2020-2021學(xué)年高中化學(xué)人教版必修1學(xué)案：3.3 用途廣泛的金屬材料 Word版含解析

1、第三節(jié)用途廣泛的金屬材料學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解合金的定義及特性。2了解銅合金、鐵合金和鋼的分類(lèi)與組成，能列舉其用途，了解其優(yōu)良性能。(重點(diǎn))3學(xué)會(huì)正確選擇金屬材料。一、合金1合金是由兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。2合金的性質(zhì)(1)合金的熔點(diǎn)一般低于它的各成分金屬。(2)合金的硬度及機(jī)械性能一般大于成分金屬。3常見(jiàn)的合金(1)銅合金銅合金主要有青銅(主要成分為cu、sn、pb)、黃銅(含鋅及少量錫、鉛、鋁等)和白銅(含鎳、鋅及少量的錳)等。(2)鋼根據(jù)化學(xué)成分，鋼可以分為兩大類(lèi)：碳素鋼和合金鋼，其中碳素鋼可以分成低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。二、選擇材料時(shí)，?？紤]以下幾

2、個(gè)方面主要用途：材料的用途與材料的性能有很密切的關(guān)系。外觀(guān)：不僅要材料本身外觀(guān)美，還要使材料的外觀(guān)與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)。物理性質(zhì)：物理性質(zhì)包括密度、硬度、強(qiáng)度、伸縮性、導(dǎo)電導(dǎo)熱性、被水浸潤(rùn)性等?；瘜W(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)主要包括在空氣、水、陽(yáng)光、酸、堿、鹽等環(huán)境里的化學(xué)穩(wěn)定性。這些性質(zhì)會(huì)影響到材料的使用壽命。價(jià)格：考慮價(jià)格時(shí)要把對(duì)材料的基本需要和材料的基本性能放在前面。加工難度：考慮加工難度時(shí)要將材料的性質(zhì)與加工的技術(shù)、設(shè)備相結(jié)合。日常維護(hù)：金屬材料耐腐蝕性相對(duì)較弱，在選金屬材料時(shí)必須要考慮到使用后的日常維護(hù)的問(wèn)題。對(duì)環(huán)境的影響：一是要考慮到在使用材料的過(guò)程中，它的反光性、放射性、產(chǎn)生的噪音等對(duì)環(huán)境的不利

3、影響；二是要考慮到材料的廢棄物對(duì)環(huán)境有哪些不利影響。要盡量做到避免有關(guān)的不利影響。知識(shí)點(diǎn)一常見(jiàn)合金及其應(yīng)用1銅合金銅合金成分金屬性能及用途青銅cu、sn、pb硬而脆、強(qiáng)度大，古人用來(lái)制刀具、祭器、酒具等黃銅cu、zn(少量sn、pb、al等)硬度較青銅差，耐磨、耐腐蝕，可塑性強(qiáng)，主要用于制飾品、耐壓設(shè)備等白銅cu、ni、zn(少量mn)常用來(lái)制酒具、飾品等2.鐵合金3.其他幾種常見(jiàn)合金合金名稱(chēng)組成主要性質(zhì)主要用途鎂鋁合金一般含有10%30%的鎂強(qiáng)度和硬度都比純鋁和純鎂大火箭、飛機(jī)、輪船等制造業(yè)硬鋁含銅4%、鎂0.5%、錳0.5%、硅0.7%強(qiáng)度和硬度都比純鋁大火箭、飛機(jī)、輪船等制造業(yè)鈦合金ti

4、及其他金屬或非金屬密度小，強(qiáng)度高，耐腐蝕，耐高溫飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船等尖端領(lǐng)域1.合金的性質(zhì)是不是各成分金屬性質(zhì)之和？提示：合金的性質(zhì)不是各成分金屬性質(zhì)之和。合金具有許多良好的物理、化學(xué)和機(jī)械性能，在許多方面不同于各成分金屬，不是簡(jiǎn)單加和；但在化學(xué)性質(zhì)上，一般認(rèn)為合金體現(xiàn)的是各成分金屬的化學(xué)性質(zhì)。2構(gòu)成合金的成分一定是金屬嗎？提示：構(gòu)成合金的成分不一定是金屬，也可以是金屬和非金屬，但合金中一定含有金屬元素，如生鐵即為鐵和碳的合金。3是不是任意兩種金屬就可以形成合金？提示：不是，兩種金屬形成合金，其前提是兩種金屬在同一溫度范圍內(nèi)都能熔化，若一種金屬的熔點(diǎn)大于另一種金屬的沸點(diǎn)，則二

5、者不能形成合金。例1碲鋅鎘(tezncd)晶體可以用于制造紅外探測(cè)器的基礎(chǔ)材料，下列有關(guān)敘述中不正確的是()a它是由te、zn、cd按一定比例混合而成的，無(wú)固定的熔、沸點(diǎn)b它易導(dǎo)電、導(dǎo)熱，具有延展性c它的熔、沸點(diǎn)比zn的低d它的硬度和強(qiáng)度比cd的大思路分析合金的物理性質(zhì)與純金屬有較為明顯的區(qū)別，但化學(xué)性質(zhì)仍可以按各組分金屬討論，即可以把合金當(dāng)成混合物來(lái)處理。解析碲、鋅、鎘晶體是由te、zn、cd按一定比例熔合而成的具有金屬特性的合金，只要比例確定，其組成就固定，因而有固定的熔、沸點(diǎn)；合金具有比成分金屬低的熔、沸點(diǎn)，高的硬度和強(qiáng)度。答案a閱讀材料，回答下列問(wèn)題。近年來(lái)，科研人員研究得到一種新型材

6、料泡沫鋁。它是把發(fā)泡劑加到熔融鋁合金中制成的，其優(yōu)點(diǎn)是硬度大，密度小(為0.160.5 g/cm3)，比木材還輕，可浮于水面，又有很大剛性，且隔音、保溫，是一種良好的建筑材料和輕質(zhì)材料，近幾年可大批量投放市場(chǎng)。(1)下列關(guān)于泡沫鋁的說(shuō)法中錯(cuò)誤的是a(填字母序號(hào)，下同)。a泡沫鋁是鋁單質(zhì)泡沫b泡沫鋁是一種合金c泡沫鋁是一種優(yōu)質(zhì)的建筑材料和輕質(zhì)材料d泡沫鋁可用于飛機(jī)制造(2)鋁制成鋁箔用于食品包裝，是利用它的b。a金屬光澤b延展性c導(dǎo)電性 d導(dǎo)熱性(3)鋁在空氣中會(huì)被氧化生成一層致密的氧化膜而對(duì)鋁起保護(hù)作用，但這層氧化膜遇到強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液都會(huì)溶解，請(qǐng)寫(xiě)出：氧化膜與鹽酸反應(yīng)的離子方程式：al2o36

7、h=2al33h2o。氧化膜與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的離子方程式：al2o32oh=2aloh2o。解析：(1)根據(jù)信息可知，泡沫鋁是一種合金，是混合物；泡沫鋁是一種優(yōu)質(zhì)的建筑材料和輕質(zhì)材料；由于泡沫鋁有很大剛性，密度小，且隔音、保溫，故泡沫鋁可用于飛機(jī)制造。(2)鋁制成鋁箔用于食品包裝，利用的是鋁的延展性。(3)al2o3與鹽酸、氫氧化鈉溶液反應(yīng)的離子方程式分別為al2o36h=2al33h2o、al2o32oh=2aloh2o。知識(shí)點(diǎn)二金屬的冶煉金屬活動(dòng)性順序kcanamgalznfesnpb(h)cuhgagptau(1)在金屬活動(dòng)性順序中，越靠前的金屬，越活潑，即原子越易失去電子，其陽(yáng)離子越

8、難得到電子k、ca、na、mg、al五種金屬的陽(yáng)離子得電子能力極弱，一般的還原劑不能使其還原為金屬原子，所以工業(yè)上一般采用電解法冶煉：2nacl(熔融)2nacl2，2al2o3(熔融)4al3o2。(在必修2中學(xué)習(xí))zncu等金屬陽(yáng)離子得電子能力較強(qiáng)，常用還原劑法冶煉：fe2o33co2fe3co2，cuoh2cuh2o。hg、ag這兩種金屬的陽(yáng)離子得電子能力極強(qiáng)，工業(yè)上獲得金屬的方法通常用熱分解法：2hgo2hgo2，2ag2o4ago2。pt、au這兩種金屬在自然界里以單質(zhì)形式存在，獲得金屬的方法是水洗法，即通常所說(shuō)的“沙里淘金”。(2)在金屬活動(dòng)性順序中，位于前面的金屬能將后面的金屬?gòu)?/p>

9、其鹽溶液里置換出來(lái)，故在冶金工業(yè)上存在一種冶煉方法濕法冶金濕法冶金是利用在溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)對(duì)原料中的金屬進(jìn)行提取和分離的冶金過(guò)程，可用于提取鋅、鈾及稀土金屬等。在很早以前我國(guó)人民就掌握了濕法冶銅技術(shù)(把鐵浸入硫酸銅溶液中：fecuso4=feso4cu)。例2鈦(ti)因?yàn)榫哂猩衿娴男阅茉絹?lái)越引起人們的關(guān)注，在常溫下鈦不和非金屬、強(qiáng)酸反應(yīng)，加熱時(shí)卻可與常見(jiàn)的非金屬單質(zhì)反應(yīng)。鈦是航空、軍工、電力等方面的必需原料。地殼中有一種含鈦的礦石稱(chēng)為金紅石(tio2)，大規(guī)模生產(chǎn)鈦的方法如圖所示。(1)寫(xiě)出金紅石、焦炭粉在高溫下與氯氣反應(yīng)的化學(xué)方程式：_，該反應(yīng)的還原劑是_，寫(xiě)出四氯化鈦與鎂粉反應(yīng)的化學(xué)

10、方程式：_。(2)四氯化鈦與鎂粉反應(yīng)時(shí)氬氣的作用是_。(3)分離提純過(guò)程中加入試劑時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是：_，分離提純過(guò)程中所進(jìn)行的基本操作是_、_、_、_。思路分析(1)根據(jù)c還原cuo可類(lèi)推：tio22cti2co，ti2cl2ticl4，然后兩個(gè)化學(xué)方程式相加即得總反應(yīng)式。(2)如不用氬氣，則mg、ti會(huì)與空氣中的o2等反應(yīng)。(3)固體混合物中含有ti、mg，利用兩種金屬與酸反應(yīng)的性質(zhì)差異進(jìn)行分離。答案(1)tio22cl22cticl42cocticl42mgti2mgcl2(2)作保護(hù)氣，以免mg、ti與o2、n2、co2等其他氣體反應(yīng)(3)mg2h=mg2h2溶解過(guò)濾洗滌干燥我國(guó)

11、古代勞動(dòng)人民最早發(fā)明了“水法煉銅”，是濕法冶金的起源，在世界化學(xué)史上是一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)。早在西漢時(shí)期淮南萬(wàn)畢術(shù)里就有“曾青得鐵，則化為銅”的記載，曾青可能是碳酸銅一類(lèi)物質(zhì)，把其溶于酸中得溶液，當(dāng)把鐵粉投入此溶液即可得銅。(1)根據(jù)學(xué)過(guò)的化學(xué)知識(shí)，寫(xiě)出該過(guò)程的離子方程式：cuco32h=cu2co2h2o，cu2fe=cufe2。(2)早在人們使用銅、鐵之前，人們就使用黃金和白銀作為飾物和貨幣，歷史上的“青銅器時(shí)期”早于“鐵器時(shí)期”，而近百年才大量使用鋁制品，試分析人類(lèi)使用這些金屬時(shí)間的歷史事實(shí)與金屬活潑性和冶煉難易程度的聯(lián)系：金屬越不活潑，越易冶煉，使用的時(shí)間越早。解析：(1)碳酸銅難溶于水但溶于

12、酸，發(fā)生的離子反應(yīng)為：cuco32h=cu2co2h2o，再加入鐵粉可發(fā)生置換反應(yīng)：fecu2=fe2cu。(2)由題意可知，人類(lèi)使用金屬?gòu)脑绲酵淼捻樞驗(yàn)閍u、ag、cu、fe、al，比較它們的活潑性可得如下結(jié)論：金屬越不活潑，越易冶煉，使用的時(shí)間越早。知識(shí)點(diǎn)三合金成分的推斷與計(jì)算1合金成分的測(cè)定分為定性和定量?jī)蓚€(gè)過(guò)程(1)可通過(guò)觀(guān)察合金顏色的方法大致判斷金屬的種類(lèi)，也可通過(guò)測(cè)定合金的密度來(lái)對(duì)金屬的種類(lèi)作一個(gè)大致的判斷。(2)在定量分析時(shí)，通過(guò)加酸、加堿驗(yàn)證金屬的種類(lèi)，對(duì)合金的成分作精確判斷，再通過(guò)氣體、沉淀的測(cè)量實(shí)現(xiàn)定量測(cè)定。在加酸檢驗(yàn)合金的成分時(shí)，常用的分析過(guò)程如下：2有關(guān)合金成分的計(jì)算常

13、見(jiàn)的合金主要是由金屬與金屬熔合而成的，借助合金成分的性質(zhì)，考查其含量，解決這類(lèi)問(wèn)題要明確金屬的性質(zhì)(與酸、與堿反應(yīng)放出氫氣等)。如mgal合金放于酸中溶解，這就要熟記mg、al與酸的反應(yīng)：mg2h=mg2h2mgh2,2al6h=2al33h22al3h2，根據(jù)放出h2的量與金屬的對(duì)應(yīng)比例，可迅速作出解答。特別是鋁合金溶于naoh溶液中這類(lèi)問(wèn)題，首先明確al與naoh的反應(yīng)：2al2naoh2h2o=2naalo23h22al3h2，可由這一關(guān)系式得出al的量，然后再確定其他金屬的量。合金有許多有益的用途，可有些不法之徒卻用cuzn合金制成假元寶、假首飾來(lái)騙人。運(yùn)用你所學(xué)的知識(shí)，想一想用什么方

14、法可以戳穿他們呢？提示：可以采用物理方法測(cè)密度；可以采用zn能與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生h2來(lái)鑒別；高溫灼燒變黑的是假元寶、假首飾。例3鋁鎂合金已成為輪船制造、化工生產(chǎn)等行業(yè)的重要材料。某研究性學(xué)習(xí)小組的三位同學(xué)，為測(cè)定某含鎂3%5%的鋁鎂合金(不含其他元素)中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，設(shè)計(jì)下列兩種實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究。實(shí)驗(yàn)方案一：鋁鎂合金測(cè)定剩余固體的質(zhì)量(1)實(shí)驗(yàn)中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是_。(2)稱(chēng)取5.4 g鋁鎂合金粉末樣品，投入v ml 2.0 moll1 naoh溶液中，充分反應(yīng)，naoh溶液的體積v_。(3)過(guò)濾、洗滌、干燥、稱(chēng)量固體。該步驟中若未洗滌濾渣，則測(cè)得鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將_(填“偏高”或“偏低”)。實(shí)驗(yàn)

15、方案二：鋁鎂合金測(cè)定生成氣體的體積，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。(4)某同學(xué)提出該實(shí)驗(yàn)裝置不夠完善，應(yīng)在a、b之間添加一個(gè)干燥、除酸霧的裝置。你認(rèn)為_(kāi)(填“需要”或“不需要”)。(5)檢查該裝置氣密性的方法是_。(6)為使測(cè)定結(jié)果盡可能精確，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的問(wèn)題(寫(xiě)出兩點(diǎn))：_；_。思路分析實(shí)驗(yàn)方案一設(shè)計(jì)的依據(jù)是金屬鋁能與強(qiáng)堿反應(yīng)，而金屬鎂不能與強(qiáng)堿反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)方案二設(shè)計(jì)的依據(jù)是鎂、鋁都能與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生h2，經(jīng)測(cè)定h2的體積繼而得出h2的物質(zhì)的量，再結(jié)合樣品的質(zhì)量從而計(jì)算出鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。解析實(shí)驗(yàn)方案一：鋁鎂合金中金屬鋁的最大含量97%，在5.4 g合金中鋁質(zhì)量的最大值為5.4 g97%5.238 g，根據(jù)反

16、應(yīng)2al2naoh2h2o=2naalo23h2，可得n(naoh)n(al)0.194 mol，naoh溶液的體積為0.097 l97 ml。若未對(duì)濾渣進(jìn)行洗滌，金屬鎂吸附的物質(zhì)沒(méi)有除去，金屬鎂的質(zhì)量偏大，從而引起測(cè)定值偏高。實(shí)驗(yàn)方案二：生成的h2不溶于水，同時(shí)揮發(fā)的hcl被水吸收，水蒸氣和hcl氣體對(duì)測(cè)定結(jié)果沒(méi)有影響，故在a、b之間沒(méi)有必要添加一個(gè)干燥、除酸霧的裝置。檢查該裝置的氣密性，可以通過(guò)加水或微熱的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)屬于定性定量實(shí)驗(yàn)，要保證測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性，一要裝置氣密性良好，二要合金完全溶解，三要測(cè)定h2體積準(zhǔn)確。答案(1)2al2naoh2h2o=2naalo23h2(2)97

17、 ml(3)偏高(4)不需要(5)關(guān)閉分液漏斗活塞，向量器管c中注入水，片刻記下液面的高度，一段時(shí)間后，液面不再發(fā)生變化說(shuō)明裝置氣密性良好(其他合理方法也可)(6)檢查裝置的氣密性合金完全溶解(或加入足量鹽酸或調(diào)整量氣管c的高度，使c中液面與b中液面相平)將一定量的鈉鋁合金置于水中，合金全部溶解，得到20 ml濃度為1 mol/l的naalo2溶液，然后用1 mol/l的鹽酸滴定，至沉淀量最大時(shí)消耗鹽酸40 ml，原合金中鈉的質(zhì)量為(a)a0.92 g b0.69 gc0.46 g d0.23 g解析：由上述關(guān)系知：n(na)n(cl)n(hcl)40 ml103 l/ml1 mol/l0.0

18、4 mol，所以m(na)0.04 mol23 g/mol0.92 g。1合金相比純金屬制成的金屬材料來(lái)說(shuō)其特點(diǎn)是(a)合金的硬度一般比它的各成分金屬的大一般合金的熔點(diǎn)比它各成分金屬的低改變?cè)系呐浔龋淖兩珊辖鸬臈l件，可得到具有不同性能的合金合金比純金屬的導(dǎo)電性強(qiáng)合金比純金屬的應(yīng)用范圍更廣a bc d解析：合金一般比各成分金屬熔點(diǎn)低、硬度大，具有更好的機(jī)械加工性能，故應(yīng)用范圍更廣。但合金的導(dǎo)電性卻不一定比純金屬?gòu)?qiáng)，比如鋁合金的導(dǎo)電性比純鋁要差。2下列說(shuō)法正確的是(c)a青銅是我國(guó)使用最早的合金，也是目前使用最廣泛的合金b不管哪種銅合金都含有銅元素，所以它們的性質(zhì)也和金屬銅一樣c我們?nèi)粘Ｉ?/p>

19、中用到的銅合金制品主要是黃銅制的d各種銅合金都有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性解析：我們目前使用最廣泛的合金是鐵合金，a錯(cuò)。合金因其構(gòu)成元素及配比的不同，性質(zhì)各異，b錯(cuò)。黃銅的性質(zhì)使其宜于制造日用品，c對(duì)。白銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性很差，d錯(cuò)。3化學(xué)行業(yè)把材料分為金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料等。金屬材料在現(xiàn)實(shí)生活中有極為重要的作用。下列金屬材料的用途與金屬所具有的性質(zhì)不相符的是(c)a制造白熾燈燈絲熔點(diǎn)高b制造飛機(jī)硬度大而密度小c制造保險(xiǎn)絲硬度大d制造盛裝化工原料的容器耐腐蝕解析：制造保險(xiǎn)絲的材料要求熔點(diǎn)低。4“神八”與“天宮”一號(hào)的成功對(duì)接，標(biāo)志著中國(guó)的航空鋁材處于領(lǐng)先世界的行列。下面關(guān)于鋁合金的說(shuō)

20、法中，錯(cuò)誤的是(d)a鋁合金是一種混合物，它比純鋁的熔點(diǎn)低b高溫鋁液易被氧化，鋁合金應(yīng)在熔劑層覆蓋下熔煉c鎂鋁合金耐腐蝕，但能被燒堿(naoh)腐蝕d鎂鋁合金在鹽酸中無(wú)法溶解解析：a項(xiàng)，合金均為混合物，一般來(lái)說(shuō)，合金的熔點(diǎn)比成分金屬的熔點(diǎn)低；b項(xiàng)，在熔劑層覆蓋下熔煉，可隔絕空氣，防止高溫鋁液被o2氧化；c項(xiàng)，鎂鋁合金中的鋁能與naoh溶液反應(yīng)；d項(xiàng)，合金中的mg、al均能與鹽酸反應(yīng)。5用于制造火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、航天飛機(jī)制動(dòng)閘的金屬要求有良好的熱學(xué)性能，比如熔點(diǎn)高、比熱容高、熱導(dǎo)率高、適宜的熱膨脹率等優(yōu)異性能。根據(jù)下表，可選擇出最佳金屬材料為(d)解析：用于制造火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、航天飛機(jī)制動(dòng)閘的金屬要求熔點(diǎn)高、比熱容高、熱導(dǎo)率高、適宜的熱膨脹率等特點(diǎn)，綜合比較選d。6下列說(shuō)法中不正確的是(b)a金屬的冶煉原理，就是利用氧化還原反應(yīng)，在一定條件下將金屬?gòu)牡V石中還原出來(lái)b冶煉金屬時(shí)，必須加入一種物