《合金（学生版）》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【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【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【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【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)【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【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【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【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【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【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【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【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【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【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【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NiA组·基础达标1．下列关于铁和铁合金的有关说法错误的是()A．工业上用一氧化碳将铁矿石中的铁还原出来B．不锈钢抗腐蚀性能好，长期使用绝对不会生锈C．制造铁轨、船舶、桥梁的碳素钢是铁和碳的合金D．使用铁锅炒菜能为人体提供微量的铁元素【答案】B【解析】一氧化碳具有还原性，可以将铁矿石中的铁还原出来，A正确；在相同条件和环境下，不锈钢较碳素钢而言不易生锈，并不是“绝对不会生锈”，B错误；碳素钢是铁和碳的合金，C正确；铁是人体需要的微量元素，D正确。2．哈大齐高铁的通车，标志我国高寒地区高铁技术领先世界。高铁车厢大部分采用铝合金材料制造，这是因为铝合金()A．质地轻，强度大，抗腐蚀能力比较强B．具有比较活泼的化学性质C．各种成分在自然界中含量丰富，容易获取D．比纯铝熔点高，耐高温【答案】A【解析】车厢大部分采用铝合金材料制造，这是因为铝合金具有质地轻、强度大、抗腐蚀能力比较强的优点，A正确；铝合金的化学性质的确比较活泼，但与被用于制造高铁车厢没有必然联系，B错误；铝元素在地壳中含量居第三位，含量比较丰富，但因铝性质活泼，只能采用电解法制取，成本较高，并不容易获得，C错误；铝合金的熔点比纯铝的低，D错误。3．马踏飞燕是我国的旅游标志，出土的马踏飞燕是由青铜制成的。下列有关叙述不正确的是()A．青铜硬度比纯铜的硬度小B．青铜的主要成分是Cu、Sn、Pb等C．历史上铜制品早于铁制品出现D．青铜是我国使用最早的合金【答案】A【解析】一般合金的硬度比纯金属大，A错误。4．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，Mg与NaOH溶液不反应，Mg、Al与硫酸均发生反应放出氢气。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．下列说法正确的是()A．合金材料中不可能含有非金属元素B．铁是人类在生产、生活中最早使用的金属C．合金中的金属元素以化合态的形式存在D．用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物【答案】D7．(广东学业水平)合金材料的制造与使用在我国已有数千年历史。下列文物不是由合金制作的是()A．秦兵马俑 B．越王勾践剑C．曾侯乙编钟 D．马踏飞燕青铜器【答案】A8．下列反应没有氢气生成的是()A．单质钠投入水中B．铝投入氢氧化钠溶液中C．氧化钠投入水中D．往铁粉中通入水蒸气，保持高温【答案】C【解析】2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑，A错误；2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑，B错误；Na2O与H2O反应生成NaOH，C正确；3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2，D错误。9．合金是由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。(1)下列物质不属于合金的是______(填字母，下同)。A．明矾 B．硬铝C．生铁 D．青铜(2)根据下表中四种金属的熔、沸点，回答问题：金属NaCuAlFe熔点/℃97.810836601535沸点/℃883256724672750其中不能形成合金的是______(填字母序号，下同)。①Cu与Na②Fe与Cu③Fe与Na④Al与NaA．①② B．①③C．①④ D．②④(3)镁铝合金与盐酸完全反应后，加入过量的氢氧化钠溶液，最后的结果是________。A．没有沉淀物生成B．只有氢氧化铝沉淀生成C．只有氢氧化镁沉淀生成D．有氢氧化铝和氢氧化镁沉淀生成【答案】(1)A(2)B(3)C【解析】(1)明矾[KAl(SO4)2·12H2O]属于化合物；硬铝中含铝、铜、镁、锰、硅等，生铁中主要含铁、碳，青铜中含有铜、锡、铅，它们都属于合金。(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形成合金。(3)Mg、Al都与盐酸反应，Mg(OH)2不溶于NaOH溶液，而Al(OH)3溶于NaOH溶液生成NaAlO2和H2O。10．铜是生命必需的元素，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。(1)在化学反应中，铜元素可表现为0、＋1、＋2价。在西汉古籍中曾有记载：曾青得铁则化为铜[曾青(CuSO4)跟铁反应就生成铜]。试写出该反应的化学方程式：______________________________。(2)铜器表面有时会生成铜绿[Cu2(OH)2CO3]。这层铜绿可用化学方法除去。试写出除去铜绿而不损伤器物的反应的化学方程式：______________________________________。(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)CuSO4＋Fe=FeSO4＋Cu(2)Cu2(OH)2CO3＋4HCl=2CuCl2＋CO2↑＋3H2O(3)铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀；铜的熔点较低，容易冶炼铸造成型【解析】(1)由题给信息可得，发生的反应为铁还原CuSO4得到单质铜。(2)因为铜绿(碱式碳酸铜)能与酸反应，生成可溶性盐和气体，故可用盐酸除之。(3)铜在古代用于制造货币主要因为其熔点较低，易于铸造，且不易被腐蚀。B组·能力提升11．将5.0g某金属合金放入足量的稀盐酸中，共收集氢气的体积为2.24L(标准状况)，则该金属合金可能是()A．Mg­Al合金 B．Fe­Al合金C．Fe­Zn合金 D．Cu­Zn合金【答案】B【解析】由题意知，n(H2)＝eq\f(2.24L,22.4L·mol－1)＝0.1mol，即产生0.2gH2消耗金属合金5.0g，满足此条件的要求是产生2gH2时，消耗一种金属的质量大于50g，另一种金属的质量小于50g。对于给出的金属，产生2gH2时消耗金属的质量分别为m(Mg)＝24g，m(Al)＝18g，m(Fe)＝56g，m(Zn)＝65g，Cu与稀盐酸不反应，只有Fe­Al合金符合题意。12．储氢合金是一类新型合金，如铁系储氢合金、钛系储氢合金。储氢合金既能在一定条件下吸收H2，又能在一定条件下放出H2，该循环中发生变化：H22H。下列说法错误的是()A．储氢合金的吸氢和放氢都是物理变化B．温度和压强都会影响储氢合金的吸氢和放氢C．铁系储氢合金可以做成纳米合金D．铁系储氢合金和钛系储氢合金可以用磁铁进行鉴别【答案】A【解析】由H22H可知，储氢合金的吸氢和放氢都是化学变化。13．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)AlOeq\o\al(－,2)Fe2＋【解析】(1)加入足量NaOH溶解，Al溶解，Fe不溶解，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与Cl2反应生成HCl。(4)溶液B中阴离子有OH－、AlOeq\o\al(－,2)，溶液D中金属离子为Fe2＋。14．某化学兴趣小组按照如下流程进行“由镁铝合金制备硫酸铝晶体”的实验。(1)向镁铝合金中加NaOH溶液反应的离子方程式为____________________________，金属X的原子结构示意图为__________________，固体A的化学式为________。(2)写出硫酸铝在水中的电离方程式：__________________________________；操作②包含的步骤有蒸发浓缩、____________、过滤、洗涤、干燥。(3)该兴趣小组为测定镁铝合金中各组分的质量分数，设计如图装置，则需要测定的数据有______________、______________。【答案】(1)2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑Al(OH)3(2)Al2(SO4)3=2Al3＋＋3SOeq\o\al(2－,4)冷却结晶(降温结晶)(3)氢气的体积镁铝合金的质量(两空顺序可颠倒)【解析】(1)向镁铝合金中加入足量NaOH溶液，Al和NaOH溶液反应生成可溶性的NaAlO2，镁不反应，发生反应的离子方程式为2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑；镁的原子结构示意图为；向滤液中加入稀硫酸调节溶液的pH，得到Al(OH)3固体。(2)Al2(SO4)3是强电解质，电离方程式为Al2(SO4)3=2Al3＋＋3SOeq\o\al(2－,4)。操作②包含的步骤有蒸发浓缩、冷却结晶(降温结晶)、过滤、洗涤、干燥。(3)根据装置图知，需测得氢气体积，根据金属和氢气之间的关系式分析知，还需要测定镁铝合金的