专题 2.1 金属材料（解析版）

第2章物质转化与材料利用2.1金属材料目录 1 4 5 6【基础巩固练】 6【发散思维练】 9【核心素养练】 10【中考提分练】 121．金属(1)金属的物理性质金属都有特殊的__________。大多数金属的颜色为__________或________，但金呈__________，铜为__________。除__________(俗称水银)外，所有金属在室温下都是固体。金属具有良好的导电性、________性和________性。下面是一些常见的金属和非金属的样品。(2)常见金属的物理性质和用途金属的物理性质决定其用途，用途也能体现出其物理性质。金属名称主要物理性质用途举例金质地软，延展性好，有金属光泽制作首饰铁良好的延展性，有导热性、导电性，熔点高用于制作铁锅、菜刀、机械制品铜导电性良好作电线钨熔点高作灯丝铝传热性、导电性良好，熔点高，韧性好用于制作电线、铝锅、铝箔包装银银白色，质地软，导电性、延展性好，有金属光泽作装饰品及高档设备的导线钛耐腐蚀、质轻作眼镜框、制造飞船等金属的物理性质决定了其用途，但不是唯一的决定因素，如金属的价格等也影响金属的用途。【探究1】如何分辨一种物质是金属还是非金属？方法一：放在光照处，根据颜色可分辨，具有特殊金属光泽的是金属，反之是非金属。方法二：用硬物撞击单质，根据可锻性来分辨，可锻的是金属，撞击后碎裂的是非金属。方法三：一定条件下用力拉单质，可根据延展性来分辨，伸长的是金属，发生折断的是非金属。等等。【探究2】银是最佳的导热体，为什么银不宜用来制造煮食器皿？为什么装食品的罐头一般用镀锡的铁制造，而不用纯锡制造？金属的物理性质和用途之间是什么关系？用银制造煮食器皿，易发生重金属中毒，且价格较贵，并会和空气中的H2S反应生成黑色的Ag2S等；因为锡的熔点低，而且硬度小，较软，易变形，能用小刀切削，且锡的价格比铁贵，而机械强度比铁差，所以不用纯锡制造。2．非金属(1)大多数非金属__________，__________。在常温下，大多数非金属元素所组成的单质是________，也有一些是________，溴是唯一的在常温下呈______的非金属单质。固体非金属较脆，用锤子敲击时，它们中的大多数很容易________，甚至变成________。(2)非金属的主要性质和用途非金属单质大多不具有__________、不具有可锻性；有多种颜色；密度小、熔点低；导电性和导热性一般较差。【注意】石墨是碳元素的单质，具有良好的导电性和导热性。3.常见的金属材料(1)金属材料的种类金属材料包括纯金属和合金两大类。金属有铁、铅、铜、银等，如24K金、体温计中的汞都是纯金属；合金有铁合金、铜合金(合青铜、黄铜、白铜)、铝合金和钛合金等。(2)合金合金是指把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。大多数金属材料实际上都是合金。因此合金属于混合物。合金往往比纯金属具有更好的性能。钢是由碳和铁等元素形成的一种合金，质地坚硬，有弹性和延展性，机械性能好，是最常见、应用较广泛的一种合金材料。②生铁和钢生铁钢含碳量2%~4.3%0.03%~2%其他杂质Si、Mn、S、PSi、Mn、Cd、Ni机械性能硬而脆，无韧性硬而韧，有弹性，机械性能好机械加工可铸、不可煅，主要用于炼钢、制作化工机械及铸件等可铸、可煅、可压延等【注意】纯铁质软，生铁和钢比纯铁硬度大。生铁和钢的性能不同是因为含碳量不同，钢的性能优于生铁，不锈钢是钢的一种，抗腐蚀性好，常用于制医疗器械、炊具、反应釜等。4.金属的污染和回收利用（1）重金属污染是指________________________造成的环境污染，主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。重金属污染主要来源于________________，其次是________________和______________________。（2）金属污染引发的问题有：①浪费资源和能源；②破坏，有毒的重金属离子会污染土壤，污染水源，危害生态环境。③重金属会在生态系统的里流动(生物等级越高，重金属含量也越高)，造成；等等。（3）解决污染问题的方法：①分类回收有用的；②对工业废水进行重金属除污处理；③对工业废渣中的重金属实行；④用代替含铅汽油；⑤养成良好的习惯，不随意丢弃废旧电池和废旧金属；等等。（4）基本上所有金属都可循环再生，而普遍回收的金属包括：___________________________________________________等。【提示】1(1)泽银白色灰色金黄色紫红色汞导热延展2(1)没有光泽外表暗淡气体固体液态碎裂粉末(2)延展性4.（1）由重金属或其化合物工业污染交通污染生活垃圾污染（2）土壤结构食物链生物污染（3）重金属循环再生无铅汽油（4）铝、铅、铁、铜、锡、锌、银和金1.金属与非金属物理性质的比较物理性质金属非金属状态在常温下，除汞是液体外，其余都是固体在常温下，有些是气体，个别是液体，有些是固体密度差异较大，在0.54g·cm-3(锂)至19.3g·cm-3(金)之间差异很大，气体密度很小，如氢气是最轻的气体，碲的密度为6.25g/cm3，是非金属中最大的光泽大多数有银白色金属光泽，少数有特殊颜色(如金呈黄色，铜呈紫红色)大多数固体为灰黑色(磷为白色或暗红色)；少数气体有颜色(如氯气为黄绿色)，很多气体为无色导电、导热性具有良好的导电、导热能力除石墨易导电，硅、硒是半导体外，其他的不导电延展性一般具有良好的延展性一般没有延展性2.金属材料物理性质的判断方法(1)刻画法比较金属的硬度用合金在组分金属上刻画，组分金属留有痕迹，说明合金的硬度大于组分金属的硬度。如黄铜在纯铜片上的划痕证明黄铜比纯铜的硬度大。(2)加热法比较金属的熔点高低同时加热合金及组分金属，合金先熔化，证明合金比组分金属熔点低。如焊锡、锡和铅放在同一铁片上，同时加热，焊锡先熔化，而后是锡，最后是铅。(3)列表法比较金属与非金属的物理性质。金属非金属常温下，除汞是液体外，其余是固体常温下，除溴是液体，氢气、氨气、氧气、氟气、氯气、稀有气体等是气体外，其余的是固体一般密度较大一般密度较小有金属光泽大多数没有金属光泽大多数是热和电的良导体大多数不是导体大多数具有延展性大多数不具有延展性3.常见合金(1)几种常见合金的主要成分、性能和用途合金主要成分主要性能主要用途球墨铸铁铁、碳、硅、锰机械强度好在某些场合可代替钢锰钢铁、锰、碳韧性好、硬度大钢轨、挖掘机铲斗、坦克装甲、自行车架不锈钢铁、铬、镍抗腐蚀性好医疗器械、炊具、容器、反应釜黄铜铜、锌强度高、可塑性好、易加工、耐腐蚀机器零件、仪表、日用品青铜铜、锡强度高、可塑性好、耐磨、耐腐蚀机器零件如轴承、齿轮等白铜铜、镍光泽好、耐磨、耐腐蚀、易加工钱币、代替银做饰品焊锡锡、铅熔点低焊接金属硬铝铝、铜、镁、硅强度和硬度好火箭、飞机、轮船等18K黄金金、银、铜光泽好、耐磨、易加工金饰品、钱币、电子元件18K白金金、铜、镍、锌光泽好、耐磨、易加工金饰品(2)钛和钛合金钛和钛合金被认为是21世纪的重要金属材料。①性质及性能：银白色、熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好、抗腐蚀性强等。②主要用途：广泛应用于火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等。钛合金与人体具有很好的“相容性”，可用来制造人造骨等。【常考1】金属及金属材料的性质与用途；学会分辨金属、非金属、金属材料。【例1】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)地壳中含量最高的金属元素是___________。(2)根据下图金属应用实例推断，金属具有的物理性质有______________________。(3)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，纯铁抗腐蚀性能不如不锈钢由上表推断，与组成合金的纯金属相比，合金的优点一般有___________(填序号)。①强度更低②硬度更大③熔点更高④抗腐蚀性更好【答案】(1)Al(或铝)(2)导电性、延展性、导热性(3)②④【解析】（1）地壳中含量最高的金属元素是铝；（2）金属可以制作电线说明金属具有良好的导电性；可以拉成丝说明金属具有良好的延展性；可以制作炊具说明金属具有良好的导热性；（3）从表中比较可得出合金的熔点比其组成成分的熔点要低，硬度、强度和耐腐蚀性等要强于其组分金属。【常考2】知道废旧金属对环境的污染和怎样回收利用金属，培养保护环境的意识。【例2】“绿箱子环保计划——废弃手机及配件回收联合行动”已在全国40个重点城市中开展了几年。下列有关废弃手机中的金属材料及配件回收利用的说法中不正确的是（）A.回收废弃手机中的金属材料没有任何价值B.“绿箱子”上的“”是回收标志C.可以节约冶炼相关金属所消耗的能源D.回收废电池不仅可以节约金属资源，而且可以减少环境污染，有利于人类健康【答案】A【解析】A、回收废弃手机中的金属材料可以节约金属资源，错误。B、“绿箱子”上的“”是回收标志，正确。C、回收废弃手机中的金属材料，可以节约冶炼相关金属所消耗的能源，正确。D、回收废电池主要是为了利用废电池外壳的金属材料，不仅可以节约金属资源，而且可以减少环境污染，有利于人类健康，正确。【基础巩固练】1.金属材料在生产，生活中使用广泛。下列金属的用途利用了金属导电性的是（）A.铜制电线B.铁制铁锅C.金制项链D.铝制饮料罐【答案】A【解析】铜制导线，是利用了铜的导电性；铁制铁锅，是利用了铁的导热性；金制项链，是利用金的化学性质稳定且有金属光泽的性质；铝制饮料罐，是利用了铝的延展性。2.(2019•桂林)《吕氏春秋》记载“金(即铜单质)柔锡(即锡单质)柔，合两柔则刚(即坚硬)”。这句话说明合金具有的特性是（）A.合金的熔点一般比其组分低B.合金的硬度一般比其组分大C.合金的抗腐蚀性一般比其组分强D.合金的耐磨性一般比其组分好【答案】B【解析】合金与其组分相比：硬度大、熔点低、抗腐蚀性增强，这里指的是硬度大。3.最新科技成果“泡沫铝”是轻质多孔泡沫铝合金的简称，它除了具有隔音、隔热等优良性能外，同时还具有金属铝固有的防潮、耐腐蚀等性能。你认为该材料具有耐腐蚀性质的原因是（）A.铝的金属活动性比较差B.金属铝易与氧气发生反应产生致密的氧化膜C.泡沫铝的多孔结构D.铝的表面有泡沫成分使铝与外界隔绝【答案】B【解析】金属铝具有抗腐蚀性质是因为金属铝易与氧气发生反应，生成一层致密的氧化膜，阻止反应进一步进行，而多孔只是泡沫铝隔音、隔热的原因。4.钛和钛的合金被认为是21世纪的重要材料，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，钛合金与人体有很好的“相容性”。根据它们的主要性能，下列用途不切合实际的是（）A.用来作保险丝B.用于制造航天飞机C.用来制造人造骨D.用于制造船舶【答案】A【解析】保险丝应选择电阻率大、熔点低的材料。5.下列关于保护金属资源的说法不正确的是（）A．废旧易拉罐无回收的意义B．合理有效地开采矿物C．采用多种方法防止金属锈蚀D．回收废旧金属可减少重金属对环境的污染【答案】A【解析】回收利用废旧易拉罐可以节约金属资源，故A不正确。【方法归纳】要熟练记忆保护金属资源的几条有效途径，即：防止金属锈蚀、回收利用废旧金属、合理有效地开采矿物、寻找金属的代用品等。6.“轻轨列车”是近年来又一新兴的交通工具，具有无污染的优点。当轻轨列车开动时，在轻轨列车跟架空电线的接触点上，由于高速摩擦会产生高温，因此接触点上的材料应具有耐高温、不易氧化、能导电的性质。你认为选用该接触点上的材料，较为合适的物质是（）A.金刚石B.石墨C.铝D.铁【答案】B【解析】接触点上的材料应具有耐高温、不易氧化、能导电的性质；A、金刚石不导电，错误；B、石墨具有耐高温、不易氧化、能导电的性质，正确；C、铝易氧化，错误；D、铁易氧化，错误。7.铬广泛应用于电镀、颜料等多种化工生产中，但生产过程中排放出的铬渣中含有铬酸钙等致癌物，会持久损害地下水和农田。因此，我国采取了一系列措施控制铬污染。下列措施不利于控制铬污染的是（）A.严格限制有毒铬的使用B.禁止使用有毒铬的工艺C.将有毒铬渣深埋地底D.清理被铬渣污染的水土【答案】C【解析】A、严格限制有毒铬的使用可以控制铬污染，故A正确；B、禁止使用有毒铬的工艺可以控制铬污染，故B正确；C、将有毒铬渣深埋地底，污染土壤和水资源，不利用控制铬污染，故C错误；D、清理被铬渣污染的水土可以控制铬污染，故D正确。8.(2020•台州测试)人类的生产和生活离不开金属材料。(1)铝、铁、铜是我们生产和生活中使用比较广泛的金属。下列生活用品中，利用金属导热性的是___________(填字母)。A.不锈钢锅B.铜导线C.铝箔(2)铜容易生锈，铜锈的主要成分是碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO2]，是铜与空气中的氧气、水和__________共同作用的结果。(3)合金是由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。一般来说，合金的熔点低于任何一种成分金属的熔点。下表是一些金属的熔点数据。金属铜锌锡铅铋镉熔点/℃1083419.6231.9327.51271.3320.9①铅锡合金中某种金属的质量分数与合金的熔点有如图所示的关系，其中横坐标表示的是__________的质量分数；当合金熔点最低时，合金中铅与锡的质量比为__________。②保险丝由铋、铅、锡、镉制成，其熔点约为__________。A.15~30℃B.60~80℃C.235~250℃D.300~320℃【答案】(1)A(2)二氧化碳(3)①锡2∶3②B【解析】(1)钢的主要成分是铁，利用铁的传热性可以制成锅。将铜作导线，主要是利用了其导电性。利用金属的延展性，将铝制成铝箔。(2)由质量守恒定律化学反应前后元素种类不变可知，碱式碳酸铜中含有碳元素，所以铜生锈时一定有含有碳元素的物质参加。由于空气中含碳的物质是二氧化碳，所以铜生锈是铜与氧气、水、二氧化碳共同作用的结果。(3)①横坐标质量分数为零时熔点要比质量分数为100%时熔点高，因为铅的熔点比锡的熔点高，所以横坐标表示锡的质量分数；合金熔点最低时锡占60%，所以铅占40%，合金中铅与锡的质量比为40%：60%=2.3；②合金的熔点比它的组成成分熔点要低，铋、铅、锡、镉这四种物质熔点最低的是231.9℃，所以要选择熔点比231.9℃低，且不能很低，必须要高于室温，故选B。【发散思维练】9.(2020•金华金东区测试)飞机的制造材料主要是铝合金。一架普通的飞机，差不多要用50万个铝合金做的铆钉，飞机的外壳、机翼、机尾、螺旋桨、引擎的许多部件也是用铝合金制成的。对此，下列叙述错误的是（）A.铝合金导电性较差，使飞机不容易被闪电击中B.铝的密度比较小，大量使用铝材能减小飞机质量，有利于飞行C.铝的表面容易形成致密的氧化物保护膜，不容易生锈D.飞机材料采用铝合金而不用纯铝的主要原因是纯铝比较软而铝合金比较硬【答案】A【解析】铝合金导电性较好，A错误；铝的密度比较小，大量使用铝材能减小飞机质量，有利于飞行，B正确；铝的表面容易形成致密的氧化物保护膜，不容易生锈，C正确；铝合金的硬度较大，可以做飞机材料，而纯铝比较软，不适合做飞机材料，D正确。10.我国科学家率先用铝合金和石墨烯按一定比例混合制成“烯合金”，该材料有望生产出“一分钟充满电的电池”。下列关于“烯合金”的说法中不正确的是（）A.常温下稳定B.是一种纯净物C.具有导电性D.含碳元素和铝元素【答案】B【解析】A、烯合金中有石墨烯，石墨烯是碳的单质，常温下性质稳定，故A正确；B、烯合金是一种混合物，故B错误；C、石墨烯与铝合金，研制出一种具备特殊性能的烯合金，依然具有金属的性质，所以具有优良的导电性，故C正确；D、铝合金和石墨烯（一种碳单质）按一定比例混合制成“烯合金”，所以烯合金中一定含有碳元素和铝元素，故D正确。11.放在手心里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。下列有关家的用途叙述错误的是（）A.镓的熔点高B.镓的化学性质与铝类似C.家能够与盐酸反应生成气体D.镓可与多种金属形成合金【答案】A【解析】A．由信息可知，稀有金属镓放在手心里就能熔化，则镓的熔点低，故A错误；B．镓能溶于强酸和强碱，则与Al性质相似，故B正确；C．镓与Al性质相似，与盐酸反应生成氢气，故C正确；D．镓与其它金属融合可改善合金性能，则可形成合金，故D正确。12.如图所示是医院常用的药瓶和注射器，请你据图回答：(1)含有金属材料的是___________(写一种即可，下同)，属于有机合成材料的是___________。(2)注射器洗净后可以用于家庭小实验，可以代替仪器___________使用。(3)钢针一般用不锈钢制造，主要是由于其不容易生锈，请你写出生活中防止铁制品生锈的方法：___________(写一条即可)。【答案】(1)钢针塑料(2)量筒(或胶头滴管等)(3)保持铁制品表面的洁净和干燥等【解析】生活中用注射器可以控制液体的滴加速率并且注射器上有刻度，所以注射器可以代替胶头滴管、分液漏斗、量筒等。13.如图标出的是有关灯泡组成的物质，请根据右图回答下列问题。(1)所标物质中属于金属单质的是__________(填化学式)，属于混合物的是__________(填名称，下同)，能与稀盐酸反应的物质是__________。(2)氮气可用于灯泡填充气，是因为______________________________；钨丝可用作灯泡的灯丝，是因为____________________。(3)铜粉中如果混有铝粉，可以用__________除去铝粉。【答案】(1)Cu(或Al或W)玻璃(或焊锡)铝(或焊锡)(2)氮气化学性质稳定钨的熔点高(3)稀盐酸(或稀硫酸等)【解析】（1）灯泡中铝、铜丝、钨丝都是金属单质，属于金属材料；焊锡是合金，属于混合物，在金属活动性顺序表中，铝位于氢前面的金属能与稀盐酸、稀硫酸反应；（2）氮气是一种化学性质不活泼的气体，常用作保护气，氮气可用于灯泡填充气；钨丝可用于灯泡的灯丝，是因为钨的熔点高．（3）根据金属活动性，铝位于氢的前面能与稀盐酸、稀硫酸反应，铜位于氢的后面，不能与稀盐酸、稀硫酸反应，所以，铜粉中如果混有铝粉可以用稀盐酸方法除去铝粉．【核心素养练】14.(科学态度与社会责任)随着我国的发展，金属在生活生产中应用越来越广泛，请回答以下问题：(1)家用电线常用铜制，但在高压远距离输电中，常用铝代替铜，请根据下图的信息分析，其原因是______________________________。铜铝密度(g/cm3)8.922.70地壳中含量(质量分数)0.0077.73导电性(以银的导电性100作为标准)(2)利用“活泼金属”可以制得H2，H2可用作汽车能源。若推广应用于汽车产业，则需综合考虑的因素有__________(填字母)。A.金属原料的成本B.生成过程中的能耗和污染C.金属的回收利用(3)钛和钛合金是21世纪的重要的金属材料。2019年1月，“嫦娥四号”和“玉兔二号”互拍成像，实现了探月工程五战五捷。①航天器的天线用钛合金制成。钛合金与金属钛相比，__________的硬度更大。工业上通常是在高温下用四氯化钛(TiCl4)与金属镁发生置换反应获得，该反应的化学方程式为____________________。②航天器上的太阳能电池是将太阳能直接转化为__________能的装置。大自然利用太阳能最成功的范例是__________(填字母)。A.火山爆发B.温室效应C.光合作用【答案】(1)铝的密度比铜小，地壳中含量比铜高(2)ABC(3)①钛合金TiCl4+2MgEQ\*jc0\*hps18\o(\s\up9(高温),===)2MgCl2+Ti②电C【解析】(1)家用电线常用铜制，但在高压远距离输电中，常用铝代替铜，根据图的信息分析，其原因是铝的密度比铜小，地壳中含量比铜高。(2)利用“活泼金属”可以制得H2，H，可用作汽车能源。若推广应用于汽车产业，则需综合考虑的因素有金属原料价格是否便宜、生成过程中的能耗和污染是否大、金属是否便于回收和利用等，故选ABC。(3)①钛合金与金属钛相比，钛合金的硬度更大。工业上通常是在高温下用四氯化钛(TiCl)与金属镁发生置换反应获得，该反应的化学方程式为TiCl4+2MgEQ\*jc0\*hps18\o(\s\up9(高温),===)2MgCl2+Ti。②航天器上的太阳能电池是将太阳能直接转化为电能的装置。光合作用是大自然利用太阳能最成功的范例。15.(变化观念与平衡思想)梅花5角硬币材料为黄铜，金黄色，圆形，边缘有间断丝齿。正面图案以梅花为主，图案右上方印有“5角”及其汉语拼音字样，背面图案以中华人民共和国国徽为主景，国徽上方印有汉语拼音国名，国徽下方印有国名和铸造年号。外缘内有圆点组成的圆圈，使币面显得更美观，