2015-2016学年高中化学 3.1应用广泛的金属材料课件 苏教版选修1PPT

专 题 3 丰 富 多 彩 的 生 活 材 料第 一 单 元 应 用 广 泛 的 金 属 材 料 知 识 点 1 合 金 的 组 成 及 应 用【 自 主 认 知 】一 、 金 属 的 性 质 及 其 应 用1.常 见 金 属 的 物 理 性 质 及 其 应 用 ：金 属 性 质 用 途铜 、 铝 有 良 好 的 _ 用 做 输 电 的 导 线钨 有 很 高 的 _ 用 于 制 作 灯 丝铝 有 良 好 的 _ 可 制 成 _用 于 包 装 食 品导 电 性熔 点延 展 性 铝 箔 2.常 见 金 属 的 化 学 性 质 及 其 应 用 (以 铝 为 例 )：(1)铝 的 化 学 性 质 。化 学 性 质 化 学 反 应 方 程 式 或 文 字 解 释与 氧 气反 应 常 温 在 空 气 中 形 成 致 密 的 _， 具 有 抗 腐蚀 性加 热 或 点 燃 _与 酸 反 应 与 稀 盐酸 反 应 _常 温 下 与 浓 硫酸 、 浓 硝 酸 钝 化 ， 铝 表 面 形 成 一 层 _氧 化 膜4Al+3O2 2Al2O3点 燃=2Al+6HCl=2AlCl3+3H2氧 化 膜 化 学 性 质 化 学 反 应 方 程 式 或 文 字 解 释与 碱 反 应 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2与 盐 溶 液 反 应(如 CuSO4溶 液 ) 化 学 反 应 方 程 式 ： _ 2Al+3CuSO4=3Cu+Al2(SO4)3 (2)氧 化 铝 的 化 学 性 质 。 与 强 碱 溶 液 反 应 的 离 子 方 程 式 为_。 与 强 酸 溶 液 反 应 的 离 子 方 程 式 为_。 铝 制 炊 具 不 能 用 来 长 时 间 盛 装 酸 性 或 碱 性 及 含 食 盐 的 食 品 。2 3 2 2Al O 2OH =2AlO H O Al2O3+6H+=2Al3+3H2O 2.合 金 的 性 能 。合 金 与 其 各 成 分 金 属 相 比 ， 具 有 许 多 优 良 的 物 理 、 化 学 性 能 。(1)合 金 的 硬 度 _。(2)多 数 合 金 的 熔 点 一 般 比 各 成 分 金 属 的 _。(3)合 金 的 性 能 可 以 通 过 所 添 加 的 合 金 元 素 的 _和 生 成 合 金 的_来 调 节 。 较 大 低 种 类含 量 3.常 见 的 合 金 ：(1)铁 合 金 。生 铁 与 钢 的 比 较 ： 生 铁 钢含 碳 量 _ 0.3% 2%组 成 铁 、 碳 除 _、 _外 ， 合 金 钢 中 还 含有 其 他 元 素性 能 硬 度 大 、 抗 压 、 性 脆 有 良 好 的 延 展 性 、 机 械 性 能加 工 可 铸 不 可 煅 可 铸 、 可 煅用 途 制 造 机 座 、 管 道 制 造 机 械 和 交 通 工 具2% 4% 铁 碳 (2)铝 合 金 和 铜 合 金 。 硬 铝 ： 合 金 元 素 为 Cu、 Mg、 Mn和 Si等 。 硬 铝 密 度 小 ， 强 度 高 、 抗 腐蚀 性 强 。 适 用 于 制 造 飞 机 和 航 天 器 。 黄 铜 ： 合 金 元 素 是 Zn。 青 铜 ： 合 金 元 素 是 Sn。 (3)钛 合 金 。 优 点 ： 有 较 高 的 强 度 、 良 好 的 抗 氧 化 性 和 优 异 的 耐 腐 蚀 性 。 用 途 ： 钛 合 金 主 要 用 于 飞 机 、 火 箭 、 导 弹 、 人 造 卫 星 、 宇 宙 飞 船 等尖 端 领 域 。 同 时 由 于 它 对 人 体 无 毒 和 无 不 良 反 应 ， 可 作 为 人 造 骨 的 材料 ， 被 称 为 “ _” 。亲 生 物 金 属 【 释 疑 解 惑 】1.合 金 的 性 质 与 结 构 的 关 系 ：(1)一 般 情 况 下 ， 合 金 比 纯 金 属 的 硬 度 更 大 、 更 坚 固 。 如 图 所 示 ， 纯金 属 和 合 金 的 结 构 并 不 相 同 ， 在 纯 金 属 内 ， 所 有 原 子 的 大 小 和 形 状 都是 相 同 的 ， 原 子 的 排 列 十 分 规 整 。 而 合 金 内 加 入 了 或 大 或 小 其 他 元 素的 原 子 ， 改 变 了 金 属 原 子 有 规 则 的 层 状 排 列 ， 使 原 子 层 与 层 之 间 的 相对 滑 动 变 得 困 难 。 (2)一 般 情 况 下 合 金 的 的 熔 点 比 纯 金 属 低 。在 纯 金 属 内 ， 所 有 的 原 子 大 小 相 同 ， 排 列 十 分 规 整 ； 而 合 金 内 原 子 的大 小 不 一 ， 排 列 没 有 纯 金 属 那 样 整 齐 ， 使 得 原 子 之 间 的 相 互 作 用 力 减小 。 所 以 ， 合 金 的 熔 点 一 般 比 各 成 分 金 属 的 熔 点 都 要 低 。 2.不 锈 钢 的 分 类 及 耐 腐 蚀 的 原 因 ：(1)不 锈 钢 种 类 繁 多 、 性 能 各 异 ， 按 化 学 成 分 可 分 为 铬 不 锈 钢 和 铬 镍不 锈 钢 两 大 类 ； 按 使 用 的 介 质 环 境 可 分 为 耐 硝 酸 不 锈 钢 、 耐 硫 酸 不 锈钢 、 耐 尿 素 不 锈 钢 和 耐 海 水 不 锈 钢 等 。(2)不 锈 钢 中 添 加 的 元 素 主 要 是 Ni和 Cr， Cr是 防 氧 化 元 素 ， 使 不 锈 钢表 面 形 成 一 层 致 密 的 氧 化 物 保 护 膜 ， 防 止 内 部 的 Fe与 外 界 物 质 接 触 ，Ni是 防 腐 蚀 元 素 ， 使 不 锈 钢 在 多 种 酸 、 碱 、 盐 溶 液 中 也 能 具 有 很 好 的化 学 稳 定 性 和 耐 腐 蚀 性 。 【 即 时 训 练 】1.(2015 湛 江 高 二 检 测 )铁 和 铁 合 金 是 生 活 中 常 用 的 材 料 ， 下 列 说 法正 确 的 是 ( )A.不 锈 钢 是 铁 合 金 ， 只 含 金 属 元 素B.一 定 条 件 下 ， 铁 粉 可 与 水 蒸 气 反 应C.铁 与 盐 酸 反 应 ， 铁 合 金 不 与 盐 酸 反 应D.铁 合 金 的 硬 度 和 强 度 均 低 于 铁 【 解 析 】 选 B。 铁 合 金 中 含 非 金 属 元 素 碳 ； 铁 粉 与 水 蒸 气 反 应 方 程 式为 3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2； 铁 形 成 铁 合 金 后 其 化 学 性 质 几 乎 不变 ， 铁 合 金 中 的 铁 仍 能 与 盐 酸 反 应 ； 合 金 的 性 能 一 般 优 于 其 纯 金 属 。= 2.钛 (Ti)因 为 具 有 神 奇 的 性 能 越 来 越 引 起 人 们 的 关 注 ， 是 航 空 、 军 工 、电 力 等 方 面 的 必 需 材 料 ， 被 誉 为 “ 空 间 金 属 ” 和 “ 深 海 金 属 ” 。(1)钛 和 钛 的 合 金 具 有 很 多 优 良 的 性 能 ， 如 熔 点 高 、 密 度 小 、 可 塑 性好 、 易 于 加 工 ， 钛 合 金 与 人 体 有 很 好 的 “ 相 容 性 ” 。 根 据 它 们 的 主 要性 能 ， 下 列 用 途 不 切 合 实 际 的 是 。A.用 于 做 保 险 丝 B.用 于 制 造 航 天 飞 机C.用 于 制 造 人 造 骨 D.用 于 制 造 船 舶 (2)常 温 下 钛 不 和 非 金 属 、 强 酸 反 应 。 红 热 时 ， 却 可 与 常 见 的 非 金 属单 质 反 应 。 地 壳 中 含 钛 矿 石 之 一 称 金 红 石 (TiO2)， 目 前 大 规 模 生 产 钛的 方 法 是第 一 步 ： 金 红 石 、 炭 粉 混 合 ， 在 高 温 条 件 下 通 入 氯 气 制 得 TiCl4和 一种 可 燃 性 气 体 。 该 反 应 的 化 学 方 程 式 为 ， 该 反 应 的 还 原剂 是 。第 二 步 ： 在 氩 气 的 气 氛 中 ， 用 过 量 镁 在 加 热 条 件 下 与 TiCl 4反 应 制 得金 属 钛 。 简 述 由 上 述 所 得 产 物 中 获 取 金 属 钛 的 步 骤 。 【 解 析 】 (1)物 质 的 性 质 决 定 其 用 途 ， 应 结 合 题 干 所 给 的 有 关 性 质 的信 息 来 分 析 。 由 题 干 知 钛 和 钛 合 金 的 熔 点 高 ， 不 能 用 来 做 保 险 丝 ； 其密 度 小 、 熔 点 高 、 可 塑 性 好 ， 可 用 于 制 造 飞 机 及 船 舶 ， 与 人 体 有 很 好的 “ 相 容 性 ” ， 可 制 造 人 造 骨 。 (2)第 一 步 得 到 的 可 燃 性 气 体 应 是 CO， 结 合 原 子 守 恒 及 电 子 转 移 守恒 ， 化 学 方 程 式 应 为 TiO2+2C+2Cl2 TiCl4+2CO， 该 反 应 中 ， 碳元 素 化 合 价 升 高 ， C作 还 原 剂 ； 第 二 步 应 为 镁 置 换 钛 的 反 应 ， 化 学方 程 式 为 TiCl4+2Mg Ti+2MgCl2， 所 得 产 物 含 杂 质 镁 (镁 过 量 )、MgCl2， 利 用 钛 不 与 强 酸 反 应 ， 应 加 足 量 盐 酸 除 去 过 量 杂 质 镁 、MgCl2， 过 滤 即 得 钛 。 高 温=Ar= 答 案 ： (1)A (2)第 一 步 ： TiO2+2C+2Cl2 TiCl4+2CO 碳 第 二 步 ：加 入 足 量 盐 酸 ， 除 去 过 量 镁 、 MgCl2， 过 滤 ， 洗 涤高 温= 【 互 动 探 究 】 (1)题 目 1中 的 铁 合 金 是 生 活 中 常 用 材 料 ， 那 么 合 金是 纯 净 物 还 是 混 合 物 ？提 示 ： 合 金 是 混 合 物 ， 但 其 组 成 是 均 匀 的 ， 而 且 有 些 合 金 有 固 定熔 点 。(2)与 题 目 2中 镁 热 还 原 法 制 Ti一 样 ， 采 用 钠 还 原 法 也 可 制 备 Ti，反 应 方 程 式 应 如 何 写 ？提 示 ： TiCl 4+4Na Ti+4NaCl= 【 补 偿 训 练 】 1.(2015 福 州 高 二 检 测 )铝 硅 合 金 (含 Si 13.5%)在 凝 固时 收 缩 率 很 小 ， 因 而 这 种 合 金 适 合 铸 造 。 有 下 列 三 种 晶 体 ： 铝 ； 硅 ； 铝 硅 合 金 ， 它 们 的 熔 点 从 低 到 高 的 顺 序 是 ( )A. B. C. D. 【 解 析 】 选 D。 合 金 的 熔 点 低 于 各 成 分 的 熔 点 ， 晶 体 硅 的 结 构 类 似 于金 刚 石 的 结 构 ， 熔 点 比 铝 高 。 2.为 除 去 镀 在 铝 表 面 的 铜 镀 层 ， 可 选 用 的 试 剂 为 ( )A.稀 硝 酸 B.浓 硝 酸C.浓 盐 酸 D.氢 氧 化 钠 溶 液【 解 析 】 选 B。 铜 与 浓 硝 酸 反 应 生 成 硝 酸 铜 ， 而 铝 遇 浓 硝 酸 钝 化 ， 故可 用 浓 硝 酸 除 去 铝 表 面 的 铜 镀 层 。 知 识 点 2 金 属 的 腐 蚀 与 防 护【 自 主 认 知 】1.金 属 腐 蚀 的 两 种 类 型 ：(1)化 学 腐 蚀 金 属 与 化 学 物 质 直 接 接 触 。条 件 (2) 金 属 不 纯 金 属 表 面 _ 水 膜 中 溶 解 有 _等 ， 形 成 一 薄 层 电 解 质 溶 液电 化 学 腐 蚀 条 件 条 件 吸 附 了 一 层 水 膜氧 和 少 量 盐 类 2.金 属 的 防 护 ：(1)金 属 防 护 的 三 类 方 法 ： 马 口 铁致 密 的 Fe3O4薄 膜更 容 易 失 去 电 子 (2)合 理 选 择 防 腐 方 法 。 考 虑 金 属 制 品 的 使 用 期 限 ： 短 期 使 用 ， 不 须 采 用 昂 贵 的 防 腐 方 法 。 考 虑 金 属 制 品 的 使 用 环 境 。 考 虑 对 金 属 制 品 外 观 的 要 求 。 【 释 疑 解 惑 】1.金 属 的 化 学 腐 蚀 和 电 化 学 腐 蚀 的 比 较 ：化 学 腐 蚀 电 化 学 腐 蚀条 件 金 属 与 非 电 解 质 等 直接 接 触 不 纯 金 属 或 合 金 与 电 解 质 溶 液接 触现 象 无 电 流 产 生 有 微 弱 电 流 产 生本 质 金 属 被 氧 化 的 过 程 较 活 泼 金 属 被 氧 化 的 过 程相 互 关 系 化 学 腐 蚀 与 电 化 学 腐 蚀 往 往 同 时 发 生 ， 但 电 化 学 腐 蚀更 普 遍 ， 危 害 严 重 2.金 属 腐 蚀 快 慢 的 规 律 ：(1)在 同 一 电 解 质 溶 液 中 ， 金 属 腐 蚀 由 快 到 慢 的 顺 序 为 原 电 池 原 理 引起 的 腐 蚀 化 学 腐 蚀 原 电 池 原 理 中 作 正 极 的 金 属 。(2)对 于 同 一 种 电 解 质 溶 液 ， 电 解 质 溶 液 浓 度 越 大 ， 金 属 腐 蚀 越 快 (除钝 化 外 )。(3)对 于 活 动 性 不 同 的 两 种 金 属 ， 活 动 性 差 别 越 大 ， 氧 化 还 原 反 应 速率 越 快 ， 活 泼 金 属 腐 蚀 越 快 。 (4)同 一 种 金 属 在 不 同 介 质 中 腐 蚀 由 快 到 慢 的 顺 序 为 强 电 解 质 溶 液 弱电 解 质 溶 液 非 电 解 质 溶 液 。(5)纯 度 越 高 的 金 属 ， 腐 蚀 的 速 率 越 慢 (纯 金 属 几 乎 不 腐 蚀 )。(6)不 纯 的 金 属 或 合 金 ， 在 潮 湿 的 空 气 中 腐 蚀 速 率 远 大 于 在 干 燥 、 隔绝 空 气 条 件 下 的 腐 蚀 速 率 。 【 即 时 训 练 】1.(2015 安 庆 高 二 检 测 )如 图 中 a为 生 铁 ， A、 B两 个 烧 杯 中 为 海 水 ， C烧 杯 中 为 1 mol L-1的 稀 硫 酸 。 (1)C中 Cu极 的 电 极 反 应 式 为 _ 。(2)B中 Zn极 的 电 极 反 应 式 为 ，Fe极 附 近 溶 液 的 pH (填 “ 增 大 ” “ 减 小 ” 或 “ 不 变 ” )。A、 B、 C中 铁 被 腐 蚀 的 速 率 由 快 到 慢 的 顺 序 是 。 【 解 析 】 B、 C装 置 为 原 电 池 ， 在 原 电 池 中 ， 活 泼 金 属 作 负 极 ， 故 B中Fe作 正 极 被 保 护 ， C中 Fe作 负 极 被 腐 蚀 。答 案 ： (1)2H+2e-=H2(2)Zn-2e-=Zn2+ 增 大 CAB 2.炒 过 菜 的 铁 锅 未 及 时 洗 净 ， 在 空 气 中 放 置 不 久 便 会 因 腐 蚀 而 出 现 红褐 色 锈 斑 。 请 回 答 ：(1)铁 锅 的 锈 蚀 是 腐 蚀 (填 “ 析 氢 ” 或 “ 吸 氧 ” )。(2)写 出 铁 锅 腐 蚀 时 负 极 的 电 极 反 应 式 ： 。(3)写 出 铁 锅 在 中 性 条 件 下 腐 蚀 的 正 极 的 电 极 反 应 式 ： 。(4)写 出 电 化 学 反 应 的 总 方 程 式 ： 。 【 解 析 】 炒 过 菜 的 铁 锅 如 果 未 及 时 洗 净 ， 表 面 会 附 有 少 量 的 氯 化 钠 溶液 ， 在 该 条 件 下 铁 会 发 生 吸 氧 腐 蚀 。 活 泼 的 铁 作 负 极 ， 失 电 子 ， 其 电极 反 应 式 为 Fe-2e-=Fe2+。 铁 锅 在 中 性 条 件 下 发 生 的 腐 蚀 就 是 吸 氧腐 蚀 ， 正 极 反 应 式 为 2H2O+O2+4e-=4OH-。 该 过 程 中 总 反 应 方 程 式 为2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2。答 案 ： (1)吸 氧 (2)Fe-2e-=Fe2+(3)O 2+2H2O+4e-=4OH-(4)2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2 【 互 动 探 究 】(1)由 题 目 1中 可 得 出 的 金 属 腐 蚀 快 慢 的 规 律 是 什 么 ？提 示 ： 在 同 一 电 解 质 溶 液 中 ， 金 属 腐 蚀 由 快 到 慢 的 顺 序 为 电 解 池 的 阳极 原 电 池 的 负 极 正 常 状 况 原 电 池 的 正 极 电 解 池 的 阴 极 。(2)由 题 目 2中 可 以 看 出 铁 锅 生 锈 的 原 因 是 什 么 ？提 示 ： 铁 锅 是 生 铁 加 工 成 的 ， 菜 汤 中 含 有 NaCl等 电 解 质 ， 这 样 Fe、 C、NaCl溶 液 共 同 构 成 原 电 池 ， 加 快 了 腐 蚀 。 【 补 偿 训 练 】 (2015 临 沂 高 二 检 测 )如 图 ， 一 根 铁 棒 插 入 煮 沸 过 的 蒸馏 水 中 ， 铁 棒 上 有 三 点 。 (1)A、 B、 C三 点 中 腐 蚀 最 快 的 是 。(2)若 向 蒸 馏 水 中 加 入 少 量 食 盐 ， B处 的 腐 蚀 速 率 将 (填 “ 加快 ” “ 不 变 ” 或 “ 减 慢 ” )。(3)若 将 蒸 馏 水 换 成 ： 0.1 mol L-1H2SO4溶 液 ； 1 mol L-1H2SO4溶 液 ； 18.4 mol L-1H2SO4溶 液 ， 则 A处 腐 蚀 由 快 到 慢 的 顺 序 是 。 【 解 析 】 (1)根 据 题 意 可 知 ： A在 煮 沸 的 蒸 馏 水 内 部 ， 因 缺 少 氧 气 ， 很难 形 成 电 解 质 溶 液 ， 几 乎 不 腐 蚀 。 B在 水 面 处 ， 发 生 了 电 化 学 腐 蚀 。 C在 水 面 以 上 ， 与 氧 气 发 生 化 学 腐 蚀 ， 根 据 同 一 种 物 质 ， 发 生 电 化 学 腐蚀 与 化 学 腐 蚀 的 对 比 可 知 B处 铁 棒 的 腐 蚀 比 C处 的 快 。(2)蒸 馏 水 中 加 入 少 量 食 盐 (强 电 解 质 )， 增 强 了 原 电 池 中 电 解 质 溶 液的 导 电 能 力 ， B点 腐 蚀 速 率 远 大 于 以 前 。 (3) 硫 酸 为 稀 硫 酸 ， 但 是 中 硫 酸 的 浓 度 小 于 中 硫 酸 的 浓 度 ，铁 棒 在 中 的 腐 蚀 速 率 比 中 的 快 ， 中 18.4 mol L-1的 硫 酸 (98%)是 浓 硫 酸 ， 铁 很 快 发 生 了 钝 化 ， 几 乎 不 腐 蚀 。答 案 ： (1)B (2)加 快 (3)