《初升高衔接教材初高中化学衔接暑期教程》专题33 用途广泛的金属材料.docx

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《初升高衔接教材初高中化学衔接暑期教程》专题33用途广泛的金属材料

目标导学

1.以钢铁、铜合金为例,认识合金的性能及合金材料在生活中的应用.

2.学会正确选用金属材料的方法

温故知新

物质的性质决定了物质的用途,下面列出了金属的几种性质:

①导热性、②导电性、③还原性、④

延展性、⑤具有金属光泽。

请在下面金属用途后的横线上填上对应的序号。

(1)用铝定制成包装用的铝箔;

(2)用铝制成的高压铝锅;

(3)用铁粉回收照相业废液中的银;

(4)电信业中大量使用的铜丝、金属电缆。

知识精讲

一、常见的合金

1.合金:

(1)概念:

合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。

(2)性能:

合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能。

①良好的物理、化学或机械性能;

②熔点:

一般比它的各成分金属的低;

③硬度和强度:

一般比它的各成分金属的大。

2.常见的合金

(1)铜合金:

青铜:

最早的合金,Cu、Sn、Pb,硬而脆,强度大,古人用来制刀具、祭器、酒具等。

铜合金黄铜:

Cu、Zn(少量Sn、Pb、Al等),硬度较青铜差,耐磨、耐腐蚀,可塑性强,主要用作饰品、制耐压设备等。

白铜:

Cu、Ni、Zn少量的Mn,常用酒具、饰品等。

(2)钢:

低碳钢:

Fe、C(低于0.3%),韧性、焊接性好,强度低,制钢板、钢丝、钢管等。

碳素钢中碳钢:

Fe、C(0.3%~0.6%),强度高,韧性及加工性好,制钢轨、车轮和建材等。

钢高碳钢:

Fe、C(高于0.6%),硬而脆,热处理后弹性好,制器械、弹簧、刀具。

锰钢:

Fe、Mn,韧性好,强度大,钢轨、轴承、钢磨、坦克装甲。

合金钢硅钢:

Fe、Si,导磁性好,变压器、发电机和电动机中的铁芯。

不锈钢:

Fe、Cr、Ni,抗腐蚀性好,医疗器械、炊具、反应釡、容器。

二、正确选用金属材料

1.金属材料的选用要从多方面考虑,既要考虑实用美观,又要考虑成本低、保护环境、物尽其用等诸方面因素。

2.我国的金属资源不够丰富,人均占有量低。

合理利用金属,保护现有资源,最大限度地减少开采过程中对环境的破坏,回收废旧金属,实现循环利用等是需要我们每个人都必须付出努力的。

3.常见金属材料

铝合金:

含有10%~30%的镁,强度和硬度都比纯铝和纯镁大,火箭、飞机、轮船等制造业。

硬铝:

含铜4%、镁0.5%、锰0.5%、硅0.7%,强度和硬度都比纯铝大,火箭、飞机、轮船等制造业。

钛合金:

含铝6%、钒4%,耐高温、耐腐蚀、高强度,用于宇航、飞机、造船、化学工业。

实验探究

例.铜器久置,表面会生成一层绿色固体,为了解铜在空气中的腐蚀情况,某化学兴趣小组收集家中铜器表面的绿色固体进行探究。

查阅相关资料后,猜想该绿色物质可能是铜的碳酸盐。

该小组同学利用下图装置进行实验(部分夹持仪器略)。

①对试管内的绿色固体进行加热,至完全分解,观察到A装置中绿色固体逐渐变成黑色,B装置中无水硫酸铜变成蓝色,C装置中澄清石灰水变浑浊。

②取少量加热后生成的黑色固体于试管中,加入稀硫酸,观察到黑色固体逐渐溶解,溶液变成蓝色。

③取少量上述蓝色溶液于试管中,浸入一根洁净的铁丝。

观察到铁丝表面有红色物质析出。

请回答下列问题:

(1)绿色固体中含有的元素是。

(2)加热后试管中剩余的黑色物质是。

(3)假设该绿色物质是一种纯净物,则其化学式可能是,加热分解的化学方程式为

(4)上述实验步骤③中的反应的离子方程式为。

(5)实验装置最后的干燥管的作用是。

(6)如果将B、C两装置对调,能否达到实验目的(填“能”或“不能”),为什么?

思维训练

1.基础练习:

思维的准确性训练(Accuracyofthinkingtraining)

1.下列关于金属元素的叙述正确的是(  )

A.金属元素的单质只有还原性,其离子只有氧化性

B.金属元素的单质在常温下均为固体

C.金属元素在不同化合物中化合价均相同

D.大多数金属元素的单质为电的良导体

2.下列物质中,不属于合金的是(  )

A.硬铝    B.黄铜    C.钢铁     D.水银

3.下列物质中,可称为合金的是(  )

A.钠和氯气熔合而成的物质B.铝粉和铁粉的混合物

C.铁的表面镀上了锌D.铁和少量石墨熔合而成的物质

4.关于合金性质的说法中,错误的是(  )

A.多数合金的硬度一般比其各成分金属的硬度高

B.多数合金的熔点一般比其各成分金属的熔点低

C.合金的物理性质一般与其各成分金属的物理性质不同

D.合金的化学性质一般与其各成分金属的化学性质不同

5.下列说法不正确的是(  )

A.青铜是我国使用最早的合金B.生铁是合金,钢是纯铁

C.生铁的熔点比纯铁低D.合金的硬度一般比它各成分金属的硬度大

 

思维的敏捷性训练(Thinkingagilitytraining)

1.我国在春秋战国时期就懂得将白口铁(含碳量>2%)经淬火热处理得到相当于铸钢的器物(如锋利的宝剑),这一技术要比欧洲早近两千年;白口铁淬火热处理的主要作用是(  )

A.除硫、磷杂质        B.适当降低了含碳量

C.掺进合金元素        D.改善表面的结构性质

2.制印刷电路时常用氯化铁溶液作为“腐蚀液”,发生的反应为2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2。

向盛氯化铁溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉,反应结束后,下列结果不可能出现的是(  )

A.烧杯中有铜无铁       B.烧杯中有铁无铜

C.烧杯中铁、铜都有      D.烧杯中铁、铜都无

3.下列适合于制作不锈钢用具的铁合金是(  )

A.低碳钢    B.中碳钢C.高碳钢D.合金钢

4.两种+1价金属形成的合金7.8g,与足量水反应后生成0.2g氢气,此合金可能是(  )

A.Li—Na合金B.Na—K合金C.Li—K合金D.Li—Rb合金

5.汞合金是目前使用较多的补牙材料。

英国《新科学家》杂志发表了一篇文章,对汞合金补牙材料的安全性提出了质疑。

汞合金补牙材料中除了水银外,还含有锌、锡、铜等金属。

下列有关汞合金的说法不正确的是(  )

A.汞合金是一种具有金属特性的物质B.汞合金的强度和硬度比锡的大

C.汞合金的熔点比汞的低D.汞合金的毒性远低于汞的毒性

思维的广阔性训练(Widthofthinkingtraining)

1.用于飞机制造业的重要材料是(  )

A.Mg—Al合金B.Cu—Sn合金C.Al—Si合金D.不锈钢

2.下列说法中正确的是(  )

A.铁是人类在生产、生活中最早使用的金属材料

B.金、银、铜是应用最广泛的金属材料

C.钛被誉为“21世纪的金属”,应用前景很广阔

D.铜是导电性、导热性最好的有色金属

3.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.合金的熔点比其成分物质的熔点高

C.因为形成了铁碳合金,所以熔点变低D.在高炉中熔化的过程中发生了化学反应

4.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”。

关于钛和钛的合金的用途中,不切合实际的是(  )

A.用来作保险丝B.用于制造航天飞机

C.用来制造人造骨D.用于家庭装修,作钛合金装饰门

5.下列说法正确的是(  )

A.所有的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.广东打捞出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

思维的灵活性训练(Flexibilityofthinkingtraining)

1.将10g铁碳合金放入氧气中高温灼烧,反应后的气体通入过量石灰水中得到沉淀1.4g。

则此铁碳合金是(  )

A.生铁B.高碳钢C.中碳钢D.低碳钢

2.不锈钢餐具光亮如新,长期使用不会生锈,原因是炼钢过程中加入了下列物质中的(  )

A.铬、锰B.铬、铁C.铬、镍D.铬、碳

3.下列有关厨房中铝制品使用合理的是(  )

A.盛放食醋B.烧煮开水C.用碱水洗涤D.用金属丝擦洗表面的污垢

4.铁和铁合金是生活中常见的材料,下列说法正确的是(  )

A.铁与盐酸反应,铁合金不与盐酸反应B.一定条件下,铁粉可与水蒸气反应

C.不锈钢是铁合金,只含金属元素D.纯铁的硬度和熔点均高于铁合金

5.金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的应用。

下列关于金属的一些说法不正确的是(  )

A.合金的性质与其成分金属的性质不完全相同

B.工业上金属Mg、Cu都是用热还原法制得的

C.金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子

D.越活泼的金属越难冶炼

2.能力拓展

思维的批判性训练(Criticalthinkingtraining)

1.下列关于镁、铝的叙述中不正确的是(  )

A.铝是较活泼的金属,能跟盐酸、稀硫酸、氢氧化钠溶液反应放出氢气

B.镁铝合金的强度和硬度都比纯铝和纯镁大

C.在高温下,可以用铝制的容器装运浓硫酸或浓硝酸

D.常温下,铝能和空气里的氧气反应生成一层致密的氧化膜,从而失去光泽

2.放在手心就能熔化的稀有金属镓,其沸点为2403℃,更奇妙的是镓熔化后在-120℃仍不易凝固;在常温下几乎不与氧气和水反应,但能溶于强酸和强碱;与其他金属熔合可改善合金性能;与硫、硒等非金属化合可生成优质的半导体材料。

下列有关镓的性质和用途的叙述错误的是(  )

A.镓的熔点高B.镓的性质与铝类似

C.镓能够与盐酸反应生成气体D.镓可与多种金属形成合金

3.拟晶(Al65Cu23Fe12)是一种具有凸多面体规则外形但不同于晶体的固态物质,具有合金的某些优良物理性能。

下列有关该拟晶的说法错误的是(  )

A.Al65Cu23Fe12的硬度比金属Al、Cu、Fe的大

B.Al65Cu23Fe12中三种金属的化合价均可视作0

C.Al65Cu23Fe12不可用作长期浸泡在海水中的材料

D.1molAl65Cu23Fe12溶于过量的盐酸时共失去265mol电子

4.用铜锌合金制成的黄铜制品常被误认为是黄金,下列方法中不能区分其真伪的是(  )

A.观察外观B.放入盐酸中C.测定密度D.高温灼烧

5.碲锌镉(Te-Zn-Cd)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

思维的深刻性训练(Thinkingprofunditytraining)

1.流失海外的圆明园兽首鼠首和兔首铜像被中国商人拍得,普通铜器时间长容易出现铜绿,其主要成分是Cu2(OH)2CO3。

这两件1760年铜铸的国宝在240年后看上去依然熠熠生辉,最可能的原因是(  )

A.它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金

B.环境污染日趋严重,它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去

C.铜的金属活动性比较差,因此不易被氧化

D.它们是含有一定比例金、银、锡、锌等金属的铜合金

2.工业生产中常将两种或多种金属(或金属与非金属)在同一容器中加热使其熔合,冷凝后得到具有金属特性的熔合物——合金。

这是制取合金的常用方法之一。

根据下表数据判断,不宜用上述方法制取合金的是(  )

金属

Na

Al

Cu

Fe

熔点(℃)

97.81

660

1083

1535

沸点(℃)

883

2200

2595

3000

A.Fe-Cu合金B.Cu-Al合金C.Al-Na合金D.Cu-Na合金

3.铝合金在日常生活、建筑装潢、航空航天和汽车制造等方面均有着广泛的用途。

下列关于铝合金具有广泛用途的分析不正确的是(  )

A.铝元素在地壳中的含量高,储量丰富B.铝容易形成致密的氧化膜,抗腐蚀性能好

C.铝化学性质稳定,常温下不与任何酸碱反应D.铝的冶炼技术基本成熟,可以大量生产

4.制造货币,应该根据下列哪些性质而选材(  )

A.从化学性质来看,金属材料化学性质应稳定

B.从物理性质来看,金属材料应有较低的熔点

C.从物理性质来看,金属材料应对强度、硬度无要求

D.制造货币的金属本身的价值应高于货币的面值

5.单质钛的机械强度高,抗腐蚀能力强,有“未来金属”之称.工业上常用硫酸分解钛铁矿(FeTiO3)的方法来制取TiO2,再由TiO2制金属钛,主要反应有(未注明反应条件):

①FeTiO3+3H2SO4===Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O;

②Ti(SO4)2+3H2O===H2TiO3+2H2SO4;

③H2TiO3===TiO2+H2O;

④TiO2+2C+2Cl2===TiCl4+2CO;

⑤TiCl4+2Mg===2MgCl2+Ti

下列叙述不正确的是(  )

A.反应①③是非氧化还原反应B.反应⑤是置换反应

C.反应④中TiO2是氧化剂D.反应⑤表现了金属镁的还原性比金属钛强

思维的逻辑性训练(Logicalthinkingtraining)

1.某金属与盐酸反应时,生成H2的质量与消耗金属质量的关系如下图所示,此金属可能是(  )

A.纯锌B.纯铁C.镁铝合金D.铜铁合金

2.将一定量的某MgAl合金放入足量稀盐酸中,生成H2的体积在标准状况下是2240mL;相同量的该MgAl合金放入足量的NaOH溶液中,生成H2的体积在标准状况下是2016mL,则该合金中Mg、Al的质量之比是

(  )

A.1∶1 B.6∶1C.1∶6 D.4∶27

3.所谓合金,就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔化状态下形成的一种熔合物,下表为四种金属的熔、沸点:

Na

Cu

Al

Fe

熔点(℃)

97.5

1083

660

1535

沸点(℃)

883

2595

2200

3000

根据以上数据判断其中不能形成合金的是(  )

A.Cu和AlB.Fe和CuC.Fe和NaD.Al和Na

4.下列叙述正确的是(  )

A.镁铝合金的抗腐蚀能力强,不与稀硫酸反应

B.Na的金属活动性比Mg的强,故可用Na与MgCl2溶液反应制Mg

C.钠可与冷水剧烈反应,而镁与热水才能反应,说明钠比镁活泼

D.Fe在Cl2中燃烧生成FeCl3,故在与其他非金属反应的产物中,Fe也显+3价

5.某同学设计了如下实验测量mg铜银合金样品中铜的质量分数:

下列说法中不正确的是(  )

A.合金的熔点比其成分金属低,通常比成分金属具有更优良的金属特性

B.铜银都能与稀硝酸反应,收集到的VL气体一定全为NO

C.操作Ⅰ是过滤,操作Ⅱ是洗涤,操作Ⅲ是烘干

D.根据反应收集到的气体体积可以计算铜和银的质量分数

思维的独创性训练(Originalityofthinkingtraining)

1.合金有许多特点,如Na-K合金为液体,而Na和K的单质均为固体。

据此,试推测:

生铁、纯铁、碳三种物质中,熔点最低的是(  )

A.纯铁       B.生铁C.碳D.无法确定

2.我国在春秋战国时期,就懂得将白铁淬火处理得到相当于铸钢的物品(如锋利的宝剑),这一技术要比欧洲早近两千年,那么白铁淬火处理的主要作用是(  )

A.除硫、磷等杂质B.适当降低含碳量C.渗进合金元素D.改善表面的结构性质

3.金属及其制品在腐蚀介质中很容易被腐蚀,其使用寿命大为降低。

因此只有对腐蚀介质中的金属及其制品采取防护措施,才能保证金属工艺设备的安全性和工农业生产的顺利进行。

下面对金属及其制品的防护措施中错误的是(  )

A.铁锅用完后,用水刷去其表面的油污,置潮湿处保存

B.通过特殊工艺,增加铝制品表面的氧化膜

C.对于易生锈的铁制品(如防护网)要定期涂刷防护漆

D.把Cr、Ni等金属加入到普通钢里制成不锈钢

4.化学在生产和日常生活中有着重要的应用,下列说法不正确的是(  )

A.氧化镁用作耐火材料

B.Na2O常用于潜水艇或呼吸面具的供氧剂

C.明矾溶于水形成的Al(OH)3胶体能吸附水中悬浮物,可用于水的净化

D.FeCl3溶液可用于刻制印刷铜电路板

5.我国人民早在商代就已掌握青铜(铜、锡、铅合金)冶铸技术。

在商代首都——河南安阳,曾经出土多处炼铜遗址和大量青铜器件,其中有一件司母戊大鼎,高133cm、长110cm、宽78cm,重875kg,是迄今为止被发现的我国古代青铜器中最壮观的一件珍品。

下列有关说法不正确的是(  )

A.铜是人类历史上使用最早的金属材料

B.青铜合金具有比铜单质更好的机械性能

C.青铜不易生锈是因为铜的性质不活泼

D.铜被最早使用是因为铜的性质不活泼,易冶炼

知识拓展

第三章《金属及其化合物》对比总结

一、金属的物理通性:

常温下,金属一般为银白色晶体(汞常温下为液体),具有良好的导电性、导热性、延展性。

二、金属的化学性质:

多数金属的化学性质比较活泼,具有较强的还原性,在自然界多数以化合态形式存在。

物质

Na

Al

Fe

保存

煤油(或石蜡油)中

直接在试剂瓶中即可

直接在试剂瓶中

化性

常温下氧化成Na2O:

4Na + O2 = 2Na2O

点燃生成Na2O2

2Na + O2 

 Na2O2

常温下生成致密氧化膜:

4Al + 3O2 = 2Al2O3

致密氧化膜使铝耐腐蚀。

纯氧中可燃,生成氧化铝:

4Al + 3O2 

Al2O3

潮湿空气中易受腐蚀:

铁锈:

主要成分Fe2O3

纯氧中点燃生成:

3Fe+2O2 

Fe3O4

与O2

与Cl2

2Na+Cl2 

2NaCl

2Al+3Cl2

2AlCl3

2Fe+3Cl2

2FeCl3

与S

常温下即可反应:

2Na + S = Na2S

加热时才能反应:

2Al+3S 

 Al2S3

加热只能生成亚铁盐:

Fe+S

FeS

与水

常温与冷水剧烈反应:

2Na+2H2O=2NaOH+H2↑

去膜后与热水反应:

2Al+6H2O

2Al(OH)3↓+3H2↑

常温下纯铁不与水反应。

加热时才与水蒸气反应:

3Fe+4H2O(g)

Fe3O4+4H2

与酸

溶液

 2Na+2HCl=2NaCl+H2↑

2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑

Fe+2HCl=FeCl2+H2↑

与碱

溶液

2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑

与盐

溶液

与硫酸铜溶液:

2Na+2H2O+CuSO4=Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑

与氯化铁溶液:

6Na+6H2O+2FeCl3=2Fe(OH)3↓+6NaCl+3H2↑

置换出较不活泼的金属单质

置换出较不活泼的金属单质

与氧

化物

镁条引燃时铝热反应:

2Al+Fe2O3

Al2O3+2Fe

金属活泼性逐渐减弱

三、金属化合物的性质:

1.氧化物

Na2O

Na2O2

Al2O3

Fe2O3

性质

碱性氧化物

非碱性氧化物

两性氧化物

碱性氧化物

颜色

状态

白色固体

淡黄色固体

白色固体

赤红色固体

与水反应

Na2O+H2O=2NaOH

2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑

与酸溶液

Na2O+2HCl=2NaCl+H2O(溶液无色)

2Na2O2+4HCl=4NaCl+2H2O+O2↑

Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O

Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O(溶液黄色)

与碱溶液

Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+

H2O

其他

Na2O+CO2=Na2CO3

2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2

2.氢氧化物

化性

NaOH

Al(OH)3

Fe(OH)2

Fe(OH)3

属性

碱性氢氧化物

两性氢氧化物

碱性氢氧化物

碱性氢氧化物

与酸溶液

NaOH+HCl=NaCl+H2O

Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O

Fe(OH)2+2HCl=FeCl2+2H2O

Fe(OH)3+3HCl=

FeCl3+3H2O

与碱溶液

Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O

稳定性

稳定

2Al(OH)3

Al2O3+3H2O

4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

2Fe(OH)3

Fe2O3+3H2O

其他

2NaOH+CO2 =Na2CO3+H2O

NaOH+CO2(过量)=NaHCO3

制备

金属钠与水即可

铝盐溶液与过量浓氨水

亚铁盐溶液与氢氧化钠溶液(液面下)

铁盐溶液滴加氢氧化钠溶液

3.盐

Na2CO3

NaHCO3

溶解度

较大

较小

溶液碱性

使酚酞变红,溶液呈碱性。

使酚酞变淡粉色,溶液呈较弱的碱性。

与酸

反应迅速Na2CO3+2HCl=2NaCl+2H2O+CO2↑

反应更迅速NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑

与碱

NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O

稳定性

稳定,加热不分解。

固体NaHCO3:

2NaHCO3

 Na2CO3+H2O+CO2↑

相互转化

Na2CO3溶液中通入大量CO2

Na2CO3+H2O+CO2 = 2NaHCO3

固体NaHCO3:

2NaHCO3

 Na2CO3+H2O+CO2↑

其他

溶液中:

Na2CO3+Ca(OH)2 = 2NaOH+CaCO3↓

溶液中:

NaHCO3+Ca(OH)2 = NaOH+CaCO3↓+H2O

用途

工业原料等

中和胃酸、制糕点等

金属离子检验:

焰色反应呈黄色

4.FeCl2与FeCl3

FeCl2

FeCl3

颜色

浅绿色

黄色

与碱溶液

FeCl2+2NaOH = Fe(OH)2↓+2NaCl

FeCl3+3NaOH= Fe(OH)3↓+3NaCl

相互转化

2FeCl2+Cl2 = 2FeCl32FeBr2+Br2 = 2FeBr3

主要表现:

还原性

2FeCl3+Fe = 3FeCl22FeBr3+Fe = 3FeBr2

表现:

氧化性

检验

遇KSCN不显血红色,加入氯水后显红色

遇KSCN显血红色

用途

净水剂等

印刷线路板等

 

答案:

温故知新

(1)④

(2)①(3)③(4)②

实验探究

答案:

(1)Cu、H、O、C 

(2)CuO

(3)Cu2(OH)2CO3 Cu2(OH)2CO3

2CuO+H2O+CO2↑

(4)Fe+Cu2+===Cu+Fe2+

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