第15講金屬材料

［學蔣目標￥

i.知道金屬材料的常見類型一純金屬及其合金。

2.認識三大合金一鐵合金、鋁合金及新型合金的組成、性能與應用。

3.會書寫鋁、氧化鋁及氫氧化鋁與酸、堿反應的方程式。

4.結(jié)合化學方程式了解物質(zhì)的量、摩爾質(zhì)量、氣體摩爾體積、物質(zhì)的量濃度等概念之間的有關計

算。

5.了解化學計算中的常見類型，學會用解題技巧進行計算。

||由基礎知識f

------------------IIIIIIIIIIIIIIIIII1IIIII1IIIIIIIIIIIIIIII-----------------------

一、鐵合金

1.合金

⑴概念：由兩種或兩種以上的與(或)熔合而成的具有特性的物質(zhì)。

注：①合金至少含有一種金屬單質(zhì)；②合金屬于混合物。

(2)性能特征：合金具有許多優(yōu)良的物理、化學或機械性能，在許多方面不同于各成分金屬。

「物理性能熔點

合金一化學性能抗腐蝕性

L機械性能硬度

①合金的硬度及機械性能一般成分金屬。

②合金的熔.點多數(shù)成分金屬。

(3)影響性能的因素

由于所添加合金元素的、和形成合金的不同，則使合金的不同，進

而使合金具有的不同。

2.鐵合金

⑴生鐵和鋼的比較

生鐵鋼

含碳量——

硬度大、抗壓、性脆、可鑄造成型有良好的延展性、機械性能好、可以鍛

性能特征

軋和鑄造

主要應用制造機座、管道等制造機械和交通工具等

生含碳量在2%?4.3%之間

鐵硬度大、抗壓、性脆、可以鑄

造成型，是制作機座、管道的重

鐵含碳量不同要材料

合-----------

i［川量最大:川途最廣的合金)

鋼含碳量在0.03%?2%之間

延展性和機械性能好，可以鍛軋

和鑄造，廣泛用于制造機械和交

通工具

(2)鋼的分類

低碳鋼韌性好、焊接性好、強度低，

'<0.3%用于制造鋼板、鋼絲和鋼管等

不同.中碳鋼強度高、韌性及加工性好，用

r碳素鋼

0.3%)~0.6%于制造鋼軌、車輪和建材等

按其

化學

田,成分高碳鋼硬而脆、熱處理后彈性好，用于

鋼-----L>0.6%制造器械、彈簧和刀具等

(特種鋼)

是在碳素鋼小適量地加入一種或幾種合金元素，使鋼的組織

合金鋼

結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而使鋼具有各種特殊性能,如強度、硬度

大，可塑性、韌性好，耐磨，耐腐蝕等。

其中不銹鋼是一種重要的合金鋼，合金元素主要是，在大氣中比較穩(wěn)定，不易生銹,

抗蝕能力強，常用于制造醫(yī)療器械、廚房用具和餐具，以及地鐵列車的車體等。

二、鋁和鋁合金

1.鋁的存在及制備

(143)283

(1)鋁的原子結(jié)構(gòu)示意圖為。

(2)物理性質(zhì)及存在：鋁是有金屬光澤的固體，有良好的等，密度較小，質(zhì)地柔軟。

鋁是地殼中最多的金屬元素，主要是以態(tài)存在。

(3)鋁的化學性質(zhì)

J

非金屬單質(zhì)反4A1+3O2^2A12O3_______

化學性質(zhì)通性應

非氧化性酸反2A1+6H+=2AF++3H2T

應

鹽反應2Al+3Cu2+=2AF++3CU

水反應2A1+6H2O^-2A1(OH)3+3H2f

室溫下，鋁在濃硫酸、濃硝酸中，表面形成一層致密的

鈍化

氧化物膜，保護內(nèi)部的金屬______反應

特性2Al+2H2O+2NaOH=2NaA102+3H2T

與堿反應

2A1+2OIT+2H2O=2A1C)2+3H2T

鋁熱反應鋁與氧化鐵的化學方程式：_______，可用于焊接鐵軌。

【易錯點撥】鋁與氫氧化鈉溶液反應的實質(zhì)是鋁先與強堿溶液中的水反應生成H2和A1(OH)3,然

后A1(OH)3再與NaOH反應生成H2。和NaAlCh，反應中鋁做,水做,NaOH無電

子得失。

用雙線橋法和單線橋法分別表示

失2x3e-

|J,6e

2Al+2NaOH+6H2O：^=2NaAlO2+3H2t+4H2O|1

I___________t2Al+2NaOH+6H2O^=2NaAlO2+3H21+4H20o

得6xe-

(4)鋁的制備：工業(yè)上主要從中獲取金屬鋁，鋁土礦主要成分是AI2O3。工業(yè)制鋁的反

應為：=

三、含鋁化合物的性質(zhì)

1.氧化鋁

氧化鋁是氧化物(既能與酸反應生成鹽和水，又能與堿反應生成鹽和水)。

(1)物理性質(zhì)：，是優(yōu)良耐火材料。

(2)化學性質(zhì)

①與鹽酸溶液反應的化學方程式為：A12O3+6HC1=2A1C13+3H2OO

離子方程式為：。

②與NaOH溶液反應的化學方程式為：AI2O3+2Na0H=2NaA102+H2O0

離子方程式為：。

(3)用途：制造耐火、耐高溫器材、工業(yè)冶煉鋁、可以制作各種寶石。

jinn.

LU宴晚器完

氯化鋁溶液中滴加氨水產(chǎn)生沉淀，氯化鋁溶液中滴加氫氧化鈉溶液產(chǎn)生沉淀,

再加過量氨水沉淀再加過量氫氧化鈉溶液沉淀

2.氫氧化鋁

兩性氫氧化物——既能與酸反應生成鹽和水，又能與堿反應生成鹽和水的氫氧化物，稱為兩性氫氧

化物。

(1)物理性質(zhì)：，有較強的吸附性。

(2)化學性質(zhì)

①與鹽酸溶液反應的化學方程式為：A1(OH)3+3HC1=A1C13+3H2OO

離子方程式為：。

②與NaOH溶液反應的化學方程式為：A1(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2Oo

離子方程式為：=

③受熱分解的反應方程式為：2Al(0現(xiàn)33=川203+3a0。

④制備：實驗室常用鋁鹽與足量反應制A1(OH)3O

其化學方程式為：A12(SO4)3+6NH3?H2O=2A1(OH)3；+3(NH4)2SO4。

離子方程式為：o

偏鋁酸鹽與足量CO2離子方程式為：A1O；+CO2+2H2O=Al(0H)3；+HCO；

(3)用途：氫氧化鋁膠體有較強的吸附性，可用于凈水；氫氧化鋁堿性不強，可以用作胃酸中和

劑。

3.明磯

明磯是[KA1(SO4)2-12H2O],明磯常用作劑，是因為明磯溶于水，在天然水中鋁離

子水解生成氫氧化鋁膠體，離子方程式為AF++3H2O=^A1(OH)3(膠體)+3H+。而氫氧化鋁膠體

具有吸附性，可以和水中的泥沙形成絮狀不溶物沉降下來，使水澄清。

四、鋁合金和新型合金

1.鋁合金

(1)形成：鋁中加入其他元素(如銅、鎂、硅、錦、鋅及稀土元素等)經(jīng)熔合形成鋁合金。

(2)性能：、塑性好、易于成型、具有較強的能力等。

(3)應用：制造炊具、門窗、飛機和宇宙飛船外殼的原料。

【易錯點撥】(1)活潑金屬與酸反應是金屬的通性，而鋁不僅能與酸(H+)反應，還能夠與堿溶液反應,

表現(xiàn)出特殊性：2A1+2OIT+2H2O=2AlO3+3H2b

(2)鋁制品不宜長時間盛放咸菜等腌制食品，原因是氯化鈉溶液中的氯離子會破壞氧化膜的結(jié)構(gòu)。

2.新型合金

鈦合金強度高、_______o主要用于制作飛機發(fā)動機壓氣機_______,其次為火箭、

鈦合金

導彈和高速飛機的結(jié)構(gòu)件。

是能大量吸收H2,并與H2結(jié)合成金屬氫化物的材料。如Ti-Fe合金、La—Ni合

儲氫合金

金。

形狀記憶合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

金所構(gòu)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。

是在高溫使用環(huán)境條件下，具有組織穩(wěn)定和優(yōu)良力學、物理、化學性能的合金。

耐熱合金包括耐熱鋼、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、物理、化學性能和工藝性能。

五、物質(zhì)的量在化學方程式計算中的應用

1.物質(zhì)的量在化學方程式計算中的應用

物質(zhì)是由原子、分子、離子等粒子構(gòu)成的，物質(zhì)之間的化學反應也是這些粒子按照一定的數(shù)目

關系進行的，化學方程式中的化學計量數(shù)可以明確的表示出化學反應中粒子之間的數(shù)目關系。例如

2Na+2H2O=2NaOH+H2f

化學計量數(shù)之比2：2：21

擴大6X1023倍2X6X1023：2X6X1023：2X6X10231X6X1023

物質(zhì)的量之比2mol：2mol：2molImol

由此可以看出，化學方程式中各物質(zhì)的化學計量數(shù)之比等于各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比。因此物質(zhì)

的量、摩爾質(zhì)量、物質(zhì)的量濃度、氣體摩爾體積英語與化學方程式進行計算時，對于定量研究化學

反應中各物質(zhì)之間量的關系會更加方便。

①化學方程式中各物質(zhì)的等于,也等于各物質(zhì)的O

②對于有氣體參與的反應，在同溫同壓下各氣體的化學計量數(shù)之比等于O

2.解題步驟

將已知物理量轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的量

寫出相關的方程式

在有關物質(zhì)的化學式下面標出已知量和未知量

一列出比例式

根據(jù)比例式求解

簡明寫出答案

【易錯點撥】(1)上下單位相同。

(2)o

(3)不純物要化為純物質(zhì)的有關量代入計算。

3.計算類型

己知一種反應物(或生成物)的量求解其他物質(zhì)的有關量，此時，只要按照化學

基本計算

方程式中量的關系，列出已知物質(zhì)和待求______計算便可。

混合物反應的計設混合物中各物質(zhì)的物質(zhì)的量為X、y,按照_______的關系，并用x、y表示，

算列出方程組解答。

給出了兩種反應物的量，求解某產(chǎn)物的量。

過量計算方法：按照化學方程式中量的關系進行判斷，哪一種物質(zhì)過量，然后根據(jù)不

足的物質(zhì)的量進行求解。

1Q考點剖曰

---------------------IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII-----------------------

考點一：鐵合金

【例11鐵和鐵合金是生活中常見的材料，下列說法正確的是

A.純鐵的熔點低于鐵合金B(yǎng).純鐵和鐵合金都能導電、傳熱

C.純鐵的硬度和強度都高于鐵合金D.不銹鋼是鐵合金，只含金屬元素

考點二：鋁和鋁合金

?【例2】下列說法正確的是

A.ALCh難溶于水，不跟水反應，所以它不是A1(OH)3對應的氧化物

B.因為AI2O3是金屬氧化物，所以它是堿性氧化物

C.AI2O3能跟所有的酸、堿溶液反應

D.ALCh和NazO按物質(zhì)的量之比1：1投入水中可得到澄清溶液

考點三：氫氧化鋁的性質(zhì)與計算

【例3】在含有H+、Mg2+、AF+簡單陽離子的100mL溶液中，逐滴滴加5molL*1的23NaOH

溶液到過量，生成沉淀的質(zhì)量與加入的NaOH溶液的體積關系如圖所示。由圖中數(shù)據(jù)分析計算：

①沉淀減少時發(fā)生的離子方程式：。

②a點的數(shù)值為：mL?

考點四：物質(zhì)的量在化學方程式計算中的應用

[例4]250mL2mol/L的硫酸與足量的鐵完全反應。計算

（1）參與反應鐵的物質(zhì)的量；

（2）生成的H2的體積（標準狀況）。

【注意】物質(zhì)的量在化學方程式計算中的應用基本原則：上下一致，左右相當。

[⑨基礎達標

---------------------IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII-----------------------

I.（2021春?云南曲靖?高一?？计谥校┥a(chǎn)和生活中廣泛應用了合金，下列所用的材料不屬于合

金的是

A.鐵鍋（生鐵）B.體溫計（水銀）C.刀具（不銹鋼）D.高壓鍋（硬鋁）

2.（2022秋?浙江寧波?高一余姚中學?？计谥校┫铝嘘P于鋁及鋁合金的敘述中，不正確的是

A.鋁是地殼中含量最多的金屬元素

B.在自然界中，既存在游離態(tài)，又存在化合態(tài)的鋁

C.生活中鋁制品通常是鋁合金制造的，其表面有致密的氧化膜，起保護內(nèi)部金屬的作用

D.純鋁硬度和強度小，硬鋁（含Cu、Mg、Mn、Si等）密度小、強度高，是制造航天設備的理想材

料

3.（2022春?湖南邵陽?高一統(tǒng)考期中）鋁是地殼中含量最高的金屬元素，下列關于鋁及其化合物

的說法錯誤的是

A.可用NaOH溶液除去Fe2O3粉末中少量的A12O3

B.純鋁的硬度和強度較小，不適合用于制造機器零件

C.鋁制品廉價易得，適用于廚房蒸煮和長期存放堿性食物

D.鋁在冷的濃硝酸中發(fā)生鈍化，因此可用鋁槽車運輸濃硝酸

4.（2023秋?江蘇徐州?高一統(tǒng)考階段練習）等體積、等物質(zhì)的量濃度的鹽酸、氫氧化鈉溶液分別

放在甲、乙兩燒杯中，各加等質(zhì)量的鋁，生成氫氣的體積比為3：4,則甲、乙兩燒杯中的反應情況

可能分別是

A.甲、乙中都是鋁過量B.甲中鋁過量，乙中堿過量

C.甲中酸過量，乙中鋁過量D.甲中酸過量，乙中堿過量

5.（2022春?廣東深圳?高一?？计谥校┫嗤|(zhì)量的兩份鋁，分別放入足量的鹽酸和氫氧化鈉溶液

中，放出的氫氣在同溫同壓下體積之比為

A.1：1B.1：2C.1：3D.2：1

6.（2022秋?江蘇南通?高二統(tǒng)考期中）2022年10月，我國成功發(fā)射夢天實驗艙，夢天實驗艙的制

造大量使用了鋁基復合材料。下列關于金屬鋁的說法不正確的是

A.鋁原子最外層有3個電子B.密度小，耐腐蝕

C.能與鹽酸反應D.不能與NaOH溶液反應

7.（2021秋?陜西咸陽?高三統(tǒng)考期中）下列有關金屬及其化合物的應用不合理的是

A.五彩繽紛的焰火是金屬元素的焰色反應所致

B.鋁中添加適量鋰，制得低密度、高強度的鋁合金，可用于航空工業(yè)

C.鹽堿地（含較多Na2cCh等）不利于作物生長，可施加熟石灰進行改良

D.無水CoCb呈藍色，吸水會變?yōu)榉奂t色，可用于判斷變色硅膠是否吸水

8.（2023秋?北京通州?高一統(tǒng)考期末）我國鋁材工業(yè)水平處于世界領先行列。下列說法中，不亞

做的是

A.常溫下，鋁制品耐腐蝕是因為鋁不活潑B.鋁制餐具不宜長時間盛放酸性食物

C.鋁合金密度小、強度高，廣泛應用于航空領域D.工業(yè)上可以用鹽酸去除鋁表面的氧化膜

9.（2023春?江蘇泰州?高二泰州中學?？计谥校┫铝杏嘘P鋁及其化合物的性質(zhì)與用途具有對應關

系的是

A.鋁的導熱性強，可用作鋁熱劑B.鋁密度小，可制作儲運濃硫酸的鋁罐

C.明磯水解生成膠體，可用作凈水劑D.氫氧化鋁具有弱酸性，可用于治療胃酸過多

10.（2023春?山東青島?高一青島二中?？计谥校⒌任镔|(zhì)的量的AlQs和FezOs混合物完全溶于

100mL稀鹽酸中，向反應后的溶液中緩慢加入NaOH溶液，下列圖象中可能正確表示上述反應的是

（橫坐標表示加入NaOH的體積，縱坐標表示生成沉淀的質(zhì)量）：

國過關檢測

----------------------llllllltlllllllllllllllllilllllllllllllll------------------------

一、單選題

1.（2023春?安徽滁州?高一滁州市第二中學校聯(lián)考期中）下列離子方程式書寫正確的是

*1234

A.氯氣通入氫硫酸中產(chǎn)生黃色沉淀：ci2+s-=2cr+s^

B.氯化鐵溶液中插入銅片：2Fe3++3Cu=3Cu2++2Fe

+

C.碳酸鈣與稀硝酸反應：CO^+2H=H2O+CO2T

D.氧化鋁與氫氧化鈉溶液反應：A12O3+2OH=2A1O；+H2O

2.（2023春?上海奉賢?高一校考期中）下列關于合金的說法中，正確的是

A.在我國最早使用的合金是鋼B.稀土金屬可以用于生產(chǎn)合金

C.合金的熔點比各成分金屬的高D.鋼是含碳量高于生鐵的鐵碳合金

3.（2023秋?江蘇南京?高一統(tǒng)考期末）下列物質(zhì)的性質(zhì)與用途具有對應關系的是

A.A1的活潑性強，可用于制作鋁制品

B.FeCl3易溶于水，可用于蝕刻覆銅板

C.NaHCOj受熱易分解，可用作抗酸藥

D.Na/）?能吸收CO?產(chǎn)生可用作潛水艇的供氧劑

4.（2023秋?河南濮陽?高一統(tǒng)考期末）高鐵鋁土礦主要成分為人k。?、Fe203>Fes。,等，一種通過

高鐵鋁土礦制備金屬鐵和ALOj的工藝流程如圖所示。下列說法錯誤的是

碳礦渣

高鋁

鐵精礦

高鐵

鋁土礦

高活

鋁精礦

A.“懸浮焙燒”時，鐵礦磁化得到的主要為Fes。,

B.“還原”時,ImolC發(fā)生反應一定轉(zhuǎn)移4mol電子

C.礦渣經(jīng)處理后可加入到“堿溶”操作中

D.“沉淀”時，主要反應的離子方程式為A1O：+CO2+2H2O=A1（OH）3J+HCO]

5.（2023秋?陜西寶雞?高一統(tǒng)考期末）將一塊鋁箔用砂紙仔細打磨后，用用煙鉗夾住放在酒精燈

火焰上加熱至熔化，發(fā)現(xiàn)熔化的鋁并不燃燒，也不滴落，移去酒精燈，待固體冷卻后將其投入氫氧

化鈉溶液，固體最終消失并有氣體生成。關于這一實驗的下列敘述正確的是

A.該實驗說明金屬鋁密度小、熔點低，化學性質(zhì)穩(wěn)定

B.加熱不燃燒說明鋁制品性質(zhì)穩(wěn)定，可長期存放各種物質(zhì)

C.不滴落是因為A1表面生成了AI2O3,AI2O3熔點遠高于金屬鋁，可做耐火材料

D.A1和AI2O3都可以和酸反應，也可以和氫氧化鈉溶液反應，都具有兩性

6.（2023秋?廣東揭陽?高一統(tǒng)考期末）下列除雜質(zhì)的操作中不正確的是

A.鋁粉中混有鐵粉：用磁鐵吸引除去

B.FeCb溶液中混有FeCb加入過量鐵粉充分反應后過濾

C.FezCh中混有AI2O3：加入足量NaOH溶液后過濾

D.NaHCOs固體中混有少量Na2co3：加入適量稀鹽酸

二、填空題

7.（2023秋?江蘇南京?高一統(tǒng)考期末）工業(yè)上以鋁土礦（主要成分為AI2O3，含少量Fe2C>3、FeO、

SiCh等雜質(zhì)）為主要原料制備氧化鋁，流程如下。

NaOH

H2s。4H2O2Na2CO3

溶液溶液溶液

溶液C02

11感1八__..

鋁土礦一酸浸一*氧化—,?沉淀一,,堿溶一"AbCh

111I

111

SiONa2so4NaHCCh

2Fe(OH)

溶液3溶液

(1)酸浸：用H2s04溶液浸取鋁土礦中的鋁元素和鐵元素，H2s04溶液的用量不宜過量太多，其原因

是。

(2)氧化：用H?。?溶液將Fe?+氧化為Fe",反應的離子方程式為。

(3)沉淀：用Na2c03溶液調(diào)節(jié)pH,將AF+、Fe3+轉(zhuǎn)化為沉淀。溶液終點pH對鋁、鐵沉淀率的影響

如圖所示。

100100

8o95

興

、90

樹6o

熄

85

運

妞4o

鋁沉淀率80

2O鐵沉淀率

乃

0I.—D?------?------1------?----1--------1------70

2.02.53.03.54.04.55.05.56.0

pH

①為獲得較高的鋁、鐵沉淀率，應控制溶液pH為o

②檢驗Fe3+沉淀完全的操作為。

(4)堿溶：用NaOH溶液溶解沉淀，分離出Fe(OH)3.下列措施中能提高單位時間內(nèi)鋁元素浸出率的有

(填序號)。

A.適當增大NaOH溶液濃度B.適當加快攪拌速率C.適當降低溫度

⑸碳分：向“堿溶”后的溶液中通入足量CC>2氣體，生成A1(OH)3沉淀和NaHCC>3,該反應的離子方

程式為o

8.(2023秋?陜西西安?高一校聯(lián)考期末)已知：粉末化合物A是紅棕色，粉末單質(zhì)B是金屬單質(zhì)

加

強

堿

溶

液

溶液H

|I

單質(zhì)F

反應

化學

(用

因為

的原

現(xiàn)象

生此

；產(chǎn)

象是

的現(xiàn)

溶液

化鈉

氫氧

加入

液E

(1)溶

釋)

式解

方程

-

H：

；D—

D

+

C

A+B—

式：

方程

化學

應的

列反

出下

(2)寫

H：

—F+

；B

E：

+C—

；G

：

b—G

E+C

式：

方程

離子

應的

列反

出下

(3)寫

一份

向第

份，

兩等

分為

將其

品，

末樣

金粉

的合

、鋁

含鎂

一份

中)有

一期

州?高

江杭

春?浙

(2023

9.

的

ol/L