第四章第三講金屬材料復(fù)合材料

1、第三講 金屬材料 復(fù)合材料一、選擇題1所謂合金，就是不同種金屬 (也包括一些非金屬 )在熔融狀態(tài)下形成的一種熔 合物。根據(jù)下列四種金屬的熔、沸點(diǎn)，判斷其中不能形成合金的是 () 。NaCuAlFe熔點(diǎn)/97.51 0836601 535沸點(diǎn)/8832 5952 2003 000ACu和 AlBFe和 CuCFe和 NaDAl 和 Na解析 分析數(shù)據(jù)得出，鐵的熔點(diǎn) (1 535 )高于 Na 的沸點(diǎn) (883 )，無(wú)法制得 合金。答案 C2下列有關(guān)金屬的工業(yè)制法中正確的是 ( )A制鈦：用金屬鈉置換氯化鈦 (TiCl 4)水溶液中的鈦B煉鐵：用焦炭和空氣反應(yīng)產(chǎn)生的 CO 在高溫下還原鐵礦石中的鐵

2、C制鈉：以海水為原料制得精鹽，再電解純凈的 NaCl 溶液D煉銅：用黃銅礦經(jīng)電解精煉得到純度為 99.9%的銅解析 鈉與四氯化鈦水溶液中的水優(yōu)先發(fā)生反應(yīng)，無(wú)法得到鈦，應(yīng)該用鈉置 換熔融狀態(tài)下四氯化鈦中的鈦， A 選項(xiàng)錯(cuò)誤；工業(yè)上電解熔融氯化鈉制鈉， 電解氯化鈉水溶液得到的是氫氧化鈉、氯氣和氫氣， C 選項(xiàng)錯(cuò)誤。答案 B3合金比純金屬制成的金屬材料的優(yōu)點(diǎn)是( )合金的硬度一般比它的各成分金屬的大 一般地，合金的熔點(diǎn)比它的各 成分金屬的更低 改變?cè)系呐浔取⒏淖兩珊辖鸬臈l件，得到有不同性能的合金 合金比純金屬的導(dǎo)電性更強(qiáng) 合金比純金屬的應(yīng)用范圍更廣泛A BCD解析 合金的機(jī)械性能比各成分金屬的大

3、，故 正確；根據(jù)教材知識(shí)， 是正確的；合金的電阻率比純金屬要大，故 是錯(cuò)誤的；合金由于性能好而 應(yīng)用更廣泛，是正確的。答案 A4銅銹是一種綠色化合物，它的成分為堿式碳酸銅，兼有氫氧化銅和碳酸銅的 性質(zhì)。試推測(cè)：銅銹在高溫灼燒條件下充分反應(yīng)后的固體物質(zhì)是 ( ) A黑色的氧化銅B紅色的氧化亞銅C藍(lán)色的氫氧化銅和碳酸銅D黑色的氧化亞銅解析 Cu2(OH)2CO3 受熱分解： Cu2(OH)2CO2=2CuOCO2H2O，而高溫CuO 在高溫下分解： 4CuO=高=溫=2Cu2OO2答案 B5某研究小組通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究 Cu 及其化合物的性質(zhì)，操作正確且能達(dá)到目的的是 () 。A 將銅絲插入濃硫酸中加熱

4、， 反應(yīng)后把水加入反應(yīng)器中， 觀察硫酸銅溶液的 顏色B常溫下將銅絲伸入盛滿氯氣的集氣瓶中，觀察 CuCl2 的生成C將 CuCl2溶液在蒸發(fā)皿中加熱蒸干，得到無(wú)水 CuCl2 固體D將表面有銅綠 Cu2(OH)2CO3的銅器放入鹽酸中浸泡，除去銅綠解析 A 項(xiàng)反應(yīng)后應(yīng)將反應(yīng)后液體倒入盛水的燒杯中； B 項(xiàng)應(yīng)將銅絲在空氣中加熱到紅熱后伸入盛裝氯氣的集氣瓶中； CuCl2 水解生成的鹽酸易揮發(fā)， 加熱蒸干 CuCl2 溶液得不到無(wú)水 CuCl2 固體。答案 D 6硝酸銅是一種重要的工業(yè)產(chǎn)品，化學(xué)上有很多方法可以制取硝酸銅：將銅溶于硝酸中、先將銅與 O2反應(yīng)生成 CuO，再溶于硝酸中、 將銅溶于 N

5、2O4 的乙酸乙酯 (溶劑，不參加反應(yīng) )溶液中生成硝酸銅和一氧化氮。下列認(rèn)識(shí)或 判斷錯(cuò)誤的是 ()。A方法是最經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的B方法中，若從經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的角度考慮，用稀硝酸比用濃硝酸好 C方法需要消耗能源，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染D方法中 N2O4 既是氧化劑又是還原劑解析 、 都生成污染性氣體，不生成污染性氣體且 HNO3 全部轉(zhuǎn)化為Cu(NO3)2。答案 A7為了比較鐵和銅金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱，某研究小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了如下一些方案， 并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄如下：方案現(xiàn)象或產(chǎn)物將鐵片置于 CuSO4 溶液中鐵片上有亮紅色物質(zhì)析出將鐵絲和銅絲分別在氯氣中燃燒產(chǎn)物分別為 FeCl3和 CuCl2將鐵片和銅片分別放入熱濃硫

6、酸中產(chǎn)物分別為 Fe2(SO4)3 和 CuSO4將鐵片和銅片分別置于稀硫酸溶液中鐵片上有氣泡，銅片上不產(chǎn)生氣泡將鐵片和銅片同時(shí)插入盛有稀硫酸的燒杯中，并用導(dǎo)線連接鐵片溶解，銅片上有氣泡產(chǎn)生能根據(jù)以上各種現(xiàn)象或產(chǎn)物證明鐵的金屬活動(dòng)性比銅強(qiáng)的方案一共有 ()。A2 種B3種C4 種D5種解析 鐵能置換出銅，證明鐵比銅活潑； 不能證明；不能證明； 鐵能置換出稀硫酸中的氫，銅不能，證明鐵比銅活潑； 鐵與銅形成原電池，鐵作負(fù)極，銅作正極，證明鐵比銅活潑，共有 3種方案，選項(xiàng) B 正確答案 B二、非選擇題8美國(guó)航天飛機(jī)“哥倫比亞號(hào)”爆炸，是震驚世界的航天慘案。專家推測(cè)“哥 倫比亞”航天飛機(jī)的失事原因之一

7、是覆蓋在航天飛機(jī)外層的一片微不足道的 隔熱瓦脫離，引起飛機(jī)外表金屬溫度迅速升高而熔化解體。(1) 其中照片顯示，在“哥倫比亞號(hào)”機(jī)翼下方有幾片小瓷片脫落，引起了科學(xué)家的注意，這是一種覆蓋在航天飛機(jī)表面的特殊的陶瓷片，其主要作用是A增加航天飛機(jī)的強(qiáng)度，防止流星和太空垃圾撞擊而損壞航天飛機(jī)B將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能供航天飛機(jī)使用C便于雷達(dá)跟蹤，接受地面指揮中心的指令 D在返回大氣層時(shí)，陶瓷耐高溫隔熱，有效地保護(hù)航天飛機(jī)平安返回地面(2) 隔熱瓦是一種金屬陶瓷，金屬陶瓷是由陶瓷和黏結(jié)金屬組成的非勻質(zhì)的復(fù) 合材料。陶瓷主要是 Al 2O3、ZrO2 等耐高溫氧化物， 黏結(jié)金屬主要是 Cr、Mo、 W、 Ti

8、 等高熔點(diǎn)金屬。下列關(guān)于復(fù)合材料的說(shuō)法不正確的是 。A 由兩種或兩種以上金屬 (或金屬與非金屬 )熔合而成的物質(zhì)叫復(fù)合材料 B復(fù)合材料一般具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能，在綜合 性能上超過(guò)了單一材料C玻璃鋼是以玻璃纖維和樹脂組成的復(fù)合材料，它可做船體、汽車車身等， 也可做印刷電路板D復(fù)合材料的熔、沸點(diǎn)一般比它的各組成成分的熔、沸點(diǎn)低(3) 將陶瓷和黏結(jié)金屬研磨，混合均勻，成型后在不活潑氣氛中燒結(jié)，就可制 得金屬陶瓷。金屬陶瓷兼有金屬和陶瓷的優(yōu)點(diǎn)，其密度小、硬度高、耐磨、 導(dǎo)熱性好，不會(huì)因?yàn)轶E冷或驟熱而脆裂。實(shí)驗(yàn)室有一金屬陶瓷制成的容器， 可用來(lái)盛放下列哪些物質(zhì) 。ANaOH 溶液

9、BKNO3溶液C氫氟酸D鹽酸解析 (1)從題干信息看出，特殊陶瓷片的主要作用是隔熱、防止機(jī)體與空氣摩擦產(chǎn)生高溫而熔化。故 D 正確。 (2)復(fù)合材料是由基體和增強(qiáng)體組合而成A 項(xiàng)敘述的物質(zhì)是合金而不是復(fù)合材料。復(fù)合材料一般具有各成分的性質(zhì)， 又比各成分的性能優(yōu)良，強(qiáng)度高、密度小、耐高溫、耐腐蝕等。故A 、D 錯(cuò)(3) 金屬陶瓷具有金屬的性質(zhì)和硅酸鹽的性質(zhì)，所以不能用來(lái)盛放酸性或堿性物質(zhì)答案 (1)D (2)AD (3)B9氯化亞銅 (CuCl)是白色粉末，不溶于水、乙醇及稀硫酸，熔點(diǎn) 422 ，沸點(diǎn) 1366 ，在空氣中迅速被氧化成綠色，常用作有機(jī)合成工業(yè)中的 催化劑。以粗鹽水 (含 Ca2、

10、Mg2、SO24等雜質(zhì))、Cu、稀硫酸、SO2 等為原 料合成 CuCl 的工藝流程如下：(1) A 的化學(xué) 式為 。(2) 寫 出 反 應(yīng) 的 化 學(xué) 方 程 式(3) 寫 出 反 應(yīng) 的 離 子 方 程 式(4) 本 工 藝 中 可 以 循 環(huán) 利 用 的 物 質(zhì) 是 ( 用 化 學(xué) 式 表 示)(5) 反應(yīng)后，過(guò)濾得到 CuCl 沉淀，用無(wú)水乙醇洗滌沉淀，在真空干燥機(jī)內(nèi) 于 70 干燥 2 小時(shí)，冷卻，密封包裝即得產(chǎn)品。于 70 真空干燥的目的是解析 制備過(guò)程會(huì)涉及到分離提純的實(shí)驗(yàn)，要注意結(jié)合流程綜合考慮。為了 使雜質(zhì)盡量除盡，一般加入的除雜試劑需要過(guò)量，過(guò)量的除雜試劑在后邊的操作中被除

11、去答案 (1)Na2CO3(2) 2CuO22H2SO4=2CuSO42H2O(3) 2Cu22ClSO22H2O=2CuCl4H(4) NaOH、H2SO4(5) 加快乙醇和水的蒸發(fā)，防止 CuCl 被空氣氧化10隨著材料科學(xué)的發(fā)展， 金屬釩及其化合物得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用， 并被譽(yù) 為“合金的維生素”。為回收利用含釩催化劑 (含有 V2O5、VOSO4 及不溶性 殘?jiān)?)，科研人員最新研制了一種離子交換法回收釩的新工藝， 回收率達(dá) 91.7% 以上。部分含釩物質(zhì)在水中的溶解性如表所示：物質(zhì)VOSO4V2O5NH4VO3(VO2)2SO4溶解性可溶難溶難溶易溶該工藝的主要流程如下請(qǐng)回答下列問(wèn)

12、題：(1) 請(qǐng)寫出加入 Na2SO3 溶液發(fā)生反應(yīng)的離子方程式 。(2) 催化氧化所使用的催化劑釩觸媒 (V2O5) 能加快二氧化硫的氧化速率，此過(guò) 程中產(chǎn)生了一連串的中間體 (如圖 1)。其中 a、 c 兩步的化學(xué)方程式可表示為(3) 該工藝中沉釩率是回收釩的關(guān)鍵之一，沉釩率的高低除受溶液pH 影響外，還需要控制氯化銨的系數(shù) (NH 4Cl 加入質(zhì)量與料液中 V 2O5的質(zhì)量比 )和溫度。根據(jù)圖 2 和圖 3，試建議控制氯化銨系數(shù)和溫度的適宜值分別為 、。解析 (1) 根據(jù)表格信息， V2O5 難溶于水，被亞硫酸鈉還原成可溶于水的 VOSO4，離子方程式為 V 2O5 SO32 4H=2VO

13、2SO422H2O。(2)V 2O5是催化劑，反應(yīng)前后質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變。依題意和物質(zhì)轉(zhuǎn)化圖知，a 反應(yīng)：五氧化二釩與二氧化硫反應(yīng)生成三氧化硫和四氧化二釩； c 反應(yīng)：VOSO4在氧氣作用下生成 V2O5和 SO3。(3)根據(jù)圖像知，加氯化銨系數(shù)為 4、溫度為 80 時(shí)沉釩率最大。答案 (1)V2O5SO324H=2VO2 SO422H2O (2)SO2V2O5 SO3V2O4 4VOSO4O22V2O54SO3 (3)4 80 11埋藏在地下的青銅器銹蝕過(guò)程可以表示為： CuO2，ClCuClH2OCu2OX，X 由兩種物質(zhì) X1和 X2 組成，且都由四種元素構(gòu)成，定性實(shí)驗(yàn)表明： X1 熱分

14、解的產(chǎn)物能使澄清石灰水變渾濁， 而 X2 熱分解的產(chǎn)物不能使澄清石灰水 變渾濁，但兩者均有水珠產(chǎn)生。為了定量測(cè)定 X1 和 X2 組成，某興趣小組用 如圖實(shí)驗(yàn)裝置對(duì) X1和 X2 分別做熱分解實(shí)驗(yàn) (夾持裝置已省去 )，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后， 硬質(zhì)玻璃管內(nèi)均殘留黑色固體，分別稱重，裝置 B和 C中的質(zhì)量均增加。試回答下列問(wèn)題：(1) 青銅器出土后防止青銅器繼續(xù)銹蝕的關(guān)鍵是 。(2) 利用上述裝置進(jìn)行熱分解實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)判斷 A 裝置中反應(yīng)是否完全進(jìn)行帶來(lái) 困難，為解決此問(wèn)題，要對(duì) B裝置進(jìn)行改裝。 B應(yīng)改為內(nèi)裝有 (填試劑名稱 )的洗氣瓶，判斷反應(yīng)完全的現(xiàn)象為 。用經(jīng)改裝的裝置，某同學(xué)進(jìn)行正確操作，最終得出

15、的測(cè)定結(jié)果仍有誤差，原因是 回_(答一點(diǎn)即可 )。(3)在實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)操作正確的前提下， 重做 X 1的熱分解實(shí)驗(yàn)， 測(cè)得裝置 B 和 C 中質(zhì)量增重之比 m(B) m(C)922，(填“能”或“否” )求出 X1 的化學(xué)式，若能求出 X1的化學(xué)式，則化學(xué)式為 (若不能求出 X1 的化學(xué)式，此空不填 )。(4) 若測(cè)得 X2 中銅元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 59.5%(銅元素的相對(duì)原子質(zhì)量為 63.5)， 則 X2 的化學(xué)式為 。_X2 熱分解的化學(xué)方程式為 。_解析 先通過(guò)定性實(shí)驗(yàn)判斷 X1 和 X 2的元素組成，加熱分解均有水珠生成， 說(shuō)明都是堿式鹽， X1 受熱分解產(chǎn)生 CO2氣體，說(shuō)明 X1 中含有 CO32，因此 X1的組成可表示為 Cuz(OH)x(CO3)y，X2(由 4 種元素構(gòu)成)受熱分解無(wú) CO2氣 體生成，根據(jù)題中銅腐蝕過(guò)程變化示意圖，可推測(cè)X2 中含有的另一元素為Cl，X2 的組成可表示為 Cum(OH)nClp。(3) 根據(jù) m(B) m(C)922m(H2O)m(CO2)，推出 n(OH)n(CO32) 21，根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和等于 0 可得出 X 1的化學(xué)式為 Cu2(OH)2CO3。(4) X2 的組 成為 Cum(OH) nClp ，銅 元素的質(zhì)量分 數(shù)的 表達(dá) 式為 Cu%63.