专题9 第三单元　金属材料的性能及应用 学案（含答案）

第三单元　金属材料的性能及应用
[核心素养发展目标]　1.能从合金结构与组成的角度理解合金的特殊性能，培养宏观辨识与微观探析的能力。2.能列举常见合金的组成和性能，能科学、合理的选择和使用金属材料，培养学生的科学态度和社会责任感。
一、金属材料的性能
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。
金属材料 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 与金属材料的____、____、____、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________、________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
(1)用铜制作导线，是因为铜具有良好的导电性和导热性(　　)
(2)铁制炊具可加热食物，是利用金属材料具有导热性(　　)
(3)金、银可制作各种各样的装饰品，是利用其具有良好的导电性、延展性等(　　)
(4)铁制品暴露在空气中，容易生锈(　　)
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(以银的导电性为100作标准) 银 铜 金 铝 锌 铁 铅
100 99 74 61 27 17 7.9
密度/(g·cm－3) 金 铅 银 铜 铁 锌 铝
19.3 11.3 10.5 8.92 7.86 7.14 2.70
熔点/℃ 钨 铁 铜 金 银 铝 锡
3 410 1 535 1 083 1 064 962 660 232
硬度(以金刚石的硬度为10作标准) 铬 铁 银 铜 金 铝 铅
9 4 ～ 5 2.5 ～ 4 2.5 ～ 3 2.5 ～ 3 2 ～ 2.9 1.5
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，为什么制作导线一般用铜而不用银？
3．为什么灯泡里的灯丝用钨而不用锡？
1．金属材料在现实生活中有着极为重要的作用。下列金属材料的运用与金属所具有的性质不一致的是(　　)
A．制造白炽灯灯丝——熔点高
B．制造飞机——坚硬而质轻
C．制造装化工原料的容器——耐腐蚀
D．制造保险丝——硬度大
2．青少年一定要爱护眼睛，在光线不足时看书、写字要用照明工具。如图是一种照明用台灯，请回答下列问题：
(1)图中表示的各部件中，用金属材料制成的是________(填字母，任选一种)。
(2)金属及金属材料有很多优良的性能而被广泛应用。灯光后面的反光片为铝箔，铝块能制成铝箔是利用了铝的________性。
(3)铝制品比铁制品耐用其原因是__________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)比较铝和铁的金属活动性强弱：______________(用一个化学方程式表示)。
二、合金及其应用
1．合金
概念 将两种或两种以上的____ (或________)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____它的成分金属
熔点 熔点一般_____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____是锡和铅的合金，生铁和钢都是铁和碳的合金
2.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________、________、________等，密度________，硬度________，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，除铁元素外，主要的合金元素是________(占12%～32%)，抗腐蚀能力强，在空气中表面会生成一层致密的氧化物，从而保护内层金属，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。
(1)合金一定是不同金属熔合而成的具有金属特性的化合物(　　)
(2)生铁的熔点比纯铁低，但机械强度和硬度比纯铁高(　　)
(3)合金中只含有金属元素(　　)
(4)合金是混合物，具有金属的特性(　　)
(5)我国最早使用的合金是生铁(　　)
1．改进合金性能的常用措施有哪些？
2．合金比成分金属的硬度大，原因是什么？
1．下列说法正确的是(　　)
A．青铜是我国使用最早的合金，也是目前使用最广泛的合金
B．不管哪种铜合金都含有铜元素，所以它们的性质也和金属铜一样
C．我们日常生活中用到的铜合金制品主要是黄铜制的
D．各种铜合金都有良好的导电、导热性
2．下列关于铝合金的说法错误的是(　　)
A．铝合金是一种混合物，它比纯铝的熔点低
B．高温铝液易被氧化，铝合金应在熔剂层覆盖下熔炼
C．镁铝合金耐腐蚀，但能被烧碱(NaOH)腐蚀
D．镁铝合金在盐酸中无法溶解
三、无机非金属材料
1．传统非金属材料：________、__________、__________。
2．半导体材料：硅的________介于________________之间，是一种重要的____________，被广泛用于电子工业的各个领域。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。
4．新型陶瓷材料
新型陶瓷分为__________和__________两大类。______________具有机械功能、热功能和部分化学功能，如________________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。__________具有光、电、磁、化学和生物等方面的特殊功能，如__________等，压电陶瓷主要成分是钛酸钡和钛酸铅。
(1)光导纤维做通讯材料有许多优点，但怕腐蚀，铺设也很不方便(　　)
(2)化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐(　　)
(3)三峡大坝的建设使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料(　　)
(4)氮化硅陶瓷、氧化铝陶瓷、光导纤维等属于新型无机非金属材料(　　)
(5)太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能(　　)
氮化硅是一种新型陶瓷材料，它是一种超硬物质，还具有熔点高、耐磨损、抗腐蚀等性能，可用于制汽轮机叶片、制造轴承、做发动机受热面等。
(1)在氮化硅中，N为－3价、Si为＋4价，写出氮化硅的化学式：_____________________。
(2)粉末状的氮化硅可以由SiCl4的蒸气和NH3的混合物反应制取，写出反应的化学方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)SiCl4和氮气在氢气气氛保护下加强热发生反应，可制得较高纯度的氮化硅，写出反应的化学方程式：__________________________________________________________________。
(4)粉末状的氮化硅在空气和水中都不稳定。粉末状氮化硅与H2O作用生成两种化合物，其中一种是制玻璃的原料。写出该反应的化学方程式：_____________________________________。
(5)氮化硅陶瓷抗腐能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应。该陶瓷与氢氟酸发生复分解反应生成两种气体，请写出反应的化学方程式：____________________________________
________________________________________________________________________。
无机材料
1．(2022·河北开滦高一阶段练习)广东省历史悠久，众多历史器物均具有较高的历史、学术、科学价值。下列历史器物由合金材料制成的是(　　)
选项 A B C D
历史器物
名称 信宜铜盉(西周) 青玉镂雕龙穿牡丹钮(元) 木雕罗汉像(北宋) 金漆木雕大神龛(清)
2.铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷帘门等。下列性质与这些用途无关的是(　　)
A．强度高 B．不易生锈
C．密度小 D．导电、导热性好
3．下列关于合金的叙述正确的是(　　)
①合金具有金属特性；②合金中的元素以单质形式存在；③合金中不一定含有金属；④合金中一定不含有非金属；⑤合金属于金属材料；⑥钢是含杂质较少的铁合金；⑦合金一定是混合物
A．①②③④⑤ B．①③④⑤
C．②③④⑤ D．①②⑤⑥⑦
4．合金是两种或两种以上的金属(或金属与非金属)共熔而成的具有金属特性的物质。
(1)根据下表中四种金属的熔、沸点：
金 属 Na Cu Al Fe
熔点/℃ 97.8 1 083 660 1 535
沸点/℃ 883 2 567 2 467 2 750
其中不能形成合金的是________(填字母，下同)。
①Cu与Na　②Fe与Cu　③Fe与Na　④Al与Na
A．①② B．①③
C．①④ D．②④
(2)镁铝合金与盐酸完全反应后，加入过量的氢氧化钠溶液，最后的结果是________。
A．没有沉淀物生成
B．只有氢氧化铝沉淀生成
C．只有氢氧化镁沉淀生成
D．有氢氧化铝和氢氧化镁沉淀生成
第三单元　金属材料的性能及应用
一、
力学性能　延展性　硬度　塑性　导热和导电　密度　熔点　导电性　抗氧化性　耐酸碱性　可铸性　可锻性　切削加工性
正误判断
(1)×　(2)√　(3)×　(4)√
深度思考
1．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，所以用铜而不用银。
3．钨的熔点高(3 410 ℃)，而锡的熔点(232 ℃)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。
应用体验
1．D　[白炽灯灯丝通电后放出大量的热，故灯丝的熔点必须高，A正确；飞机在天上飞所以需要质量轻，为了安全必须材料坚硬，B正确；化工原料很多具有腐蚀性的，所以制造装化工原料的容器必须耐腐蚀，C正确；保险丝在短路时是断开的，熔点要低，D错误。]
2．(1)a(或b或e)　(2)延展　(3)常温下，铝与氧气反应表面生成致密的氧化铝薄膜，阻止铝进一步被氧化　(4)2Al＋3FeSO4===3Fe＋Al2(SO4)3
解析　(1)铁螺丝钉、铝箔反光片、铜质插头都属于金属材料。(2)利用金属铝具有良好的延展性可把金属铝制成片。(3)铝制品常温下，与氧气反应表面生成致密的氧化铝薄膜，阻止铝进一步被氧化，故比铁制品耐腐蚀。(4)比较铝和铁的金属活动性，可以采用金属与盐溶液反应的方法，将铝片插入到硫酸亚铁溶液中，化学方程式为2Al＋3FeSO4===3Fe＋Al2(SO4)3。
二、
1．金属　金属与非金属　高于　低于　焊锡
2．(1)铜　镁　锰　小　大　(4)铬
正误判断
(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×
深度思考
1．合金的性能可以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加以调节。
2．纯金属中所有原子的大小和形状相同，排列十分规整；加入较大或较小的其他元素的原子后，改变了金属中原子有规则的层状排列，使原子层之间的相对滑动变得困难，导致合金硬度变大。
应用体验
1．C　[青铜是我国使用最早的合金，但目前使用最广泛的合金是铁合金；铜合金与铜相比，因熔合了其他元素，其机械性能和硬度、熔点等性质发生了变化；白铜的导电、导热性均比铜单质差。]
2．D　[合金的熔点一般低于任一组分金属的熔点，铝合金的熔点比纯铝的低，A正确；铝是一种比较活泼的金属，尤其是在熔融状态下会非常容易与空气中的氧气发生氧化还原反应，所以必须采取相应的保护措施，B正确；由于镁铝合金在空气中会和氧气反应在其表面生成氧化膜，保护内部金属，所以镁铝合金耐腐蚀，但其中的Al能与NaOH反应，所以镁铝合金会被烧碱溶液腐蚀，C正确；镁、铝均能与盐酸反应，因此镁铝合金在盐酸中能被溶解，D错误。]
三、
1．水泥　玻璃　陶瓷
2．导电性　导体和绝缘体　半导体材料　二氧化硅
3．二氧化硅
4．结构陶瓷　功能陶瓷　结构陶瓷　高温结构陶瓷　功能陶瓷　压电陶瓷
正误判断
(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)√
应用体验
(1)Si3N4　(2)3SiCl4＋4NH3===Si3N4＋12HCl　(3)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl　(4)Si3N4＋6H2O===3SiO2＋4NH3↑　(5)Si3N4＋12HF===3SiF4↑＋4NH3↑
解析　(1)根据化合价不难写出氮化硅的化学式为Si3N4。(2)根据元素守恒、原子守恒可写出SiCl4和NH3反应的化学方程式：3SiCl4＋4NH3===Si3N4＋12HCl。(3)SiCl4与N2反应生成Si3N4，N元素化合价降低而Si元素化合价未发生变化，根据氧化还原反应原理，H元素化合价应升高，因此另一种生成物是HCl。(4)根据题意可知，Si3N4与H2O反应的生成物之一是SiO2，则根据元素守恒可判断另一种化合物是NH3。(5)氮化硅与氢氟酸的反应类似于二氧化硅与氢氟酸的反应。
随堂演练　知识落实
1．A
2．D　[铝镁合金用于制作门窗、防护栏等时主要是利用了铝镁合金具有耐腐蚀性、密度小、机械强度高等方面的特点，与导电、导热性是否良好无关。]
3．D　[合金是一种金属与其他金属或非金属共熔而成的具有金属特性的物质，属于金属材料，合金中至少有一种金属，③④错误。]
4．(1)B　(2)C
解析　(1)当一种金属的熔点超过另一种金属的沸点时，它们就不可能熔合在一起而形成合金。(2)Mg、Al都与盐酸反应，Mg(OH)2不溶于NaOH溶液，而Al(OH)3溶于NaOH溶液生成NaAlO2和H2O。