2019-2020年高中化学第三章金属及其化合物3.3用途广泛的金属材料学案新人教版.doc

2019-2020年高中化学第三章金属及其化合物3.3用途广泛的金属材料学案新人教版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(3)钛合金钛合金具有密度小、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。合金的组成和性质(1)组成合金中一定有金属元素，也可能含有非金属元素。合金一般是混合物，没有固定的熔点。(2)性质合金的熔点一般比成分金属的低。合金在硬度、密度、强度以及其他一些机械性能上要优于成分金属。合金具有金属特性，如导热、导电性。合金中各成分金属的化学性质不变。1.合金是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)。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：金属NaCuAlFe熔点/97.810836601535沸点/883256724672750其中不能形成合金的是_(填字母)。Cu与NaFe与CuFe与NaAl与NaA.B.C.D.(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_(填字母)。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)A属于化合物；硬铝中含铝、铜、镁等，生铁中主要含铁、碳，青铜中含有铜、锡等，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而形成合金。(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。2.合金相对于纯金属制成的金属材料来说优点是()合金的硬度一般比它的各成分金属的大一般合金的熔点比它的各成分金属的更低改变原料的配比，改变生成合金的条件，可得到具有不同性能的合金合金比纯金属的导电性更强合金比纯金属的应用范围更广泛A.B.C.D.答案A解析合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面优于各成分金属。例如，合金的硬度一般比其各成分金属的硬度大，多数合金的熔点比其各成分金属的熔点低，但合金的导电性比纯金属弱。易错警示(1)合金是混合物而不是纯净物。(2)合金可以是金属与金属相熔合得到的，也可以是金属与非金属相熔合得到的。(3)并非所有金属都能形成合金，因为两种金属必须熔合在一起才能形成合金。(4)合金拥有各成分的共性，各成分的含量也会影响合金的性质。(5)形成合金的各成分熔点相近。(6)合金中各成分仍保持原成分的化学性质。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)100997461177.9密度/gcm310.58.9219.32.77.8611.319.355.757.28熔点/9621083106466015353410232硬度(以金刚石的硬度为10作标准)2.542.532.5322.9451.5(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，通电时锡制的灯丝很容易就熔断了，所以用钨丝而不用锡丝作灯泡的灯丝。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：金属的用途、外观、价格等；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；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/Jg1K1热导率/Wm1K1热膨胀率(25)(106)A4180.10675.3711.76B9230.243153.6624.3C9330.215221.9123.6D15500.436146.511.6答案D4.(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.易导电太阳能热水器：_；飞机：_；电缆：_；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)CADB(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。1.合金是指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.合金属于混合物，其硬度一般大于它的成分金属，其熔点一般低于它的成分金属。3.青铜是我国使用最早的合金。钢是用量最大、用途最广的合金，它可分为碳素钢和合金钢。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xx美元。你认为下列材料中可用于飞机制造业的是()A.Mg-Al合金B.黄铜(Cu-Zn合金)C.Na-K合金D.生铁(Fe-C合金)答案A解析黄铜、生铁密度较大，且生铁易断裂；Na-K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_(填字母)。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_(填字母)。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FeOFe3O4(3)Al2O32NaOH=2NaAlO2H2O(4)铜氧化铜2CuO2=2CuOCu2(OH)2CO3紫红金金的化学性质不活泼，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。基础过关题组一合金及其性质1.嫦娥三号是中国国家航天局嫦娥工程第二阶段的登月探测器，它携带中国第一艘月球车，实现了中国首次月面软着陆。嫦娥三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.一般地，合金的熔点比它的各成分金属的更低C.合金的化学性质与成分金属的化学性质不同D.改变原料的配比、改变生成合金的条件，可以得到具有不同性能的合金答案C2.下列关于合金的叙述中正确的是()A.合金是由两种或多种金属熔合而成的B.日常生活中用到的5角硬币属于铜合金C.合金在任何情况下都比单一金属性能优良D.钢不属于合金答案B3.下列有关合金的叙述正确的是()A.合金的密度比其各成分金属小B.合金的抗腐蚀性能都很好C.合金的导电性能比其各成分金属强D.多数合金比其各成分金属熔点低，硬度大答案D解析合金与其各成分金属相比，某些性能增强，某些性能减弱。多数合金的熔点比其各成分金属低。4.下列说法正确的是()A.所有不锈钢都只含有金属元素B.我国流通的硬币材质是金属单质C.广东打捞的明代沉船上存在大量铝制餐具D.镁合金的硬度和强度均高于纯镁答案D解析不锈钢中含有非金属碳，A项不正确；我国流通的硬币材质是合金，B项不正确；铝的冶炼方法在十九世纪才被发现，明朝时不可能有大量铝制餐具，C项不正确；合金的机械加工性能一般优于其成分金属，D项正确。5.碲锌镉(Te-Zn-Cd)晶体可以用于制造红外探测器，下列有关它的叙述中不正确的是()A.它是由Te、Zn、Cd按一定比例混合而成的，无固定的熔、沸点B.它易导电、导热，具有延展性C.它的熔、沸点比Zn的低D.它的硬度和强度比Cd的大答案A解析碲锌镉晶体是由Te、Zn、Cd按一定比例熔合而成的具有金属特性的合金，只要比例确定，其组成就固定，因而有固定的熔、沸点；合金具有比其各成分金属低的熔、沸点，具有较高的硬度和强度。6.放在手心就能熔化的稀有金属镓，其沸点为2403，更奇妙的是镓熔化后在120仍不易凝固；在常温下几乎不与氧气和水反应，但能溶于强酸和强碱；与其他金属熔合可改善合金性能；与硫、硒等非金属化合可生成优质的半导体材料。下列有关镓的性质和用途的叙述错误的是()A.镓的熔点高B.镓的性质与铝类似C.镓能够与盐酸反应生成气体D.镓可与多种金属形成合金答案A解析从题给信息可知镓的熔点低但沸点很高，这说明它很易与其他金属熔合在一起形成合金。题组二正确选用合金7.某合金与铁的物理性质比较如下：熔点/密度/ gcm3硬度(金刚石为100)导电性(银为100)其他性质某合金25003.007.42.3耐腐蚀铁15357.864.517纯铁耐腐蚀从以上性能看，该合金不适合制成()A.导线B.门窗C.炉具D.飞机外壳答案A解析从表格中总结，该合金具有密度小、机械性能好的特点，所以适合制作飞机外壳、门窗框；由于熔点较高，所以适合制作炉具；但是导电性不好，所以不适宜制作导线。8.钛和钛的合金被誉为“21世纪最有发展前景的金属材料”，它们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，做钛合金装饰门答案A解析由于钛和钛的合金密度小、可塑性好，因此可用于航天领域，B正确；由于钛和钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”，可与人体的组织相容，不引起排异反应，因此可以用来制造人造骨，C正确；由于其密度小、可塑性好、易于加工，因此可用于家庭装修，做钛合金装饰门，D正确；由于其熔点高，不适合做保险丝，A项错误。9.选用金属材料时，以下方面需要考虑的是()主要用途物理性质、化学性质价格加工难度日常维护对环境的影响A.B.C.D.答案D解析本题错选A、B、C的原因是对金属材料的选用要考虑的问题了解不全面。在选用材料时要综合考虑所选材料的性能、价格、加工难度、日常维护、对环境的影响等因素，从众多材料中选取合适者。10.“神八”与“天宫一号”的成功对接，标志着中国的航空铝材处于世界领先的行列。下列关于铝合金的说法中错误的是()A.铝合金是一种混合物，它比纯铝的熔点低B.高温铝液易被氧化，铝合金应在熔剂层覆盖下熔炼C.镁铝合金耐腐蚀，但能被烧碱(NaOH)腐蚀D.镁铝合金在盐酸中无法溶解答案D解析A项，合金均为混合物，一般来说，合金的熔点比成分金属的熔点低；B项，在熔剂层覆盖下熔炼，可隔绝空气，防止高温铝液被O2氧化；C项，镁铝合金中的铝能与NaOH溶液反应；D项，合金中的Mg、Al均能与盐酸反应。能力提升11.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，请完成(1)(3)题。(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：曾青得铁则化为铜即：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铜为什么常用于制造货币(铜的熔点是1183.4，铁的熔点是1534.8)_。答案(1)CuSO4Fe=FeSO4Cu(2)Cu2(OH)2CO34HCl=2CuCl23H2OCO2或Cu2(OH)2CO32H2SO4=2CuSO43H2OCO2(3)铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀；铜的熔点比较低，容易冶炼铸造成型解析(1)中实际上是用铁还原CuSO4得到单质铜。(2)中因为铜绿(碱式碳酸铜)能与酸反应，生成可溶性盐和气体，故可用酸除之。(3)铜在古代作为货币主要因为其熔点低，易于铸造，且不易被腐蚀。12.(1)铝是以“贵族的身份”作为金属材料开始使用的。一百多年前，为了表彰门捷列夫对化学作出的杰出贡献，英国皇家学会不惜重金制作了一个比黄金还要贵重的奖杯铝杯，赠送给门捷列夫。铝开始作为金属材料之所以贵于黄金，其原因是_(填字母，下同)。A.铝是稀有金属B.铝矿开采困难C.缺乏廉价的铝冶炼技术D.铝熔点高，作为材料不易加工(2)铝在轿车上的应用已经大获成功，这是无可争辩的事实。比较钢而言，再生铝(回收利用)作为金属材料在汽车上应用的优点是_(多选)。A.汽车重量减轻B.铝的导电性能好C.降低成本D.铝的冶炼比铁容易(3)目前市场上某些品牌笔记本电脑(如神舟电脑、IBM电脑等)的外壳一改以往的有机合成材料，而使用铝合金材料(有钛铝合金、镁铝合金等)，有些甚至还渗入碳纤维材料，使整体硬度得到进一步加强。铝合金材料在电脑上代替有机合成材料的目的是_(多选)。A.增强导电性B.增强美观C.增加强度D.增加运算速度答案(1)C(2)AC(3)BC解析铝是一种较活泼的金属，很难被还原，当电解法冶炼铝技术被应用于生产时，生产成本降低，且铝又具有密度小、易形成性能优良的合金等特点，使铝被广泛应用。13.历史上金、银、铜主要是作为货币金属或装饰品被应用。(1)金、银、铜常被作为钱币流通，从化学角度来看，主要是利用它们的_(填字母)。A.硬度适中B.密度适中C.在自然界里都可得到纯净的单质D.不活泼性(2)试样X由氧化亚铁和氧化铜组成，取质量相等的两份试样，按下图所示进行实验：请写出步骤中所发生的全部反应的离子方程式：_。若全部的溶液Y和全部的粉末Z充分反应后，生成的不溶物W的质量是m，则每份试样X中氧化铜的质量为_(用m表示)。答案(1)D(2)FeCu2=Fe2Cu，Fe2H=Fe2H2m解析(1)金、银、铜都属于不活泼金属，易加工，因此，在历史上都曾经用作货币。(2)试样与过量盐酸反应所得溶液Y为FeCl2、CuCl2混合溶液，粉末Z为Fe、Cu混合物，将Y和Z混合，发生反应：FeCu2=Fe2Cu，Fe2H=Fe2H2，由生成的溶液呈强酸性且溶液中不含Cu2表明，不溶物W全部是金属铜，每份试样中氧化铜的质量为mm。14.某铝合金中含有合金元素镁、铜、硅，为了测定该合金中铝的含量，设计了如下实验，请回答有关问题：(1)称取样品ag，将其溶解于足量的稀盐酸中，过滤。滤液中主要含有_，溶解、过滤用到的玻璃仪器是_。(2)滤液中加过量氢氧化钠溶液、过滤，有关的离子方程式是_。(3)向步骤(2)的滤液中通入足量二氧化碳气体，过滤，有关的离子方程式是_。(4)步骤(3)过滤后的滤渣用蒸馏水洗涤23次，烘干并灼烧至恒重，冷却后称重，其质量为bg，有关的化学方程式是_，原样品中铝的质量分数是_。(5)若步骤(2)中加入氢氧化钠的量不足，则实验结果_(填“偏高”“偏低”或“不影响”，下同)；若步骤(4)中滤渣没有洗涤，则实验结果_；若滤渣灼烧不充分，则实验结果_。答案(1)MgCl2、AlCl3、HCl烧杯、玻璃棒、普通漏斗(2)Mg22OH=Mg(OH)2、Al34OH=AlO2H2O、HOH=H2O(3)CO2OH=HCO、AlOCO22H2O=Al(OH)3HCO(4)2Al(OH)3Al2O33H2O%(5)偏低偏高偏高解析(1)合金中能与盐酸反应的只有Mg、Al，Mg2HCl=MgCl2H2，2Al6HCl=2AlCl33H2。(2)据滤液中主要含有的溶质，即可写出相应的离子方程式。(3)通入CO2时，CO2可与AlO反应，因CO2过量必须写成HCO的形式。(4)氢氧化铝灼烧：2Al(OH)3Al2O33H2O。做实验取样品ag，实验后得氧化铝bg，设bg氧化铝中含铝的质量为x。Al2O32Al10254bgx10254bgx，xgg样品中铝的质量分数：100%100%。(5)当加入NaOH不足时，有一部分Al(OH)3未转化为AlO而被过滤除去，使Al的质量减少，所以测定结果偏低；若(4)中未洗涤滤渣，则滤渣中附有溶液中的溶质的质量被当作Al2O3的质量，使Al2O3的质量增大，即Al的质量增大，因而测得的结果偏高；若滤渣灼烧不充分，则使Al2O3的质量增大，即Al的质量增大，因而实验结果偏高。