高中化学步步高必修1第三章 第三节.docx
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高中化学步步高必修1第三章第三节
第三节 用途广泛的金属材料
[学习目标定位] 认识合金的特征性质,了解常见合金的分类、组成和用途,会合理选用金属材料。
一 常见合金的重要应用
1.合金的定义
合金是指由两种或两种以上的金属与金属(或非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。
2.合金与纯金属的性能差异
(1)合金具有各成分金属的优良性能。
合金一定是混合物。
(2)合金的硬度及机械性能一般大于它的各成分金属。
(3)合金的熔点一般低于它的各成分金属。
3.常见的合金
(1)铜合金
(2)钢
归纳总结
合金的种类与性能
(1)合金的种类和性能与成分有关。
不同的原料,不同的原料配比,不同的制造工艺,得到不同性能的合金。
(2)由于合金的形成改变了金属的内部结构,所以对金属的物理性质和化学性质都有影响。
如不锈钢的抗腐蚀性比纯铁强得多。
(3)常见合金的比较
①铜合金
合金
主要成分
主要性能
主要用途
青铜
铜、锡
强度高、可塑性好、耐磨、耐腐蚀
机械零件,如轴承、齿轮等
黄铜
铜、锌
强度高、可塑性好、易加工、耐腐蚀
机械零件、仪表、日用品
白铜
铜、镍、锌
光泽好、耐磨、耐腐蚀、易加工
钱币、代替银做饰品
②合金钢
名称
主要合金元素
主要特性
主要用途
锰钢
锰
韧性好,硬度大
钢轨、轴承、钢模、挖掘机铲斗、坦克装甲
不锈钢
铬、镍
抗腐蚀性好
医疗器械、容器、反应釜、炊具
硅钢
硅
导磁性好
变压器、发电机和电动机中的铁芯
钨钢
钨
耐高温、硬度大
刀具
③铝合金
成分元素
主要特性
主要用途
Al、Mg、Cu、Si等
密度小,强度大
用于汽车、飞机、火箭、船舶制造等
④钛合金
钛的合金具有密度小、强度高、耐腐蚀、耐高温等优点,主要用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船等领域。
1.下列对合金的说法正确的是( )
A.合金中至少含有两种金属元素
B.合金中的金属元素以化合物的形式存在
C.黄铜是纯净物
D.合金中也可含非金属元素
答案 D
解析 掌握合金的概念要把握几个重点:
①组成元素:
金属与金属或金属与非金属,一定含有金属元素,可能含有非金属元素;②特性:
具有金属特性;③合金为混合物。
A项错,合金未必含有两种或两种以上的金属元素;B项合金是熔合而成的,保持着金属特性,金属元素一般以单质形式存在;C项中的黄铜是一种铜合金,是混合物。
2.合金相对于纯金属制成的金属材料来说优点是( )
①合金的硬度一般比它的各成分金属的大 ②一般合金的熔点比它的各成分金属的更低 ③改变原料的配比,改变生成合金的条件,可得到具有不同性能的合金 ④合金比纯金属的导电性更强 ⑤合金比纯金属的应用范围更广泛
A.①②③⑤B.②③④C.①②④D.①②④⑤
答案 A
解析 合金具有许多优良的物理、化学或机械性能,在许多方面优于它的各成分金属。
例如,合金的硬度一般比各成分金属的硬度大,多数合金的熔点比各成分金属的熔点低,但合金的导电性比纯金属弱。
二 正确选用金属材料
1.金属材料的分类:
若根据组成,金属材料可分为纯金属和合金;若根据性能特点,可分为黑色金属(包括铁、铬、锰以及它们的合金)和有色金属(除黑色金属以外的其他金属及合金)。
2.根据你的生活经验和下表所提供的信息,分析并回答下列问题。
物理性质
银
铜
金
铝
铁
铅
钨
锡
导电性(以银的导电性为100作标准)
100
99
74
61
17
7.9
密度(g·cm-3)
10.5
8.92
19.3
2.7
7.86
11.3
19.35
5.75~7.28
熔点(℃)
962
1083
1064
660
1535
3410
232
硬度(以金刚石的硬度为10作标准)
2.5~4
2.5~3
2.5~3
2~2.9
4~5
1.5
(1)为什么菜刀、锤子等通常用铁制而不用铅制?
(2)银的导电性比铜好,为什么导线一般用铜制而不用银制?
(3)为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制?
答案
(1)因为铁的硬度比铅大,且铅有毒,故常用铁而不用铅制菜刀、锤子等。
(2)银和铜的导电性相近,但银比铜贵得多,且电线用量大,所以用铜不用银。
(3)因为钨的熔点高(3410℃),而锡的熔点(232℃)太低,通电时锡制的灯丝就熔断了,所以用钨丝而不用锡丝作灯泡的灯丝。
归纳总结
正确选用金属材料
(1)金属的分类标准有组成元素、密度大小、性能特点等。
(2)选用金属材料的基本依据:
①金属的用途、外观、价格等;
②物理性质(密度、硬度、强度、导电性、导热性等)决定金属材料的加工难易程度;
③化学性质(对水的作用、耐腐蚀性等)决定金属材料的日常维护和对环境的影响。
3.用于火箭发动机、航天飞机制动闸的金属,要有良好的热学性能,如熔点高、比热高、热导率高、适宜的热膨胀率等优异性能。
根据下表数据,用于制造制动闸的最佳金属材料为( )
金属
熔点(℃)
比热(J·g-1·K-1)
热导率(W·m-1·K-1)
热膨胀率(25℃)α(×106)
A
418
0.106
75.37
11.76
B
923
0.243
153.66
24.3
C
933
0.215
221.91
23.6
D
1550
0.436
146.5
11.6
答案 D
4.
(1)选择填空,将铝的用途与性质对应起来(每个选项只能用一次)。
A.质轻 B.延展性好 C.易传热 D.易导电
E.氧化时放热
①太阳能热水器:
________;②飞机:
________;③焊接铁轨:
________;④电缆:
________;⑤铝箔:
________。
(2)佛山是有色金属之乡,其中铝合金材料的产量约占全国的一半。
铝合金材料属于________(填“纯净物”、“混合物”或“单质”)。
答案
(1)①C ②A ③E ④D ⑤B
(2)混合物
解析
(1)铝在太阳能热水器上的应用是由于它的导热性好。
铝合金硬度大质量轻,是制造飞机的良好材料,铝被氧化时放热可作铝热剂,因而可用来焊接铁轨。
铝用作电缆和铝箔则分别是由于其导电性和延展性。
(2)合金是由一种金属跟其他一种或几种金属(或非金属)一起熔合而成的具有金属特性的物质,因此肯定是混合物。
合金是由两种或两种以上的金属(或非金属)熔合而成的,具有金属特性的物质。
合金的熔点比成分金属熔点低,具有更大的硬度、强度和良好的机械性能,种类繁多,应用极其广泛。
1.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.合金的熔点一般比其成分物质的熔点低
C.因为形成了铁碳合金,所以熔点变高
D.在高炉内熔化的过程中发生了化学反应
答案 B
解析 多数合金的熔点比其各成分金属的熔点低。
2.下列说法中不正确的是( )
A.人类历史上使用最早的合金是青铜
B.钢属于铁合金
C.目前世界上使用量最大的合金是铝合金
D.目前世界上用途最广的是合金钢
答案 C
解析 目前世界上使用量最大的合金是铁合金。
3.用于制造飞机的材料应具备高比强度(断裂强度/密度),还应具备密度小、质地轻的特点。
以波音747为例,机身每减轻1kg,因耗油减少,一年可获利2000美元。
你认为下列材料中可用于飞机制造业的是( )
A.MgAl合金B.黄铜(CuZn合金)
C.NaK合金D.生铁(FeC合金)
答案 A
解析 黄铜、生铁密度较大,且生铁易断裂;NaK合金熔点低,常温下为液体,选项B、C、D不正确。
4.不锈钢通常不与酸、碱、盐反应,是因为加入了( )
A.Ni和CrB.Ni和AuC.Cr和AuD.Cr和Pt
答案 A
解析 不锈钢中添加的合金元素主要是Ni和Cr,Ni、Cr元素的加入使不锈钢在多种酸、碱、盐溶液中也能具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性。
5.根据你学过的有关金属的知识,回答下列问题:
(1)铜钱在我国历史上曾经是一种广泛流通的货币,铜常用于制造货币的原因可能是________(填序号)。
A.铜的熔点不是太高,易于冶炼,易于铸造成型
B.铜的性质不活泼,不易被腐蚀
C.我国较早的掌握了湿法冶炼铜的技术
D.自然界有大量的游离态的铜
(2)钢铁制品的使用更为广泛,但是铁制品易生锈,铁锈的主要成分是________(填名称),铁的氧化物常见的还有________、________。
(填化学式)
(3)铝制品因为表面易形成致密的氧化铝薄膜而经久耐用,但是该氧化膜易被酸、碱破坏,若使氧化铝与氢氧化钠溶液作用,反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(4)一位收藏者有一枚表面是黑色,且有少量绿色锈状物的货币,这肯定是________币,黑色物质是________(填名称),形成这种物质的化学方程式为________________________________________________________________________,
绿色物质是________(填化学式),这枚金属币的真面目为________色。
另外一枚是闪闪发光的黄色金属币,它肯定是________币,表面一直未被氧化的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)不法分子有时用铜锌合金制成假金币行骗。
下列方法中能有效鉴别其真假的是________(填序号)。
A.观察颜色
B.查看图案
C.用手掂量轻重
D.滴一滴硝酸在币的表面,观察现象
答案
(1)ABC
(2)氧化铁 FeO Fe3O4
(3)Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O
(4)铜 氧化铜 2Cu+O2===2CuO
Cu2(OH)2CO3 紫红 金 金不活泼,不易被氧化 (5)D
解析
(1)铜钱作为货币,首先应易得,再者不容易被腐蚀。
(2)铁锈主要成分为Fe2O3,常见铁的氧化物还有FeO和Fe3O4。
(3)Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O。
(4)铜与氧气反应生成黑色CuO,铜在空气中“生锈”的反应为2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3(绿色);金的化学性质不活泼,空气中不与O2反应。
(5)有些假金币外形图案、颜色与金相近,密度与真金币相当,用手掂量不出来,假金币中的Zn、Cu均可与HNO3反应产生大量气泡,而Au不与HNO3反应。
6.已知合金A由两种常见金属组成。
为测定其组成,某同学的实验流程如图所示:
请回答:
(1)过程②中分离C和E的化学实验基本操作是____________________。
(2)溶液H中所含的阳离子有____________________________________(用离子符号表示)。
(3)为测定合金的组成,需要称量沉淀F的质量,则F需要洗涤,如何证明沉淀F是否洗涤干净?
(4)根据实验流程图中的数据计算合金A中两种金属的质量分数分别是____________、____________。
答案
(1)过滤
(2)Al3+、H+
(3)取最后一次洗涤液,加入少量AgNO3溶液,若产生白色沉淀,则沉淀没有洗涤干净,若无沉淀产生,则表明沉淀已经洗涤干净。
(4)Al:
30% Fe:
70%
解析
(1)分离固体与溶液采用过滤的方法。
(2)溶液H中加入过量氨水生成沉淀F,说明F是氢氧化物沉淀,再由E加适量盐酸生成F,F在过量盐酸中不沉淀而生成溶液H,说明F是Al(OH)3,F溶于过量盐酸,所得溶液中的阳离子是Al3+和H+。
(3)若沉淀F未洗涤干净,则表明会有沾附的氯离子,可向最后一次洗涤液中加入少量硝酸银溶液进行检验。
(4)两种金属分别为Fe和Al
40分钟课时作业
题组一 合金及其性质
1.嫦娥三号是中国国家航天局嫦娥工程第二阶段的登月探测器,它携带中国第一艘月球车,实现了中国首次月面软着陆。
嫦娥三号中使用了大量合金。
下列有关金属或合金的说法中不正确的是( )
A.生铁属于合金
B.一般地,合金的熔点比它的各成分金属的更低
C.合金的化学性质与成分金属的化学性质不同
D.改变原料的配比、改变生成合金的条件,可以得到具有不同性能的合金
答案 C
2.下列关于合金的叙述中正确的是( )
A.合金是由两种或多种金属熔合而成的
B.日常生活中用到的5角硬币属于铜合金
C.合金在任何情况下都比单一金属性能优良
D.钢不属于合金
答案 B
3.有关合金的叙述正确的是( )
A.合金的密度比其各成分金属小
B.合金的抗腐蚀性能都很好
C.合金的导电性能比其各成分金属强
D.多数合金比其各成分金属熔点低,硬度大
答案 D
解析 合金与其各成分金属相比,某些性能增强,某些性能减弱。
多数合金的熔点比其各成分金属低。
4.选用金属材料时,以下方面需要考虑的是( )
①主要用途 ②物理性质、化学性质 ③价格 ④加工难度 ⑤日常维护 ⑥对环境的影响
A.①②③B.③④⑤
C.①⑤⑥D.①②③④⑤⑥
答案 D
解析 本题错选A、B、C的原因是对金属材料的选用要考虑的问题了解不全面。
在选用材料时要综合考虑所选材料的性能、价格、加工难度、日常维护、对环境的影响等因素,从众多材料中选取合适者。
5.下列有关金属及其合金的说法不正确的是( )
A.目前我国流通的硬币是由合金材料制造的
B.钢是用途最广、用量最大的合金
C.镁在空气中燃烧发出耀眼的白光,可用于制作照明弹
D.日用铝制品表面覆盖着氧化膜,对内部金属起保护作用
答案 B
6.下列说法正确的是( )
A.所有不锈钢都只含有金属元素
B.我国流通的硬币材质是金属单质
C.广东打捞的明代沉船上存在大量铝制餐具
D.镁合金的硬度和强度均高于纯镁
答案 D
解析 不锈钢中含有非金属碳,A项不正确;我国流通的硬币材质是合金,B项不正确;铝的冶炼方法在十九世纪才被发现,明朝时不可能有大量铝制餐具,C项不正确;合金的机械加工性能一般优于其成分金属,D项正确。
7.碲锌镉(TeZnCd)晶体可以用于制造红外探测器的基础材料,下列有关它的叙述中不正确的是( )
A.它是由Te、Zn、Cd按一定比例混合而成的,无固定的熔、沸点
B.它易导电、导热,具有延展性
C.它的熔、沸点比Zn的低
D.它的硬度和强度比Cd的大
答案 A
解析 碲锌镉晶体是由Te、Zn、Cd按一定比例熔合而成的具有金属特性的合金,只要比例确定,其组成就固定,因而有固定的熔、沸点;合金具有比其各成分金属低的熔、沸点,具有较高的硬度和强度。
题组二 正确选用合金
8.某合金与铁的物理性质比较如下:
熔点/℃
密度/g·cm-3
硬度(金刚石为100)
导电性(银为100)
其他性质
某合金
2500
3.00
7.4
2.3
耐腐蚀
铁
1535
7.86
4.5
17
纯铁耐腐蚀
从以上性能看,该合金不适合制成( )
A.导线B.门窗
C.炉具D.飞机外壳
答案 A
解析 从表格中总结,该合金具有密度小、机械性能好的特点,所以适合制作飞机外壳、门窗框;由于熔点较高,所以适合制作炉具;但是导电性不好,所以不适宜制作导线。
9.钛和钛的合金被誉为“21世纪最有发展前景的金属材料”,它们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
答案 A
解析 由于钛和钛的合金密度小、可塑性好,因此可用于航天领域,B正确;由于钛和钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”,可与人体的组织相容,不引起排异反应,因此可以用来制造人造骨,C正确;由于其密度小、可塑性好、易于加工,因此可用于家庭装修,做钛合金装饰门,D正确;只有A错误,由于其熔点高,不适合做保险丝。
10.现代建筑的门窗框架常用电解加工成的古铜色硬铝制造。
取硬铝样品进行如下所示的实验(各试剂均过量):
(硅可与氢氧化钠溶液反应:
Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑)由此推知硬铝的组成是( )
A.Al、Mg、Si、ZnB.Al、Cu、Mg、Si
C.Al、Fe、C、CuD.Al、Si、Zn、Na
答案 B
[能力提升题]
11.铜是生命必需的元素,也是人类最早使用的金属之一,铜的生产和使用对国计民生各个方面产生了深远的影响,请完成
(1)~(3)题。
(1)在化学反应中,铜元素可表现为0、+1、+2价。
在西汉古籍中曾有记载:
曾青得铁则化为铜[即:
曾青(CuSO4)跟铁反应就生成铜]。
试写出该反应的化学方程式:
________________________________________________________________________。
(2)铜器表面有时会生成铜绿[Cu2(OH)2CO3],这层铜绿可用化学方法除去。
试写出除去铜绿而不损伤器物的反应的化学方程式:
________________________________________________________________________。
(3)铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币。
试从物理性质和化学性质的角度分析为什么铜常用于制造货币(铜的熔点是1183.4℃,铁的熔点是1534.8℃)
________________________________________________________________________。
答案
(1)CuSO4+Fe===FeSO4+Cu
(2)Cu2(OH)2CO3+4HCl===2CuCl2+3H2O+CO2↑
[或Cu2(OH)2CO3+2H2SO4===2CuSO4+3H2O+CO2↑]
(3)铜的化学性质比较稳定,不易被腐蚀,铜的熔点比较低,容易冶炼铸造成型
解析
(1)中实际上是用铁还原CuSO4得到单质铜。
(2)中因为铜绿(碱式碳酸铜)能与酸反应,生成可溶性盐和气体,故可用酸除之。
(3)铜在古代作为货币主要因为其熔点低,易于铸造,且不易腐蚀。
12.物质A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K存在下图转化关系,其中气体D、E为单质,试回答:
(1)写出下列物质的化学式:
A是________,D是________,K是________。
(2)写出反应“C→F”的离子方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)写出反应“F→G”的化学方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)在溶液I中滴入NaOH溶液,可观察到的现象:
________________________________________________________________________。
(5)实验室检验溶液B中阴离子的方法:
____________________________。
答案
(1)Al H2 Fe(OH)3
(2)Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
(3)Al(OH)3+NaOH===NaAlO2+2H2O
(4)先生成白色絮状沉淀,而后迅速变为灰绿色,最后变为红褐色沉淀
(5)取少量溶液B于试管中,先滴入少量稀硝酸,再滴加硝酸银溶液
解析 突破口有:
E为氯气、K为氢氧化铁、F为氢氧化铝,然后可以推导出A为铝、C为氯化铝、D为氢气、B为HCl、H为铁、I为氯化亚铁、J为氯化铁、G为偏铝酸钠。
13.历史上金、银、铜主要是作为货币金属或装饰品被应用。
(1)金、银、铜常被作为钱币流通,从化学角度来看,主要是利用它们的________(填序号)。
A.硬度适中
B.密度适中
C.在自然界里都可得到纯净的单质
D.不活泼性
(2)试样X由氧化亚铁和氧化铜组成,取质量相等的两份试样,按下图所示进行实验:
请写出步骤③中所发生的全部反应的离子方程式:
__________________。
若全部的溶液Y和全部的粉末Z充分反应后,生成的不溶物W的质量是m,则每份试样X中氧化铜的质量为__________________(用m表示)。
答案
(1)D
(2)Fe+Cu2+===Fe2++Cu,Fe+2H+===Fe2++H2↑
m
解析
(1)金、银、铜都属于不活泼金属,易加工,因此,在历史上都曾经用作货币。
(2)试样与过量盐酸反应所得溶液Y为FeCl2、CuCl2混合溶液,粉末Z为Fe、Cu混合物,将Y和Z混合,发生反应:
Fe+Cu2+===Fe2++Cu,Fe+2H+===Fe2++H2↑,由生成的溶液呈强酸性表明:
溶液中不含Cu2+离子,不溶物W全部是金属铜,氧化铜的质量为0.5m×
=
m。
14.某铝合金中含有合金元素镁、铜、硅,为了测定该合金中铝的含量,设计了如下实验,请回答有关问题:
(1)称取样品ag,将其溶解于足量的稀盐酸中,过滤。
滤液中主要含有________,溶解、过滤用到的玻璃仪器是________。
(2)滤液中加过量氢氧化钠溶液、过滤,有关的离子方程式是________________________________________________________________________。
(3)向步骤
(2)的滤液中通入足量二氧化碳气体,过滤,有关的离子方程式是
________________________________________________________________________。
(4)步骤(3)过滤后的滤渣用蒸馏水洗涤2~3次,烘干并灼烧至恒重,冷却后称重,其质量为bg,有关的化学方程式是
________________________________________________________________________,
原样品中铝的质量分数是________。
(5)若步骤
(2)中加入氢氧化钠的量不足,则实验结果_______