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第三章 铁金属材料
第二节 金属材料
第一课时　金属材料
知识点一铁合金
1.合金的定义
合金是指两种或两种以上的金属(或金属跟非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。
2．合金的性质
(1)合金的硬度一般高于成分金属。
(2)合金的熔点多数低于成分金属。
3．合金性能的易错辨析
(1)合金属于混合物而非纯净物，具有金属的特性。
(2)合金一定含有金属元素，可能含有非金属元素。
(3)合金中各成分金属的化学性质不变。
(4)合金具有许多优良的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加合；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。
(5)并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，若一种金属的熔点高于另一金属的沸点，则二者不能形成合金。
【典例1】　下列有关铁和铁合金的说法错误的是(　　)
A．生铁比铁软
B．铁有良好的导热性
C．钢是铁的合金
D．生铁在潮湿的空气中容易生锈
[思路启迪]　解决合金问题的关键是熟练掌握合金的性能：熔点比成分金属低，但机械强度比成分金属都大。
[解析]　生铁为铁的合金，其硬度比铁的大。
[答案]　A
规律总结
合金的性质
(1)熔点比每种成分都低。
(2)硬度比每种成分都大。
(3)合金中各成分化学性质与单质时相似。
知识点二铝及铝合金
1.铝的化学性质
(1)铝与氧气的反应
①常温时，与空气中的氧气反应生成致密的氧化膜并牢固地覆盖在铝表面，防止铝进一步被氧化，因此铝在空气中表现出良好的抗腐蚀性。
②加热时，铝粉可在空气中燃烧，放出大量热，化学方程式为4Al＋3O22Al2O3。
(2)铝与酸的反应
①与盐酸、稀H2SO4反应
离子方程式：2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。
②常温下，遇浓硝酸、浓H2SO4时，在表面生成致密的氧化膜而发生钝化。
(3)铝与强碱溶液的反应
与NaOH溶液反应
离子方程式：2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑。
2．氧化铝的化学性质
(1)与H2SO4反应的化学方程式：Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O。
(2)与NaOH反应的化学方程式：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O。
(3)两性氧化物：既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的氧化物。
3．铝及其合金的用途
(1)与其他金属(或非金属)熔合形成铝合金，铝的合金具有密度小、强度高、塑性好、制造工艺简单、成本低、抗腐蚀能力强等特点，主要用于建筑业、交通运输业以及电子行业。铝合金可做建筑外墙材料及房屋的门窗，可制成汽车车轮骨架和飞机构件，还可用于制造电子元件等。
(2)利用其导电性，制造电线、电器元件等。
(3)利用其强的还原性，冶炼熔点高的金属、焊接钢轨等。
4．使用铝制品应注意的问题
(1)铝制品耐用是因为表面有致密的氧化铝保护膜，Al2O3是两性氧化物，既可以与酸反应又可以与碱反应，所以铝制品不宜盛放显酸性或碱性的物质。
(2)含氯化钠的物质不能用铝制品盛放。这是因为铝制品表面虽然有致密的氧化膜保护层，但若遇到氯化钠溶液，其中的氯离子会破坏氧化膜的结构，加速铝制品的腐蚀。因此，铝制品不宜用来长时间盛放咸菜等腌制食品。
【典例2】　等体积、等物质的量浓度的盐酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中，各加等质量的铝，生成氢气的体积之比为5∶7，则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是(　　)
A．甲、乙中都是铝过量
B．甲中铝过量，乙中碱过量
C．甲中酸过量，乙中铝过量
D．甲中酸过量，乙中碱过量
[思路启迪]　解决铝的定量分析题目的前提是：熟练书写铝与盐酸、氢氧化钠溶液反应的化学方程式(或离子方程式)或准确写出相应的关系式。其次要注意反应间的定量关系，无论是铝与酸反应还是与碱反应，Al和H2的关系都是2Al～3H2。最后综合分析题中相关条件判断是否存在过量以及谁过量，然后计算得出数值。
[解析]　因为等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生H2的体积比为1∶1，足量的铝分别与等物质的量浓度、等体积的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生H2的体积比为1∶3，本题产生H2的体积比为<<，所以反应的情况为甲中铝过量，盐酸不足；乙中铝不足，氢氧化钠过量。
[答案]　B
规律总结
一定量的铝分别和含等物质的量溶质的盐酸和氢氧化钠溶液反应，若产生氢气的体积比为<<1，则必定是：
(1)铝与盐酸反应时，铝过量而盐酸不足；
(2)铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而氢氧化钠过量。
第二课时　物质的量在化学方程式计算中的应用
知识点一物质的量在化学方程式中计算的基本步骤
1.化学方程式中化学计量数与相关物理量的关系
　　　　2CO　＋　O2 2CO2
化学计量数 2 1 2
扩大NA倍2NANA 2NA
物质的量 2 mol 1 mol 2 mol
质量56 g32 g88 g
44.8 L22.4 L44.8 L
结论：(1)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。
(2)对于有气体参加的反应，在同温同压下各气体的化学计量数之比等于其体积之比。
2．物质的量应用于化学方程式计算的基本步骤
注：(1)各种符号的书写要规范。要注意字母的大、小写，如“M”表示摩尔质量，而“m”表示质量；“N”表示微粒数，而“n”表示物质的量。
(2)如果是离子反应，可以根据离子方程式进行计算。如果是氧化还原反应，也可以利用电子转移关系进行有关计算。
(3)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”。
(4)过量计算
给出了两种反应物的量，求解某产物的量。
方法：按照化学方程式中量的关系判断哪一种物质过量，然后根据量不足的物质进行求解。
【典例1】　向500 mL NaOH溶液中投入10.8 g Al，二者恰好完全反应后，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。则：
(1)Al的物质的量为________。
(2)参加反应的NaOH的物质的量为________，NaOH溶液的物质的量浓度为________。
(3)生成标准状况下H2的体积为________。
[思路启迪]　在解决此类定量分析题目时，首先明确化学方程式中化学计量数体现的定量关系，然后整合题干中的定量信息判断是否存在物质过量，最后按少量的物质进行定量计算，得出结果。
[解析]　(1)n(Al)＝＝0.4 mol。
(2)设参加反应的NaOH物质的量是n。
则2Al　＋　2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2　　　　　2
0．4 mol　　n
则＝，n＝0.4 mol，
c(NaOH)＝＝0.8 mol/L。
(3)设生成标准状况下H2的体积是V。
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2 mol　　　　　　　　　　　　　3×22.4 L
0．4 mol　　　　　　　　　　　　　V
V＝＝13.44 L。
[答案]　(1)0.4 mol　(2)0.4 mol　0.8 mol/L
(3)13.44 L
规律总结
(1)根据化学方程式进行计算时，已知的物质的其他物理量可换算成物质的量，再根据化学方程式中化学计量数之比等于其物质的量之比，列比例式。
(2)各物理量及单位、公式等尽量用符号表示。各物理量要注明所表示的物质(或粒子)的符号，如参加反应的NaOH的物质的量表示为n(NaOH)。
(3)设未知量可直接用各物理量符号表示，如设参加反应的HCl的物质的量为n(HCl)，不带单位。
(4)把已知量代入比例式计算时，都要代入单位。
(5)根据化学方程式计算时，已知物理量和被求物理量，只要满足“上下一致，左右相当”即可进行求算。
知识点二化学计算中常用的解题方法
1.关系式法
当已知物和未知物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”，就可求得未知量。
示例：把CO还原Fe2O3生成的CO2通入澄清石灰水中，求生成沉淀的质量。
分析：(1)写出反应方程式：
3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，
CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O
(2)列关系式
3CO～3CO2～3CaCO3，即CO～CaCO3，以上关系也可根据C原子守恒直接确定关系式。
2．守恒法
化学反应中的守恒关系有：质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒。
(1)质量守恒
①宏观特征：反应前后质量守恒；
②微观特征：反应前后各元素的原子个数守恒。
(2)得失电子守恒
氧化还原反应中，氧化剂得电子总数等于还原剂失电子总数。
(3)电荷守恒
①电解质溶液中，阴离子所带负电荷总数等于阳离子所带正电荷总数；
②离子方程式中，反应物所带电荷总数与生成物所带电荷总数相等且电性相同。
3．差量法
根据化学反应前后物质的有关物理量发生的变化，找出所谓的“理论差量”，如反应前后的质量差、物质的量的差、气体体积差等。该差量与反应物的有关量成正比。差量法就是借助这种比例关系求解的方法。
如：把一铁棒插入CuSO4溶液后，过一段时间取出，铁棒的质量增加了4 g，据此可求参加反应的Fe的质量。
Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu　Δm
56 64　64－56＝8→理论差量
m(Fe) 　　4 g　→实际差量
＝，
所以m(Fe)＝28 g。
【典例2】　已知：①碳酸钠高温不分解；②碳酸氢钠受热发生分解反应2NaHCO3Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑。充分加热碳酸钠和碳酸氢钠的混合物19 g，完全反应后固体质量减轻了3.1 g，求：
(1)原混合物中碳酸钠的质量是________g。
(2)将剩余固体溶于水配成300mL溶液，其中c(Na＋)是________。
(3)在剩余固体中，加入过量盐酸，反应后放出二氧化碳的体积(标准状况)是________L。
[思路启迪]　“差量法”解题的关键在于寻求差量与物质之间的比例关系，以差量作为解题的突破口。
[解析]　(1)设混合物中NaHCO3的质量为m，则：
则Na2CO3的质量为19 g－8.4 g＝10.6 g。
(2)剩余固体为Na2CO3，质量为19 g－3.1 g＝15.9 g，
物质的量为＝0.15 mol，
则n(Na＋)＝0.3 mol，所以c(Na＋)＝＝1 mol·L－1。
(3)设生成CO2的物质的量为x，则
Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑
　 1 1
　0.15 mol x
＝ x＝0.15 mol，
所以V(CO2)＝n·Vm＝0.15 mol·22.4 L·mol－1
＝3.36 L。
[答案]　(1)10.6　(2)1 mol·L－1　(3)3.36
规律总结
化学计算中常用的三种方法
(1)守恒法
①质量守恒。
②得失电子守恒，应用于氧化还原反应中。
③电荷守恒，应用于离子反应中。
三种守恒方法有时可同时采用。
(2)关系式法一般用于多步反应中。
(3)差量法
①体积差量法(气体体系中)
②物质的量差量法(所有体系)
③固体差量法(固体体系中)
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