高中化学《用途广泛的金属材料》教案14(人教版必修1)
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111 111 O2 H2O H2O CO2 风化 第三节 用途广泛的金属材料 教学目标 能列举合金材料的重要应用 1 可引导学生自学教材 通过对有关合金优良性质知识的复习 总结常 见合金的重要应用中是如何利用合金的这些优良性质的 并配合多媒体进 行教学 重视实践活动的落实 2 可让学生搜集有关金属材料的性能 价格 制造或安装成本 利弊 或照片或实物等 在课堂上展示 交流 并且可根据学校的具体情况 利 用课上或课外 组织参观有关的展览 邀请专家介绍金属材料在促进社会 发展中的重要作用 体会科学 技术 社会之间的相互关系 3 让学生自己调查或搜集资料 写出调查报告 小论文或简报 以墙 报 黑板报或班会的形式进行交流 复习 几种重要的盐的性质 提问 一块金属钠放置在空气中 会有怎样的变化 讨论小结 Na Na2O NaOH 表面溶解 Na2CO3 10H2O Na2CO3 引入 在生产和生活中 金属材料是非常重要的 最简单的金属材料 是纯金属 而合金往往因为更优良的特性得到更加广泛的应用 讲授 合金的概念 有一种金属跟其他一种或几种金属 或金属和非 金属 一起熔合而成的具有金属特性的物质 讲授 合金的特性 熔点一般比成分金属的低 比如说 Na K 合金为液 态 此外 合金的硬度比成分金属的硬度大 讲授 常见的合金 111 111 讲授 常见的合金有铁的合金和铜的合金等 铁的合金有生铁和钢两 种 生铁和钢的主要成分都是铁元素和碳元素 两种合金的区别在于含碳 量不同 生铁的含碳量高 钢的含碳量较低 讲授 含碳量 生铁 2 4 3 钢 0 03 2 讲解 生铁根据用途的不同可以分为铸造生铁和炼钢生铁 钢可以分 为碳素钢和合金钢 生活中 常用的不锈钢属于合金钢 不锈钢是在钢中 加入镍和铬两种元素制成的 过渡 生活中常用的除了铁的合金以外还有铜的合金 讲授 铜的合金包括青铜 黄铜 白铜等等 其中青铜是我国最早使 用的合金 阅读 课本 P55 P56 小结 各种铜的合金的组成 讨论 正确选用金属材料 总结 本节课讲授了几种重要常用的合金 作业 学习册对应练习 板书 第三节 用途广泛的金属材料 一 常见的合金 1 合金 有一种金属跟其他一种或几种金属 或金属和非金属 一起熔 合而成的具有金属特性的物质 2 合金的特性 熔点一般比成分金属的低 硬度比成分金属的硬度大 3 铁的合金 111 111 1 生铁 Fe C C 2 4 3 含碳量高 硬度大 钢 Fe C C 0 03 2 含碳量低 韧性好 2 钢的分类 4 铜合金 青铜 最早的合金 黄铜 白铜 二 正确选用金属材料 1 合金 两种或两种以上的金属 或金属与非金属 熔合在一起而形成 的具有金属特性的物质 合金的特点 硬度一般比成分金属大而熔点比成分金属低 用途比纯 金属要广泛 2 金属材料的选用要从多方面考虑 既要考虑实用美观 又要考虑成 本低 保护环境 物尽其用等诸方面因素 3 我国的金属资源不够丰富 人均占有量低 合理利用金属 保护现 有资源 最大限度地减少开采过程中对环境的破坏 回收废旧金属 实现 循环利用等是需要我们每个人都必须付出努力的 神奇的形状记忆合金 1932 年 瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到 记忆 效应 即合金的形状被改变之后 一旦加热到一定的跃变温度 时 它又可以魔术般地变回到原来的形状 人们把具有这种特 殊功能的合金称为形状记忆合金 记忆合金的开发迄今不过 20 余年 但由于其在各领域的特效应用 正广为世人所瞩目 被 誉为 神奇的功能材料 记忆合金在航空航天领域内的应用有很多成功的范例 人 造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作 发射人造卫星之前 将抛物面天线折叠起来装进卫星体内 火箭升空把人造卫星送 到预定轨道后 只需加温 折叠的卫星天线因具有 记忆 功 能而自然展开 恢复抛物面形状 记忆合金在临床医疗领域内有着广泛的应用 例如人造骨 骼 伤骨固定加压器 牙科正畸器 各类腔内支架 栓塞器 111 111 心脏修补器 血栓过滤器 介入导丝和手术缝合线等等 记忆 合金在现代医疗中正扮演着不可替代的角色 记忆合金同我们的日常生活也同样休戚相关 仅以用记忆 合金制成的弹簧为例 把这种弹簧放在热水中 弹簧的长度立 即伸长 再放到冷水中 它会立即恢复原状 利用形状记忆合 金弹簧可以控制浴室水管的水温 在热水温度过高时通过 记 忆 功能 调节或关闭供水管道 避免烫伤 也可以制作成消 防报警装置及电器设备的保安装置 当发生火灾时 记忆合金 制成的弹簧发生形变 启动消防报警装置 达到报警的目的 还可以把用记忆合金制成的弹簧放在暖气的阀门内 用以保持 暖房的温度 当温度过低或过高时 自动开启或关闭暖气的阀 门 作为一类新兴的功能材料 记忆合金的很多新用途正不断 被开发 例如 用记忆合金制作的眼镜架 如果不小心被碰弯 曲了 只要将其放在热水中加热 就可以恢复原状 不久的将 来 汽车的外壳也可以用记忆合金制作 如果不小心碰瘪了 只要用电吹风加加温就可恢复原状 既省钱又省力 实在方便 金属多孔材料 金属多孔材料 这类材料是采用事先加工好的球状或不规则的金属 Ti Mo W 等 粉末 经过压型 烧结等工艺 使金属颗粒既 能熔接起来 又能保持由表及里 纵横交错 相互贯通的众多 小空隙 这类材料除具有一般金属的性能外 最突出的是透过 性强 过滤性能高 经久耐用 适用于作过滤器 流体分布和 渗透装置等 也适于作消音和减震材料 随着科学技术的发展 孔径为 0 1 m 以下的金属多孔材料过滤膜 已普遍应用于同位 素分离技术 原子反应堆的排气技术 消音器 减震器 催化 剂 热交换器 燃料电池的电极等方面 磁性材料 在许多过渡金属元素和它们的化合物中 由于有未成对的 d 电子存在 所以具有顺磁性 可以被磁场所吸引 Fe Co Ni 等金属则具有铁磁性 铁磁性物质和顺磁性物质一样 也会被 111 111 磁场所吸引 但磁场对铁磁性物质的作用力要比顺磁性物质大 得多 同时 铁磁性的固体物质在磁场中被磁化以后就已经永 磁化了 也就是说 在外加磁场不存在时仍保留磁性 而顺磁 性物质只有在外加磁场存在时才表现出磁性 并不是所有含未 成对电子的金属都是铁磁性的 如锰有 5 个未成对电子 铁只 有 4 个未成对电子 铁有铁磁性而锰却不具有铁磁性 具有铁 磁性的一个必要条件是在晶格中顺磁性的原子之间的距离要正 好合适 如果原子靠得太紧密 相邻原子中由于未成对电子占 用的轨道会重叠而使自旋相反的电子配对 如果原子相距太远 则一个原子中的未成对电子的自旋就不能与相邻原子中电子的 自旋取得一致 非铁磁性金属可以通过制成各种合金而成为铁磁性的合金 常用的铁磁性合金有硅铁 含硅 4 5 Fe Ni 合金 Fe Ni Co 合金等 在磁性材料方面 含有某些稀土金属的永 磁铁是目前最强的永久磁性材料 已广泛应用于近代各个技术 部门中 如制造微型电机 各种微波设备 航空和宇宙航行的 仪器中等 现在 一些工业先进的国家正在致力于钕 铁 硼永 磁材料的科研与生产 变式练习 1 我国古代的湿法冶金术是世界闻名的 我国在世界上最先应用湿法冶金的金属 是 A Fe B Cu C Ag D Hg 解析 对化学史缺乏了解而错选 有的同学甚至是对化学史一无所知 答案 B 2 制印刷电路时常用氯化铁溶液作为 腐蚀液 发生的反应为 2FeCl3 Cu 2FeCl2 CuCl2 向盛氯化铁溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉 反应结束后 下列结果不可能出现的是 A 烧杯中有铜无铁 B 烧杯中有铁无铜 C 烧杯中铁 铜都有 D 烧杯中铁 铜都无 解析 在题设条件下 如果氯化铁溶液足量 铁粉和铜粉都可与之完全反应 在 111 111 此情况下 烧杯中既无铁也无铜 如果铁粉和铜粉足够多 氯化铁溶液相对不足 则 反应后铁和铜都会存在 如果氯化铁溶液与铁粉 铜粉适量 则下列反应优先发生 Fe 2FeCl 3 3FeCl2 这样 烧杯中将有铜 而铁粉没有剩余 无论如何有铁无铜 的现象不可能存在 答案 B 3 焰色反应每次实验都要用试剂洗净铂丝 这种试剂是 A Na 2CO3 溶液 B NaOH 溶液 C 硫酸 D 稀盐酸 解析 用盐酸可使铂丝上能影响下一次焰色反应实验的杂质转化为易清除掉的氯 化物 答案 D 4 由钠 镁 铝 锌四种金属单质中的两种组成的合金共 12g 跟足量的盐酸反 应产生 5 6L 氢气 标准状况 那么此合金中一定含有的金属是 A Na B Mg C Al D Zn 解析 依题意 当产生 22 4L 即 1molH2 时 消耗合金的质量为 48g 而欲产生 1molH2 所消耗的 Na Mg Al 质量分别为 46g 24g 18g 均小于 48g 它们两两 组成合金均不合要求 只有 Zn 的质量 65g 48g 所以 该合金中必含有 Zn 答案 D 5 分离硫粉和铁粉的混合物的适宜方法是 A 加热升华 B 用磁铁分离 C 溶于水过滤 D 溶于盐酸后过滤 答案 B 6 将铁的化合物溶于盐酸 滴加 KSCN 溶液不发生颜色变化 再加入适量氯水 溶液立即呈红色的是 A Fe 2O3 B FeCl 3 C Fe 2 SO 4 3 D FeO 解析 A B C 溶于盐酸后 溶液中即有 Fe3 存在 滴加 KSCN 溶液会立即变 111 111 红 而 D 溶于盐酸后 生成的是 Fe2 遇 KSCN 不变色 再滴加适量氯水 会将 Fe2 氧化成 Fe3 溶液立即呈红色 故答案选 D 答案 D 7 纯铁的熔点为 1535 而高炉中炼铁时生铁 含碳量较高的铁的合金 在 1200 左右就熔化了 这是因为 A 铁的纯度越高熔点越低 B 合金的熔点比其成分物质的熔点高 C 因为形成了铁碳合金 所以熔点变低 D 在高炉中熔化的过程中发生了化学反应 解析 合金的熔点低于其成分物质的熔点 生铁的熔点低是因为 Fe 和 C 形成了 合金 所以本题的正确答案应选 C 答案 C 8 我国在春秋战国时期就懂得将白口铁 含碳量 2 经淬火热处理得到相当 于铸钢的器物 如锋利的宝剑 这一技术要比欧洲早近两千年 白口铁淬火热处理的 主要作用是 A 除硫 磷杂质 B 适当降低了含碳量 C 掺进合金元素 D 改善表面的结构性质 解析 淬火是一种单纯热处理方法 只是对降低含碳量有效 将碳氧化成气体 所以选 B 答案 B 9 在托盘天平右盘上放一个盛有 100mL3mol L 1 NaOH 溶液的烧杯 左盘上放 一个盛有 100mL3mol L 1 盐酸的烧杯 调节天平至平衡 然后在两烧杯中各加入等 质量的铝片 反应完全后 则天平可能出现的情况是 A 左盘下沉 B 右盘下沉 C 仍保持平衡 D 无法判断 解析 有关的化学反应方程式为 111 111 2Al 2NaOH 2H 2O 2NaAlO2 3H 2 2Al 6HCl 2AlCl 3 3H 2 当铝不足 量时 等量的铝失去等量的电子 生成等量的 H2 天平保持平衡 当铝足量时 0 3molNaOH 生成 0 45molH2 0 3molHCl 生成 0 15molH2 左盘下沉 答案 AC 10 某溶液中放入铝片后生成大量气泡 则在此溶液中 A 可能含有大量的 H B 可能含有大量的 H 和 OH C 不可能含有 H 和 OH D 可能含有大量的 OH 解析 Al 既可以与酸反应放出 H2 又可以和碱反应释放出 H2 2Al 6H 2Al 3 3H 2 2Al 2OH 2H 2O 2AlO 3H 2 溶液中不可 能同时含有大量的 H 和 OH 因为 H OH H 2O 故本题答案应选 A D 答案 AD 11 下列物质中可用于治疗胃酸过多的是 A 碳酸钠 B 氢氧化铝 C 氧化钙 D 碳酸钡 解析 胃酸中含有少量盐酸 以上 4 种物质都能跟盐酸反应 但是 碳酸钠在反 应后生成气体 造成 胀气 而且碳酸钠碱性较强 对口腔和食道有刺激作用 氧化 钙与水作用放出大量热 生成强碱 会烧伤口腔 碳酸钡溶于盐酸 后生成有剧毒的氯化钡 只有氢氧化铝无副作用 对消化道无影响 答案 B 2 按图 3 3 装置通入 X 气体 并在管口 P 处点燃 实验结 果是澄清石灰水变浑浊 则 X Y 可能是 A H 2 和 Fe2O3 B CO 和 CuO C H 2 和 NaHCO3 D CO 和 Na2CO3 解析 使澄清石灰水变浑浊的气体应为 CO2 它可能是加热 NaHCO3 分解产生的 111 111 如 C 项 也可能是 CO 与 CuO 在加热条件下反应产生的 CO CuO Cu CO 2 如 B 项 答案 BC 13 在铁和氧化铁的混合物 15g 中 加入稀硫酸 150mL 标准状况下放出 1 68LH2 同时铁和氧化铁均无剩余 向溶液中滴入 KSCN 溶液未见颜色变化 为了 中和过量的硫酸 且使 Fe2 完全转化成 Fe OH 2 共耗去了 3mol L 1 的 NaOH 溶 液 200mL 求原硫酸溶液的物质的量浓度 解析 本题的反应式很多 有 Fe2O3 与 H2SO4 反应 生成的 Fe2 SO 4 3 又与 Fe 反应 Fe 与 H2SO4 反应 加入的 NaOH 与 H2SO4 FeSO 4 反应等 但最终产物是 Na2SO4 和 Fe OH 2 根据守恒原理 SO Na n 2n1 亦即 H 2SO4 NaOH 0 6mol 0 3mol 21 H 2SO4 2mol L l c15 0mol3 答案 2mol L 1 新题解答 例 1 下列物质中 不属于合金的是 A 硬铝 B 黄铜 C 钢铁 D 水银 解析 合金是两种或两种以上的金属 或金属与非金属 熔合在一起而形成的具 有金属特性的物质 硬铝是由 Al Cu Mg Mn Si 形成的合金 黄铜是 Cu Zn 合 金 钢铁是 Fe 与其他元素形成的合金 因此唯一不属于合金的是水银 答案应为 D 答案 D 点评 只要牢记并理解合金的概念 了解一些合金的名称 并能准确再现就可轻 松作答 因此在学习化学的过程中 记住并理解重要的概念 原理和化学方程式 多 111 111 了解一些材料是非常重要的 例 2 古代的 药金 外观与金相似 常被误认为金子 它的冶炼方法如下 将 ZnCO3 赤铜 Cu 2O 和木炭混合加热至 800 得金光闪闪的 药金 则药金 的主要成分是 有关的化学方程式是 解析 我们知道 煅烧石灰石 CaCO 3 能得到其氧化物 而木炭可以还原金属 氧化物 把所学知识迁移过来 善于运用 不难解答 答案 Zn Cu ZnCO 3 ZnO CO 2 C 2Cu 2O 4Cu CO 2 C 2ZnO 2Zn CO 2 点评 所学知识一定要灵活运用 要特别注意知识的迁移 思维过程 一 牢记概念 理解和把握概念的内涵 合金是由两种或两种以上的金属 或金属与非金属 熔合在一起而形成的具有金 属特性的物质 合金的熔点一般比它的各成分金属的要低 但比成分金属具有更好的 硬度 强度和机械加工性能 二 认真学习 勤于总结 钢实际上是以铁为主要成分的铁的合金 因成分不同 性能也存在差异 111 111 合作讨论 一 硬铝是 Al Cu Mg Mn Si 的合金 它可以用来作制造飞机的材料 与同 学交流一下 这种合金最大的优势是什么 它的主要成分是 Al 为什么不可以直接用 Al 来制造飞机呢 我的思路 这得从制造飞机的要求去考虑 制造飞机的材料应满足降低起飞重量 强度高 耐冲击 耐高温等条件 这种合金重量小 硬度大 适合制造飞机外壳 纯 铝的硬度和强度都不合格 二 1 合金有许多有益的用途 可有些不法之徒却用 Cu Zn 合金制成假元宝 假手饰来骗人 运用你所学的知识 想一想用什么方法可以戳穿他们呢 我的思路 使之与盐酸发生反应 测量其密度 2 随着不断地开采 地球上的矿产资源不断减少 同时由于生产的发展 新产品 不断替代旧产品 每年又有大量的废旧金属产生 如果不合理回收利用 将直接影响 到社会经济的可持续发展 丢弃废旧金属既浪费资源又污染环境 请大家讨论一下我 们采取哪些做法可以实现废旧金属的全面高效的回收利用呢 我的思路 建立专门回收部门 组织专业回收人员 鼓励公众回收上交 垃圾分 类存放 111 111- 配套讲稿:
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