2.1 金属材料（解析版）

2.1金属材料【知识网络】【知识掌握】1、金属：在元素周期表中，除汞外，元素的中文各名称都带有金字旁。2、金属用途：生活用品，房屋建筑，交通工具，农业生产。3、金属物理性质：有光泽、比较硬，有延展性、有导电性。4、金属与非金属的主要性质差异金属 非金属有金属颜色有多种颜色有延展性 不具延展性有可锻性不具可锻性硬度大 硬度不一致有良好的导电性不导电有良好的导热性不导热密度大密度小熔点高熔点低5.合金：两种或两种以上的金属（也可以是金属盒非金属）熔合在一起具有金属特性的物质。合金具有金属特性，其性能比纯金属更好，硬度更大。钢是最常见、应用较广的一种合金，由Fe和C形成的合金金属锈蚀的条件：空气和水分金属防锈措施：保护膜法：油漆、涂油、电镀、烤蓝等改变金属内部结构：不锈钢金属的污染与除污危害：浪费资源和能源破坏土壤结构有毒金属离子污染土壤、水源、生态环境重金属会在生态系统的食物链里流动，造成生物污染措施：分类回收有用垃圾对工业废水进行金属除污处理，达标排放对工业废渣中的金属实行循环再生用无铅汽油代替含铅汽油，用无P洗衣粉代替有P洗衣粉不随意丢弃废旧电池和废旧金属【例题精析】例1．一般地说，金属越活泼，冶炼越困难，人类使用该金属的时间就越迟。如图为铁、铜、钠、锌四种金属的最早冶炼历史年代，则甲代表的金属是（）A．铁 B．铜 C．钠 D．锌【解答】解：金属的利用与金属的活动性强弱和金属冶炼的难易程度有关，四种金属的活动性强弱依次为铜、铁、锌、钠，由此判断人类历史上大量使用铁、铜、钠、锌四种金属的时间先后顺序是铜、铁、锌、钠，所以最早使用的是铜。故选：B。例2．机器人和人下象棋时，取放棋子只需用一根“手指”接触棋子表面即可（如图），其奥秘是“手指”内部有电磁铁。下列材料中，能用于制作棋子的是（）A．铝 B．铁 C．铜 D．银【解答】解：ACD、铝、铜、银都不能被电磁铁吸引，不能用于制作象棋棋子，故ACD不符合题意。B、铁被电磁铁吸引，能用于制作象棋棋子，故B符合题意。故选：B。例3．金属、金属材料的性质在很大程度上决定了它们的用途。下列说法中正确的是（）A．银具有良好的导电性，常用于制电线 B．不锈钢硬度大，是一种常用的建筑材料 C．铝合金的密度比较小，强度较大，常用于制造飞机的材料 D．钛表面易形成致密的氧化物保护膜，可以抵抗海水腐蚀，常用于制作潜艇的材料【解答】解：A、银具有良好的导电性，但价格太高，不能用于制电线，故选项说法错误。B、不锈钢具有优良的抗腐蚀性，可用于医疗器械、炊具等，不是常用的建筑材料，故选项说法错误。C、铝合金的密度比较小，强度较大，常用于制造飞机的材料，故选项说法正确。D、钛具有优良的抗腐蚀性，可以抵抗海水腐蚀，常用于制作潜艇的材料，而不是表面易形成致密的氧化物保护膜，故选项说法错误。故选：C。例4．世界卫生组织把铝确定为食品污染源之一．铝的下列应用必须加以控制的是（）A．用铝合金制门窗 B．用铝合金飞机材料 C．作金属铝制装碳酸饮料的易拉罐 D．作金属铝制铝制电线【解答】解：A、用铝制铝合金门窗不是应用于食品工业，不需要控制；B、用铝合金制飞机材料不是应用于食品工业，不需要控制；C、用铝制装碳酸饮料的易拉罐是应用于食品工业，需要控制；D、用金属铝制电缆不是应用于食品工业，不需要控制；故选：C。例5．有一种在古籍里称为鋈的银白色铜合金，是古代云南、四川地区的特产，其主要成分是铜、锌、镍等金属单质。炼制时需要黑铜矿（主要成分是CuO）、硫化镍矿（主要成分是Ni2S3）等多种矿物。下列有关说法不正确的是（）A．鋈属于金属材料 B．铜合金比单质铜更加坚硬 C．合金一定都是混合物 D．黑铜矿是一种铜合金【解答】解：A、金属材料包括纯金属以及它们的合金，鋈是银白色铜合金，属于金属材料，故选项说法正确。B、合金的硬度比组成它的纯金属的硬度大，铜合金比单质铜更加坚硬，故选项说法正确。C、合金是指在一种金属中加热熔合其它金属或非金属而形成的具有金属特性的物质，合金一定都是混合物，故选项说法正确。D、黑铜矿主要成分是CuO，不符合合金的特征，不属于合金，故选项说法错误。故选：D。例6．金属铼（元素符号Re），是人类目前最后发现的天然元素，它在地球上含量稀缺，比钻石更难获取。在实际应用上，多采用含铼的合金，其中钨铼合金和钼铼合金用途最广，它们具有良好的塑性，可加工成片、线、棒，用于航天航空的高温结构件、弹性元件、电子元件等。（1）下列有关铼合金的说法中，正确的有AC。（填字母）A．它是金属材料B．它是一种化合物C．它是一种混合物（2）铼不溶于盐酸，能溶于硝酸生成高铼酸X，化学反应方程式为：3Re+7HNO3═3X+7NO+2H2O．则X的化学式为HReO4。【解答】解：（1）合金是一种金属材料，是由多种物质组成的混合物；故填：AC；（2）铼与硝酸反应的化学方程式为3Re+7HNO3＝3X+7NO+2H2O，反应前含有3个Re原子，7个N原子，7个H原子，21个O原子，反应后含有7个氮原子、4个H原子，9个O原子，故X的一个分子中含有1个Re原子，4个O原子，3个氢原子，故X的化学式为HReO4；故填：HReO4。例7．人们的日常生活离不开金属，高科技新材料的开发和应用也需要金属．（1）根据下图的金属应用实例推断，金属具有的物理性质有导电性、延展性、导热性．（2）日常使用的金属材料多数属于合金．下表列出了一些常见合金的主要成分和性能．合金合金的主要性能主要成分及纯金属的性能焊锡熔点183℃锡：熔点232℃；铅：熔点327℃．硬铝强度和硬度好铝、铜、镁等．硬度小，质软．不锈钢抗腐蚀性好铁、铬、镍等．纯铁抗锈蚀性能不如不锈钢．由上表可以推断，与组成合金的纯金属相比，合金的优点一般有（填序号）②④．①强度更低②硬度更高③熔点更高④抗腐蚀性能更好．【解答】解：（1）由图中可知，可以用作电线说明金属的导电性良好，可以用作金属丝说明金属具有良好的延展性，可以用作炊具说明金属的导热性良好，故金属具有的物理性质有导电性、延展性、导热性；（2）由上表推断，与组成合金的纯金属相比，合金的优点一般有强度好、熔点低、硬度更高、抗腐蚀性更好等，故填：②④．故答案为：（1）导电性、延展性、导热性；（2）②④．【巩固提高】1．金属材料在人类活动中已得到越来越广泛的应用．下列性质属于金属共性的是（）A．硬度很大，熔点很高 B．有良好的导电性、导热性 C．是银白色固体 D．易于盐酸反应产生氢气【解答】解：A．一些金属的硬度很小，熔点较低，如钠等，故错误；B．金属都有良好的导电性、传热性，故正确。C．一些金属的颜色不是银白色的，例如铜是红色的，故错误；D．铜不能和稀盐酸反应，故错误；故选：B。2．研究证明，某些金属具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和压力条件下，这些金属能够大量“吸收”氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来。这些会“吸收”氢气的金属，称为储氢合金。则下列说法中正确的是（）A．在存储过程中氢元素的化合价改变 B．氢气在储存过程中发生了物理变化 C．氢气在储存过程中部分内能转化为化学能 D．储氢合金是一种化合物【解答】解：A、氢气中氢元素化合价是零，金属能够大量“吸收”氢气，反应生成金属氢化物，金属氢化物中化合价不是零，故A正确；B、氢气在储存过程中与金属反应生成其他物质，是化学变化，故B错；C、金属能够大量“吸收”氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量，说明氢气在储存过程中部分内能转化为热能，故C错；D、储氢合金属于混合物，故D错。故选：A。3．为庆祝建军90周年，我国在内蒙古朱日举行了大阅兵。期间有多种新型战机接受检阅，特别是歼20战斗机的首次亮相备受瞩目。据悉，歼20战斗机的机身使用了钛合金等多种特殊材料。关于金属“钛”，下列说法错误的是（）A．钛合金是金属钛和其他金属（或非金属）经高温熔合而成的物质，是一种化合物 B．钛合金能承受剧烈的温差考验，可适应战斗机在不同温度大气层高速飞行 C．金属钛密度高于铝低于铁、铜等金属，可减少战斗机的自重 D．包括军事在内，金属钛在各领域中的应用越来越广泛，可能跃居为除铁和铝之外的“第三金属”【解答】解：A．合金是金属与金属或与非金属一起熔合而成的混合物，不是化合物，A说法错误；B．钛合金能承受剧烈的温差考验，可适应战斗机在不同温度大气层高速飞行，B说法正确；C．金属钛密度高于铝低于铁、铜等金属，可减少战斗机的自重，C说法正确；D．包括军事在内，金属钛在各领域中的应用越来越广泛，可能跃居为除铁和铝之外的“第三金属”，D说法正确。故选：A。4．制取合金常用的方法是将两种或多种金属（也可为金属和非金属）加热到某已温度，使其全部熔化，再冷却成合金。试根据下表数据判断（其他条件均满足），下列合金不宜采用上述方法制取的是（）金属NaMgAlCuFe熔点/℃97.564966010831535沸点/℃8831090246725672750A．Fe﹣Cu合金 B．Mg﹣Fe合金 C．Na﹣Al合金 D．Fe﹣Al合金【解答】解：制取合金常用的方法是将两种或多种金属（或非金属）加热到某一定温度，使其全部熔化，再冷却成为合金；说明两者可以同时处于熔化状态下，一种金属的熔点应低于另一种金属的沸点才能使两种金属熔合在一起。A、当熔点较高的铁开始熔化时，铜也处于液体状态，故能采用上述方法制取。B、铁的熔点（1535℃）比镁的沸点（1090℃）还高，当熔点较高的铁开始熔化时，镁已经处于气体状态，故不宜采用上述方法制取。C、当熔点较高的铝开始熔化时，钠也处于液体状态，故能采用上述方法制取。D、当熔点较高的铁开始熔化时，铝也处于液体状态，故能采用上述方法制取。故选：B。5．2018年10月20日，我国自主研制的水陆两栖大飞机“鲲龙”AG600在漳河水上机场完成水上首飞。宫是一艘会飞的船。为满足“既能在陆地上起降，又能在水面上起降”的特性，AG600飞机机身下部设计成“V”型高抗浪船型机身，可在水源与火场之间多次往返投水灭火一次最多可汲水12吨，可在距离树30米到5米高度进行投水，以下叙述中正确的是（）A．“鲲龙”在匀速升空过程中，其机械能守恒 B．“鲲龙”在水源与火场之间投水灭火主要利用了隔绝氧气来灭火 C．“鲲龙”机身某些部位采用钛合金，属于金属材料 D．“鲲龙”机机身下部设计成“V”型高抗浪船型机身，是为了美观【解答】解：A．“鲲龙”在匀速升空过程中，势能增大，所以其机械能增大，故错误；B．“鲲龙”在水源与火场之间投水灭火主要利用了水吸收热量使可燃物的温度低于其着火点来灭火，故错误；C．金属材料包括纯金属与合金，所以钛合金属于金属材料，故正确；D．“鲲龙”机机身下部设计成“V”型高抗浪船型机身，主要是为了减少阻力，故错误。故选：C。二．填空题（共4小题）6．“铁、锌、铜、镁、铝”是生活中常见的金属．请根据所学知识回答下列问题：（1）铝块能制成铝箔是利用了铝的延展性。（2）黄铜是铜锌合金，其硬度比纯铜大（填“大”或“小”）。【解答】解：（1）铝块能制成铝箔，利用了铝具有良好的延展性。（2）合金的硬度比组成它的纯金属的硬度大，黄铜是铜锌合金，其硬度比纯铜大。故答案为：（1）延展；（2）大。7．人类的生产和生活都离不开金属。（1）将蜡分别粘在金属匙和塑料匙的上端（如图所示），同时放入沸水中，粘在金属匙上的蜡熔化更快，是因为金属的导热性比塑料好。（2）赤铜矿的主要成分是Cu2O，辉铜矿的主要成分是Cu2S，将赤铜矿与辉铜矿混合加热可得铜，请将反应的化学方程式补充完整：2Cu2O+Cu2S高温¯6Cu+SO2【解答】解：（1）将蜡分别粘在金属匙和塑料匙的上端，同时放入沸水中，粘在金属匙上的蜡熔化更快，说明金属的导热性比塑料好。（2）由质量守恒定律：反应前后，原子种类、数目均不变，由反应的化学方程式，反应前铜、氧、硫原子个数分别为6、2、1，反应后的生成物中铜、氧、硫原子个数分别为4、0、0，根据反应前后原子种类、数目不变，则缺少2个氧原子和1个硫原子，则该物质的化学式为SO2。故答案为：（1）导热性；（2）SO2。8．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。物理性质物理性质比较导电性（以银为100）银铜金铝锌铁铅10099746127177.9密度（g/cm3）金铅银铜铁锌铝19.311.310.58.927.867.142.70熔点（℃）钨铁铜金银铝锡3410153510831064962660232硬度（以金刚石为10）铬铁银铜金铝铅94～52.5～32.5～32.5～32～2.91.5（1）为什么菜刀、锤子等通常用铁制而不用铅制？因为铁硬度比铅大，且铅有毒，故用铁而不用铅做菜刀、锤子。（2）银的导电性比铜好，为什么导线一般用铜制而不用银制？银和铜导电性相近，但银比铜贵得多，且电线用量大，所以用铜不用银。（3）为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？因为钨的熔点高，而锡的熔点太低，通电时锡就熔化了，所以用钨丝而不用锡丝做灯泡的灯丝。【解答】解：由生活经验和表格中的信息可知：（1）因为铁硬度比铅大，且铅有毒，所以菜刀、锤子等用铁制而不用铅制；（2）银和铜导电性相近，但银比铜贵得多，且电线用量大，所以电线一般用铜制而不用银制；（3）钨的熔点高，而锡的熔点太低，所以用钨丝而不用锡丝做灯泡的灯丝。如果用锡制的话，灯丝容易熔断而发生短路。故答案是：（1）因为铁硬度比铅大，且铅有毒，故用铁而不用铅做菜刀、锤子；（2）银和铜导电性相近，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，而锡的熔点太低，通电时锡就熔化了，所以用钨丝而不用锡丝做灯泡的灯丝。9．垃圾分类回收是保护环境、防止资源浪费的一项重要举措。镇海区街头垃圾桶如图所示，回答下列问题：（1）图中标示的物质中，属于金属材料的是铁制外筒（写出1种即可）。（2）塑料矿泉水瓶应放入可回收（填“可回收”或“不可回收”）筒中。（3）使用铝合金做内筒的优点是耐腐蚀（写出1点即可）。【解答】解：（1）金属单质及合金都属于金属材料，所以铁制外筒、铝合金外筒属于金属材料；（2）塑料是可以回收重新利用的，所以塑料矿泉水瓶应放入可回收筒中；（3）使用铝合金做内筒的优点是强度大、耐腐蚀、不易锈蚀；故答案为：（1）铁制外筒；（2）可回收；（3）耐腐蚀。三．解答题（共3小题）10．从杭州市锦绣中学到杭州东南中学路程大约为25公里。（1）小应的汽车使用无铅汽油，我国部分地区使用乙醇汽油。请写出乙醇（C2H5OH）在足量的氧气中完全燃烧生成CO2和H2O的化学方程式C2H5OH+3O2点燃¯2CO2+3H2O（2）如果小应坐地铁去杭州东南中学，地铁的铁轨通常是由锰钢制成的，锰钢属于B。A、合成材料B、金属材料C、复合材料D、无机非金属材料【解答】解：（1）乙醇（C2H5OH）在足量的氧气中完全燃烧生成CO2和H2O，反应的化学方程式为C2H5OH+3O2点燃¯2CO2+3H2O；故答案为：C2H5OH+3O2点燃¯2CO2+3H（2）锰钢是一种铁合金，属于金属材料；故答案为：B。11．壮丽70年，奋斗新时代，中国科技发展令世人瞩目。（1）高铁超长轨道利用“铝热反应”进行焊接的原理是Fe3O4和Al粉按比例混合，高温下生成Fe和另一种化合物，该反应的化学方程式是8Al+3Fe3O4高温¯9Fe+4Al2O3（2）我国自主研发制造的001A型航母使用了大量的钛合金，一般情况下与组成它的金属相比，合金具有的特性是硬度比组成它的纯金属的大，熔点比组成它的纯金属的低（写出2点）。【解答】解：（1）由题意，“铝热反应”进行焊接的原理是Fe3O4和Al粉按比例混合，高温下生成Fe和另一种化合物，由质量守恒定律，反应前后元素种类不变，另一种化合物是氧化铝，反应的化学方程式为8Al+3Fe3O4高温¯Fe+4Al2O3（2）一般情况下与组成它的成分金属相比，合金具有的特性是硬度比组成它的纯金属的大，熔点比组成它的纯金属的低。③将大火蔓延路线前的一片树木砍掉，利用的清除可燃物的灭火原理。故答案为：（1）8Al+3Fe3O4高温¯9Fe+4Al2O3（2）硬度比组成它的纯金属的大，熔点比组成它的纯金属的低。12．神舟十一号与天空二号的成功对接增强了国人的民族自信，推动了相关领域的研究。（1）合金材料的研发①合金的很多性能与组成它们的纯金属不同。图1能表示锡铅合金的是a（填序号“a”“b”或“c”）。生铁和钢是常见的铁合金，而钢的性能比生铁优越，其主要原因是含碳量不同。工程建设中常用到的钢材中会添加镍、铬等元素，其目的是增强铁的抗腐蚀性。②镁合金被誉为“21世纪绿色金属结构材料”。Mg17Al12是一种特殊的镁合金。该合金是一种储氢材料，完全吸氢后得到MgH2和Al，“储氢过程”属于化学（填“物理”或“化学”）变化。（2）合成材料的改良①碱式碳酸铝镁MgaAlb（OH）c（CO3）d•xH2O是一种新型塑料阻燃剂，其受热分解生成熔点较高的MgO和Al2O3，其阻燃原理是反应生成的MgO和Al2O3覆盖在可燃物表面，隔绝氧气。碱式碳酸铝镁中a