高一化学人教版必修一讲义：第3章 金属及其化合物 第3节 含解析

高中化学必修课程PAGE13-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)100997461177.9密度(g·cm－3)10.58.9219.32.77.8611.319.355.75～7.28熔点(℃)9621083106466015353410232硬度(以金刚石的硬度为10作标准)2.5～42.5～32.5～32～2.94～51.5(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)A4180.10675.3711.76B9230.243153.6624.3C9330.215221.9123.6D15500.436146.511.6答案D4.(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)①C②A③E④D⑤B(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FeOFe3O4(3)Al2O3＋2NaOH=2NaAlO2＋H2O(4)铜氧化铜2Cu＋O2=2CuOCu2(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Al40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C2.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B3.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.①②③ B.③④⑤C.①⑤⑥ D.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B6.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25003.007.42.3耐腐蚀铁15357.864.517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、Zn B.Al、Cu、Mg、SiC.Al、Fe、C、Cu D.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)AlH2Fe(OH)3(2)Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)(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↑eq\f(5,8)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×eq\f(80,64)＝eq\f(5,8)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__________________________________________