第3节 用途广泛的金属材料
1.认识纯金属与它们的合金在性能上的主要差异。
2.知道生活中常见合金如铁合金及铜合金的主要成分及性能。
3.学会正确选用金属材料。
一、常见的合金及其性质
1.合金是指①两种或两种以上的金属或金属和非金属熔合而成的具有一定②金属特性的物质。
2.合金具有许多优良的物理、化学或机械性 ( http: / / www.21cnjy.com )能。如硬度③大于各成分金属,熔点④低于各成分金属。因使用不同的原料,改变原料的⑤配比,改变生成合金的⑥条件等,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。
3.我国使用最早的合金是⑦铜合金。后母戊鼎(原称司母戊鼎)是⑧青铜制品,其成分为⑨铜、锡、铅。常见的铜合金还有⑩黄铜(成分是铜、锌和少量的锡、铅、铝)和白铜(成分是铜、镍、锌、锰)。
4.用量最大、用途最广的合金是钢。钢分为碳素钢和合金钢两大类。
二、正确选用金属材料
1.选择材料时,常常要考虑以下几个方面:①主要用途;②外观;③物理性质(如密度、硬度、强度、导电性、导热性);④化学性质(对水的作用、耐腐蚀性);⑤价格;⑥加工难度;⑦日常维护;⑧对环境的影响。
2.稀土元素:包括原子序数57~71(从镧到镥,称为镧系元素)的15种元素以及钪和钇,共有17种元素,它们在科技、生产中有广泛的用途。
1.合金中只有金属吗
【答案】合金可能含有非金属,如钢中含有碳。
2.黄铜和金都是黄色,如何用化学方法区分
【答案】能与盐酸反应产生气泡的是黄铜,因黄铜中含有锌。
3.碳素钢中的含碳量与其韧性有怎样的关系
【答案】碳素钢中的含碳量越低,钢的韧性越好;含碳量越高,钢的硬度越大。
探究:常见合金的成分及其性质
1.合金与纯金属制成的金属材料相比,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低;
③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;
④合金比纯金属的导电性能更强;
⑤合金比纯金属的应用范围更广泛。
A.①②③⑤ B.②③④
C.①②④ D.①②④⑤
【解析】合金一般比成分金属熔点低,硬度大, ( http: / / www.21cnjy.com )具有更好的机械加工性能,故应用范围更广泛,但合金的导电性却不一定比纯金属更强,比如铝合金的导电性比纯铝要差。
【答案】A
2.我国最早使用的合金是什么 其主要成分是什么
【答案】青铜;主要成分是铜、锡和铅。
3.镁铝合金为什么广泛应用于飞机
【答案】因为具有密度小、强度大的特性,且价格较便宜。
4.钛被称为“21世纪金属”,其合金大规模应用于航天航空,利用的是合金的哪些优点
【答案】密度小、强度高、耐腐蚀、耐高温。
1.下列说法中不正确的是( )。
A.金属材料包括纯金属和它们的合金
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、用量最大的合金是合金钢
【解析】目前世界上使用量最大的合金是铁合金。
【答案】C
2.我国目前流通的一元硬币是钢芯镀镍材料,下列关于一元硬币说法正确的是( )。
A.属于合金材料
B.属于不锈钢
C.非常耐腐蚀
D.即使镀镍层损坏,一元硬币也不生锈
【解析】钢芯镀镍币是在铁表面镀了一层金属镍,它不是均匀的铁、镍融合物,因此不属于合金。
【答案】C
3.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 2500 3.00 7.4 2.3 耐腐蚀
铁 1535 7.86 4.5 17 纯铁耐腐蚀
从以上性能看,该合金不适合做( )。
A.导线 B.门窗
C.炉具 D.飞机外壳
【解析】该合金硬度高、强度大可做门窗;该合金硬度高、强度大、密度小可做飞机外壳;熔点高可做炉具;导电性不高不适合做导线。
【答案】A
4.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。请完成下列问题:
(1)在西汉古籍中曾有记载:曾青得铁则化为 ( http: / / www.21cnjy.com )铜[即曾青(CuSO4)跟铁反应生成铜]。试写出该反应的化学方程式: 。
(2)铜器表面有时会被O2 ( http: / / www.21cnjy.com )氧化而生成铜绿[主要成分Cu2(OH)2CO3],请写出生成铜绿的化学方程式: ,这层铜绿可以用化学方法除去,试写出除去铜绿而不损伤器物的化学方程式: 。
(3)铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的 ( http: / / www.21cnjy.com )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)Fe+CuSO4FeSO4+Cu
(2)2Cu+O2+H2O+CO2Cu2(OH)2CO3;Cu2(OH)2CO3+4HCl2CuCl2+CO2↑+3H2O
(3)选择铜作货币制造的原料是因为铜的熔点比较低,容易冶炼铸造成型,铜的化学性质比较稳定,不易被腐蚀。
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1.合金是一类用途广泛的金属材料,下列物质中属于合金的是( )。
A.钢 B.铜
C.金刚石 D.四氧化三铁
【答案】A
2.下列日常生产和生活中使用的材料不属于合金的是( )。
A.家用的铝窗 B.建筑用的钢筋
C.铸造用的黄铜 D.温度计中的水银
【解析】温度计中的水银为单质汞,不属于合金。
【答案】D
3.某新型“防盗玻璃”为多层结构, ( http: / / www.21cnjy.com )每层中间嵌有极细的金属线,当玻璃被击碎时,与金属线相连的警报系统就会立刻报警。“防盗玻璃”能报警是利用了金属的( )。
A.延展性 B.弹性
C.导电性 D.导热性
【答案】C
4.人类历史上大量生产和使用铝、钛、铁、铜四种金属单质的时间顺序是( )。
A.铜、铁、铝、钛 B.铁、铝、铜、钛
C.铜、铁、钛、铝 D.铁、铜、铝、钛
【答案】A
5.日常生活中使用的钥匙是铝合金,而不是纯铝所制,这是利用了铝合金的( )。
A.熔点低 B.不易腐蚀
C.硬度大 D.密度小
【解析】铝合金代替纯铝制钥匙是因为铝合金的硬度大。
【答案】C
6.近年来,科学家正在探索利用铝粉 ( http: / / www.21cnjy.com )作燃料的可能性,预计铝能成为一种石油的取代物。假如铝作为一种普遍使用的新型能源被开发利用,下列关于其有利因素的说法中错误的是( )。
A.铝质轻,便于运输、贮存,且安全
B.铝燃烧时放出的热量大,且燃烧后的产物对环境的污染容易得到有效的控制
C.在地球上,铝矿资源丰富
D.现代电冶铝的工业技术已为铝作为新能源奠定了重要基础
【答案】D
7.工业生产中常将两种或多种金属(或金属与非 ( http: / / www.21cnjy.com )金属)在同一容器中加热使其熔合,冷凝后得到具有金属特性的熔合物——合金。这是制取合金的常用方法之一。根据下表数据判断,不宜用上述方法制取的合金是( )。
金属 Na K Al Cu Fe
熔点(℃) 97.81 63.6 660 1083 1535
沸点(℃) 883 774 2467 2567 2750
A.Fe-Cu合金 B.Cu-Al合金
C.Al-Na合金 D.Cu-Na合金
【答案】D
8.钛和钛合金是21世纪的 ( http: / / www.21cnjy.com )重要金属材料。它们具有优良的性能,如熔点高、密度小、可塑性好、机械性能好、抗腐蚀能力强,钛合金与人体有很好的“相容性”。根据它们的主要性能,不合实际的用途是( )。
A.用于核潜艇设备的制造 B.用于制造航天设备
C.用来做保险丝 D.可用来制造人造骨
【答案】C
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9.后母戊鼎(原称司母戊 ( http: / / www.21cnjy.com )鼎)是商后期铸品(如图):经测定含铜84.77%、锡11.64%、铅2.79%。据考证,后母戊鼎应是商王室重器,其造型、纹饰、工艺均达到极高的水平,是商代青铜文化顶峰时期的代表作。
(1)青铜属于 (填物质类别),该材料与铜单质相比,具有的突出特点是 。
(2)后母戊鼎表面有部分绿色物质,其成分为 。形成这种物质的化学方程式为 。
【解析】(1)青铜属于合金,合金一般比成分金属具有更高的机械强度。
(2)铜与氧气、水、CO2可发生反应:Cu+O2+H2O+CO2Cu2(OH)2CO3。
【答案】(1)合金;硬度大
(2)Cu2(OH)2CO3;Cu+O2+H2O+CO2
Cu2(OH)2CO3
10.物质的性质决定了物质的用途,下面列出了金属的几种性质:
①导热性 ②导电性 ③还原性 ④延展性 ⑤具有金属光泽
请在下面金属用途后的横线上填上金属性质对应的序号。
(1)用铝锭制成包装用的铝箔 ;
(2)用铝制成的高压铝锅 ;
(3)用铁粉回收照相业废液中的银 ;
(4)电信业中大量使用的铜丝、金属电缆 。
【答案】(1)④ (2)① (3)③ (4)②
11.某铝合金中含有合金元素镁、铜,实验室为了测定该合金中铝的含量,设计了如下实验,请回答下列问题[已知CO2+2H2O+AlAl(OH)3↓+HC]:
(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,过滤。滤液中主要含有的金属离子是 ;滤渣的主要成分是 。
(3)向滤液中加入过量的氢氧化钠溶液,过滤,有关反应的离子方程式为 。
(4)向(3)的滤液中通入足量的二氧化 ( http: / / www.21cnjy.com )碳,过滤,将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,则原样品中铝的质量分数为 。
【答案】(1)托盘天平
(2)Mg2+、Al3+;Cu
(3)Mg2++2OH-Mg(OH)2↓,Al3++4OH-Al+2H2O
(4)×100%
12.下表中,对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是( )。
选项 陈述Ⅰ 陈述Ⅱ 判断
A 铜绿的主要成分是碱式碳酸铜 可用稀盐酸除铜器表面的铜绿 Ⅰ对;Ⅱ对;有
B 铜表面易形成致密的氧化膜 铜容器可以盛放浓硫酸 Ⅰ对;Ⅱ对;有
C 铝比铜活泼 铝比铜耐腐蚀 Ⅰ对;Ⅱ对;有
D 硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂 蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化 Ⅰ错;Ⅱ对;无
【解析】铜绿的成分为Cu2(OH) ( http: / / www.21cnjy.com )2CO3,能与盐酸发生反应而除去,而Cu和盐酸不反应,A项正确;铜在常温下和浓H2SO4不反应,但B项中前后无因果关系,B项错误;铜不活泼所以比较耐腐蚀,铝因形成致密的氧化膜所以比较耐腐蚀,但C项中前后无因果关系,因此C项错误;CuSO4为重金属盐,有毒性,因此可以作为消毒剂,CuSO4·5H2O晶体转化为CuSO4白色粉末是化学变化,因此D项错误。
【答案】A
13.金属与金属(或金属与非金属)加热熔合在一起就能形成合金。根据下列金属的熔点、沸点推测,其中不可能形成合金的是( )。
钠 铜 铝 铁
熔点/℃ 98.7 1083 600 1535
沸点/℃ 883 2567 2467 2750
A.铜和铝 B.铁和钠 C.铁和铜 D.铝和钠
【解析】两种金属形成合金,熔合过程 ( http: / / www.21cnjy.com )中要保证纯金属(或非金属)成分不能蒸发,因此高熔点物质的熔点不能高于低熔点物质的沸点,只有B项不符合条件。
【答案】B
14.某同学为了测定高碳钢中铁的质量分数,取11.8 g高碳钢投入足量的盐酸中,测得生成气体的体积为4.48 L(标准状况下)。
(1)写出该反应的离子方程式: 。
(2)该高碳钢中铁的质量分数为 。
【答案】(1)Fe+2H+Fe2++H2↑
(2)94.9%
15.近年来,我国科技人员研制出一种新型 ( http: / / www.21cnjy.com )材料——泡沫铝。它是由发泡剂加到熔融或固体粉末的铝合金中制成的,其优点是硬度高、密度小(约为0.16~0.5 g·cm-3),比木材还轻,可浮于水面,又有很大的刚性,且隔音和保温效果好,是一种良好的建筑材料。
(1)下列关于泡沫铝的说法中错误的是 (填字母,下同)。
A.泡沫铝是泡沫状铝单质
B.泡沫铝是一种合金
C.泡沫铝是一种良好的轻质材料
D.泡沫铝可用于飞机制造
(2)铝制成铝箔而用作食品包装,是利用它的哪一性质 。
A.金属光泽 B.延展性
C.导电性 D.导热性
(3)铝在空气中会被氧化生成一层致密的氧化膜(氧化物)而对铝起保护作用,但这层氧化膜(氧化物)遇到强酸或强碱都会溶解。
①写出该氧化膜与酸(盐酸)反应的离子方程式: ;
②写出该氧化膜与强碱(氢氧化钠)反应的化学方程式: 。
【答案】(1)A
(2)B
(3)①Al2O3+6H+2Al3++3H2O
②Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2O