般合金比純金屬硬度更大、更堅固，D正確。
物質的量在化學方程式計算中的應用
物質的量在化學方程式計算中的應用
活動一、物質的量與其他物理量之間的關系
任務一、請寫出物質的量與質量、微粒數、氣體體積、物質的量濃度
等物理量之間的關系圖，可得出什么結論？
①以物質的量為中心的其它物理量的轉
化關系：
②結論：物質的量是聯系各物理量的紐
帶，可以簡便的進行各量之間的轉換。
物質的量在化學方程式計算中的應用
任務二、根據化學反應的實質，以金屬CO與O2反應為例，思考微觀
粒子與化學方程式有何關系？可得出什么結論？
①物質是由原子、分子、離子等粒子構成的，物質之間的化學反應也是這些粒
子按一定的數目關系進行的。
1
2
NA
2NA
1 mol
2 mol
32 g
88 g
22.4 L
44.8 L
2CO?。2 2CO2
化學計量數 2 __ __
擴大NA倍 2NA ____ _____
物質的量 2 mol _____ _____
質量 56 g _____ _____
標況下氣體體積 44.8 L ______ ______
【結論】化學方程式中各物質的化學計量數之比等于其粒子數目之比，等于其物質的量之比，也等于同溫同壓下氣體的體積之比。
物質的量在化學方程式計算中的應用
任務三、分析完成教材P85頁【例題】，思考物質的量在化學方程式
計算中的步驟是什么？
【典例】250 mL 2 mol·L－1的硫酸與足量的鐵屑完全反應。計算：
(1)參加反應的鐵屑的物質的量；
(2)生成的H2的體積(標準狀況)。(寫出解題步驟)
【分析 】根據硫酸的體積和H2SO4的物質的量濃度求算可計算出參加反應的
H2SO4的物質的量。然后根據化學反應中各物質之間的化學計量數之比,計算出
參加反應的鐵屑的物質的量和生成的H2的體積。
物質的量在化學方程式計算中的應用
【解析】n(H2SO4)＝0.25 L×2 mol·L－1＝0.50 mol
【解法1】(1)Fe ＋ H2SO4===FeSO4＋H2↑
1 1
n(Fe) 0.5 mol
n(Fe)＝0.5 mol
(2)Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
1 mol 22.4 L
0.5 mol V(H2)
解得V(H2)＝11.2 L
物質的量在化學方程式計算中的應用
【解法2】 Fe ＋ H2SO4===FeSO4＋H2↑
1 mol 1 mol 22.4 L
n(Fe) 0.5 mol V(H2)
故n(Fe)＝0.5 mol，V(H2)＝11.2 L
答: (1)參加反應的鐵屑的物質的量為0.5 mol；
(2)生成H2在標準狀況的體積為11.2 L。
【注意】計算時同種物質各種量（物質的量、質量、體積）的單位要統一
物質的量在化學方程式計算中的應用
【解題步驟】
第一步：轉—將已知的物理量轉化為物質的量；
第二步：寫—寫出相關的化學方程式；
第三步：標—在有關物質的化學式下面標出已知量何未知量（未知量可用相應物理量符合表示）；
第四步：列—列出比例式；
第五步：解—根據比例式求解。
物質的量在化學方程式計算中的應用
【注意事項】
a.書寫格式規范化：在計算過程中應注意表達格式的規范化：各物理量、物
質的名稱、公式等盡量用符號表示，且數據的運算要公式化并帶單位。
b.單位運用對應化：一般來說，在一個題目中如果都用統一的單位，不會出
現錯誤，但如果題目所給的兩個量單位不一致，若換算成同一個單位，有時
顯得很繁瑣，這時只要做到兩個量的單位“上下一致，左右相當”即可。
c.各種符號的書寫要規范，大寫字母與小寫字母的含義各不相同。如“M”表
示摩爾質量，“m”表示質量，“N”表示微粒數目，而“n”表示物質的量。
對應訓練
【典例1】完全中和0.1 mol NaOH需H2SO4的質量是多少？
解法一: 2NaOH ＋H2SO4 ＝ Na2SO4 + 2H2O
2mol 1mol
0.1mol n(H2SO4)
n(H2SO4)==0.1mol×1mol/2mol==0.05mol
m(H2SO4)==n(H2SO4)×M(H2SO4)==0.05mol×98g/mol==4.9g
答:所需H2SO4的質量是4.9g
【注意】根據化學方程式先求物質的量，然后再換算稱質量
物質的量在化學方程式計算中的應用
解法二: 2NaOH ＋H2SO4 ＝ Na2SO4 + 2H2O
2mol 98g
0.1mol m(H2SO4)
答:所需H2SO4的質量是4.9g
【注意】只要上下單位一致,左右關系對應,則可列比例式計算
【關系式法】解答連續反應類型計算題的
捷徑:當已知量和未知量之間是靠多個反
應來 聯系時，只需直接確定已知量和未知量之間的比例關系，即“關系式”,
這種比例關系通常可從化學方程式或化學式中得到。
物質的量在化學方程式計算中的應用
活動二、化學計算中的常用方法
任務一、以“一定量的鐵粉和9 g硫粉混合加熱，待其反應后再加入
過量鹽酸，將生成的氣體完全燃燒，共收集得9 g水，求加入的鐵
粉質量”為例，思考什么是關系式法？
【解析】根據反應化學方程式Fe＋S FeS ， FeS＋2HCl=FeCl2＋H2S↑，
2H2S＋3O2 2SO2＋2H2O，可得關系式： Fe～H2S～H2O
56g 18g
x 9 g
解得 x＝28g
物質的量在化學方程式計算中的應用
任務二、以“為了檢驗某含有NaHCO3雜質的Na2CO3樣品的純度，現
將w1 g樣品加熱，其質量變為w2 g，請列式計算該樣品中Na2CO3的
質量分數”為例，思考什么是差量法？
【解析】樣品加熱發生的反應為
2NaHCO3 Na2CO3＋H2O＋CO2↑　Δm
168 106 62
m(NaHCO3)　　　　　　 　 (w1－w2) g
樣品中m(NaHCO3)＝
樣品中m(Na2CO3)＝w1 g－
其質量分數為[m(Na2CO3)/m(樣品)]×100%＝
物質的量在化學方程式計算中的應用
【差量法】化學方程式計算中的巧思妙解：所謂“差量”就是指反應過程中反應
物的某種物理量之和(始態量)與同一狀態下生成物的相同物理量之和(終態量)的
差，這種物理量可以是質量、物質的量、氣體體積、氣體壓強、反應過程中的
熱效應等。根據化學方程式求出理論上的差值(理論差量)，結合題中的條件求
出或表示出實際的差值(實際差量)，根據比例關系建立方程式并求出結果。
【注意】差量法的解題關鍵是找準研究對象。通常有：①固體的質量差，研究對象是固體。②氣體的質量差，研究對象是氣體。③液體的質量差，研究對象是液體。
物質的量在化學方程式計算中的應用
任務三、以“用1 mol·L－1的Na2SO3溶液30 mL恰好將2×10－2 mol的
XO4— 還原，已知氧化產物為 SO42- ，求元素X在還原產物中的化合
價”為例，思考什么是守恒法？
【解析】氧化還原反應中得失電子總數相等，設元素X在還原產物中的化合價
為x，則有：1 mol·L－1×0.03 L×(6－4)＝2×10－2 mol×(7－x)，解得x＝＋4。
【守恒法】質量守恒、得失電子守恒和電荷守恒：在化學反應中，遵循質量守
恒（即原子個數守恒—化學反應前后原子種類和數目均保持不變）；在電解
質溶液中，陽離子所帶正電荷總數＝陰離子所帶負電荷總數；在氧化還原反應
中，還原劑失電子總數＝氧化劑得電子總數。
物質的量在化學方程式計算中的應用
1、書寫格式規范化：在根據化學方程式計算的過程中，各物理量、物質名稱、公式等盡量用符號表示，且數據的運算要公式化并帶單位。
2、單位運用對應化：根據化學方程式計算時，如果題目所給的兩個量單位不一致，要注意兩個量的單位要“上下一致，左右相當”。
3、判斷過量優先化：如果兩種反應物的量都是已知的，求解某種產物的量時，必須先判斷哪種物質過量，然后根據不足量的物質進行計算。
【溫馨提示】
對應訓練
【典例1】Mg、Al組成的混合物與足量鹽酸反應，產生標準狀況下
的氫氣為4.48 L。下列推斷中不正確的是( )
A．參加反應的Mg、Al共0.2 mol
B．參加反應的HCl為0.4 mol
C．Mg、Al在反應中共失去0.4 mol電子
D．若與足量的稀硫酸反應能產生0.2 mol H2
【解析】反應的實質為Mg+2H+=Mg2++H2↑，2Al+6H+=2Al3++3H2↑，n(H2)=
4.48L/（22.4L/mol)=0.2 mol，則參加反應的n(H+)=0.4 mol。若換成稀H2SO4，同樣產生0.2 mol H2。依據得失電子守恒，由2H+→H2得電子總數為0.2 mol×2
=0.4 mol，故C正確。0.2 mol Mg提供0.4 mol電子，0.2 mol Al則提供0.6 mol電子，0.2 mol Mg、Al混合物提供的電子數大于0.4 mol、小于0.6 mol，A不正確。
A
對應訓練
【典例2】在一定條件下，RO3n－和F2可發生如下反應：RO3n－＋F2
＋ 2OH－==RO4－＋2F－＋H2O，從而可知在RO3n－中，元素R的化合
價是 (　　)
A．＋4 B．＋5 C．＋6 D．＋7
【解析】方法1：根據電荷守恒有n＋1×2＝1＋1×2，n＝1。設元素R在RO3n－中的化合價為x，則x－2×3＝－1，x＝＋5。
方法2：設元素R在RO3n－中的化合價為x。根據氧化還原反應中，得失電子守恒有(7－x)×1＝[0－(－1)]×2，x＝＋5。
B
1．社會的進步與時代的發展充滿了人類智慧的結晶。下列有關說法中
錯誤的是（ ）
A．合金為純凈物，具有許多優良的物理、化學或機械性能
B．不銹鋼是最常見的一種合金鋼，不容易生銹。
C．商朝的“后母戊鼎”是我國較早使用的銅制品之一
D．近年來，人們又設計和合成了許多新型合金。如儲氫合金、鈦合金等
A
【解析】A．合金是混合物，具有許多優良的物理、化學或機械性能，A錯誤；B．不銹鋼是最常見的一種合金鋼且不容易生銹，B正確；C．后母戊鼎是我國較早使用的銅制品之一，C正確；D．隨著社會的發展，人們設計和合成了許多新型合金，如儲氫合金、鈦合金等，D正確；故答案選A。
2．鈦和鈦的合金具有很多優良的性能，如熔點高、密度小、可塑性
好、易于加工，尤其是鈦合金與人體器官具有很好的“生物相容性”。
根據它們的主要性能，下列用途不切合實際的是（ ）
A．用來做保險絲 B．用于制造航天飛機
C．用來制造人造骨 D．用于家庭裝修，做鈦合金裝飾門
A
【解析】物質的性質決定用途，鈦和鈦的合金有很多優良的性能，也有很多重要的用途。A．保險絲應該用熔點比較低的金屬材料做，而鈦及其合金熔點高，不適合做保險絲，故A錯誤；B．因為鈦和鈦的合金密度小、可塑性好、易于加工，所以可用于制造航天飛機，故B正確；C．因為鈦合金與人體有很好的“相容性”，所以可用來制造人造骨，故C正確；D．因為鈦和鈦的合金密度小、可塑性好、易于加工，所以可用于家庭裝修，做鈦合金裝飾門，故D正確；答案選A。
3．合金品種多、應用廣泛，很多高品質合金是大國重器的原材料。關
于合金的下列敘述，不正確的是（ ）
A．“合金材料”中只含金屬元素，不含非金屬元素
B．生活中大量使用鋁合金是因為它的密度小、強度高、抗腐蝕能力強
C．Ti—Fe合金和La—Ni合金都是新型合金，特點是室溫下吸、放氫的
速率快
D．焊錫(錫鉛合金)熔點比金屬錫低
A
【解析】“合金材料”如鋼鐵中不僅含金屬元素，而且含非金屬元素碳，A錯誤；生活中大量使用鋁合金是因為它的密度小、強度高、抗腐蝕能力強，B正確；Ti—Fe合金和La—Ni合金都是新型儲氫合金，特點是室溫下吸、放氫的速率快，C正確；D．確； 故選A。
4．6 g Fe和Fe2O3的混合物，加入150 mL足量的稀硫酸，在標準狀況
下收集到1.12 L H2，向反應后的溶液中滴加KSCN溶液不變紅。為中
和過量的稀硫酸，并使Fe元素全部轉化為Fe(OH)2沉淀，恰好消耗了
200 mL 3 mol·L－1的NaOH溶液，則該稀H2SO4的物質的量濃度為（ ）
A．2.25 mol·L－1 B．2 mol·L－1 C．3 mol·L－1 D．0.6 mol·L－1
B
【解析】根據題干信息可知，涉及反應有：Fe＋H2SO4＝FeSO4＋H2↑、Fe2O3＋3H2SO4＝Fe2(SO4)3＋3H2O、Fe＋Fe2(SO4)3＝3FeSO4、FeSO4＋2NaOH＝Fe(OH)2↓＋Na2SO4、2NaOH＋H2SO4＝Na2SO4＋2H2O，即反應最后鐵元素完全沉淀后，溶液中的溶質只剩下Na2SO4，根據Na＋和SO42－守恒可得：n(Na＋)×1＝n(SO42－)×2，n(Na＋)＝n(NaOH)＝2n(SO42－)＝2n(H2SO4)，即n(NaOH)＝2n(H2SO4)，則0.2 L×3 mol·L－1＝2×0.15 L×c(H2SO4)，解得c(H2SO4)＝2 mol·L－1，故答案為B。
新型合金
物質的量在化學方程式計算中的應用
安全儲存和運輸、航空、航天、生物工程、電子工業
轉、寫、設、表、列、解
（上下單位一致，左右關系對應）
儲氫合金、鈦合金、形狀記憶合金、耐熱合金
關系式法、守恒法（質量、電荷、電子）、差量法等
第2課 新型合金 物質的量在化學
方程式計算中的應用

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