1、1第三节 用途广泛的金属材料知能导向1. 合金（1）定义：把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叫做合金。（2）特点：合金的熔点比其成分金属都要低，而不是介于两种成分金属的熔点之间；有比成分金属更好的硬度、强度和机械加工性能。2.常见的合金及其重要应用（1）铜合金铜合金 成分金属 性能及用途青铜 Cu、Sn、Pb 硬而脆，强度大，古人用来制刀具、祭器、酒具等。黄铜 Cu、Zn（少量 Sn、Pb、Al 等） 硬度较青铜差，耐磨、耐腐蚀，可塑性强，主要用做饰品、制耐压设备等白铜 Cu、Ni、Zn、少量的 Mn 常用作酒具、饰品等（2）铁合金铁合金 主要成分元素 主要特
2、性 主要生铁 Fe、C(2%4.3%)及Si、Mn、S、P 硬而脆，强度大，可铸不可煅 炼钢，制各种铸件低碳钢 Fe、C(低于 0.3%) 韧性、焊接性好，强度低制钢板、钢丝、钢管中碳钢 Fe、C(0.3%0.6%) 强度高、韧性及加工性好制钢轨、车轮和建材碳素钢 高碳钢 Fe、C(高于 0.6%) 硬而脆，弹性好 制器械、弹簧、刀具等锰钢 Fe、Mn 韧性好，强度大 钢轨、轴承、钢磨、坦克装甲硅钢 Fe、Si 导磁性好 变压器、发电机和电动机中的铁芯钢合金风 不锈钢 Fe、Cr、Ni 抗腐蚀性好 医疗器械、炊具、反应釜、容器（3）铝合金成分元素 主要特性 主要用途Al、Mg、Cu、Si 等
3、密度小，强度大 用于汽车、飞机、火箭、船舶制造（4）钛合金钛的合金具有密度小、强度高、耐腐蚀、耐高温等优点，主要用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船等尖端领域。3.正确选用金属材料在进行金属材料选择时，主要考虑如下几个方面：（1）主要用途；（2）外观；（3）物理性质（密度、硬度、强度、导电性） ；2（4）化学性质（对水的作用、耐腐蚀性等） ；（5）价格；（6）加工难度；（7）日常维护；（8）对环境的影响4.用途广泛的稀土金属1.种类：镧系元素（原子序数 5771）以及钇和钪，共 17 种元素。2. 用途：稀土元素在光、电、磁等方面具有独特的性质，被誉为“新材料的宝库” 、“冶金工业的维生素
4、” 。可以单独使用，也可以用以生产合金。名题解析例 1 合金有许多特点：如 NaK 合金为液体，而 Na 和 K 的单质均为固体。据此试推测生铁、纯铁、碳三种物质中，熔点最低的是（ ）A.纯铁 B.生铁 C.碳 D.无法确定解析：合金的硬度一般比各种组分的大，熔点一般比组分中各物质的熔点都要低；生铁是铁碳合金，其熔点应比碳和铁的熔点低。答案：B反思：合金具有金属的性质，又具有优于组成合金各成分的性能。如密度小于各成分质轻；熔点低于各成分易于加工；硬度大于各成分抗撞击，固体结构改变抗腐蚀。例 2 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
5、的熔点是 1183.4,铁的熔点是 1534.8）解析：铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀，铜的熔点比较低，容易冶炼铸造成型。答案：见解析反思：1.用途要掌握如何根据用途去选择合适的金属材料。例 3 将下列左栏金属的用途与右栏的有关性质用线连起来。生活用铁锅 导电性金可以制成很薄的金箔 导热性用铜制作印刷电路 延展性用铁回收废定影液中的银 还原性铝用于火箭推进剂 燃烧放出大量热解析：生活用铁锅 导电性金可以制成很薄的金箔 导热性用铜制作印刷电路 延展性铝制电缆 还原性钛制的人造关节 燃烧放出大量热用铁回收废定影液中的银铝用于火箭推进剂 亲生物金属答案：见解析金属材料对推动社会文明的发展做出了具大
6、贡献。青铜时代与铁器时代曾在人类历史上留下光辉篇章，钢铁的大规模应用则成为工业化时代的基础。金属材料的应用取决于金属的性质：常温下大多数金属是银白色有金属光泽的固体、具有延展性、是电和热的良导体、具有较强的还原性。自我发展基础闯关3一、选择题1.多数合金与组成成份相比较，合金的（ ）A.熔点高，硬度小 B.密度大C.机械强度差 D.熔点低，硬度大2.下列说法中不正确的是（ ）A.目前世界上使用量最大的合金是铝合金B.司母成鼎是我国目前已发现的最的古青铜器C.人类历史上使用最早的合金是青铜D.目前世界上用途最广的合金是钢3.适宜于制作不锈钢用具的钢是（ ）A.合金钢 B.高碳钢 C.中碳钢 D.
7、低碳钢4.铝硅合金（含 Si 13.5%）它在凝固时收缩率很小，因而这种合金适合铸造。在下列三种晶体铝、硅、铝硅合金中，它们的熔点从低到高的顺序是（ ）A. B. C. D.5.现代建筑的门窗框架，常用电解加工成古铜色的硬铝，制造硬铝是（ ）A.AlSi 合金 B.AlCuMnSi 合金C.AlMg 合金 D.表面有氧化铝膜的纯铝6.生铁和足量稀 H2SO4反应，所残留的固体残渣主要是（ ）A.铁 B.硫酸铁 C.碳 D.硫酸亚铁7.下列关于铁的叙述，错误的是（ ）A.纯净的铁是光亮的银白色金属B.铁能被磁体吸引，在磁场作用下，铁自身也能产生磁性C.铁是地壳中含量最多的金属元素，所以分布在地壳
8、中的铁有游离态也有化合态D.纯铁的抗腐蚀能力相当强，铁在干燥的空气里不易被氧化8.一种新兴的金属由于其密度小，耐腐蚀性强，它的合金广泛应用于航空和航海工业中。科学家预言，到 21 世纪其用途仅次于铁和铝，该金属是（ ）A.锌 B.铜 C.钛 D.镁9.下列物质中不属于铁合金提（ ）A.不锈钢 B.生铁 C.碳素钢 D.氧化铁10.下列物质属纯净物的是（ ）A.不锈钢 B.生铁 C.水银 D.青铜11.利用铝合金制作钥匙是利用铝合金的（ ）A.熔点低 B.不易腐蚀 C.硬度大 D.密度大12.“垃圾是放错了位置的资源” ，应该分类回收。生活中废弃的铁锅、铝质易拉罐、铜导线等可以归为一类加以回收，
9、它们属于（ ）A.有机物 B.金属或合金 C.氧化物 D.盐13.镁铝合金溶于适量盐酸后，再加入过量氢氧化钠溶液，溶液中可能大量存在的离子是（ ）A.Na+、Mg 2+、Al 3+、Cl B.Na+、AlO 2、Cl 、OH C.Na+、Mg 2+、AlO 2、Cl D.Na+、Al 3+、AlO 2、Cl 14.蒙古牧民喜欢用银器盛放鲜牛奶。现代科学证明，用银器盛放牛奶，确有其科学道理，因为（ ）A.溶入极微量的银离子，可以杀死牛奶中的细菌，防止牛奶变质B.用银器盛放牛奶，可以补充人体所需的银元素4C.银易导热，牛奶凉得快D.银的化学性质稳定，坚固耐用15.金属及其制品在腐蚀介质中很容易被腐
10、蚀，其使用寿命大为降低。因此只有对腐蚀介质中的金属及其制品采取防护措施，才能保证金属工艺设备的安全性和工农业生产的顺利进行。下面对金属及其制品的防护措施中错误的是（ ）A.铁锅用完后，用水刷去其表面的油污，置潮湿处保存B.通过特殊工艺，增加铝制品表面的氧化膜C.对于易生锈的铁制品（如防护网）要定期涂刷防护漆D.把 Cr、Ni 等金属加入到普通钢里制成不锈钢二、填空题16.铜是生命必要的元素，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。在化学反应中，铜元素可表现为 0、+1、+2 价。（1）在西汉古籍中曾有记载：曾青得铁则化为铜即：曾表（CuSO 4）跟铁反应生
11、成铜试写出该反应的离子方程式： 。（2）尽管铜比铁较为稳定，但铜器表面经常会生成铜锈即:铜绿，化学式为 Cu2(OH)2CO3,其中生成铜绿的反应物除铜外还有 O2、CO 2和 H2O。试写出保护铜制品的方法： 。这层铜绿可用化学方法除去。试写出除去铜绿而又不伤器物的反应的化学方程式 。三、简答题17.战国时期，相传越国有人制造“干将” ， “莫邪”等宝刀宝剑，那真是锋利无比，“削铁如泥” ，头发放在刃上，吹口气就会断成两截。通过科学研究知道，这类“宝刀”中含有钨、钼一类的元素。你能揭开古代“宝刀”锋利的秘密吗？18.导电能力最强的三种金属导电性顺序是银铜铝，为什么常见的导线都是铜和铝而不是银
12、；高压远途输电线路是铝线还是钢芯铝线？19.早在使用铜铁之前，人们就用黄金和白银作为饰物和货币；历史上的“青铜器时期”早于“铁器时期” ，而近百年才大量使用铝制品，你能解释其中的原因吗？应用迁移填空题1.可伦比亚号航天飞机曾用金属铝粉和高氯酸铵（NH 4CO4）混合物作为固体燃料。加热铝粉使其氧化并放出大量热，促使混合物中的高氯酸铵分解。 m mol 高氯酸铵分解时除产生 2m mol 水蒸气和 m mol 氧气外，其他组成元素均以单质气体形式放出，因而产生巨大推动力。试写出其中涉及反应的化学方程式： 。据此反应原理，1mol 高氯酸铵分解所产生的气体共有 mol。2.砖瓦是用含铁元素等杂质的
13、黏土在隔离空气的情况下烧制而成的。在烧制砖瓦时，用黏土做成的坯经过烘烧后，铁的化合物转化为 而制得红色砖瓦。若烘烧后从窑顶慢慢浇水，窑内会产生大量的 气体，它们把该红色物质还原成的黑色物质是 ,同时还有未烧掉的碳颗粒，制得了青色砖瓦。3.录像用的高性能磁带的磁粉，主要材料之一是由三种元素组成的，化学式为CoxFe3 xO3+x的化合物，已知氧为2 价，钴（Co）和铁（Fe）均可呈现+2 价或+3 价，且上述化合物每种元素，都只有一种化合价，则 x 值为 ,铁的化合价为 ,估的化合价为 。4生命起源于原始海洋。科学家认为，由于海洋中 Al3+的浓度极低，所以铝元素未成为人体所必需的元素，它反倒对
14、人体有害。铝主要损伤脑细胞，是老年性痴呆的病因之一。世界卫生组织把铝列为食品污染源之一。每日摄入量应控制在 4 mg 以下。5（1）炸油条时,1kg 面粉需加 0.5kg 水,4g 明矾和 10g 小苏打、食盐等辅料。若烹炸过程中质量减少 20%，试通过计算说明 100g 油条中的含铝量是否超过安全摄入量 。（2）请列举（除食品添加剂外）三种日常生活中铝元素进入人体的源头 。实验探究为测定某铁铝合金中铝的质量分数，某校研究性学习小组设计了如下实验操作过程：称取该合金 1.0g，放入烧杯中加足量盐酸，盖上表面皿，使其充分反应；反应停止，经冷却向其中加入过量 NaOH 溶液，充分放置后过滤，对滤出
15、的沉淀经洗涤在空气中加热灼烧至恒重，得到固体物 1.2g。试思考：（1）实验中以表面皿盖烧杯的原因。（2）加入过量 NaOH 溶液的作用（3）加入 NaOH 溶液后充分静置的作用。（4）请你帮助他们计算合金中铝的质量分数。（5）想一想，还可用什么方法来测定 Al 的质量分数？第三节 用途广泛的金属材料 参考答案基础闯关1.D 2.A 3.A 4.D 5.B 6.C 7.C 8.C 9.D 10.C 11.BC 12.B 13.B 14.A 15.A16.(1)Cu2+Fe=Cu+Fe2+(2)Cu2(OH)2CO3+4HCl=2CuCl2+3H2O+CO217.“宝刀”中由于含钨、钼等一类元素
16、，使钢的组织结构发生了变化，从而使钢的强度、硬度大，可塑性、韧性好，并且耐磨，耐腐蚀，因此能“削铁如泥” 。18.虽然银的电阻率同铜、铝比最低，但价格昂贵所以不用银。是钢芯铝线。在钢芯铝线中，传输电能主要依靠导体部分铝单线完成，钢芯主要是承担导线自身重量以及风力，导线应力等机械力。19.提示：从金属的冶炼角度回答。应用迁移12NH 4ClO4=4H2O+2O2+Cl2+N2 42Fe 2O3 还原性气体 FeO3.1，+3，+24.（1）否 （2）炊具 牙膏皮 铝制易拉罐 含 Al(OH)3的冶胃病的药。用明矾净化的水等。拓展视野：（1）Mg、Al 与盐酸的反应剧烈，能放出大量的热，所以盖上表
17、面皿的目的是防止液体溅出、影响测定结果；（2）Al(OH) 3为两性氢氧化物，加入过量的 NaOH 溶液使铝无素进入溶液从而与 Fe(OH)3分开；（3）加入 NaOH 溶液后要充分静置以使 Fe(OH)2被空气中的 O2充分氧化为 Fe(OH)3;(4)n（Fe）=2 n(Fe2O3)=2 160.molg=0.015molm(Fe)=0.015molgmol1 =0.84g;Al 的质量为:1.0g-0.84g=0.16g,故 Al 的质量分数为 16%。（5）我们也可以利用 Al 与 NaOH 溶液反应的性质来设计如下方案：6方案一：将合金溶解于过量的 NaOH 溶液中，过滤、洗涤、干燥
18、所得固体，最后称量，即得Fe 的质量，从而求出铝的质量。方案二：用排水量气法，测定合金与酸溶液或碱溶液反应放出的气体体积。由于要测气体体积，这种方法相对来说误差要大一些。（1）防止液体溅出，影响测定结果。（2）加入过量的 NaOH 溶液使铝元素进入溶液而与 Fe(OH)3分离。（3）保证 Fe(OH)2被空气中的 O2充分氧化为 Fe(OH)3。（4）(Al)=16%。（5）方案一：将一定质量的合金溶解于过量的 NaOH 溶液中，过滤、洗涤、干燥所得固体，最后称量即得 Fe 的质量，从而求出 Al 的质量。方案二：用排水量气法，准确测定一定质量的合金与足量的酸溶液或碱溶液反应放出气体的体积，再进行计算。
