2.1 金屬材料（解析版）

2.1金屬材料【知識網(wǎng)絡(luò)】【知識掌握】1、金屬：在元素周期表中，除汞外，元素的中文各名稱都帶有金字旁。2、金屬用途：生活用品，房屋建筑，交通工具，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。3、金屬物理性質(zhì)：有光澤、比較硬，有延展性、有導(dǎo)電性。4、金屬與非金屬的主要性質(zhì)差異金屬 非金屬有金屬顏色有多種顏色有延展性 不具延展性有可鍛性不具可鍛性硬度大 硬度不一致有良好的導(dǎo)電性不導(dǎo)電有良好的導(dǎo)熱性不導(dǎo)熱密度大密度小熔點高熔點低5.合金：兩種或兩種以上的金屬（也可以是金屬盒非金屬）熔合在一起具有金屬特性的物質(zhì)。合金具有金屬特性，其性能比純金屬更好，硬度更大。鋼是最常見、應(yīng)用較廣的一種合金，由Fe和C形成的合金金屬銹蝕的條件：空氣和水分金屬防銹措施：保護(hù)膜法：油漆、涂油、電鍍、烤藍(lán)等改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)：不銹鋼金屬的污染與除污危害：浪費資源和能源破壞土壤結(jié)構(gòu)有毒金屬離子污染土壤、水源、生態(tài)環(huán)境重金屬會在生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈里流動，造成生物污染措施：分類回收有用垃圾對工業(yè)廢水進(jìn)行金屬除污處理，達(dá)標(biāo)排放對工業(yè)廢渣中的金屬實行循環(huán)再生用無鉛汽油代替含鉛汽油，用無P洗衣粉代替有P洗衣粉不隨意丟棄廢舊電池和廢舊金屬【例題精析】例1．一般地說，金屬越活潑，冶煉越困難，人類使用該金屬的時間就越遲。如圖為鐵、銅、鈉、鋅四種金屬的最早冶煉歷史年代，則甲代表的金屬是（）A．鐵 B．銅 C．鈉 D．鋅【解答】解：金屬的利用與金屬的活動性強(qiáng)弱和金屬冶煉的難易程度有關(guān)，四種金屬的活動性強(qiáng)弱依次為銅、鐵、鋅、鈉，由此判斷人類歷史上大量使用鐵、銅、鈉、鋅四種金屬的時間先后順序是銅、鐵、鋅、鈉，所以最早使用的是銅。故選：B。例2．機(jī)器人和人下象棋時，取放棋子只需用一根“手指”接觸棋子表面即可（如圖），其奧秘是“手指”內(nèi)部有電磁鐵。下列材料中，能用于制作棋子的是（）A．鋁 B．鐵 C．銅 D．銀【解答】解：ACD、鋁、銅、銀都不能被電磁鐵吸引，不能用于制作象棋棋子，故ACD不符合題意。B、鐵被電磁鐵吸引，能用于制作象棋棋子，故B符合題意。故選：B。例3．金屬、金屬材料的性質(zhì)在很大程度上決定了它們的用途。下列說法中正確的是（）A．銀具有良好的導(dǎo)電性，常用于制電線 B．不銹鋼硬度大，是一種常用的建筑材料 C．鋁合金的密度比較小，強(qiáng)度較大，常用于制造飛機(jī)的材料 D．鈦表面易形成致密的氧化物保護(hù)膜，可以抵抗海水腐蝕，常用于制作潛艇的材料【解答】解：A、銀具有良好的導(dǎo)電性，但價格太高，不能用于制電線，故選項說法錯誤。B、不銹鋼具有優(yōu)良的抗腐蝕性，可用于醫(yī)療器械、炊具等，不是常用的建筑材料，故選項說法錯誤。C、鋁合金的密度比較小，強(qiáng)度較大，常用于制造飛機(jī)的材料，故選項說法正確。D、鈦具有優(yōu)良的抗腐蝕性，可以抵抗海水腐蝕，常用于制作潛艇的材料，而不是表面易形成致密的氧化物保護(hù)膜，故選項說法錯誤。故選：C。例4．世界衛(wèi)生組織把鋁確定為食品污染源之一．鋁的下列應(yīng)用必須加以控制的是（）A．用鋁合金制門窗 B．用鋁合金飛機(jī)材料 C．作金屬鋁制裝碳酸飲料的易拉罐 D．作金屬鋁制鋁制電線【解答】解：A、用鋁制鋁合金門窗不是應(yīng)用于食品工業(yè)，不需要控制；B、用鋁合金制飛機(jī)材料不是應(yīng)用于食品工業(yè)，不需要控制；C、用鋁制裝碳酸飲料的易拉罐是應(yīng)用于食品工業(yè)，需要控制；D、用金屬鋁制電纜不是應(yīng)用于食品工業(yè)，不需要控制；故選：C。例5．有一種在古籍里稱為鋈的銀白色銅合金，是古代云南、四川地區(qū)的特產(chǎn)，其主要成分是銅、鋅、鎳等金屬單質(zhì)。煉制時需要黑銅礦（主要成分是CuO）、硫化鎳礦（主要成分是Ni2S3）等多種礦物。下列有關(guān)說法不正確的是（）A．鋈屬于金屬材料 B．銅合金比單質(zhì)銅更加堅硬 C．合金一定都是混合物 D．黑銅礦是一種銅合金【解答】解：A、金屬材料包括純金屬以及它們的合金，鋈是銀白色銅合金，屬于金屬材料，故選項說法正確。B、合金的硬度比組成它的純金屬的硬度大，銅合金比單質(zhì)銅更加堅硬，故選項說法正確。C、合金是指在一種金屬中加熱熔合其它金屬或非金屬而形成的具有金屬特性的物質(zhì)，合金一定都是混合物，故選項說法正確。D、黑銅礦主要成分是CuO，不符合合金的特征，不屬于合金，故選項說法錯誤。故選：D。例6．金屬錸（元素符號Re），是人類目前最后發(fā)現(xiàn)的天然元素，它在地球上含量稀缺，比鉆石更難獲取。在實際應(yīng)用上，多采用含錸的合金，其中鎢錸合金和鉬錸合金用途最廣，它們具有良好的塑性，可加工成片、線、棒，用于航天航空的高溫結(jié)構(gòu)件、彈性元件、電子元件等。（1）下列有關(guān)錸合金的說法中，正確的有AC。（填字母）A．它是金屬材料B．它是一種化合物C．它是一種混合物（2）錸不溶于鹽酸，能溶于硝酸生成高錸酸X，化學(xué)反應(yīng)方程式為：3Re+7HNO3═3X+7NO+2H2O．則X的化學(xué)式為HReO4?！窘獯稹拷猓海?）合金是一種金屬材料，是由多種物質(zhì)組成的混合物；故填：AC；（2）錸與硝酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Re+7HNO3＝3X+7NO+2H2O，反應(yīng)前含有3個Re原子，7個N原子，7個H原子，21個O原子，反應(yīng)后含有7個氮原子、4個H原子，9個O原子，故X的一個分子中含有1個Re原子，4個O原子，3個氫原子，故X的化學(xué)式為HReO4；故填：HReO4。例7．人們的日常生活離不開金屬，高科技新材料的開發(fā)和應(yīng)用也需要金屬．（1）根據(jù)下圖的金屬應(yīng)用實例推斷，金屬具有的物理性質(zhì)有導(dǎo)電性、延展性、導(dǎo)熱性．（2）日常使用的金屬材料多數(shù)屬于合金．下表列出了一些常見合金的主要成分和性能．合金合金的主要性能主要成分及純金屬的性能焊錫熔點183℃錫：熔點232℃；鉛：熔點327℃．硬鋁強(qiáng)度和硬度好鋁、銅、鎂等．硬度小，質(zhì)軟．不銹鋼抗腐蝕性好鐵、鉻、鎳等．純鐵抗銹蝕性能不如不銹鋼．由上表可以推斷，與組成合金的純金屬相比，合金的優(yōu)點一般有（填序號）②④．①強(qiáng)度更低②硬度更高③熔點更高④抗腐蝕性能更好．【解答】解：（1）由圖中可知，可以用作電線說明金屬的導(dǎo)電性良好，可以用作金屬絲說明金屬具有良好的延展性，可以用作炊具說明金屬的導(dǎo)熱性良好，故金屬具有的物理性質(zhì)有導(dǎo)電性、延展性、導(dǎo)熱性；（2）由上表推斷，與組成合金的純金屬相比，合金的優(yōu)點一般有強(qiáng)度好、熔點低、硬度更高、抗腐蝕性更好等，故填：②④．故答案為：（1）導(dǎo)電性、延展性、導(dǎo)熱性；（2）②④．【鞏固提高】1．金屬材料在人類活動中已得到越來越廣泛的應(yīng)用．下列性質(zhì)屬于金屬共性的是（）A．硬度很大，熔點很高 B．有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性 C．是銀白色固體 D．易于鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣【解答】解：A．一些金屬的硬度很小，熔點較低，如鈉等，故錯誤；B．金屬都有良好的導(dǎo)電性、傳熱性，故正確。C．一些金屬的顏色不是銀白色的，例如銅是紅色的，故錯誤；D．銅不能和稀鹽酸反應(yīng)，故錯誤；故選：B。2．研究證明，某些金屬具有很強(qiáng)的捕捉氫的能力，在一定的溫度和壓力條件下，這些金屬能夠大量“吸收”氫氣，反應(yīng)生成金屬氫化物，同時放出熱量。其后，將這些金屬氫化物加熱，它們又會分解，將儲存在其中的氫釋放出來。這些會“吸收”氫氣的金屬，稱為儲氫合金。則下列說法中正確的是（）A．在存儲過程中氫元素的化合價改變 B．氫氣在儲存過程中發(fā)生了物理變化 C．氫氣在儲存過程中部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 D．儲氫合金是一種化合物【解答】解：A、氫氣中氫元素化合價是零，金屬能夠大量“吸收”氫氣，反應(yīng)生成金屬氫化物，金屬氫化物中化合價不是零，故A正確；B、氫氣在儲存過程中與金屬反應(yīng)生成其他物質(zhì)，是化學(xué)變化，故B錯；C、金屬能夠大量“吸收”氫氣，反應(yīng)生成金屬氫化物，同時放出熱量，說明氫氣在儲存過程中部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為熱能，故C錯；D、儲氫合金屬于混合物，故D錯。故選：A。3．為慶祝建軍90周年，我國在內(nèi)蒙古朱日舉行了大閱兵。期間有多種新型戰(zhàn)機(jī)接受檢閱，特別是殲20戰(zhàn)斗機(jī)的首次亮相備受矚目。據(jù)悉，殲20戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)身使用了鈦合金等多種特殊材料。關(guān)于金屬“鈦”，下列說法錯誤的是（）A．鈦合金是金屬鈦和其他金屬（或非金屬）經(jīng)高溫熔合而成的物質(zhì)，是一種化合物 B．鈦合金能承受劇烈的溫差考驗，可適應(yīng)戰(zhàn)斗機(jī)在不同溫度大氣層高速飛行 C．金屬鈦密度高于鋁低于鐵、銅等金屬，可減少戰(zhàn)斗機(jī)的自重 D．包括軍事在內(nèi)，金屬鈦在各領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，可能躍居為除鐵和鋁之外的“第三金屬”【解答】解：A．合金是金屬與金屬或與非金屬一起熔合而成的混合物，不是化合物，A說法錯誤；B．鈦合金能承受劇烈的溫差考驗，可適應(yīng)戰(zhàn)斗機(jī)在不同溫度大氣層高速飛行，B說法正確；C．金屬鈦密度高于鋁低于鐵、銅等金屬，可減少戰(zhàn)斗機(jī)的自重，C說法正確；D．包括軍事在內(nèi)，金屬鈦在各領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，可能躍居為除鐵和鋁之外的“第三金屬”，D說法正確。故選：A。4．制取合金常用的方法是將兩種或多種金屬（也可為金屬和非金屬）加熱到某已溫度，使其全部熔化，再冷卻成合金。試根據(jù)下表數(shù)據(jù)判斷（其他條件均滿足），下列合金不宜采用上述方法制取的是（）金屬NaMgAlCuFe熔點/℃97.564966010831535沸點/℃8831090246725672750A．Fe﹣Cu合金 B．Mg﹣Fe合金 C．Na﹣Al合金 D．Fe﹣Al合金【解答】解：制取合金常用的方法是將兩種或多種金屬（或非金屬）加熱到某一定溫度，使其全部熔化，再冷卻成為合金；說明兩者可以同時處于熔化狀態(tài)下，一種金屬的熔點應(yīng)低于另一種金屬的沸點才能使兩種金屬熔合在一起。A、當(dāng)熔點較高的鐵開始熔化時，銅也處于液體狀態(tài)，故能采用上述方法制取。B、鐵的熔點（1535℃）比鎂的沸點（1090℃）還高，當(dāng)熔點較高的鐵開始熔化時，鎂已經(jīng)處于氣體狀態(tài)，故不宜采用上述方法制取。C、當(dāng)熔點較高的鋁開始熔化時，鈉也處于液體狀態(tài)，故能采用上述方法制取。D、當(dāng)熔點較高的鐵開始熔化時，鋁也處于液體狀態(tài)，故能采用上述方法制取。故選：B。5．2018年10月20日，我國自主研制的水陸兩棲大飛機(jī)“鯤龍”AG600在漳河水上機(jī)場完成水上首飛。宮是一艘會飛的船。為滿足“既能在陸地上起降，又能在水面上起降”的特性，AG600飛機(jī)機(jī)身下部設(shè)計成“V”型高抗浪船型機(jī)身，可在水源與火場之間多次往返投水滅火一次最多可汲水12噸，可在距離樹30米到5米高度進(jìn)行投水，以下敘述中正確的是（）A．“鯤龍”在勻速升空過程中，其機(jī)械能守恒 B．“鯤龍”在水源與火場之間投水滅火主要利用了隔絕氧氣來滅火 C．“鯤龍”機(jī)身某些部位采用鈦合金，屬于金屬材料 D．“鯤龍”機(jī)機(jī)身下部設(shè)計成“V”型高抗浪船型機(jī)身，是為了美觀【解答】解：A．“鯤龍”在勻速升空過程中，勢能增大，所以其機(jī)械能增大，故錯誤；B．“鯤龍”在水源與火場之間投水滅火主要利用了水吸收熱量使可燃物的溫度低于其著火點來滅火，故錯誤；C．金屬材料包括純金屬與合金，所以鈦合金屬于金屬材料，故正確；D．“鯤龍”機(jī)機(jī)身下部設(shè)計成“V”型高抗浪船型機(jī)身，主要是為了減少阻力，故錯誤。故選：C。二．填空題（共4小題）6．“鐵、鋅、銅、鎂、鋁”是生活中常見的金屬．請根據(jù)所學(xué)知識回答下列問題：（1）鋁塊能制成鋁箔是利用了鋁的延展性。（2）黃銅是銅鋅合金，其硬度比純銅大（填“大”或“小”）?！窘獯稹拷猓海?）鋁塊能制成鋁箔，利用了鋁具有良好的延展性。（2）合金的硬度比組成它的純金屬的硬度大，黃銅是銅鋅合金，其硬度比純銅大。故答案為：（1）延展；（2）大。7．人類的生產(chǎn)和生活都離不開金屬。（1）將蠟分別粘在金屬匙和塑料匙的上端（如圖所示），同時放入沸水中，粘在金屬匙上的蠟熔化更快，是因為金屬的導(dǎo)熱性比塑料好。（2）赤銅礦的主要成分是Cu2O，輝銅礦的主要成分是Cu2S，將赤銅礦與輝銅礦混合加熱可得銅，請將反應(yīng)的化學(xué)方程式補充完整：2Cu2O+Cu2S高溫ˉ6Cu+SO2【解答】解：（1）將蠟分別粘在金屬匙和塑料匙的上端，同時放入沸水中，粘在金屬匙上的蠟熔化更快，說明金屬的導(dǎo)熱性比塑料好。（2）由質(zhì)量守恒定律：反應(yīng)前后，原子種類、數(shù)目均不變，由反應(yīng)的化學(xué)方程式，反應(yīng)前銅、氧、硫原子個數(shù)分別為6、2、1，反應(yīng)后的生成物中銅、氧、硫原子個數(shù)分別為4、0、0，根據(jù)反應(yīng)前后原子種類、數(shù)目不變，則缺少2個氧原子和1個硫原子，則該物質(zhì)的化學(xué)式為SO2。故答案為：（1）導(dǎo)熱性；（2）SO2。8．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)物理性質(zhì)比較導(dǎo)電性（以銀為100）銀銅金鋁鋅鐵鉛10099746127177.9密度（g/cm3）金鉛銀銅鐵鋅鋁19.311.310.58.927.867.142.70熔點（℃）鎢鐵銅金銀鋁錫3410153510831064962660232硬度（以金剛石為10）鉻鐵銀銅金鋁鉛94～52.5～32.5～32.5～32～2.91.5（1）為什么菜刀、錘子等通常用鐵制而不用鉛制？因為鐵硬度比鉛大，且鉛有毒，故用鐵而不用鉛做菜刀、錘子。（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？銀和銅導(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）為什么燈泡里的燈絲用鎢制而不用錫制？因為鎢的熔點高，而錫的熔點太低，通電時錫就熔化了，所以用鎢絲而不用錫絲做燈泡的燈絲。【解答】解：由生活經(jīng)驗和表格中的信息可知：（1）因為鐵硬度比鉛大，且鉛有毒，所以菜刀、錘子等用鐵制而不用鉛制；（2）銀和銅導(dǎo)電性相近，但銀比銅貴得多，且電線用量大，所以電線一般用銅制而不用銀制；（3）鎢的熔點高，而錫的熔點太低，所以用鎢絲而不用錫絲做燈泡的燈絲。如果用錫制的話，燈絲容易熔斷而發(fā)生短路。故答案是：（1）因為鐵硬度比鉛大，且鉛有毒，故用鐵而不用鉛做菜刀、錘子；（2）銀和銅導(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，而錫的熔點太低，通電時錫就熔化了，所以用鎢絲而不用錫絲做燈泡的燈絲。9．垃圾分類回收是保護(hù)環(huán)境、防止資源浪費的一項重要舉措。鎮(zhèn)海區(qū)街頭垃圾桶如圖所示，回答下列問題：（1）圖中標(biāo)示的物質(zhì)中，屬于金屬材料的是鐵制外筒（寫出1種即可）。（2）塑料礦泉水瓶應(yīng)放入可回收（填“可回收”或“不可回收”）筒中。（3）使用鋁合金做內(nèi)筒的優(yōu)點是耐腐蝕（寫出1點即可）?！窘獯稹拷猓海?）金屬單質(zhì)及合金都屬于金屬材料，所以鐵制外筒、鋁合金外筒屬于金屬材料；（2）塑料是可以回收重新利用的，所以塑料礦泉水瓶應(yīng)放入可回收筒中；（3）使用鋁合金做內(nèi)筒的優(yōu)點是強(qiáng)度大、耐腐蝕、不易銹蝕；故答案為：（1）鐵制外筒；（2）可回收；（3）耐腐蝕。三．解答題（共3小題）10．從杭州市錦繡中學(xué)到杭州東南中學(xué)路程大約為25公里。（1）小應(yīng)的汽車使用無鉛汽油，我國部分地區(qū)使用乙醇汽油。請寫出乙醇（C2H5OH）在足量的氧氣中完全燃燒生成CO2和H2O的化學(xué)方程式C2H5OH+3O2點燃ˉ2CO2+3H2O（2）如果小應(yīng)坐地鐵去杭州東南中學(xué)，地鐵的鐵軌通常是由錳鋼制成的，錳鋼屬于B。A、合成材料B、金屬材料C、復(fù)合材料D、無機(jī)非金屬材料【解答】解：（1）乙醇（C2H5OH）在足量的氧氣中完全燃燒生成CO2和H2O，反應(yīng)的化學(xué)方程式為C2H5OH+3O2點燃ˉ2CO2+3H2O；故答案為：C2H5OH+3O2點燃ˉ2CO2+3H（2）錳鋼是一種鐵合金，屬于金屬材料；故答案為：B。11．壯麗70年，奮斗新時代，中國科技發(fā)展令世人矚目。（1）高鐵超長軌道利用“鋁熱反應(yīng)”進(jìn)行焊接的原理是Fe3O4和Al粉按比例混合，高溫下生成Fe和另一種化合物，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是8Al+3Fe3O4高溫ˉ9Fe+4Al2O3（2）我國自主研發(fā)制造的001A型航母使用了大量的鈦合金，一般情況下與組成它的金屬相比，合金具有的特性是硬度比組成它的純金屬的大，熔點比組成它的純金屬的低（寫出2點）。【解答】解：（1）由題意，“鋁熱反應(yīng)”進(jìn)行焊接的原理是Fe3O4和Al粉按比例混合，高溫下生成Fe和另一種化合物，由質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)前后元素種類不變，另一種化合物是氧化鋁，反應(yīng)的化學(xué)方程式為8Al+3Fe3O4高溫ˉFe+4Al2O3（2）一般情況下與組成它的成分金屬相比，合金具有的特性是硬度比組成它的純金屬的大，熔點比組成它的純金屬的低。③將大火蔓延路線前的一片樹木砍掉，利用的清除可燃物的滅火原理。故答案為：（1）8Al+3Fe3O4高溫ˉ9Fe+4Al2O3（2）硬度比組成它的純金屬的大，熔點比組成它的純金屬的低。12．神舟十一號與天空二號的成功對接增強(qiáng)了國人的民族自信，推動了相關(guān)領(lǐng)域的研究。（1）合金材料的研發(fā)①合金的很多性能與組成它們的純金屬不同。圖1能表示錫鉛合金的是a（填序號“a”“b”或“c”）。生鐵和鋼是常見的鐵合金，而鋼的性能比生鐵優(yōu)越，其主要原因是含碳量不同。工程建設(shè)中常用到的鋼材中會添加鎳、鉻等元素，其目的是增強(qiáng)鐵的抗腐蝕性。②鎂合金被譽為“21世紀(jì)綠色金屬結(jié)構(gòu)材料”。Mg17Al12是一種特殊的鎂合金。該合金是一種儲氫材料，完全吸氫后得到MgH2和Al，“儲氫過程”屬于化學(xué)（填“物理”或“化學(xué)”）變化。（2）合成材料的改良①堿式碳酸鋁鎂MgaAlb（OH）c（CO3）d?xH2O是一種新型塑料阻燃劑，其受熱分解生成熔點較高的MgO和Al2O3，其阻燃原理是反應(yīng)生成的MgO和Al2O3覆蓋在可燃物表面，隔絕氧氣。堿式碳酸鋁鎂中a