《合金（教师版）》讲义

第23第23讲合金知识导航知识导航知识精讲知识精讲一、合金的定义、特点、结构1.合金的定义：由两种或两种以上的金属（或金属和非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。2.合金的特点①合金的硬度及机械性能一般优于各成分金属②合金的熔点一般低于它的各成分金属3.合金的结构纯金属内原子的排列十分规整合金内原子层之间的相对滑动变得困难二、铁合金1.生铁和钢的对比生铁钢含碳量2%～4.3%0.03%～2%性能硬度大、抗压、性脆、可以铸造成型有良好的延展性、机械性能好、可以锻轧和铸造用途制造机座、管道等制造机械和交通工具等2.钢的分类（1）碳素钢含碳量性能及用途低碳钢低于0.3%韧性、焊接性好，但强度低，用于制造钢板，钢丝和钢管等中碳钢0.3%~0.6%强度高，韧性及加工性好，用于制造钢轨、车轮和建材等高碳钢高于0.6%硬而脆，热处理后弹性好，用于制造器械、弹簧和刀具等（2）合金钢也叫特种钢，是在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种特殊性能，如强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀等。名称主要合金元素主要特性主要用途不锈钢铬、镍比较稳定，不易生锈，具有很强的抗腐蚀能力医疗器材、厨房用具和餐具、地铁列车的车体材质等超级钢Mn、C、Al、V强度很大，能够实现钢板的轻薄化汽车、航空和航天等领域锰钢锰韧性好，硬度大钢轨、轴承、钢模、挖掘机铲斗、坦克装甲硅钢硅导磁性好变压器、发电机和电动机中的铁芯钨钢钨耐高温、硬度大刀具三、铝合金制取向铝中加入少量的Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等性能密度小、强度高、塑性好、易于成型、具有较强的抗腐蚀能力等用途制造炊具、门窗、飞机和宇宙飞船外壳的原料四、新型合金1.新型储氢合金材料的研究和开发将为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用。2.钛合金、耐热合金和形状记忆合金等广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。资料卡片——用途广泛的稀土元素镧系元素(57～71号元素)及钇和钪，共17种元素，称为稀土元素。镧系元素(57～71号元素)及钇和钪，共17种元素，称为稀土元素。我国是稀土资源大国。到目前为止，我国的稀土储量、稀土产量、稀土用量和稀土出口量均居世界第一位。稀土金属既可以单独使用，也可用于生产合金。在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能。因而，稀土元素又被称为“冶金工业的维生素”。例如，在钢中加入稀土元素，可以增加钢的塑性、韧性、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性和抗氧化性等。因此，稀土金属广泛应用在冶金、石油化工、材料工业（电子材料、荧光材料、发光材料、永磁材料、超导材料、染色材料、纳米材料、引火合金和催化剂等）、医药及农业等领域。对点训练对点训练【变1-1】（全国·高一课时练习）合金在生产生活中有广泛的用途，下列所用材料不属于合金的是A．家用的铝窗 B．温度计用的水银C．铸造用的黄铜 D．建筑用的钢筋【答案】B【详解】A．家用的铝窗含有的元素有铝、铜、硅、镁、锌、锰等，所以是合金，故A不选；B．水银是单质，所以温度计用的水银不是合金，故B选；C．黄铜中含有铜和锌，所以铸造用的黄铜是合金，故C不选；D．钢筋中含有铁、碳等元素，所以建筑用的钢筋是合金，故D不选；故选：B。【例2】（广东·珠海市艺术高级中学高一期中）我国最早使用的合金是A．钢铁 B．黄铜 C．白铜 D．青铜【答案】D【详解】人类对金属材料的使用、跟金属的活泼性息息相关，金属越不活泼人类越早使用。A．钢铁为铁碳合金、铁比铜活泼；B．黄铜为铜锌合金；C．白铜中含有锌、铝铁等等；D．青铜为铜锡合金，锌比锡活泼，则D满足；答案选D。【变3】（全国·高一课时练习）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．不锈钢是铁合金，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，A错误；B．纯铁和铁合金中都含有金属，故都能导电、传热，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，C错误；D．不锈钢是铁合金，里面还有碳元素，D错误；故选B。【变4】（全国·高一课时练习）下列适合制作不锈钢用具的铁合金是（）A．低碳钢 B．中碳钢 C．高碳钢 D．合金钢【答案】D【分析】生铁的含碳量为2%-4.3%，低碳钢的含碳量＜0.3%，中碳钢的含碳量0.3%-0.6%，高碳钢的含碳量＞0.6%，合金钢是由铁和其他的金属或非金属经过加热熔合而制成的混合物，不锈钢是由铁、铬、镍制成的合金钢，据此分析解答。【详解】不锈钢由于其抗腐蚀性好，在生产和生活中有许多用途，若含有碳元素，易形成电化学腐蚀，低碳钢、中碳钢、高碳钢都含有碳，属于不适宜于制作不锈钢用具的钢，不锈钢中含有的主要金属是镍和铬铁，是这三种元素为主制成的合金钢，D符合题意。答案选D。【变7】（全国·高一课时练习）钛和钛的合金具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工，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，下列用途不切合实际的是（）A．用来做保险丝 B．用于制造航天飞机C．用来制造人造骨 D．用于家庭装修，做钛合金装饰门【答案】A【分析】物质的性质决定用途，钛和钛的合金有很多优良的性能，也有很多重要的用途。【详解】A．保险丝应该用熔点比较低的金属材料做，而钛及其合金熔点高，不适合做保险丝，故A错误；B．因为钛和钛的合金密度小、可塑性好、易于加工，所以可用于制造航天飞机，故B正确；C．因为钛合金与人体有很好的“相容性”，所以可用来制造人造骨，故C正确；D．因为钛和钛的合金密度小、可塑性好、易于加工，所以可用于家庭装修，做钛合金装饰门，故D正确；答案选A。提分特训提分特训【题1】（云南·罗平县第二中学高一期中）生产和生活中广泛应用了合金，下列所用的材料不属于合金的是A．铁锅(生铁) B．体温计(水银) C．刀具(不锈钢) D．高压锅(硬铝)【答案】B【详解】A．生铁是铁合金，A不符合；B．水银是汞的俗称、是纯净物，B符合；C．不锈钢是铁合金，C不符合；D．硬铝是铝合金，D不符合；答案选B。

【题2】（云南玉溪·高一期末）下列关于铁及其化合物的说法不正确的是A．美丽的丹霞地貌是由于岩层中含而呈红色，铁在自然界中均以化合态的形式存在B．钢为铁碳合金，是目前用量最大、用途最广的合金，其硬度比纯铁大C．实验室保存亚铁盐溶液时，为了防止亚铁盐被氧化为铁盐，常在试剂瓶中加入少量铁粉D．为避免铁在高温条件下与水蒸气反应产生，钢铁厂中的模具需要充分干燥【答案】A【详解】A．丹霞地貌的岩层中因含而呈红色，铁在自然界中以单质的形态存在于陨铁中，故A错误；B．目前用量最大、用途最广的合金是钢铁，合金的硬度比它的成分金属的硬度大，故B正确；C．亚铁盐在溶液中易被氧化，实验室中保存亚铁盐溶液时，应该加入铁粉以防止亚铁盐被氧化，其原理是：Fe+2Fe3+=3Fe2+，故C正确；D．铁在高温条件下与水蒸气反应：3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2，为避免铁在高温条件下与水蒸气反应产生，钢铁厂中的模具需要充分干燥，故D正确；答案选A。【题3】（吉林·吉化第一高级中学校高一月考）钢铁是铁碳合金的总称，其强度高、价格便宜、应用广泛。在以下关于不锈钢和碳素钢的认识中，你认为正确的是A．它们的组成元素是相同的B．耐腐蚀的性能不同C．它们都属于钢，因此物理性质相同D．碳素钢比生铁易生锈，不锈钢不易生锈【答案】B【详解】A．碳素钢是铁、碳合金，不锈钢是铁铬合金，它们的组成元素不同，故A错误；B．不锈钢比普通碳素钢耐腐蚀，故B正确；C．不锈钢和碳素钢，组成元素不同，物理性质不相同，故C错误；D．生铁中碳含量比碳素钢中的高，生铁比碳素钢易生锈，故D错误；选B。【题4】（全国·高三专题练习）指南针是中国古代四大发明之一，它的发明推动了人类的文明与发展，下列说法错误的是A．指南针的主要成分是红棕色的四氧化三铁B．“方家以磁石磨针锋，则能指南”中涉及物理变化C．指南针又名司南，司南青铜底盘的熔点低于铜D．沾有油污的指南针可以用碳酸钠溶液洗涤【答案】A【详解】Ａ．指南针的主要成分是黑色的四氧化三铁，A错误；B．磁石磨针的过程中没有新物质生成，为物理变化，B正确；C．青铜是铜锡合金，合金的熔点低于各组成成分的熔点，硬度高于各组成成分的硬度，C正确；D．指南针的主要成分为四氧化三铁，四氧化三铁不溶于水、碱及有机溶剂，碳酸钠溶液水解显碱性，油污在碱性条件下能被水解为易溶于水的盐和醇，故可用碳酸钠溶液洗涤沾有油污的指南针，D正确。故选A。【题5】（全国·高一专题练习）下列说法正确的是A．用来制造储存氢气所用钢瓶的合金是储氢合金B．不锈钢是最常见的新型合金C．新型合金主要应用于航天航空﹑生物工程等领域D．碳纤维复合材料属于新型合金材料【答案】C【详解】A．储氢合金是指一类能够大量吸收，并与结合成金属氢化物的材料，故A错误；B．不锈钢属于铁合金，故B错误；C．新型合金有质量轻、耐腐蚀、强度高等优点，是用于航空和舰艇的理想材料主要应用于航天航空﹑生物工程等领域，故C正确；D．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所合成的具有金属特性的混合物，碳是非金属元素，碳纤维主要由碳元素组成，不属于合金，故D错误；答案选C。【题6】（河南·新蔡县第一高级中学高一月考）下列关于铁的叙述正确的有几个①铁能被磁铁吸引，但纯铁易被腐蚀②铁在潮湿的空气中容易生锈③铁是用量最大、用途最广的合金④铁在氯气中燃烧生成FeCl2⑤铁能在氧气中剧烈燃烧生成Fe3O4⑥不能通过化合反应制得FeCl2和Fe(OH)3A．4 B．3 C．2 D．1【答案】C【详解】①铁能被磁铁吸引，纯铁的抗腐蚀能力较强，故①错误；②当铁中含有杂质时，在潮湿的空气中会发生电化学腐蚀，故②正确；③钢铁是用量最大、用途最广的合金，铁是单质，不是合金，故③错误；④不论铁是否过量，铁在氯气中燃烧生成FeCl3，故④错误；⑤铁能在纯净的氧气中剧烈燃烧生成Fe3O4，故⑤正确；⑥FeCl2、Fe(OH)3可分别通过化合反应Fe＋2FeCl3=3FeCl2、4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3制得⑥错误；叙述正确的有2个，答案选C。提分作业提分作业【练1】（湖南·湘南中学高二期中）下列属于合金的是A．不锈钢 B．黄金 C．石墨 D．氧化铁【答案】A【详解】A．不锈钢是铁的合金，A项正确；B．黄金是金单质，不属于合金，B项错误；C．石墨是碳的单质，不属于合金，C项错误；D．氧化铁是氧化物，不属于合金，D项错误；答案选A。【练2】（安徽宣城·高二月考）下列物质中不属于铁合金的是A．黄铁矿 B．生铁 C．碳素钢 D．不锈钢【答案】A【分析】合金概念有三个特点：①一定是混合物；②合金中各成分都是以单质形式存在；③合金中至少有一种金属。【详解】A．黄铁矿的主要成分是含铁的化合物，不是铁合金，故A符合题意；B．生铁是含碳量大于2%的铁碳合金，故B不符合题意；C．碳素钢是碳含量低于2%,并有少量硅、锰以及磷、硫等杂质的铁碳合金，故C不符合题意；D．不锈钢是含有碳、铬、镍等成分的铁合金，故D不符合题意；故选A。【练3】（湖北荆州·高一期末）下列叙述正确的是A．生铁的含碳量低于钢的 B．碳素钢不含非金属元素C．钢的强度比纯铁的高 D．锌铜合金不与稀盐酸反应【答案】C【详解】A．生铁的含碳量大于钢的，A错误；B．碳素钢含非金属元素碳，B错误；C．钢的强度比纯铁的高，C正确；D．锌铜合金中锌可以与稀盐酸反应，D错误；答案选C。【练4】（山西太原·高二期末）不锈钢是太原人的骄傲。下列说法错误的是A．不锈钢的含碳量比生铁低B．表面喷涂油漆可以防止钢铁被腐蚀C．不锈钢的合金元素主要是Ni和CrD．钢铁生锈的主要原因是钢铁与盐酸直接接触【答案】D【详解】A．不锈钢中含碳量约为0.25%，生铁的含碳量为2~4.3%，因此不锈钢的含碳量比生铁低，A正确；B．喷涂油漆可以防止金属被潮湿空气中的氧气氧化，因此表面喷涂油漆可以防止钢铁被腐蚀，B正确；C．不锈钢中除含碳外还含有Ni、Cr，因此不锈钢的合金元素主要是Ni和Cr，C正确；D．钢铁生锈的主要原因是钢铁在潮湿空气中Fe被空气中的氧气氧化生成疏松氧化物，D错误；故答案选D。【练5】（全国·高三专题练习）2019年，我国第一艘国产航空母舰山东舰正式列装。优质钢材是建造航空母舰的基础材料，钢材中含量最高的元素是A．碳 B．铁 C．硅 D．氧【答案】B【详解】钢材为铁和碳的合金，在铁中掺杂少量的碳可以增强铁强度、硬度等物理性质，因此，钢材中含量最多的是铁，答案选B。【练6】（甘肃张掖·高一期末）2020年12月17日凌晨1点59分，“嫦娥五号”返回器携带月球样品在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。这标志着我国已具备地月往返的能力，探月工程“绕、落、回”三步走规划完美收官。“嫦娥五号”中使用了大量合金。下列有关金属或合金的说法中不正确的是A．生铁属于合金B．合金的化学性质与其成分金属的化学性质不同C．一般合金的熔点比各成分金属的低D．改变原料的配比、生成合金的条件，可以得到具有不同性能的合金【答案】B【详解】A．生铁中含有Fe和C元素，属于合金，合金属于混合物，故A正确；B．合金的化学性质与其成分金属的化学性质基本相同，故B错误；C．一般合金的熔点比各成分金属的低，但硬度比各成分硬度高，故C正确；D．改变原料的配比、生成合金的条件，可以得到具有不同性能的合金，比如铁中加铬制造不锈钢，故D正确。综上所述，答案为B。【练7】（天津·南开中学）下列关于金属材料的说法不正确的是A．镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料B．任何两种金属都能形成合金C．金属材料中可能含有非金属元素D．不锈钢中的主要合金元素为Cr和Ni【答案】B【详解】A．镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，能可逆地吸收和释放氢气，可作储氢材料，故A正确；B．两种金属形成合金的条件是低熔点金属的沸点要超过高熔点金属的熔点，所以不是任何两种金属都能形成合金，故B错误；C．金属材料中可能含有非金属元素，如生铁中含有碳元素，故C正确；D．当Cr含量达到一定值时，钢才有耐蚀性，不锈钢中的主要合金元素为Cr和Ni，故D正确；选B。课后篇素养形成合格考达标练1.钛和钛的合金被誉为“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,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,下列用途不切合实际的是()A.用来作保险丝B.用于制造航天飞机C.用来制造人造骨D.用于家庭装修,作钛合金装饰门答案A解析钛和钛的合金密度小、可塑性好,因此可用于航天领域,B项正确;由于钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”,所以可以用来制造人造骨,C项正确;由于其密度小、可塑性好、易于加工,所以可用于家庭装修,作钛合金装饰门,D项正确;由于其熔点高,不适合作保险丝,A项错误。2.等量镁铝合金粉末分别与下列四种过量物质充分反应,放出氢气最多的是()A.NaOH溶液 B.稀硫酸C.蔗糖溶液 D.NaCl溶液答案B解析Mg、Al与蔗糖溶液、NaCl溶液不反应,只有Al与NaOH溶液反应,Mg、Al与稀硫酸均发生反应放出氢气。3.用铜锌合金制成的黄铜制品常被误认为是黄金,下列方法中不能区分其真伪的是()A.观察外观 B.放入盐酸中C.测定密度 D.高温灼烧答案A解析铜锌合金制成的黄铜放入盐酸中,质量减小,可以观察到合金溶解并且有气泡冒出,而黄金不溶于盐酸中;黄金密度大,测定密度可以鉴别;高温灼烧,黄金没有变化,而铜锌合金外观上有变化。4.如图所示的实验中,投入铝片后()A.①中产生气泡,②中不产生气泡B.①和②中都不产生气泡C.①和②中都产生气泡,①中是H2,②中是O2D.①和②中都产生气泡,且都是H2答案D解析Al与NaOH溶液和盐酸均反应生成H2。5.除去MgO中的Al2O3可选用的试剂是()A.NaOH溶液 B.硝酸C.浓硫酸 D.稀盐酸答案A解析Al2O3为两性氧化物,可溶于NaOH溶液中,而MgO不溶解,过滤即可得到MgO。6.某合金与铁的物理性质的比较如下表所示:物质熔点/℃密度硬度(金刚石为10)导电性(银为100)某合金25003.007.42.3铁15357.864.517还知该合金耐腐蚀、强度大。从以上性能看,该合金不适合做()A.导线 B.门窗框C.炉具 D.飞机外壳答案A解析该合金与铁相比导电性差,不适合做导线;做门窗主要是利用合金的硬度大和耐腐蚀;做炉具主要利用其熔点高和耐腐蚀;做飞机外壳则主要是利用其硬度大和密度小的性质,B、C、D项与该合金性质相符。等级考提升练7.(双选)金属Ti(钛)是一种具有许多优良性能的较为昂贵的金属,钛和钛合金被认为是21世纪的重要金属材料。某化学兴趣小组在实验室探究Ti、Mg、Cu的活动性顺序。他们在相同温度下,取大小相同的三种金属薄片,分别投入等体积等浓度的足量稀盐酸中,观察现象如下:金属TiMgCu金属表面现象放出气泡速率缓慢放出气泡速率快无变化下列有关三种金属的说法正确的是()A.三种金属的活动性由强到弱的顺序是Mg、Ti、CuB.若钛粉中混有Mg,提纯Ti时可用稀盐酸除去MgC.用Ti从CuSO4溶液中置换出Cu是工业制取Cu的很好途径D.Cu和稀盐酸不发生化学反应答案AD解析Ti在盐酸中比Mg放出气泡的速率小,说明Ti的金属活动性比Mg弱,Cu在盐酸中无变化,故Cu的金属活动性最弱,A正确;由于Ti、Mg均能与稀盐酸反应,故不能用此法提纯混有Mg的金属钛,B不正确;Ti是较为昂贵的金属,用Ti制取Cu成本太高,C不正确;Cu在金属活动性顺序中排在H的后面,所以Cu不与稀盐酸发生反应,D正确。8.(2020陕西咸阳高一检测)下列说法不正确的是()A.我国最早使用的合金是由铜锌合金制成的青铜器B.储氢合金是一类能大量吸收H2,并与H2结合成金属氢化物的材料C.一般汽车配件中的发动机使用的是密度小、强度大且耐腐蚀的铝合金材料D.钛合金、形状记忆合金、耐热合金以及储氢合金都属于新型合金答案A解析青铜是铜锡合金,是我国使用最早的合金,选项A错误;储氢合金能够大量吸收氢气,并与氢气结合成金属氢化物,选项B正确;铝合金材料密度小、强度大且耐腐蚀,适合制造发动机,选项C正确;钛合金、形状记忆合金、耐热合金以及储氢合金都属于新型合金,选项D正确。9.(双选)某无色溶液放入铝片后有氢气产生,则在该溶液中下列离子一定可以大量存在的是()A.Na+ B.Mg2+ C.Cl- D.CO答案AC解析该溶液能与铝反应放出氢气,说明该溶液可能呈酸性,也可能呈碱性。Mg2+不能在碱性溶液中大量存在,CO310.下列说法不正确的是()A.钠和钾的合金可用于快中子反应堆做热交换剂B.氧化镁(熔点2800℃)是优良的耐高温材料C.镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物,可做储氢材料D.2.4g镁在足量的氧气中燃烧,转移的电子数为0.1NA答案D解析2.4g镁的物质的量为2.4g24g·mol-1=0.1mol,MgMg2+,故0.1mol镁与11.所谓合金,就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔化状态下形成的一种熔合物,根据下列四种金属的熔、沸点:金属NaCuAlFe熔点/℃97.510836601535沸点/℃883259522003000其中不能形成合金的是()A.Cu和Al B.Fe和CuC.Fe和Na D.Al和Na答案C12.在天平的左右两个托盘上放有两个烧杯,两个烧杯中分别盛有盐酸和氢氧化钠溶液,天平处于平衡状态,当分别向两烧杯中加入等质量的铝(酸和碱都是足量的)充分反应后,天平()A.保持平衡 B.左高右低C.左低右高 D.无法确定答案A解析等质量的Al与盐酸、NaOH溶液完全反应生成的H2质量相同,故反应后两烧杯的质量仍然相等。13.在一个铝制的易拉罐内充满CO2气体,然后往罐内注入足量的NaOH溶液,立即用胶布密封罐口。经过一段时间后,罐壁内凹而瘪,再过一段时间后,瘪了的罐壁重新鼓起来。(1)罐壁内凹而瘪的原因是,离子方程式为。

(2)罐再鼓起来的原因是,离子方程式为。

答案(1)CO2与NaOH溶液反应生成Na2CO3、H2O,使得罐内气体压强小于外界大气压强2OH-+CO2CO32-+H(2)过量的NaOH与铝罐反应生成H2,使罐内气体压强增大2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2解析在易拉罐内充入CO2后加入足量NaOH溶液,会发生反应2NaOH+CO2Na2CO3+H2O,而使罐内气体压强减小,所以易拉罐在外界大气压强的作用下变瘪;而后过量的NaOH溶液会与易拉罐中的铝发生反应生成H2:2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑,所以罐内气体压强变大,易拉罐又会重新鼓起来。14.铁和铝是科技、生产、生活中应用最广泛的金属材料。现有铁、铝的混合物进行如下实验:(1)操作X的名称是。

(2)气体A是。

(3)A与Cl2混合光照可能发生爆炸,生成(填化学式),A在该反应中作为(填“氧化剂”或“还原剂”)。

(4)溶液B中阴离子除OH-外还有,溶液D中存在的金属离子为。

答案(1)过滤(2)H2(或氢气)(3)HCl还原剂(4)AlO2-解析(1)加入足量NaOH溶液,Al溶解,操作X为过滤。(2)Al与氢氧化钠溶液反应产生氢气,气体A为H2。(3)H2