专题3 2 金属材料（六大题型）（解析版）

专题3.2金属材料【题型1合金及其特性】【题型2铁合金】【题型3铝的性质及用途】【题型4氧化铝的性质及用途】【题型5铝合金新型合金】【题型6物质的量在化学方程式计算中的应用】【题型1合金及其特性】【例1】合金从古代到现代，从生活领域到工业领域都有着广泛应用。下列说法错误的是A．铝合金大量用于高铁建设B．“玉兔二号”钛合金筛网轮的主要成分是非金属材料C．制饭勺、饭盒、高压锅等的不锈钢是合金D．商代后期铸造出工艺精湛的后（司）母戊鼎，该鼎属于铜合金制品【答案】B【详解】A．铝合金具有质地轻、强度高、抗腐蚀能力强等特点，可用于制造高铁车厢等，A正确；B．钛合金是金属材料，B错误；C．不锈钢是铁与镍、铬等形成的合金，C正确；D．后（司）母戊鼎为商代后期的青铜器，属于铜合金制品，D正确；故选B。【变式1-1】下列关于合金的说法中，正确的是A．在我国最早使用的合金是钢 B．稀土金属可以用于生产合金C．合金的熔点比各成分金属的高 D．钢是含碳量高于生铁的铁碳合金【答案】B【详解】A．我国最早使用的合金是铜合金，A错误；B．稀土金属可添加至镁、铝、铜等有色金属中，改善合金的物理、化学性能，故稀土金属可用于生产合金，B正确；C．合金的熔点低于成分金属，C错误；D．钢是含碳量低于生铁的铁碳合金，D错误；故答案选B。【变式1-2】下列有关合金说法正确的是A．合金材料中不可能含有非金属元素 B．铝合金的熔点比纯铝的低C．我国最早使用的合金是钢 D．合金中金属元素都以化合态存在【答案】B【详解】A．合金材料可以含有非金属，如生铁为铁、碳合金，A错误；B．铝合金的熔点比纯铝的低，B正确；C．我国最早使用的合金是青铜，不是钢，C错误；D．合金中金属元素不都以化合态存在，如生铁中铁以游离态存在，D错误；故答案选B。【题型2铁合金】【例2】《天工开物》中记载：“凡治地生物，用锄、镈之属，熟铁锻成，熔化生铁淋口，入水淬健，即成刚劲。每锹、锄重一斤者，淋生铁三钱为率。少则不坚，多则过刚而折。”下列说法错误的是A．熟铁是含碳的铁合金 B．熟铁的硬度比生铁低C．生铁质地较硬但是韧性较差 D．生铁的熔点比熟铁的高【答案】D【详解】A．熟铁是含碳的铁合金，故A正确；B．生铁含碳量较高，熟铁含碳量较低，硬度比生铁低，故B正确；C．生铁含碳量较高，质地较硬但是韧性较差，故C正确；D．生铁含碳量较高，熟铁含碳量较低，生铁的熔点比熟铁的低，故D错误；故选D。【变式2-1】2022年北京冬奥会上，我国短道速滑队所用冰刀材料是特殊的钢材料。下列说法中正确的是A．该合金熔点比纯铁熔点高 B．该合金硬度比纯铁高C．该合金碳含量比生铁高 D．该合金含碳量为2%~4.3%【答案】B【详解】A．合金的熔点通常比成分金属低，A错误；B．该钢材料合金硬度比纯铁高，B正确；C．钢材料的含碳量小于生铁，C错误；D．钢的含碳量通常为0.02%~2.11%，D错误；故答案选B。【变式2-2】铁和铁合金是生活中常见的材料，下列说法正确的是A．纯铁的熔点低于铁合金 B．纯铁和铁合金都能导电、传热C．纯铁的硬度和强度都高于铁合金 D．生铁是铁合金，只含金属元素【答案】B【详解】A．合金的熔点比其组成金属的熔点要低，故纯铁的熔点高于铁合金，故A错误；B．纯铁和铁合金中都含有金属，故都能导电、传热，故B正确；C．合金的强度和硬度一般比组成金属的纯金属更高，故纯铁的硬度和强度都低于铁合金，故C错误；D．生铁是铁碳合金，还含有碳元素，碳元素为非金属元素，故D错误；故答案选B。【变式2-3】关于生铁和钢的区别正确的是A．生铁属于纯净物，钢属于混合物 B．生铁比钢的含碳量更高C．生铁比钢弹性更好 D．生铁属于铁-碳合金，钢也是合金但不含碳【答案】B【详解】A．生铁也是混合物，且含碳量更高，A错误；B．生铁比钢的含碳量更高（生铁：>2%，钢：0.03-2%），B正确；C．钢弹性更好，C错误；D．钢中含碳，D错误。故答案：B。【题型3铝的性质及用途】【例3】根据如图的转化关系判断，下列说法正确的是（反应条件已略去）

A．生成等质量H2时，①和②反应消耗n（HCl）=n（NaOH）B．反应③中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶3C．反应③和④消耗等量的Al时，生成的n（Cu）∶n（Fe）=3∶2D．等浓度等体积的稀HCl和NaOH溶液与足量Al反应，①②生成H2的分子数之比为3∶1【答案】C【详解】A．根据反应2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑、2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑，生成等质量H2时，①和②反应消耗n（HCl）＝3n（NaOH），选项A错误；B．反应③为2Al+3CuSO4=3Cu+Al2（SO4）3，其中氧化剂CuSO4与还原剂Al的物质的量之比为3︰2，选项B错误；C．反应③：2Al+3CuSO4=3Cu+Al2（SO4）3，反应④：，消耗等量的Al时，生成的n（Cu）︰n（Fe）＝3︰2，选项C正确；D．根据方程式2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑、2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑，可知等量的HCl与NaOH反应生成H2的分子数比为1∶3，选项D错误；故选：C。【变式3-1】判断下列说法是否正确。（1）两份相同质量的铝粉，分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生的氢气的质量前者多。（2）投入铝片产生氢气的溶液一定呈强酸性。（3）铝制餐具不能长时间存放酸性、碱性食物。（4）与铝粉反应放出H2的无色溶液：NO、Al3+、Na+、SO能大量共存。【答案】（1）√（2）×（3）√（4）×【详解】（1）由Al与盐酸、氢氧化钠溶液反应的方程式：，可知相同质量的Al与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生的H2的质量相等，故正确。答案为：正确。（2）铝片能与强酸或强碱溶液反应都能产生氢气，溶液不一定呈强酸性，故错误。（3）铝及其氧化物氧化铝均为两性物质，既能与酸反应也能与碱反应，因此铝制餐具不能长期存放酸性、碱性食物，故正确。（4）铝粉与酸、碱均可反应放出H2，在酸性中有NO不能放出氢气，在碱性溶液中铝离子不能大量共存，故错误。【变式3-2】除去镁粉中的少量铝粉，可选用的试剂是A．硫酸B．水C．盐酸 D．氢氧化钠溶液【答案】D【详解】A.镁和铝都能与硫酸反应，故不能用硫酸除去镁粉中的铝粉，故A不符合题意；B.通常情况下镁、铝与水都不反应，故不能用水除去镁粉中的铝粉，故B不符合题意；C.镁和铝都能与盐酸反应，故不能用盐酸除去镁粉中的铝粉，故C不符合题意；D.氢氧化钠和铝反应生成可溶性的偏铝酸钠，与镁不反应，故能用氢氧化钠溶液除去镁粉中的铝粉，故D符合题意。综上所述，答案为D。【点睛】铝与NaOH溶液反应，而镁不反应。【变式3-3】镁和铝分别和等浓度、等体积的过量稀硫酸反应，产生气体的体积（V）与反应时间（t）的关系如图所示。则下列说法正确的是

A．镁和铝消耗硫酸的物质的量之比是2∶3B．参加反应的镁、铝的质量之比是8∶9C．反应中消耗的镁、铝的物质的量之比是3∶2D．反应中镁、铝转移电子的物质的量之比是2∶3【答案】C【分析】由题意，结合题图可知，Mg、Al完全反应且产生氢气的量相等。【详解】A．利用Mg、Al与稀硫酸反应的化学方程式可知，产生等量的氢气消耗硫酸的物质的量之比是1∶1，消耗Mg、Al的物质的量之比为3∶2，选项A错误；B．参加反应的镁、铝的质量之比是4∶3，选项B错误；C．利用Mg、Al与稀硫酸反应的化学方程式可知，产生等量的氢气消耗硫酸的物质的量之比是1∶1，消耗Mg、Al的物质的量之比为3∶2，选项C正确；D．由产生等量氢气可知反应转移电子的物质的量之比为1∶1，选项D错误；答案选C。【变式3-4】铝是典型的两性金属，既能与酸反应，又能与强碱溶液反应。回答下列问题：（1）在铝分别与盐酸和氢氧化钠溶液的反应中，铝元素化合价的变化都是，还原剂都是。（2）1mol的铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应，生成氢气的体积在相同状况下比值为，消耗氯化氢和氢氧化钠的物质的量之比为。（3）甲、乙两个烧杯中分别盛有100mL4.0mol·L-1的盐酸和100mL4.0mol·L-1氢氧化钠溶液，向两个烧杯中都加入5.4g铝粉，在相同状况下产生气体的体积比为。【答案】（1）由0价变为＋3价铝（2）1∶13∶1（3）2∶3【详解】（1）铝与盐酸反应生成氯化铝，铝元素化合价由0价升至+3价；铝和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠，铝元素化合价也由0价升至+3价；故铝均做还原剂；（2）由2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑可知：1mol铝消耗3mol氯化氢，生成mol氢气；1mol铝消耗1mol氢氧化钠，生成mol氢气；故生成的氢气的体积在相同状况下比值为1∶1，消耗氯化氢和氢氧化钠的物质的量之比为3∶1；（3）由铝和盐酸及氢氧化钠溶液的反应方程式知，5.4g（即0.2mol）铝与0.4mol盐酸（不足量）反应时，生成氢气0.2mol，5.4g（即0.2mol）铝与0.4mol氢氧化钠溶液（过量）反应时，生成氢气0.3mol，故在相同状况下产生气体的体积比为2∶3。【题型4氧化铝的性质及用途】【例4】下列物质不属于既能和盐酸反应又能和氢氧化钠溶液反应的物质是A．NaHCO3 B．FeO C．Al2O3 D．Al【答案】B【详解】A．NaHCO3属于弱酸的酸式盐，既能和盐酸反应又能和氢氧化钠溶液反应，A不符合；B．FeO属于碱性氧化物，能和酸反应，不能和碱反应，B符合；C．Al2O3属于两性氧化物，既能和盐酸反应又能和氢氧化钠溶液反应，C不符合；D．Al既能和盐酸反应又能和氢氧化钠溶液反应，D不符合；答案选B。【变式4-1】工业上用铝土矿（主要成分为，还含有杂质和）提取氧化铝并冶炼的操作过程如下图，下列说法错误的是

A．步骤Ⅰ的实验操作是过滤B．滤渣A是SiO2，滤渣B的化学式为Fe（OH）3C．步骤Ⅲ中X为CO2，发生反应的离子方程式为：AlO+CO2+2H2O=Al（OH）3↓+HCOD．工业上常用电解熔融的金属氯化物来冶炼活泼金属单质（如镁、铝等）【答案】D【分析】铝土矿（主要成分为，还含有杂质和）,加入过量的稀硫酸，三氧化二铝溶解为铝离子，氧化铁溶解生成三价铁，二氧化硅不反应，过滤后得到滤渣A为二氧化硅，滤液A中加入过量的氢氧化钠溶液，铁转化为氢氧化铁沉淀，即滤渣B，铝转化为偏铝酸钠，向电解偏铝酸钠中加入过量的二氧化碳，反应生成氢氧化铝，过滤后灼烧得到三氧化二铝，电解三氧化铝制得单质铝。【详解】A．结合上述分析，步骤Ⅰ的实验操作是过滤，故A正确；B．滤渣A是SiO2，滤渣B的化学式为Fe（OH）3，B正确；C．步骤Ⅲ中X为CO2，发生反应的离子方程式为：AlO+CO2+2H2O=Al（OH）3↓+HCO，C正确；D．工业上常用电解熔融的金属氯化物来冶炼活泼金属单质（如镁、钠），电解熔融态的三氧化铝冶炼金属铝，氯化铝为共价化合物，熔融状态无自由移动离子，故D错误。答案为：D。【题型5铝合金新型合金】【例5】随着气温下降新冠病毒的活性增加，通过戴口罩可以有效阻止新型冠状病毒传播。如图，为增强口罩的密封性，均放了鼻梁条，有的鼻梁条是铝合金做的。下列说法正确的是A．铝合金属于纯净物B．铝合金的熔点比金属铝高C．铝合金可以跟强酸强碱溶液反应D．鼻梁条使用铝合金，利用其密度大、抗腐蚀性好的优点【答案】C【详解】A．合金是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法合成的具有金属特性的混合物，铝合金属于混合物，A错误；B．合金的优点之一是合金的熔点比组分金属的低，因此铝合金的熔点比铝低，B错误；C．铝在元素周期表中位于金属与非金属分界线附近，能与强酸、强碱溶液反应，铝合金亦然，C正确；D．鼻梁条使用铝合金，利用其可塑性好的优点，D错误；故选C。【变式5-1】2022年北京冬奥会火炬“飞扬”以铝合金为点火段材料。有关铝合金说法错误的是A．密度小 B．耐腐蚀 C．熔点比纯铝高 D．属金属晶体【答案】C【详解】A．铝合金密度小，质量轻，故A正确；B．铝表面能形成致密的氧化膜，耐腐蚀能力强，故B正确；C．合金的熔点比任一种组成的纯金属的低，则铝合金熔点比纯铝低，故C错误；D．Al属金属晶体，故D正确；故选：C。【变式5-2】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．铝单质在化学反应中容易失去电子，表现出还原性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【答案】C【详解】A.常温下铝具有较强的抗腐蚀性主要原因是铝的化学性质很活泼，极易被空气中的氧气氧化生成致密的氧化物保护膜，阻止内部金属继续反应，A错误；B.合金的密度一般比成分金属的小，故镁铝合金的密度小、强度高，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料，B错误；C.铝原子最外层上只有3个电子，故铝单质在化学反应中容易失去电子，表现出还原性，C正确；D.由反应方程式：Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O、2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，故向装有氢氧化钠溶液的试管中放入未打磨的铝片，一段时间后可以观察到气泡，D错误；故答案为：C。【变式5-3】下列关于铝及铝合金的叙述中，不正确的是A．铝是地壳中含量最多的金属元素B．在自然界中，既存在游离态，又存在化合态的铝C．生活中铝制品通常是铝合金制造的，其表面有致密的氧化膜，起保护内部金属的作用D．纯铝硬度和强度小，硬铝（含Cu、Mg、Mn、Si等）密度小、强度高，是制造航天设备的理想材料【答案】B【详解】A．铝是地壳中含量最多的金属元素，故A正确；B．Al是活泼金属，在自然界中以化合态形式存在，故B错误；C．铝化学性质活泼，铝表面容易生成一层致密的氧化物保护膜，对内部的金属起到了保护作用，使得铝制品在空气中有很强的抗腐蚀性，故C正确；D．纯铝硬度和强度小，硬铝（含Cu、Mg、Mn、Si等）密度小、强度高，是制造航天设备的理想材料，故D正确；故选B。【变式5-4】下列有关物质的性质与用途的描述错误的是A．镁铝合金能全部溶解于稀盐酸中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．均能与酸、碱反应，因此铝制炊具不宜用来蒸煮酸性或碱性食物D．硬铝具有较强的抗腐蚀能力【答案】B【详解】A．镁、铝活泼性较强，都能与稀盐酸反应，A正确；B．合金要比组成其纯金属的熔点低、硬度大、强度高，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；C．铝为两性金属、氧化铝为两性氧化物，均能与酸、碱反应，因此铝制炊具不宜用来蒸煮酸性或碱性食物，C正确；D．合金要比组成其纯金属的硬度大、强度高、耐腐蚀性好，硬铝为铝合金，具有较强的抗腐蚀能力，D正确；答案选B。【题型6物质的量在化学方程式计算中的应用】【例6】烧杯中盛有一定质量的CaCO3和K2CO3的固体混合物，向其中加入150g质量分数为7.3%的稀盐酸，恰好完全反应，得到160.3g该温度下的不饱和溶液。则下列说法中正确的是A．反应生成的气体的质量为4.4gB．参与反应的HCl质量为150gC．原混合固体中金属元素质量为7.9gD．发生的反应类型为分解反应【答案】C【详解】A．1个碳酸根离子和2个氢离子生成1分子二氧化碳，则反应生成的二氧化碳，二氧化碳的质量为6.6g，A错误；B．参与反应的HCl质量为150g×7.3%=10.95g，B错误；C．反应生成的二氧化碳逸出，结合A分析可知，溶液总质量的增加为金属元素质量和0.15mol氧原子的质量，故原混合固体中金属元素质量为160.3g-150.0g-0.15mol×16g/mol=7.9g，C正确；D．该反应是两种化合物交换成分生成另外两种化合物的反应，属于复分解反应，D错误；故选C。【变式6-1】有Cu2（OH）2CO3与Cu的混合物25.4g，在空气中加热一段时间，得剩余固体23.1g，向该固体中加入300.0g9.8%的稀硫酸，固体完全溶解，测得反应过程中实际消耗9.8%的稀硫酸250.0g。下列说法正确的是A．剩余固体为纯净物B．原混合物中Cu2（OH）2CO3与Cu的质量比为111：16C．上述加热过程中共生成H2O和CO2的质量为2.3gD．最终所得溶液质量为318.7g【答案】B【分析】测得反应过程中实际消耗9.8%的稀硫酸250.0g，消耗H2SO4的物质的量为=0.25mol，生成的是CuSO4，则Cu2（OH）2CO3与Cu的混合物共含有铜0.25mol，若是CuO，则质量为0.25mol×80g/mol=20g，若为Cu2（OH）2CO3则质量为0.25mol××222g/mol=27.75g，故23.1g的剩余固体是二者的混合物；设剩余固体中Cu2（OH）2CO3的质量为ag，则CuO的质量为（23.1-a）g，根据和可知，，解得a=11.1g，则CuO的质量为12g，则原混合物中Cu的质量为=3.2g，原混合物中Cu2（OH）2CO3的质量为25.4g-3.2g=22.2g。【详解】A．据分析，加热后的固体是碱式碳酸铜和氧化铜的混合物，A错误；B．据分析，原混合物中Cu2（OH）2CO3与Cu的质量比为22.2：3.2=111：16，B正确；C．据分析，加热前后固体的质量差为25.4g-23.1g=2.3g，固体质量差是Cu2（OH）2CO3分解生成H2O、CO2的质量减少和Cu生成CuO的质量增加共同作用的结果，则共生成H2O和CO2的质量大于2.3g，C错误；D．据分析，加热后剩余固体含有11.1g的Cu2（OH）2CO3，与稀硫酸充分反应生成CO2的质量为=2.2（g），则其加入300.0g9.8%的稀硫酸，完全溶解后溶液质量减少2.2g，最终所得溶液质量为300+23.1-2.2=320.9（g），D错误；故选B。【变式6-2】潜水艇中常用过氧化钠作供氧剂。若某密闭舱内有72g水和一定量的与足量过氧化钠充分反应产生（标准状况），请回答下列问题：（1）反应前密闭舱中的物质的量mol。（2）若将该密闭舱中气体通入2.0LNaOH溶液中，被完全吸收。若NaOH完全反应，则该NaOH溶液的浓度（用表示）范围为mol/L。【答案】（1）6（2）【详解】（1），4mol水与过氧化钠反应生成2mol氧气，，则二氧化碳与过氧化钠反应生成氧气物质的量为3mol，需参与反应的二氧化碳为6mol；（2）若二氧化碳6mol，通入2L氢氧化钠溶液中，被完全吸收，生成物可能有3种，分别是碳酸钠、碳酸氢钠以及碳酸钠和碳酸氢钠混合；若只生成碳酸钠，根据反应，则需氢氧化钠12mol，其浓度6mol/L，若只能生碳酸氢钠，根据反应，则需氢氧化钠6mol，其浓度3mol/L，故溶液浓度范围：；【变式6-3】碳元素可形成多种无机物和有机物。（1）查阅资料：NaHCO3在潮湿空气中会缓慢分解生成Na2CO3、H2O和CO2.为验证NaHCO3的这一性质，取在潮湿的空气中放置一段时间的NaHCO3样品，在一定条件下干燥（该条件下NaHCO3不分解），然后进行如下实验：①取8.40g干燥后固体放入坩埚中，用酒精灯对其充分加热，依据资料信息判断，冷却后坩埚中残留固体的化学式是，其质量5.3g（填“>”或“<”）。②另取4.42g干燥后固体放入锥形瓶中，实验装置图所示。加入过量稀H2SO4充分反应，共产生1120mL气体（标准状况）。样品中含有碳酸钠的物质的量为。

③实验中恒压滴液漏斗除防止加入的稀硫酸体积对计算结果产生影响外，还具有的作用有。（2）自然界水体中碳元素主要以、和有机物形式存在，其中部分有机物易挥发。水体中有机物含量常用总有机碳表示（总有机碳=）。现用如下实验方法测定：步骤1：量取250mL水样，加入足量硫酸，加热并通一段时间N2，装置如图所示。

步骤2：再向水样中加入过量K2Cr2O7溶液（将有机物中碳元素氧化成CO2），加热使其充分反应。步骤3：用100mL0.1600mol·L-1Ba（OH）2溶液完全吸收生成的CO2，过滤并洗涤沉淀，将洗涤滤液与原滤液合并，测得合并溶液中n[Ba（OH）2]=1.00×10-2mol。①步骤1的目的是。②计算水样中总有机碳为mg·L-1（写出计算过程）。③用上述实验方法测定水样总有机碳的含量时，若测定过程中的操作均正确，与实际值相比，测定结果（填“偏高”“偏低”或“无影响”）。【答案】（1）Na2CO3>0.01mol平衡压强，有利于稀硫酸顺利流下（2）将水样中的和转化为CO2，并将CO2完全赶出