学年高中化学 第三章 金属及其化合物 第三节《用途广泛的金属材料》知识点归纳及例题.docx
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学年高中化学第三章金属及其化合物第三节《用途广泛的金属材料》知识点归纳及例题
第三节 用途广泛的金属材料
[学习目标定位] 认识合金的特征性质,了解常见合金的分类、组成和用途,会合理选用金属材料。
一 常见合金的重要应用
1.合金的定义
合金是指由两种或两种以上的金属与金属(或非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。
2.合金与纯金属的性能差异
(1)合金具有各成分金属的优良性能。
合金一定是混合物。
(2)合金的硬度及机械性能一般大于它的各成分金属。
(3)合金的熔点一般低于它的各成分金属。
3.常见的合金
(1)铜合金
(2)钢
归纳总结
合金的种类与性能
(1)合金的种类和性能与成分有关。
不同的原料,不同的原料配比,不同的制造工艺,得到不同性能的合金。
(2)由于合金的形成改变了金属的内部结构,所以对金属的物理性质和化学性质都有影响。
如不锈钢的抗腐蚀性比纯铁强得多。
(3)常见合金的比较
①铜合金
合金
主要成分
主要性能
主要用途
青铜
铜、锡
强度高、可塑性好、耐磨、耐腐蚀
机械零件,如轴承、齿轮等
黄铜
铜、锌
强度高、可塑性好、易加工、耐腐蚀
机械零件、仪表、日用品
白铜
铜、镍、锌
光泽好、耐磨、耐腐蚀、易加工
钱币、代替银做饰品
②合金钢
名称
主要合金元素
主要特性
主要用途
锰钢
锰
韧性好,硬度大
钢轨、轴承、钢模、挖掘机铲斗、坦克装甲
不锈钢
铬、镍
抗腐蚀性好
医疗器械、容器、反应釜、炊具
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
③铝合金
成分元素
主要特性
主要用途
Al、Mg、Cu、Si等
密度小,强度大
用于汽车、飞机、火箭、船舶制造等
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、宇宙飞船等领域。
1.下列对合金的说法正确的是( )
A.合金中至少含有两种金属元素
B.合金中的金属元素以化合物的形式存在
C.黄铜是纯净物
D.合金中也可含非金属元素
答案 D
解析 掌握合金的概念要把握几个重点:
①组成元素:
金属与金属或金属与非金属,一定含有金属元素,可能含有非金属元素;②特性:
具有金属特性;③合金为混合物。
A项错,合金未必含有两种或两种以上的金属元素;B项合金是熔合而成的,保持着金属特性,金属元素一般以单质形式存在;C项中的黄铜是一种铜合金,是混合物。
2.合金相对于纯金属制成的金属材料来说优点是( )
①合金的硬度一般比它的各成分金属的大 ②一般合金的熔点比它的各成分金属的更低 ③改变原料的配比,改变生成合金的条件,可得到具有不同性能的合金 ④合金比纯金属的导电性更强 ⑤合金比纯金属的应用范围更广泛
A.①②③⑤B.②③④C.①②④D.①②④⑤
答案 A
解析 合金具有许多优良的物理、化学或机械性能,在许多方面优于它的各成分金属。
例如,合金的硬度一般比各成分金属的硬度大,多数合金的熔点比各成分金属的熔点低,但合金的导电性比纯金属弱。
二 正确选用金属材料
1.金属材料的分类:
若根据组成,金属材料可分为纯金属和合金;若根据性能特点,可分为黑色金属(包括铁、铬、锰以及它们的合金)和有色金属(除黑色金属以外的其他金属及合金)。
2.根据你的生活经验和下表所提供的信息,分析并回答下列问题。
物理性质
银
铜
金
铝
铁
铅
钨
锡
导电性(以银的导电性为100作标准)
100
99
74
61
17
7.9
密度(g·cm-3)
10.5
8.92
19.3
2.7
7.86
11.3
19.35
5.75~7.28
熔点(℃)
962
1083
1064
660
1535
3410
232
硬度(以金刚石的硬度为10作标准)
2.5~4
2.5~3
2.5~3
2~2.9
4~5
1.5
(1)为什么菜刀、锤子等通常用铁制而不用铅制?
(2)银的导电性比铜好,为什么导线一般用铜制而不用银制?
(3)为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制?
答案
(1)因为铁的硬度比铅大,且铅有毒,故常用铁而不用铅制菜刀、锤子等。
(2)银和铜的导电性相近,但银比铜贵得多,且电线用量大,所以用铜不用银。
(3)因为钨的熔点高(3410℃),而锡的熔点(232℃)太低,通电时锡制的灯丝就熔断了,所以用钨丝而不用锡丝作灯泡的灯丝。
归纳总结
正确选用金属材料
(1)金属的分类标准有组成元素、密度大小、性能特点等。
(2)选用金属材料的基本依据:
①金属的用途、外观、价格等;
②物理性质(密度、硬度、强度、导电性、导热性等)决定金属材料的加工难易程度;
③化学性质(对水的作用、耐腐蚀性等)决定金属材料的日常维护和对环境的影响。
3.用于火箭发动机、航天飞机制动闸的金属,要有良好的热学性能,如熔点高、比热高、热导率高、适宜的热膨胀率等优异性能。
根据下表数据,用于制造制动闸的最佳金属材料为( )
金属
熔点(℃)
比热(J·g-1·K-1)
热导率(W·m-1·K-1)
热膨胀率(25℃)α(×106)
A
418
0.106
75.37
11.76
B
923
0.243
153.66
24.3
C
933
0.215
221.91
23.6
D
1550
0.436
146.5
11.6
答案 D
4.
(1)选择填空,将铝的用途与性质对应起来(每个选项只能用一次)。
A.质轻 B.延展性好 C.易传热 D.易导电
E.氧化时放热
①太阳能热水器:
________;②飞机:
________;③焊接铁轨:
________;④电缆:
________;⑤铝箔:
________。
(2)佛山是有色金属之乡,其中铝合金材料的产量约占全国的一半。
铝合金材料属于________(填“纯净物”、“混合物”或“单质”)。
答案
(1)①C ②A ③E ④D ⑤B
(2)混合物
解析
(1)铝在太阳能热水器上的应用是由于它的导热性好。
铝合金硬度大质量轻,是制造飞机的良好材料,铝被氧化时放热可作铝热剂,因而可用来焊接铁轨。
铝用作电缆和铝箔则分别是由于其导电性和延展性。
(2)合金是由一种金属跟其他一种或几种金属(或非金属)一起熔合而成的具有金属特性的物质,因此肯定是混合物。
合金是由两种或两种以上的金属(或非金属)熔合而成的,具有金属特性的物质。
合金的熔点比成分金属熔点低,具有更大的硬度、强度和良好的机械性能,种类繁多,应用极其广泛。
1.纯铁的熔点为1535℃,而高炉中炼铁时生铁(含碳量较高的铁的合金)在1200℃左右就熔化了,这是因为( )
A.铁的纯度越高,熔点越低
B.合金的熔点一般比其成分物质的熔点低
C.因为形成了铁碳合金,所以熔点变高
D.在高炉内熔化的过程中发生了化学反应
答案 B
解析 多数合金的熔点比其各成分金属的熔点低。
2.下列说法中不正确的是( )
A.人类历史上使用最早的合金是青铜
B.钢属于铁合金
C.目前世界上使用量最大的合金是铝合金
D.目前世界上用途最广的是合金钢
答案 C
解析 目前世界上使用量最大的合金是铁合金。
3.用于制造飞机的材料应具备高比强度(断裂强度/密度),还应具备密度小、质地轻的特点。
以波音747为例,机身每减轻1kg,因耗油减少,一年可获利2000美元。
你认为下列材料中可用于飞机制造业的是( )
A.MgAl合金B.黄铜(CuZn合金)
C.NaK合金D.生铁(FeC合金)
答案 A
解析 黄铜、生铁密度较大,且生铁易断裂;NaK合金熔点低,常温下为液体,选项B、C、D不正确。
4.不锈钢通常不与酸、碱、盐反应,是因为加入了( )
A.Ni和CrB.Ni和AuC.Cr和AuD.Cr和Pt
答案 A
解析 不锈钢中添加的合金元素主要是Ni和Cr,Ni、Cr元素的加入使不锈钢在多种酸、碱、盐溶液中也能具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性。
5.根据你学过的有关金属的知识,回答下列问题:
(1)铜钱在我国历史上曾经是一种广泛流通的货币,铜常用于制造货币的原因可能是________(填序号)。
A.铜的熔点不是太高,易于冶炼,易于铸造成型
B.铜的性质不活泼,不易被腐蚀
C.我国较早的掌握了湿法冶炼铜的技术
D.自然界有大量的游离态的铜
(2)钢铁制品的使用更为广泛,但是铁制品易生锈,铁锈的主要成分是________(填名称),铁的氧化物常见的还有________、________。
(填化学式)
(3)铝制品因为表面易形成致密的氧化铝薄膜而经久耐用,但是该氧化膜易被酸、碱破坏,若使氧化铝与氢氧化钠溶液作用,反应的化学方程式为____________________________。
(4)一位收藏者有一枚表面是黑色,且有少量绿色锈状物的货币,这肯定是________币,黑色物质是________(填名称),形成这种物质的化学方程式为________________________,
绿色物质是________(填化学式),这枚金属币的真面目为________色。
另外一枚是闪闪发光的黄色金属币,它肯定是________币,表面一直未被氧化的原因是_____________________。
(5)不法分子有时用铜锌合金制成假金币行骗。
下列方法中能有效鉴别其真假的是________(填序号)。
A.观察颜色
B.查看图案
C.用手掂量轻重
D.滴一滴硝酸在币的表面,观察现象
答案
(1)ABC
(2)氧化铁 FeO Fe3O4
(3)Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O
(4)铜 氧化铜 2Cu+O2===2CuO
Cu2(OH)2CO3 紫红 金 金不活泼,不易被氧化 (5)D
解析
(1)铜钱作为货币,首先应易得,再者不容易被腐蚀。
(2)铁锈主要成分为Fe2O3,常见铁的氧化物还有FeO和Fe3O4。
(3)Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O。
(4)铜与氧气反应生成黑色CuO,铜在空气中“生锈”的反应为2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3(绿色);金的化学性质不活泼,空气中不与O2反应。
(5)有些假金币外形图案、颜色与金相近,密度与真金币相当,用手掂量不出来,假金币中的Zn、Cu均可与HNO3反应产生大量气泡,而Au不与HNO3反应。
6.已知合金A由两种常见金属组成。
为测定其组成,某同学的实验流程如图所示:
请回答:
(1)过程②中分离C和E的化学实验基本操作是____________________。
(2)溶液H中所含的阳离子有____________________________________(用离子符号表示)。
(3)为测定合金的组成,需要称量沉淀F的质量,则F需要洗涤,如何证明沉淀F是否洗涤干净?
(4)根据实验流程图中的数据计算合金A中两种金属的质量分数分别是____________、____________。
答案
(1)过滤
(2)Al3+、H+
(3)取最后一次洗涤液,加入少量AgNO3溶液,若产生白色沉淀,则沉淀没有洗涤干净,若无沉淀产生,则表明沉淀已经洗涤干净。
(4)Al:
30% Fe:
70%
解析
(1)分离固体与溶液采用过滤的方法。
(2)溶液H中加入过量氨水生成沉淀F,说明F是氢氧化物沉淀,再由E加适量盐酸生成F,F在过量盐酸中不沉淀而生成溶液H,说明F是Al(OH)3,F溶于过量盐酸,所得溶液中的阳离子是Al3+和H+。
(3)若沉淀F未洗涤干净,则表明会有沾附的氯离子,可向最后一次洗涤液中加入少量硝酸银溶液进行检验。
(4)两种金属分别为Fe和Al
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