高一化學(xué)人教版必修一講義：第3章 金屬及其化合物 第3節(jié) 含解析

高中化學(xué)必修課程PAGE13-第三節(jié)用途廣泛的金屬材料[學(xué)習(xí)目標定位]認識合金的特征性質(zhì)，了解常見合金的分類、組成和用途，會合理選用金屬材料。一常見合金的重要應(yīng)用1.合金的定義合金是指由兩種或兩種以上的金屬與金屬(或非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。2.合金與純金屬的性能差異(1)合金具有各成分金屬的優(yōu)良性能。合金一定是混合物。(2)合金的硬度及機械性能一般大于它的各成分金屬。(3)合金的熔點一般低于它的各成分金屬。3.常見的合金(1)銅合金(2)鋼歸納總結(jié)合金的種類與性能(1)合金的種類和性能與成分有關(guān)。不同的原料，不同的原料配比，不同的制造工藝，得到不同性能的合金。(2)由于合金的形成改變了金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以對金屬的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)都有影響。如不銹鋼的抗腐蝕性比純鐵強得多。(3)常見合金的比較①銅合金合金主要成分主要性能主要用途青銅銅、錫強度高、可塑性好、耐磨、耐腐蝕機械零件，如軸承、齒輪等黃銅銅、鋅強度高、可塑性好、易加工、耐腐蝕機械零件、儀表、日用品白銅銅、鎳、鋅光澤好、耐磨、耐腐蝕、易加工錢幣、代替銀做飾品②合金鋼名稱主要合金元素主要特性主要用途錳鋼錳韌性好，硬度大鋼軌、軸承、鋼模、挖掘機鏟斗、坦克裝甲不銹鋼鉻、鎳抗腐蝕性好醫(yī)療器械、容器、反應(yīng)釜、炊具硅鋼硅導(dǎo)磁性好變壓器、發(fā)電機和電動機中的鐵芯鎢鋼鎢耐高溫、硬度大刀具③鋁合金成分元素主要特性主要用途Al、Mg、Cu、Si等密度小，強度大用于汽車、飛機、火箭、船舶制造等④鈦合金鈦的合金具有密度小、強度高、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)點，主要用于飛機、火箭、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船等領(lǐng)域。1.下列對合金的說法正確的是()A.合金中至少含有兩種金屬元素B.合金中的金屬元素以化合物的形式存在C.黃銅是純凈物D.合金中也可含非金屬元素答案D解析掌握合金的概念要把握幾個重點：①組成元素：金屬與金屬或金屬與非金屬，一定含有金屬元素，可能含有非金屬元素；②特性：具有金屬特性；③合金為混合物。A項錯，合金未必含有兩種或兩種以上的金屬元素；B項合金是熔合而成的，保持著金屬特性，金屬元素一般以單質(zhì)形式存在；C項中的黃銅是一種銅合金，是混合物。2.合金相對于純金屬制成的金屬材料來說優(yōu)點是()①合金的硬度一般比它的各成分金屬的大②一般合金的熔點比它的各成分金屬的更低③改變原料的配比，改變生成合金的條件，可得到具有不同性能的合金④合金比純金屬的導(dǎo)電性更強⑤合金比純金屬的應(yīng)用范圍更廣泛A.①②③⑤B.②③④C.①②④D.①②④⑤答案A解析合金具有許多優(yōu)良的物理、化學(xué)或機械性能，在許多方面優(yōu)于它的各成分金屬。例如，合金的硬度一般比各成分金屬的硬度大，多數(shù)合金的熔點比各成分金屬的熔點低，但合金的導(dǎo)電性比純金屬弱。二正確選用金屬材料1.金屬材料的分類：若根據(jù)組成，金屬材料可分為純金屬和合金；若根據(jù)性能特點，可分為黑色金屬(包括鐵、鉻、錳以及它們的合金)和有色金屬(除黑色金屬以外的其他金屬及合金)。2.根據(jù)你的生活經(jīng)驗和下表所提供的信息，分析并回答下列問題。物理性質(zhì)銀銅金鋁鐵鉛鎢錫導(dǎo)電性(以銀的導(dǎo)電性為100作標準)100997461177.9密度(g·cm－3)10.58.9219.32.77.8611.319.355.75～7.28熔點(℃)9621083106466015353410232硬度(以金剛石的硬度為10作標準)2.5～42.5～32.5～32～2.94～51.5(1)為什么菜刀、錘子等通常用鐵制而不用鉛制？(2)銀的導(dǎo)電性比銅好，為什么導(dǎo)線一般用銅制而不用銀制？(3)為什么燈泡里的燈絲用鎢制而不用錫制？答案(1)因為鐵的硬度比鉛大，且鉛有毒，故常用鐵而不用鉛制菜刀、錘子等。(2)銀和銅的導(dǎo)電性相近，但銀比銅貴得多，且電線用量大，所以用銅不用銀。(3)因為鎢的熔點高(3410℃)，而錫的熔點(232℃)太低，通電時錫制的燈絲就熔斷了，所以用鎢絲而不用錫絲作燈泡的燈絲。歸納總結(jié)正確選用金屬材料(1)金屬的分類標準有組成元素、密度大小、性能特點等。(2)選用金屬材料的基本依據(jù)：①金屬的用途、外觀、價格等；②物理性質(zhì)(密度、硬度、強度、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等)決定金屬材料的加工難易程度；③化學(xué)性質(zhì)(對水的作用、耐腐蝕性等)決定金屬材料的日常維護和對環(huán)境的影響。3.用于火箭發(fā)動機、航天飛機制動閘的金屬，要有良好的熱學(xué)性能，如熔點高、比熱高、熱導(dǎo)率高、適宜的熱膨脹率等優(yōu)異性能。根據(jù)下表數(shù)據(jù)，用于制造制動閘的最佳金屬材料為()金屬熔點(℃)比熱(J·g－1·K－1)熱導(dǎo)率(W·m－1·K－1)熱膨脹率(25℃)α(×106)A4180.10675.3711.76B9230.243153.6624.3C9330.215221.9123.6D15500.436146.511.6答案D4.(1)選擇填空，將鋁的用途與性質(zhì)對應(yīng)起來(每個選項只能用一次)。A.質(zhì)輕B.延展性好C.易傳熱D.易導(dǎo)電E.氧化時放熱①太陽能熱水器：________；②飛機：________；③焊接鐵軌：________；④電纜：________；⑤鋁箔：________。(2)佛山是有色金屬之鄉(xiāng)，其中鋁合金材料的產(chǎn)量約占全國的一半。鋁合金材料屬于________(填“純凈物”、“混合物”或“單質(zhì)”)。答案(1)①C②A③E④D⑤B(2)混合物解析(1)鋁在太陽能熱水器上的應(yīng)用是由于它的導(dǎo)熱性好。鋁合金硬度大質(zhì)量輕，是制造飛機的良好材料，鋁被氧化時放熱可作鋁熱劑，因而可用來焊接鐵軌。鋁用作電纜和鋁箔則分別是由于其導(dǎo)電性和延展性。(2)合金是由一種金屬跟其他一種或幾種金屬(或非金屬)一起熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)，因此肯定是混合物。合金是由兩種或兩種以上的金屬(或非金屬)熔合而成的，具有金屬特性的物質(zhì)。合金的熔點比成分金屬熔點低，具有更大的硬度、強度和良好的機械性能，種類繁多，應(yīng)用極其廣泛。1.純鐵的熔點為1535℃，而高爐中煉鐵時生鐵(含碳量較高的鐵的合金)在1200℃左右就熔化了，這是因為()A.鐵的純度越高，熔點越低B.合金的熔點一般比其成分物質(zhì)的熔點低C.因為形成了鐵碳合金，所以熔點變高D.在高爐內(nèi)熔化的過程中發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)答案B解析多數(shù)合金的熔點比其各成分金屬的熔點低。2.下列說法中不正確的是()A.人類歷史上使用最早的合金是青銅B.鋼屬于鐵合金C.目前世界上使用量最大的合金是鋁合金D.目前世界上用途最廣的是合金鋼答案C解析目前世界上使用量最大的合金是鐵合金。3.用于制造飛機的材料應(yīng)具備高比強度(斷裂強度/密度)，還應(yīng)具備密度小、質(zhì)地輕的特點。以波音747為例，機身每減輕1kg，因耗油減少，一年可獲利2000美元。你認為下列材料中可用于飛機制造業(yè)的是()A.MgAl合金 B.黃銅(CuZn合金)C.NaK合金 D.生鐵(FeC合金)答案A解析黃銅、生鐵密度較大，且生鐵易斷裂；NaK合金熔點低，常溫下為液體，選項B、C、D不正確。4.不銹鋼通常不與酸、堿、鹽反應(yīng)，是因為加入了()A.Ni和CrB.Ni和AuC.Cr和AuD.Cr和Pt答案A解析不銹鋼中添加的合金元素主要是Ni和Cr，Ni、Cr元素的加入使不銹鋼在多種酸、堿、鹽溶液中也能具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性。5.根據(jù)你學(xué)過的有關(guān)金屬的知識，回答下列問題：(1)銅錢在我國歷史上曾經(jīng)是一種廣泛流通的貨幣，銅常用于制造貨幣的原因可能是________(填序號)。A.銅的熔點不是太高，易于冶煉，易于鑄造成型B.銅的性質(zhì)不活潑，不易被腐蝕C.我國較早的掌握了濕法冶煉銅的技術(shù)D.自然界有大量的游離態(tài)的銅(2)鋼鐵制品的使用更為廣泛，但是鐵制品易生銹，鐵銹的主要成分是________(填名稱)，鐵的氧化物常見的還有________、________。(填化學(xué)式)(3)鋁制品因為表面易形成致密的氧化鋁薄膜而經(jīng)久耐用，但是該氧化膜易被酸、堿破壞，若使氧化鋁與氫氧化鈉溶液作用，反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________。(4)一位收藏者有一枚表面是黑色，且有少量綠色銹狀物的貨幣，這肯定是________幣，黑色物質(zhì)是________(填名稱)，形成這種物質(zhì)的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________，綠色物質(zhì)是________(填化學(xué)式)，這枚金屬幣的真面目為________色。另外一枚是閃閃發(fā)光的黃色金屬幣，它肯定是________幣，表面一直未被氧化的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)不法分子有時用銅鋅合金制成假金幣行騙。下列方法中能有效鑒別其真假的是________(填序號)。A.觀察顏色B.查看圖案C.用手掂量輕重D.滴一滴硝酸在幣的表面，觀察現(xiàn)象答案(1)ABC(2)氧化鐵FeOFe3O4(3)Al2O3＋2NaOH=2NaAlO2＋H2O(4)銅氧化銅2Cu＋O2=2CuOCu2(OH)2CO3紫紅金金不活潑，不易被氧化(5)D解析(1)銅錢作為貨幣，首先應(yīng)易得，再者不容易被腐蝕。(2)鐵銹主要成分為Fe2O3，常見鐵的氧化物還有FeO和Fe3O4。(3)Al2O3＋2NaOH=2NaAlO2＋H2O。(4)銅與氧氣反應(yīng)生成黑色CuO，銅在空氣中“生銹”的反應(yīng)為2Cu＋O2＋CO2＋H2O=Cu2(OH)2CO3(綠色)；金的化學(xué)性質(zhì)不活潑，空氣中不與O2反應(yīng)。(5)有些假金幣外形圖案、顏色與金相近，密度與真金幣相當(dāng)，用手掂量不出來，假金幣中的Zn、Cu均可與HNO3反應(yīng)產(chǎn)生大量氣泡，而Au不與HNO3反應(yīng)。6.已知合金A由兩種常見金屬組成。為測定其組成，某同學(xué)的實驗流程如圖所示：請回答：(1)過程②中分離C和E的化學(xué)實驗基本操作是____________________。(2)溶液H中所含的陽離子有____________________________________(用離子符號表示)。(3)為測定合金的組成，需要稱量沉淀F的質(zhì)量，則F需要洗滌，如何證明沉淀F是否洗滌干凈？(4)根據(jù)實驗流程圖中的數(shù)據(jù)計算合金A中兩種金屬的質(zhì)量分數(shù)分別是____________、____________。答案(1)過濾(2)Al3＋、H＋(3)取最后一次洗滌液，加入少量AgNO3溶液，若產(chǎn)生白色沉淀，則沉淀沒有洗滌干凈，若無沉淀產(chǎn)生，則表明沉淀已經(jīng)洗滌干凈。(4)Al：30%Fe：70%解析(1)分離固體與溶液采用過濾的方法。(2)溶液H中加入過量氨水生成沉淀F，說明F是氫氧化物沉淀，再由E加適量鹽酸生成F，F(xiàn)在過量鹽酸中不沉淀而生成溶液H，說明F是Al(OH)3，F(xiàn)溶于過量鹽酸，所得溶液中的陽離子是Al3＋和H＋。(3)若沉淀F未洗滌干凈，則表明會有沾附的氯離子，可向最后一次洗滌液中加入少量硝酸銀溶液進行檢驗。(4)兩種金屬分別為Fe和Al40分鐘課時作業(yè)題組一合金及其性質(zhì)1.嫦娥三號是中國國家航天局嫦娥工程第二階段的登月探測器，它攜帶中國第一艘月球車，實現(xiàn)了中國首次月面軟著陸。嫦娥三號中使用了大量合金。下列有關(guān)金屬或合金的說法中不正確的是()A.生鐵屬于合金B(yǎng).一般地，合金的熔點比它的各成分金屬的更低C.合金的化學(xué)性質(zhì)與成分金屬的化學(xué)性質(zhì)不同D.改變原料的配比、改變生成合金的條件，可以得到具有不同性能的合金答案C2.下列關(guān)于合金的敘述中正確的是()A.合金是由兩種或多種金屬熔合而成的B.日常生活中用到的5角硬幣屬于銅合金C.合金在任何情況下都比單一金屬性能優(yōu)良D.鋼不屬于合金答案B3.有關(guān)合金的敘述正確的是()A.合金的密度比其各成分金屬小B.合金的抗腐蝕性能都很好C.合金的導(dǎo)電性能比其各成分金屬強D.多數(shù)合金比其各成分金屬熔點低，硬度大答案D解析合金與其各成分金屬相比，某些性能增強，某些性能減弱。多數(shù)合金的熔點比其各成分金屬低。4.選用金屬材料時，以下方面需要考慮的是()①主要用途②物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)③價格④加工難度⑤日常維護⑥對環(huán)境的影響A.①②③ B.③④⑤C.①⑤⑥ D.①②③④⑤⑥答案D解析本題錯選A、B、C的原因是對金屬材料的選用要考慮的問題了解不全面。在選用材料時要綜合考慮所選材料的性能、價格、加工難度、日常維護、對環(huán)境的影響等因素，從眾多材料中選取合適者。5.下列有關(guān)金屬及其合金的說法不正確的是()A.目前我國流通的硬幣是由合金材料制造的B.鋼是用途最廣、用量最大的合金C.鎂在空氣中燃燒發(fā)出耀眼的白光，可用于制作照明彈D.日用鋁制品表面覆蓋著氧化膜，對內(nèi)部金屬起保護作用答案B6.下列說法正確的是()A.所有不銹鋼都只含有金屬元素B.我國流通的硬幣材質(zhì)是金屬單質(zhì)C.廣東打撈的明代沉船上存在大量鋁制餐具D.鎂合金的硬度和強度均高于純鎂答案D解析不銹鋼中含有非金屬碳，A項不正確；我國流通的硬幣材質(zhì)是合金，B項不正確；鋁的冶煉方法在十九世紀才被發(fā)現(xiàn)，明朝時不可能有大量鋁制餐具，C項不正確；合金的機械加工性能一般優(yōu)于其成分金屬，D項正確。7.碲鋅鎘(TeZnCd)晶體可以用于制造紅外探測器的基礎(chǔ)材料，下列有關(guān)它的敘述中不正確的是()A.它是由Te、Zn、Cd按一定比例混合而成的，無固定的熔、沸點B.它易導(dǎo)電、導(dǎo)熱，具有延展性C.它的熔、沸點比Zn的低D.它的硬度和強度比Cd的大答案A解析碲鋅鎘晶體是由Te、Zn、Cd按一定比例熔合而成的具有金屬特性的合金，只要比例確定，其組成就固定，因而有固定的熔、沸點；合金具有比其各成分金屬低的熔、沸點，具有較高的硬度和強度。題組二正確選用合金8.某合金與鐵的物理性質(zhì)比較如下：熔點/℃密度/g·cm－3硬度(金剛石為100)導(dǎo)電性(銀為100)其他性質(zhì)某合金25003.007.42.3耐腐蝕鐵15357.864.517純鐵耐腐蝕從以上性能看，該合金不適合制成()A.導(dǎo)線 B.門窗C.爐具 D.飛機外殼答案A解析從表格中總結(jié)，該合金具有密度小、機械性能好的特點，所以適合制作飛機外殼、門窗框；由于熔點較高，所以適合制作爐具；但是導(dǎo)電性不好，所以不適宜制作導(dǎo)線。9.鈦和鈦的合金被譽為“21世紀最有發(fā)展前景的金屬材料”，它們具有很多優(yōu)良的性能，如熔點高、密度小、可塑性好、易于加工，尤其是鈦合金與人體器官具有很好的“生物相容性”。根據(jù)它們的主要性能，下列用途不切合實際的是()A.用來做保險絲B.用于制造航天飛機C.用來制造人造骨D.用于家庭裝修，做鈦合金裝飾門答案A解析由于鈦和鈦的合金密度小、可塑性好，因此可用于航天領(lǐng)域，B正確；由于鈦和鈦合金與人體器官具有很好的“生物相容性”，可與人體的組織相容，不引起排異反應(yīng)，因此可以用來制造人造骨，C正確；由于其密度小、可塑性好、易于加工，因此可用于家庭裝修，做鈦合金裝飾門，D正確；只有A錯誤，由于其熔點高，不適合做保險絲。10.現(xiàn)代建筑的門窗框架常用電解加工成的古銅色硬鋁制造。取硬鋁樣品進行如下所示的實驗(各試劑均過量)：(硅可與氫氧化鈉溶液反應(yīng)：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑)由此推知硬鋁的組成是()A.Al、Mg、Si、Zn B.Al、Cu、Mg、SiC.Al、Fe、C、Cu D.Al、Si、Zn、Na答案B[能力提升題]11.銅是生命必需的元素，也是人類最早使用的金屬之一，銅的生產(chǎn)和使用對國計民生各個方面產(chǎn)生了深遠的影響，請完成(1)～(3)題。(1)在化學(xué)反應(yīng)中，銅元素可表現(xiàn)為0、＋1、＋2價。在西漢古籍中曾有記載：曾青得鐵則化為銅[即：曾青(CuSO4)跟鐵反應(yīng)就生成銅]。試寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________。(2)銅器表面有時會生成銅綠[Cu2(OH)2CO3]，這層銅綠可用化學(xué)方法除去。試寫出除去銅綠而不損傷器物的反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________。(3)銅錢在歷史上曾經(jīng)是一種廣泛流通的貨幣。試從物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的角度分析為什么銅常用于制造貨幣(銅的熔點是1183.4℃，鐵的熔點是1534.8℃)________________________________________________________________________。答案(1)CuSO4＋Fe=FeSO4＋Cu(2)Cu2(OH)2CO3＋4HCl=2CuCl2＋3H2O＋CO2↑[或Cu2(OH)2CO3＋2H2SO4=2CuSO4＋3H2O＋CO2↑](3)銅的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，不易被腐蝕，銅的熔點比較低，容易冶煉鑄造成型解析(1)中實際上是用鐵還原CuSO4得到單質(zhì)銅。(2)中因為銅綠(堿式碳酸銅)能與酸反應(yīng)，生成可溶性鹽和氣體，故可用酸除之。(3)銅在古代作為貨幣主要因為其熔點低，易于鑄造，且不易腐蝕。12.物質(zhì)A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K存在下圖轉(zhuǎn)化關(guān)系，其中氣體D、E為單質(zhì)，試回答：(1)寫出下列物質(zhì)的化學(xué)式：A是________，D是________，K是________。(2)寫出反應(yīng)“C→F”的離子方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)寫出反應(yīng)“F→G”的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)在溶液I中滴入NaOH溶液，可觀察到的現(xiàn)象：________________________________________________________________________。(5)實驗室檢驗溶液B中陰離子的方法：____________________________。答案(1)AlH2Fe(OH)3(2)Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)(3)Al(OH)3＋NaOH=NaAlO2＋2H2O(4)先生成白色絮狀沉淀，而后迅速變?yōu)榛揖G色，最后變?yōu)榧t褐色沉淀(5)取少量溶液B于試管中，先滴入少量稀硝酸，再滴加硝酸銀溶液解析突破口有：E為氯氣、K為氫氧化鐵、F為氫氧化鋁，然后可以推導(dǎo)出A為鋁、C為氯化鋁、D為氫氣、B為HCl、H為鐵、I為氯化亞鐵、J為氯化鐵、G為偏鋁酸鈉。13.歷史上金、銀、銅主要是作為貨幣金屬或裝飾品被應(yīng)用。(1)金、銀、銅常被作為錢幣流通，從化學(xué)角度來看，主要是利用它們的________(填序號)。A.硬度適中B.密度適中C.在自然界里都可得到純凈的單質(zhì)D.不活潑性(2)試樣X由氧化亞鐵和氧化銅組成，取質(zhì)量相等的兩份試樣，按下圖所示進行實驗：請寫出步驟③中所發(fā)生的全部反應(yīng)的離子方程式：__________________。若全部的溶液Y和全部的粉末Z充分反應(yīng)后，生成的不溶物W的質(zhì)量是m，則每份試樣X中氧化銅的質(zhì)量為__________________(用m表示)。答案(1)D(2)Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu，F(xiàn)e＋2H＋=Fe2＋＋H2↑eq\f(5,8)m解析(1)金、銀、銅都屬于不活潑金屬，易加工，因此，在歷史上都曾經(jīng)用作貨幣。(2)試樣與過量鹽酸反應(yīng)所得溶液Y為FeCl2、CuCl2混合溶液，粉末Z為Fe、Cu混合物，將Y和Z混合，發(fā)生反應(yīng)：Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu，F(xiàn)e＋2H＋=Fe2＋＋H2↑，由生成的溶液呈強酸性表明：溶液中不含Cu2＋離子，不溶物W全部是金屬銅，氧化銅的質(zhì)量為0.5m×eq\f(80,64)＝eq\f(5,8)m。14.某鋁合金中含有合金元素鎂、銅、硅，為了測定該合金中鋁的含量，設(shè)計了如下實驗，請回答有關(guān)問題：(1)稱取樣品ag，將其溶解于足量的稀鹽酸中，過濾。濾液中主要含有________，溶解、過濾用到的玻璃儀器是________。(2)濾液中加過量氫氧化鈉溶液、過濾，有關(guān)的離子方程式是________________________________________________________________________。(3)向步驟(2)的濾液中通入足量二氧化碳氣體，過濾，有關(guān)的離子方程式是________________________________________________________________________。(4)步驟(3)過濾后的濾渣用蒸餾水洗滌2～3次，烘干并灼燒至恒重，冷卻后稱重，其質(zhì)量為bg，有關(guān)的化學(xué)方程式是__________________________________________