第四章 第三讲 金属材料 复合材料

全局性掌控铜、铁不分“家”，题目中有“铁”几乎就有“铜”，好似一对“孪生兄弟”．近几年的高考命题，主要考点为：一是铜、铁合金作为考查合金概念及性能的载体，往往结合电化学腐蚀一起进行；二是铜及其化合物之间的转化关系，突出体现在实验除杂、计算及物质制备题目中；三是以铜绿、氧化铜与氨气为载体的实验探究题，考查实验探究物质的成分及实验基本操作技能等．近几年的高考题中，有关对铜及其化合物的考查有“升温”的表现．预计仍会紧密联系生活实际，与铁等其他金属一同出现在实验题中.选项式诊断诊断判断正误，在诊断一栏内打“√”或“×”√1.将铜屑加入含Fe3＋的溶液中的离子方程式是：2Fe3＋

＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋(2010·全国卷ⅠT8－D)×2.Cd－Ag原电池中Ag为正极，则2Ag(s)＋Cd2＋

(aq)===2Ag＋(aq)＋Cd(s)能发生(2010·湖南高考T12－A)选项式诊断诊断判断正误，在诊断一栏内打“√”或“×”√3.CuSO4与NaOH和葡萄糖的混合溶液加热可产生砖红色沉淀(2010·新课标全国卷T26节选)×4.生铁、普通钢和不锈钢中的碳含量依次增加

(2009·广东理基T21－B)一、铜及重要化合物1．单质铜(1)物理性质

色固体，具有良好的延展性、导电性和导热性．红(2)化学性质2．氧化铜(1)物理性质：

色粉末状固体．(2)化学性质黑二、金属材料1．合金(1)概念一种金属与其他

熔合而成的具有金属特

性的物质．(2)特性①熔点较各成分的熔点

．②合金比各成分金属具有更好的

以及物理、

化学和机械加工性能，如耐腐蚀性强、硬度大等．金属或非金属低硬度、强度2．金属材料(1)黑色金属材料包括

及其合金．①生铁与钢Fe、Cr、Mn生铁钢主要成分FeFe含碳量含硫、磷量少量极少或没有硅、锰含量少适量高低②不锈钢：普通钢中，加入

、

等多种元素．(2)有色金属材料除

以外的其他金属材料及其合金．NiCr黑色金属三、复合材料1．概念将

性质不同的材料经特殊加工而制成的一种新型材料．2．组成(1)基体：在复合材料中起

作用．(2)增强体：在复合材料中起

作用．两种或两种以上黏结骨架4．性能及特点既保持或发展了原材料的长处，又能弥补原材料的不足；具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀的特点．在合金和复合材料的概念中均提及“两种或两种以上”的字眼，由此能说合金即为复合材料吗？提示：不能．合金性能单一，它只能作复合材料的基体或增强体．1．铜锈是一种绿色化合物，它的成分为碱式碳酸铜，兼有氢氧化铜和碳酸铜的性质．试推测：铜锈在高温灼烧条件下充分反应后的固体物质是 (

)A．黑色的氧化铜B．红色的氧化亚铜C．蓝色的氢氧化铜和碳酸铜D．黑色的氧化亚铜答案：

B2．新型镁合金被大量应用于制作笔记本电脑的外壳、竞赛自行车的框架等，这些实际应用充分体现了下列哪些镁合金的优异性能 (

)①熔点低②硬度大③延展性好④导电性强⑤密度小(质地轻盈)

⑥耐腐蚀A．①②③

B．②③④C．①③⑥ D．②③⑤⑥答案：

D3．下列有关材料的说法不正确的是 (

)A．金属材料是指金属及其合金，且合金的性能优于纯金属B．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐C．复合材料是由基体和增强体两部分组成的D．C60也是一种材料.解析：合金一般比纯金属具有更优越的物理、机械性能等，A正确；传统无机非金属材料主要指陶瓷、水泥、玻璃，都是硅酸盐产品，而新型无机非金属材料则不是，B错误；复合材料由基体和增强体两部分组成，C正确；C60是一种新型无机非金属材料，D正确．答案：

B4．下列产品或材料属于复合材料的是 (

)①玻璃钢②钓鱼竿③飞机机身④航天飞机隔热陶瓷瓦⑤纳米高分子复合材料A．①⑤ B．①③C．②⑤ D．全部答案：D5．下列叙述正确的是 (

)A．碳纤维增强复合材料可用于人体组织中韧带的制作B．钢化玻璃是新型无机非金属材料C．银、铜、铁都是有色金属材料D．碳化硅陶瓷具有压电效应解析：钢化玻璃是由普通玻璃熔化后急速冷却而成，成分与普通玻璃完全相同，仍属传统无机非金属材料；铁为黑色金属材料，银、铜皆为有色金属材料；压电陶瓷具有压电效应，其主要成分是钛酸钡和钛酸铅等．答案：

A6．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，请写出生成铜绿的化学方程式：______________________________________，这层铜绿可以用化学方法除去．试写出除去铜绿而不损伤器物的化学方程式：_____________________________________.(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℃)解析：(1)Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu.(2)2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3；要除去铜器表面的铜绿，考虑选择盐酸，因盐酸不和铜反应，且盐酸具有挥发性．化学反应方程式如下：Cu2(OH)2CO3＋4HCl===2CuCl2＋CO2↑＋3H2O.(3)根据题给信息以及做货币的实际，选择铜做货币是因为铜的熔点比较低，容易冶炼铸造成型；铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀．答案：(1)Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu(2)2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3Cu2(OH)2CO3＋4HCl===2CuCl2＋CO2↑＋3H2O(3)选择铜做货币是因为铜的熔点比较低，容易冶炼铸造成型；铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀

[师之说][例1]

某课外研究小组用含有较多杂质的铜粉，通过不同的化学反应制取胆矾．其设计的实验过程为：(1)铜中含有大量的有机物，可采用灼烧的方法除去有机物，灼烧时将瓷坩埚置于________上(用以下所给仪器的编号填入，下同)，灼烧后的坩埚应放在________上，不能直接放在桌面上．实验所用仪器：a.蒸发皿b．石棉网c．泥三角d．表面皿e．坩埚钳f．试管夹(2)通过途径Ⅱ实现用粗制氧化铜制取胆矾，必须进行的实验操作步骤：酸溶、加热通氧气、过滤、________、冷却结晶、________、自然干燥．写出该途径中铜转化为硫酸铜的化学方程式：________________________________________________(3)由粗制氧化铜通过两种途径制取胆矾，与途径Ⅰ相比，途径Ⅱ有明显的两个优点是：___________________、___________________________.(4)在测定所得胆矾(CuSO4·xH2O)中结晶水x值的实验过程中：称量操作至少进行________次．(5)若测定结果x值偏高，可能的原因是_______________________________________________．A．加热温度过高B．胆矾晶体的颗粒较大C．加热后放在空气中冷却

D．胆矾晶体部分风化[名师精析]

用坩埚灼烧固体的仪器有酒精灯、泥三角、坩埚、坩埚钳、玻璃棒．制硫酸铜溶液用的是途径Ⅱ.因为途径Ⅰ原料利用率低，且产生污染性气体SO2.测定所得胆矾(CuSO4·xH2O)中结晶水x值的实验过程中至少称量4次：坩埚质量、坩埚样品质量、加热失水后坩埚样品质量(这一操作至少进行两次，两次质量误差不超过0.1g)．答案：B解析：从关系式上看，二者应该相等，但在实际操作中，①中H2还原CuO时要先通入一段时间的H2，那么制得的H2不能完全用来还原CuO，制得的Cu的量就比②少．答案：B[师之说][例2]

“耐高温长寿命抗氧化陶瓷复合材料应用技术”曾获国家技术发明一等奖．该复合材料的强度比钢还大，在航空航天器中用来替代金属材料，可节约20%～30%的燃料．下列关于该材料的叙述中不正确的是(

)A．该材料属于新型复合材料B．该材料的化学性质非常稳定C．与金属一样有较好的传热性能D．可以替代金属做耐高温结构材料.[名师精析]

由材料名称可知，该材料为新型的复合材料，A正确．该材料硬度大，可替代金属材料，耐高温，化学性质一定是稳定的，B、D正确．用该材料可以节约20%～30%的燃料，说明该陶瓷绝热性能好，可以有效防止热量散失，C错误．[答案]

C[学之用]3．工业生产中常将两种金属在同一容器中加热使其熔化，冷却后得到具有金属特性的熔合物——合金．试根据下表所列金属的熔点和沸点的数据(其他条件均已满足)，判断哪种金属不易跟其他金属制得合金．(

)金属FeCuZnAgAuW熔点(℃5960.810633380沸点(℃)30002595907221227075637A．Zn

B．FeC．W D．Ag解析：合金是两种金属在熔化状态下熔合后，再冷却生成的，分析表中熔、沸点数据可得出，6种金属中锌的沸点较低(907℃)，钨的熔点特别高(3380℃)．当锌达到沸点气化时，其他金属还不能熔化；而当钨达到熔化温度时，其他金属都已气化．由此可估计这两种金属较难跟其他金属形成合金．答案：

AC4．玻璃钢的制取过程是 (

)A．玻璃与钢熔合而成的B．把玻璃纤维加到钢中制成的C．SiO2和钢熔合而成的D．玻璃纤维加到合成树脂中复合形成的解析：玻璃钢是一种以玻璃纤维做增强体、合成树脂做基体复合而成的一种复合材料，其强度可超过合金钢的强度，密度只有钢铁的1/5左右，并保持着良好的耐化学腐蚀性、电绝缘性和机械加工性能，故A、B、C都是错误的．答案：D铜及其化合物一般都具有特殊的颜色，如Cu、Cu2O呈红色，CuO呈黑色，CuSO4·5H2O、Cu(OH)2呈蓝色，Cu2(OH)2CO3呈绿色等．在铜及其化合物中，Cu2O和铜绿[Cu2(OH)2CO3]是重点内容，试题中除以信息题的形式出现外，还常设置探究性题．[例]

研究性学习小组为检测实验室用H2还原CuO所得红色固体中是否含有Cu2O进行了探究：Ⅰ.查阅资料：①Cu2O属于碱性氧化物；②高温灼烧CuO生成Cu2O；③Cu2O在酸性条件下能发生下列反应：Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O.Ⅱ.设计实验方案：方案1：取该红色试样溶于足量的稀硝酸中，观察溶液颜