第二节 金属材料
第1课时 合金
◆ 知识点一 合金 铁合金
1. 我国科学家参与研制的镁-镍-钛新型合金材料可提高阻尼减震性能,广泛应用在航天航空领域。下列有关叙述不正确的是 ( )
A.形成合金,其结构发生改变,使合金的性能与纯金属有很大差异
B.它易导电、导热,具有延展性
C.它的熔点比镁低
D.它的强度和硬度比镁小
2. “灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的重大贡献,陶弘景在其《本草经集注》中提到“钢铁是杂炼生作刀镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热,生铁熔化灌入熟铁,再锻打成钢。下列说法错误的是 ( )
A.钢是以铁为主的含碳合金
B.钢的含碳量越高,硬度和脆性越大
C.生铁由于含碳量高,熔点比熟铁高
D.冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3
3.下列关于合金的说法中正确的是 ( )
A.钢是目前用量最大、用途最广的合金
B.合金都是由不同金属单质组成的混合物
C.古代留下大量的青铜器文物是由于青铜比纯铜柔软,容易制成各种器皿
D.飞机机身使用的是镁铝合金而不是钢材,是因为钢材价格高
◆ 知识点二 铝和铝合金 新型合金
4.下列有关铝及其化合物的说法错误的是 ( )
A.铁易生锈,而铝在空气中较稳定,所以铁比铝活泼
B.不可用铝质容器长期存放食醋
C.氧化铝是一种较好的耐火材料,但不可用氧化铝坩埚熔化NaOH
D.Al2O3能跟强酸、强碱溶液反应生成盐和水,所以它是两性氧化物
5.2022年11月30日7时33分,“神舟十五号”3名航天员顺利进驻中国空间站,与“神舟十四号”航天员乘组首次实现“太空会师”。空间站的天和核心舱使用了大量高性能材料,包括氮化硼陶瓷、钛铝合金(含Ti、Al、Mg、Li等)、碳化硅等。下列有关说法正确的是( )
A.BN、SiC均属于金属材料
B.钛铝合金属于复合材料
C.钛铝合金的熔点和硬度都比纯金属的高
D.钛铝合金在酸性或碱性环境中易被腐蚀
6. 经研究发现,含有95%铝和5%镓、铟及锡组成的新型合金与水能快速反应制得氢气,整个反应中只消耗铝,而反应生成的Al2O3可回收再利用,这样不仅降低了制氢气的成本,而且方便快捷,这一发现将燃氢汽车的研发推向新的里程碑。下列有关说法不正确是 ( )
A.此合金一定比纯铝柔软
B.铝作为还原剂,有资源丰富的优势
C.合金与水反应的总反应方程式为2Al+3H2OAl2O3+3H2↑
D.合金中的镓、铟及锡对铝与水的反应可能起催化作用
7. 下列关于铝及其合金的说法正确的是 ( )
A.常温下铝具有较强的抗腐蚀性主要原因是铝不活泼
B.镁铝合金的密度大、强度高,是制造飞机和宇宙飞船的理想材料
C.铝箔在空气中用酒精灯加热,可以观察到铝熔化了但并不滴落
D.向装有氢氧化钠溶液的试管中放入未打磨的铝片,一直观察不到气泡
8.有两份铝屑,第一份与足量的稀盐酸反应,第二份与足量的NaOH溶液反应,产生氢气的体积(相同温度和压强)之比为1∶2,第一份铝屑与第二份铝屑的质量之比为( )
A.1∶2 B.1∶1 C.1∶3 D.2∶1
9. 将一定质量的Mg-Al合金投入100 mL稀H2SO4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L3-2-1所示。下列说法正确的是 ( )
{提示:Al(OH)3+NaOHNa[Al(OH)4]}
图L3-2-1
A.合金中Mg与Al的质量比为1∶1
B.生成的气体体积为5.6 L
C.c(H2SO4)=3 mol·L-1;c(NaOH)=5 mol·L-1
D.合金充分反应后,剩余硫酸的物质的量为0.1 mol
10. 铝元素是地壳中含量最多的金属元素(约占地壳总量的7.73%),主要以铝土矿形式存在(主要成分是Al2O3)。要从铝土矿中提取铝,首先要获得纯度较高的氧化铝。主要的工艺流程如图L3-2-2所示:
图L3-2-2
下列说法正确的是 ( )
A.碱溶①后,溶液中主要含有的阳离子为Na+和Al3+
B.酸化②通足量的CO2反应的离子方程式为
2[Al(OH)4]-+CO22Al(OH)3↓+C+H2O
C.Al(OH)3受热分解,生成高熔点物质和水,常用作塑料的阻燃剂
D.灼烧③一般在坩埚中进行,电解④添加冰晶石(Na3AlF6)的目的是增强导电性
11.某课外兴趣小组为探究某种铝合金(合金元素Mg、Al)是否符合国家质量标准(国家规定其中铝含量不能低于78%),设计如图L3-2-3所示装置进行实验。
图L3-2-3
(1)检验该装置气密性的方法是 。
(2)合金样品固体M与氢氧化钠溶液反应的离子方程式为 。
(3)倾斜左边装置使氢氧化钠溶液(足量)与a g合金粉末充分反应,待反应停止后,读取量气管液面之前进行的操作是 。
进入量气管气体的体积为V mL(已折算成标准状况),若量气管最大量程为50 mL,则固体M中铝的质量范围为 。此实验所采用的氢氧化钠溶液的浓度为0.1 mol·L-1,若要配制450 mL 氢氧化钠溶液,则称量氢氧化钠的操作是先 ,待天平平衡后,再 g砝码,在左盘慢慢加入氢氧化钠固体直至天平平衡。
(4)若将装置中的氢氧化钠溶液替换为足量的盐酸,则反应停止后量气管内气体体积 (填“>”“<”或“=”)V mL。
(5)若a=38 mg,V=44.8 mL (标准状况),该合金 (填“符合”或“不符合”)国家标准。
12.某合金废料主要含铁、铜、铝,为从合金废料中得到Fe2O3、Al2O3和金属Cu等产品,某化学兴趣小组按如图L3-2-4所示工艺流程进行实验(杂质不与稀硫酸反应)。{提示:Al3++4OH-[Al(OH)4]-}
图L3-2-4
请回答下列问题:
(1)固体A主要含有的物质是 。
(2)B到C发生反应的离子方程式为 ,溶液C中的阳离子主要有 。
(3)若D为NaOH,则溶液E中铝元素的存在形式是 (填化学式)。
(4)灼烧沉淀F时所用主要仪器之一是 (填序号)。
A.蒸发皿 B.烧杯
C.坩埚 D.试管
第二节 金属材料
第1课时 合金
1.D [解析] 镁-镍-钛新型合金材料,其结构发生改变,使合金的性能与纯金属有很大差异,在阻尼减震性能、硬度等方面均有提高,A正确,D错误;合金的熔点一般比其成分金属的熔点低,C正确;镁-镍-钛新型合金由三种金属形成,易导电、导热,具有延展性,B正确。
2.C [解析] 生铁和钢都属于铁的合金,都是以铁为主的含碳合金,A项正确;钢中含碳量越高,硬度越大,韧性越低,反之,则硬度越低,韧性越高,B项正确;由题可知,生铁熔化灌入熟铁,再锻打成钢,说明生铁的熔点比熟铁的熔点要低,C项错误;工业炼铁的原料之一是铁矿石,包括赤铁矿(Fe2O3)、 磁铁矿(Fe3O4)、 黄铁矿等,D项正确。
3.A [解析] 合金可以由不同金属组成,也可以由金属和非金属组成,如生铁是铁和碳的合金,B错误;青铜是合金,其硬度大于纯铜,C错误;镁铝合金用于制造飞机利用了其硬度大、强度高、密度小等特点,D错误。
4.A [解析] 由金属活动性顺序知Al比Fe活泼,Al易与空气中的氧气反应,在其表面生成一层致密的氧化铝薄膜,保护内部Al不再被腐蚀,A项错误;Al和Al2O3都既能与酸反应,又能与碱反应,B、C、D项正确。
5.D [解析] BN、SiC均属于无机非金属材料,A错误;钛铝合金属于金属材料,B错误;合金的熔点一般低于纯金属,C错误;钛铝合金中含金属铝,易与酸和碱溶液反应,故不耐酸、碱溶液腐蚀,D正确。
6.A [解析] 一般情况下,合金的硬度比其组成金属的硬度都大,故A错误;在此反应中,铝发生氧化还原反应生成了氧化铝,Al元素化合价升高,作还原剂,故B正确;在此反应中,铝与水发生反应,生成氢气,化学方程式为2Al+3H2OAl2O3+3H2↑,故C正确;常温下,铝与水的反应缓慢,而加入镓、铟及锡后,化学反应速率变快,且镓、铟及锡的含量及化学性质均不发生变化,故其可能是催化剂,故D正确。
7.C [解析] 由于铝比较活泼,铝表面易被空气中的氧气氧化生成一层致密的氧化铝薄膜,防止内部金属继续被氧化,故常温下铝具有较强的抗腐蚀性,A错误;镁铝合金的密度小、强度高,是制造飞机和宇宙飞船的理想材料,B错误;铝箔在空气中用酒精灯加热,由于铝比较活泼,铝表面很容易被空气中的氧气氧化生成一层致密的氧化铝薄膜,而氧化铝的熔点很高,故可以观察到铝熔化了但并不滴落,C正确;铝表面有一层氧化铝薄膜,氧化铝也可以和氢氧化钠反应,故向装有氢氧化钠溶液的试管中放入未打磨的铝片,氢氧化钠先与氧化铝反应,然后和内部铝反应,故过一段时间可观察到气泡,D错误。
8.A [解析] Al与盐酸、NaOH溶液反应,均存在定量关系:2Al~3H2↑,若产生氢气的体积(相同温度和压强)之比为1∶2,则消耗铝屑的质量之比为1∶2。
9.C [解析] 由题图可知,n[Mg(OH)2]=0.1 mol, n[Al(OH)3]=0.1 mol,据Mg、Al原子守恒推知,
n(Mg)=0.1 mol,n(Al)=0.1 mol,故合金中Mg与Al的质量比为(0.1 mol×24 g·mol-1)∶(0.1 mol×27 g·mol-1)=8∶9,A错误。Mg~H2、Al~H2,则生成H2的总物质的量为0.1 mol+0.1 mol×=0.25 mol,在标准状况下的体积为0.25 mol×22.4 L·mol-1=5.6 L,题目未指明是否处于标准状况下,B错误。发生反应Al(OH)3+NaOHNa[Al(OH)4]时,消耗20 mL NaOH溶液,则有c(NaOH)==5 mol·L-1;加入120 mL NaOH溶液时沉淀达到最大量,溶液中溶质只有Na2SO4,据元素守恒可知,n(S)=n(H2SO4)=0.12 L×5 mol·L-1×=0.3 mol,则有c(H2SO4)==3 mol·L-1,C正确。0.1 mol Mg和0.1 mol Al消耗H2SO4的总物质的量为0.25 mol,故合金反应后剩余H2SO4为0.3 mol-0.25 mol=0.05 mol,D错误。
10.C [解析] 碱溶①后,氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸钠,溶液中主要含有的阳离子为Na+,A错误;酸化②通足量的CO2应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢根离子,离子方程式为[Al(OH)4]-+CO2Al(OH)3↓+HC,B错误;Al(OH)3受热分解,生成高熔点的Al2O3和水,Al2O3常用作塑料的阻燃剂,C正确;灼烧③一般在坩埚中进行,电解④添加冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔融温度,D错误。
11.(1)连接好装置,向水准管中注水,向下移动水准管,静置片刻。若水准管中液面与量气管中液面维持一定的高度差,说明装置气密性良好
(2)2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑
(3)冷却至室温,量气管中液面与水准管中液面相平 小于等于0.04 g 在托盘天平左盘上放置一个小烧杯,称量小烧杯的质量 在托盘天平右盘上放置2
(4)>
(5)符合
[解析] (1)采用“压强差法”检验装置的气密性:向水准管中注入水,向下移动水准管,静置片刻,若水准管中液面与量气管中液面维持一定的高度差,说明装置的气密性良好。(2)铝合金中合金元素为Mg、Al,合金样品中Al与NaOH溶液反应,离子方程式为2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑。(3)Al与NaOH溶液反应生成H2并放出热量,故读取量气管液面前要冷却至室温,上下移动水准管,使量气管和水准管中液面相平。(4)合金中Mg、Al均能与盐酸反应,且都产生H2,故量气管内气体的体积大于V mL。(5)若a=38 mg,V=44.8 mL(标准状况),则有n(H2)=2×10-3 mol,结合反应可知,n(Al)=×10-3 mol,m(Al)=×10-3 mol×27 g·mol-1=0.036 g=36 mg,从而可得该铝合金中铝的含量为×100%≈94.7%>78%,故符合国家标准。
12.(1)Cu(或铜)
(2)Cl2+2Fe2+2Cl-+2Fe3+ Fe3+、Al3+和H+
(3)Na[Al(OH)4]
(4)C
[解析] (1)合金废料主要含铁、铜、铝,加入过量稀硫酸溶解,Fe、Al反应生成FeSO4、Al2(SO4)3,Cu不反应,则固体A为铜。(2)溶液B中含有FeSO4、Al2(SO4)3、H2SO4,通入足量Cl2可将Fe2+氧化成Fe3+,故溶液C中的阳离子主要有Fe3+、Al3+和H+。(3)若D为NaOH,由于Al3++4OH-[Al(OH)4]-,故E中铝元素的存在形式是Na[Al(OH)4]。(4)沉淀F是Fe(OH)3,灼烧时要在坩埚中进行。
