第三单元 金属材料的性能及应用
学习目标 1.认识金属与合金在性能上的主要差异。2.知道生活中常见合金的主要成分及性能。3.了解如何正确使用合金材料及合理使用金属材料的意义。4.知道常见无机非金属材料的主要成分及性能。
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 和 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 、耐酸碱性等化学性能
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 、可锻性、 等工艺性能
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。灯管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
(1)定义:将两种或两种以上的 (或金属与 )共熔,可制备出特殊的金属材料,这种材料叫作合金。
(2)性质:①合金具有许多优良的物理、化学或机械性能,在许多方面不同于各成分金属。
②硬度:合金的硬度一般 成分金属。
③熔点:合金的熔点多数 成分金属。
2.常见的合金
(1)铜合金
(2)铁合金
生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金。由于含碳量不同,钢(含碳量为0.03%~2%)和生铁(含碳量为2%~4.3%)在性能上有很大差异。
生活中常见的不锈钢中除了铁元素外,主要的合金元素是铬(占12%~32%),铬具有很强的耐腐蚀性。
(3)铝合金
向铝中加入少量的合金元素,如Cu、Mg、Mn、Si、Zn及稀土元素等,可制成铝合金。目前铝合金的使用仅次于钢,发展前景广阔。纯铝和铝合金的组成元素、特性和用途如表所示:
项目 主要特性 主要用途
纯铝 Al 硬度和强度较小,导电性、导热性及延展性优良 制造导线、热交换器、反光器具、铝箔等
硬铝 Al、Mg、 Cu、Si、 Mn等 密度小,强度和硬度都比纯铝大,具有较强的抗腐蚀性 用于汽车、飞机、火箭、船舶等制造
镁铝 合金 Al、Mg 强度和硬度都比纯铝和纯镁的大 用于火箭、飞机、轮船等制造
铝锂 合金 Al、Li 低密度、高强度,具有较高的工作温度、较好的高温韧性与加工性能,且价格便宜 21世纪航空飞行器较理想的结构材料之一
(4)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,被广泛用于医疗、火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等领域。
3.合金的形成条件
(1)金属与金属形成合金时:合金是金属在熔化状态时相互混合形成的,熔化时的温度需达到成分金属中熔点最高的金属的熔点,但又不能超出成分金属中沸点最低的金属的沸点。一种金属的熔点高于另一种金属的沸点时则不能形成合金。
(2)金属与非金属形成合金时:部分不活泼非金属与金属可形成合金,活泼非金属与活泼金属则不能形成合金。
4.合金的组成及性能
(1)合金中一定含有金属元素,可能含有非金属元素。
(2)合金是混合物,不是化合物。
(3)合金具有金属特性,如导电、导热等。
(4)合金形成后其物理性质与各成分金属有一定差异,如合金的熔点一般比各成分金属低,而硬度、机械强度一般比各成分金属高;但一般来说各成分金属均保持了其原有的化学性质。
5.正确选用金属材料的一般思路
(1)金属的性质决定其主要用途,在选用材料时应首先考虑其性质与用途的一致性。
(2)所选材料的强度、机械性能、外观、加工难度等主要从金属的物理性质考虑,如密度、硬度、延展性、导电性、导热性、强度等。
(3)材料的稳定性、日常维护应从其化学性质考虑,如在空气、水、酸、碱、盐环境的化学稳定性及耐腐蚀性等。
(4)材料的经济性,如价格,应从原料的储量、开采与冶炼难度等方面考虑。
1.(2024·湖南多校联考高一月考)下列关于合金的说法正确的是 ( )
A.新生储氢合金可用于以氢气为能源的汽车
B.常见的一些合金的硬度大于其主要成分金属,熔点高于其主要成分金属
C.纯铝的密度小、强度高,常用于制造飞机外壳
D.生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金,生铁的含碳量比钢的含碳量低
2.(2023·石家庄精英中学高一测试)下列关于合金的叙述中不正确的是 ( )
A.合金都是由两种或多种金属熔合而成的
B.一般地,合金的硬度大于它的成分金属,熔点低于它的成分金属
C.钢是用量最大、用途最广的合金,青铜是我国使用最早的合金
D.使用不同的原料,改变原料的配比,变更制造合金的工艺等,可以制得具有不同性能的合金
三、无机非金属材料
1.下列说法错误的是 ( )
A.制造手机芯片的关键材料是二氧化硅
B.用铜制作手机线路板利用了铜优良的导电性
C.镁铝合金制成的手机外壳具有轻便抗压的特点
D.手机电池电极材料碳纳米管是新型无机非金属材料
2.材料是人类赖以生存和发展的物质基础。下列说法正确的是 ( )
A.二氧化硅广泛用于制备芯片和太阳能电池
B.石墨烯、碳化硅陶瓷等属于新型无机非金属材料
C.水泥、玻璃和水晶都是硅酸盐材料
D.现代信息社会用于传递信号的光纤的主要成分为硅
1.(2024·陕西汉中市校级联考高一月考)金属材料在生产生活中应用广泛。下列关于金属材料的说法不正确的是 ( )
A.铁合金是世界上使用最广泛的金属材料,我国铁制品使用最早可追溯到西周晚期
B.不锈钢是合金钢的一种,它的合金元素主要是铬(Cr)和镍(Ni)
C.合金硬度、熔沸点和导电导热性都比成分金属优良
D.合金是金属与金属或金属与非金属熔合而成的,所以合成合金是物理变化
2.(2023·皖南十校高一期末联考)用于制造下列物品的材料属于新型合金的是 ( )
A.下水井盖—生铁 B.美工刀刀片—高碳钢
C.飞机外壳—硬铝 D.储氢合金—La-Ni合金
3.硅被誉为无机非金属材料的主角,有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”。下列有关说法正确的是 ( )
A.硅在地壳中含量居第二位,在地球上有丰富的硅资源,如石英、水晶、玛瑙的主要成分都是单质硅
B.硅相对于氢气便于运输、贮存,从安全角度考虑,硅是有开发价值的能源
C.存放NaOH溶液的试剂瓶应用磨口玻璃塞
D.硅是一种良好的半导体材料,所以是制造光导纤维的基本原料
4.(2022·河北卷)定窑是宋代五大名窑之一,其生产的白瓷闻名于世。下列说法正确的是 ( )
A.传统陶瓷是典型的绝缘材料
B.陶瓷主要成分为SiO2和MgO
C.陶瓷烧制的过程为物理变化
D.白瓷的白色是因铁含量较高
5.合金是由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。
(1)下列物质不属于合金的是 (填字母序号)。
A.明矾 B.硬铝
C.生铁 D.青铜
(2)Na、Cu、Al、Fe四种金属的熔、沸点如表所示:
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 (填字母序号)。
①Cu与Na ②Fe与Cu ③Fe与Na
④Al与Na
A.①② B.①③
C.①④ D.②④
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 导电 密度 熔点 导电性 抗氧化性 可铸性 切削加工性
对点训练
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;很多化工原料具有腐蚀性,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+3FeSO43Fe+Al2(SO4)3(合理即可)
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,将铝片插入硫酸亚铁溶液中,反应的化学方程式为2Al+3FeSO43Fe+Al2(SO4)3。
二、
1.(1)金属 非金属 (2)②大于 ③低于
对点训练
1.A [新生储氢合金能够大量吸收H2,并与H2结合成金属氢化物,金属氢化物既容易形成,稍稍加热又容易分解,室温下吸、放氢的速率快,可用于以氢气为能源的汽车,A项正确;常见的一些合金的硬度强于成分金属,熔点低于成分金属,B项错误;纯铝的硬度和强度较小,不适合制造飞机外壳,硬铝常用于制造飞机外壳,C项错误;生铁是含碳量在2%~4.3%的铁碳合金,钢是含碳量在0.03%~2%之间的铁碳合金,生铁的含碳量比钢高,D项错误。]
2.A [合金是指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,合金不一定都是由两种或多种金属熔合而成的,A错误;一般合金的硬度大于它的成分金属,熔点低于它的成分金属,B正确;钢是用量最大、用途最广的合金,青铜是我国使用最早的合金,C正确;不同的合金具有不同的性能,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,D正确。]
三、
对点训练
1.A [硅是制造手机芯片的关键材料,故A错误;铜具有良好的导电性,常用于制作导线,所以用铜制作手机线路板利用了铜优良的导电性,故B正确;合金的硬度比各组分金属的硬度大,所以镁铝合金制成的手机外壳具有轻便抗压的特点,故C正确;用作手机电池电极材料的碳纳米管是新型无机非金属材料,故D正确。]
2.B [A项,二氧化硅能够使光线发生全反射,因此广泛用于制备光导纤维;晶体硅是良好半导体材料,可用于制太阳能电池及晶体管等半导体零件;B项,石墨烯是非金属单质,具有良好的导电性;碳化硅属于共价化合物,原子之间以共价键结合形成立体网状结构,因此石墨烯、碳化硅陶瓷等属于新型无机非金属材料;C项,水晶是SiO2,属于氧化物,并不是硅酸盐,因此不属于硅酸盐材料;D项,现代信息社会用于传递信号的光纤的主要成分为二氧化硅。]
课堂达标训练
1.C [世界上使用最广泛的金属材料是铁合金,我国铁制品使用最早可追溯西周晚期,A正确;不锈钢是合金钢的一种,它的合金元素主要是铬(Cr)和镍(Ni),B正确;合金硬度比成分金属大,熔沸点比成分金属低,导电导热性比成分金属差,C错误;合金是金属与金属或金属与非金属熔合而成的,所以合成合金是物理变化,D正确。]
2.D [合金是两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而形成的混合物,新型合金包括储氢合金,形状记忆合金,钛合金,耐热合金等;生铁,高碳钢,硬铝属于合金材料,储氢合金是新型合金。]
3.B [石英、水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅,故A错误;硅常温下为固体,性质较稳定,便于贮存,较为安全,故B正确;二氧化硅能和氢氧化钠溶液反应生成具有黏性的硅酸钠溶液,容易把磨口玻璃塞和瓶口粘在一起而不易打开,故C错误;光导纤维的主要成分是二氧化硅,不是硅单质,故D错误。]
4.A [陶瓷是良好的绝缘体,传统陶瓷是典型的绝缘材料,常用于高压变压器的开关外包装和器件,A正确;陶瓷的主要成分为硅酸盐,而不是SiO2和MgO,C错误;陶瓷烧制过程发生复杂的化学反应,有新物质生成,属于化学变化,C错误;由于Fe2+、Fe3+和铁的氧化物均有颜色,故陶瓷中含铁量越多,陶瓷的颜色越深,白瓷的白色是因为铁含量较低甚至几乎不含,D错误。]
5.(1)A (2)B
解析 (1)明矾属于化合物,不属于合金。硬铝中含铝、镁、铜等,生铁中主要含铁、碳,青铜中含有铜、锡、铅等,硬铝、生铁、青铜都属于合金。(2)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。(共77张PPT)
第三单元
金属材料的性能及应用
专题 金属与人类文明
9
1.认识金属与合金在性能上的主要差异。2.知道生活中常见合金的主要成分及性能。3.了解如何正确使用合金材料及合理使用金属材料的意义。4.知道常见无机非金属材料的主要成分及性能。
学习目标
一、金属材料的性能
二、合金及其应用
目
录
CONTENTS
课堂达标训练
课后巩固训练
三、无机非金属材料
一、金属材料的性能
对点训练
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 和 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 、耐酸碱性等化学性能
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 、可锻性、 等工艺性能
力学性能
延展性
硬度
塑性
导热
导电
密度
熔点
导电性
抗氧化性
可铸性
切削加工性
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
解析 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;很多化工原料具有腐蚀性,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。
D
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。灯管后面的反光片为
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:
一个化学方程式表示)。
a(或b或e)
延展
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
2Al+3FeSO4===3Fe+Al2(SO4)3(合理即可)
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,将铝片插入硫酸亚铁溶液中,反应的化学方程式为2Al+3FeSO4===3Fe+Al2(SO4)3。
二、合金及其应用
对点训练
1.合金
(1)定义:将两种或两种以上的 (或金属与 )共熔,可制备出特殊的金属材料,这种材料叫作合金。
(2)性质:①合金具有许多优良的物理、化学或机械性能,在许多方面不同于各成分金属。
②硬度:合金的硬度一般 成分金属。
③熔点:合金的熔点多数 成分金属。
金属
非金属
大于
低于
2.常见的合金
(1)铜合金
(2)铁合金
生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金。由于含碳量不同,钢(含碳量为0.03%~2%)和生铁(含碳量为2%~4.3%)在性能上有很大差异。
生活中常见的不锈钢中除了铁元素外,主要的合金元素是铬(占12%~32%),铬具有很强的耐腐蚀性。
(3)铝合金
向铝中加入少量的合金元素,如Cu、Mg、Mn、Si、Zn及稀土元素等,可制成铝合金。目前铝合金的使用仅次于钢,发展前景广阔。纯铝和铝合金的组成元素、特性和用途如表所示:
项目 主要组成元素 主要特性 主要用途
纯铝 Al 硬度和强度较小,导电性、导热性及延展性优良 制造导线、热交换器、反光器具、铝箔等
铝合金 硬铝 Al、Mg、Cu、 Si、Mn等 密度小,强度和硬度都比纯铝大,具有较强的抗腐蚀性 用于汽车、飞机、火箭、船舶等制造
镁铝 合金 Al、Mg 强度和硬度都比纯铝和纯镁的大 用于火箭、飞机、轮船等制造
铝锂 合金 Al、Li 低密度、高强度,具有较高的工作温度、较好的高温韧性与加工性能,且价格便宜 21世纪航空飞行器较理想的结构材料之一
(4)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,被广泛用于医疗、火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等领域。
3.合金的形成条件
(1)金属与金属形成合金时:合金是金属在熔化状态时相互混合形成的,熔化时的温度需达到成分金属中熔点最高的金属的熔点,但又不能超出成分金属中沸点最低的金属的沸点。一种金属的熔点高于另一种金属的沸点时则不能形成合金。
(2)金属与非金属形成合金时:部分不活泼非金属与金属可形成合金,活泼非金属与活泼金属则不能形成合金。
4.合金的组成及性能
(1)合金中一定含有金属元素,可能含有非金属元素。
(2)合金是混合物,不是化合物。
(3)合金具有金属特性,如导电、导热等。
(4)合金形成后其物理性质与各成分金属有一定差异,如合金的熔点一般比各成分金属低,而硬度、机械强度一般比各成分金属高;但一般来说各成分金属均保持了其原有的化学性质。
5.正确选用金属材料的一般思路
(1)金属的性质决定其主要用途,在选用材料时应首先考虑其性质与用途的一致性。
(2)所选材料的强度、机械性能、外观、加工难度等主要从金属的物理性质考虑,如密度、硬度、延展性、导电性、导热性、强度等。
(3)材料的稳定性、日常维护应从其化学性质考虑,如在空气、水、酸、碱、盐环境的化学稳定性及耐腐蚀性等。
(4)材料的经济性,如价格,应从原料的储量、开采与冶炼难度等方面考虑。
1.(2024·湖南多校联考高一月考)下列关于合金的说法正确的是( )
A.新生储氢合金可用于以氢气为能源的汽车
B.常见的一些合金的硬度大于其主要成分金属,熔点高于其主要成分金属
C.纯铝的密度小、强度高,常用于制造飞机外壳
D.生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金,生铁的含碳量比钢的含碳量低
解析 新生储氢合金能够大量吸收H2,并与H2结合成金属氢化物,金属氢化物既容易形成,稍稍加热又容易分解,室温下吸、放氢的速率快,可用于以氢气为能源的汽车,A项正确;常见的一些合金的硬度强于成分金属,熔点低于成分金属,B项错误;纯铝的硬度和强度较小,不适合制造飞机外壳,硬铝常用于制造飞机外壳,C项错误;生铁是含碳量在2%~4.3%的铁碳合金,钢是含碳量在0.03%~2%之间的铁碳合金,生铁的含碳量比钢高,D项错误。
A
2.(2023·石家庄精英中学高一测试)下列关于合金的叙述中不正确的是( )
A.合金都是由两种或多种金属熔合而成的
B.一般地,合金的硬度大于它的成分金属,熔点低于它的成分金属
C.钢是用量最大、用途最广的合金,青铜是我国使用最早的合金
D.使用不同的原料,改变原料的配比,变更制造合金的工艺等,可以制得具有不同性能的合金
解析 合金是指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,合金不一定都是由两种或多种金属熔合而成的,A错误;一般合金的硬度大于它的成分金属,熔点低于它的成分金属,B正确;钢是用量最大、用途最广的合金,青铜是我国使用最早的合金,C正确;不同的合金具有不同的性能,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,D正确。
A
三、无机非金属材料
对点训练
1.下列说法错误的是( )
A.制造手机芯片的关键材料是二氧化硅
B.用铜制作手机线路板利用了铜优良的导电性
C.镁铝合金制成的手机外壳具有轻便抗压的特点
D.手机电池电极材料碳纳米管是新型无机非金属材料
解析 硅是制造手机芯片的关键材料,故A错误;铜具有良好的导电性,常用于制作导线,所以用铜制作手机线路板利用了铜优良的导电性,故B正确;合金的硬度比各组分金属的硬度大,所以镁铝合金制成的手机外壳具有轻便抗压的特点,故C正确;用作手机电池电极材料的碳纳米管是新型无机非金属材料,故D正确。
A
2.材料是人类赖以生存和发展的物质基础。下列说法正确的是( )
A.二氧化硅广泛用于制备芯片和太阳能电池
B.石墨烯、碳化硅陶瓷等属于新型无机非金属材料
C.水泥、玻璃和水晶都是硅酸盐材料
D.现代信息社会用于传递信号的光纤的主要成分为硅
解析 A项,二氧化硅能够使光线发生全反射,因此广泛用于制备光导纤维;晶体硅是良好半导体材料,可用于制太阳能电池及晶体管等半导体零件;B项,石墨烯是非金属单质,具有良好的导电性;碳化硅属于共价化合物,原子之间以共价键结合形成立体网状结构,因此石墨烯、碳化硅陶瓷等属于新型无机非金属材料;C项,水晶是SiO2,属于氧化物,并不是硅酸盐,因此不属于硅酸盐材料;D项,现代信息社会用于传递信号的光纤的主要成分为二氧化硅。
B
课堂达标训练
1.(2024·陕西汉中市校级联考高一月考)金属材料在生产生活中应用广泛。下列关于金属材料的说法不正确的是( )
A.铁合金是世界上使用最广泛的金属材料,我国铁制品使用最早可追溯到西周晚期
B.不锈钢是合金钢的一种,它的合金元素主要是铬(Cr)和镍(Ni)
C.合金硬度、熔沸点和导电导热性都比成分金属优良
D.合金是金属与金属或金属与非金属熔合而成的,所以合成合金是物理变化
C
解析 世界上使用最广泛的金属材料是铁合金,我国铁制品使用最早可追溯西周晚期,A正确;不锈钢是合金钢的一种,它的合金元素主要是铬(Cr)和镍(Ni),B正确;合金硬度比成分金属大,熔沸点比成分金属低,导电导热性比成分金属差,C错误;合金是金属与金属或金属与非金属熔合而成的,所以合成合金是物理变化,D正确。
2.(2023·皖南十校高一期末联考)用于制造下列物品的材料属于新型合金的是( )
D
解析 合金是两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而形成的混合物,新型合金包括储氢合金,形状记忆合金,钛合金,耐热合金等;生铁,高碳钢,硬铝属于合金材料,储氢合金是新型合金。
3.硅被誉为无机非金属材料的主角,有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”。下列有关说法正确的是( )
A.硅在地壳中含量居第二位,在地球上有丰富的硅资源,如石英、水晶、玛瑙的主要成分都是单质硅
B.硅相对于氢气便于运输、贮存,从安全角度考虑,硅是有开发价值的能源
C.存放NaOH溶液的试剂瓶应用磨口玻璃塞
D.硅是一种良好的半导体材料,所以是制造光导纤维的基本原料
B
解析 石英、水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅,故A错误;硅常温下为固体,性质较稳定,便于贮存,较为安全,故B正确;二氧化硅能和氢氧化钠溶液反应生成具有黏性的硅酸钠溶液,容易把磨口玻璃塞和瓶口粘在一起而不易打开,故C错误;光导纤维的主要成分是二氧化硅,不是硅单质,故D错误。
4.(2022·河北卷)定窑是宋代五大名窑之一,其生产的白瓷闻名于世。下列说法正确的是( )
A.传统陶瓷是典型的绝缘材料 B.陶瓷主要成分为SiO2和MgO
C.陶瓷烧制的过程为物理变化 D.白瓷的白色是因铁含量较高
解析 陶瓷是良好的绝缘体,传统陶瓷是典型的绝缘材料,常用于高压变压器的开关外包装和器件,A正确;陶瓷的主要成分为硅酸盐,而不是SiO2和MgO,C错误;陶瓷烧制过程发生复杂的化学反应,有新物质生成,属于化学变化,C错误;由于Fe2+、Fe3+和铁的氧化物均有颜色,故陶瓷中含铁量越多,陶瓷的颜色越深,白瓷的白色是因为铁含量较低甚至几乎不含,D错误。
A
5.合金是由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。
(1)下列物质不属于合金的是 (填字母序号)。
A.明矾 B.硬铝 C.生铁 D.青铜
(2)Na、Cu、Al、Fe四种金属的熔、沸点如表所示:
其中不能形成合金的是 (填字母序号)。
①Cu与Na ②Fe与Cu ③Fe与Na ④Al与Na
A.①② B.①③ C.①④ D.②④
A
金属 Na Cu Al Fe
熔点/℃ 97.8 1 083 660 1 535
沸点/℃ 883 2 567 2 467 2 750
B
解析 (1)明矾属于化合物,不属于合金。硬铝中含铝、镁、铜等,生铁中主要含铁、碳,青铜中含有铜、锡、铅等,硬铝、生铁、青铜都属于合金。(2)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。
课后巩固训练
A级 合格过关练
选择题只有一个选项符合题目要求
1.(2023·广州六中高一测试)2022年的北京冬奥会给人们奉献了一场冰雪盛宴,在短道速滑的比赛中运动员所穿冰鞋的冰刀材料为铝、镁、钛等的合金,下列有关合金说法错误的是( )
A.生铁的含碳量高于钢
B.合金的硬度比其成分金属大
C.钛合金耐高温可用于制造飞机发动机
D.不锈钢中主要含铁、镉、铜三种金属元素
D
解析 钢的含碳量低于生铁,故A正确;合金的硬度比其成分金属的硬度大,熔点低,故B正确;钛合金具有密度小、强度高、耐高温的特点,用于制造飞机发动机,故C正确;不锈钢中主要含Fe、Cr、Ni三种金属元素,故D错误。
2.钛和钛合金被誉为“21世纪最有发展前景的金属材料”,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、耐腐蚀等,尤其是钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”。根据它们的主要性能,判断下列用途不切合实际的是( )
A.用于制造保险丝 B.用于制造航天飞机
C.用于制造人造骨 D.用于家庭装修,制造钛合金装饰门
解析 保险丝应该用熔点较低的金属材料制作,由于钛和钛合金熔点高,不适合制保险丝,A项错误。
A
3.(2024·河南开封五县联考高一月考)第二架国产大型客机C919将在本月底实现首飞。C919机身部分采用第三代新型铝锂合金材料。下列关于铝锂合金的认识不正确的是( )
A.铝锂合金密度较小,强度较大,硬度大于纯铝,熔点低于锂单质
B.改变原料的配比,可以制得性能不同的铝锂合金
C.铝锂合金具有金属光泽,可导电导热
D.铝锂合金的性质与各成分金属的性质完全相同
D
解析 合金的熔点比它的各成分金属的熔点低,硬度大于其成分金属,故A正确;合金的性质与成分的含量有关,所以改变原料的配比,可以制得性能不同的铝锂合金,故B正确;铝锂合金具有金属材料的一些通性,有金属光泽,可导电导热,故C正确;合金的熔点比它的各成分金属的熔点低,硬度大于其成分金属,所以铝锂合金的性质与各成分金属的性质不完全相同,故D错误。
4.储氢合金是一种新型合金。下列关于储氢合金的说法错误的是( )
A.储氢合金是一类能够大量吸收氢气,并与氢气结合成金属氢化物的新型合金材料
B.储氢合金具有储氢量大、能耗低、使用方便的特点
C.储氢合金具有很强的捕捉氢的能力,氢分子在合金中先分解成单个的原子,氢原子进入合金原子的缝隙中,并与合金生成金属氢化物
D.储氢合金形成的金属氢化物性质稳定,高温条件下也不易分解
解析 储氢合金中形成的金属氢化物既容易形成,加热又容易分解,故D错误。
D
5.(2023·石家庄二中高一期末)新材料问世常常带动新科技、新技术的应用和发展,下列有关说法不正确的是( )
A.中国航空铝材处于世界领先行列,该铝材是一种铝合金,铝合金的密度小,强度高
B.稀土元素被称为“冶金工业的维生素”,其加入钢中后可增加钢的韧性、抗氧化性
C.我国自主研发的新一代动车组在京沪高铁上跑出486.1公里的世界列车最高时速,得益全路铺设的优质无缝平滑的超长钢轨,钢的熔点比铁的熔点高,比铁用途更广泛
D.2017年8月我国成功完成某超级钢的研制,该超级钢强度大,能够实现钢板轻薄化
C
解析 铝合金的密度小,强度高,抗腐蚀能力强,A正确;稀土元素加入钢中有多种作用,例如可改变合金的结构增加钢的韧性、抗氧化性;B正确;钢是由铁、碳等元素构成的合金,合金的熔点比铁的熔点低,C错误;超级钢是通过各种工艺方法将普通的碳素结构钢的铁素体晶粒细化,进而使其强度有大幅度提高,能够实现钢板轻薄化,D正确。
6.下列关于合金的说法中正确的是( )
A.改变原料的配比、变更制造合金的工艺,可以制得具有不同性能的合金
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
解析 合金可以由两种或两种以上的金属形成,也可以由金属和非金属形成,如生铁和钢都是铁和碳的合金,B错误;青铜是在纯铜中加入锡或铅形成的合金,其硬度大于纯铜,C错误;镁铝合金用于制造飞机是利用了其硬度大、强度高、密度小等特点,D错误。
A
7.(2024·江苏高一月考)化学与科技、生产、生活密切相关。下列说法错误的是( )
A.“天宫课堂”实验过饱和乙酸钠溶液结晶形成温热的“冰球”,是吸热过程
B.中国空间站使用的碳纤维,是一种新型无机非金属材料
C.舰艇隐性涂料中使用的掺杂态聚乙炔为导电材料
D.“嫦娥号”飞船带回的月壤中含有3He,它与4He互为同位素
解析 过饱和醋酸钠溶液,溶质结晶,形成稳定的固体,这个是一个放热的过程,A错误;碳纤维是一种由碳元素组成的特种纤维,碳含量在90%以上,是新型无机非金属材料,B正确;聚乙炔由共轭π键和掺杂效应共同作用,具备导电性,C正确;3He与4He的质子数相同而中子数不同,且均为原子,故互为同位素,D正确。
A
8.(2023·沈阳一二0中学高一监测)化学与生活密切相关,下列说法不正确的是( )
A.化学家采用玛瑙研钵研磨固体物质,玛瑙的主要成分是硅酸盐
B.三峡大坝使用了大量水泥,水泥是硅酸盐材料
C.太阳能电池可采用硅材料制作,该应用有利于环保、节能
D.葡萄酒中添加微量的SO2,既可以杀菌消毒,又可以防止营养成分被氧化
解析 玛瑙的主要成分是二氧化硅,故A错误;水泥是硅酸盐材料,故B正确;太阳能电池可采用硅材料制作,太阳能是清洁能源,该应用有利于环保、节能,故C正确;葡萄酒中添加微量的SO2,既可以杀菌消毒,SO2常作抗氧剂,又可以防止营养成分被氧化,故D正确。
A
9.(2024·黑龙江哈师大附中高一摸底)核潜艇上的核反应堆使用液态铝钠合金作载热介质,下列有关说法中正确的是( )
A.该合金的熔点介于钠、铝之间
B.钠或铝形成的氧化物均为碱性氧化物
C.等质量钠和铝分别与足量的盐酸反应,钠产生的气体多
D.若合金中n(Na)=n(Al),将其投入到足量的水中,无固体剩余
D
解析 合金的熔点低于组成成分金属的熔点,A错误; 氧化钠为碱性氧化物,过氧化钠为过氧化物不是碱性氧化物,氧化铝为两性氧化物,B错误;Na、Al与盐酸反应的化学方程式依次为2Na+2HCl===2NaCl+H2↑、2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑,生成1 mol H2消耗的Na、Al的质量依次为46 g、18 g,则等质量钠和铝分别与足量的盐酸反应铝产生的气体多,C错误;钠与水反应的化学方程式为2Na+2H2O=== 2NaOH+H2↑,铝与氢氧化钠反应的化学方程式为2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2 +3H2↑,当n(Na)=n(Al),可得无色透明的偏铝酸钠溶液,D正确。
10.我国超级钢研究居于世界领先地位。下列说法错误的是( )
A.钢是用量最大、用途最广的合金
B.根据钢材的含碳量不同,可分为碳素钢和合金钢
C.合金的硬度可以大于它的成分金属
D.超级钢具有强度高,韧性大等特殊性能,常用于汽车、航空和航天等领域
解析 钢铁是用量最大、用途最广的合金,广泛应用于生活的各个方面,A项正确;根据含碳量的高低可以将碳素钢分为低碳钢、中碳钢、高碳钢;但合金钢是在普通碳素钢基础上适量的添加一种或多种合金元素而构成的,不能按含碳量分类,B项错误;合金的硬度一般大于它的成分金属,如纯铁较软,而钢铁的硬度较大,C项正确;超级钢具有强度高,韧性大等特殊性能,汽车、航空和航天由于需要受到高压的刺激,所以适合使用超级金属,D项正确。
B
11.(2024·湖南长沙高一学情检测)化学与人们的生活紧密相关,下列说法错误的是( )
A.第19届杭州亚运会“薪火”火炬采用1070铝合金,具有硬度高、耐腐蚀的特点
B.火炬“飞扬”以氢气为燃料,并添加显色剂(如钠盐)调节火焰颜色是利用焰色试验的原理
C.“天问一号”火星车使用热控保温材料-纳米气凝胶,可产生丁达尔效应
D.La-Ni合金是一种新型储氢合金材料,属于金属单质
D
解析 铝合金属于金属材料,具有硬度高、耐腐蚀的特点,A项正确;“飞扬”以氢气为燃料,并添加显色剂(如钠盐)调节火焰颜色,调节火焰颜色是利用焰色试验的原理,B项正确;纳米气凝胶为胶体,可产生丁达尔效应,C项正确;La-Ni合金储氢量大,金属氢化物既容易形成,稍稍加热又容易分解,室温下吸、放氢的速率快,是一种新型储氢合金材料,合金是混合物,D项错误。
12.(2022·驻马店一高高一期末)2021年3月举世瞩目的三星堆重启考古发掘。此次考古发掘出土五百多件重要的文物,包括大量的黄金制品、丝绸饰品,还有大米、象牙、青铜、神树等等。下列有关说法正确的是( )
A.可以用碳的一种核素测定出土文物年代
B.青铜属于金属材料,硬度比纯铜的小,易于加工
C.黄金易被氧化,出土后的黄金制品要密闭保存
D.青铜的熔点比纯铜的熔点高
A
解析 可以用14C测定出土文物年代,其为碳的一种核素,故A正确;青铜属于合金,含有铜、锡等,合金的硬度比任一组成成分金属的硬度都大,故青铜硬度比纯铜的大,故B错误;黄金化学活动性很弱,不易被氧化,故C错误;合金的熔点一般比任一组成成分金属的熔点都低,故青铜的熔点比纯铜的熔点低,故D错误。
13.下列说法错误的是( )
A.光导纤维作通信材料有许多优点,但怕腐蚀,铺设也很不方便
B.新型无机非金属材料具有光学特性、电学特性等
C.高温结构陶瓷相比金属材料具有许多优点,如耐高温、抗氧化等
D.光导纤维除用于通信外,还可以用于医疗、信息处理等许多方面
解析 光导纤维的主要成分是二氧化硅,二氧化硅化学性质稳定,耐腐蚀,A项错误;新型无机非金属材料有单晶硅、二氧化硅等,具有特殊的光学和电学性能等,B项正确;高温结构陶瓷如碳化硅,具有耐高温、抗氧化等优点,C项正确;光导纤维除用于通信外,还可用于医疗(如内窥镜)、信息处理等方面,D项正确。
A
14.我国高铁、航空航天、手机制造等都已经跻身世界一流水平,根据下列材料的应用回答问题。
应用 “复兴号”高铁的车轮 “鲲龙”水陆两栖飞机零部件 华为折叠
手机屏幕
用到 的材料 高速钢 钛合金、铝合金 聚酰亚胺塑料
(1)上述材料中属于有机合成材料的是 ,
属于金属材料的是 (写一种即可)。
(2)飞机外壳用钛合金、铝合金的优点是 。
(3)在对高铁钢轨中的缝隙进行焊接时,常用铝和氧化铁在高温条件下反应生成熔融状态下的铁和另一种氧化物。写出该反应的化学方程式为
。
反应类型是 。
解析 聚酰亚胺塑料是一种有机合成材料,合金相对于成分金属往往硬度更大,更耐腐蚀。
聚酰亚胺塑料
高速钢(或钛合金或铝合金)
耐腐蚀、硬度大、密度小等
置换反应
15.钼是一种过渡金属元素,通常用作合金及不锈钢的添加剂,这种元素可增强合金的强度、硬度、可焊性及韧性,还可增强其耐高温及耐腐蚀性能。如图是化工生产中制备金属钼的主要流程图:
(1)写出在高温下发生反应①的化学方程式: 。
(2)如果在实验室模拟操作1和操作2,则需要使用玻璃仪器有 。
(3)某同学利用如图所示装置来制备氢气,利
用氢气还原三氧化钼,根据要求回答问题:
①请设计一个实验方案验证H2的还原性并
检验其氧化产物,其装置转接顺序是
→D→D。
②两次使用D装置,其中所盛的药品依次是 、 。
烧杯、漏斗、玻璃棒
A→C→B
无水硫酸铜
碱石灰
B级 素养培优练
16.(2023·广州铁路一中高一期末)易拉罐的主要成分为铝合金,其中以铝铁合金和铝镁合金最为常见。现取几小块易拉罐碎片进行下列实验,其中实验方案与现象、结论正确的是( )
D
选项 实验方案 现象、结论
A 加入盐酸 产生无色气体;含铝、铁、镁三种金属
B 加入NaOH溶液 有无色气体产生;含有镁、铝两种金属
C 加入盐酸后,所得溶液中再加入少量NaOH溶液 产生白色沉淀;含有金属镁
D 用盐酸溶解并放置一会儿后,加入KSCN溶液 溶液呈血红色;含有铁元素
解析 铝、铁、镁均能和盐酸反应,加入盐酸,产生无色气体,不能说明含有铝、铁、镁三种金属,故A错误;只有铝能和NaOH溶液反应生成无色气体,所以B项中的现象只能说明含有铝,故B错误;Al(OH)3也是白色沉淀,所以可能还有铝,故C错误;用盐酸溶解后,金属以离子形式存在,并放置一会儿,加入KSCN溶液呈血红色,说明含有铁元素,故D正确。
17.(2023·辽宁卷)某工厂采用如下工艺制备Cr(OH)3,已知焙烧后Cr元素以+6价形式存在,下列说法错误的是( )
A.“焙烧”中产生CO2
B.滤渣的主要成分为Fe(OH)2
C.滤液①中Cr元素的主要存在形式为Cr
D.淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用
B
18.含镁3%~5%的铝镁合金是轮船制造、化工生产、机械制造等行业的重要原料。现有一块质量为m g的铝镁合金,欲测定其中镁的质量分数,几位同学设计了以下三种不同的实验方案。
方案1:将铝镁合金与足量盐酸反应,测定生成的气体在标准状况下的体积为V1 L。
方案2:将铝镁合金与足量NaOH溶液反应,过滤、洗涤、干燥,测定剩余固体的质量为W1 g。
方案3:将铝镁合金与过量的盐酸反应,然后在溶液中加入过量的NaOH溶液,过滤、洗涤、灼烧,测定固体的质量为W2 g。
(1)某化学实验小组利用如图所示装置,按照方案1进行了实验。
①装置中仪器a、b的名称分别是 、 。
②实验装置中有两处明显的错误,分别是
、
。
绘出正确的装置图: 。
分液漏斗
圆底烧瓶
集气瓶中进气管插入液面下、出气管在液面以上
导管末端在量筒上部
解析 (1)①仪器a、b的名称分别是分液漏斗、圆底烧瓶。②方案1利用排液法收集气体,故应进气管短,出气管长,且出气管应插到液面以下;测定气体体积时,导管应插到量筒下部。
(2)方案2中相关反应的离子方程式为 。
(3)方案3“过滤”操作中用到了玻璃棒,其作用是 ;若按方案3进行实验,
测得的镁的质量分数为 (用含m和W2的代数式表示)。
(4)请你设计一个不同于上述方案的实验方案,简述实验原理并绘制实验装置图。
2Al+2OH-+2H2O===2Al+3H2↑
引流
%
实验原理:镁铝合金与足量的NaOH溶液反应,测定反应前后装置与药品总质量,质量之差等于铝与NaOH溶液反应产生的氢气的质量,根据氢气质量计算铝的质量,进而计算镁的质量分数。装置如图所示:
解析 (3)在过滤操作中玻璃棒起引流作用,避免液体外溅。按方案3进行实验操作,最终得到固体氧化镁,m(Mg)=W2 g× g,w(Mg)=%。
19.(2024·山东济宁育才中学高一开学考试)材料是人类赖以生存的重要物质基础。材料种类很多,通常可分为金属材料、无机非金属、高分子合成材料及复合材料。
(1)合金是被广泛应用的金属材料。下列有关合金性质的说法正确的是
(填字母)。
A.生铁和钢都属于铁碳合金,生铁的含碳量更高
B.不锈钢是在碳素钢中加入其他合金元素,改变钢的结构使其具有耐腐蚀性
C.硬铝的强度比纯铝小但耐腐蚀,可用于制造宇宙飞船等
D.储氢合金可有效解决氢能源的安全存储和运输等问题
E.铁在地壳中的含量比铜丰富,所以人类发展经历了从石器时代到铁器时代,再到青铜器时代
F.稀土元素被称为“冶金工业的维生素”,在合金中加入适量稀土金属,能大大改善合金的性能
ABDF
解析 (1)生铁和钢都属于铁碳合金,生铁含碳量为2%~4.3%,钢含碳量为0.03%~2%,生铁的含碳量更高,A正确;不锈钢是在碳素钢中加入其他合金元素,改变钢的结构使其具有耐腐蚀性,B正确;硬铝的强度比纯铝大,C错误;储氢合金可有效解决氢能源的安全存储和运输等问题,D正确;人类发展史是从石器时代到青铜器时代再到铁器时代,E错误;在合金中加入适量稀土金属,能大大改善合金的性能,F正确;
(2)镁、铝、铁的单质及其化合物在生产和生活中有广泛的用途。回答下列问题:
①铁元素的常见化合价有+2和+3价,26Fe元素有54Fe、56Fe、57Fe、58Fe四种核素,它们互为 。
②Al2O3、MgO、Fe2O3、Fe3O4、MgO2(过氧化镁)中,属于碱性氧化物的有
。
③纳米铁粉可以高效地去除被污染水体甲的Hg2+等重金属离子,其本质是
(用离子方程式表示)。
同位素
MgO、Fe2O3、Fe3O4
Fe+Hg2+===Fe2++Hg
解析 (2)①54Fe、56Fe、57Fe、58Fe四种核素互为同位素。②Al2O3是两性氧化物,MgO2是过氧化物,MgO、Fe2O3、Fe3O4均能与酸反应只生成盐和水,属于碱性氧化物。③根据金属活动性顺序表,Fe能把Hg2+等重金属离子置换成单质,其本质是:Fe+Hg2+===Fe2++Hg。
④纳米铁粉还可用于处理含氧酸性废水中的N,反应原理如图所示。
该过程中体现了纳米铁粉的 性(填“氧化”或“还原”);在铁粉总量一定的条件下,废水中的溶解氧过多不利于N的去除,原因是
。
还原
Fe2+易被氧化,过多的溶解氧也能氧化Fe2+,从而降低N的去除率
解析 ④该过程中Fe与O2反应,Fe由0价升高到+2价,被氧化,作还原剂,体现了纳米铁粉的还原性。Fe2+易被氧化,过多的溶解氧也能氧化Fe2+,从而降低N的去除率。
20.(2023·江西抚州高二月考)某小组同学以一种铁铝合金为原料,模拟相关的工业生产,反应过程如图所示(部分产物和条件已略去),请回答:
(1)铁铝合金是一种高电磁性能合金,下列有关推测可能正确的是 (填字母)。
A.铁铝合金可由铁和铝熔融混合制成 B.铁铝合金的熔点高于铝和铁
C.铁铝合金硬度大于纯铝
(2)反应①中铝元素发生反应的离子方程式为 。
(3)反应②的化学方程式为 。
(4)反应③发生时观察到的现象是
,
用化学方程式表示颜色变化的原因: 。
AC
Al3++4OH-===Al+2H2O
2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑
生成白色絮状沉淀,逐渐变成灰绿色,最后变成红褐色
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
解析 分析流程可知,铁和铝在足量稀硫酸中发生反应生成硫酸亚铁和硫酸铝,加入足量的NaOH溶液时,①中的反应有硫酸与氢氧化钠的酸碱中和反应、硫酸铝与过量氢氧化钠反应生成偏铝酸钠、硫酸亚铁在空气中与氢氧化钠和氧气反应生成氢氧化铁沉淀,氢氧化铁经灼烧得到氧化铁,则固体A为氧化铁;④中过量二氧化碳能与偏铝酸钠发生反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠,灼烧氢氧化铝得到氧化铝,固体B为氧化铝;②中铝单质能与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠,铁不和NaOH反应,过滤所得铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁;③中硫酸亚铁在空气中与氢氧化钠和氧气反应生成氢氧化铁。
(1)铁铝合金是由铁和铝熔融混合制成的具有特征性质的混合物,故A正确;通常合金熔点低于各组分金属,则铁铝合金的熔点低于铝和铁,故B错误;通常合金硬度大于各组分金属,则铁铝合金硬度大于纯铝,故C正确。(2)①中硫酸铝与过量氢氧化钠反应生成偏铝酸钠,其反应的离子方程式为Al3++4OH-===Al+2H2O。
(3)②中铝单质能与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠,其反应的化学方程式为2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑。(4)③中硫酸亚铁与氢氧化钠反应先生成氢氧化亚铁,氢氧化亚铁易被空气中的氧气氧化为氢氧化铁。专题9 作业22 金属材料的性能及应用
A级 合格过关练
选择题只有一个选项符合题目要求(1~13题,每题3分)
1.(2023·广州六中高一测试)2022年的北京冬奥会给人们奉献了一场冰雪盛宴,在短道速滑的比赛中运动员所穿冰鞋的冰刀材料为铝、镁、钛等的合金,下列有关合金说法错误的是 ( )
生铁的含碳量高于钢
合金的硬度比其成分金属大
钛合金耐高温可用于制造飞机发动机
不锈钢中主要含铁、镉、铜三种金属元素
2.钛和钛合金被誉为“21世纪最有发展前景的金属材料”,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、耐腐蚀等,尤其是钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”。根据它们的主要性能,判断下列用途不切合实际的是 ( )
用于制造保险丝
用于制造航天飞机
用于制造人造骨
用于家庭装修,制造钛合金装饰门
3.(2024·河南开封五县联考高一月考)第二架国产大型客机C919将在本月底实现首飞。C919机身部分采用第三代新型铝锂合金材料。下列关于铝锂合金的认识不正确的是 ( )
铝锂合金密度较小,强度较大,硬度大于纯铝,熔点低于锂单质
改变原料的配比,可以制得性能不同的铝锂合金
铝锂合金具有金属光泽,可导电导热
铝锂合金的性质与各成分金属的性质完全相同
4.储氢合金是一种新型合金。下列关于储氢合金的说法错误的是 ( )
储氢合金是一类能够大量吸收氢气,并与氢气结合成金属氢化物的新型合金材料
储氢合金具有储氢量大、能耗低、使用方便的特点
储氢合金具有很强的捕捉氢的能力,氢分子在合金中先分解成单个的原子,氢原子进入合金原子的缝隙中,并与合金生成金属氢化物
储氢合金形成的金属氢化物性质稳定,高温条件下也不易分解
5.(2023·石家庄二中高一期末)新材料问世常常带动新科技、新技术的应用和发展,下列有关说法不正确的是 ( )
中国航空铝材处于世界领先行列,该铝材是一种铝合金,铝合金的密度小,强度高
稀土元素被称为“冶金工业的维生素”,其加入钢中后可增加钢的韧性、抗氧化性
我国自主研发的新一代动车组在京沪高铁上跑出486.1公里的世界列车最高时速,得益全路铺设的优质无缝平滑的超长钢轨,钢的熔点比铁的熔点高,比铁用途更广泛
2017年8月我国成功完成某超级钢的研制,该超级钢强度大,能够实现钢板轻薄化
6.下列关于合金的说法中正确的是 ( )
改变原料的配比、变更制造合金的工艺,可以制得具有不同性能的合金
合金都是由不同金属单质组成的混合物
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
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
7.(2024·江苏高一月考)化学与科技、生产、生活密切相关。下列说法错误的是 ( )
“天宫课堂”实验过饱和乙酸钠溶液结晶形成温热的“冰球”,是吸热过程
中国空间站使用的碳纤维,是一种新型无机非金属材料
舰艇隐性涂料中使用的掺杂态聚乙炔为导电材料
“嫦娥号”飞船带回的月壤中含有3He,它与4He互为同位素
8.(2023·沈阳一二0中学高一监测)化学与生活密切相关,下列说法不正确的是 ( )
化学家采用玛瑙研钵研磨固体物质,玛瑙的主要成分是硅酸盐
三峡大坝使用了大量水泥,水泥是硅酸盐材料
太阳能电池可采用硅材料制作,该应用有利于环保、节能
葡萄酒中添加微量的SO2,既可以杀菌消毒,又可以防止营养成分被氧化
9.(2024·黑龙江哈师大附中高一摸底)核潜艇上的核反应堆使用液态铝钠合金作载热介质,下列有关说法中正确的是 ( )
该合金的熔点介于钠、铝之间
钠或铝形成的氧化物均为碱性氧化物
等质量钠和铝分别与足量的盐酸反应,钠产生的气体多
若合金中n(Na)=n(Al),将其投入到足量的水中,无固体剩余
10.我国超级钢研究居于世界领先地位。下列说法错误的是 ( )
钢是用量最大、用途最广的合金
根据钢材的含碳量不同,可分为碳素钢和合金钢
合金的硬度可以大于它的成分金属
超级钢具有强度高,韧性大等特殊性能,常用于汽车、航空和航天等领域
11.(2024·湖南长沙高一学情检测)化学与人们的生活紧密相关,下列说法错误的是 ( )
第19届杭州亚运会“薪火”火炬采用1070铝合金,具有硬度高、耐腐蚀的特点
火炬“飞扬”以氢气为燃料,并添加显色剂(如钠盐)调节火焰颜色是利用焰色试验的原理
“天问一号”火星车使用热控保温材料-纳米气凝胶,可产生丁达尔效应
La-Ni合金是一种新型储氢合金材料,属于金属单质
12.(2022·驻马店一高高一期末)2021年3月举世瞩目的三星堆重启考古发掘。此次考古发掘出土五百多件重要的文物,包括大量的黄金制品、丝绸饰品,还有大米、象牙、青铜、神树等等。下列有关说法正确的是 ( )
可以用碳的一种核素测定出土文物年代
青铜属于金属材料,硬度比纯铜的小,易于加工
黄金易被氧化,出土后的黄金制品要密闭保存
青铜的熔点比纯铜的熔点高
13.下列说法错误的是 ( )
光导纤维作通信材料有许多优点,但怕腐蚀,铺设也很不方便
新型无机非金属材料具有光学特性、电学特性等
高温结构陶瓷相比金属材料具有许多优点,如耐高温、抗氧化等
光导纤维除用于通信外,还可以用于医疗、信息处理等许多方面
14.(7分)我国高铁、航空航天、手机制造等都已经跻身世界一流水平,根据下列材料的应用回答问题。
应用 “复兴号”高铁的车轮 “鲲龙”水陆两栖飞机零部件 华为折叠 手机屏幕
用到 的材料 高速钢 钛合金、铝合金 聚酰亚胺塑料
(1)(2分)上述材料中属于有机合成材料的是 ,
属于金属材料的是 (写一种即可)。
(2)(2分)飞机外壳用钛合金、铝合金的优点是
。
(3)(3分)在对高铁钢轨中的缝隙进行焊接时,常用铝和氧化铁在高温条件下反应生成熔融状态下的铁和另一种氧化物。写出该反应的化学方程式为
(2分)。
反应类型是 (1分)。
15.(7分)钼是一种过渡金属元素,通常用作合金及不锈钢的添加剂,这种元素可增强合金的强度、硬度、可焊性及韧性,还可增强其耐高温及耐腐蚀性能。如图是化工生产中制备金属钼的主要流程图:
(1)(2分)写出在高温下发生反应①的化学方程式:
。
(2)(2分)如果在实验室模拟操作1和操作2,则需要使用玻璃仪器有 。
(3)(3分)某同学利用如图所示装置来制备氢气,利用氢气还原三氧化钼,根据要求回答问题:
①请设计一个实验方案验证H2的还原性并检验其氧化产物,其装置转接顺序是 →D→D。
②两次使用D装置,其中所盛的药品依次是 、 。
B级 素养培优练
(16~17题,每题3分)
16.(2023·广州铁路一中高一期末)易拉罐的主要成分为铝合金,其中以铝铁合金和铝镁合金最为常见。现取几小块易拉罐碎片进行下列实验,其中实验方案与现象、结论正确的是( )
选项 实验方案 现象、结论
加入盐酸 产生无色气体;含铝、铁、镁三种金属
加入NaOH溶液 有无色气体产生;含有镁、铝两种金属
加入盐酸后,所得溶液中再加入少量NaOH溶液 产生白色沉淀;含有金属镁
用盐酸溶解并放置一会儿后,加入KSCN溶液 溶液呈血红色;含有铁元素
17.(2023·辽宁卷)某工厂采用如下工艺制备Cr(OH)3,已知焙烧后Cr元素以+6价形式存在,下列说法错误的是 ( )
“焙烧”中产生CO2
滤渣的主要成分为Fe(OH)2
滤液①中Cr元素的主要存在形式为Cr
淀粉水解液中的葡萄糖起还原作用
18.(12分)含镁3%~5%的铝镁合金是轮船制造、化工生产、机械制造等行业的重要原料。现有一块质量为m g的铝镁合金,欲测定其中镁的质量分数,几位同学设计了以下三种不同的实验方案。
方案1:将铝镁合金与足量盐酸反应,测定生成的气体在标准状况下的体积为V1 L。
方案2:将铝镁合金与足量NaOH溶液反应,过滤、洗涤、干燥,测定剩余固体的质量为W1 g。
方案3:将铝镁合金与过量的盐酸反应,然后在溶液中加入过量的NaOH溶液,过滤、洗涤、灼烧,测定固体的质量为W2 g。
(1)(6分)某化学实验小组利用如图所示装置,按照方案1进行了实验。
①(2分)装置中仪器a、b的名称分别是 、 。
②实验装置中有两处明显的错误,分别是
(1分)、
(1分)。
绘出正确的装置图(2分)
(2)(2分)方案2中相关反应的离子方程式为
。
(3)(2分)方案3“过滤”操作中用到了玻璃棒,其作用是 ;若按方案3进行实验,测得的镁的质量分数为 (用含m和W2的代数式表示)。
(4)(2分)请你设计一个不同于上述方案的实验方案,简述实验原理并绘制实验装置图。
19.(9分)(2024·山东济宁育才中学高一开学考试)材料是人类赖以生存的重要物质基础。材料种类很多,通常可分为金属材料、无机非金属、高分子合成材料及复合材料。
(1)(3分)合金是被广泛应用的金属材料。下列有关合金性质的说法正确的是 (填字母)。
A.生铁和钢都属于铁碳合金,生铁的含碳量更高
B.不锈钢是在碳素钢中加入其他合金元素,改变钢的结构使其具有耐腐蚀性
C.硬铝的强度比纯铝小但耐腐蚀,可用于制造宇宙飞船等
D.储氢合金可有效解决氢能源的安全存储和运输等问题
E.铁在地壳中的含量比铜丰富,所以人类发展经历了从石器时代到铁器时代,再到青铜器时代
F.稀土元素被称为“冶金工业的维生素”,在合金中加入适量稀土金属,能大大改善合金的性能
(2)(6分)镁、铝、铁的单质及其化合物在生产和生活中有广泛的用途。回答下列问题:
①(1分)铁元素的常见化合价有+2和+3价,26Fe元素有54Fe、56Fe、57Fe、58Fe四种核素,它们互为 。
②(1分)Al2O3、MgO、Fe2O3、Fe3O4、MgO2(过氧化镁)中,属于碱性氧化物的有 。
③(2分)纳米铁粉可以高效地去除被污染水体甲的Hg2+等重金属离子,其本质是
(用离子方程式表示)。
④(2分)纳米铁粉还可用于处理含氧酸性废水中的N,反应原理如图所示。
该过程中体现了纳米铁粉的 性(填“氧化”或“还原”);在铁粉总量一定的条件下,废水中的溶解氧过多不利于N的去除,原因是
。
20.(10分)(2023·江西抚州高二月考)某小组同学以一种铁铝合金为原料,模拟相关的工业生产,反应过程如图所示(部分产物和条件已略去),请回答:
(1)(2分)铁铝合金是一种高电磁性能合金,下列有关推测可能正确的是 (填字母)。
A.铁铝合金可由铁和铝熔融混合制成
B.铁铝合金的熔点高于铝和铁
C.铁铝合金硬度大于纯铝
(2)(2分)反应①中铝元素发生反应的离子方程式为 。
(3)(2分)反应②的化学方程式为
。
(4)(4分)反应③发生时观察到的现象是
,
用化学方程式表示颜色变化的原因:
。
作业22 金属材料的性能及应用
1.D [钢的含碳量低于生铁,故A正确;合金的硬度比其成分金属的硬度大,熔点低,故B正确;钛合金具有密度小、强度高、耐高温的特点,用于制造飞机发动机,故C正确;不锈钢中主要含Fe、Cr、Ni三种金属元素,故D错误。]
2.A [保险丝应该用熔点较低的金属材料制作,由于钛和钛合金熔点高,不适合制保险丝,A项错误。]
3.D [合金的熔点比它的各成分金属的熔点低,硬度大于其成分金属,故A正确;合金的性质与成分的含量有关,所以改变原料的配比,可以制得性能不同的铝锂合金,故B正确;铝锂合金具有金属材料的一些通性,有金属光泽,可导电导热,故C正确;合金的熔点比它的各成分金属的熔点低,硬度大于其成分金属,所以铝锂合金的性质与各成分金属的性质不完全相同,故D错误。]
4.D [储氢合金中形成的金属氢化物既容易形成,加热又容易分解,故D错误。]
5.C [铝合金的密度小,强度高,抗腐蚀能力强,A正确;稀土元素加入钢中有多种作用,例如可改变合金的结构增加钢的韧性、抗氧化性;B正确;钢是由铁、碳等元素构成的合金,合金的熔点比铁的熔点低,C错误;超级钢是通过各种工艺方法将普通的碳素结构钢的铁素体晶粒细化,进而使其强度有大幅度提高,能够实现钢板轻薄化,D正确。]
6.A [合金可以由两种或两种以上的金属形成,也可以由金属和非金属形成,如生铁和钢都是铁和碳的合金,B错误;青铜是在纯铜中加入锡或铅形成的合金,其硬度大于纯铜,C错误;镁铝合金用于制造飞机是利用了其硬度大、强度高、密度小等特点,D错误。]
7.A [过饱和醋酸钠溶液,溶质结晶,形成稳定的固体,这个是一个放热的过程,A错误;碳纤维是一种由碳元素组成的特种纤维,碳含量在90%以上,是新型无机非金属材料,B正确;聚乙炔由共轭π键和掺杂效应共同作用,具备导电性,C正确;3He与4He的质子数相同而中子数不同,且均为原子,故互为同位素,D正确。]
8.A [玛瑙的主要成分是二氧化硅,故A错误;水泥是硅酸盐材料,故B正确;太阳能电池可采用硅材料制作,太阳能是清洁能源,该应用有利于环保、节能,故C正确;葡萄酒中添加微量的SO2,既可以杀菌消毒,SO2常作抗氧剂,又可以防止营养成分被氧化,故D正确。]
9.D [合金的熔点低于组成成分金属的熔点,A错误; 氧化钠为碱性氧化物,过氧化钠为过氧化物不是碱性氧化物,氧化铝为两性氧化物,B错误;Na、Al与盐酸反应的化学方程式依次为2Na+2HCl2NaCl+H2↑、2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑,生成1 mol H2消耗的Na、Al的质量依次为46 g、18 g,则等质量钠和铝分别与足量的盐酸反应铝产生的气体多,C错误;钠与水反应的化学方程式为2Na+2H2O2NaOH+H2↑,铝与氢氧化钠反应的化学方程式为2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑,当n(Na)=n(Al),可得无色透明的偏铝酸钠溶液,D正确。]
10.B [钢铁是用量最大、用途最广的合金,广泛应用于生活的各个方面,A项正确;根据含碳量的高低可以将碳素钢分为低碳钢、中碳钢、高碳钢;但合金钢是在普通碳素钢基础上适量的添加一种或多种合金元素而构成的,不能按含碳量分类,B项错误;合金的硬度一般大于它的成分金属,如纯铁较软,而钢铁的硬度较大,C项正确;超级钢具有强度高,韧性大等特殊性能,汽车、航空和航天由于需要受到高压的刺激,所以适合使用超级金属,D项正确。]
11.D [铝合金属于金属材料,具有硬度高、耐腐蚀的特点,A项正确;“飞扬”以氢气为燃料,并添加显色剂(如钠盐)调节火焰颜色,调节火焰颜色是利用焰色试验的原理,B项正确;纳米气凝胶为胶体,可产生丁达尔效应,C项正确;La-Ni合金储氢量大,金属氢化物既容易形成,稍稍加热又容易分解,室温下吸、放氢的速率快,是一种新型储氢合金材料,合金是混合物,D项错误。]
12.A [可以用14C测定出土文物年代,其为碳的一种核素,故A正确;青铜属于合金,含有铜、锡等,合金的硬度比任一组成成分金属的硬度都大,故青铜硬度比纯铜的大,故B错误;黄金化学活动性很弱,不易被氧化,故C错误;合金的熔点一般比任一组成成分金属的熔点都低,故青铜的熔点比纯铜的熔点低,故D错误。]
13.A [光导纤维的主要成分是二氧化硅,二氧化硅化学性质稳定,耐腐蚀,A项错误;新型无机非金属材料有单晶硅、二氧化硅等,具有特殊的光学和电学性能等,B项正确;高温结构陶瓷如碳化硅,具有耐高温、抗氧化等优点,C项正确;光导纤维除用于通信外,还可用于医疗(如内窥镜)、信息处理等方面,D项正确。]
14.(1)聚酰亚胺塑料 高速钢(或钛合金或铝合金)
(2)耐腐蚀、硬度大、密度小等
(3)2Al+Fe2O32Fe+Al2O3 置换反应
解析 聚酰亚胺塑料是一种有机合成材料,合金相对于成分金属往往硬度更大,更耐腐蚀。
15.(1)2MoS2+7O22MoO3+4SO2
(2)烧杯、漏斗、玻璃棒
(3)①A→C→B ②无水硫酸铜 碱石灰
解析 (1)根据流程图找出反应①的反应物、生成物,并用化合价升降法配平,得2MoS2+7O22MoO3+4SO2。(2)步骤②得固体和溶液,操作1为过滤。步骤③复分解反应能进行,则钼酸难溶于水,操作2为过滤。过滤需要使用主要玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒。(3)①制备H2并还原MoO3可证明其还原性,用无水硫酸铜检验氧化产物水,必须对氢气干燥,并防止空气中水蒸气的干扰。②第一次使用D装置,所盛药品为无水硫酸铜,用于检验氧化产物水。第二次使用D装置,所盛药品为碱石灰,防止空气中的水蒸气使无水硫酸铜变蓝干扰对产物的检验。
16.D [铝、铁、镁均能和盐酸反应,加入盐酸,产生无色气体,不能说明含有铝、铁、镁三种金属,故A错误;只有铝能和NaOH溶液反应生成无色气体,所以B项中的现象只能说明含有铝,故B错误;Al(OH)3也是白色沉淀,所以可能还有铝,故C错误;用盐酸溶解后,金属以离子形式存在,并放置一会儿,加入KSCN溶液呈血红色,说明含有铁元素,故D正确。]
17.B [A.据题意,焙烧后Cr元素以+6价形式存在,则“焙烧”时主要反应的化学方程式为2Cr2O3+4Na2CO3+3O24Na2CrO4+4CO2,故A正确;B.焙烧时铁元素被氧化为+3价,故滤渣的成分为Fe2O3,故B错误;C.滤液①中Cr元素以+6价的Cr存在,故C正确;D.淀粉水解的产物是葡萄糖,“转化”过程中Cr被还原为Cr(OH)3,葡萄糖起到了还原作用,故D正确。]
18.(1)①分液漏斗 圆底烧瓶 ②集气瓶中进气管插入液面下、出气管在液面以上 导管末端在量筒上部
(2)2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2↑
(3)引流 %
(4)实验原理:镁铝合金与足量的NaOH溶液反应,测定反应前后装置与药品总质量,质量之差等于铝与NaOH溶液反应产生的氢气的质量,根据氢气质量计算铝的质量,进而计算镁的质量分数。装置如图所示:
解析 (1)①仪器a、b的名称分别是分液漏斗、圆底烧瓶。②方案1利用排液法收集气体,故应进气管短,出气管长,且出气管应插到液面以下;测定气体体积时,导管应插到量筒下部。(3)在过滤操作中玻璃棒起引流作用,避免液体外溅。按方案3进行实验操作,最终得到固体氧化镁,m(Mg)=W2 g× g,w(Mg)=%。
19.(1)ABDF
(2)①同位素 ②MgO、Fe2O3、Fe3O4 ③Fe+Hg2+Fe2++Hg ④还原 Fe2+易被氧化,过多的溶解氧也能氧化Fe2+,从而降低N的去除率
解析 (1)生铁和钢都属于铁碳合金,生铁含碳量为2%~4.3%,钢含碳量为0.03%~2%,生铁的含碳量更高,A正确;不锈钢是在碳素钢中加入其他合金元素,改变钢的结构使其具有耐腐蚀性,B正确;硬铝的强度比纯铝大,C错误;储氢合金可有效解决氢能源的安全存储和运输等问题,D正确;人类发展史是从石器时代到青铜器时代再到铁器时代,E错误;在合金中加入适量稀土金属,能大大改善合金的性能,F正确; (2)①54Fe、Fe、58Fe四种核素互为同位素。②Al2O3是两性氧化物,MgO2是过氧化物,MgO、Fe2O3、Fe3O4均能与酸反应只生成盐和水,属于碱性氧化物。③根据金属活动性顺序表,Fe能把Hg2+等重金属离子置换成单质,其本质是:Fe+Hg2+Fe2++Hg。④该过程中Fe与O2反应,Fe由0价升高到+2价,被氧化,作还原剂,体现了纳米铁粉的还原性。Fe2+易被氧化,过多的溶解氧也能氧化Fe2+,从而降低N的去除率。
20.(1)AC (2)Al3++4OH-Al+2H2O
(3)2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑
(4)生成白色絮状沉淀,逐渐变成灰绿色,最后变成红褐色
4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
解析 分析流程可知,铁和铝在足量稀硫酸中发生反应生成硫酸亚铁和硫酸铝,加入足量的NaOH溶液时,①中的反应有硫酸与氢氧化钠的酸碱中和反应、硫酸铝与过量氢氧化钠反应生成偏铝酸钠、硫酸亚铁在空气中与氢氧化钠和氧气反应生成氢氧化铁沉淀,氢氧化铁经灼烧得到氧化铁,则固体A为氧化铁;④中过量二氧化碳能与偏铝酸钠发生反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠,灼烧氢氧化铝得到氧化铝,固体B为氧化铝;②中铝单质能与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠,铁不和NaOH反应,过滤所得铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁;③中硫酸亚铁在空气中与氢氧化钠和氧气反应生成氢氧化铁。(1)铁铝合金是由铁和铝熔融混合制成的具有特征性质的混合物,故A正确;通常合金熔点低于各组分金属,则铁铝合金的熔点低于铝和铁,故B错误;通常合金硬度大于各组分金属,则铁铝合金硬度大于纯铝,故C正确。(2)①中硫酸铝与过量氢氧化钠反应生成偏铝酸钠,其反应的离子方程式为Al3++4OH-Al+2H2O。(3)②中铝单质能与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠,其反应的化学方程式为2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑。(4)③中硫酸亚铁与氢氧化钠反应先生成氢氧化亚铁,氢氧化亚铁易被空气中的氧气氧化为氢氧化铁。
