用途广泛的金属材料.doc

第三节用途广泛的金属材料【学习目标】1、认识金属与合金在性能上的主要差异，知道生活中常见合金铁合金及铜合金的主要成分及性能。2、通过实践活动认识如何正确使用金属及如何爱护金属资源，学会正确选用金属材料的方法，认识金属材料在国民经济中的重要作用和与人们日常生活的密切关系，以及合理选择使用合金材料与金属材料的重要意义。【自主学习】一、常见合金的重要应用合金的特点：合金的熔点一般比它的各成分金属的要 低 ，但比成分金属具有更 高 的硬度、强度和机械加工性能，用途比纯金属要广泛 。1.铜合金青铜：含 铜、锡、铅 ；黄铜：含 铜 、锌、锡、铅、铝 ；白铜：含 铜、 镍、锌、锰。2.钢钢实际上是以 铁 为主要成分的铁、碳 合金，因成分不同，性能也存在差异。3. 金属的分类： （1）冶金工业黑色金属：Fe、Cr、Mn（黑色金属的颜色不一定是黑色，如纯净的铁、铬的颜色是银白色）。 有色金属：除Fe、Cr、Mn以外的所有金属。（2）按密度轻金属：密度4.5g/cm3（如钠、镁、铝）重金属：密度4.5g/cm3（如铁、铜、W）（3）按自然界中的含量常见金属：如铁（4.75 %） 铝（7.7 %） 钙（3.45 %）等。稀有金属：如锆、铌、钼等。二、正确选用金属材料某家庭准备装修门窗（计划使用10年），可共选用的材料有：木材、钢板、铝合金、塑钢，如果请你帮助选材的话，你可从每种材料的性能、价格、安装成本、利弊等，进行分析。【合作探究】问题1：认识合金合金是两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合在一起而形成的具有金属特性的物质，合金的性能一般优于纯金属。（1）铝合金易形成致密的氧化物保护膜，具有一定的抗腐蚀力；铝合金密度小、强度高、塑性好、成本低廉；铝合金用途广泛：车轮骨架、计算硬盘抽取盒、飞机构件等。（2）钢钢的分类：按含碳量高低来分为高、中、低碳钢。 碳素钢 钢 合金钢 铁合金 生铁生铁：硬度大，质脆、不易加工，含C量高。钢：性能优于生铁、含C量低，易锈蚀。不锈钢：含Cr、Ni等元素的钢材。Cr元素能使钢材表面形成致密且坚固的氧化物保护膜；Ni 元素使钢材在多种酸、碱、盐水溶液里具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性。问题2：硬铝是Al、Cu、Mg、Mn、Si的合金，它可用作制造飞机的材料，为什么不可以直接用Al来制造飞机呢?选择材料的首要条件是能够满足一定的需要，制造飞机的材料就要满足降低起飞重量、强度高、耐冲击、耐高温等条件的要求，硬铝合金重量小、硬度大，适合制造飞机外壳，而纯铝的硬度和强度都不合格，所以不可以直接用Al来制造飞机。问题3：首饰店里的金首饰除了黄金以外，还有白金和铂金首饰，这么多品种，你能解释他们的成分吗？在不规范的市场上，铂金和K白金都被人习惯地叫做白金，所以有些消费者怀疑铂金和白金是不是一种金属？铂，也称铂金，它的英文是platium，一般以其缩写Pt为代号。而商家所售的标有18 k白金或18 kWG的金首饰，则是黄金中加入25 %的钯或镍的白色合金，它实际上就是k金的一种，其黄金含量为75 %。铂金与k金可以从如下几点进行区别：铂金是一种天然纯白色的金属；K白金是黄金与钯、镍、银和锌等金属的合金，故又称k白黄金。铂金抗强酸、碱腐蚀，抗氧化，化学性质比K白金稳定。铂金首饰打有“Pt”印记，而K白金的记号如“18 kWG”。元宝的成分元宝的成分是Au，有些不法之徒却用Cu-Zn合金制成假元宝、假首饰来骗人。运用所学的物理或化学知识，就可进行检验，如测定密度或在上面滴点硝酸等。【典例精析】【例题1】下列物质不属于合金的是A.硬铝B.黄铜 C.钢铁 D.水银【解析】合金是两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合在一起而形成的具有金属特性的物质。硬铝是由Al、Cu、Mg、Mn、Si形成的合金，黄铜是Cu-Zn-Sn-Pb-Al合金，钢铁是Fe-C与其他元素形成的合金，水银属于金属单质。【答案】D【例题2】古代的“药金”外观与金相似，常被误认为金子。它的冶炼方法是将ZnCO3、赤铜（Cu2O）和木炭混合加热至800 ，得到金光闪闪的“药金”，则药金的主要成分是_，有关的化学方程式是_、_、_。【解析】我们知道，煅烧石灰石（CaCO3）能得到钙的氧化物，而木炭可以还原金属氧化物。把所学知识迁移过来，可知ZnCO3在高温下也能分解得ZnO，木炭和ZnO、Cu2O均可发生氧化还原反应。【答案】Zn、Cu ， ZnCO3 ZnO+CO2， C+2Cu2O4Cu+CO2，C+2ZnO2Zn+CO2【检测评价】1、最适合于制作炊事餐具的金属是（ ） AFe B.Pb C.Al D.Cu解析:铁元素是人体的营养元素,少量铅就可使人中毒，铝和铜在人体中积累产生慢性中毒。答案:A2（2007广东高考理科基础，29）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.广东打捞的沉船上发现存在大量铝制餐具D.镁合金的硬度和强度均高于纯镁解析：不锈钢中有碳元素，硬币材质是合金并不是金属单质，明代没有炼铝技术，所以沉船上不会存在大量铝制餐具，合金硬度和强度均高于组成合金的金属单质，所以镁合金的硬度和强度均高于纯镁。答案：3.日常生活中所用自来水管，你认为选用下面哪种既经济又耐用A普通钢管 B铜管 C不锈钢管 D镀锌钢管 解析：铜管、不锈钢管虽然耐用但是价格高不经济，普通钢管经济但是容易生锈不耐用，镀锌钢管由于锌的保护作用不易生锈而耐用。答案：D 4下列合金抗腐蚀性能较好的是A.铝合金B.青铜C.碳素钢 D.生铁解析：铝合金由于表面上的氧化膜成为搞腐蚀性最好的合金。答案：A5. 下列关于生铁和钢的叙述，正确的是A.由铁矿石炼成铁是化学变化，由生铁炼成钢是物理变化B.用铁制容器盛放硫酸铜溶液，容器易被腐蚀C.生铁和钢都是铁、碳合金，它们在性能和用途上差别不大D.它们都能完全溶解在盐酸中解析: 铁矿石炼铁和生铁炼钢都是化学变化，A错；用铁制容器盛放硫酸铜溶液，因为发生反应：Fe+CuSO4 =FeSO4+Cu，要消耗铁，所以容器易被腐蚀，B正确；生铁和钢都是铁、碳合金，因为它们含碳量不同，所以它们在机械性能和用途上存在很大的差异，C错；因生铁和钢中碳常温下稳定性好，不与稀盐酸反应，故生铁和钢不能全部溶于稀盐酸中。答案：B6. 纯铁的熔点为1535，而高炉中炼铁时生铁（含碳量较高的铁的合金）在1200左右就熔化了，这是因为（）A铁的纯度越高熔点越低B合金的熔点比其成分物质的熔点高C因为形成了铁碳合金，所以熔点变低D在高炉中熔化的过程中发生了化学反应解析：合金的熔点低于其成分物质的熔点，生铁的熔点低是因为Fe和C形成了合金。答案：C7. 下列金属中不属于货币金属的是 （ ）A铜B金C银D铁答案：D8现在，我国用量最多、用途最广的合金是A.钢B.青铜C.铝合金D.塑料制品解析：钢被誉为“工业粮食”，是现代用途最广的合金。答案：A9纯铁的实际使用范围有限，人们大量使用的是铁的合金。钢铁是铁和碳的含金的总称，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它们的组成元素相同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是铁，因此它们的化学性质相同解析：不锈钢耐腐蚀，普通钢不耐腐蚀答案：B10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：导热性、导电性、还原性、延展性、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 。 解析：用铝锭制成包装用的铝箔利用了金属的厌延展性，用铝制成的高压铝锅利用了金属的导电性，用铁粉回收照相业废液中的银利用了铁的还原性，电信业中大量使用的铜丝、金属电缆利用了金属的导电性。答案：（1）；（2）；（3）；（4）11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(CuSO4)跟铁反应生成铜），试写出该反应的离子方程式： 。（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O2、CO2和H2O。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1183.4，铁的熔点是1534.8) 。答案：(1) FeCu2+Fe2+Cu(2) 干燥空气中保存(3) 铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀，铜的熔点比较低，容易冶炼铸造成型。12. 某课外活动小组收集了一种合金进行研究。（1）外观暗灰色，表皮光滑。（2）在酒精灯上灼烧，火焰呈绿色；合金片熔化，但不滴落。（3）取刮去表皮的金属10.0 g，放入足量H2SO4中，收集到标准状况下的H2 9.96 L。（4）另取刮去表皮的金属10.0 g，放入足量NaOH（aq）中，也收集到标准状况下的H2 9.96 L。试据此判断，合金中一定含有的元素是_（写元素符号）；下列元素可能含有的是_（填选项编号）。a.Agb.Mgc.Nad.Fe如果该合金中只含两种元素，它们的质量比是_。解析：焰色反应呈绿色，表明此合金中含有铜。相等质量的合金分别与H2SO4（aq）或NaOH（aq）反应，放出等体积的H2，表明该合金中含有两性金属铝，且不再含有比铜活泼的金属，否则与酸反应放出的H2多。2Al 3H254 g67.2 Lm（Al）9.96 Lm（Al）8.00 g，则m（Cu）10.0 g8.00 g2.0 g m（Cu）m（Al）14答案：Cu、Al ， m（Cu）m（Al）14。本 章 复 习【综合归纳】金属及其化合物金属的化学性质金属化合物金属材料金属与氧气：钠、铝、铁与氧气反应生成金属氧化物金属与水：钠与水反应：现象、产物，铁与水蒸气反应金属与酸：生成盐和氢气，铁与硫酸生成亚铁盐金属与盐：发生置换反应，强换弱金属与碱：铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气氧化物：氧化钠、氧化钙、氧化铁是碱性氧化物，氧化铝显两性与酸、碱反应均生成盐和水，过氧化钠供氧剂氢氧化物：氢氧化钠、氢氧化铁碱性氢氧化物，氢氧化铝显两性，与酸与碱反应均生成盐和水，氢氧化亚铁的易被氧化为氢氧化铁。盐：碳酸钠碳酸氢钠的相互转化、鉴别，铁盐的氧化性和鉴别。正确使用金属材料：合金及应用：熔点低、硬度大，生铁和钢、硬铝、铜合金金属单质氧化物氢氧化物盐【典例精析】【例题1】下图中AF是化合物，G是单质。写出A、B、E、F的化学式：A._，B._，E._，F._。【解析】化合物A受热分解可生成三种化合物，在中学常见的化合物范围内，A可能为某些酸式盐或碱式碳酸铜或(NH4)2CO3。因A分解产生的两种化合物都能与化合物E反应产生单质G，和一种化合物，G可能为O2，E为Na2O2。然后进行推测验证，A为NaHCO3，B为Na2CO3，F为NaOH。【答案】NaHCO3 Na2CO3 Na2O2 NaOH【感悟】对元素化合物间的相互转化关系和对知识进行归纳分析、综合比较判断。两种化合物相互反应生成一种单质和一种化合物的反应是解题的突破口。那就是Na2O2和二氧化碳、水的反应。【例题2】下列曲线图(纵坐标为沉淀的量，横坐标为加入物的量)对应的选项不正确的是( )A向1 L浓度均为0.1 mol/L的Ba(OH)2、NaAlO2混合液加入0.1 mol/L稀H2SO4溶液B向含有0.1 mol/L AlCl3和0.3 mol/L NH4Cl的混合液1 L中加入0.1 mol/L NaOH溶液C向烧碱溶液滴加明矾KAl(SO4)2溶液D向AlCl3溶液滴加过量氨水【解析】在Ba(OH)2、NaAlO2混合液中滴入稀H2SO4，首先与Ba(OH)2发生中和反应之后才与NaAlO2反应，因为在强碱液中不能形成Al(OH)3。当加入1 L 0.1 mol/L稀H2SO4溶液时，产生0.1molBaSO4沉淀，而图中不符合此结果，A选项错。向AlCl3和NH4Cl混合液中加入NaOH液有如下反应关系：Al3+3OH-= Al(OH)3 OH- +Al(OH)3 = AlO2-+H2O0.1 0.3 0.1 0.3 0.1 0.1NH4+ + OH-= NH3H2O0.3 0.3 B选项正确。C选项正确。Al(OH)3在氨水中不溶解。【答案】A D【感悟】一种物质可以与混合物中的两个物质反应时可能存在先后关系，OH- 、AlO2-混合液中加入H+时，OH-先发生中和反应，然后是AlO2-和H+反应生成Al(OH)3，最后是Al(OH)3与H+反应生成Al3+，从而出现了先沉淀后溶解的现象。【单元检测】 【说明】本试卷分为第、卷两部分，共100分，时间45分钟。第卷（选择题 共60分）一、选择题（本题包括12小题，每小题5分，每小题只有一个选项符合题意。）1. 在某溶液中酚酞呈红色。下列离子在该溶液中不能大量存在的是（ ）AFe3+BNa+CBa2+DAlO2-答案：A解析：该溶液使酚酞呈红色，说明溶液呈碱性，所以，Fe3+和Al3+等不能大量共存2.决定金属性强弱的是A.1个金属原子失去电子的多少B.1 mol金属与酸反应放出氢气的多少C.1 mol金属失去电子的多少D.金属原子失去电子的难易程度解析：金属性是金属单质失去电子被氧化的性质，金属约容易失去电子其金属性越强。答案：D3. 硫酸亚铁溶液含有杂质硫酸铜和硫酸铁，为除去杂质，提纯硫酸亚铁，应该加入下列哪种物质 （ ）A锌粉 B镁粉 C铁粉 D 铝粉 解析加入铁粉既可以除去硫酸铜和硫酸铁，又不会引入其他杂质答案：4.下列物质露置在空气中，质量会减轻的是 （ ） ANaOHBNa 2O2C无水CaCl2DNa2CO310H2O解析：Na2CO310H2O在空气风化失水质量减轻，NaOH、 Na 2O2吸收空气中的二氧化碳，无水CaCl2吸水都会使质量增加.答案：D5.(2005全国理综，10)向0.1 molL-1 NaOH溶液中通入过量CO2后，溶液中存在的主要离子是( )A.Na+、 B.Na+、 C.、 D.Na+、OH-解析：向NaOH溶液中通入过量CO2发生的反应为NaOH+CO2=NaHCO3，因此通入过量CO2后溶液中的溶质主要为NaHCO3，主要离子为Na+、。答案：B6.下列钠的化合物在自然界中不存在的是A.氧化物B.硫酸盐C.氯化物D.碳酸盐解析：硫酸钠、氯化钠、碳酸钠和碳酸氢钠在自然界都存在，只有氧化钠与过氧化钠在自然界不存在，因为它极易与空气中的水分或二氧化碳发生反应。答案：A7. 证明溶液中是否有Fe2，其操作正确的顺序是（）加少许酸化的KMnO4溶液加少许氯水滴加少许KSCN溶液AB CD解析 ：滴加少许KSCN溶液，无红色出现；再加少许氯水后若立即出现红色，则证明原溶液中一定存在Fe2。答案：D8铝具有较强的抗腐蚀性能，主要是因为 A与氧气在常温下不反应 B铝性质不活泼C铝表面能形成了一层致密的氧化膜 D铝耐酸耐碱 解析：铝具有较强的抗腐蚀性能是因为铝表面能形成了一层致密的氧化膜答案：C9.下列各组物质能相互反应得到Al（OH）3的是A.Al跟NaOH溶液共热B.Al（NO3）3跟过量的NaOH溶液C.Al2O3和水共热D.Al2（SO4）3和过量的NH3H2O解析：铝跟氢氧化钠、铝盐与过量的氢氧化钠都是得到偏铝酸钠；C项不反应。答案：D10.铁片放入下列溶液中，反应时无气体放出，取出后铁片质量减轻，则该溶液是A.稀H2SO4B.浓盐酸C.AgNO3D.Fe2（SO4）3解析：A、B两项中加入铁片都有气体产生，C项中加入铁片后则有银附着在铁片上使铁片的质量增加，只有铁离子氧化铁片时既无气体又无沉淀产生。答案：D11. 下列各组物质相互作用，生成物不随反应条件或反应物的用量变化而变化的是( )A.Na和O2 B.NaOH和CO2 C.NaHCO3和NaOH D.Na2CO3和HCl解析：Na和O2反应，常温时，4Na+O2=2Na2O,加热时，2Na+O2Na2O2；NaOH与CO2反应，NaOH过量：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O，CO2过量时：NaOH+CO2=NaHCO3;NaHCO3与NaOH反应时，只能发生反应NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O；Na2CO3与HCl反应，Na2CO3过量时：Na2CO3+HCl=NaCl+NaHCO3，HCl过量时：Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2。答案：C12. 可用于判断碳酸氢钠粉末中混有碳酸钠的实验方法是（ ）A、加热时无气体放出 B、滴加盐酸时有气泡放出C、溶于水后滴加BaCl2稀溶液有白色沉淀生成D、溶于水后滴加澄清石灰水有白色沉淀生成 解析：碳酸氢钠不与BaCl2反应，碳酸钠与BaCl2反应生成碳酸钡沉淀。答案：C第卷（共40分）二、非选择题（40分）13. （10分）怎样用化学方法除去下列物质中混有的少量杂质，写出有关反应的离子方程式。（1）铜粉中混有铁粉 （2）铁粉中混有铝粉 （3）FeCl2溶液中混有FeCl3 （4）FeCl2溶液中混有CuCl2 （5）FeCl3溶液中混有FeCl2 答案：（1）加入过量盐酸过滤 Fe2HFe2H2（2）加入过量NaOH过滤 2Al2OH2H2O2AlO23H2（3）加入过量Fe过滤 Fe2Fe33Fe2+（4）加入过量Fe过滤 Cu2FeFe2Cu（5）通入Cl2 2Fe2Cl22Fe32Cl14.（10分）（10分）2004年2月日，美国“机遇”号火星车向地球传回了火星土壤的显微照片，显示的是“机遇”号火星车的着陆区域“梅里迪亚尼平面”，从照片上可以看出该地为红色和桔色（两种颜色近乎红棕色），所以可能存在赤铁矿（主要成分是Fe2O3）。试回答下列问题。（1）人们从“机遇”号火星车所发回的实物照片的红色和桔色，来推断火星上可能存在着赤铁矿，这是利用了物质的颜色这一_性质对物质的存在进行推测的。如果要进一步确定这种推测是否正确，必须通过实验验证。（2）假设有一块火星矿物样品，请同学们用学过的知识设计化学实验来证明该火星矿物中是否有三价铁元素。实验原理： 。实验用品：锤头、研钵（研杵）、烧杯、玻璃棒、漏斗、铁架台、滤纸、试管、滴管、稀盐酸、KSCN溶液实验步骤及方法：样品处理：将样品用锤头敲碎，放置在研钵中研细备用。 。 。检验：取2mL滤液加入到试管中，然后向试管中滴加2滴KCNS溶液。观察溶液的颜色变化。实验现象及结论： 。解析：根据颜色推测是利用了物质的物理性质；要检验是否含有三价铁，可以利用Fe3+与KSCN溶液变为血红色进行检验答案：（1）物理（2）实验原理：Fe2O3+6H+=2Fe3+3H2O ，Fe3+遇到KSCN溶液变为红色。实验步骤及方法：溶解：将研磨好的样品粉末倒入烧杯，加10mL稀盐酸，用玻璃棒搅拌片刻。过滤：取中混合物液体过滤。 实验现象及结论：若溶液变为红色，则原火星矿物样品中含有三价铁元素；如果溶液不变色，则原火星矿物样品中不含三价铁元素。15.（10分）某混合物A，含有KAl（SO4）2、Al2O3和Fe2O3，在一定条件下可实现下图所示的物质之间的变化：据此回答下列问题：（1）I、II、III、IV四步中对于溶液和沉淀的分离采取的方法是 。（2）根据上述框图反应关系，写出下列B、C、D、E所含物质的化学式沉淀固体B ；C ；沉淀D