高中化學(xué)人教版必修1精講精練 第3章第3講 用途廣泛的金屬材料

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(1)金屬具有許多共同的物理性質(zhì)，如不透明、有金屬光澤、易導(dǎo)電、易導(dǎo)熱、有延展性。 (2)工業(yè)上常把金屬分為黑色金屬和有色金屬兩大類：鐵、錳、鉻屬于黑色金屬，其余的金屬都屬于有色金屬。 (3)生產(chǎn)、生活中應(yīng)用較多的合金是生鐵和鋼，歷史上應(yīng)用最早的金屬是銅。 一、常見合金的重要應(yīng)用 1．合金 (1)定義： 由兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。 (2)性質(zhì)： ①硬度：合金的硬度及機(jī)械加工性能一般高于各成分金屬； ②熔點(diǎn)：合金的熔點(diǎn)一般低于各成分金屬。 2．常見的合金 (1)銅合金： (2)鋼——用量最大、用途最廣的合金。 二、正確選用金屬材料 1．金屬材料的分類 2．金屬材料的正確選用 1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“”)。 (1)合金只能由兩種或兩種以上的金屬熔合而成(　　) (2)鋼是純凈物，不是合金(　　) (3)銅比黃銅的熔點(diǎn)低(　　) (4)鎂鋁熔合成合金的過程是化學(xué)變化(　　) 答案：(1)　(2)　(3)　(4) 2．碳素鋼的分類依據(jù)是(　　) A．硬度　　　　　　　　 B．含碳量 C．用途 D．機(jī)械性能 分析：根據(jù)含碳量的不同，把碳素鋼分為低碳鋼，中碳鋼和高碳鋼。 答案：B 3．將下列合金與其用途接線。 ①青銅　　　　　　 A．不銹鋼 ②鉻鎳合金 B．司母戊鼎 ③低碳鋼 C．門窗框架 ④鋁合金 D．鋼絲、鋼管 答案：①－B，②－A，③－D，④－C 4．下列適宜制作不銹鋼用具的鋼是(　　) A．低碳鋼 B．中碳鋼 C．高碳鋼 D．合金鋼 解析：不銹鋼是在碳素鋼中加入Ni、Cr等制成的合金鋼，有很好的耐腐蝕性。 答案：D 常見合金的成分、性能及應(yīng)用 1．銅合金 合金 主要成分 主要性能 主要用途 青銅 銅、錫 強(qiáng)度高、可塑性好、耐磨、耐腐蝕 機(jī)械零件，如軸承、齒輪等 黃銅 銅、鋅 強(qiáng)度高、可塑性好、易加工、耐腐蝕 機(jī)械零件、儀表、日用品 白銅 銅、鎳 光澤好、耐磨、耐腐蝕、易加工 錢幣、代替銀做飾品 2．合金鋼 名稱 主要合金元素 主要特性 主要用途 錳鋼 錳 韌性好，硬度大 鋼軌、軸承、鋼模、挖掘機(jī)鏟斗、坦克裝甲 不銹鋼 鉻、鎳 抗腐蝕性好 醫(yī)療器械、容器、反應(yīng)釜、炊具 硅鋼 硅 導(dǎo)磁性好 變壓器、發(fā)電機(jī)和電動機(jī)中的鐵芯 鎢鋼 鎢 耐高溫、硬度大 刀具 3．鋁合金 成分元素 主要特性 主要用途 Al、Mg、Cu、Si等 密度小，強(qiáng)度大 用于汽車、飛機(jī)、火箭、船舶制造 4．鈦合金 鈦的合金具有密度小、強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，主要用于飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船等領(lǐng)域。 [例1]　鐵是人類較早使用的金屬之一。據(jù)有關(guān)報道，目前已能冶煉出純度高達(dá)99.999 9%的鐵。純鐵的實(shí)際使用范圍有限，人們大量使用的是鐵的合金。鋼鐵是鐵碳合金的總稱，其強(qiáng)度高、價格便宜、應(yīng)用廣泛。以下關(guān)于不銹鋼和普通鋼的認(rèn)識中，你認(rèn)為正確的是(　　) A．它們的組成元素是相同的 B．耐腐蝕的性能不同 C．它們都屬于鋼，因此物理性質(zhì)是一樣的 D．構(gòu)成普通鋼和不銹鋼的主要元素都是鐵，因此它們的化學(xué)性質(zhì)完全相同 [解析]　不銹鋼是在普通鋼的基礎(chǔ)上，加入Cr、Ni等多種元素?zé)捴瞥傻匿摬?，它在空氣中能保持金屬光澤，也就是具有不易生銹的特性。鉻元素的加入使不銹鋼表面形成致密且堅固的氧化膜，防止內(nèi)部鐵與外部物質(zhì)接觸。鎳元素的加入，使不銹鋼在多種酸、堿、鹽的水溶液中也能具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性。綜上所述，不銹鋼具有優(yōu)良的性能，在很多方面不同于普通鋼，故B項正確。 [答案]　B (1)合金的種類和性能與成分有關(guān)。不同的原料，不同的原料配比，不同的制造工藝，得到不同性能的合金。 (2)由于合金的形成改變了金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以對金屬的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)都有影響。如不銹鋼的抗腐蝕性比普通鋼(碳素鋼)強(qiáng)得多。 金屬材料的選擇及利用 1．選擇材料應(yīng)注意的問題 某種金屬能不能成為一種應(yīng)用廣泛的材料主要取決于該金屬的儲量、冶煉成本、市場價格以及所具有的性能和是否易于加工等。 選擇金屬材料時，除了要考慮金屬的用途、外觀和價格外，還要考慮金屬的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。 (1)物理性質(zhì)：密度、硬度、強(qiáng)度、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性等，這些性質(zhì)決定金屬材料的加工難易程度。 (2)化學(xué)性質(zhì)：對水的作用、耐腐蝕性等，這些性質(zhì)決定金屬材料的日常維護(hù)和環(huán)境對其的影響。 2．金屬的回收和資源保護(hù) (1)廢舊金屬的最好處理方法是回收利用。 (2)回收利用廢舊金屬的意義是減少垃圾量，防止污染環(huán)境且緩解資源短缺的矛盾。 [例2]　下列用途主要體現(xiàn)鋁的物理性質(zhì)的是(　　) ①家用鋁鍋?、谥剖庀跛岬娜萜鳌、壑茖?dǎo)線?、芎附愉撥墶、葜瓢b鋁箔?、拮龇冷P油漆　⑦制成合金作制造飛機(jī)的材料 A．①②③④　　　　　　　 B．②⑤⑥⑦ C．①③⑤⑦ D．②④⑤⑥ [解析]　因為金屬鋁具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性，故可制作家用鋁鍋和輸電線路的導(dǎo)線；鋁的密度小、延展性好，可制包裝鋁箔；鋁合金的密度小、強(qiáng)度高，可作飛機(jī)、火箭等航空制造業(yè)的材料；制盛濃硝酸的容器是利用了鋁被鈍化的化學(xué)性質(zhì)；焊接鋼軌是利用了鋁熱反應(yīng)，做防銹油漆是利用了鋁是活潑金屬的化學(xué)性質(zhì)。 [答案]　C 正確選用金屬材料的一般思路 (1)金屬的性質(zhì)決定其主要用途，在選用材料時應(yīng)首先考慮其性質(zhì)與用途的一致性。 (2)所選材料的強(qiáng)度 、機(jī)械性能、外觀、加工難度等主要從金屬的物理性質(zhì)考慮，如密度、硬度、延展性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、強(qiáng)度等。 (3)材料的穩(wěn)定性、日常維護(hù)應(yīng)從其化學(xué)性質(zhì)考慮，如在空氣、水、酸、堿、鹽環(huán)境中的化學(xué)穩(wěn)定性及耐腐蝕性等。 (4)材料的經(jīng)濟(jì)性，如價格，應(yīng)從原料的儲量、開采與冶煉難度等方面考慮。 1．(對應(yīng)考點(diǎn)一)下列關(guān)于合金的敘述中正確的是(　　) A．合金是由兩種或多種金屬熔合而成的 B．日常生活中用到的五角硬幣屬于銅合金 C．合金在任何情況都比單一金屬性能優(yōu)良 D．鋼不屬于合金 解析：合金是金屬與金屬或金屬與非金屬熔合形成的，A項錯誤；在機(jī)械加工時，合金的性能一般較單一金屬優(yōu)良，但并不是任何情況下都是，如純鋁導(dǎo)電性比鋁合金要強(qiáng)等，C項錯誤；鋼是鐵碳合金，D項錯誤。 答案：B 2．(對應(yīng)考點(diǎn)一)我國人民早在商代就已掌握青銅(銅、錫、鉛合金)冶鑄技術(shù)。在商代首都——河南安陽，曾經(jīng)出土多處煉銅遺址和大量青銅器件，其中有一件司母戊大鼎，高133 cm、長110 cm、寬78 cm，重875 kg，是迄今為止被發(fā)現(xiàn)的我國古代青銅器中最壯觀的一件珍品。下列有關(guān)說法不正確的是(　　) A．銅是人類歷史上使用最早的金屬材料 B．青銅合金具有比銅單質(zhì)更好的機(jī)械性能 C．青銅不易生銹是因為銅的性質(zhì)不活潑 D．銅被最早使用是因為銅的性質(zhì)不活潑，易冶煉 解析：銅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，易于冶煉為單質(zhì)，故A、D正確；合金比純金屬具有更優(yōu)良的物理、化學(xué)和機(jī)械性能，故青銅比銅單質(zhì)的機(jī)械性能好，且提高了其抗腐蝕性能，故B項正確，C項錯誤。 答案：C 3．(對應(yīng)考點(diǎn)二)鈦和鈦的合金被譽(yù)為“21世紀(jì)最有發(fā)展前景的金屬材料”，它們具有很多優(yōu)良的性能，如熔點(diǎn)高、密度小、可塑性好、易于加工、耐腐蝕等，尤其是鈦合金與人體器官具有很好的“生物相容性”。根據(jù)它們的主要性能，下列用途不切合實(shí)際的是(　　) A．用來做保險絲 B．用于制造航天飛機(jī) C．用來制造人造骨 D．用于家庭裝修，做鈦合金裝飾門 解析：由于鈦和鈦的合金密度小、可塑性好，因此可用于航天領(lǐng)域，B正確；由于鈦和鈦合金與人體器官具有很好的“生物相容性”，可與人體的組織相容，不引起排異反應(yīng)，因此可以用來制造人造骨，C正確；由于其密度小、可塑性好、易于加工，因此可用于家庭裝修，做鈦合金裝飾門，D正確；由于其熔點(diǎn)高，不適合做保險絲，只有A錯誤。 答案：A 4．(對應(yīng)考點(diǎn)二)鎂鋁合金因堅硬、輕巧、美觀、潔凈、易于加工而成為新型建筑裝潢材料，主要用于制作窗框、卷簾門、防護(hù)欄等。下列與這些用途無關(guān)的性質(zhì)是(　　) A．不易生銹　　　　　　　 B．導(dǎo)電性好 C．密度小 D．強(qiáng)度高 解析：由題目的描述可得上述的裝潢材料與導(dǎo)電性無關(guān)。 答案：B 5．(探究題)已知合金A由兩種常見金屬組成。為測定其組成，某同學(xué)的實(shí)驗流程如圖所示： 請回答： (1)過程②中分離C和E的化學(xué)實(shí)驗基本操作是________________________________________________________________________； (2)溶液H中所含的陽離子有________________(用離子符號表示)； (3)合金A與D在高溫下反應(yīng)的化學(xué)方程式：_________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)分離固體與溶液采用過濾的方法。 (2)溶液H中加入過量氨水生成沉淀F，說明F是氫氧化物沉淀，再由E加適量鹽酸生成F，F(xiàn)在過量鹽酸中不沉淀而生成溶液H，說明F是Al(OH)3，F(xiàn)溶于過量鹽酸，所得溶液中的陽離子是Al3＋和H＋。 (3)由沉淀C的顏色知C為Fe(OH)3，則D是Fe2O3，則合金是FeAl，Al在高溫下可置換出Fe(鋁熱反應(yīng))。 答案：(1)過濾　(2)Al3＋、H＋ (3)2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe (1)合金是指由兩種或兩種以上的金屬(或金屬和非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。 (2)合金屬于混合物，其硬度一般大于它的成分金屬，其熔點(diǎn)一般低于它的成分金屬。 (3)青銅是我國使用最早的合金。 (4)鋼是用量最大，用途最廣的合金，它可分為碳素鋼和合金鋼。 一、選擇題(本題包括5小題，每小題4分，共20分) 1．純鐵的熔點(diǎn)為1 535℃，而高爐中煉鐵時生鐵(含碳量較高的鐵合金)在1 200℃左右就熔化了，這是因為(　　) A．鐵的純度越高，熔點(diǎn)越低 B．合金的熔點(diǎn)比其成分物質(zhì)的熔點(diǎn)高 C．形成了鐵碳合金，所以熔點(diǎn)變低 D．在高爐中熔化的過程發(fā)生了化學(xué)反應(yīng) 解析：合金的熔點(diǎn)比成分金屬低。 答案：C 2．有關(guān)合金的敘述正確的是(　　) A．合金的密度比各成分金屬小 B．合金的抗腐蝕性能都很好 C．合金的導(dǎo)電性能比成分金屬強(qiáng) D．多數(shù)合金比成分金屬熔點(diǎn)低，硬度大 解析：合金一般比成分金屬硬度和機(jī)械性能大，而抗腐蝕性能有的較差，導(dǎo)電性減弱。熔點(diǎn)比各成分金屬低。 答案：D 3．下列說法正確的是(　　) A．所有的不銹鋼都只含有金屬元素 B．我國流通的硬幣材質(zhì)是金屬單質(zhì) C．廣東打撈出的明代沉船上存在大量鋁制餐具 D．鎂合金的硬度和強(qiáng)度均高于純鎂 解析：不銹鋼是在普通鋼的基礎(chǔ)上，加入鉻、鎳等多種元素?zé)挸傻匿摬?，其中還含有碳等非金屬元素，A項錯誤；我國流通的硬幣材質(zhì)是合金，B項錯誤；廣東打撈出的明代沉船上大量存在的是陶瓷餐具，C項錯誤；合金的性能(如硬度和強(qiáng)度)一般高于其成分金屬，故D項正確。 答案：D 4．合金與純金屬制成的金屬材料相比，優(yōu)點(diǎn)是(　　) ①合金的硬度一般比它的各成分金屬的大； ②一般地，合金的熔點(diǎn)比它的各成分金屬的低； ③改變原料的配比、改變生成合金的條件，可以得到具有不同性能的合金； ④合金比純金屬的導(dǎo)電性能更強(qiáng)； ⑤合金比純金屬的應(yīng)用范圍更廣泛。 A．①②③⑤　　　　　　　　 B．②③④ C．①②④ D．①②④⑤ 解析：合金一般比成分金屬熔點(diǎn)低，硬度大，具有更好的機(jī)械加工性能，故應(yīng)用范圍更廣泛，但合金的導(dǎo)電性卻不一定比純金屬更強(qiáng)，比如鋁合金的導(dǎo)電性比純鋁要差。 答案：A 5．某合金與鐵的物理性質(zhì)的比較如下表所示： 熔點(diǎn)(℃) 密度(g/cm3) 硬度(金剛石為10) 導(dǎo)電性(銀為100) 某合金 2 500 3.00 7.4 2.3 鐵 1 535 7.86 4.5 17 還知該合金耐腐蝕、強(qiáng)度大。從以上性能看，該合金不適合做(　　) A．導(dǎo)線 B．門窗框 C．爐具 D．飛機(jī)外殼 解析：該合金與銀、鐵相比較導(dǎo)電性差，不適合做導(dǎo)線；做門窗主要是利用合金的硬度大和耐腐蝕性強(qiáng)；做爐具主要利用其熔點(diǎn)高和耐腐蝕性強(qiáng)；做飛機(jī)外殼則是利用硬度大和密度小的性質(zhì)，B、C、D與合金性質(zhì)相符。 答案：A 二、非選擇題(本題包括3小題，共30分) 6．(7分)把以下左欄列舉的金屬的用途與右欄列舉的有關(guān)金屬的性質(zhì)用線連起來。 ①金屬可制成比紙還薄的金箔　　 a．導(dǎo)電性好 ②生活中用鐵鍋?zhàn)鲲? b．還原性強(qiáng) ③用鐵回收照相定影液中的銀 c．延展性好 ④用銅制作印刷電路 d．導(dǎo)熱性好 ⑤用鋁合金做門窗框架 e．強(qiáng)度、硬度大 ⑥用鋁做電線、電纜 f．耐腐蝕 ⑦用青銅、黃銅做雕像 g．質(zhì)軟且輕 答案：①—c　②—d?、邸猙　④—a?、荨猠f?、蕖猘?、摺猠f 7．(10分)銅是生命必需的元素，也是人類最早使用的金屬之一，銅的生產(chǎn)和使用對國計民生各個方面產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，請完成(1)～(3)題。 (1)在化學(xué)反應(yīng)中，銅元素可表現(xiàn)為0、＋1、＋2價。在西漢古籍中曾有記載：曾青得鐵則化為銅[曾青(CuSO4)跟鐵反應(yīng)就生成銅]。試寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)銅器表面有時會生成銅綠[Cu2(OH)2CO3]。這層銅綠可用化學(xué)方法除去。試寫出除去銅綠而不損傷器物的反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)銅錢在歷史上曾經(jīng)是一種廣泛流通的貨幣。試從物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的角度分析為什么銅常用于制造貨幣(銅的熔點(diǎn)是1 183.4℃，鐵的熔點(diǎn)是1 534.8℃)：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)中實(shí)際上是用鐵還原CuSO4得到單質(zhì)銅。 (2)中因為銅綠(堿式碳酸銅)能與酸反應(yīng)，生成可溶性鹽和氣體，故可用鹽酸除之。 (3)銅在古代作為貨幣主要因為其熔點(diǎn)低，易于鑄造，且不易腐蝕。 答案：(1)CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu (2)Cu2(OH)2CO3＋4HCl===2CuCl2＋CO2↑＋3H2O (3)銅的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，不易被腐蝕；銅的熔點(diǎn)低，容易冶煉鑄造成形 8．(13分)某鋁合金中含有元素鋁、鎂、銅、硅，為了測定該合金中鋁的含量，設(shè)計了如下實(shí)驗，請回答有關(guān)問題： (1)稱取樣品a g(精確到0.1 g)，稱量時通常使用的主要儀器的名稱是________。 (2)將樣品溶解于足量的稀鹽酸，過濾并洗滌濾渣。濾液中主要含有________，濾渣為________，溶解、過濾用到的玻璃儀器是________________。 (3)向濾液中加過量的氫氧化鈉溶液，過濾并洗滌濾渣。有關(guān)的離子方程式是________________________________________________________________________。 (4)向步驟(3)的濾液中通入足量的二氧化碳?xì)怏w，過濾并洗滌濾渣。有關(guān)的離子方程式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)將步驟(4)中所得的濾渣烘干并灼燒至恒重、冷卻后稱量，其質(zhì)量為b g。有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式是_____________________________________________________________ ________________________________________________________________________， 原樣品中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是__________。 解析：(1)稱取a g樣品使用的主要儀器為托盤天平。 (2)合金中Al、Mg可與鹽酸反應(yīng)生成AlCl3、MgCl2和H2，而Cu、Si不溶于鹽酸，故樣品溶于鹽酸后過濾可得Cu、Si，濾液中主要含AlCl3和MgCl2。 (3)向(2)的濾液中加過量NaOH溶液，發(fā)生的反應(yīng)為Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓、Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O，過濾后濾液中含AlO、OH－。 (4)向含AlO、OH－的濾液中通入足量CO2，發(fā)生的反應(yīng)為OH－＋CO2===HCO、AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO，過濾可得Al(OH)3。 (5)所得b g固體為Al2O3，故合金中含Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%＝%。 答案：(1)托盤天平 (2)MgCl2、AlCl3　Cu、Si　燒杯、玻璃棒、漏斗 (3)Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓， Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O (4)OH－＋CO2===HCO， AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO (5)2Al(OH)3Al2O3＋3H2O　% 10