9.3金属材料的性能及应用-高一化学讲义（苏教2019）原卷版

专题9金属与人类文明第三单元金属材料的性能及应用[学习目标]1.依据化合价理论，结合实验探究，掌握Fe、Fe2＋、Fe3＋相互转化的途径，强化变化观念。2.通过实验探究学会Fe2＋、Fe3＋的检验方法，培养证据推理意识，提升实验探究能力与创新意识。3.通过实验掌握Fe(OH)2的制备原理及化学性质。4.在制备物质时，学会合理选择并控制好反应的条件。课前预习课前预习知识点01金属材料的性能从使用的要求和性能看，可以从以下几个方面来分析。使用要求材料性能体现出一些、、等起到的作用，而且能够在一定温度范围内稳定工作金属材料的、、、等物理性能密切相关在使用过程中不可避免地会暴露在空气中，或者接触到一些化学药品具有、等化学性能从金属原材料到最后的金属产品，加工成型这一步骤必不可少、、等工艺性能知识点02合金及其应用1．合金的概念合金是将两种或两种以上的（或）共熔，制备出的金属材料。2．合金的性能（1）硬度一般比组成它的纯金属。（2）多数合金的熔点组分金属。（3）导电性和导热性一般组分金属。3．常见的合金名称主要组成元素用途或性能硬铝Al(Cu、Mg、Mn)制造武德合金Sn、Bi、Cd、Pb熔点，作铝锂合金Al、Li制造不锈钢Fe(Cr)抗、耐钛合金Ti与其他元素强度、密度、耐热性好、易于加工、性强知识点03常见的无机非金属材料1．传统无机非金属材料又称硅酸盐材料，包括、、。2．半导体材料硅的导电性介于之间，是一种重要的半导体材料，被广泛用于的各个领域。工业上利用可以制得高纯度的硅。3．光导纤维光导纤维的主要成分是，可用来制造，用于光纤通信或传送高强度的激光等。4．新型陶瓷材料新型陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷具有功能、功能和化学功能，如高温结构陶瓷等，高温结构陶瓷主要有高温氧化物(如氧化铝陶瓷)和高温非氧化物(如氮化硅陶瓷)两大类。功能陶瓷具有等方面的特殊功能，如压电陶瓷等，压电陶瓷主要成分是钛酸钡和钛酸铅。知识点总结知识点总结考点1金属材料的性能、合金及其应用、无机非金属材料1.金属材料在工农业生产和社会生活的各个方面应用广泛。从使用的要求和性能看，可以从以下几个方面来分析。使用要求材料性能金属材料体现出一些力学性能延展性、硬度、塑性等起到导热和导电的作用，而且能够在一定温度范围内稳定工作金属材料的密度、熔点、导电性、导热性等物理性能密切相关在使用过程中不可避免地会暴露在空气中，或者接触到一些化学药品具有抗氧化性、耐酸碱性等化学性能从金属原材料到最后的金属产品，加工成型这一步骤必不可少可铸性、可锻性、切削加工性等工艺性能2．合金概念将两种或两种以上的金属(或金属与非金属)共熔可制备出特殊的金属材料，这种材料叫作合金性能硬度硬度一般高于它的成分金属熔点熔点一般低于它的成分金属与纯金属材料相比，合金具有优良的物理、化学或机械性能举例在焊接电子元件中使用的焊锡是锡和铅的合金，生铁和钢都是铁和碳的合金3.常见的合金(1)铝合金是目前用途广泛的合金之一，硬铝是在铝中添加了一定比例的铜、镁、锰等，密度小，强度大，具有较强抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。(2)武德合金由锡(熔点232℃)、铋(熔点271℃)、镉(熔点321℃)和铅(熔点327℃)等金属按照一定的质量比制成的，熔点只有67℃，它可以用来做电器、火灾报警等装置中的保险丝。(3)镍铬铝铁、镍铬铝铜等合金具有很高的电阻率，可用于制备电路中的精密元件。(4)铁合金不锈钢是一种重要的合金钢，主要的合金元素是铬(占12%～32%)，在大气中比较稳定，不易生锈，抗腐蚀能力强，常用于制造医疗器材、厨房用具和餐具，以及地铁列车的车体等。(5)钛合金①钛合金是一种新型的金属材料，其强度高，密度小，耐热性好，易于加工，抗腐蚀性强，远优于不锈钢，即使将它们放入海水中数年，取出后仍然光亮如新。②应用钛和钛合金被认为是21世纪的重要金属材料，被广泛应用于医疗、火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等领域。4．传统非金属材料：水泥、玻璃、陶瓷。5．半导体材料：硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料，被广泛用于电子工业的各个领域。工业上利用二氧化硅可以制得高纯度的硅。6．光导纤维光导纤维的主要成分是二氧化硅，可用来制造通讯光缆，用于光纤通信或传送高强度的激光等。光导纤维导光能力非常强，一条光缆由上万条光导纤维组成，因此可以利用其传输大量的信息。用光缆代替普通的金属通信电缆可以节约大量有色金属。7．新型陶瓷材料新型陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷具有机械功能、热功能和部分化学功能，如高温结构陶瓷等，高温结构陶瓷主要有高温氧化物(如氧化铝陶瓷)和高温非氧化物(如氮化硅陶瓷)两大类。功能陶瓷具有光、电、磁、化学和生物等方面的特殊功能，如压电陶瓷等，压电陶瓷主要成分是钛酸钡和钛酸铅。【大招总结】1．正确选用金属材料的一般思路(1)金属的性质决定其主要用途，在选用材料时应首先考虑其性质与用途的一致性。(2)所选材料的强度、机械性能、外观、加工难度等主要从金属的物理性质考虑，如密度、硬度、延展性、导电性、导热性、强度等。(3)材料的稳定性、日常维护应从其化学性质考虑，如在空气、水、酸、碱、盐环境的化学稳定性及耐腐蚀性等。(4)材料的经济性，如价格，应从原料的储量、开采与冶炼难度等方面考虑。2．合金的组成及性能(1)合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素。(2)合金是混合物，不是化合物。(3)合金具有金属特性，如导电、导热等。(4)合金形成后会影响各成分金属的物理性质，如合金的熔点一般比各成分金属低，而硬度、机械强度一般比各成分金属高；但一般来说各成分金属均保持了其原有的化学性质。3．合金的形成条件(1)金属与金属形成合金时：合金是金属在熔化状态时相互混合形成的，熔化时的温度需达到成分金属中熔点最高的金属的熔点，但又不能超出成分金属中沸点最低的金属的沸点。一种金属的熔点高于另一种金属的沸点时则不能形成合金。(2)金属与非金属形成合金时：部分不活泼非金属与金属可形成合金，活泼非金属与活泼金属则不能形成合金。3.典型例题典型例题【例1】易拉罐主要为铝合金，其中以铝铁合金和铝镁合金最为常见。现取几小块易拉罐碎片进行下列实验，其中实验方案与现象、结论正确的是()A．加入盐酸产生无色气体，含铝、铁、镁三种元素B．加入氢氧化钠溶液有无色气体产生，含有铝元素C．加入盐酸后，所得溶液中再加入少量氢氧化钠溶液产生白色沉淀，含有镁元素D．加入盐酸后，所得溶液中再加入少量硫氰化钾溶液呈红色，含有铁元素答案：B解析：铝、铁、镁都能与盐酸反应产生氢气，所得的溶液中加入少量氢氧化钠溶液，能产生白色沉淀的可能是氯化镁溶液，也可能是氯化铝溶液；铝能与氢氧化钠溶液反应产生氢气；铁单质与酸反应产生Fe2＋，不能使硫氰化钾溶液变红色。【例2】改革开放以来，我国取得了很多世界瞩目的科技成果，下列说法不正确的是()A．蛟龙号潜水器用到钛合金，22号钛元素属于过渡元素B．港珠澳大桥用到的合金材料，具有强度大、密度小、耐腐蚀等性能C．国产C919用到的氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料D．中国天眼传输信息用的光纤材料是高纯硅答案：D解析：A对，蛟龙号潜水器用到钛合金，22号钛元素位于第四周期，第ⅣB族，属于过渡元素。B对，合金材料一般具有强度大、密度小、耐腐蚀等性能。C对，氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料。D错，中国天眼传输信息用的光纤材料是二氧化硅。【例3】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__________(填字母)。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________(填字母)。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FeOFe3O4(3)Al2O3＋2NaOH=2NaAlO2＋H2O(4)铜氧化铜2Cu＋O2=2CuOCu2(OH)2CO3紫红金金的化学性质不活泼，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。【例4】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铜为什么常用于制造货币(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，且不易被腐蚀。【例5】金属及金属材料有很多优良的性能而被广泛应用。(1)铁制炊具加热食物。说明铁具有的性质是____________。(2)钛合金因为优良的性能，被广泛应用于生物医学、航空航天等领域。钛合金的优点有______________(任写一条)，构成金属钛的粒子是________(填“分子”“原子”或“离子”)。(3)合金Mg2Cu是一种潜在的贮氢材料，高温时在氩气保护下，由一定质量比的Mg、Cu单质熔炼获得。①熔炼制备Mg2Cu合金时，通入氩气的目的是____________________________。②将11.2g的Mg2Cu合金与过量盐酸反应，生成氢气的质量为________g。答案：(1)导热性(2)抗腐蚀性强原子(3)①防止金属被氧化②0.4g解析：(1)铁具有优良的导电、导热性，所以可用铁制炊具加热食物，说明铁具有的性质是导热性。(2)钛合金的优点有：Mg＋2HCl=MgCl2＋H2↑2424.8gx则eq\f(24,2)＝eq\f(4.8g,x)，x＝0.4g，所以生成氢气的质量为0.4g。强化训练强化训练1．中国古代文物不仅彰显了民族和文化自信，还蕴含许多化学知识。下列说法不正确的是A．两代“四羊方尊”属于青铜制品，青铜是一种铜锡合金B．宋代《莲塘乳鸭图》缂丝中使用的丝，主要成分是蛋白质C．清代乾隆“瓷母”是指各种釉彩大瓶，主要成分是二氧化硅D．东晋《洛神赋图》中的绿色颜料铜绿，主要成分是碱式碳酸铜2．下列有关铁及其化合物说法不正确的是A．将饱和氯化铁溶液滴入沸水中继续煮沸，可制得氢氧化铁胶体B．FeCl2既有氧化性又有还原性C．铁与硫酸铜溶液反应后滴加KSCN溶液，溶液变红D．生铁和钢都是铁的合金，其中生铁的含碳量高于钢3．我国高铁列车的车厢大部分采用铝合金材料，其原因是铝合金A．化学性质活泼B．比纯铝熔点高，耐高温C．质量轻、强度大、有较好的抗腐蚀能力D．在自然界的含量丰富，容易获得4．青铜是人类最早使用的合金。下列关于合金的说法不正确的是A．目前世界上使用量最大的合金是铝合金B．合金具有许多优良的物理、化学或机械性能C．稀土金属对改善合金的性能作用非常大D．储氢合金、钛合金、耐热合金和形状记忆合金能满足某些尖端技术的需要5．中华文明博大精深，源远流长.下列说法错误的是A．越王勾践剑为春秋晚期青铜器，具有硬度大、耐腐蚀的优点B．宣纸是我国传统的书画用纸，用青檀和稻草生产宣纸涉及化学变化C．司南是我国古代用于辨别方向的一种仪器，可由天然磁石FeO制成D．中药为我国传统中医特有药物，若使用铁器煎药可能破坏中药的药性6．下列生活物品中所涉及的合金材料属于新型合金的是A．生铁B．不锈钢C．储氢合金D．硬铝A．A B．B C．C D．D7．“嫦娥四号”月球探测器于2019年1月3日实现人类首次月背登陆。“嫦娥四号”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．合金的化学性质与其成分金属的化学性质不同C．一般合金的熔点比各成分金属的低D．改变原料的配比、生成合金的条件，可以得到具有不同性能的合金8．2020年我国取得让世界瞩目的科技成果，化学功不可没。下列说法错误的是A．“北斗系统”组网成功，北斗芯片中的半导体材料为二氧化硅B．“嫦娥五号”运载火箭用液氧液氢推进剂，产物对环境无污染C．“硅石墨烯－锗晶体管”为我国首创，石墨烯属于无机非金属材料D．“奋斗者”号潜水器外壳材料为钛合金，钛合金耐高压、耐腐蚀9．目前用量最大，用途最广的合金是A．钢铁 B．塑料 C．铝合金 D．青铜10．创新成就梦想，实现中国梦。化学支持科技发展。下列说法不正确的是A．大飞机C919采用大量先进复合材料、铝锂合金等，铝锂合金属于金属材料B．中国自主研发的首个5G微基站射频芯片的主要材料是SiC．神舟12号飞船使用的氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料D．用聚丙烯制造的口罩帮助人类控制了新冠肺炎病毒传播，废弃口罩可埋入地下自行降解11．化学与生产、生活、科技密切相关，下列叙述正确的是A．用盐酸除去铜器表面的铜绿是利用了的还原性B．维生素和细铁粉均可作食品脱氧剂C．纯碱常用于治疗胃酸过多和作食品膨化剂D．氮化硼陶瓷基复合材料属于新型有机高分子材料12．下列物品的制作材料不属于合金的是A．硬币B．青铜器C．不锈钢碗D．金刚石A．A B．B C．C D．D13．贵州省博物馆中陈列着如图这件名为“战国兽面纹铜戈”的青铜器，通长23厘米，内长8.5厘米，阑宽9.3厘米，做工精美。以下关于合金的说法不正确的是A．青铜是我国最早使用的合金 B．合金中可以含有碳等非金属C．合金的熔点比各组成成分低 D．铝合金可以耐强酸强碱腐蚀14．下列说法正确的是A．金属钠着火，可以用干粉灭火器灭火B．铁主要以价和价化合物的形态存在于矿石之中，游离态的铁单质存在于陨铁中C．铝制餐具可以用来长时间存放酸性或碱性食物D．储氢合金指的是能够用物理吸附的方法吸收氢气的合金，如镧镍合金等15．下列说法不正确的是A．碘在水中的溶解度很小，但易溶于酒精、四氯化碳等有机溶剂B．溴单质具有氧化性，能将碘化钾溶液中的碘置换出来C．钠和钾的合金在常温下是固体，可用于快中子反应堆作热交换剂D．次氯酸钙是漂白粉的有效成分16．材料是人类赖以生存与发展的重要物质基础。(1)生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需用到的共同原料是(写名称)。用于汽车或火车车窗的玻璃是玻璃。(2)人类最早使用的合金是。(3)近年来，人们又设计出许多新型合金，如：、钛合金、耐热合金、形状记忆合金等。(4)三大合成材料是、、。(5)在复合材料中，