2018年选修一化学3.1应用广泛的金属材料ppt课件（苏教版）.ppt

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+3O 2 2Al 2 O 3 点燃 ==== 2Al+6HCl====2AlCl 3 +3H 2 ↑ 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+2H 2 O====2NaAlO 2 +3H 2 ↑ 与盐溶液反应 ( 如 CuSO 4 溶液 ) 化学反应方程式： __________________ _________ 2Al+3CuSO 4 ====3Cu+ Al 2 (SO 4 ) 3 (2) 氧化铝的化学性质。 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。 Al 2 O 3 +6H + ====2Al 3+ +3H 2 O 二、常见合金的组成及应用 1. 合金的概念。 由两种或两种以上的 _____( 或 _____ 与 _______) 熔合而成的具有 _________ 的物质。 金属 金属 非金属 金属特性 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。 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) 钛合金。 ① 优点：有较高的强度、良好的抗氧化性和优异的耐腐蚀性。 ② 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+4H 2 O(g) Fe 3 O 4 +4H 2 ；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 (TiO 2 ) ，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 TiCl 4 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 TiO 2 +2C+2Cl 2 TiCl 4 +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 TiCl 4 +2Mg Ti+2MgCl 2 ，所得产物含杂质镁 ( 镁过量 ) 、 MgCl 2 ，利用钛不与强酸反应，应加足量盐酸除去过量杂质镁、 MgCl 2 ，过滤即得钛。 高温 ==== △ Ar ==== 答案： (1)A 　 (2) 第一步： TiO 2 +2C+2Cl 2 TiCl 4 +2CO 　碳　第二步：加入足量盐酸，除去过量镁、 MgCl 2 ，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： ① 铝； ② 硅； ③ 铝硅合金，它们的熔点从低到高的顺序是　 ( 　　 ) A.①③② B.②①③ C.③②① D.③①② 【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) ① 金属不纯 ② 金属表面 _______________ ③ 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 Fe 3 O 4 薄膜 更容易失去电子 (2) 合理选择防腐方法。 ① 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。 ② 考虑金属制品的使用环境。 ③ 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 - ====H 2 􀲔 (2)Zn-2e - ====Zn 2+ 　增大　 C>A>B 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 - ====Fe 2+ 。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 2H 2 O+O 2 +4e - ====4OH - 。该过程中总反应方程式为 2Fe+2H 2 O+O 2 ====2Fe(OH) 2 。 答案： (1) 吸氧　 (2)Fe-2e - ====Fe 2+ (3)O 2 +2H 2 O+4e - ====4OH - (4)2Fe+2H 2 O+O 2 ====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： ①0.1 mol·L -1 H 2 SO 4 溶液； ②1 mol·L -1 H 2 SO 4 溶液； ③18.4 mol·L -1 H 2 SO 4 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)①② 硫酸为稀硫酸，但是 ① 中硫酸的浓度小于 ② 中硫酸的浓度，铁棒在 ② 中的腐蚀速率比 ① 中的快， ③ 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) ② > ① > ③