高二化学3.1《应用广泛的金属材料》课件苏教版选修1

欢迎进入化学课堂 第一单元应用广泛的金属材料 1 了解常见金属的性质及应用 2 了解合金的定义及特点 认识金属与合金在性能上的差异 3 了解金属的腐蚀及防护措施 4 通过学习防止金属腐蚀的方法 培养学生分析并解决实际问题的能力 一 金属的性质及其应用1 物理性质及其应用 导电性 熔点 延展性 铝箔 2 铝的性质 1 与氧气的反应 常温下 在空气中形成致密的 具有抗腐蚀性 加热或点燃时 2 与酸反应 与稀盐酸反应的化学方程式为 氧化膜 4Al 3O22Al2O3 2Al 6HCl 2AlCl3 3H2 钝化 a 条件 b 实质 在铝表面形成一层 3 与碱反应 与NaOH溶液反应的化学方程式为 4 与盐溶液反应 与CuSO4溶液反应的化学方程式为 冷浓硫酸 冷浓硝酸 氧化膜 2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 3H2 2Al 3CuSO4 Al2 SO4 3 3Cu 3 氧化铝的性质 1 与强碱溶液反应的离子方程式为 2 与强酸溶液反应的离子方程式为 3 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 Al2O3 6H 2Al3 3H2O Al2O3 2OH H2O 二 常见合金的组成及应用1 合金的概念及性能 较大 低 金属 金属 非 金属 2 常见的合金 1 铁合金 生铁和钢的比较 铁 碳 铁 碳 2 铝合金 3 铜合金 4 钛合金 有较高的强度 良好的抗氧化性 优异的耐腐蚀性 钛和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 被称为 亲生物金属 三 金属的腐蚀与防护1 金属腐蚀的两种类型 1 化学腐蚀是金属与氧化性物质 发生反应而发生的腐蚀 2 电化学腐蚀是不纯的金属在电解质溶液中发生 反应而发生的腐蚀 化学腐蚀 电化学腐蚀 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 直接接触 原电池 2 金属的防护 1 金属防护的三类方法 金属的防护 加保护层 镀塑 涂油漆 镀金属 镀锡铁皮 马口铁 镀锌铁皮 白口铁 镀铬 烤蓝 使铁器表面氧化生成一层 电化学法 牺牲阳极的阴极保护法 在被保护的金属器件上附着一种 的金属或合金 改变金属内部结构 如将钢铁制成不锈钢 致密的Fe3O4薄膜 更易失去电子 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 考虑对金属外观的要求 1 碳素钢和合金钢的比较钢的含碳量越低 韧性越好 硬度越低 含碳量越高 韧性越差 硬度越高 2 两种常见电化学防护方法的比较 合金的组成及其应用 典例1 Cu与Zn的合金称为黄铜 有优良的导热性和耐腐蚀性 可用于制作各种仪器零件 某化学兴趣小组的同学为了测定某黄铜的组成 取20g该黄铜样品于烧杯中 向其中分5次加入溶质质量分数相同的稀硫酸 使之充分反应 每次所用稀硫酸的质量及剩余固体的质量记录于下表 试回答下列问题 1 上述表格中m的值为 2 黄铜样品中锌的质量分数为 3 所用稀硫酸中硫酸的质量分数是 思路点拨 解答本题时要注意以下两点 1 黄铜中的锌能与稀硫酸发生反应 但是金属铜不能与稀硫酸发生反应 2 根据前三次金属的质量减少值相等 可推断第四次实验锌完全反应 解析 根据金属活动性 黄铜中只有锌能与稀硫酸发生反应 铜不与稀硫酸反应 表格中的数据显示 共进行5次实验 每次所使用的稀硫酸均为20g 黄铜样品的质量为20g 在第1 2 3次实验中 每加20g稀硫酸 固体质量均减少2 6g 说明20g溶液中的硫酸与2 6g锌恰好完全反应 当第4次加入20g稀硫酸时 若硫酸反应完全 固体也应减少2 6g 但实际减少的为12 2g 12 0g 0 2g 小于2 6g 说明硫酸过量 样品中的锌已经完全反应 剩余的固体应为铜 且质量为12 0g 则第5次再加入硫酸时 剩余固体只有铜 质量不会减少 所以m 12 0g 样品中锌的质量为20g 12 0g 8 0g 则锌的质量分数为 8 0g 20 0g 100 40 若要计算所用稀硫酸的质量 则取用的硫酸中的溶质应完全反应 根据对上述表格数据的分析 在第1 2 3次实验中硫酸完全反应 可用于计算 如下述过程所示 设所用稀硫酸中硫酸的质量分数为x 据题意得 Zn H2SO4 ZnSO4 H2 659820g 17 4g20g x65 2 6g 98 20g x x 19 6 答案 1 12 0 或12 2 40 3 19 6 延伸探究 该实验中除了测量剩余固体的质量之外还可以怎样测定合金中锌元素的质量分数 提示 锌与稀硫酸反应生成氢气 可以通过测定氢气的体积进而计算出合金中单质锌的含量 变式备选 某合金可能由铜与镁 锌中的一种组成 现欲测定其组成 进行如下实验 取该合金样品10 0g放入烧杯中 然后将56 0g溶质质量分数为14 0 的稀硫酸平均分4次依次加入该烧杯中 每次均充分反应 实验数据记录如下表 试求 1 该合金中铜的质量分数是 2 该合金除铜外 另一种金属M是 3 第三次加入硫酸充分反应后 所得溶液中溶质的质量分数是多少 写出计算过程 精确到0 1 解析 铜不与稀硫酸反应 根据表格中的数据 每次加入的硫酸的质量均为14g 实验1 2 3中剩余固体质量均比上一次减少1 3g 第4次实验中剩余固体的质量比第3次减少6 1g 6 0g 0 1g 说明在第4次实验中硫酸是过量的 金属完全反应 只剩下铜 则铜的质量为6 0g 其质量分数为 6 0g 10 0g 100 60 0 欲判断M金属是何种金属 计算步骤如下 设M金属的相对原子质量为xM H2SO4 MSO4 H2 x9810 0g 6 1g42 0g 14 0 x 98 10 0g 6 1g 42 0g 14 0 得 x 65所以M是锌 即合金中另一种金属为锌 第3次中硫酸完全反应 可设第3次实验后所生成硫酸锌质量为y 生成氢气质量为z Zn H2SO4 ZnSO4 H2 981612 42 0g 14 0 yz98 161 42 0g 14 0 y98 2 42 0g 14 0 zy 9 66gz 0 12g所以反应后 硫酸锌的质量分数为9 66g 42g 3 9g 0 12g 100 21 1 答案 1 60 0 2 锌 3 21 1 金属的防护 典例2 下列有关金属防护的说法不正确的是 A 铝片不需要用特殊方法保存B 当镀锌铁制品的镀层破损时 镀层仍能对铁制品起保护作用C 在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法D 可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀 思路点拨 解答本题时要注意以下两点 1 金属防护的实质是防止金属被氧化 2 原电池的正极和电解池的阴极都是受到保护的电极 解析 选D 铝片在空气中能形成氧化膜保护内部的金属不受腐蚀 因此A正确 当镀层破损时 Zn Fe可形成原电池 仍然起到保护铁的作用 B正确 与锌块形成原电池 Zn作负极 从而保护Fe正极 所以C正确 外加电流保护法应该将钢管与直流电源的负极相连 故D错 方法技巧 金属腐蚀程度的比较无防护条件的腐蚀 有一般防护条件下的腐蚀 牺牲阳极的阴极保护法条件下的腐蚀 外加电流的阴极保护法条件下的腐蚀 按照上述归纳 再做一做下面的练习熟悉一下解题流程吧 变式训练 为保护地下钢管不受腐蚀 可采取的措施中防护效果最好的是 A 与石墨棒相连B 与直流电源负极连接C 与直流电源正极连接D 与锌板相连 解析 选B 本题考查金属腐蚀的一种防护方法 电化学保护法 该法的依据一 牺牲阳极的阴极保护法 依据二 外加电流的阴极保护法 但是两者相比较B的防护效果最好 一 铝及其化合物的性质 典例1 现有甲 乙两瓶无色溶液 已知它们可能是AlCl3溶液和NaOH溶液 现做如下实验 取440mL甲溶液与120mL乙溶液反应 产生1 56g沉淀 取120mL甲溶液与440mL乙溶液反应 产生1 56g沉淀 取120mL甲溶液与400mL乙溶液反应 产生3 12g沉淀 通过必要的计算和推理判定 1 甲溶液为 溶液 其物质的量浓度是 mol L 1 2 乙溶液为 溶液 其物质的量浓度是 mol L 1 思路点拨 解答本题时要注意以下两点 1 将氯化铝溶液逐滴加入到氢氧化钠溶液中 开始时无沉淀生成 当氢氧化钠反应完全后 再滴加氯化铝溶液才产生沉淀 2 将氢氧化钠溶液逐滴加入到氯化铝溶液中 先产生沉淀 后沉淀溶解 解析 列表对比如下 对比 两组数据 甲用量相同 乙的用量 比 多而生成的沉淀反而 比 多 根据NaOH能溶解Al OH 3的性质 可推知甲为AlCl3 乙为NaOH 再对比 两组数据可知 组中NaOH不足 故NaOH的物质的量为0 02mol 3 0 06mol c NaOH 0 5mol L 1 组中NaOH部分溶解Al OH 3 设AlCl3浓度为xmol L 1 则有 0 12x 0 44 0 5 0 12x 3 0 02 x 0 5mol L 1 答案 1 AlCl30 5 2 NaOH0 5 方法技巧 可溶性铝盐与强碱溶液反应的有关计算 1 求生成Al OH 3的量 当n Al3 n OH 1 3时 n Al OH 3 1 3 n OH 当1 4 n Al3 n OH 1 3时 n Al OH 3 4n Al3 n OH 当n Al3 n OH 1 4时 n Al OH 3 0 2 求消耗碱的量 当n Al OH 3 n Al3 时 n OH 3n Al3 当n Al OH 3 n Al3 时 若碱不足 n OH 3n Al OH 3 若碱过量 n OH 4n Al3 n Al OH 3 按照上述归纳 再做一做下面的练习熟悉一下解题流程吧 变式训练 在下列各物质中 加入过量盐酸时 滴加盐酸的过程中生成沉淀但是最终沉淀又溶解的是 A 偏铝酸钠溶液B 苯酚钠溶液C 硅酸钠溶液D 饱和碳酸钠溶液 解析 选A 各选项中产物依次为Al OH 3 C6H5OH H2SiO3 CO2 但Al OH 3是两性氢氧化物 能溶于过量的盐酸中 二 金属的腐蚀 典例2 取6根铁钉 6支干净的试管及其他材料 准备如图 试管 1 放入一根铁钉 再注入自来水 使铁钉和空气及水接触 试管 2 的试管底部放入硅胶 是一种干燥剂 再放入铁钉 用棉花团堵住试管口 使铁钉和干燥空气接触 试管 3 先放入一根铁钉 趁热倒入煮沸的蒸馏水 赶出原先溶解在蒸馏水中的空气 浸没铁钉 再加上一层植物油 使铁钉不能跟空气接触 试管 4 中放入铁钉注入食盐水 使铁钉和空气及食盐水接触 试管 5 放入相连的铁钉和锌片 注入自来水 浸没铁钉和锌片 试管 6 放入相连的铁钉和铜丝 注入自来水浸没铁钉和铜丝 把6支试管放在试管架上 几天后观察铁钉被腐蚀的情况 其中 试管内的铁钉未被腐蚀 从铁钉被腐蚀的情况可知引起和促进铁钉腐蚀的条件是 思路点拨 解答本题时要注意以下两点 1 第 5 支试管和第 6 支试管中都形成原电池 但是铁钉的作用却不相同 2 第 2 3 支试管不能构成原电池 解析 此题实际是利用原电池形成的条件及原理解释金属腐蚀速率问题 由于 2 3 两支试管不具备构成原电池的条件 不能发生电化学腐蚀 所以暂未被腐蚀 而试管 5 尽管具备构成原电池的条件 但锌比铁活泼 在原电池中锌做负极 使铁变成铁离子的反应难以发生 所以铁也暂未被腐蚀 引起和促进铁钉被腐蚀的条件是 水 空气 电解质溶液和不活泼金属杂质的存在 答案 2 3 5 水 空气 电解质溶液 不活泼金属杂质的存在 延伸探究 1 铁钉被腐蚀的试管中铁钉腐蚀的速率大小顺序是怎样的 提示 6 最快 然后是 4 1 最慢 2 第 2 支试管中放置硅胶和棉花的目的是什么 提示 硅胶能够吸收空气中的水 而在试管口放置棉花也是减少空气中的水进入到试管中 从而使铁钉处于干燥的环境中 警示钟 本题的易错点在于对试管 5 和 6 的判断 两支试管外观相似 但是 5 中铁钉做正极 受到保护 6 中铁钉做负极 腐蚀加快 变式训练 为了探究金属腐蚀的条件和快慢 某课外学习小组用不同的细金属丝将三根大小相同的普通铁钉分别固定在如图所示的三个装置内 并将这些装置在相同的环境中放置相同的一段时间 下列对实验结果的描述不正确的是 A 实验结束时 装置 1 左侧的液面一定会下降B 实验结束时 装置 1 左侧的液面一定比装置 2 的低C 实验结束时 铁钉b腐蚀最严重D 实验结束时 铁钉c几乎没有被腐蚀 解析 选B 1 中发生化学腐蚀 Fe 2HCl FeCl2 H2 2 中发生析氢腐蚀 Cu为正极 铁钉为负极 3 中不被腐蚀 因为浓硫酸有强吸水性 处于干燥环境中的铁钉难以被腐蚀 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全