資源簡介

第二節　金屬材料
第1課時　常見的合金及應用
[核心素養發展目標]　1.能從合金結構與組成的角度理解合金的特殊性能,培養宏觀辨識與微觀探析的能力。2.能列舉常見合金的組成和性能,能科學、合理的選擇和使用金屬材料,培養學生的科學態度和社會責任感。
一、鐵合金
1.合金
(1)由兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質。
(2)合金具有優良的物理、化學或機械性能;一般來說,合金的硬度大于各成分金屬,熔點低于各成分金屬。
思考1　根據純金屬與合金的結構比較,說明合金的硬度比其成分金屬大的原因。
提示　純金屬內所有原子的大小和形狀相同,原子排列十分規整;加入或大或小的其他元素的原子后,改變了金屬原子有規則的層狀排列,使原子層之間的相對滑動變得困難,導致合金的硬度變大。
思考2　已知銅的熔點為1 083 ℃,鈉的沸點為883 ℃,試問銅與鈉能否形成合金
提示　不能。當銅開始熔化時,鈉已經氣化,所以二者不能形成合金。
2.鐵合金
鐵和碳形成的合金,因含碳量不同分為生鐵(含碳量為2%~4.3%)和鋼(含碳量為0.03%~2%),鋼是用量最大、用途最廣的合金。
不銹鋼是最常見的一種合金鋼,它的合金元素主要是鉻和鎳,在大氣中比較穩定,不易生銹,抗腐蝕能力強。
思考3　根據以上所述,說明碳素鋼含碳量與其性能的關系。
提示　鋼的含碳量越低,韌性越好,硬度越低;含碳量越高,韌性越差,硬度越高。
1.判斷正誤
(1)合金一定是不同金屬熔合而成的具有金屬特性的化合物 (　　)
(2)生鐵的熔點比純鐵低,但機械強度和硬度比純鐵高 (　　)
(3)生鐵中的鐵與純鐵的化學性質不同 (　　)
(4)地震災區重建要使用大量鋼材,鋼材是合金 (　　)
答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)√
2.合金是一類用途廣泛的金屬材料,下列關于合金的說法正確的是 (　　)
A.銅鋁合金的硬度比銅和鋁的都大,熔點比銅和鋁的都低
B.合金只能由兩種或兩種以上的金屬組成
C.合金的制備過程發生的是化學變化
D.鐵合金不能與酸反應
答案　A
解析　合金是一種金屬熔合其他金屬或非金屬形成的具有金屬特性的混合物,合金中可以含有非金屬元素,如生鐵為鐵與碳的合金,故B不符合題意;合金的制備過程沒有新物質生成,是物理變化,故C不符合題意;鐵合金中含有鐵,能夠與鹽酸等反應生成鹽和氫氣,故D不符合題意。
3.北宋沈括對生鐵煉鋼有這么一段評價:“世間鍛鐵所謂鋼鐵者,用柔鐵屈盤之,乃以生鐵陷其間,泥封煉之,鍛令相入,謂入‘團鋼’,亦謂之‘灌鋼’。此乃偽鋼耳……”,下列說法正確的是 (　　)
A.生鐵和鋼都是鐵的含碳合金,生鐵中碳的含量較低
B.通過煉制和鍛打,可以調節鐵中元素的組成、元素的含量等來改變鐵的性能
C.高碳鋼的韌性較好,低碳鋼的硬度較大
D.不銹鋼是一種常見的合金鋼,它的合金元素主要是鎢(W)和硅(Si)
答案　B
解析　生鐵中碳的含量高于鋼,A錯誤;通過煉制和鍛打,可以降低生鐵中含碳量,除去生鐵中有害元素P、S等,調整生鐵中Si、Mn等的含量,改變鐵的性能,B正確;高碳鋼硬度較大,韌性較差,低碳鋼硬度較小,韌性較強,C錯誤;不銹鋼的合金元素主要是鉻(Cr)、鎳(Ni),常用來制造醫療器械、餐具等,D錯誤。
二、鋁和鋁合金、新型合金
1.鋁和鋁合金
(1)鋁是地殼中含量最多的金屬元素,常溫下就能與空氣中的氧氣發生反應,表面生成一層致密的氧化鋁薄膜,保護內部金屬。
特別提醒　在常溫下形成致密保護膜的金屬,如鋁、鎂等金屬;鐵在高溫下形成致密保護膜,俗稱“烤藍”;鐵或鋁遇到濃H2SO4或濃HNO3時,迅速反應生成致密氧化膜,稱為鈍化。
(2)鋁合金
鋁合金是目前用途廣泛的合金之一,硬鋁是在鋁中添加了一定比例的Cu、Mg、Mn、Si,它的密度小,強度高,具有較強的抗腐蝕能力,是制造飛機和宇宙飛船的理想材料。
2.鋁、氧化鋁的性質
(1)實驗探究
實驗操作
實驗現象 鋁片逐漸溶解,有無色氣泡冒出,將點燃的木條放在試管口有爆鳴聲 試管①中一開始無氣泡產生,一段時間后,鋁片溶解,有無色氣泡冒出;試管②中鋁片溶解,立即產生無色氣泡。將點燃的木條放在試管口,都有爆鳴聲
化學方程式 Al2O3+6HCl2AlCl3+3H2O、 2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑ Al2O3+2NaOH+3H2O2Na[Al(OH)4]、 2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑
離子方程式 Al2O3+6H+2Al3++3H2O、 2Al+6H+2Al3++3H2↑ Al2O3+2OH-+3H2O2[Al(OH)4]-、 2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑
(2)兩性氧化物
既能與酸反應,又能與堿反應的氧化物,如Al2O3等,其與強酸、強堿反應的離子方程式分別為Al2O3+6H+2Al3++3H2O,Al2O3+2OH-+3H2O2[Al(OH)4]-。
思考　(1)為什么鋁制餐具不適宜用來蒸煮或長時間盛放酸性、堿性食物
提示　由于鋁和氧化鋁能跟酸、堿反應,因此鋁制餐具不宜用來蒸煮或長期存放酸性、堿性食物。
(2)向集滿CO2的鋁制易拉罐中加入過量NaOH濃溶液,立即封閉罐口,易拉罐漸漸凹癟;再過一段時間,罐壁又重新凸起。上述實驗過程中發生的離子反應有　　　 　　　　。
答案　CO2+2OH-C+H2O、
Al2O3+2OH-+3H2O2[Al(OH)4]-、
2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑
解析　向集滿CO2的鋁制易拉罐中加入過量NaOH濃溶液,易拉罐漸漸凹癟,是由于CO2被NaOH溶液吸收,氣體壓強減小;鋁制易拉罐表面的Al2O3會與NaOH溶液反應,后NaOH溶液與Al發生反應生成H2,使易拉罐凸起。
3.新型合金
(1)儲氫合金:一類能夠大量吸收H2,并與H2結合成金屬氫化物的材料。如Ti Fe合金、La Ni合金等,為氫氣作為能源的實際應用起到重要的推動作用。
(2)其他新型合金:鈦合金、耐熱合金和形狀記憶合金等新型合金廣泛應用于航空航天、生物工程和電子工業等領域。
1.(2024·江蘇鹽城高一月考)關于鋁及其合金的說法正確的是 (　　)
A.常溫下鋁具有較強的抗腐蝕性主要原因是鋁不活潑
B.鎂鋁合金的密度大、強度高,是制造飛機和宇宙飛船的理想材料
C.鋁單質在化學反應中容易失去電子,表現出還原性
D.向裝有氫氧化鈉溶液的試管中放入未打磨的鋁片,一直觀察不到氣泡
答案　C
解析　鋁在空氣中表面被氧化生成致密的氧化物保護膜,故常溫下鋁具有較強的抗腐蝕性,A錯誤;合金的密度一般比成分金屬的小,B錯誤;由反應方程式:Al2O3+2NaOH+3H2O2Na[Al(OH)4]、2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑,故NaOH溶液中放入未打磨的鋁片,一段時間后可以觀察到氣泡,D錯誤。
2.下列關于新型合金材料說法不正確的是 (　　)
A.鑭鎳合金能大量吸收H2形成金屬氫化物,可作儲氫材料
B.鈦合金生物相容性好,強度大,可作人造骨骼
C.形狀記憶合金可在使合金發生形變的作用力消失后恢復原狀
D.利用合金的熔點低于成分金屬這一特點可制得耐熱合金
答案　D
解析　儲氫材料是一類能可逆地吸收和釋放氫氣的材料,鑭鎳合金能大量吸收H2形成金屬氫化物,是目前解決氫氣的儲存和運輸問題的材料,故A正確;鈦合金與人體有很好的相容性,且性質穩定,抗腐蝕性強,所以可用來制造人造骨骼,故B正確。
3.等體積的鹽酸和苛性鈉溶液分別與兩份足量的鋁粉反應,在相同條件下產生氫氣的體積比為1∶3,則鹽酸和苛性鈉溶液的物質的量濃度之比為 (　　)
A.1∶1 B.2∶1 C.3∶1 D.2∶3
答案　A
解析　由2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑可知,產生氫氣的體積比為1∶3,需要鹽酸和苛性鈉的物質的量之比為1∶1,溶液的體積相同,故鹽酸和苛性鈉溶液的物質的量濃度之比也為1∶1。
　　　　　　　　　　　 　　　　　
1.(2024·湖南郴州高一期末)化學與生產、生活密切相關,下列生活中常見物品的主要成分屬于金屬材料的是 (　　)
A.電源插座盒
B.和諧號列車的車廂
C.家用實木筷子
D.汽車輪胎
答案　B
解析　電源插座盒主要成分是塑料,和諧號列車的車廂主要成分是合金材料,實木筷子主要成分是木材,汽車輪胎主要成分是橡膠,故選B。
2.下列關于合金的敘述正確的是 (　　)
A.鋁合金硬度比純鋁小
B.生鐵是鐵碳合金,鋼是純凈的鐵單質
C.硬鋁密度小、強度高,常用于制造飛機外殼
D.不銹鋼和鋼都是鐵合金,性質完全相同
答案　C
解析　合金的硬度比其任一成分金屬都大,鋁合金硬度比純鋁大,A錯誤;生鐵是鐵碳合金,鋼的含碳量比生鐵低,也是鐵碳合金,B錯誤;不銹鋼和鋼都是鐵合金,但其內部結構和組分不同,性質不完全相同,D錯誤。
3.向某溶液中加入鋁粉能放出H2,下列各組離子一定不能在該溶液中大量共存的是 (　　)
A.Na+、Fe3+、S、Cl-
B.Ba2+、Mg2+、HC、N
C.Na+、K+、N、C
D.K+、N、Na+、S
答案　B
解析　加入鋁粉能放出H2,說明該溶液可能呈酸性,也可能呈堿性。A選項中的4種離子可在酸性溶液中大量共存;B選項中的Mg2+在堿性溶液中生成Mg(OH)2沉淀,HC在堿性溶液中生成C,Ba2+與C會生成BaCO3沉淀,HC在酸性溶液中生成CO2;C選項中的離子在堿性溶液中可以大量共存;D選項中的離子在酸性溶液、堿性溶液中都可以大量共存。
4.鐵和鋁是科技、生產、生活中應用最廣泛的金屬材料。現有鐵、鋁的混合物進行如下實驗:
(1)操作X的名稱是　　　　　　　　。
(2)氣體A是　　　　　　　　。
(3)A與Cl2混合光照可能發生爆炸,生成　　　　　　　　(填化學式),A在該反應中作為　　　　　(填“氧化劑”或“還原劑”)。
(4)溶液B中陰離子除OH-外還有　　　　,
溶液D中存在的金屬離子為　　　　。
答案　(1)過濾　(2)H2　(3)HCl　還原劑
(4)[Al(OH)4]-　Fe2+
解析　(1)向鐵、鋁混合物中加入足量NaOH溶液,Al溶解,Fe不溶,操作X為過濾。(2)Al與氫氧化鈉溶液反應產生氫氣,氣體A為H2。(3)H2與Cl2反應生成HCl。(4)溶液B中陰離子有OH-、[Al(OH)4]-,溶液D中金屬離子為Fe2+。
課時對點練　
[分值:100分]
(選擇題1~8題,每小題5分,9~12題,每小題6分,共64分)
題組一　合金及鐵合金
1.(2021·廣東,1)今年五一假期,人文考古游持續成為熱點。很多珍貴文物都記載著中華文明的燦爛成就,具有深邃的文化寓意和極高的學術價值。下列國寶級文物主要由合金材料制成的是 (　　)
選項 A B C D
文物
名稱 鑄客大銅鼎 河姆渡出土陶灶 獸首瑪瑙杯 角形玉杯
答案　A
解析　鑄客大銅鼎屬于銅的合金,A符合題意;河姆渡出土陶灶屬于陶器,主要成分為硅酸鹽,不屬于合金,B不符合題意;獸首瑪瑙杯的主要成分為二氧化硅,不屬于合金,C不符合題意;角形玉杯的主要成分為硅酸鹽,不屬于合金,D不符合題意。
2.(2024·云南玉溪一中高一月考)化學在生產和日常生活中有重要的應用。下列說法不正確的是 (　　)
A.目前我國流通的硬幣是由合金材料制造的
B.合金的熔點一般比其成分金屬的熔點高
C.青銅是我國使用最早的合金材料,目前世界上使用量最大的合金材料是鋼
D.鋁比鐵活潑,但在空氣中鋁制品比鐵制品耐腐蝕
答案　B
解析　合金的熔點一般比其成分金屬的熔點低,硬度大,故選B。
3.《五金·鐵》中記載:“若造熟鐵,則生鐵流出時,相連數尺內,低下數寸,筑一方塘,短墻抵之。其鐵流入塘內,數人執柳木排立墻上……眾人柳棍疾攪,即時炒成熟鐵。”下列說法不正確的是 (　　)
A.碳素鋼與生鐵的組成元素相同
B.生鐵比熟鐵質地更硬,延展性稍差
C.炒鐵是為了提高鐵水中的碳含量
D.該法與近代向生鐵水中吹空氣煉鋼異曲同工
答案　C
解析　碳素鋼與生鐵都是鐵碳合金,組成元素相同,故A正確;炒鐵過程中降低了鐵水中的碳含量,從而將生鐵轉化成熟鐵,故C錯誤;該冶煉方法和近代向生鐵水中吹空氣煉鋼,都是利用空氣中氧氣氧化C元素,其原理基本相同,故D正確。
題組二　鋁和鋁合金
4.(2024·云南保山高一期末)為增強口罩的密封性,均放了鼻梁條,有的鼻梁條是鋁合金做的。下列說法正確的是 (　　)
A.鋁合金屬于純凈物
B.鋁合金的強度比金屬鋁低
C.鋁合金可以跟強酸、強堿溶液反應
D.鼻梁條使用鋁合金,利用其密度大、抗腐蝕性好的優點
答案　C
解析　鋁合金屬于混合物,A錯誤;合金的優點之一是合金的強度比組分金屬的高,B錯誤。
5.下列說法正確的是 (　　)
A.Al2O3難溶于水,不與水反應,所以它不是Al(OH)3對應的氧化物
B.因為Al2O3是金屬氧化物,所以它是堿性氧化物
C.Al2O3能跟所有的酸、堿溶液反應
D.Al2O3能跟強酸、強堿溶液反應
答案　D
解析　Al2O3雖然難溶于水,但是2Al(OH)3Al2O3+3H2O,Al2O3和Al(OH)3中Al的化合價相同,所以Al2O3是Al(OH)3對應的氧化物;Al2O3是兩性氧化物;Al2O3與強酸、強堿反應,與弱堿不反應。
6.(2024·石家莊高一期末)取兩塊大小一樣的鋁片,進行如圖實驗:
根據該實驗,下列說法不正確的是 (　　)
A.氧化鋁有保護作用,因此燒杯 Ⅰ 中沒有反應發生
B.燒杯 Ⅰ 中開始沒有氣泡,一段時間后才產生氣泡;燒杯 Ⅱ 中立即產生氣泡
C.兩個燒杯中均發生反應:2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑
D.鋁制餐具不宜長時間存放堿性食物
答案　A
解析　NaOH能與氧化鋁反應,氧化鋁不能起保護作用,燒杯 Ⅰ 中發生反應,故選A。
題組三　新型合金
7.儲氫合金是一種新型合金。下列關于儲氫合金的說法錯誤的是 (　　)
A.儲氫合金是一類能夠大量吸收氫氣,并與氫氣結合成金屬氫化物的新型合金材料
B.儲氫合金具有儲氫量大、能耗低、使用方便的特點
C.儲氫合金具有很強的捕捉氫的能力,氫分子在合金中先分解成單個的原子,氫原子進入合金原子的縫隙中,并與合金生成金屬氫化物
D.儲氫合金形成的金屬氫化物性質穩定,高溫條件下也不易分解
答案　D
解析　儲氫合金形成的金屬氫化物既容易形成,加熱又容易分解,室溫下吸、放氫的速率快,故D錯誤。
8.將一個預先做好的“ICE”形狀的鎳鈦合金破壞形狀后,只要在熱水中浸泡,其便會恢復原來形狀。下列說法正確的是 (　　)
A.記憶合金的形狀變化屬于化學變化
B.合金的熔點一般比各組分金屬低,硬度比各組分金屬小
C.形狀記憶合金在醫療上可用來接斷骨等,在日常生活中可制眼鏡框架等
D.鈦合金的化學性質與鈦單質完全相同
答案　C
解析　記憶合金的形狀變化沒有生成新物質,屬于物理變化,A不正確;合金的熔點一般比組分金屬的低,但硬度要比組分金屬的大,B不正確;鈦合金中因為加入了其他金屬,化學性質與鈦單質不完全相同,D不正確。
9.下列變化不可能通過一步反應直接完成的是 (　　)
A.Al(OH)3→Al2O3 B.Al2O3→Al(OH)3
C.Al→[Al(OH)4]- D.AlCl3→Al(OH)3
答案　B
解析　氫氧化鋁受熱分解生成氧化鋁和水,A可以一步完成;Al2O3難溶于水,應先將Al2O3與酸反應變成Al3+或與強堿溶液反應生成[Al(OH)4]-后,然后加入弱堿或弱酸反應生成Al(OH)3,B不可以一步完成;Al和NaOH溶液反應生成Na[Al(OH)4]和H2,C可以一步完成;氯化鋁和弱堿反應生成氫氧化鋁,D可以一步完成。
10.(2024·安徽六安二中高一期末)下列物質中既能與稀H2SO4反應,又能與NaOH溶液反應的是 (　　)
①NaHCO3　②Al2O3　③Na2CO3
④Al(OH)3　⑤NaHSO4
A.②③④ B.①③④
C.①②④ D.全部
答案　C
解析　③Na2CO3與稀H2SO4反應,與NaOH溶液不反應;⑤NaHSO4與稀H2SO4不反應,與NaOH溶液反應;①②④符合題意。
11.氧化鋁的熔點很高,常用于制造耐火材料,例如制作坩堝。下列操作不能在氧化鋁坩堝中進行的是 (　　)
A.加熱使膽礬失去結晶水
B.加熱使高錳酸鉀分解
C.加熱熔化燒堿
D.加熱分解堿式碳酸銅
答案　C
解析　氧化鋁能與強酸、強堿反應,用氧化鋁材料制作的坩堝不能加熱強酸、強堿。
12.甲、乙兩個燒杯中分別盛有100 mL 4.0 mol·L-1的鹽酸和100 mL 4.0 mol·L-1 NaOH溶液,向兩個燒杯中均加入5.4 g鋁粉,在相同狀況下產生氣體的體積比為 (　　)
A.1∶1 B.2∶3 C.3∶2 D.3∶1
答案　B
解析　甲、乙兩燒杯中含HCl、NaOH的物質的量都為0.4 mol,根據化學方程式:2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑可知,5.4 g(即0.2 mol)Al分別與鹽酸和NaOH溶液反應時,鹽酸量不足而NaOH過量,故Al與鹽酸反應生成0.2 mol H2,與NaOH溶液反應生成0.3 mol H2,相同狀況下其體積比為2∶3。
13.(10分)合金是重要的金屬材料。
(1)下列材料不屬于合金的是　　　　(填字母)。
A.鑄造下水道井蓋的生鐵
B.儲氫用的La Ni合金
C.可用于機器人“皮膚”的橡膠
D.可用于軍用車輛的超級鋼
(2)生鐵是常用的合金,生鐵屬于　　　　(填“純凈物”或“混合物”)。
(3)黃銅是銅鋅合金,將純銅片和黃銅片互相刻劃(如圖所示),純銅片上留下明顯的劃痕,說明:　　　
　　　　。
(4)黃銅渣中約含Zn 7%、ZnO 31%、Cu 50%、CuO 5%,其余為雜質。處理黃銅渣可得到硫酸鋅,其主要流程如下(雜質不溶于水、不參與反應):
①Ⅱ中發生反應的化學方程式為　　　 　　　　。
②下列說法正確的是　　　　　(填字母)。
a.Ⅰ、Ⅱ中的操作均包含過濾
b.溶液A中ZnSO4的質量大于CuSO4
答案　(1)C　(2)混合物　(3)黃銅的硬度比純銅的硬度大　(4)①Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑,Zn+CuSO4ZnSO4+Cu　②ab
解析　(4)①鋅既可以與硫酸反應,也可以與硫酸銅反應,反應的化學方程式分別為Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑,Zn+CuSO4ZnSO4+Cu。②由題中流程可知,操作Ⅰ過濾除去銅和雜質,操作Ⅱ過濾是除去鋅和置換出的銅。因氧化鋅的質量大于氧化銅,且鋅也能和硫酸反應生成硫酸鋅,而銅和稀硫酸不反應,故溶液A中硫酸鋅的質量大于硫酸銅。
14.(10分)(2024·福州高一期末)明礬[KAl(SO4)2·12H2O]在造紙等方面應用廣泛。實驗室中采用廢易拉罐(主要成分為Al,含有少量Fe、Mg雜質)制備明礬的過程如圖所示。回答下列問題:
(1)明礬屬于　　　　(填字母)。
A.酸　　　　　　　　B.堿　　　　　　C.鹽　　　　　　D.混合物
(2)為了溶解易拉罐,并在溶解后濾去雜質,試劑①應選用NaOH溶液,請寫出相關反應的化學方程式:　　　
　　　　。
(3)含Al質量分數為27%的易拉罐10 g,在足量試劑①作用下可以制取氣體(標準狀況下)體積　　　L,理論上可以制得明礬質量　　　　　g。
(4)下列物質的轉化不能通過一步實現的是　　　(填字母)。
A.NaCl→NaHCO3 B.Al→Al(OH)3
C.Cl2→NaClO D.Fe(OH)2→Fe(OH)3
答案　(1)C　(2) 2NaOH+2Al+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑　(3)3.36　47.4　(4)B
解析　(3)含Al質量分數為27%的易拉罐10 g,n(Al)==0.1 mol,根據6H2O+2NaOH+2Al2Na[Al(OH)4]+3H2↑知,0.1 mol Al制取氫氣的物質的量為0.15 mol,V(H2)=0.15 mol ×22.4 L·mol-1=3.36 L,根據Al原子守恒得KAl(SO4)2·12H2O的物質的量為0.1 mol,質量為0.1 mol×474 g·mol-1=47.4 g。(4)A項,飽和食鹽水中通入氨氣、CO2生成碳酸氫鈉沉淀和氯化銨,NaCl→NaHCO3能通過一步實現;C項,氯氣和NaOH反應生成氯化鈉和次氯酸鈉,Cl2→NaClO能通過一步實現;D項,Fe(OH)2和氧氣、水發生化合反應生成Fe(OH)3,Fe(OH)2→Fe(OH)3能通過一步實現。
15.(16分)鋁鎂合金已成為輪船制造、化工生產等行業的重要材料。某研究性學習小組的三位同學為測定某含鎂3%~5%的鋁鎂合金(不含其他元素)中鎂的質量分數,設計下列三種不同實驗方案進行探究。填寫下列空白:
探究一
實驗方案:鋁鎂合金測定剩余固體質量。實驗中發生反應的化學方程式是　　　 　　　　。
實驗步驟:
(1)稱取5.4 g鋁鎂合金粉末樣品,投入體積為V、濃度為2.0 mol·L-1的NaOH溶液中,充分反應。為保證合金充分反應,NaOH溶液的體積V≥　　　　。
(2)過濾、洗滌、干燥、稱量固體。該步驟中若未洗滌固體,測得鎂的質量分數將　　　　(填“偏大”或“偏小”)。
探究二
實驗方案:鋁鎂合金測定生成氣體的體積(實驗裝置如圖所示)。
(1)某同學提出該實驗裝置不夠完善,應在A、B之間添加一個除酸霧的裝置。你的意見是　　　　(填“需要”或“不需要”)。
(2)為使測定結果盡可能精確,實驗中應注意的問題有(寫出兩點):
①　　　　,
②　　　　。
探究三
實驗方案:稱量x g鋁鎂合金粉末,放入裝有足量氧氣的容器中使其充分灼燒。
(1)欲計算鎂的質量分數,該實驗中還需要測定的數據是　　　　。
(2)若用空氣代替O2進行實驗,對測定結果是否有影響 　　　　　(填“是”或“否”)。
答案　探究一　6H2O+2Al+2NaOH2Na[Al(OH)4]+3H2↑　(1)97 mL　(2)偏大
探究二　(1)不需要　(2)①冷卻至室溫再讀數
②讀數時,使B與C液面相平
探究三　(1)充分灼燒后固體粉末的質量　(2)是
解析　探究一　(1)鋁鎂合金中鎂的質量分數為3%時,5.4 g鋁鎂合金粉末樣品中鋁的質量為5.4 g×(1-3%)=5.4 g×97%,則:
2Al　+　　2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑
2　　　　　　2
n(NaOH)
所以n(NaOH)=0.194 mol,需要NaOH溶液的體積V==0.097 L=97 mL;為保證合金充分反應,NaOH溶液的體積V≥97 mL。(2)鎂上會附著Na[Al(OH)4]等物質,未洗滌固體會導致測定的鎂的質量偏大,鎂的質量分數將偏大。
探究二　(1)因為氯化氫極易溶于水,揮發的氯化氫不影響氫氣體積的測定結果,所以不需要加除酸霧裝置。(2)反應中裝置的氣密性、合金是否完全溶解、量氣裝置的使用都會影響測定結果。因此為使測定結果盡可能精確,實驗中應注意的問題有:檢查裝置的氣密性,加入足量鹽酸,調整量氣管C的高度,使C中液面與B中液面相平,待冷卻至室溫再讀取體積等。
探究三　(1)Mg、Al均與氧氣反應生成金屬氧化物,則還需測定生成物的質量,才能計算出Mg的質量分數。(2)若用空氣代替O2進行實驗,會發生反應:3Mg+N2Mg3N2,2Mg+CO22MgO+C,對測定結果有影響。第二節　金屬材料
第1課時　常見的合金及應用
[核心素養發展目標]　1.能從合金結構與組成的角度理解合金的特殊性能,培養宏觀辨識與微觀探析的能力。2.能列舉常見合金的組成和性能,能科學、合理的選擇和使用金屬材料,培養學生的科學態度和社會責任感。
一、鐵合金
1.合金
(1)由兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有___________的物質。
(2)合金具有優良的___________、___________或___________性能;一般來說,合金的硬度________各成分金屬,熔點___________各成分金屬。
思考1　根據純金屬與合金的結構比較,說明合金的硬度比其成分金屬大的原因。
思考2　已知銅的熔點為1 083 ℃,鈉的沸點為883 ℃,試問銅與鈉能否形成合金
2.鐵合金
鐵和碳形成的合金,因含碳量不同分為___________(含碳量為2%~4.3%)和___________(含碳量為0.03%~2%),___________是用量最大、用途最廣的合金。
___________是最常見的一種合金鋼,它的合金元素主要是___________和___________,在大氣中比較穩定,不易生銹,抗腐蝕能力強。
思考3　根據以上所述,說明碳素鋼含碳量與其性能的關系。
1.判斷正誤
(1)合金一定是不同金屬熔合而成的具有金屬特性的化合物(　　)
(2)生鐵的熔點比純鐵低,但機械強度和硬度比純鐵高(　　)
(3)生鐵中的鐵與純鐵的化學性質不同(　　)
(4)地震災區重建要使用大量鋼材,鋼材是合金(　　)
2.合金是一類用途廣泛的金屬材料,下列關于合金的說法正確的是(　　)
A.銅鋁合金的硬度比銅和鋁的都大,熔點比銅和鋁的都低
B.合金只能由兩種或兩種以上的金屬組成
C.合金的制備過程發生的是化學變化
D.鐵合金不能與酸反應
3.北宋沈括對生鐵煉鋼有這么一段評價:“世間鍛鐵所謂鋼鐵者,用柔鐵屈盤之,乃以生鐵陷其間,泥封煉之,鍛令相入,謂入‘團鋼’,亦謂之‘灌鋼’。此乃偽鋼耳……”,下列說法正確的是(　　)
A.生鐵和鋼都是鐵的含碳合金,生鐵中碳的含量較低
B.通過煉制和鍛打,可以調節鐵中元素的組成、元素的含量等來改變鐵的性能
C.高碳鋼的韌性較好,低碳鋼的硬度較大
D.不銹鋼是一種常見的合金鋼,它的合金元素主要是鎢(W)和硅(Si)
二、鋁和鋁合金、新型合金
1.鋁和鋁合金
(1)鋁是地殼中含量___________的金屬元素,常溫下就能與空氣中的___________發生反應,表面生成一層致密的___________薄膜,保護內部金屬。
特別提醒　在常溫下形成致密保護膜的金屬,如鋁、鎂等金屬;鐵在高溫下形成致密保護膜,俗稱“烤藍”;鐵或鋁遇到濃H2SO4或濃HNO3時,迅速反應生成致密氧化膜,稱為鈍化。
(2)鋁合金
鋁合金是目前用途廣泛的合金之一,硬鋁是在鋁中添加了一定比例的Cu、Mg、Mn、Si,它的密度___________,強度___________,具有較強的抗腐蝕能力,是制造飛機和宇宙飛船的理想材料。
2.鋁、氧化鋁的性質
(1)實驗探究
實驗操作
實驗現象 鋁片___________,有無色氣泡冒出,將點燃的木條放在試管口有___________ 試管①中一開始無氣泡產生,一段時間后,鋁片___________,有無色氣泡冒出;試管②中鋁片溶解,立即產生無色氣泡。將點燃的木條放在試管口,都有___________
化學方程式 ______________________、 ______________________ ______________________、 ______________________
離子方程式 ______________________、 ______________________ ______________________、 ______________________
(2)兩性氧化物
既能與___________反應,又能與___________反應的氧化物,如Al2O3等,其與強酸、強堿反應的離子方程式分別為Al2O3+6H+2Al3++3H2O,Al2O3+2OH-+3H2O2[Al(OH)4]-。
思考　(1)為什么鋁制餐具不適宜用來蒸煮或長時間盛放酸性、堿性食物
(2)向集滿CO2的鋁制易拉罐中加入過量NaOH濃溶液,立即封閉罐口,易拉罐漸漸凹癟;再過一段時間,罐壁又重新凸起。上述實驗過程中發生的離子反應有　　　 　　　　。
3.新型合金
(1)儲氫合金:一類能夠大量吸收H2,并與H2結合成___________的材料。如Ti Fe合金、La Ni合金等,為氫氣作為能源的實際應用起到重要的推動作用。
(2)其他新型合金:___________、___________和___________等新型合金廣泛應用于航空航天、生物工程和電子工業等領域。
1.(2024·江蘇鹽城高一月考)關于鋁及其合金的說法正確的是(　　)
A.常溫下鋁具有較強的抗腐蝕性主要原因是鋁不活潑
B.鎂鋁合金的密度大、強度高,是制造飛機和宇宙飛船的理想材料
C.鋁單質在化學反應中容易失去電子,表現出還原性
D.向裝有氫氧化鈉溶液的試管中放入未打磨的鋁片,一直觀察不到氣泡
2.下列關于新型合金材料說法不正確的是(　　)
A.鑭鎳合金能大量吸收H2形成金屬氫化物,可作儲氫材料
B.鈦合金生物相容性好,強度大,可作人造骨骼
C.形狀記憶合金可在使合金發生形變的作用力消失后恢復原狀
D.利用合金的熔點低于成分金屬這一特點可制得耐熱合金
3.等體積的鹽酸和苛性鈉溶液分別與兩份足量的鋁粉反應,在相同條件下產生氫氣的體積比為1∶3,則鹽酸和苛性鈉溶液的物質的量濃度之比為(　　)
A.1∶1 B.2∶1 C.3∶1 D.2∶3
1.(2024·湖南郴州高一期末)化學與生產、生活密切相關,下列生活中常見物品的主要成分屬于金屬材料的是(　　)
A.電源插座盒
B.和諧號列車的車廂
C.家用實木筷子
D.汽車輪胎
2.下列關于合金的敘述正確的是(　　)
A.鋁合金硬度比純鋁小
B.生鐵是鐵碳合金,鋼是純凈的鐵單質
C.硬鋁密度小、強度高,常用于制造飛機外殼
D.不銹鋼和鋼都是鐵合金,性質完全相同
3.向某溶液中加入鋁粉能放出H2,下列各組離子一定不能在該溶液中大量共存的是(　　)
A.Na+、Fe3+、S、Cl-
B.Ba2+、Mg2+、HC、N
C.Na+、K+、N、C
D.K+、N、Na+、S
4.鐵和鋁是科技、生產、生活中應用最廣泛的金屬材料。現有鐵、鋁的混合物進行如下實驗:
(1)操作X的名稱是　　　　　　　　。
(2)氣體A是　　　　　　　　。
(3)A與Cl2混合光照可能發生爆炸,生成　　　　　　　　(填化學式),A在該反應中作為　　　　　(填“氧化劑”或“還原劑”)。
(4)溶液B中陰離子除OH-外還有　　　　,
溶液D中存在的金屬離子為　　　　。
答案精析
一、
1.(1)金屬特性　(2)物理　化學　機械　大于　低于
思考1　純金屬內所有原子的大小和形狀相同，原子排列十分規整；加入或大或小的其他元素的原子后，改變了金屬原子有規則的層狀排列，使原子層之間的相對滑動變得困難，導致合金的硬度變大。
思考2　不能。當銅開始熔化時，鈉已經氣化，所以二者不能形成合金。
2.生鐵　鋼　鋼　鐵　碳　碳素　低　中　高　合金　不銹鋼　鉻　鎳
思考3　鋼的含碳量越低，韌性越好，硬度越低；含碳量越高，韌性越差，硬度越高。
應用體驗
1.(1)×　(2)√　(3)×　(4)√
2.A　3.B
二、
1.(1)最多　氧氣　氧化鋁　(2)小　高
2.(1)逐漸溶解　爆鳴聲　溶解　爆鳴聲　Al2O3+6HCl2AlCl3+3H2O　2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑
Al2O3+2NaOH+3H2O2Na[Al(OH)4]　2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑　
Al2O3+6H+2Al3++3H2O　2Al+6H+2Al3++3H2↑　Al2O3+2OH-+3H2O2[Al(OH)4]-　
2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑　(2)酸　堿
思考　(1)由于鋁和氧化鋁能跟酸、堿反應，因此鋁制餐具不宜用來蒸煮或長期存放酸性、堿性食物。
(2)CO2+2OH-C+H2O、Al2O3+2OH-+3H2O2[Al(OH)4]-、2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑
3.(1)金屬氫化物　(2)鈦合金　耐熱合金　形狀記憶合金
應用體驗
1.C　[鋁在空氣中表面被氧化生成致密的氧化物保護膜，故常溫下鋁具有較強的抗腐蝕性，A錯誤；合金的密度一般比成分金屬的小，B錯誤；由反應方程式：Al2O3+2NaOH+3H2O2Na[Al(OH)4]、2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑，故NaOH溶液中放入未打磨的鋁片，一段時間后可以觀察到氣泡，D錯誤。]
2.D
3.A　[由2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑可知，產生氫氣的體積比為1∶3，需要鹽酸和苛性鈉的物質的量之比為1∶1，溶液的體積相同，故鹽酸和苛性鈉溶液的物質的量濃度之比也為1∶1。]
隨堂演練　知識落實
1.B　2.C
3.B　[加入鋁粉能放出H2，說明該溶液可能呈酸性，也可能呈堿性。A選項中的4種離子可在酸性溶液中大量共存；B選項中的Mg2+在堿性溶液中生成Mg(OH)2沉淀，HC在堿性溶液中生成C，Ba2+與C會生成BaCO3沉淀，HC在酸性溶液中生成CO2；C選項中的離子在堿性溶液中可以大量共存；D選項中的離子在酸性溶液、堿性溶液中都可以大量共存。]
4.(1)過濾　(2)H2　(3)HCl　還原劑
(4)[Al(OH)4]-　Fe2+(共83張PPT)
常見的合金及應用
第1課時
第三章　第二節
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核心素養
發展目標
1.能從合金結構與組成的角度理解合金的特殊性能,培養宏觀辨識與微觀探析的能力。
2.能列舉常見合金的組成和性能,能科學、合理的選擇和使用金屬材料,培養學生的科學態度和社會責任感。
內容索引
一、鐵合金
二、鋁和鋁合金、新型合金
課時對點練
隨堂演練　知識落實
鐵合金
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一
1.合金
(1)由兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有______
______的物質。
(2)合金具有優良的_____、_____或_____性能;一般來說,合金的硬度_____各成分金屬,熔點_____各成分金屬。
金屬
特性
物理
化學
機械
大于
低于
一、鐵合金
思考1　根據純金屬與合金的結構比較,說明合金的硬度比其成分金屬大的原因。
提示　純金屬內所有原子的大小和形狀相同,原子排列十分規整;加入或大或小的其他元素的原子后,改變了金屬原子有規則的層狀排列,使原子層之間的相對滑動變得困難,導致合金的硬度變大。
思考2　已知銅的熔點為1 083 ℃,鈉的沸點為883 ℃,試問銅與鈉能否形成合金
提示　不能。當銅開始熔化時,鈉已經氣化,所以二者不能形成合金。
2.鐵合金
鐵和碳形成的合金,因含碳量不同分為_____(含碳量為2% ~4.3%)和____(含碳量為0.03% ~2%),____是用量最大、用途最廣的合金。
_______是最常見的一種合金鋼,它的合金元素主要是____和____,在大氣中比較穩定,不易生銹,抗腐蝕能力強。
生鐵
鋼
鋼
鐵
碳
碳素
低
中
高
合金
不銹鋼
鉻
鎳
思考3　根據以上所述,說明碳素鋼含碳量與其性能的關系。
提示　鋼的含碳量越低,韌性越好,硬度越低;含碳量越高,韌性越差,硬度越高。
1.判斷正誤
(1)合金一定是不同金屬熔合而成的具有金屬特性的化合物
(2)生鐵的熔點比純鐵低,但機械強度和硬度比純鐵高
(3)生鐵中的鐵與純鐵的化學性質不同
(4)地震災區重建要使用大量鋼材,鋼材是合金
×
×
√
√
2.合金是一類用途廣泛的金屬材料,下列關于合金的說法正確的是
A.銅鋁合金的硬度比銅和鋁的都大,熔點比銅和鋁的都低
B.合金只能由兩種或兩種以上的金屬組成
C.合金的制備過程發生的是化學變化
D.鐵合金不能與酸反應
√
合金是一種金屬熔合其他金屬或非金屬形成的具有金屬特性的混合物,合金中可以含有非金屬元素,如生鐵為鐵與碳的合金,故B不符合題意;
合金的制備過程沒有新物質生成,是物理變化,故C不符合題意;
鐵合金中含有鐵,能夠與鹽酸等反應生成鹽和氫氣,故D不符合題意。
3.北宋沈括對生鐵煉鋼有這么一段評價:“世間鍛鐵所謂鋼鐵者,用柔鐵屈盤之,乃以生鐵陷其間,泥封煉之,鍛令相入,謂入‘團鋼’,亦謂之‘灌鋼’。此乃偽鋼耳……”,下列說法正確的是
A.生鐵和鋼都是鐵的含碳合金,生鐵中碳的含量較低
B.通過煉制和鍛打,可以調節鐵中元素的組成、元素的含量等來改變鐵
的性能
C.高碳鋼的韌性較好,低碳鋼的硬度較大
D.不銹鋼是一種常見的合金鋼,它的合金元素主要是鎢(W)和硅(Si)
√
生鐵中碳的含量高于鋼,A錯誤;
通過煉制和鍛打,可以降低生鐵中含碳量,除去生鐵中有害元素P、S等,調整生鐵中Si、Mn等的含量,改變鐵的性能,B正確;
高碳鋼硬度較大,韌性較差,低碳鋼硬度較小,韌性較強,C錯誤;
不銹鋼的合金元素主要是鉻(Cr)、鎳(Ni),常用來制造醫療器械、餐具等,D錯誤。
返回
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二
鋁和鋁合金、新型合金
1.鋁和鋁合金
(1)鋁是地殼中含量_____的金屬元素,常溫下就能與空氣中的_____發生反應,表面生成一層致密的_______薄膜,保護內部金屬。
最多
氧氣
氧化鋁
二、鋁和鋁合金、新型合金
特別提醒　在常溫下形成致密保護膜的金屬,如鋁、鎂等金屬;鐵在高溫下形成致密保護膜,俗稱“烤藍”;鐵或鋁遇到濃H2SO4或濃HNO3時,迅速反應生成致密氧化膜,稱為鈍化。
(2)鋁合金
鋁合金是目前用途廣泛的合金之一,硬鋁是在鋁中添加了一定比例的Cu、Mg、Mn、Si,它的密度____,強度____,具有較強的抗腐蝕能力,是制造飛機和宇宙飛船的理想材料。
小
高
2.鋁、氧化鋁的性質
(1)實驗探究
實驗操作
實驗現象 鋁片_________,有無色氣泡冒出,將點燃的木條放在試管口有_______ 試管①中一開始無氣泡產生,一段時間后,鋁片_____,有無色氣泡冒出;試管②中鋁片溶解,立即產生無色氣泡。將點燃的木條放在試管口,都有_______
逐漸溶解
爆鳴聲
溶解
爆鳴聲
實驗 操作
化學 方程式 _____________________________、 _______________________ _________________________________________、
______________________________________________
Al2O3+6HCl===2AlCl3+
3H2O
2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑
Al2O3+2NaOH+3H2O===
2Na[Al(OH)4]
2Al+2NaOH+6H2O===
2Na[Al(OH)4]+3H2↑
實驗 操作
離子 方程式 _______________________、 ______________________ __________________________
___________、
__________________________________
Al2O3+6H+===2Al3++3H2O
2Al+6H+===2Al3++3H2↑
Al2O3+2OH-+3H2O===
2[Al(OH)4]-
2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-
+3H2↑
(2)兩性氧化物
既能與____反應,又能與____反應的氧化物,如Al2O3等,其與強酸、強堿反應的離子方程式分別為Al2O3+6H+===2Al3++3H2O,Al2O3+2OH-+ 3H2O===2[Al(OH)4]-。
酸
堿
思考　(1)為什么鋁制餐具不適宜用來蒸煮或長時間盛放酸性、堿性食物
提示　由于鋁和氧化鋁能跟酸、堿反應,因此鋁制餐具不宜用來蒸煮或長期存放酸性、堿性食物。
(2)向集滿CO2的鋁制易拉罐中加入過量NaOH濃溶液,立即封閉罐口,易拉罐漸漸凹癟;再過一段時間,罐壁又重新凸起。上述實驗過程中發生的離子反應有________________________________________________
_____________________________________________。
CO2+2OH-===C+H2O、Al2O3+2OH-+3H2O===
2[Al(OH)4]-、2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑
向集滿CO2的鋁制易拉罐中加入過量NaOH濃溶液,易拉罐漸漸凹癟,是由于CO2被NaOH溶液吸收,氣體壓強減小;鋁制易拉罐表面的Al2O3會與NaOH溶液反應,后NaOH溶液與Al發生反應生成H2,使易拉罐凸起。
3.新型合金
(1)儲氫合金:一類能夠大量吸收H2,并與H2結合成___________的材料。如Ti Fe合金、La Ni合金等,為氫氣作為能源的實際應用起到重要的推動作用。
(2)其他新型合金:_______、_________和_____________等新型合金廣泛應用于航空航天、生物工程和電子工業等領域。
金屬氫化物
鈦合金
耐熱合金
形狀記憶合金
1.(2024·江蘇鹽城高一月考)關于鋁及其合金的說法正確的是
A.常溫下鋁具有較強的抗腐蝕性主要原因是鋁不活潑
B.鎂鋁合金的密度大、強度高,是制造飛機和宇宙飛船的理想材料
C.鋁單質在化學反應中容易失去電子,表現出還原性
D.向裝有氫氧化鈉溶液的試管中放入未打磨的鋁片,一直觀察不到氣泡
√
鋁在空氣中表面被氧化生成致密的氧化物保護膜,故常溫下鋁具有較強的抗腐蝕性,A錯誤;
合金的密度一般比成分金屬的小,B錯誤;
由反應方程式:Al2O3+2NaOH+3H2O===2Na[Al(OH)4]、2Al+2NaOH+ 6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑,故NaOH溶液中放入未打磨的鋁片,一段時間后可以觀察到氣泡,D錯誤。
2.下列關于新型合金材料說法不正確的是
A.鑭鎳合金能大量吸收H2形成金屬氫化物,可作儲氫材料
B.鈦合金生物相容性好,強度大,可作人造骨骼
C.形狀記憶合金可在使合金發生形變的作用力消失后恢復原狀
D.利用合金的熔點低于成分金屬這一特點可制得耐熱合金
√
儲氫材料是一類能可逆地吸收和釋放氫氣的材料,鑭鎳合金能大量吸收H2形成金屬氫化物,是目前解決氫氣的儲存和運輸問題的材料,故A正確;
鈦合金與人體有很好的相容性,且性質穩定,抗腐蝕性強,所以可用來制造人造骨骼,故B正確。
3.等體積的鹽酸和苛性鈉溶液分別與兩份足量的鋁粉反應,在相同條件下產生氫氣的體積比為1∶3,則鹽酸和苛性鈉溶液的物質的量濃度之比為
A.1∶1　　　　B.2∶1　　　　C.3∶1　　　　D.2∶3
√
由2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+　3H2↑可知,產生氫氣的體積比為1∶3,需要鹽酸和苛性鈉的物質的量之比為1∶1,溶液的體積相同,故鹽酸和苛性鈉溶液的物質的量濃度之比也為1∶1。
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隨堂演練　知識落實
1.(2024·湖南郴州高一期末)化學與生產、生活密切相關,下列生活中常見物品的主要成分屬于金屬材料的是
A.電源插座盒
B.和諧號列車的車廂
C.家用實木筷子
D.汽車輪胎
√
1
2
3
4
電源插座盒主要成分是塑料,和諧號列車的車廂主要成分是合金材料,實木筷子主要成分是木材,汽車輪胎主要成分是橡膠,故選B。
2.下列關于合金的敘述正確的是
A.鋁合金硬度比純鋁小
B.生鐵是鐵碳合金,鋼是純凈的鐵單質
C.硬鋁密度小、強度高,常用于制造飛機外殼
D.不銹鋼和鋼都是鐵合金,性質完全相同
√
合金的硬度比其任一成分金屬都大,鋁合金硬度比純鋁大,A錯誤;
生鐵是鐵碳合金,鋼的含碳量比生鐵低,也是鐵碳合金,B錯誤;
不銹鋼和鋼都是鐵合金,但其內部結構和組分不同,性質不完全相同,D錯誤。
1
2
3
4
3.向某溶液中加入鋁粉能放出H2,下列各組離子一定不能在該溶液中大量共存的是
A.Na+、Fe3+、S、Cl-
B.Ba2+、Mg2+、HC、N
C.Na+、K+、N、C
D.K+、N、Na+、S
1
2
3
4
√
1
2
3
4
加入鋁粉能放出H2,說明該溶液可能呈酸性,也可能呈堿性。
A選項中的4種離子可在酸性溶液中大量共存;
B選項中的Mg2+在堿性溶液中生成Mg(OH)2沉淀,HC在堿性溶液中生成C,Ba2+與C會生成BaCO3沉淀,HC在酸性溶液中生成CO2;
C選項中的離子在堿性溶液中可以大量共存;
D選項中的離子在酸性溶液、堿性溶液中都可以大量共存。
4.鐵和鋁是科技、生產、生活中應用最廣泛的金屬材料。現有鐵、鋁的混合物進行如下實驗:
1
2
3
4
(1)操作X的名稱是　　　。
過濾
向鐵、鋁混合物中加入足量NaOH溶液,Al溶解,Fe不溶,操作X為過濾。
1
2
3
4
(2)氣體A是　　　。
H2
Al與氫氧化鈉溶液反應產生氫氣,氣體A為H2。
1
2
3
4
(3)A與Cl2混合光照可能發生爆炸,生成　　　(填化學式),A在該反應中作為　　　　(填“氧化劑”或“還原劑”)。
HCl
還原劑
H2與Cl2反應生成HCl。
1
2
3
4
(4)溶液B中陰離子除OH-外還有　 　　　, 溶液D中存在的金屬離子為　　。
[Al(OH)4]-
Fe2+
溶液B中陰離子有OH-、[Al(OH)4]-,溶液D中金屬離子為Fe2+。
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課時對點練
題組一　合金及鐵合金
1.(2021·廣東,1)今年五一假期,人文考古游持續成為熱點。很多珍貴文物都記載著中華文明的燦爛成就,具有深邃的文化寓意和極高的學術價值。下列國寶級文物主要由合金材料制成的是
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
選項 A B C D
文物
名稱 鑄客大銅鼎 河姆渡出土陶灶 獸首瑪瑙杯 角形玉杯
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
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14
15
鑄客大銅鼎屬于銅的合金,A符合題意;
河姆渡出土陶灶屬于陶器,主要成分為硅酸鹽,不屬于合金,B不符合題意;
獸首瑪瑙杯的主要成分為二氧化硅,不屬于合金,C不符合題意;
角形玉杯的主要成分為硅酸鹽,不屬于合金,D不符合題意。
1
2
3
4
5
6
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15
14
2.(2024·云南玉溪一中高一月考)化學在生產和日常生活中有重要的應用。下列說法不正確的是
A.目前我國流通的硬幣是由合金材料制造的
B.合金的熔點一般比其成分金屬的熔點高
C.青銅是我國使用最早的合金材料,目前世界上使用量最大的合金材料是鋼
D.鋁比鐵活潑,但在空氣中鋁制品比鐵制品耐腐蝕
√
合金的熔點一般比其成分金屬的熔點低,硬度大,故選B。
1
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3.《五金·鐵》中記載:“若造熟鐵,則生鐵流出時,相連數尺內,低下數寸,筑一方塘,短墻抵之。其鐵流入塘內,數人執柳木排立墻上……眾人柳棍疾攪,即時炒成熟鐵。”下列說法不正確的是
A.碳素鋼與生鐵的組成元素相同
B.生鐵比熟鐵質地更硬,延展性稍差
C.炒鐵是為了提高鐵水中的碳含量
D.該法與近代向生鐵水中吹空氣煉鋼異曲同工
√
1
2
3
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14
碳素鋼與生鐵都是鐵碳合金,組成元素相同,故A正確;
炒鐵過程中降低了鐵水中的碳含量,從而將生鐵轉化成熟鐵,故C錯誤;
該冶煉方法和近代向生鐵水中吹空氣煉鋼,都是利用空氣中氧氣氧化C元素,其原理基本相同,故D正確。
1
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題組二　鋁和鋁合金
4.(2024·云南保山高一期末)為增強口罩的密封性,均放了鼻梁條,有的鼻梁條是鋁合金做的。下列說法正確的是
A.鋁合金屬于純凈物
B.鋁合金的強度比金屬鋁低
C.鋁合金可以跟強酸、強堿溶液反應
D.鼻梁條使用鋁合金,利用其密度大、抗腐蝕性好的優點
√
1
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3
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5
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鋁合金屬于混合物,A錯誤;
合金的優點之一是合金的強度比組分金屬的高,B錯誤。
1
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3
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5.下列說法正確的是
A.Al2O3難溶于水,不與水反應,所以它不是Al(OH)3對應的氧化物
B.因為Al2O3是金屬氧化物,所以它是堿性氧化物
C.Al2O3能跟所有的酸、堿溶液反應
D.Al2O3能跟強酸、強堿溶液反應
√
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Al2O3雖然難溶于水,但是2Al(OH)3　　Al2O3+3H2O,Al2O3和Al(OH)3中Al的化合價相同,所以Al2O3是Al(OH)3對應的氧化物;Al2O3是兩性氧化物;Al2O3與強酸、強堿反應,與弱堿不反應。
6.(2024·石家莊高一期末)取兩塊大小一樣的鋁片,進行如圖實驗:
根據該實驗,下列說法不正確的是
A.氧化鋁有保護作用,因此燒杯Ⅰ中沒有反應發生
B.燒杯Ⅰ中開始沒有氣泡,一段時間后才產生氣泡;燒杯Ⅱ中立即產生氣泡
C.兩個燒杯中均發生反應:2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑
D.鋁制餐具不宜長時間存放堿性食物
√
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NaOH能與氧化鋁反應,氧化鋁不能起保護作用,燒杯Ⅰ中發生反應,故選A。
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題組三　新型合金
7.儲氫合金是一種新型合金。下列關于儲氫合金的說法錯誤的是
A.儲氫合金是一類能夠大量吸收氫氣,并與氫氣結合成金屬氫化物的新型
合金材料
B.儲氫合金具有儲氫量大、能耗低、使用方便的特點
C.儲氫合金具有很強的捕捉氫的能力,氫分子在合金中先分解成單個的原
子,氫原子進入合金原子的縫隙中,并與合金生成金屬氫化物
D.儲氫合金形成的金屬氫化物性質穩定,高溫條件下也不易分解
√
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儲氫合金形成的金屬氫化物既容易形成,加熱又容易分解,室溫下吸、放氫的速率快,故D錯誤。
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8.將一個預先做好的“ICE”形狀的鎳鈦合金破壞形狀后,只要在熱水中浸泡,其便會恢復原來形狀。下列說法正確的是
A.記憶合金的形狀變化屬于化學變化
B.合金的熔點一般比各組分金屬低,硬度比各組分金屬小
C.形狀記憶合金在醫療上可用來接斷骨等,在日常生活中可制眼鏡框架等
D.鈦合金的化學性質與鈦單質完全相同
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記憶合金的形狀變化沒有生成新物質,屬于物理變化,A不正確;
合金的熔點一般比組分金屬的低,但硬度要比組分金屬的大,B不正確;
鈦合金中因為加入了其他金屬,化學性質與鈦單質不完全相同,D不正確。
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9.下列變化不可能通過一步反應直接完成的是
A.Al(OH)3→Al2O3 B.Al2O3→Al(OH)3
C.Al→[Al(OH)4]- D.AlCl3→Al(OH)3
√
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氫氧化鋁受熱分解生成氧化鋁和水,A可以一步完成;
Al2O3難溶于水,應先將Al2O3與酸反應變成Al3+或與強堿溶液反應生成[Al(OH)4]-后,然后加入弱堿或弱酸反應生成Al(OH)3,B不可以一步完成;
Al和NaOH溶液反應生成Na[Al(OH)4]和H2,C可以一步完成;
氯化鋁和弱堿反應生成氫氧化鋁,D可以一步完成。
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10.(2024·安徽六安二中高一期末)下列物質中既能與稀H2SO4反應,又能與NaOH溶液反應的是
①NaHCO3　②Al2O3　③Na2CO3　④Al(OH)3　⑤NaHSO4
A.②③④　　　B.①③④　　　C.①②④　　　D.全部
√
③Na2CO3與稀H2SO4反應,與NaOH溶液不反應;
⑤NaHSO4與稀H2SO4不反應,與NaOH溶液反應;
①②④符合題意。
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11.氧化鋁的熔點很高,常用于制造耐火材料,例如制作坩堝。下列操作不能在氧化鋁坩堝中進行的是
A.加熱使膽礬失去結晶水 B.加熱使高錳酸鉀分解
C.加熱熔化燒堿 D.加熱分解堿式碳酸銅
√
氧化鋁能與強酸、強堿反應,用氧化鋁材料制作的坩堝不能加熱強酸、強堿。
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12.甲、乙兩個燒杯中分別盛有100 mL 4.0 mol·L-1的鹽酸和100 mL 4.0 mol·
L-1 NaOH溶液,向兩個燒杯中均加入5.4 g鋁粉,在相同狀況下產生氣體的體積比為
A.1∶1　　　B.2∶3　　　C.3∶2　　　D.3∶1
√
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甲、乙兩燒杯中含HCl、NaOH的物質的量都為0.4 mol,根據化學方程式:2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+ 3H2↑可知,5.4 g(即0.2 mol)Al分別與鹽酸和NaOH溶液反應時,鹽酸量不足而NaOH過量,故Al與鹽酸反應生成0.2 mol H2,與NaOH溶液反應生成0.3 mol H2,相同狀況下其體積比為2∶3。
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13.合金是重要的金屬材料。
(1)下列材料不屬于合金的是　　(填字母)。
A.鑄造下水道井蓋的生鐵
B.儲氫用的La Ni合金
C.可用于機器人“皮膚”的橡膠
D.可用于軍用車輛的超級鋼
C
(2)生鐵是常用的合金,生鐵屬于　　　　(填“純凈物”或“混合物”)。
混合物
(3)黃銅是銅鋅合金,將純銅片和黃銅片互相刻劃(如圖所示),純銅片上留下明顯的劃痕,說明:　　　 　　 　　。
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黃銅的硬度比純銅的硬度大
(4)黃銅渣中約含Zn 7%、ZnO 31%、Cu 50%、CuO 5%,其余為雜質。處理黃銅渣可得到硫酸鋅,其主要流程如下(雜質不溶于水、不參與反應):
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①Ⅱ中發生反應的化學方程式為__________________________________
_____________。
Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑,Zn+CuSO4
===ZnSO4+Cu
鋅既可以與硫酸反應,也可以與硫酸銅反應,反應的化學方程式分別為Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑,Zn+CuSO4===ZnSO4+Cu。
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②下列說法正確的是　　(填字母)。
a.Ⅰ、Ⅱ中的操作均包含過濾
b.溶液A中ZnSO4的質量大于CuSO4
ab
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由題中流程可知,操作Ⅰ過濾除去銅和雜質,操作Ⅱ過濾是除去鋅和置換出的銅。因氧化鋅的質量大于氧化銅,且鋅也能和硫酸反應生成硫酸鋅,而銅和稀硫酸不反應,故溶液A中硫酸鋅的質量大于硫酸銅。
14.(2024·福州高一期末)明礬[KAl(SO4)2·12H2O]在造紙等方面應用廣泛。實驗室中采用廢易拉罐(主要成分為Al,含有少量Fe、Mg雜質)制備明礬的過程如圖所示。回答下列問題:
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(1)明礬屬于　　(填字母)。
A.酸　　　B.堿　　　C.鹽　　　D.混合物
C
(2)為了溶解易拉罐,并在溶解后濾去雜質,試劑①應選用NaOH溶液,請寫出相關反應的化學方程式:　　　 　　 　　。
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2NaOH+2Al+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑
(3)含Al質量分數為27%的易拉罐10 g,在足量試劑①作用下可以制取氣體(標準狀況下)體積　　　L,理論上可以制得明礬質量　 　g。
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含Al質量分數為27%的易拉罐10 g,n(Al)==0.1 mol,根據6H2O+ 2NaOH+2Al===2Na[Al(OH)4]+3H2↑知,0.1 mol Al制取氫氣的物質的量為0.15 mol,V(H2)=0.15 mol ×22.4 L·mol-1=3.36 L,根據Al原子守恒得KAl(SO4)2·12H2O的物質的量為0.1 mol,質量為0.1 mol×474 g·mol-1=47.4 g。
(4)下列物質的轉化不能通過一步實現的是　　(填字母)。
A.NaCl→NaHCO3 B.Al→Al(OH)3
C.Cl2→NaClO D.Fe(OH)2→Fe(OH)3
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A項,飽和食鹽水中通入氨氣、CO2生成碳酸氫鈉沉淀和氯化銨,NaCl→ NaHCO3能通過一步實現;
C項,氯氣和NaOH反應生成氯化鈉和次氯酸鈉,Cl2→NaClO能通過一步實現;
D項,Fe(OH)2和氧氣、水發生化合反應生成Fe(OH)3,Fe(OH)2→Fe(OH)3能通過一步實現。
15.鋁鎂合金已成為輪船制造、化工生產等行業的重要材料。某研究性學習小組的三位同學為測定某含鎂3%~5%的鋁鎂合金(不含其他元素)中鎂的質量分數,設計下列三種不同實驗方案進行探究。填寫下列空白:
探究一
實驗方案:鋁鎂合金　　　　　測定剩余固體質量。實驗中發生反應的化學方程式是　　　 　　　　。
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6H2O+2Al+2NaOH===2Na[Al(OH)4]+3H2↑
實驗步驟:
(1)稱取5.4 g鋁鎂合金粉末樣品,投入體積為V、濃度為2.0 mol·L-1的NaOH溶液中,充分反應。為保證合金充分反應,NaOH溶液的體積V≥　 　。
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97 mL
鋁鎂合金中鎂的質量分數為3%時,5.4 g鋁鎂合金粉末樣品中鋁的質量為5.4 g×(1-3%)=5.4 g×97%,則:
2Al　+　2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑
2　　　　　　2
n(NaOH)
所以n(NaOH)=0.194 mol,需要NaOH溶液的體積V==0.097 L= 97 mL;為保證合金充分反應,NaOH溶液的體積V≥97 mL。
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(2)過濾、洗滌、干燥、稱量固體。該步驟中若未洗滌固體,測得鎂的質量分數將　 　(填“偏大”或“偏小”)。
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偏大
鎂上會附著Na[Al(OH)4]等物質,未洗滌固體會導致測定的鎂的質量偏大,鎂的質量分數將偏大。
探究二
實驗方案:鋁鎂合金　　測定生成氣體的體積(實驗裝置如圖所示)。
(1)某同學提出該實驗裝置不夠完善,應在A、B之間添加一個除酸霧的裝置。你的意見是　　　　(填“需要”或“不需要”)。
不需要
因為氯化氫極易溶于水,揮發的氯化氫不影響氫氣體積的測定結果,所以不需要加除酸霧裝置。
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(2)為使測定結果盡可能精確,實驗中應注意的問題有
(寫出兩點):
①　　 　　,
②　　　 　。
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冷卻至室溫再讀數
讀數時,使B與C液面相平
反應中裝置的氣密性、合金是否完全溶解、量氣裝置的使用都會影響測定結果。因此為使測定結果盡可能精確,實驗中應注意的問題有:檢查裝置的氣密性,加入足量鹽酸,調整量氣管C的高度,使C中液面與B中液面相平,待冷卻至室溫再讀取體積等。
探究三
實驗方案:稱量x g鋁鎂合金粉末,放入裝有足量氧氣的容器中使其充分灼燒。
(1)欲計算鎂的質量分數,該實驗中還需要測定的數據是_______________
___________。
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充分灼燒后固體
粉末的質量
Mg、Al均與氧氣反應生成金屬氧化物,則還需測定生成物的質量,才能計算出Mg的質量分數。
(2)若用空氣代替O2進行實驗,對測定結果是否有影響 　　　(填“是”或“否”)。
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是
若用空氣代替O2進行實驗,會發生反應:3Mg+N2　　Mg3N2,2Mg+CO2　
　　2MgO+C,對測定結果有影響。
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