高中化学第三章金属及其化合物用途广泛的非金属材料学案新人教必修.docx

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高中化学第三章金属及其化合物用途广泛的非金属材料学案新人教必修

第三章金属及其化合物3.3用途广泛的非金属材料

1.认识合金特征性质。

2．了解常见合金的分类、组成和用途。

3．会合理选用金属材料。

细读教材记主干

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。

4．钢是用量最大、用途最广的合金，它可分为碳素钢和合金钢。

[新知探究]

1．合金的定义

合金是指两种或两种以上的金属（或金属跟非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。

2．合金的性质

（1）合金的硬度一般大于成分金属；

（2）合金的熔点多数低于成分金属。

3．铜和铁是应用很广泛的金属材料，可形成多种合金。

给下列合金找对应关系，用单线连接起来：

[名师点拨]

（1）合金一定含有金属元素，可能含有非金属元素。

（2）合金一定是混合物，合金具有金属的特性。

（3）合金的形成改变了金属的内部结构，对金属的物理性质和化学性质都有影响，如不锈钢的抗腐性比纯铁强得多。

（4）合金的熔点一般比其成分金属的熔点低。

[对点演练]

1．铁是人类较早使用的金属之一。

据有关报道，目前已能冶炼出纯度高达99.9999%的铁。

（1）你估计它不会具有的性质是________

a．硬度比生铁低　　b．熔点比钢的熔点高

c．不能与盐酸反应

（2）纯铁的实际使用范围有限，人们大量使用的是铁的合金。

钢铁是铁和碳的合金的总称，其强度高、价格便宜，应用广泛。

在以下关于不锈钢和普通钢的认识中，你认为正确的是________

a．它们的组成元素是相同的

b．耐腐蚀的性能不同

c．它们都属于钢，因此物理性质是一样的

d．构成普通钢和不锈钢的主要元素都是铁，因此它们的化学性质完全相同

解析：

（1）生铁是铁的合金，其硬度比纯铁大的多，a对；铁的合金——钢的熔点比成分金属铁的熔点低，铁的纯度越高，熔点越高，b对；c错。

（2）不锈钢是在普通钢的基础上，加入铬、镍等多种元素炼成的钢材，镍元素的加入，使不锈钢在多种酸、碱、盐的水溶液中也具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性。

答案：

（1）c　

（2）b

[新知探究]

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；若根据密度大小，可分为重金属（密度大于4.5g/cm3）和轻金属（密度小于4.5g/cm－3）；若根据性能特点，可分为黑色金属（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

物理性质比较

导电性（以银的导电性为100作

标准）

银　铜　金　铝　锌　铁　铅

100　99　74　61　27　17　7.9

金　　铅　　银　　铜　　铁　　锌　　铝

19.3　11.3　10.5　8.92　7.86　7.14　2.07

溶点/℃

钨　　铁　　铜　　金　　银　　铝　　锡

3410　1535　1083　1064　962　660　232

硬度（以金刚石

的硬度为10作

标准）

铬　　铁　　银　　铜　　金　　铝　　铅

9　4～5　2.5～4　2.5～3　2.5～3　2～2.9　1.5

[问题讨论]

（1）为什么菜刀、锤子等通常用铁制而不用铅制？

提示：

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）银的导电性比铜好，为什么导线一般用铜制而不用银制？

提示：

银和铜的导电性相近，但银比铜贵得多，且电线用量大，所以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？

提示：

因为钨的熔点高（3410℃），而锡的熔点（232℃）太低，通电时锡就熔化了，所以用钨丝而不用锡丝作灯泡的灯丝。

[名师点拨]

　正确选用金属材料的一般思路

（1）金属的性质决定其主要用途，在选用材料时应首先考虑其性质与用途的一致性。

（2）所选材料的强度、机械性能、外观、加工难度等主要从金属的物理性质考虑，如密度、硬度、延展性、导电性、导热性、强度等。

（3）材料的稳定性、日常维护应从其化学性质考虑，如在空气、水、酸、碱、盐环境的化学稳定性及耐腐蚀性等。

（4）材料的经济性，如价格，应从原料的储量、开采与冶炼难度等方面考虑。

[对点演练]

2．

（1）选择填空：

将铝的用途与性质对应起来（每个选项只选用一次）。

A．质轻　　B．延展性好　　C．易传热　　D．易导电

①太阳能热水器：

____________；②飞机：

____________；③电缆：

____________；④铝箔：

____________。

（2）铝合金材料属于____________（填“纯净物”“混合物”或“单质”）。

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。

答案：

（1）①C　②A　③D　④B　

（2）混合物

1．在我国使用最早的合金是（　　）

A．青铜器　　　　　　　　B．白铜制品

C．铁制品D．石块

解析：

选A　根据我国的文献记载，青铜器是我国使用最早的合金。

河南出土的司母戊鼎是青铜制品。

2．钢材可以用作桥梁的结构材料是因为它（　　）

A．有良好的导热性B．有一定的机械强度

C．不易受空气和水的作用D．有良好的导电性

解析：

选B　钢材具有一定的机械强度，可用作桥梁的结构材料。

3．关于合金的性质的说法中，错误的是（　　）

A．多数合金的硬度一般比其各成分金属的硬度高

B．多数合金的熔点一般比其各成分金属的熔点低

C．合金的物理性质一般与其各成分金属的物理性质不同

D．合金的化学性质一般与其各成分金属的化学性质不同

解析：

选D　合金的性质与成分金属相比，一般硬度、机械强度会变大，但是熔点却比其任意一种成分金属要低，所以物理性质发生变化，但是在发生化学反应的时候，各种金属还是按照纯金属的反应进行，即形成合金后，各成分金属的化学性质不变。

4．小华的妈妈买了一个黄金手镯，小华想通过实验来证实这个手镯是不是用铜锌合金制成的仿制品，他不能选用的试剂是（　　）

A．MgCl2　　B．H2SO4　　C．AgNO3　　D．CuSO4

解析：

选A　锌铜的金属活动性比镁弱，故锌铜都不能与MgCl2溶液反应，无法证明。

5．某合金与铁的物理性质的比较如下表所示：

某合金

铁

熔点（℃）

2500

1535

续表

某合金

铁

密度（g/cm3）

3.00

7.86

硬度（金刚石为10）

7.4

4.5

导电性（银为100）

2.3

17

还知该合金耐腐蚀，从以上性能看，该合金最不适合做（　　）

A．导线B．门窗框

C．炉具D．飞机外壳

解析：

选A　综合考虑各参数，该合金的密度大、导电性差，不宜做导线。

6．（2016·唐山高一检测）A为两种金属的合金，发生如图的变化：

试填写以下空白：

（1）合金A由________和________组成。

（2）写出下列变化的离子方程式。

C→E________________________________________。

D→F________________________________________。

解析：

合金与盐酸反应后的溶液为浅绿色，通入氯气后变为棕黄色，由此推知合金含有Fe，加入过量氢氧化钠溶液后得到无色溶液E，再加入盐酸后产生白色沉淀，可知含有铝元素。

答案：

（1）Al　Fe

（2）Al3＋＋4OH－===AlO

＋2H2O

Fe（OH）3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O

课时达标训练（十九）

一、选择题

1．只含有下列成分的物质一定不是合金的是（　　）

A．Fe、C　　　　　　　　B．Cu、Zn

C．Al、CuD．C、Si

解析：

选D　C、Si均为非金属元素，根据合金的定义，合金中必然含有金属元素。

2．铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。

下列与这些用途无关的性质是（　　）

A．不易生锈B．导电性好

C．密度小D．强度高

解析：

选B　窗框、卷帘门、防护栏与导电性无关。

3．“垃圾是放错了位置的资源”，应该分类回收，生活中废弃的不锈钢刀、铝质易拉罐、铜导线等可以归为一类加以回收，它们属于（　　）

A．碱B．金属或合金

C．氧化物D．盐

解析：

选B　不锈钢刀、铝质易拉罐、铜导线均是由金属材料制成的，应将它们归为金属或合金一类。

4．下列物质不属于铁合金的是（　　）

A．不锈钢B．碳素钢

C．生铁D．氧化铁

解析：

选D　氧化铁是氧化物，不具有金属的性能。

5．（2016·洛阳高一检测）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

解析：

选C　因为制作合金时，没有发生化学反应，只是将它们混熔在一起了，所以各成分金属都保持各自的化学性质。

6．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．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

解析：

选D　A项，不锈钢亦可含有非金属元素；B项，我国流通的硬币为合金，含有锡等金属；C项，明代没有发现冶炼铝的方法，不可能有铝制餐具；D项，合金的硬度一般比其成分金属的硬度大。

7．有人要用金属材料做一个匾额的边框挂在墙上，从美观、经济、轻便的角度考虑，最好选用（　　）

A．钢铁B．铝合金

C．银合金D．金

解析：

选B　铝合金既经济又轻便，也很美观，是符合要求的材料。

8．（2016·长沙高一检测）汞合金是目前使用较多的补牙材料。

英国《新科学家》杂志发表了一篇文章，对汞合金补牙材料的安全性提出了质疑。

汞合金补牙材料中除了水银外，还含有锌、锡、铜等金属。

下列有关汞合金的说法不正确的是（　　）

A．汞合金是一种具有金属特性的物质

B．汞合金的强度和硬度比锡的大

C．汞合金的熔点比汞的低

D．汞合金的毒性远低于汞的毒性

解析：

选C　合金是金属与金属（或非金属）熔合成的具有金属特性的物质，所以A正确；合金一般比其成分金属的强度和硬度都大，所以B正确；因为补牙的结果是得到强度较大的固体，所以汞合金应不呈液态，即其熔点不会比汞的低，所以C错误、D正确。

9．金属及其制品在腐蚀介质中很容易被腐蚀，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顺利进行。

下列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厚度

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

解析：

选A　本题考查防止或减缓金属材料腐蚀的措施。

10．（2016·杭州高一检测）将5.0g某金属合金放入足量的稀盐酸中，共收集氢气在标准状况下的体积为2.24L，则该金属合金可能是（　　）

A．Mg－Al合金B．Fe－Al合金

C．Fe－Zn合金D．Cu－Zn合金

解析：

选B　由题意知，n（H2）＝

＝0.1mol，即产生0.1molH2消耗金属合金为5.0g，产生1molH2消耗金属合金为50g，满足此条件的要求是产生1molH2时消耗一种金属质量大于50g，消耗另一种金属质量小于50g。

对于给出的金属，产生1molH2时消耗金属的质量分别为m（Mg）＝24g，m（Al）＝18g，m（Fe）＝56g，m（Zn）＝65g。

Cu与稀盐酸不反应，故选B。

11．由中国社会科学院考古研究所、成都文物考古研究所、成都金沙遗址博物馆共同举办的《殷墟宝藏展览》展出了“司母辛鼎”，它是中国出土的第二大鼎。

至今为止出土的国宝级青铜器中有些看上去仍然熠熠生辉。

下列对其原因的分析中最可能的是（　　）

A．它们的表面电镀上了一层耐磨的黄金

B．环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去

C．铜属于金属活动性较弱的金属，因此不被氧化

D．它们是由含有一定比例金、银、锡、锌的铜合金制成的

解析：

选D　古代没有电镀技术，有些国家级青铜器至今看上去仍然熠熠生辉，其材料应是抗腐蚀性强的铜合金。

12．（2016·珠海高一检测）某化学小组在常温下测定一定质量的某铜铝混合物中铜的质量分数，设计了如下实验方案：

方案Ⅰ：

铜铝混合物

测定生成气体的体积。

方案Ⅱ：

铜铝混合物

测定剩余固体的质量。

下列有关判断中不正确的是（　　）

A．溶液A和B均可以是盐酸或NaOH溶液

B．溶液A和B均可以选用稀硝酸

C．若溶液B选用浓硝酸，则测得铜的质量分数偏小

D．实验室方案Ⅱ更便于实施

解析：

选B　因铝具有两性，而铜不能与碱、无氧化性酸反应，所以A和B是盐酸或氢氧化钠时，都与铝反应，故A正确；又因测固体质量比测气体体积易进行，故D正确；若A和B都选用稀硝酸时则方案Ⅱ无法实施，故B错；若B是浓硝酸时则铝钝化生成Al2O3，导致剩余固体质量增加，所以测得铜的质量分数偏小，故C正确。

二、非选择题

13．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，请回答下列问题。

（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[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的反应的化学方程式：

_____________________。

（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为什么铜常用于制造货币（铜的熔点是1183.4℃，铁的熔点是1534.8℃）:

________________________________________________________________________。

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，故可用盐酸除去。

（3）铜在古代作为货币主要因为其熔点低，易于铸造，且不易腐蚀。

答案：

（1）CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu

（2）Cu2（OH）2CO3＋4HCl===2CuCl2＋CO2↑＋3H2O

（3）铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀；铜的熔点低，容易冶炼铸造成形

14．某铝合金（硬铝）中含有铝、镁、铜、硅，为了测定该合金中铝的含量，有人设计了如下方案：

（1）取样品ag，称取时使用的仪器名称为________。

（2）将样品溶于足量的稀盐酸中，过滤，滤液中主要含有__________（填离子符号），滤渣中含有__________，在溶解过滤时使用的仪器有__________。

（3）在滤液中加入过量的氢氧化钠溶液，过滤。

写出该步操作中有关反应的化学方程式：

____________________。

（4）在第（3）步的滤液中通入足量CO2，过滤，将沉淀用蒸馏水洗涤数次后，烘干并灼烧至质量不再减小为止，冷却后称量，质量为bg。

该样品中铝的质量分数为________________。

解析：

将样品溶于盐酸发生的反应为Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑，2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑；铜、硅与盐酸不反应，所以过滤后所得滤液中含有Mg2＋、Al3＋，滤渣中含有铜和硅；滤液中加入过量的NaOH时，发生的反应是MgCl2＋2NaOH===Mg（OH）2↓＋2NaCl，AlCl3＋4NaOH===NaAlO2＋3NaCl＋2H2O，所以得到的滤液中铝元素以AlO

存在，所以可知在通入CO2时会反应而得到Al（OH）3沉淀，然后将Al（OH）3加热灼烧后得到氧化铝。

所以氧化铝的质量为bg，其中铝的质量为

g，即为合金中铝的质量，所以合金中铝的质量分数为

×100%。

答案：

（1）托盘天平

（2）Mg2＋、Al3＋　铜和硅　漏斗、玻璃棒、烧杯、铁架台（带铁圈）、滤纸

（3）MgCl2＋2NaOH===Mg（OH）2↓＋2NaCl，

AlCl3＋4NaOH===NaAlO2＋3NaCl＋2H2O

（4）

×100%

15．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）已知活泼金属可把比其活泼性差的金属从其氧化物中置换出来，则合金A与D在高温下反应的化学方程式_____________________。

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）由沉淀C的颜色知C为Fe（OH）3，则D是Fe2O3，则合金是FeAl，Al在高温下可置换出Fe。

答案：

（1）过滤　

（2）Al3＋、H＋

（3）2Al＋Fe2O3

Al2O3＋2Fe

[能力提升]

16．已知某合金中除铝外还可能含有铁和铜中的一种或两种，所含金属的质量分数都在5%以上。

请设计合理的实验探究该合金中铁、铜的存在。

限选择的仪器和试剂：

烧杯、试管、玻璃棒、量筒、容量瓶、胶头滴管、药匙、酒精灯、坩埚、坩埚钳、1mol/L硫酸、新制氯水、2mol/LNaOH溶液、KSCN溶液。

完成以下实验探究过程：

（1）提出假设

假设1　该合金中除Al外还含有________元素；

假设2　该合金中除Al外还含有________元素；

假设3　该合金中除Al外还含有Fe、Cu元素。

（2）实验过程

基于假设3，完成下列实验操作、预期现象与结论。

编号

实验操作

预期现象与结论

①

②

③

④

解析：

（1）因该合金中除Al外还可能含有Fe和Cu中的一种或两种，故只有三种可能：

除Al外，只含有Cu，只含有Fe或Cu和Fe都存在。

（2）因题目明确提出，按照假设3进行实验。

该合金中的三种金属中Al和Fe都可以和稀硫酸反应生成H2，Cu不与稀硫酸反应；Fe与Cu都不与NaOH溶液反应，只有Al与NaOH溶液反应。

所以可先用NaOH溶液使Al溶解，再使不溶物与稀硫酸反应使Fe溶解为Fe2＋，然后用新制氯水将Fe2＋氧化为Fe3＋，并用KSCN溶液证明含有Fe3＋，最后将不溶物在坩埚中加热使Cu变为CuO，并用稀硫酸使之溶解，得到蓝色溶液证明含有Cu2＋即可证明Cu的存在。

答案：

（1）Cu　Fe（答案的顺序可交换）

（2）①用药匙取少许样品，加入试管A中，再用胶头滴管滴加NaOH溶液到试管A中至过量，充分反应后，静置，弃去上层清液，剩余固体备用　样品部分溶解，并有气体放出，可能含Cu　②往试管A的剩余固体中加入过量稀硫酸，充分反应后，静置，取上层清液于试管B中，剩余固体备用　固体部分溶解，并有气体放出，溶液呈浅绿色，可能含Fe　③往试管B中加入少许新制氯水，再滴加KSCN溶液　溶液先变成棕黄色，加KSCN后显红色，结合②可知，一定含Fe　④取出②剩余固体在坩埚中加热，将加热后的固体移入试管C中，再滴加稀硫酸　滴加稀硫酸后试管C中的固体溶解，溶液显蓝色，说明一定含Cu

17．欲测定某铝铜合金的组成，进行了如下实验：

称取粉末状样品1.0g，量取某浓度的盐酸20mL，第一次往样品中加入盐酸10mL，收集到标准状况下的气体224mL；再往样品中加入盐酸10mL，又收集到标准状况下的气体112mL。

试求：

（1）所取盐酸的物质的量浓度为________。

（2）样品中铝的质量分数为________。

解析：

由题意得，当加入10mL盐酸时生成224mLH2（即0.01mol），此时盐酸完全反应，因此盐酸的物质的量浓度为

＝2mol/L；当再加入10mL盐酸时，只生成112mLH2（即0.005mol），说明铝完全反应，根据反应2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑可知，生成0.015molH2，需用n（Al）＝0.01mol，w（Al）＝

×100%＝27%。

答案：

（1）2mol/L　

（2）27%