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选修1化学与生活第三章探索生活材料第一节合金课标要求1列举生活中的常用材料，能通过实例认识化学在发展生产生活所用材料中的重要作用。2认识金属与合金在性能上的主要差异，知道生活中常见合金的组成。课标解读1.从结构角度了解合金与纯金属在性能上的差异(如硬度、熔点等)。2了解铁合金、铝合金、铜合金以及新型合金的组成、性能和用途。3认识合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件来加以调节。教学地位本节知识与必修1第三章紧密相联，是在必修课程基础上对合金认识的深入与提高。本节重点介绍了金属和合金在性能上的主要差异及其原因，铁合金、铝合金和铜合金的组成、性能和用途，强化合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和合金的生成条件来调节的观念。合金是生活材料的重要种类，也是各类考试涉及的热点知识。新课导入建议2012年是中华民族值得骄傲的一年。由成都飞机制造厂研制的第五代隐身重型歼击机歼20横空出世。航母“辽宁”号正式服役，并实现舰载机的成功起飞和降落。你知道这些新型武器使用了大量的钛合金、耐热合金等多种特殊性能的合金材料？你了解合金和成分金属在性质上有何差异吗？让我们学习合金的知识，了解合金的奥秘吧！教学流程设计提出问题：什么是合金？概念讲授讨论：日常生活中用到的金属制品中哪些属于合金？合金具有优良的物理性能：强度和硬度大、熔点低讨论：为什么合金具有这些优良的物理性能？进一步明确：结构决定性质。学生列举最常见的合金：铁合金、铝合金讲授铁合金的分类、特点学生列举生活中常见的各种铁合金的不同用途铝合金、铜合金的主要用途介绍新型合金材料。课标解读重点难点1.了解合金的定义及特点。2.认识金属与合金在性能上的主要差异，知道生活中常见合金的组成。3.了解铁合金、铝合金和铜合金的组成、性能和用途。1.本节学习的重点是合金和金属在性能上的主要差异及其原因，铁合金、铝合金和铜合金的组成、性能和用途。(重点)2.本节学习的难点是合金的结构与性能之间的关系，合金元素的种类、含量对合金性能的影响。(难点)认识合金1.合金的概念由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。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、化学或机械性能。(1)合金的硬度较大。(2)多数合金的熔点一般比各成分金属的低。(3)合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件来调节。1合金是混合物还是纯净物？【提示】合金是混合物，但其组成是均匀的。而且有些合金具有固定熔点。使用合金1.铁合金(1)生铁和钢的比较生铁钢含碳量2%4.3%0.03%2%组成铁、碳铁、碳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锻可铸、可锻用途制造机座、管道制造机械和交通工具续表生铁钢(2)钢的分类2铝合金和铜合金(1)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。(2)黄铜：合金元素是Zn。青铜：合金元素是Sn。3新型合金(1)储氢合金：TiFe合金和LaNi合金等。(2)钛合金：重量轻、强度高、韧性好、耐腐蚀。(3)耐热合金、形状记忆合金等。2生铁和钢的本质区别是什么？如何将生铁冶炼成钢？【提示】生铁和钢的本质区别是含碳量不同，生铁的含碳量比钢高。炼钢是在高温条件下，用氧化剂把生铁中过多的碳和杂质氧化除去的过程。合金的性质与结构的关系【问题导思】为什么多数合金的熔点比成分金属低而硬度比成分金属大？【提示】合金内部原子大小不同，原子层与层之间相对滑动困难，使合金硬度变大；原子大小不一使原子之间的相互作用力减小、熔点变低。合金的组成元素相同时性能就一定相同吗？【提示】合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来调节。合金元素种类相同、性质不一定相同。1合金的物理性质 (1)一般情况下，合金比纯金属硬度更大、更坚固。(2)多数合金的熔点一般比各成分金属的低。(3)一般来说，合金的性质并不是各成分的性质的总和。合金具有良好的物理、化学或机械性能。(4)合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来加以调节。2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。而合金内加入了其他元素或大或小的原子，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。纯金属内原子的排列十分规整合金内原子层之间的相对滑动变得困难纯金属与合金的结构比较(2)一般情况下合金的熔点比纯金属低。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，多数合金的熔点一般比各成分金属的熔点都要低。3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。合金是混合物，但与其他的混合物不同，合金有固定的熔沸点。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】铁合金中含非金属元素碳；铁粉与水蒸气反应方程式为3Fe4H2O(g)Fe3O44H2；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。【答案】B (1)合金物理性质、机械性能等优于成分金属，但合金中各成分金属的化学性质并未改变。(2)合金是混合物，但其成分均一，性质稳定具有固定的熔点、沸点。1(2013广雅中学高二检测)下列合金不能被稀盐酸腐蚀的是(括号内为合金成分)()A球墨铸铁B黄铜(铜锌合金)C铝合金 D24K黄金【解析】合金中各成分仍具有原来的化学性质，故球墨合金中的铁、黄铜合金中的锌、铝合金中的铝均能被稀盐酸腐蚀，24K黄金为纯金不能被稀盐酸腐蚀。【答案】D重要的合金类型与主要性质【问题导思】最早使用的合金是什么？试分析最早使用该合金的原因。【提示】最早使用的合金是铜合金(青铜)。铜的性质较稳定，冶炼方法简单，故最早被人们发现使用。不锈钢就是绝对的不生锈吗？【提示】不是。不锈钢在空气中不易被氧化，稳定性好。而在海水中，由于电解质溶液浓度大，不锈钢中的Fe与C可形成原电池，从而发生电化学腐蚀。名称组成主要性质主要用途铁合金生铁含碳量2%4.3%硬度大、抗压、性脆铸造机座、管道等钢含碳量0.03%2%良好延展性、机械性能好用途最广、用量最大的合金材料铝合金铝合金含有10%30%的镁强度和硬度都比纯铝和纯镁大火箭、飞机、轮船等制造业硬铝含铜4%、镁0.5%、锰0.5%、硅0.7%强度和硬度都比纯铝大火箭、飞机、轮船等制造业铜合金黄铜含锌20%36%，常加入少量锡、铅、铝有良好的强度和塑性、易加工、耐腐蚀机器零件如轴承、齿轮等青铜含锡10%30%有良好的强度和塑性、耐磨、 耐腐蚀机器零件如轴承、齿轮等钛合金含铝6%、钒4%耐高温、耐腐蚀、 高强度用于宇航、飞机、造船、化学工业金合金加入银、铜、稀土元素等有光泽、易加工、耐磨、耐腐蚀、易导电金饰品、电子元件、钱币、笔尖 (1)纯铁比铁合金更耐腐蚀。(2)铝是地壳中含量最多的金属元素。纯铝的硬度和强度较小，不适于制造机器零件等。向铝中加入少量的合金元素如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等可制成铝合金，铝合金是目前用途广泛的合金之一。(3)铜能与锌、锡、铅、锰、钴、镍、铝、铁等金属形成合金，黄铜是铜锌合金，青铜是铜锡合金，白铜是铜钴镍合金。某课外活动小组，收集了一种合金进行研究(已知Cu的焰色反应显绿色)。(1)外观暗灰色，表面光滑；(2)在酒精灯上灼烧，火焰呈绿色；合金片熔化，但不滴落；(3)取刮去表皮的金属10.0 g，放入足量H2SO4溶液中，收集到标准状况下的H2 9.96 L；(4)另取刮去表皮的金属10.0 g，放入足量NaOH溶液中，也收集到标准状况下的H2 9.96 L。试据此判断，合金中一定含有的元素是_(写元素符号)；下列元素可能含有的是_(填选项编号)；aAgBMgcNaDFe如果该合金中，只含两种元素，它们的质量比是_。【解析】焰色反应呈绿色，表明此合金中含有铜，相同质量的合金分别与H2SO4溶液，NaOH溶液反应放出等体积的H2，表明合金中有金属元素Al，且不含比铜活泼的其他金属，否则与酸反应放出的H2多。2Al3H254 g 67.2 Lm(Al) 9.96 Lm(Al)8.0 g，m(Cu)10.0 g8.0 g2.0 g，m(Cu)m(Al)14。【答案】Cu、Alam(Cu)m(Al)142(2013九江高二检测)钢笔的笔头是合金钢，其笔头尖端是用机器轧出的便于使用的圆珠体。为了改变笔头的耐磨性能，在笔头尖端点上铱金粒，为区别钢笔而叫铱金笔，铱金笔的笔头用黄金的合金，笔尖用铱的合金。下列说法中错误的是()A钢笔的笔头不易被氧化，抗腐蚀性能好B铱金笔的密度要比钢笔大C铱金笔的笔头和笔尖都是用纯金制成的D铱金笔经久耐磨，书写时弹性特别好，是一种理想的硬笔【解析】铱金笔的笔头和笔尖分别是黄金和铱金等多种合成的。【答案】C新型合金的用途【问题导思】储氢合金的储氢原理是什么？它怎样储存和释放H2?【提示】H2储氢合金,稍受热金属氢化物能够用于人造骨骼的是哪种合金？【提示】钛合金。1储氢合金(1)氢能的利用存在的两大难题：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采用气态或液态储存。但运送装有H2的钢瓶既不安全又不方便。(2)对储氢合金的要求：一是能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物；二是储氢量大，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，如TiFe合金、LaNi合金等。2钛合金被誉为“21世纪金属”的钛所形成的合金，具有质量轻、硬度大、耐腐蚀、良好的抗氧化性。现在，钛合金广泛用于航空、航天、潜艇、人造骨(关节)的制造。3形状记忆合金形状记忆合金是在20世纪60年代初期发现的，它是一种特殊的合金，有一种不可思议的性质，即使把它揉成一团，一旦达到一定温度，它便能在瞬间恢复到原来的形状。由镍和钛组成的合金具有记忆能力，称为NT合金，它在高科技领域、工业和民用部分发挥着独特的作用，如用形状记忆合金制成的高级眼镜框架，扭曲折弯后，能够自动恢复成原来的形状，弹性好，经久耐用。(2013乌鲁木齐高二检测)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用来做保险丝B用于制造航天飞机C用来制造人造骨 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：_，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TiCl4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)选A。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)TiO22C2Cl2TiCl42CO，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TiCl42MgTi2MgCl2，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。【答案】(1)A(2)TiO22C2Cl2TiCl42CO碳加入足量盐酸，过滤，洗涤在分析合金的组成时，应注意：(1)根据元素单质的性质判断单质的存在，特别是一些单质的特殊性，如Al与NaOH溶液反应，Si与NaOH溶液反应等。(2)加入试剂时注意反应的单一性，即加入一种试剂与一种成分反应。3(2013临沂高二检测)2012年12月20号搜狐新闻报道：解放军攻克高温合金难关，歼20发动机问题解决。高温合金是一种能够在600 以上及在一定应力条件下长期工作的金属材料。下列关于高温合金的说法不正确的是()A高温合金在高温下能保持足够的强度和良好的抗氧化性B钠、钾等熔点较低的金属不适合制高温合金C高温合金在航天工业、军工企业有广泛用途D高温合金可用于制造人造骨骼【解析】人造骨骼必须有良好的生物相溶性，但对耐高温要求并不高。【答案】D【教师备课资源】合金的结构和类型合金从结构上可分为如下三种基本类型：(1)混合物合金混合物合金是两种或多种金属的机械混合物，这种混合物中组分金属在熔融状态时可完全或部分互溶，而在凝固时各组分金属又分别独自结晶出来。在显微镜下可观察到各组分的晶体或它们的混合晶体。混合物合金的导电、导热等性能与组分金属的性能有很大不同。如纯锡熔点是232 ，纯铅熔点是327.5 ，含锡63%的锡铅合金(通常用的焊锡)的熔点只有181 。(2)固溶体合金两种或多种金属不仅在熔融时能够互相溶解，而且在凝固时也能保持互溶状态的固态溶液称为固溶体合金。固溶体合金是一种均匀的组织，其中含量多的金属称为溶剂金属，含量少的金属称为溶质金属。固溶体保持着溶剂金属的晶格类型，溶质金属可以有限地或无限地分布在溶剂金属的晶格中。(3)金属化合物合金当两种金属元素原子的外层电子结构、电负性和原子半径差别较大时，所形成的金属化合物(金属互化物)称为金属化合物合金。金属化合物的晶格不同于原来的金属晶格。通常分为两类：正常价化合物和电子化合物。 正常价化合物是金属原子间通过化学键形成的，其成分固定，符合氧化数规则。例如，Mg2Pb、Na3Sb等属于这类合金。这类合金的化学键介于离子键和金属键之间，导热性和导电性比纯金属低，而熔点和硬度却比纯金属高。大多数金属化合物属于电子化合物。这类化合物以金属键相结合，其成分在一定范围内变化，不符合氧化数规则。1下列有关合金性质的说法正确的是()合金与各成分金属相比，具有许多优良的物理、化学或机械性能相同金属元素形成的合金，元素的含量有可能不同，但其性能是相同的镁铝合金在盐酸中能完全溶解合金具有各成分金属性质之和A BC D【解析】合金与各成分金属相比，具有优良的物理、化学机械性能，如熔点低，利于铸造，硬度大，密度小，强度高等；因合金元素的含量不同，其性能亦不同；镁铝合金可与盐酸反应，化学方程式为：Mg2HCl=MgCl2H2，2Al6HCl=2AlCl33H2。合金具有比各成分金属更优越的性能，但不是各成分金属的性质之和。【答案】B2下列关于合金的说法中错误的是()A铝合金中除Al外，还含有Cu、Mg、Si、Zn等金属B生铁和钢都是铁碳合金C我国在商代就已制造和使用的青铜器其成分主要是CuZn合金D金首饰中常加入一定量的Cu或Ag以增大硬度【解析】可依据常见合金的成分来进行判断，A、B项正确；C中青铜应为CuSn合金，CuZn合金是黄铜的成分，C错误；纯金较软，为了增加其硬度和强度，常加入Cu、Ag等金属，D项正确。【答案】C3铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。下列与这些用途无关的性质是()A不易生锈 B导电性好C密度小 D强度高【解析】由于门窗要接触空气、水等，所以要考虑材料是否易生锈；如果强度不高，既不安全，也容易变形导致难以打开，门窗是不需通电的，故不需考虑材料的导电性。【答案】B4合金是金属与金属(或某些非金属)在熔化状态下形成的一种具有金属特性的熔合物。下表中金属难与表中其他金属形成二元合金的元素是()FeCuZnAgAuW熔点/1 5351 083419.5960.81 0633 380沸点/3 0002 5959072 2122 7075 627A.Fe BZn CAg DW【解析】从表中数据可以看出，金属W的熔点不但比其他金属的熔点高，而且也比其他金属的沸点高；因此W不能与其他金属熔合在一起。【答案】D5(2013商丘高二检测)(1)选择填空：将铝的用途与性质搭配起来(每个选项只选用一次)。A质轻B延展性好C易传热D易导电E氧化时放热太阳能热水器：_；飞机：_；电缆：_；铝箔：_。(2)佛山是有色金属之乡，其中铝合金材料的产量约占全国的一半。铝合金材料属于_(填“纯净物”、“混合物”或“单质”)。(3)在西汉古籍中曾有记载：曾青得铁则化为铜即曾青(CuSO4)跟铁反应生成铜。试写出该反应的化学方程式：_。【解析】(1)铝在太阳能热水器上的应用是由于它的导热性好。铝合金硬度大质轻，是制造飞机的良好材料。铝用作电缆和铝箔则分别是由于其导电性和延展性。(2)合金是由一种金属跟其他一种或几种金属(或非金属)一起熔合而成的具有金属特性的物质，因此肯定是混合物。(3)该反应是铁与硫酸铜反应置换出铜的过程。【答案】(1)CADB(2)混合物(3)FeCuSO4=FeSO4Cu1所谓合金必须是()通过熔合而成；由两种或两种以上金属或金属与非金属组成；耐腐蚀；耐高温；具有金属的特性；铸造性能良好ABC D【解析】合金是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。合金一般由各组分熔合成均匀的液体，再经冷凝制得。合金的基本元素是金属，故具有金属的特征。不同的合金其性能不相同，用途也不一样。【答案】C2有关合金的性质叙述不正确的是()A合金的熔点比它的各成分金属的熔点低B合金一定是金属熔合而成的C合金的硬度和强度一般比组成该合金成分金属高D硬铝、黄铜、钢均为合金【解析】合金是由两种或两种以上金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。合金一般硬度和强度比成分金属高，熔点比成分金属低。【答案】B3生铁和钢的主要区别是()A生铁和钢的主要成分都是铁，但二者的含碳量不同，性能也不同B生铁和钢都是碳的合金C生铁就是含杂质较多的钢，钢就是含杂质较少的生铁D生铁是混合物，钢是纯净物【解析】生铁的含碳量为2%4.3%，钢的含碳量为0.03%2%，二者都是铁的合金，都是混合物，因而选A。【答案】A4用于飞机制造业的重要材料是()AMgAl合金 BCuSn合金CCuZn合金 D不锈钢【解析】镁和铝的主要用途是制造合金，镁和铝制成合金可克服纯镁和纯铝的硬度、强度较低，不适于制造机器零件的缺点。例如，含有硅、铜、镁、锰等元素的镁、铝合金就具有质轻、坚韧、机械性能较好等许多优良性质，用途极为广泛。【答案】A5(2013厦门高二检测)某合金与铁的物理性质的比较如下表所示：熔点密度硬度导电性某合金3200 3.20 g/cm37.53.5铁1535 7.86 g/cm34.517(注：硬度以金刚石为10作标准，导电性以银的100为标准)已知该合金耐腐蚀、强度大，从性能看，该合金不适合制()A门窗框 B炉具C电源线 D飞机外壳【解析】该合金耐腐蚀、强度大、熔点高、密度小、硬度大所以可以用来制门窗框、炉具、飞机外壳，但该合金导电性差，不适合制电源线。【答案】C6(2013许昌高二检测)高功率Ni/MH(M表示储氢合金材料)电池已经用于混合动力汽车，其放电时的反应为NiOOHMH=MNi(OH)2，下列有关说法不正确的是()A储氢合金是一种新型合金B储氢合金的一大重要特点是吸收H2的能力强C此电池工作时，储氢合金中的H2释放出来参与反应D此电池工作时，释放出的H2在原电池的负极上发生失电子的还原反应【解析】工作时，储氢合金释放出的H2在负极上发生失电子的氧化反应。【答案】D7“神七”飞天，标志着中国的航空铝材处于世界领先行列。下面关于铝合金的说法错误的是()A铝合金是一种混合物，它比纯铝的熔点低B高温铝液易被氧化，铝合金应在熔剂层覆盖下熔炼C镁铝合金耐腐蚀，但能被烧碱腐蚀D镁铝合金在冷的浓H2SO4中钝化【解析】镁不会在浓H2SO4中钝化。【答案】D8现有一块铝铁合金，欲测定其铝的质量分数，切下W g合金，溶于盐酸中，再加入过量NaOH溶液，滤出沉淀，将沉淀在空气中充分灼烧，最后得到W g红棕色粉末。则此合金中铝的质量分数约为()A20% B30%C70% D80%【解析】将W g合金溶于盐酸中，再加入过量NaOH溶液，过滤后得到的滤液为NaAlO2溶液，沉淀为Fe(OH)3，在空气中灼烧后得到的红棕色粉末为Fe2O3。在整个过程中，铁元素守恒，因此在W g Fe2O3中的氧元素质量就等于W g合金中铝元素质量。则合金中铝的质量分数w(Al)w(O)100%30%。【答案】B9(2013新乡高二检测)金首饰的成色以纯度千分数(或K数)前冠以金或G来表示，例：金999或G24K为千足金，金500即G12K。(1)金750或G18K的黄金含金质量分数是_。(2)用于制作黄金首饰的材料多数为金的合金，在金中掺入其他合金材料的主要目的是_。A易加工B强度高C耐磨损 D成本低(3)黄金首饰戴时间久了，表面会变暗，你认为首饰店在清洗时所选的试剂应是_；若金首饰在不法首饰店清洗后发现质量明显减少，则是因为他们在清洗液中又另加了试剂_的缘故。【解析】(1)由24K黄金含金量约为100%,12K黄金含金量约是50%可知，每K所对应的含金质量分数是1/24K。则18K黄金的含金质量分数为18K1/24K75%。(2)合金材料比纯的金属材料具有更多、更好的性能，金比其他金属的价格高。(3)金首饰表面变暗，是因为生成了氧化物的原因，清洗液一般选稀盐酸，因为金属氧化物能溶于稀盐酸，而金不与稀盐酸反应。若将浓硝酸和浓盐酸按体积比13混合，混合液又称王水，能溶解金。【答案】(1)75%(2)ABCD(3)稀盐酸硝酸10某铝合金中含有元素镁、铜、硅，为了测定该合金中铝的含量，设计了如下实验，请回答有关问题：(1)称取样品a g，称量时应该使用的主要仪器的名称是_。(2)将样品溶解于足量的稀盐酸，过滤。滤液中主要含有_，滤渣中含有_，溶解、过滤用到的玻璃仪器是_。(3)滤液中加过量氢氧化钠溶液、过滤。有关的离子反应方程式是_。(4)步骤(3)的滤液中通入足量二氧化碳气体，过滤。有关的离子反应方程式是_。(5)步骤(4)过滤后的滤渣用蒸馏水洗涤数次，烘干并灼烧至恒重，冷却后称重，其质量为b g。有关的化学反应方程式是_，原样品中铝的质量分数是_。(6)若步骤(3)中加入氢氧化钠的量不足，则实验结果_(“偏高”“偏低”或“不影响”，下同)；若步骤(5)中滤渣没有洗涤，则实验结果_；若滤渣灼烧不充分，则实验结果_。【解析】做实验取样品a g，实验后得氧化铝b g，设b g氧化铝中含Al的质量为x。Al2O32Al10254b g x10254b gx，x样品中铝的质量分数：100%100%【答案】(1)托盘天平(2)MgCl2、AlCl3Cu、Si烧杯、玻璃棒、普通漏斗(3)Mg22OH=Mg(OH)2Al34OH=AlO2H2O(4)AlOCO22H2O=Al(OH)3HCO(5)2Al(OH)3Al2O33H2O100%(6)偏低偏高偏高第二节金属的腐蚀和防护课标要求描述金属腐蚀的化学原理，知道金属防护的常用方法，认识防止金属腐蚀的重要意义。课标解读1.了解金属腐蚀包括化学腐蚀和电化学腐蚀两部分。2了解温度对化学反应速率的影响。3掌握钢铁发生电化学腐蚀时在正极上发生的两类原电池反应。4了解影响金属腐蚀快慢的因素。5知道金属防护的常用方法以及原理。6认识防止金属腐蚀的重要意义。教学地位在必修二中已经介绍了化学能与电能的转化，本节是在此基础上引入金属的腐蚀原理和防护方法。本节知识是化学学科的基础知识也是高考化学考查的热点内容，但在化学与生活中要求较低，讲解时应控制难度和广度。新课导入建议位于美国纽约港外一个海岛上的“自由女神”历来被认为是美国民主自由的象征，但据报道她现在“病”得相当严重。检查发现：由于时间长久，“女神”的铜外壳与雕像内支撑它的铁支架之间的毛毡已丧失了隔离作用，导致铁支架一层又一层地锈蚀，蓬松的氧化铁使支架体积膨胀，铆固的支架被撑断。你了解“自由女神”生病的原因吗？你能找到保护“自由女神”的方法吗？让我们用心学习本节知识，了解金属腐蚀的原因和防止金属腐蚀的防护措施。教学流程设计问题引入：列举生活实例提出问题：金属腐蚀有哪些危害？金属为什么会被腐蚀？探究金属腐蚀发生的条件金属腐蚀的分类多媒体展示：化学腐蚀和电化学腐蚀电化学腐蚀的原理：电极反应金属腐蚀的本质讨论：金属腐蚀的防护思路和方法思考与交流。课标解读重点难点1.能描述金属腐蚀的类型和化学原理。2.了解影响金属腐蚀快慢的因素。3.知道金属防护的常用方法。4.认识防止金属腐蚀的重要意义。1.掌握金属腐蚀的类型，了解温度对反应速率的影响。(重点)2.通过实验探究理解铁钉锈蚀的条件，以及在什么条件下锈蚀的速率较快。(重点)3.常用金属防护方法的原理及在实际生活中的应用。(难点)金属的腐蚀1.定义金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。2本质金属原子失去电子变成阳离子的过程。MMn3分类(1)金属腐蚀(2)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氧化性物质直接接触不纯金属(或合金)与电解质溶液接触发生原电池反应本质金属被氧化较活泼金属被氧化区别无电流产生有微弱电流产生关系化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀的更普遍，危害更严重4.吸氧腐蚀与析氢腐蚀比较(以Fe为例)类型吸氧腐蚀析氢腐蚀电池总反应2FeO22H2O=2Fe(OH)2Fe2H=Fe2H2铁锈的形成Fe22OH=Fe(OH)24Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3nH2O(3n)H2O1铁锅用完后要洗刷干净并保持干燥，如果炒完菜之后不刷锅，残留的菜汤会对铁锅产生什么影响？【提示】铁锅是用生铁加工成的，菜汤中含有NaCl等电解质溶液，这样Fe、C、NaCl电解质溶液一起构成了原电池，Fe作负极，C作正极，负极：2Fe4e=2Fe2，正极：O22H2O4e=4OH，总方程式为：2FeO22H2O=2Fe(OH)2，而生成的Fe(OH)2迅速被O2氧化4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3,2Fe(OH)3=Fe2O3nH2O(3n)H2O，这样铁锅就易生成铁锈，加速了铁锅的腐蚀。金属的防护1.影响金属腐蚀的因素(1)金属的性质金属越活泼，越易被腐蚀。若金属中能导电的杂质不如该金属活泼，则容易形成原电池而使金属发生电化学腐蚀。(2)介质的影响在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。2金属的防护方法金属的防护2金属电化学防护的原理是什么？举例说明。【提示】(1)应用的是原电池原理，被保护金属作正极，另一活动性较强的金属作负极。(2)轮船船身上装锌块，发生的电极反应：负极：Zn2e=Zn2；正极：O22H2O4e=4OH，Zn不断被腐蚀，需定期更换。金属腐蚀快慢的判断方法【问题导思】金属越活泼，一般越容易发生腐蚀。铝比铁活泼，但铝制品却比铁制品耐腐蚀，为什么？【提示】铝在空气中容易形成一薄层致密的氧化物保护膜，对内部金属有保护作用。镀锡铁板和镀锌铁板镀层破坏后谁更耐腐蚀？【提示】因为金属的活泼性SnFe，ZnFe，故镀层破损发生原电池反应时，镀锡铁板中铁被腐蚀。镀锌铁板中锌被腐蚀，铁被保护，因此镀锌铁板更耐腐蚀。1影响金属腐蚀速率的因素(1)金属的本性：金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀，如果金属中能导电的杂质不如该金属活泼，则容易形成原电池而使金属发生电化学腐蚀。(2)介质：与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。(3)温度：温度越高，腐蚀速率越快。2金属腐蚀快慢的判断方法(1)电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀。(2)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。(3)活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。如图，一根铁丝插入煮沸过的蒸馏水中，铁丝上有三点。(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 molL1 H2SO4溶液；1 molL1 H2SO4溶液；18.4 molL1 H2SO4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处铁丝的腐蚀比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，铁丝在中的腐蚀速率比中的快，中18.4 molL1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)判断金属腐蚀类型和金属腐蚀的程度，注意以下几点：(1)金属纯度。金属越纯越不易形成原电池，越抗腐蚀。(2)杂质的活泼性。杂质比主体金属活泼，主体金属被保护，否则，会加快主体金属腐蚀。(3)镀层的活泼性。镀层被破坏时镀层金属比主体金属稳定，则主体金属腐蚀速度加快。(4)水膜(电解质溶液)的成分。含电解质越多(浓度越大)，金属腐蚀越严重。1如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。为研究铁锈蚀的影响因素，某同学做了如下探究实验：序号内容实验现象1常温下将铁丝放在干燥空气中一个月干燥的铁丝表面依然光亮2常温下将铁丝放在潮湿空气中一小时铁丝表面依然光亮3常温下将铁丝放在潮湿的空气中一个月铁丝表面已变得灰暗4将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中一小时铁丝表面略显灰暗5将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时铁丝表面已变得灰暗6将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时铁丝表面灰暗程度比实验5严重回答以下问题：(1)上述实验中发生了电化学腐蚀的是(填实验序号)_；在电化学腐蚀中，负极反应是_；正极反应是_。(2)由该实验可知，可以影响铁锈蚀速率的因素是_。【解析】解答第(1)题应注意联系金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的区别，电化学腐蚀是不纯的金属与电解质溶液接触，因发生原电池反应，较活泼的金属失电子而被氧化，分析题中实验可知，实验3、4、5、6发生了电化学腐蚀，其中负极反应是Fe2e=Fe2，正极反应是O22H2O4e=4OH。解答第(2)题时，对比实验1和3可得出湿度增大，可使铁锈蚀速率加快；对比实验3、4可知增大O2浓度可加快铁锈蚀的速率；对比实验4、5可知升高温度可加快铁锈蚀的速率；对比实验5、6可知电解质的存在会使铁锈蚀的速率加快。【答案】(1)3、4、5、6Fe2e=Fe2(或2Fe4e=2Fe2)2H2OO24e=4OH(2)湿度、温度、O2的浓度、电解质的存在金属防护的常用方法比较【问题导思】在金属部件上涂油为什么能防止金属生锈？【提示】阻止金属部件与空气中的氧气接触。在工业上常用亚硫酸钠除去水中溶解的氧气，防止输水管被腐蚀，请简要说明原因。【提示】钢铁易发生吸氧腐蚀，Na2SO3具有较强的还原性，能与水中溶解的氧气反应：2Na2SO3O2=2Na2SO4，防止输水管腐蚀。原理方法适用对象防化学腐蚀使氧化剂与金属隔离包覆塑料层工具或车把涂油漆户外铁制设备涂矿物油机械运转部分电镀精密仪器或设备改变金属内部结构制成不锈钢精密仪器或设备防电化学腐蚀牺牲锌(镁)块牺牲锌(镁) 保护铁大型门闸与舰船与外接电源负极相连铁作阴极被保护大型水上设施电化学保护法牺牲阳极的阴极保护法用比被保护金属活泼的金属或合金作负极，连接在被保护金属上，形成腐蚀电池，被保护金属作正极而得到保护。(注：在电化学中常将发生氧化反应的电极称为阳极，故原电池中负极也叫阳极，原电池的正极也叫阴极，但通常情况下原电池的两极称为正、负极，一般不称作阴、阳极)外加电流的阴极保护法将被保护金属与外接直流电源连接，使被保护的金属作为阴极，在外加电流的作用下使阴极得到保护。与牺牲阳极的阴极保护法统称为电化学保护法。(2013湛江高二检测)下列各种方法中：金属表面涂抹油漆改变金属内部结构保持金属表面清洁干燥在金属表面进行电镀使金属表面形成致密的氧化物薄膜能对金属起到防护或减缓腐蚀作用的是()ABC D全部【解析】金属腐蚀的防护方法有加保护层，如。改变内部结构，加入某种金属制成合金，如。由于化学腐蚀比电化学腐蚀慢，保持表面清洁干燥可防止电化学腐蚀的发生，如。【答案】D2现有汽车机器上的齿轮门把手锯条铁制洗脸盆等常见铁制品。为了防止它们生锈，通常适合采用下面哪一种方法。(填序号)(1)在表面喷漆_；(2)在表面涂油_；(3)在表面镀一层其他金属_；(4)在表面烧制搪瓷_；(5)使其表面形成致密的氧化物保护膜_。【解析】防止金属被腐蚀主要采用：(1)表面上加保护层，如烤漆、涂机油或凡士林、电镀、烤蓝等；(2)电化学方法，牺牲阳极的阴极保护法、外加电源的阴极保护法；(3)改变金属的内部结构等。【答案】(1)(2)(3)(4)(5)【教师备课资源】一、原电池的工作原理知识要点实例电极构成负极电子流出的一极，通常为活动性较强，易失电子的金属负极：Zn片正极电子流入的一极，通常是活动性较弱的金属或非金属导体正极：Cu片电流方向电子由负极流向正极，电流方向是由正极流向负极(与电子流向相反)电子流向：由Zn导线Cu电流方向：由Cu导线Zn二、原电池正负极的判断方法(1)由组成原电池两极的电极材料判断：一般是活动性较强的金属为负极，活动性较弱的金属或能导电的非金属为正极。(2)根据电流方向或电子流动方向判断：电流是由正极流向负极，电子流动方向是由负极流向正极。(3)根据原电池里电解质溶液内离子的定向移动方向判断：在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。(4)根据原电池两极发生的变化来判断：原电池的负极总是失电子发生氧化反应，其正极总是得电子发生还原反应。(5)依据现象判断：溶解的一极为负极，增重或者有气体放出的一极为正极。(2012大纲全国卷)四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。相连时，外电路电流从流向；相连时，为正极；相连时，上有气泡逸出；相连时，的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是()ABC D【解析】利用原电池的形成和工作原理解决问题。在外电路中，电流从正极流向负极，则作原电池的负极，作正极，故活动性；活动性相对较差的金属作原电池的正极，故金属的活动性；有气泡产生的电极发生的反应为2H2e=H2，为原电池的正极，故活动性；质量减少的电极发生氧化反应生成金属离子而溶解，为负极，故活动性，由此可得金属活动性：。【答案】B1如图所示各试管中的铁钉最易锈蚀的是()【解析】有少量铜的铁钉放在自来水中，会与水中溶解的少量电解质构成原电池，且铁钉作为负极，腐蚀得最快。【答案】C2关于金属腐蚀的下列说法中正确的是 ()A镀锌铁皮发生电化学腐蚀时，锌发生还原反应B钢铁发生吸氧腐蚀时正极反应为：4OH4e=2H2OO2C钢铁发生析氢腐蚀时负极反应为：2H2e=H2D钢铁发生电化学腐蚀后一步反应是：4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3【解析】镀锌铁皮发生电化学腐蚀时，锌极为负极，发生失电子的氧化反应，A错；吸氧腐蚀的正极反应为O22H2O4e=4OH，析氢腐蚀的负极为Fe2e=Fe2，正极反应是2H2e=H2，B、C错。【答案】D3如图各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为()A BC D【解析】、实质均为原电池装置。中Fe为正极，被保护；、中Fe为负极，均被腐蚀，但相对来说，Fe和Cu的金属活动性较Fe和Sn的差别大，故CuFe原电池中Fe被腐蚀得最快；中因铁不纯而发生微小原电池反应。选C。【答案】C4(2013大连高二检测)“辽宁号”航母是我国的第一艘航空母舰，它是经过一系列改装而成的，下列措施不能有效防止船体腐蚀的是()A在船体涂上防锈漆B在船体水线下嵌入锌块C新设备采用防护性能更好的金属材料D用铜制铆钉将防空导弹固定在船体上【解析】轮船的主要成分是铁，使用铜制铆钉时船体更易被腐蚀。【答案】D5.如图所示，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：(1)试管内液面上升，则原溶液呈_，电极反应式：负极：_，正极：_。(2)若试管内液面下降，则原溶液呈_，电极反应式：负极：_，正极：_。【解析】构成原电池的条件：有两种不同的材料(Fe为负极，C为正极)，有电解质溶液，形成闭合回路，可知铁钉的腐蚀属于电化学腐蚀。根据金属腐蚀的条件、原理及结果可知：试管内液面上升，说明试管内压强减小，试管内气体被消耗，则O2在正极上得到电子被消耗，据此写出电极反应；相反试管内液面下降，说明试管内压强增大，试管内产生了新气体，则H在正极上得到电子生成H2，以此写出电极反应。【答案】(1)弱酸性或中性2Fe4e=2Fe2O22H2O4e=4OH(2)酸性Fe2e=Fe22H2e=H21关于化学腐蚀与电化学腐蚀的比较正确的是 ()A金属的化学腐蚀和电化学腐蚀都是金属与电解质溶液直接接触B化学腐蚀时无电子转移，电化学腐蚀时，有电子转移C化学腐蚀与电化学腐蚀都是失电子被氧化的过程D化学腐蚀反应速率快，电化学腐蚀反应速率慢【解析】A项金属发生化学腐蚀是金属与氧化剂直接反应，电化学腐蚀是与电解质溶液接触形成原电池，A错；B项化学腐蚀与电化学腐蚀都有电子转移，B错；C项金属腐蚀的实质是金属失电子被氧化的过程，C正确；D项电化学腐蚀的反应速率大于化学腐蚀的反应速率，D错。【答案】C2下列关于金属腐蚀的叙述正确的是()A金属在潮湿空气中腐蚀的实质是MnH2O=M(OH)nH2B金属化学腐蚀的实质是：Mne=Mn，电子直接转移给氧化剂C金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行D在潮湿的酸性环境下，金属的电化学腐蚀全部是以正极上析出H2为主【解析】金属的化学腐蚀是金属直接与氧化剂接触，发生氧化还原反应，不需在酸性条件下；而金属在潮湿的空气中被腐蚀主要是正极上O2得电子生成OH，而在潮湿的酸性环境中，较活泼的金属在正极上：2H2e=H2，但不活泼的金属如Cu，并不能被H氧化。【答案】B3家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的反应是()A4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3B2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2C2H2OO24e=4OHDFe3e=Fe3【解析】金属在作为电极参与电极反应时，总是“过量”的，所以铁在电极反应中不能生成3价。A、B、C的反应恰好是铁发生吸氧腐蚀时的变化，B是铁发生电化学腐蚀的总反应方程式。【答案】D4如图液面上浮着一个空心铁球，数天后可观察到的现象是 ()铁球表面出现红棕色锈斑铁球表面出现黑色锈斑量筒内水位下降量筒内水位上升ABC D【解析】量筒中的空气、溶有O2的食盐水和铁碳合金(铁球)组成原电池，发生了吸氧腐蚀，铁球表面出现红棕色(Fe2O3nH2O)锈斑，因不断消耗O2导致量筒内气体压强小于外界大气压，量筒内水位上升。【答案】B5相同材质
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