2015-2016學年高中化學 3.1應(yīng)用廣泛的金屬材料課件 蘇教版選修1PPT

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1、專 題 3 豐 富 多 彩 的 生 活 材 料第 一 單 元 應(yīng) 用 廣 泛 的 金 屬 材 料 知 識 點 1 合 金 的 組 成 及 應(yīng) 用【 自 主 認 知 】一 、 金 屬 的 性 質(zhì) 及 其 應(yīng) 用1.常 見 金 屬 的 物 理 性 質(zhì) 及 其 應(yīng) 用 ：金 屬 性 質(zhì) 用 途銅 、 鋁 有 良 好 的 _ 用 做 輸 電 的 導 線鎢 有 很 高 的 _ 用 于 制 作 燈 絲鋁 有 良 好 的 _ 可 制 成 _用 于 包 裝 食 品導 電 性熔 點延 展 性 鋁 箔 2.常 見 金 屬 的 化 學 性 質(zhì) 及 其 應(yīng) 用 (以 鋁 為 例 )：(1)鋁 的 化 學 性 質(zhì) ?；?/p>

2、 學 性 質(zhì) 化 學 反 應(yīng) 方 程 式 或 文 字 解 釋與 氧 氣反 應(yīng) 常 溫 在 空 氣 中 形 成 致 密 的 _， 具 有 抗 腐蝕 性加 熱 或 點 燃 _與 酸 反 應(yīng) 與 稀 鹽酸 反 應(yīng) _常 溫 下 與 濃 硫酸 、 濃 硝 酸 鈍 化 ， 鋁 表 面 形 成 一 層 _氧 化 膜4Al+3O2 2Al2O3點 燃=2Al+6HCl=2AlCl3+3H2氧 化 膜 化 學 性 質(zhì) 化 學 反 應(yīng) 方 程 式 或 文 字 解 釋與 堿 反 應(yīng) 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2與 鹽 溶 液 反 應(yīng)(如 CuSO4溶 液 ) 化 學 反 應(yīng) 方 程 式 ：

3、 _ 2Al+3CuSO4=3Cu+Al2(SO4)3 (2)氧 化 鋁 的 化 學 性 質(zhì) 。 與 強 堿 溶 液 反 應(yīng) 的 離 子 方 程 式 為_。 與 強 酸 溶 液 反 應(yīng) 的 離 子 方 程 式 為_。 鋁 制 炊 具 不 能 用 來 長 時 間 盛 裝 酸 性 或 堿 性 及 含 食 鹽 的 食 品 。2 3 2 2Al O 2OH =2AlO H O Al2O3+6H+=2Al3+3H2O 2.合 金 的 性 能 。合 金 與 其 各 成 分 金 屬 相 比 ， 具 有 許 多 優(yōu) 良 的 物 理 、 化 學 性 能 。(1)合 金 的 硬 度 _。(2)多 數(shù) 合 金 的

4、熔 點 一 般 比 各 成 分 金 屬 的 _。(3)合 金 的 性 能 可 以 通 過 所 添 加 的 合 金 元 素 的 _和 生 成 合 金 的_來 調(diào) 節(jié) 。 較 大 低 種 類含 量 3.常 見 的 合 金 ：(1)鐵 合 金 。生 鐵 與 鋼 的 比 較 ： 生 鐵 鋼含 碳 量 _ 0.3% 2%組 成 鐵 、 碳 除 _、 _外 ， 合 金 鋼 中 還 含有 其 他 元 素性 能 硬 度 大 、 抗 壓 、 性 脆 有 良 好 的 延 展 性 、 機 械 性 能加 工 可 鑄 不 可 煅 可 鑄 、 可 煅用 途 制 造 機 座 、 管 道 制 造 機 械 和 交 通 工 具2

5、% 4% 鐵 碳 (2)鋁 合 金 和 銅 合 金 。 硬 鋁 ： 合 金 元 素 為 Cu、 Mg、 Mn和 Si等 。 硬 鋁 密 度 小 ， 強 度 高 、 抗 腐蝕 性 強 。 適 用 于 制 造 飛 機 和 航 天 器 。 黃 銅 ： 合 金 元 素 是 Zn。 青 銅 ： 合 金 元 素 是 Sn。 (3)鈦 合 金 。 優(yōu) 點 ： 有 較 高 的 強 度 、 良 好 的 抗 氧 化 性 和 優(yōu) 異 的 耐 腐 蝕 性 。 用 途 ： 鈦 合 金 主 要 用 于 飛 機 、 火 箭 、 導 彈 、 人 造 衛(wèi) 星 、 宇 宙 飛 船 等尖 端 領(lǐng) 域 。 同 時 由 于 它 對 人

6、 體 無 毒 和 無 不 良 反 應(yīng) ， 可 作 為 人 造 骨 的 材料 ， 被 稱 為 “ _” 。親 生 物 金 屬 【 釋 疑 解 惑 】1.合 金 的 性 質(zhì) 與 結(jié) 構(gòu) 的 關(guān) 系 ：(1)一 般 情 況 下 ， 合 金 比 純 金 屬 的 硬 度 更 大 、 更 堅 固 。 如 圖 所 示 ， 純金 屬 和 合 金 的 結(jié) 構(gòu) 并 不 相 同 ， 在 純 金 屬 內(nèi) ， 所 有 原 子 的 大 小 和 形 狀 都是 相 同 的 ， 原 子 的 排 列 十 分 規(guī) 整 。 而 合 金 內(nèi) 加 入 了 或 大 或 小 其 他 元 素的 原 子 ， 改 變 了 金 屬 原 子 有 規(guī)

7、則 的 層 狀 排 列 ， 使 原 子 層 與 層 之 間 的 相對 滑 動 變 得 困 難 。 (2)一 般 情 況 下 合 金 的 的 熔 點 比 純 金 屬 低 。在 純 金 屬 內(nèi) ， 所 有 的 原 子 大 小 相 同 ， 排 列 十 分 規(guī) 整 ； 而 合 金 內(nèi) 原 子 的大 小 不 一 ， 排 列 沒 有 純 金 屬 那 樣 整 齊 ， 使 得 原 子 之 間 的 相 互 作 用 力 減小 。 所 以 ， 合 金 的 熔 點 一 般 比 各 成 分 金 屬 的 熔 點 都 要 低 。 2.不 銹 鋼 的 分 類 及 耐 腐 蝕 的 原 因 ：(1)不 銹 鋼 種 類 繁 多 、

8、 性 能 各 異 ， 按 化 學 成 分 可 分 為 鉻 不 銹 鋼 和 鉻 鎳不 銹 鋼 兩 大 類 ； 按 使 用 的 介 質(zhì) 環(huán) 境 可 分 為 耐 硝 酸 不 銹 鋼 、 耐 硫 酸 不 銹鋼 、 耐 尿 素 不 銹 鋼 和 耐 海 水 不 銹 鋼 等 。(2)不 銹 鋼 中 添 加 的 元 素 主 要 是 Ni和 Cr， Cr是 防 氧 化 元 素 ， 使 不 銹 鋼表 面 形 成 一 層 致 密 的 氧 化 物 保 護 膜 ， 防 止 內(nèi) 部 的 Fe與 外 界 物 質(zhì) 接 觸 ，Ni是 防 腐 蝕 元 素 ， 使 不 銹 鋼 在 多 種 酸 、 堿 、 鹽 溶 液 中 也 能 具

9、 有 很 好 的化 學 穩(wěn) 定 性 和 耐 腐 蝕 性 。 【 即 時 訓 練 】1.(2015 湛 江 高 二 檢 測 )鐵 和 鐵 合 金 是 生 活 中 常 用 的 材 料 ， 下 列 說 法正 確 的 是 ( )A.不 銹 鋼 是 鐵 合 金 ， 只 含 金 屬 元 素B.一 定 條 件 下 ， 鐵 粉 可 與 水 蒸 氣 反 應(yīng)C.鐵 與 鹽 酸 反 應(yīng) ， 鐵 合 金 不 與 鹽 酸 反 應(yīng)D.鐵 合 金 的 硬 度 和 強 度 均 低 于 鐵 【 解 析 】 選 B。 鐵 合 金 中 含 非 金 屬 元 素 碳 ； 鐵 粉 與 水 蒸 氣 反 應(yīng) 方 程 式為 3Fe+4H2O(

10、g) Fe3O4+4H2； 鐵 形 成 鐵 合 金 后 其 化 學 性 質(zhì) 幾 乎 不變 ， 鐵 合 金 中 的 鐵 仍 能 與 鹽 酸 反 應(yīng) ； 合 金 的 性 能 一 般 優(yōu) 于 其 純 金 屬 。= 2.鈦 (Ti)因 為 具 有 神 奇 的 性 能 越 來 越 引 起 人 們 的 關(guān) 注 ， 是 航 空 、 軍 工 、電 力 等 方 面 的 必 需 材 料 ， 被 譽 為 “ 空 間 金 屬 ” 和 “ 深 海 金 屬 ” 。(1)鈦 和 鈦 的 合 金 具 有 很 多 優(yōu) 良 的 性 能 ， 如 熔 點 高 、 密 度 小 、 可 塑 性好 、 易 于 加 工 ， 鈦 合 金 與

11、人 體 有 很 好 的 “ 相 容 性 ” 。 根 據(jù) 它 們 的 主 要性 能 ， 下 列 用 途 不 切 合 實 際 的 是 。A.用 于 做 保 險 絲 B.用 于 制 造 航 天 飛 機C.用 于 制 造 人 造 骨 D.用 于 制 造 船 舶 (2)常 溫 下 鈦 不 和 非 金 屬 、 強 酸 反 應(yīng) 。 紅 熱 時 ， 卻 可 與 常 見 的 非 金 屬單 質(zhì) 反 應(yīng) 。 地 殼 中 含 鈦 礦 石 之 一 稱 金 紅 石 (TiO2)， 目 前 大 規(guī) 模 生 產(chǎn) 鈦的 方 法 是第 一 步 ： 金 紅 石 、 炭 粉 混 合 ， 在 高 溫 條 件 下 通 入 氯 氣 制 得

12、 TiCl4和 一種 可 燃 性 氣 體 。 該 反 應(yīng) 的 化 學 方 程 式 為 ， 該 反 應(yīng) 的 還 原劑 是 。第 二 步 ： 在 氬 氣 的 氣 氛 中 ， 用 過 量 鎂 在 加 熱 條 件 下 與 TiCl 4反 應(yīng) 制 得金 屬 鈦 。 簡 述 由 上 述 所 得 產(chǎn) 物 中 獲 取 金 屬 鈦 的 步 驟 。 【 解 析 】 (1)物 質(zhì) 的 性 質(zhì) 決 定 其 用 途 ， 應(yīng) 結(jié) 合 題 干 所 給 的 有 關(guān) 性 質(zhì) 的信 息 來 分 析 。 由 題 干 知 鈦 和 鈦 合 金 的 熔 點 高 ， 不 能 用 來 做 保 險 絲 ； 其密 度 小 、 熔 點 高 、 可

13、 塑 性 好 ， 可 用 于 制 造 飛 機 及 船 舶 ， 與 人 體 有 很 好的 “ 相 容 性 ” ， 可 制 造 人 造 骨 。 (2)第 一 步 得 到 的 可 燃 性 氣 體 應(yīng) 是 CO， 結(jié) 合 原 子 守 恒 及 電 子 轉(zhuǎn) 移 守恒 ， 化 學 方 程 式 應(yīng) 為 TiO2+2C+2Cl2 TiCl4+2CO， 該 反 應(yīng) 中 ， 碳元 素 化 合 價 升 高 ， C作 還 原 劑 ； 第 二 步 應(yīng) 為 鎂 置 換 鈦 的 反 應(yīng) ， 化 學方 程 式 為 TiCl4+2Mg Ti+2MgCl2， 所 得 產(chǎn) 物 含 雜 質(zhì) 鎂 (鎂 過 量 )、MgCl2， 利 用

14、鈦 不 與 強 酸 反 應(yīng) ， 應(yīng) 加 足 量 鹽 酸 除 去 過 量 雜 質(zhì) 鎂 、MgCl2， 過 濾 即 得 鈦 。 高 溫=Ar= 答 案 ： (1)A (2)第 一 步 ： TiO2+2C+2Cl2 TiCl4+2CO 碳 第 二 步 ：加 入 足 量 鹽 酸 ， 除 去 過 量 鎂 、 MgCl2， 過 濾 ， 洗 滌高 溫= 【 互 動 探 究 】 (1)題 目 1中 的 鐵 合 金 是 生 活 中 常 用 材 料 ， 那 么 合 金是 純 凈 物 還 是 混 合 物 ？提 示 ： 合 金 是 混 合 物 ， 但 其 組 成 是 均 勻 的 ， 而 且 有 些 合 金 有 固 定

15、熔 點 。(2)與 題 目 2中 鎂 熱 還 原 法 制 Ti一 樣 ， 采 用 鈉 還 原 法 也 可 制 備 Ti，反 應(yīng) 方 程 式 應(yīng) 如 何 寫 ？提 示 ： TiCl 4+4Na Ti+4NaCl= 【 補 償 訓 練 】 1.(2015 福 州 高 二 檢 測 )鋁 硅 合 金 (含 Si 13.5%)在 凝 固時 收 縮 率 很 小 ， 因 而 這 種 合 金 適 合 鑄 造 。 有 下 列 三 種 晶 體 ： 鋁 ； 硅 ； 鋁 硅 合 金 ， 它 們 的 熔 點 從 低 到 高 的 順 序 是 ( )A. B. C. D. 【 解 析 】 選 D。 合 金 的 熔 點 低

16、于 各 成 分 的 熔 點 ， 晶 體 硅 的 結(jié) 構(gòu) 類 似 于金 剛 石 的 結(jié) 構(gòu) ， 熔 點 比 鋁 高 。 2.為 除 去 鍍 在 鋁 表 面 的 銅 鍍 層 ， 可 選 用 的 試 劑 為 ( )A.稀 硝 酸 B.濃 硝 酸C.濃 鹽 酸 D.氫 氧 化 鈉 溶 液【 解 析 】 選 B。 銅 與 濃 硝 酸 反 應(yīng) 生 成 硝 酸 銅 ， 而 鋁 遇 濃 硝 酸 鈍 化 ， 故可 用 濃 硝 酸 除 去 鋁 表 面 的 銅 鍍 層 。 知 識 點 2 金 屬 的 腐 蝕 與 防 護【 自 主 認 知 】1.金 屬 腐 蝕 的 兩 種 類 型 ：(1)化 學 腐 蝕 金 屬 與

17、化 學 物 質(zhì) 直 接 接 觸 。條 件 (2) 金 屬 不 純 金 屬 表 面 _ 水 膜 中 溶 解 有 _等 ， 形 成 一 薄 層 電 解 質(zhì) 溶 液電 化 學 腐 蝕 條 件 條 件 吸 附 了 一 層 水 膜氧 和 少 量 鹽 類 2.金 屬 的 防 護 ：(1)金 屬 防 護 的 三 類 方 法 ： 馬 口 鐵致 密 的 Fe3O4薄 膜更 容 易 失 去 電 子 (2)合 理 選 擇 防 腐 方 法 。 考 慮 金 屬 制 品 的 使 用 期 限 ： 短 期 使 用 ， 不 須 采 用 昂 貴 的 防 腐 方 法 。 考 慮 金 屬 制 品 的 使 用 環(huán) 境 。 考 慮 對

18、金 屬 制 品 外 觀 的 要 求 。 【 釋 疑 解 惑 】1.金 屬 的 化 學 腐 蝕 和 電 化 學 腐 蝕 的 比 較 ：化 學 腐 蝕 電 化 學 腐 蝕條 件 金 屬 與 非 電 解 質(zhì) 等 直接 接 觸 不 純 金 屬 或 合 金 與 電 解 質(zhì) 溶 液接 觸現(xiàn) 象 無 電 流 產(chǎn) 生 有 微 弱 電 流 產(chǎn) 生本 質(zhì) 金 屬 被 氧 化 的 過 程 較 活 潑 金 屬 被 氧 化 的 過 程相 互 關(guān) 系 化 學 腐 蝕 與 電 化 學 腐 蝕 往 往 同 時 發(fā) 生 ， 但 電 化 學 腐 蝕更 普 遍 ， 危 害 嚴 重 2.金 屬 腐 蝕 快 慢 的 規(guī) 律 ：(1)在

19、 同 一 電 解 質(zhì) 溶 液 中 ， 金 屬 腐 蝕 由 快 到 慢 的 順 序 為 原 電 池 原 理 引起 的 腐 蝕 化 學 腐 蝕 原 電 池 原 理 中 作 正 極 的 金 屬 。(2)對 于 同 一 種 電 解 質(zhì) 溶 液 ， 電 解 質(zhì) 溶 液 濃 度 越 大 ， 金 屬 腐 蝕 越 快 (除鈍 化 外 )。(3)對 于 活 動 性 不 同 的 兩 種 金 屬 ， 活 動 性 差 別 越 大 ， 氧 化 還 原 反 應(yīng) 速率 越 快 ， 活 潑 金 屬 腐 蝕 越 快 。 (4)同 一 種 金 屬 在 不 同 介 質(zhì) 中 腐 蝕 由 快 到 慢 的 順 序 為 強 電 解 質(zhì) 溶

20、 液 弱電 解 質(zhì) 溶 液 非 電 解 質(zhì) 溶 液 。(5)純 度 越 高 的 金 屬 ， 腐 蝕 的 速 率 越 慢 (純 金 屬 幾 乎 不 腐 蝕 )。(6)不 純 的 金 屬 或 合 金 ， 在 潮 濕 的 空 氣 中 腐 蝕 速 率 遠 大 于 在 干 燥 、 隔絕 空 氣 條 件 下 的 腐 蝕 速 率 。 【 即 時 訓 練 】1.(2015 安 慶 高 二 檢 測 )如 圖 中 a為 生 鐵 ， A、 B兩 個 燒 杯 中 為 海 水 ， C燒 杯 中 為 1 mol L-1的 稀 硫 酸 。 (1)C中 Cu極 的 電 極 反 應(yīng) 式 為 _ 。(2)B中 Zn極 的 電 極

21、 反 應(yīng) 式 為 ，F(xiàn)e極 附 近 溶 液 的 pH (填 “ 增 大 ” “ 減 小 ” 或 “ 不 變 ” )。A、 B、 C中 鐵 被 腐 蝕 的 速 率 由 快 到 慢 的 順 序 是 。 【 解 析 】 B、 C裝 置 為 原 電 池 ， 在 原 電 池 中 ， 活 潑 金 屬 作 負 極 ， 故 B中Fe作 正 極 被 保 護 ， C中 Fe作 負 極 被 腐 蝕 。答 案 ： (1)2H+2e-=H2(2)Zn-2e-=Zn2+ 增 大 CAB 2.炒 過 菜 的 鐵 鍋 未 及 時 洗 凈 ， 在 空 氣 中 放 置 不 久 便 會 因 腐 蝕 而 出 現(xiàn) 紅褐 色 銹 斑 。

22、 請 回 答 ：(1)鐵 鍋 的 銹 蝕 是 腐 蝕 (填 “ 析 氫 ” 或 “ 吸 氧 ” )。(2)寫 出 鐵 鍋 腐 蝕 時 負 極 的 電 極 反 應(yīng) 式 ： 。(3)寫 出 鐵 鍋 在 中 性 條 件 下 腐 蝕 的 正 極 的 電 極 反 應(yīng) 式 ： 。(4)寫 出 電 化 學 反 應(yīng) 的 總 方 程 式 ： 。 【 解 析 】 炒 過 菜 的 鐵 鍋 如 果 未 及 時 洗 凈 ， 表 面 會 附 有 少 量 的 氯 化 鈉 溶液 ， 在 該 條 件 下 鐵 會 發(fā) 生 吸 氧 腐 蝕 。 活 潑 的 鐵 作 負 極 ， 失 電 子 ， 其 電極 反 應(yīng) 式 為 Fe-2e-=

23、Fe2+。 鐵 鍋 在 中 性 條 件 下 發(fā) 生 的 腐 蝕 就 是 吸 氧腐 蝕 ， 正 極 反 應(yīng) 式 為 2H2O+O2+4e-=4OH-。 該 過 程 中 總 反 應(yīng) 方 程 式 為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 動 探 究 】(1)由 題 目 1中 可 得 出 的 金 屬 腐 蝕 快 慢 的 規(guī) 律 是 什 么 ？提 示 ： 在 同 一 電 解 質(zhì) 溶 液 中 ， 金 屬 腐 蝕 由 快 到 慢 的 順 序 為 電 解 池

24、的 陽極 原 電 池 的 負 極 正 常 狀 況 原 電 池 的 正 極 電 解 池 的 陰 極 。(2)由 題 目 2中 可 以 看 出 鐵 鍋 生 銹 的 原 因 是 什 么 ？提 示 ： 鐵 鍋 是 生 鐵 加 工 成 的 ， 菜 湯 中 含 有 NaCl等 電 解 質(zhì) ， 這 樣 Fe、 C、NaCl溶 液 共 同 構(gòu) 成 原 電 池 ， 加 快 了 腐 蝕 。 【 補 償 訓 練 】 (2015 臨 沂 高 二 檢 測 )如 圖 ， 一 根 鐵 棒 插 入 煮 沸 過 的 蒸餾 水 中 ， 鐵 棒 上 有 三 點 。 (1)A、 B、 C三 點 中 腐 蝕 最 快 的 是 。(2)若

25、 向 蒸 餾 水 中 加 入 少 量 食 鹽 ， B處 的 腐 蝕 速 率 將 (填 “ 加快 ” “ 不 變 ” 或 “ 減 慢 ” )。(3)若 將 蒸 餾 水 換 成 ： 0.1 mol L-1H2SO4溶 液 ； 1 mol L-1H2SO4溶 液 ； 18.4 mol L-1H2SO4溶 液 ， 則 A處 腐 蝕 由 快 到 慢 的 順 序 是 。 【 解 析 】 (1)根 據(jù) 題 意 可 知 ： A在 煮 沸 的 蒸 餾 水 內(nèi) 部 ， 因 缺 少 氧 氣 ， 很難 形 成 電 解 質(zhì) 溶 液 ， 幾 乎 不 腐 蝕 。 B在 水 面 處 ， 發(fā) 生 了 電 化 學 腐 蝕 。 C

26、在 水 面 以 上 ， 與 氧 氣 發(fā) 生 化 學 腐 蝕 ， 根 據(jù) 同 一 種 物 質(zhì) ， 發(fā) 生 電 化 學 腐蝕 與 化 學 腐 蝕 的 對 比 可 知 B處 鐵 棒 的 腐 蝕 比 C處 的 快 。(2)蒸 餾 水 中 加 入 少 量 食 鹽 (強 電 解 質(zhì) )， 增 強 了 原 電 池 中 電 解 質(zhì) 溶 液的 導 電 能 力 ， B點 腐 蝕 速 率 遠 大 于 以 前 。 (3) 硫 酸 為 稀 硫 酸 ， 但 是 中 硫 酸 的 濃 度 小 于 中 硫 酸 的 濃 度 ，鐵 棒 在 中 的 腐 蝕 速 率 比 中 的 快 ， 中 18.4 mol L-1的 硫 酸 (98%)是 濃 硫 酸 ， 鐵 很 快 發(fā) 生 了 鈍 化 ， 幾 乎 不 腐 蝕 。答 案 ： (1)B (2)加 快 (3)