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第二节 金属材料
第2课时：新型合金 物质的量在化学方程式计算中的应用
第三章 铁 金属材料
新型合金
01
物质的量在化学方程式计算中的应用
02
学习目标
1.通过阅读教材、查阅资料，了解储氢合金、钛合金等新型合金，感受化学科学对创造更多新材料以满足人类生活需要和促进科技发展的重要作用。
2.通过联系旧知、讨论交流，从物质的量的角度认识物质的组成及化学变化，能运用物质的量与其他物理量之间的换算关系进行有关计算。
3.通过对化学方程式本质的分析，能结合物质的量在化学方程式计算中的应用进行简单的计算，了解常见的化学计算中常用的方法，进一步体会守恒思想，强化宏观辨识与微观探析能力。
在之前的学习中，我们已经学习了铁合金和铝合金，这两种合金都是常用的合金材料。而生活中除了这些常见的合金材料以外，随着科技的不断发展，也涌现了很多具有特殊性能的新型合金，广泛用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。
新型合金
新型合金
活动一、新型合金的分类
任务一、观察储氢合金的图片，结合教材内容思考储氢合金有何特点？
①一般情况下，H2 采用气态或液态储存，如在高压下把 H2压入钢瓶，但运送笨重
的钢瓶既不方便也不安全。
储氢合金
②储氢合金是一类能够大量吸收H2 ，并与H2结合成金属氢化
物的材料。
④具有实用价值的储氢合金要求储氢量大，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Ti-Fe合金和La-Ni合金等。
③新型储氢合金材料的研究和开发将为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用。
新型合金
储氢合金Ti-Fe合金和La-Ni合金，一定条件下能吸收氢气，一定条件下能放出氢气，循环寿命性能优异，并可被用于大型电池，尤其是电动车辆、混合动力电动车辆、高功率应用等等。
新型合金
任务二、阅读教材P83页内容，思考常见新型合金的有哪些主要性能
和用途？完成表格内容。
储氢合金
钛合金
是能大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。如Ti－Fe合金、La－Ni合金。
钛合金强度高、好、高。主要用于制作飞机发动机压气机，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。
新型合金
记忆合金
耐热合金
是通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应的由两种以上金属元素所构成的材料。形状记忆合金是形状记忆材料中形状记忆性能最好的材料。
高温使用环境条件下，具有组织稳定和优良力学、物理、化学性能的合金。包括耐热钢、耐热铝合金、耐热钛合金、高温合金、难熔合金等。耐热合金在高温下具有一定 拉伸、蠕变、疲劳性能等。
新型合金
【记忆合金】
低温下把半球形天线变形缩小体积装入登月舱
组成：镍（Ni）-钛(Ti)
形变条件：温度
性能：形变后遇高温（或低温）恢复形状。
形状记忆合金制成的移动跳跃的机器人
对应训练
【典例1】“双奥之城”——北京将迎来2022年冬奥会，滑雪是冬奥会
的主要项目之一。下列滑雪用品涉及到的材料属于合金的是（ ）
A．滑雪杖杆—铝材(铝、镁等) B．滑雪板底板—塑料
C．滑雪手套—合成橡胶 D．滑雪服面料—尼龙
A
【解析】合金是指在一种金属中加热熔合其它金属或非金属而形成的具有金属特性的物质；合金具有以下特点：①一定是混合物；②合金中至少有一种金属等。A项滑雪杖杆——铝材(铝、镁等)属于铝镁合金，正确；B项滑雪板底板—塑料属于有机物，属于有机高分子材料，不属于合金，错误；C项滑雪手套—合成橡胶属于有机物，属于有机高分子材料，不属于合金，错误；D项滑雪服面料—尼龙属于有机物，属于有机高分子材料，不属于合金，错误。
对应训练
【典例2】2022年科技创新结出累累硕果，加快了实现高水平建设科技
强国。下列有关说法错误的是（ ）
A．“北斗导航”系统应用一体化芯片手机，芯片成分为SiO2
B．“奋斗者”号深海载人潜水器采用的Ti62A新型钛合金的硬度比纯钛
的高
C．C919大飞机机身采用了第三代铝锂合金，具有密度低、强度高等
优良特点
D．问天实验舱太阳翼配置的是三结砷化镓电池，砷化镓喻为“半导体
贵族”
A
【解析】芯片的成分为晶体Si，A错误；合金比成分金属硬度高、韧性更好，B正确；铝锂合金具有密度低、强度高等优良特点，适用于制作飞机机身，C正确；砷化镓是良好的半导体材料，D正确；故选A。
新型合金
活动二、合金形成的条件及应用
任务一、讨论交流：根据合金的定义，你认为合金形成的条件是什么？
①金属与金属形成合金时：合金是金属在熔化状态时相互混合形成的，熔化时的
温度需达到成分金属中熔点最高的金属的熔点，但又不能超出成分金属中沸点最
低的金属的沸点。一种金属的熔点高于另一种金属的沸点时则不能形成合金。
②金属与非金属形成合金时：部分不活泼非金属与金属可形成合金，活泼非金属
与活泼金属则不能形成合金。
③已知Zn熔点419.5℃、沸点419.5℃；W熔点3380℃、沸点5627℃，Fe熔点1535℃、
沸点3000℃，则它们两两均 形成合金
不能
新型合金
任务二、阅读教材P84页“科学 技术 社会”栏目，结合P86教材习题9：
我国发行的第五套人民币中,l元 、5角 和 1角 硬币的材质分别为钢芯
镀镍 (1元 )、 钢芯镀铜(5角 )和铝合金 (1角 )。 思考什么是稀土金属，
有哪些应用？选择铸造硬币的金属材料时应考虑哪些因素？
①镧系元素(57～71号元素)及钇和钪，
共17种元素，称为稀土元素。
②我国是稀土资源大国。到目前为止，我国的稀土储量、稀土产量、稀土用量
和稀土出口量均居世界第一位。
新型合金
③稀土金属既可以单独使用，也可用于生产合金。在合金中加入适量稀土金属，
能大大改善合金的性能。因而，稀土元素又被称为“冶金工业的维生素”。例如，
在钢中加入稀土元素，可以增加钢的塑性、韧性、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性
和抗氧化性等。
④稀土金属广泛应用在冶金、石油化工、材料工业（电子材料、荧光材料、发光材料、永磁材料、超导材料、染色材料、纳米材料、引火合金和催化剂等）、医药及农业等领域。杨s
⑤选择铸造硬币的金属材料时，应该考虑的因素有硬度、价格、光泽、耐磨性、
耐腐蚀性、易加工程度等.
对应训练
【典例1】社会的进步与时代的发展充满了人类智慧的结晶。下列有关
说法中错误的是（ ）
A．合金为纯净物，具有许多优良的物理、化学或机械性能
B．不锈钢是最常见的一种合金钢，不容易生锈。
C．商朝的“后母戊鼎”是我国较早使用的铜制品之一
D．近年来，人们又设计和合成了许多新型合金。如储氢合金、钛合
金等
A
【解析】A．合金是混合物，具有许多优良的物理、化学或机械性能，A错误；B．不锈钢是最常见的一种合金钢且不容易生锈，B正确；C．后母戊鼎是我国较早使用的铜制品之一，C正确；D．随着社会的发展，人们设计和合成了许多新型合金，如储氢合金、钛合金等，D正确；故答案选A。
对应训练
【典例2】下列说法正确的是（ ）
A．合金一般由多种元素组成，属于化合物
B．常温下，铝制品耐腐蚀是因为铝不活泼
C．新型储氢合金因具有较大空隙，通过物理吸附大量H2而广泛用
于新能源汽车行业
D．合金中加入其他元素原子后，使原子层之间的相对滑动变得困
难，导致合金的硬度变大
D
【解析】合金是属于混合物，A错误；常温下，铝制品耐腐蚀是因为铝和空气中氧气生成一层致密的氧化膜，B错误；合金具有在吸氢化学反应时放出大量热，而在放氢时吸收大量热，新型储氢合金吸氢是化学变化，C错误；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，原子层之间的相对滑动变得困难。一般合金比纯金属硬度更大、更坚固，D正确。
物质的量在化学方程式计算中的应用
物质的量在化学方程式计算中的应用
活动一、物质的量与其他物理量之间的关系
任务一、请写出物质的量与质量、微粒数、气体体积、物质的量浓度
等物理量之间的关系图，可得出什么结论？
①以物质的量为中心的其它物理量的转
化关系：
②结论：物质的量是联系各物理量的纽
带，可以简便的进行各量之间的转换。
物质的量在化学方程式计算中的应用
任务二、根据化学反应的实质，以金属CO与O2反应为例，思考微观
粒子与化学方程式有何关系？可得出什么结论？
①物质是由原子、分子、离子等粒子构成的，物质之间的化学反应也是这些粒
子按一定的数目关系进行的。
1
2
NA
2NA
1 mol
2 mol
32 g
88 g
22.4 L
44.8 L
2CO　＋　O2 2CO2
化学计量数 2 __ __
扩大NA倍 2NA ____ _____
物质的量 2 mol _____ _____
质量 56 g _____ _____
标况下气体体积 44.8 L ______ ______
【结论】化学方程式中各物质的化学计量数之比等于其粒子数目之比，等于其物质的量之比，也等于同温同压下气体的体积之比。
物质的量在化学方程式计算中的应用
任务三、分析完成教材P85页【例题】，思考物质的量在化学方程式
计算中的步骤是什么？
【典例】250 mL 2 mol·L－1的硫酸与足量的铁屑完全反应。计算：
(1)参加反应的铁屑的物质的量；
(2)生成的H2的体积(标准状况)。(写出解题步骤)
【分析 】根据硫酸的体积和H2SO4的物质的量浓度求算可计算出参加反应的
H2SO4的物质的量。然后根据化学反应中各物质之间的化学计量数之比,计算出
参加反应的铁屑的物质的量和生成的H2的体积。
物质的量在化学方程式计算中的应用
【解析】n(H2SO4)＝0.25 L×2 mol·L－1＝0.50 mol
【解法1】(1)Fe ＋ H2SO4===FeSO4＋H2↑
1 1
n(Fe) 0.5 mol
n(Fe)＝0.5 mol
(2)Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
1 mol 22.4 L
0.5 mol V(H2)
解得V(H2)＝11.2 L
物质的量在化学方程式计算中的应用
【解法2】 Fe ＋ H2SO4===FeSO4＋H2↑
1 mol 1 mol 22.4 L
n(Fe) 0.5 mol V(H2)
故n(Fe)＝0.5 mol，V(H2)＝11.2 L
答: (1)参加反应的铁屑的物质的量为0.5 mol；
(2)生成H2在标准状况的体积为11.2 L。
【注意】计算时同种物质各种量（物质的量、质量、体积）的单位要统一
物质的量在化学方程式计算中的应用
【解题步骤】
第一步：转—将已知的物理量转化为物质的量；
第二步：写—写出相关的化学方程式；
第三步：标—在有关物质的化学式下面标出已知量何未知量（未知量可用相应物理量符合表示）；
第四步：列—列出比例式；
第五步：解—根据比例式求解。
物质的量在化学方程式计算中的应用
【注意事项】
a.书写格式规范化：在计算过程中应注意表达格式的规范化：各物理量、物
质的名称、公式等尽量用符号表示，且数据的运算要公式化并带单位。
b.单位运用对应化：一般来说，在一个题目中如果都用统一的单位，不会出
现错误，但如果题目所给的两个量单位不一致，若换算成同一个单位，有时
显得很繁琐，这时只要做到两个量的单位“上下一致，左右相当”即可。
c.各种符号的书写要规范，大写字母与小写字母的含义各不相同。如“M”表
示摩尔质量，“m”表示质量，“N”表示微粒数目，而“n”表示物质的量。
对应训练
【典例1】完全中和0.1 mol NaOH需H2SO4的质量是多少？
解法一: 2NaOH ＋H2SO4 ＝ Na2SO4 + 2H2O
2mol 1mol
0.1mol n(H2SO4)
n(H2SO4)==0.1mol×1mol/2mol==0.05mol
m(H2SO4)==n(H2SO4)×M(H2SO4)==0.05mol×98g/mol==4.9g
答:所需H2SO4的质量是4.9g
【注意】根据化学方程式先求物质的量，然后再换算称质量
物质的量在化学方程式计算中的应用
解法二: 2NaOH ＋H2SO4 ＝ Na2SO4 + 2H2O
2mol 98g
0.1mol m(H2SO4)
答:所需H2SO4的质量是4.9g
【注意】只要上下单位一致,左右关系对应,则可列比例式计算
【关系式法】解答连续反应类型计算题的
捷径:当已知量和未知量之间是靠多个反
应来 联系时，只需直接确定已知量和未知量之间的比例关系，即“关系式”,
这种比例关系通常可从化学方程式或化学式中得到。
物质的量在化学方程式计算中的应用
活动二、化学计算中的常用方法
任务一、以“一定量的铁粉和9 g硫粉混合加热，待其反应后再加入
过量盐酸，将生成的气体完全燃烧，共收集得9 g水，求加入的铁
粉质量”为例，思考什么是关系式法？
【解析】根据反应化学方程式Fe＋S FeS ， FeS＋2HCl=FeCl2＋H2S↑，
2H2S＋3O2 2SO2＋2H2O，可得关系式： Fe～H2S～H2O
56g 18g
x 9 g
解得 x＝28g
物质的量在化学方程式计算中的应用
任务二、以“为了检验某含有NaHCO3杂质的Na2CO3样品的纯度，现
将w1 g样品加热，其质量变为w2 g，请列式计算该样品中Na2CO3的
质量分数”为例，思考什么是差量法？
【解析】样品加热发生的反应为
2NaHCO3 Na2CO3＋H2O＋CO2↑　Δm
168 106 62
m(NaHCO3)　　　　　　 　 (w1－w2) g
样品中m(NaHCO3)＝
样品中m(Na2CO3)＝w1 g－
其质量分数为[m(Na2CO3)/m(样品)]×100%＝
物质的量在化学方程式计算中的应用
【差量法】化学方程式计算中的巧思妙解：所谓“差量”就是指反应过程中反应
物的某种物理量之和(始态量)与同一状态下生成物的相同物理量之和(终态量)的
差，这种物理量可以是质量、物质的量、气体体积、气体压强、反应过程中的
热效应等。根据化学方程式求出理论上的差值(理论差量)，结合题中的条件求
出或表示出实际的差值(实际差量)，根据比例关系建立方程式并求出结果。
【注意】差量法的解题关键是找准研究对象。通常有：①固体的质量差，研究对象是固体。②气体的质量差，研究对象是气体。③液体的质量差，研究对象是液体。
物质的量在化学方程式计算中的应用
任务三、以“用1 mol·L－1的Na2SO3溶液30 mL恰好将2×10－2 mol的
XO4— 还原，已知氧化产物为 SO42- ，求元素X在还原产物中的化合
价”为例，思考什么是守恒法？
【解析】氧化还原反应中得失电子总数相等，设元素X在还原产物中的化合价
为x，则有：1 mol·L－1×0.03 L×(6－4)＝2×10－2 mol×(7－x)，解得x＝＋4。
【守恒法】质量守恒、得失电子守恒和电荷守恒：在化学反应中，遵循质量守
恒（即原子个数守恒—化学反应前后原子种类和数目均保持不变）；在电解
质溶液中，阳离子所带正电荷总数＝阴离子所带负电荷总数；在氧化还原反应
中，还原剂失电子总数＝氧化剂得电子总数。
物质的量在化学方程式计算中的应用
1、书写格式规范化：在根据化学方程式计算的过程中，各物理量、物质名称、公式等尽量用符号表示，且数据的运算要公式化并带单位。
2、单位运用对应化：根据化学方程式计算时，如果题目所给的两个量单位不一致，要注意两个量的单位要“上下一致，左右相当”。
3、判断过量优先化：如果两种反应物的量都是已知的，求解某种产物的量时，必须先判断哪种物质过量，然后根据不足量的物质进行计算。
【温馨提示】
对应训练
【典例1】Mg、Al组成的混合物与足量盐酸反应，产生标准状况下
的氢气为4.48 L。下列推断中不正确的是( )
A．参加反应的Mg、Al共0.2 mol
B．参加反应的HCl为0.4 mol
C．Mg、Al在反应中共失去0.4 mol电子
D．若与足量的稀硫酸反应能产生0.2 mol H2
【解析】反应的实质为Mg+2H+=Mg2++H2↑，2Al+6H+=2Al3++3H2↑，n(H2)=
4.48L/（22.4L/mol)=0.2 mol，则参加反应的n(H+)=0.4 mol。若换成稀H2SO4，同样产生0.2 mol H2。依据得失电子守恒，由2H+→H2得电子总数为0.2 mol×2
=0.4 mol，故C正确。0.2 mol Mg提供0.4 mol电子，0.2 mol Al则提供0.6 mol电子，0.2 mol Mg、Al混合物提供的电子数大于0.4 mol、小于0.6 mol，A不正确。
A
对应训练
【典例2】在一定条件下，RO3n－和F2可发生如下反应：RO3n－＋F2
＋ 2OH－==RO4－＋2F－＋H2O，从而可知在RO3n－中，元素R的化合
价是 (　　)
A．＋4 B．＋5 C．＋6 D．＋7
【解析】方法1：根据电荷守恒有n＋1×2＝1＋1×2，n＝1。设元素R在RO3n－中的化合价为x，则x－2×3＝－1，x＝＋5。
方法2：设元素R在RO3n－中的化合价为x。根据氧化还原反应中，得失电子守恒有(7－x)×1＝[0－(－1)]×2，x＝＋5。
B
1．社会的进步与时代的发展充满了人类智慧的结晶。下列有关说法中
错误的是（ ）
A．合金为纯净物，具有许多优良的物理、化学或机械性能
B．不锈钢是最常见的一种合金钢，不容易生锈。
C．商朝的“后母戊鼎”是我国较早使用的铜制品之一
D．近年来，人们又设计和合成了许多新型合金。如储氢合金、钛合金等
A
【解析】A．合金是混合物，具有许多优良的物理、化学或机械性能，A错误；B．不锈钢是最常见的一种合金钢且不容易生锈，B正确；C．后母戊鼎是我国较早使用的铜制品之一，C正确；D．随着社会的发展，人们设计和合成了许多新型合金，如储氢合金、钛合金等，D正确；故答案选A。
2．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，尤其是钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”。
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．用于家庭装修，做钛合金装饰门
A
【解析】物质的性质决定用途，钛和钛的合金有很多优良的性能，也有很多重要的用途。A．保险丝应该用熔点比较低的金属材料做，而钛及其合金熔点高，不适合做保险丝，故A错误；B．因为钛和钛的合金密度小、可塑性好、易于加工，所以可用于制造航天飞机，故B正确；C．因为钛合金与人体有很好的“相容性”，所以可用来制造人造骨，故C正确；D．因为钛和钛的合金密度小、可塑性好、易于加工，所以可用于家庭装修，做钛合金装饰门，故D正确；答案选A。
3．合金品种多、应用广泛，很多高品质合金是大国重器的原材料。关
于合金的下列叙述，不正确的是（ ）
A．“合金材料”中只含金属元素，不含非金属元素
B．生活中大量使用铝合金是因为它的密度小、强度高、抗腐蚀能力强
C．Ti—Fe合金和La—Ni合金都是新型合金，特点是室温下吸、放氢的
速率快
D．焊锡(锡铅合金)熔点比金属锡低
A
【解析】“合金材料”如钢铁中不仅含金属元素，而且含非金属元素碳，A错误；生活中大量使用铝合金是因为它的密度小、强度高、抗腐蚀能力强，B正确；Ti—Fe合金和La—Ni合金都是新型储氢合金，特点是室温下吸、放氢的速率快，C正确；D．确； 故选A。
4．6 g Fe和Fe2O3的混合物，加入150 mL足量的稀硫酸，在标准状况
下收集到1.12 L H2，向反应后的溶液中滴加KSCN溶液不变红。为中
和过量的稀硫酸，并使Fe元素全部转化为Fe(OH)2沉淀，恰好消耗了
200 mL 3 mol·L－1的NaOH溶液，则该稀H2SO4的物质的量浓度为（ ）
A．2.25 mol·L－1 B．2 mol·L－1 C．3 mol·L－1 D．0.6 mol·L－1
B
【解析】根据题干信息可知，涉及反应有：Fe＋H2SO4＝FeSO4＋H2↑、Fe2O3＋3H2SO4＝Fe2(SO4)3＋3H2O、Fe＋Fe2(SO4)3＝3FeSO4、FeSO4＋2NaOH＝Fe(OH)2↓＋Na2SO4、2NaOH＋H2SO4＝Na2SO4＋2H2O，即反应最后铁元素完全沉淀后，溶液中的溶质只剩下Na2SO4，根据Na＋和SO42－守恒可得：n(Na＋)×1＝n(SO42－)×2，n(Na＋)＝n(NaOH)＝2n(SO42－)＝2n(H2SO4)，即n(NaOH)＝2n(H2SO4)，则0.2 L×3 mol·L－1＝2×0.15 L×c(H2SO4)，解得c(H2SO4)＝2 mol·L－1，故答案为B。
新型合金
物质的量在化学方程式计算中的应用
安全储存和运输、航空、航天、生物工程、电子工业
转、写、设、表、列、解
（上下单位一致，左右关系对应）
储氢合金、钛合金、形状记忆合金、耐热合金
关系式法、守恒法（质量、电荷、电子）、差量法等
第2课 新型合金 物质的量在化学
方程式计算中的应用

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