第三节 用途广泛的金属材料
第1课时
1.了解合金的概念及合金的性质。
2.了解常见合金(如碳素钢、合金钢及铜合金)的主要组成、机械性能和用途。
1.合金是两种或两种以上的金属（或金属跟非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。合金具有许多 性能，在许多方面 各成分金属。例如，合金的硬度一般比它的各成分金属的 ，多数合金的熔点一般比它的各成分金属的 。使用不同的 ，改变 ，变更 等，可以制得具有不同性能的合金。因此，合金在工业上具有比纯金属更广泛的用途。
2.我国最早使用的合金是 ，含 、 、 等元素，常见的铜合金还有 和 等。
3.钢是用量 、用途 的合金，分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢是 的合金，低碳钢含碳量 ， 好， 低；中碳钢含碳量 ， 高， 好；高碳钢含碳量 ， 。合金钢是在碳素钢中加入 等合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种不同的特殊性能。如钨钢、锰钢硬度很大，镍铬钢抗蚀性强，是不锈钢。
4.不同的材料，具有不同的性能和用途，使用时要根据 、 、 、 等进行选择。
1.下列物质中不属于合金的是（ ）
A.硬铝 B.黄铜 C.钢铁 D.水银
2.碳素钢的分类依据是（ ）
A.硬度 B.含碳量 C.用途 D.机械性能
3.你认为下列因素不属于金属能否成为应用广泛的材料的决定因素的是( )
A.该金属的储量 B.该金属的冶炼成本
C.该金属的颜色 D.是否易于加工
4.下列叙述正确的是( )
A.稀土元素是冶金工业的维生素
B.改变合金中某种成分元素的含量，合金的性能不会受到影响
C.所有合金的熔点比其成分金属要高
D.钢就是纯铁
5.利用铝合金做钥匙是利用铝合金的( )
A.熔点低 B.不易腐蚀 C.硬度大 D.密度大
一、常见合金的重要应用
【思考】常见金属材料有哪些种类？什么是合金？合金有哪些优良性能？
人类对金属认识的早晚与该金属的性质有什么关系？常见合金的种类有哪些？
1.铜合金
我国最早使用的合金是 ，根据组成成分可以将铜合金分为① ，主要含有 。② ，主要含有 。③ ，主要含有 。
例1 铜是生命必要的元素，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。在化学反应中，铜元素可表现为0、+1、+2。
（1）在西汉古籍中曾有记载：曾青得铁则化为铜［即：曾青（）跟铁反应生成铜］，试写出该反应的化学方程式： 。
（2）尽管铜比铁较为稳定，但铜器表面经常会生成铜锈[即：铜绿，化学式，其中生成铜绿的反应物除铜外还有、和O。试写出保护铜制品的方法：________________________________。
（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1 183.4 ℃，铁的熔点是1 534.8 ℃） 。
2.钢
(1)钢和铁有什么区别
(2)钢有哪些分类标准？
(3)完成下列表格:
钢 主要合金元素 特性 用途
碳素钢 低碳钢
中碳钢
高碳钢
合金钢 锰钢
不锈钢
硅钢
钨钢
例2 将一块铁铝合金放入足量的稀盐酸中，完全反应后，向溶液中加入过量的氢氧化钠溶液，然后过滤，将滤纸上的残渣充分灼烧，所得固体质量与原合金质量相同。该合金中铁和铝的质量之比为( )
A.1∶1 B.2∶1 C.7∶3 D.2∶3
二、正确选用金属材料
选择材料时，需考虑: 、 、 、 、 、 、 、 。
1.多数合金与组成成分相比较，合金的（ ）
A.熔点高，硬度小 B.密度大 C.机械强度差 D.熔点低，硬度大
2.在我国文明发展过程中，最早较广泛使用的金属是（ ）
A.铜 B.铁 C.铝 D.铅
3.2000年5月,保利集团在香港拍卖会上花费3 000多万港元购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜 铸的牛首、猴首和虎首。普通铜器时间稍久容易出现铜绿[主要成分]。这三件1760年铜铸的国宝在240年后看上去仍熠熠生辉不生锈，下列对其原因的分析，最有可能的是（ ）
A.它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金
B.环境污染严重，它们表面的铜绿被酸雨洗去
C.铜的金属活动性比H小，因此它们不易氧化
D.它们是含一定比例金、银、锡、锌的铜合金
4.蒙古牧民喜欢用银器盛放鲜牛奶。现代科学证明，用银器盛放牛奶，确有其科学道理，因为（ ）
A.溶入极微量的银离子，可以杀死牛奶中的细菌，防止牛奶变质
B.用银器盛放牛奶，可以补充人体所需的银元素
C.银易导热，牛奶凉得快
D.银的化学性质稳定，坚固耐用
5.铜片可以溶于溶液中，在这个反应里，铜是（ ）
A.还原剂 B.氧化剂
C.催化剂 D.既是氧化剂又是还原剂
6.通常废旧电池中含有对环境有害的金属，所以提倡使用绿色电池，绿色电池不可能含有的金属是（ ）
A.汞、镉、铅 B.锰、铜、锌
C.锂、镍、铜 D.镍、铜、锰
作业一
作业内容见课本第68页第1、2、3、5、7、10题。
作业二
作业内容见“课时练案”。
作业三
作业内容见“课时学案”中的“自主学习”和“自我检测”。
参考答案
［自主学习］答案
1.优良的物理、化学或机械 不同于 硬度大 低 原料 原料的配比 制造合金的工艺
2.青铜 铜 锡 铅 黄铜 白铜
3.最大 最广 铁和碳 低于0.3% 韧性、焊接性 强度 0.3%~0.6% 强度 韧性及加工性 高于0.6% 硬而脆，热处理后弹性好 铬、锰、钨、镍、钼、钴、硅
4.性能 价格 制造或安装成本 利弊
［自我检测］答案与解析
1.D 解析：水银的成分是汞，不是合金。
2.B 解析：根据含碳量的不同，钢分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
3.C 解析：合金材料被广泛应用的原因是金属的储量丰富、冶炼成本低、易于加工等特点，与金属的颜色没有关系。
4.A 解析：在合金中加入稀土金属，能够大大改善合金的性能，因而，稀土金属是“冶金工业的维生素”，A项正确。合金的性能之所以比其成分金属在许多方面要优良，基于合金中的元素种类有关，还与各元素的含量有关，最明显的就是碳素钢的性能因含碳量的不同而具有不同的性能和用途，B项错误。大多数合金的熔点比其成分金属的熔点要低，C项错误。D项明显错误。
5.C 解析：铝合金做钥匙，主要考虑铝合金硬度大，耐用。
［课内巩固练习］答案与解析
1.D 解析：合金的优点是比组成成分金属的熔点低，硬度大。
2.A 解析：因为铜的化学性质不活泼，熔点低，易于铸造，铜是最早广泛应用的金属。
3.D 解析;合金中加了别的金属成分，所以青铜抗腐蚀能力比较好。
4.AD 解析：银的化学性质稳定，一般不与其他物质反应，银离子氧化性很强，可以起杀菌作用。
5.A 解析：铜片可以溶于溶液中，发生的反应为+Cu，故铜作还原剂。
6.A 解析：汞、镉、铅是有毒的金属，会污染环境。绿色电池是指没有污染的电池，故不可能含有汞、镉、铅。第三节 用途广泛的金属材料
第1课时
基础巩固题
题组一 合金的成分和性能
1.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.广东正在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
2.碲锌镉(Te-Zn-Cd)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
3.将10 g铁碳合金放入氧气中高温灼烧，反应后的气体通入过量石灰水中得到沉淀1.4 g。则此铁碳合金是( )
A.生铁 B.高碳钢 C.中碳钢 D.低碳钢
4.合金相比于纯金属制成的金属材料的优点是( )
①合金的硬度一般比它的各成分金属的大 ②一般地，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，可以得到有不同性能的合金 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.①②③⑤ B.②③④ C.①②④ D.①②④⑤
5.合金有许多特点，如Na-K合金为液体，而Na和K的单质均为固体。据此，试推测：生铁、纯铁、碳三种物质中，熔点最低的是( )
A.纯铁 B.生铁 C.碳 D无法确定
6.一块质量为4 g的合金，与足量的盐酸反应完全后生成氢气0.2 g，则该合金可能是( )
A.铁镁合金 B.铁铜合金 C.铁锌合金 D.镁铝合金
7.汞合金是目前使用较多的补牙材料。英国《新科学家》杂志最近发表了一篇文章，对汞合金补牙材料的安全性提出了质疑。汞合金补牙材料中除水银外，还含锌、锡、铜等金属。下列有关汞合金的说法不正确的是( )
A.汞合金是一种具有金属特性的化合物，易导热导电
B.汞合金的强度和硬度比锡的大
C.汞合金的熔点比汞的低
D汞合金的毒性远低于汞的毒性
8.单质钛的机械强度高，抗腐蚀能力强，有“未来金属”之称。工业上常用硫酸分解钛铁矿)的方法来制取，再由制取金属钛，主要反应有：
O
O
O
+2CO
+2Mg+Ti
下列有关上述反应的叙述错误的是( )
A.反应(1)是非氧化还原反应
B.反应(2)是水解反应
C.反应(4)中是氧化剂
D.反应(5)表现了金属镁还原性比金属钛强
题组二 合金的应用
9.Mg、Zn、Al、Fe四种金属单质分别与足量的稀硫酸作用放出的物质的量如图3-3-1所示，y轴表示的物质的量，则①②③④所表示的金属分别是( )
A.Al、Mg、Fe、Zn
B.Fe、Zn、Mg、Al
C.Mg、Al、Zn、Fe
D.Zn、Fe、Mg、Al
10.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a g，称量时应该使用的主要仪器的名称是____________________________________。
(2)将样品溶解于足量的稀盐酸中，过滤。滤液中主要含有 ，滤渣中含有 ，溶解、过滤用到的玻璃仪器是________________________________。
(3)滤液中加过量氢氧化钠溶液、过滤，有关的离子方程式是________________________________。
(4)向步骤(3)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________________________________。
(5)步骤(4)过滤后的滤渣用蒸馏水洗涤数次，烘干并灼烧至恒重，冷却后称重，其质量为b g，有关的化学方程式是________________________________，原样品中铝的质量分数是 。
(6)若步骤(3)中加入氢氧化钠的量不足，则实验结果 (填“偏高”“偏低”或“不影响”，下同)；若步骤(5)中滤渣没有洗涤，则实验结果 ；若滤渣灼烧不充分，则实验结果 。
11.将一定质量的Mg-Al合金投入100 mL一定物质的量浓度的某HCl溶液中，充分反应。向反应后的溶液中逐滴加入一定物质的量浓度的NaOH溶液，生成沉淀的质量与所加NaOH溶液的体积关系如图3-3-2所示。回答下列问题。
(1)原Mg-Al合金的质量是 ，合金中Mg与Al的物质的量之比是 ；
(2)原HCl溶液的物质的量浓度是 ；
(3)所加NaOH溶液的物质的量浓度是 。
能力拔高题
12.为测定某铁铝合金中铝的质量分数，某校研究性学习小组设计了如下实验操作过程：称取该合金1.0 g，放入烧杯中加足量盐酸，盖上表面皿，使其充分反应；反应停止，经冷却后向其中加入过量NaOH溶液，充分静置后过滤，对滤出的沉淀经洗涤、在空气中加热灼烧至恒重，得到固体物1.2 g。试思考：
(1)实验中以表面皿盖烧杯的原因是什么？____________________________________________________。
(2)加入过量NaOH溶液的作用是什么？ ___________________________________________________。
(3)加入NaOH溶液后充分静置的作用是什么？________________________________。
(4)请你帮助他们计算合金中铝的质量分数。________________________________。
(5)想一想，还可用什么方法来测定Al的质量分数？________________________________。
13.在标准状况下进行甲、乙、丙三次实验，各取30 mL同浓度的盐酸溶液，加入不同质量的同一种镁铝合金粉末，产生气体，有关数据记录如下：
实验序号 合金质量/mg 生成气体/mL
甲 255 280
乙 385 336
丙 459 336
依据表中的数据计算：
(1)盐酸的物质的量浓度为 。
(2)合金中，镁与铝物质的量之比为 。
(3)在丙实验后，向容器中加入一定量1 mol/L的NaOH溶液，合金中铝粉恰好完全溶解，则NaOH溶液的体积为 。
参考答案
1.D 解析：A项，不锈钢都含有C等非金属元素；流通硬币材质是合金，明代还没有铝制品，B、C两项错；一般来说，合金熔点比成分金属低，硬度、强度比成分金属大，D项正确。
2.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；合金具有比成分金属低的熔、沸点，高的硬度和强度。
3.B 解析：沉淀为，1.4 g为 mol。根据碳原子守恒，合金中C也为 mol。w(C)＝×100%＝1.68%，所以为高碳钢。
4.A 解析：合金有比成分金属的硬度大、熔点低、应用广泛等优良性能，并且有些合金因原料的配比不同，性能不同，如铁合金因含碳量不同分为低碳钢、中碳钢、高碳钢等，①②③正确；合金的电阻率比纯金属要大，④错误；合金由于性能好而应用更广泛，⑤正确。
5.B 解析：一般来说，合金的性质并不是各成分金属(或非金属)性质的“平均值”。合金的性能在许多方面优于各成分金属(或非金属)。例如，合金的硬度一般比它的各成分金属的大，多数合金的熔点一般比它的各成分金属的低。生铁是铁碳合金，其熔点要低于纯铁和碳。
6.A 解析：设金属反应后的化合价为+2，则可得金属的平均摩尔质量为40 g/mol，所以满足此条件的只有A。
7.C 解析：汞常温下为液体，该合金材料能用于补牙，说明它在常温下为固体，故C项错。
8.C 解析：(1)中各元素无化合价变化，(2)是水解反应，(4)中氧化剂是，(5)是金属的置换反应。
9.A 解析：本题以图像的形式考查不同的金属与酸作用放出的情况。在图中做一条平行于x轴的直线a，则a与各线的交点的含义是：放出等量的(即失去等量的电子)消耗金属的质量由少到多为①②③④，则由失去1 mol电子需镁12 g，失去1 mol电子需铝9 g，失去1 mol电子需Zn 32.5 g，失去1 mol电子需Fe 28 g，所以也就得到了消耗金属的质量由少到多的顺序为：Al、Mg、Fe、Zn，所以选A。(同理也可做一条平行于y轴的直线进行解题)
10.(1)托盘天平 、、HCl Cu、Si 烧杯、玻璃棒、普通漏斗 ↓，O，O O↓ O % (6)偏低 偏高 偏高
解析：(1)称量样品的仪器，在中学阶段只介绍了托盘天平。
(2)合金中能与盐酸反应的只有Mg、Al，Mg+2HCl↑，2Al+6HCl↑。
(3)据滤液中主要含有的溶质，即可写出相应的离子方程式。
(4)通入时，可与反应，因过量必须写成形式。
(5)氢氧化铝灼烧：O。做实验取样品a g，实验后得氧化铝b g，设b g氧化铝中含铝的质量为x。
～2Al
102 54
b g x
102∶54＝b g∶x
x＝ g＝ g
样品中铝的质量分数：×100%＝×100%。
(6)当加入NaOH不足时，有一部分未转化为而被过滤除去，即使Al的质量减少了，所以测定结果偏低；若(5)中未洗涤滤渣，则滤渣中附有溶液中的溶质的质量被当做的质量，使的质量增大，即Al的质量增大，因而测得的结果偏高；若滤渣灼烧不充分，则使的质量增大，即Al的质量增大，因而实验结果偏高。
11.(1)5.1 g 1∶1 (2)6 mol/L (3)5 mol/L
解析：由图像可知溶于NaOH溶液的沉淀为7.8 g，即0.1 mol ；不溶于NaOH溶液的沉淀为5.8 g，即0.1 mol 。
O
1 mol 1 mol
0.1 mol L
得c(NaOH) =5 mol/L
由图像中A点为沉淀量最大，溶液为NaCl，)，故c(HCl)×100 L/mL=5 mol/L×120 L/mL
c(HCl)=6 mol/L
原合金中n(Al)＝n(Mg)＝0.1 mol，故物质的量之比为1∶1。
总质量为：0.1 mol×27 g/mol+0.1 mol×24 g/mol＝5.1 g。
12.(1)防止液体溅出，影响测定结果 (2)加入过量的NaOH溶液使铝元素进入溶液而与分离
(3)保证被空气中的充分氧化为 (4)w(Al)＝16% (5)方案一：将一定质量的合金溶解于过量的NaOH溶液中，过滤、洗涤、干燥所得固体，最后称量即得Fe的质量，从而求出Al的质量 方案二：用排水量气法，准确测定一定质量的合金与足量的酸溶液或碱溶液反应放出气体的体积，再进行计算
解析：设计的原理是使Fe转化为，通过测定的质量，进而求出Al的质量分数。(1)Fe、Al与盐酸的反应剧烈，能放出大量的热，所以目的是防止液体溅出，影响测定结果。(2)根据的两性，加入过量的NaOH使铝元素进入溶液从而与分开。被空气中的充分氧化为。(4)n(Fe)＝)＝＝0.015 mol，m(Fe)＝0.015 mol×56 g·＝0.84 g；Al的质量为1.0 g－0.84 g＝0.16 g，故Al的质量分数为16%。(5)我们也可以利用Al与NaOH溶液反应的性质来设计如下方案：方案一：将合金溶解于过量的NaOH溶液中，过滤、洗涤、干燥所得固体，最后称量，即得Fe的质量。方案二：用排水量气法，测定合金与酸溶液或碱溶液反应放出的气体体积。
13. (1)1 mol/L (2)1∶1 (3)39 mL
解析：题中3次实验的盐酸的量相同，随金属质量增多，气体体积有所变化，根据表格中的信息，可知甲中盐酸过量，丙中金属过量。(1)由实验丙可计算盐酸的浓度：n(HCl)＝)＝2×0.336 L÷22.4 L/mol＝0.03 mol，c(HCl)＝1 mol/L。(2)由实验甲计算Mg和Al的物质的量：n(Mg)+n(Al)＝0.28 L/22.4 L·＝0.012 5 mol，24 g·×n(Mg)+27 g·×n(Al)＝0.255 g，联立两式可得n(Mg)＝n(Al)＝0.005 mol，n(Mg)∶n(Al)＝1∶1。(3)由表知酸完全反应后只能生成0.336 L ，由336 mL÷280 mL＝1.2，此时恰好可溶解的金属的物质的量为n(Mg)＝n(Al)＝0.006 mol，丙中：n(合金)＝＝0.018 mol，丙中两种金属的物质的量n(Mg)＝n(Al)＝0.009 mol，与0.03 mol盐酸反应后溶解了0.009 mol Mg和0.004 mol Al，剩余金属Al的物质的量为0.005 mol。向丙中反应后的容器中加入NaOH溶液要发生以下几个反应：+2NaOH↓+2NaCl、+3NaOH↓+3NaCl、O↑、+NaOHO，溶液中的)＝0.009 mol，)＝0.004 mol。生成沉淀消耗NaOH的物质的量为0.03 mol。0.004 mol 溶解消耗NaOH的物质的量为0.004 mol,0.005 mol Al消耗NaOH的物质的量为0.005 mol，共消耗NaOH的物质的量为0.039 mol，需加入NaOH体积V＝＝0.039 L＝39 mL。
图3-3-1
图3-3-2(共17张PPT)
学习目标：
1.了解合金的概念及合金的性质。
2.了解常见合金(如碳素钢、合金钢及铜合金)的主要组成、机械性能和用途。
第3节
重点
常见合金的性质及应用。
难点
通过金属材料的性质、应用及资源现状的认识这种拓展性内容的学习，开展有效的积极探究、合作交流的自主学习活动，学会正确选用金属材料。
重点难点
常见金属材料的种类？什么是合金？合金有哪些优良性能？
一、常见合金的重要应用
【思考】
答案：金属材料包括纯金属和它们的合金。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。合金的优良性能：（1）硬度大；（2）熔点较低；（3）常具有优良的物理、化学或机械的性能；（4）合金的性能通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件等来调节；（5）导电性和导热性低于任一组分金属。
人类对金属认识的早晚与该金属的性质有什么关系？常见合金的种类有哪些？
一、常见合金的重要应用
【思考】
答案：合金材料分为黑色金属材料和有色金属材料，其中钢铁是最重要的黑色金属材料，而铜合金是人类使用最早的有色金属。人类对金属认识的早晚与该金属的性质的关系：金属的化学性质越活泼，人类认识得越晚；金属的化学性质越不活泼，人类认识得越早。常见合金：铜合金和钢。
我国最早使用的合金是青铜。根据组成成分可以将铜合金分为：①青铜，主要含有铜、锡、铅：②黄铜，主要含有铜、锌及少量的锡、铅、铝等；③白铜，主要含有铜、镍、锌及少量的锰。
一、常见合金的重要应用
1.铜合金
典型例题
例1铜是生命必要的元素，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。在化学反应中，铜元素可表现为0、+1、+2。
（1）在西汉古籍中曾有记载：曾青得铁则化为铜［即：曾青（）跟铁反应生成铜］，试写出该反应的化学方程式：________________________。
（2）尽管铜比铁较为稳定，但铜器表面经常会生成铜锈 [即：铜绿，化学式Cu2(OH)2CO3]，其中生成铜绿的反应物除铜外还有、和O。试写出保护铜制品的方法：_____________________________________。
（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1 183.4 ℃，铁的熔点是1 534.8 ℃）______________
______________________________________________________。
﹦+Cu
铜制品表面涂上一层油漆；置于干燥的地方
化学性质比较稳定，不易被腐蚀，铜的熔点比较低，容易冶炼成型
铜和铁相比，铜的
（1）钢和铁有什么区别
（2）钢有哪些分类标准？
一、常见合金的重要应用
【问题】
答案： (1)钢是铁的合金，含碳量在0.03％～2％之间，常含少量硅、锰，几乎不含硫、磷等元素。
(2)钢的分类：碳素钢、合金钢。
2.钢
一、常见合金的重要应用
#
钢 主要合金元素 特性 用途
碳素钢 低碳钢 含碳量低于0.3% 韧性好 制钢板、钢丝、钢管等
中碳钢 含碳量为0.3%~0.6% 韧性好 制钢轨、车轮和建材等
高碳钢 含碳量高于0.6% 硬度大 刀具、量具、模具
合金钢 锰钢 锰 韧性好、硬度大 钢铁、轴承、坦克、装甲等
不锈钢 铬 抗腐蚀 医疗器械
硅钢 硅 导磁性 变压器、发电机芯
钨钢 钨 耐高温、硬度大 刀具
典型例题
例2 将一块铁铝合金放入足量的稀盐酸中，完全反应后，向溶液中加入过量的氢氧化钠溶液，然后过滤，将滤纸上的残渣充分灼烧，所得固体质量与原合金质量相同。该合金中铁和铝的质量之比为 ( )
A.1∶1 B.2∶1 C.7∶3 D.2∶3
C
二、正确选用金属材料
选择材料时，需考虑:主要用途、外观、物理性质、化学性质、价格、加工难度、日常维修、对环境的影响……
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巩固练习
1.多数合金与组成成分相比较，合金的（ ）
A.熔点高，硬度小 B.密度大
C.机械强度差 D.熔点低，硬度大
D
巩固练习
2.在我国文明发展过程中，最早较广泛使用的金属是（ ）
A.铜 B.铁 C.铝 D.铅
A
巩固练习
3.2000年5月,保利集团在香港拍卖会上花费3 000多万港元购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴首和虎首。普通铜器时间稍久容易出现铜绿[主要成分]。这三件1760年铜铸的国宝在240年后看上去仍熠熠生辉不生锈，下列对其原因的分析，最有可能的是（ ）
A.它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金
B.环境污染严重，它们表面的铜绿被酸雨洗去
C.铜的金属活动性比H小，因此它们不易氧化
D.它们是含一定比例金、银、锡、锌的铜合金
D
巩固练习
4.蒙古牧民喜欢用银器盛放鲜牛奶。现代科学证明，用银器盛放牛奶，确有其科学道理，因为（ ）
A.溶入极微量的银离子，可以杀死牛奶中的细菌，防止牛奶变质
B.用银器盛放牛奶，可以补充人体所需的银元素
C.银易导热，牛奶凉得快
D.银的化学性质稳定，坚固耐用
AD
巩固练习
5.铜片可以溶于溶液中，在这个反应里，铜是（ ）
A.还原剂
B.氧化剂
C.催化剂
D.既是氧化剂又是还原剂
A
巩固练习
6.通常废旧电池中含有对环境有害的金属，所以提倡使用绿色电池，绿色电池不可能含有的金属是（ ）
A.汞、镉、铅 B.锰、铜、锌
C.锂、镍、铜 D.镍、铜、锰
A
布置作业
完成[课时学案]中交流讨论的内容第三节 用途广泛的金属材料
第1课时
［课时教案］备选例题
例1 古代的“药金”外观与金相似，常被误以为是金子，冶炼方法如下：将碳酸锌、赤铜O)、木炭混合加热到800 ℃，得到金光闪闪的“药金”。
(1)药金的主要成分是___________________。
(2)有关冶炼的化学方程式是__________________________________________________。
解析：高温下，碳酸锌分解生成氧化锌和二氧化碳，木炭在高温下将氧化亚铜和氧化锌还原为金属铜和锌，在这种高温下铜锌形成合金而呈金黄色。
答案：(1)铜锌合金 ↑，O+C↑，2ZnO+C↑
例2 有镁、铝合金10.2 g，将它溶于500 mL 4 mol/L的盐酸中，若要使沉淀质量达到最大值，则需加入2 mol/L的氢氧化钠溶液的体积为( )
A.1 000 mL B.500 mL
C.100 mL D.1 500 mL
解析：当镁、铝全部以、沉淀，即沉淀质量达到最大值时，溶液中只存在NaCl，故当沉淀的量最多时n(NaOH)＝n(HCl)。n(NaOH)＝0.5 L×4 mol/L＝2 mol，V(NaOH)＝2 mol÷2 mol/L＝1 L＝1 000 mL。
答案：A
［课时练案］备选习题
1.人类历史上大量生产和使用铁、铝、钛、铜四种金属的时间顺序是( )
A.铜、铁、铝、钛 B.铁、铝、铜、钛
C.铜、铁、钛、铝 D.铁、铜、铝、钛
答案：A
解析：活泼性越强的金属在自然界中往往更易以化合态存在，且因金属离子得电子能力较弱，往往生产和使用的时间就偏晚。Cu、Hg、Ag、Au、Sn、Pb等金属都是最早使用的几种金属，它们要么只以化合态存在，要么熔点很低易冶炼。我国劳动人民在春秋晚期就会炼铁，战国晚期就会炼钢。铝在自然界只以化合态存在，且工业上是通过电解氧化铝获得的，只在近代发明电以后才实现。钛合金尽管有耐腐蚀、熔点高等优良性能，但最大的缺点是提炼比较困难，因为钛在高温下可以与氧、碳、氮及其他许多元素化合，故钛使用很晚。
2.铁是人类较早使用的金属之一。据有关报道，目前已经能冶炼出纯度较高的铁。你估计这种“纯铁”不会具有的性质是( )
A.硬度比生铁低
B.熔沸点比生铁高
C.能与溶液反应
D.不能与盐酸反应
答案：D
解析：依据题目叙述，可认为这种“纯铁”为纯净物，与生铁(合金)相比，硬度小，熔沸点高。同时它具有单质铁的化学性质，故D错误。
3.用于飞机制造业的重要材料是( )
A.Mg－Al合金 B.Cu－Sn合金
C.Al－Si合金 D.不锈钢
答案：A
解析：飞机所需合金一般具备密度较小、硬度较大、不易生锈等优点。
4.用铜锌合金制成的黄铜制品常被误认为是黄金，下列方法中不能区分其真伪的是( )
A.观察外观 B.放入盐酸中
C.测定密度 D.高温灼烧
答案：A
解析：铜锌合金制成的黄铜放入盐酸中，质量减轻，可以观察到合金溶解并且有气泡冒出，而黄金不溶于盐酸中；黄金密度大，测定密度可以鉴别；高温灼烧，黄金没有变化，而铜锌合金外观上有变化。
5.只含有下列成分的物质一定不是合金的是( )
A.Fe、C B.Cu、Zn
C.Al、Cu D.C、Si
答案：D
解析：由合金的定义可知，合金中至少有一种成分为金属，其他成分可以是金属也可以是非金属。
6.我国人民早在商代就已掌握青铜(铜锡铅合金)冶铸技术。在商代首都——河南安阳，曾经出土多处炼铜遗址和大量青铜器件，其中有一件司母戊大鼎，高33 cm、长110 cm、宽78 cm，重875 kg，是迄今为止被发现的我国古代青铜器中最壮观的一件珍品。下列有关说法不正确的是( )
A.铜是人类历史上使用最早的金属材料
B.青铜合金具有比铜单质更好的机械性能
C.青铜不易生锈是因为铜的性质不活泼
D.铜被最早使用是因为铜的性质不活泼，易冶炼
答案：C
解析：铜的化学性质不活泼，易于冶炼为单质，故A、D正确；合金比纯金属具有更优良的物理、化学和机械性能，故青铜比铜单质的机械性能好，且提高了其抗腐蚀性能，故B项正确，C项错误。
7.(1)选择填空：将铝的用途与性质搭配起来(每个选项只选用一次)。
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)①C ②A ③E ④D ⑤B (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。铝用来做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。
其他课本、教参中的优秀题目
（鲁科版必修1）铁是人类较早使用的金属之一。据有关报道，目前已能冶炼出纯度高达99.999 9％的铁。
（1）你估计它不会具有的性质是（ ）
A.硬度比生铁低
B.在潮湿的空气中放置不易生锈
C.在冷的浓硫酸中钝化
D.不能与盐酸反应
（2）纯铁的实际应用范围有限，人们大量使用的是铁的合金。钢铁是铁和碳的合金的总称，其强度高、价格便宜、应用广泛。在以下关于不锈钢和普通钢的认识中，你认为正确的是（ ）
A.它们的组成元素是相同的
B.耐腐蚀的性能不同
C.它们都属于钢，因此物理性质是一样的
D.构成普通钢和不锈钢的主要元素都是铁，因此它们的化学性质完全相同
答案：（1）D （2）B
一、利用金属活动顺序研究金属的冶炼（学案版全解）
金属活动性顺序为：
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au
1.在金属活动性顺序中，越靠前的金属，越活泼，即原子越易失去电子，其阳离子越难得到电子。
(1)K、Ca、Na、Mg、Al五种金属的阳离子得电子能力极弱，一般的还原剂不能使其还原为金属原子，所以工业上一般采用电解法冶炼：2NaCl（熔融）↑，（熔融）↑。
(2)Zn~Cu等金属阳离子得电子能力较强，常用还原剂法冶炼：+3CO，O。
（3）Hg、Ag这两种金属的阳离子得电子能力极强，工业上获得金属的方法通常用热分解法：2HgO↑，O↑。
（4）Pt、Au这两种金属在自然界里以单质形式存在，获得金属的方法是水洗法，即通常所说的“沙里淘金”。
2.在金属活动性顺序中，位于前面的金属能将后面的金属从其盐溶液里置换出来，故在冶金工业上存在一种冶炼方法——湿法冶金。
湿法冶金是利用在溶液中发生的化学反应对原料中的金属进行提取和分离的冶金过程，可用于提取锌、铀及稀土金属等。在很早以前我国人民就掌握了湿法冶铜技术（把铁浸入硫酸铜溶液中：+Cu）。
二、特种钢的添加元素（苏教版教参）
2 000多年来，铁是制造武器和工具的最主要的金属材料，至今钢铁制品在这两个领域仍然有着不可替代的作用。最近两百年，钢铁的品种发展了很多，其中有许多品种被称为特种钢，它们有着特殊优异的性能，能适应不同的需求。例如：
不锈钢：在钢中加入10%以上的铬和适量的镍、钛及其他元素，这种钢有比较强的抗锈蚀能力，如成分为铬（60%）、钼（5%）和铁（35%）的钢具有非常强的抵抗酸蚀的能力。
锰钢：在钢中加入12%~15%的锰，钢的抗冲击能力就大幅度提高，用于制造承受打击的机械零件。用锰钢制造的钢轨其寿命可以大幅度提高。
钼钢：含钼的钢具有良好的弹性、冲击韧性和硬度。可以用它做车轴、炮筒和坦克的装甲。
钨钢：在钢中加入9%~17%的钨，这种钢的硬度非常高，机械强度也很高，可用于制造极其锋利的刀。我国古代曾有可以“削铁如泥”的“宝刀”，其中有些“宝刀”的钢里面就含有钨。现代工业中的金属切削机床广泛采用钨钢作刀具来切削钢铁制品。
在金属切削行业中，常常用“钨铬钴合金”或“超硬合金”作为刀具的刀刃部分，它们的硬度比钨钢更高。“钨铬钴合金”中含钴35%、铬25%、钨15%、铁13%和碳2%；“超硬合金”中含钨78%~88%，钴6%~15%，碳5%~6%。“超硬合金”即使在1 000 ℃的高温下也不会失去它的硬度，因而能经受住金属在高速度切削时刀刃处达到红热的高温。
三、金属材料概述（鲁科版教参）
迄今为止人类发现的110多种元素中，金属元素约占4/5。它们在元素周期表中的位置可以通过硼—硅—砷—碲—砹和铝—锗—锑—钋之间的对角线来划分。位于这条对角线右上方的是非金属，位于对角线左下方的是金属。而这条对角线两侧的硼、硅、砷、碲和锗、锑等元素的物理性质则介于金属、非金属之间，故称为半金属或准金属。金属在自然界中分布很广。由于各种金属的化学活泼性相差很大，因而它们在自然界中存在的形式也各不相同。陆地上可用来制取金属的矿石，大约有以下八大类：①天然金属矿，②氧化物矿，③碳酸盐矿，④硅酸盐矿，⑤硫酸盐矿，⑥磷酸盐矿，⑦卤化物矿，⑧硫化物矿。我国地大物博，金属矿藏种类繁多，储量极为丰富。有许多稀有金属，在我国都有丰富的蕴藏。
从含金属的矿石中提炼金属一般需经过三大步骤：采矿、冶炼、精炼。由于金属的化学活泼性不同，金属离子得到电子而被还原为金属的能力也不同，因而相应的冶炼方法也不同。金属元素的分类可按其主要物理、化学性质统一考虑，根据其性能特点将金属分为八类，即碱土金属、轻金属、稀土金属、易熔金属、难熔金属、铁族金属、贵金属和锕系金属（尚不包括新发现的104~112号元素）。作为材料，金属的使用非常广泛而普遍，在许多场合人们直接使用某种纯金属，而在更多的场合人们使用几种金属的合金或各种含金属的复合材料。尽管其他材料不断出现，金属材料在一个国家的国民经济中仍占有举足轻重的位置。其原因是金属材料的资源比较丰富，已积累了一整套相当成熟的生产技术，有组织大规模生产的经验，产品质量稳定，价格低廉，性能优异等。此外，金属材料自身还在不断发展，传统的钢铁工业在冶炼、浇铸、加工和热处理等方面不断出现新工艺。新型的金属材料如耐蚀合金、耐热合金、形状记忆合金、磁性合金、贮氢合金、非晶态合金等也不断问世。下面分别介绍几种新型的金属材料。
耐蚀合金 金属材料在腐蚀性介质中所具有的抵抗介质侵蚀的能力，称金属的耐蚀性。耐蚀性高的纯金属通常具备下述三个条件之一：①热力学稳定性高；②易于钝化；③表面能生成难溶的和保护性良好的腐蚀产物膜。因此，工业上根据上述原理，也有相应的三种方法提高金属的耐蚀性：①提高金属或合金的热力学稳定性，即向原不耐蚀的金属或合金中加入热力学稳定性高的合金元素，使形成固溶体以及提高合金的电极电势，增强耐蚀性，如向Cu中加入Au，向Ni中加入Cu、Cr等。②加入易钝化合金的元素，如钢中加入适量的Cr，可制得铬系不锈钢。③加入能促使合金表面生成致密的腐蚀产物保护膜的合金元素，如钢能耐大气腐蚀是由于其表面形成结构致密的化合物羟基氧化铁［·］的保护作用。钢中加入Cu与P或P与Cr均可促进这种保护膜的生成，由此可用Cu、P或P、Cr制成耐大气腐蚀的低合金钢。
耐热合金 金属材料中能在高于700 ℃高温下工作的金属通称耐热合金。“耐热”是指其在高温下能保持足够的强度和良好的抗氧化性。提高钢铁抗氧化性的途径为：在钢中加入Cr、Si、Al等合金元素；或者在钢的表面进行Cr、Si、Al合金化处理；或者在钢铁表面，用各种方法形成高熔点的氧化物、碳化物、氮化物等耐高温涂层。提高钢铁高温强度的方法很多，从结构、性质的化学观点看，大致有两种主要方法：①增加钢中原子间在高温下的结合力。②加入能形成各种碳化物或金属间化合物的元素，以使钢基体强化。例如，加W、Mo、V、Nb可生成WC、C、MoC、C、VC、NbC等碳化物，从而增加了钢铁的高温强度。
利用合金方法，除铁基耐热合金外，还可制得镍基、钼基、铌基耐热合金，它们在高温下具有良好的机械性能和化学稳定性。其中，镍基合金是最优质的超耐热金属材料，组织中基体是Ni-Cr-Co的固溶体和Al金属化合物，经处理后，其使用温度可达1 000 ℃~1 100 ℃。
储氢合金 某些金属或合金具有吸收氢气的能力，它们在适当的温度和压力下可与氢反应生成金属氢化物，吸收并储存氢气；而在另一温度和压力下，金属氢化物又会分解并释放氢气。
＜0
根据上述原理，通常降低温度促使金属氢化物的生成，再加热析出氢气。理论上只要能发生上述可逆反应的金属或合金均可做储氢材料，但在实用上该类材料必须满足下列要求：①材料活性大，吸附氢量大并易于获得，价格低廉；②材料用于吸附氢时，要小，用来储热时，要大；③材料吸氢和解析的速率要大，氢的平衡压差要小；④在使用过程中，材料破碎和粉化率低，力学性能不能有明显的降低。
目前正在研究或接近实用的储氢材料有Cu、TiFe、TiMn、、、和含稀土金属（La、Ce）的Ni、Zr、Al或Cr-Mn组成的多元合金。最近研制的Re-Nb-Zr-Al四元储氢合金，几乎可完全满足上述条件且不受氢气纯度的影响。
非晶态合金 传统的金属材料都以晶态形式出现，但如将某些金属熔体以极快的速率急剧冷却，则可得到一种崭新的材料。由于冷却极快，高温下液态时原子的无序状态，被迅速“冻结”而形成无定形的固体，称为非晶态金属，因其内部结构与玻璃相似，故又称金属玻璃。能形成非晶态的合金有两类：一类是金属之间的合金，典型的有、、等；另一类是金属与某些非金属组成的合金，如、和等。后一类合金最容易成为非晶态。
非晶态金属的突出特点是强度高且韧性好，其耐磨性也明显地高于钢铁材料。它的第二个特点是其优异的耐蚀性，远优于典型的不锈钢，这可能是因为其表面易形成薄而致密的钝化膜，同时其结构均匀，没有金属晶体中经常存在的晶粒、晶界和缺陷，不易产生引起电化学腐蚀的阴、阳两极。第三个特点是非晶态金属优良的磁学性能，低损耗，高磁导。非晶态的铁芯和硅钢芯的空载损耗可降低60%~80%，被誉为节能的“绿色材料”。
