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成才之路 化學 路漫漫其修遠兮吾將上下而求索 人教版 必修1 金屬及其化合物 第三章 第三節(jié)用途廣泛的金屬材料 第三章 隨著科學技術(shù)的飛躍發(fā)展 金屬的用途日新月異地變化著 改善鋼質(zhì)量的錳 用作戰(zhàn)爭金屬和宇宙潤滑劑的鉬 最難熔的金屬和光明的使者鎢 最硬的金屬鉻 最重的金屬鋨 會貯藏氣體的鈀 能顯示蹤跡的鈷 長眼睛 的銣和銫 被稱為 原子能工業(yè)之寶 的鈹和鋰 多才多藝 的鋯 鋼鐵的維生素釩 不怕烈火的鉭 未來的金屬鈦 超導元素鈮 神通廣大的鋁 珍貴而實用的鉑 用途日新月異的銀 國際金融交換媒介的金 核時代的燃料鈾和釷 正在各顯神通 人類生活在金屬世界中 一刻也離不開金屬 下面我們就以生鐵和鋼為例 來了解合金有哪些方面的重要應(yīng)用 1 了解合金的定義及特性 2 了解銅合金和鋼的分類 組成及用途 3 初步認識合理使用金屬材料的意義 學習目標 1 合金是由 或 的金屬 或金屬跟非金屬 而成的具有金屬特性的物質(zhì) 2 合金具有許多優(yōu)良的物理 化學或機械性能 如硬度 各成分金屬 熔點 各成分金屬 3 我國使用最早的合金是 司母戊鼎是 制品 其成分為 等 常見的銅合金還有 成分是Cu和Zn及少量的Sn Pb Al等 和 成分是Cu和Ni Zn及少量的Mn 新知預(yù)習 兩種 兩種以上 熔合 大于 低于 青銅 青銅 Cu Sn Pb 黃銅 白銅 4 用量最大 用途最廣的合金是 鋼分為 和 兩大類 5 選擇材料時 常常要考慮以下幾個方面 1 主要用途 2 外觀 3 物理性質(zhì) 如 4 化學性質(zhì) 5 價格 6 加工難度 7 日常維護 8 對環(huán)境的影響等 鋼 碳素鋼 合金鋼 密度 硬度 強度 導電性 導熱性 1 硬鋁是Al Cu Mg Mn Si的合金 它可用作制造飛機的材料 為什么不可以直接用Al來制造飛機呢 提示 選擇材料的首要條件是能夠滿足一定的需要 制造飛機的材料就要滿足降低起飛重量 強度高 耐沖擊 耐高溫等條件的要求 硬鋁合金重量小 硬度大 適合制造飛機外殼 而純鋁的硬度和強度都不合格 所以不可以直接用Al來制造飛機 自主探究 2 首飾店里的金首飾除了黃金的以外 還有白金和鉑金的首飾 這么多品種 你能解釋它們的成分嗎 提示 在不規(guī)范的市場上 鉑金和K白金都被人習慣地叫做白金 所以有些消費者懷疑鉑金和白金是不是一種金屬 鉑 也稱鉑金 它的英文是platium 一般以其縮寫Pt為代號 而商家所售的標有18K白金或18KWG的金首飾 則是黃金中加入25 的鈀或鎳的白色合金 它實際上就是K金的一種 其黃金含量為75 鉑金與K金可以從如下幾點進行區(qū)別 鉑金是一種天然純白色的金屬 K白金是黃金與鈀 鎳 銀和鋅等金屬的合金 故又稱K白黃金 鉑金抗強酸 堿腐蝕 抗氧化 化學性質(zhì)比K白金穩(wěn)定 鉑金首飾均打有 Pt 印記及成色 而K白金的記號為 18KWG 1 合金的概念由兩種或兩種以上的金屬 或金屬跟非金屬 熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì) 2 合金的特性 1 合金具有許多優(yōu)良的物理 化學或機械性能 2 合金的硬度一般大于其成分金屬 3 合金的熔點多數(shù)低于其成分金屬 合金及常見的合金 教材點撥 例如 已知四種金屬的熔沸點 溫馨提示 1 并非所有的金屬都能形成合金 因為兩種金屬 必須熔合在一起才能形成合金 根據(jù)數(shù)據(jù)分析當銅達到熔點時 金屬鈉已達到了沸點 由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài) 故不能熔合在一起 同理 鐵與鈉也不能形成合金 而Fe與Cu Al與Na能形成合金 2 有關(guān)合金的問題 還要注意以下幾點 合金一定含有金屬元素 合金中可能含有非金屬元素 合金一定是混合物 合金同樣具有金屬的一切共性 合金中成分元素的含量影響合金的性質(zhì) 3 合金的形成條件 1 金屬與金屬形成合金時 合金是金屬在熔化狀態(tài)時相互混合形成的 熔化時的溫度需達到成分金屬中熔點最高的金屬的熔點 但又不能超出成分金屬中沸點最低的金屬的沸點 一種金屬的熔點高于另一種金屬的沸點時則不能形成合金 2 金屬與非金屬形成合金時 部分不活潑非金屬與金屬可形成合金 活潑非金屬與活潑金屬則不能形成合金 4 常見的合金 1 銅合金 2 鐵合金 3 其他合金 溫馨提示 合金的形成改變了金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 對部分物理性質(zhì)影響較大 同時對化學性質(zhì)也有影響 如不銹鋼的抗腐蝕能力比純鐵強得多 2015 吉林省汪清縣六中高三月考 有關(guān)合金的敘述正確的是 A 合金的導電性比成分金屬強B 合金的抗腐蝕性能都很好C 合金的機械強度比各成分金屬小D 多數(shù)合金比成分金屬熔點低 硬度大 典例透析 解析 A 合金的導電性一般比成分金屬弱 錯誤 B 合金的抗腐蝕性不一定都很好 如生鐵的抗腐蝕性不如純鐵 錯誤 C 合金的機械強度一般比各成分金屬大 錯誤 D 多數(shù)合金比成分金屬熔點低 硬度大 正確 答案 D 2015 組卷網(wǎng)合作校特供 用銅鋅合金制成的假金元寶欺騙行人的事件屢有發(fā)生 1 下列不易區(qū)別其真?zhèn)蔚姆椒ㄊ?A 測定密度B 放入硝酸中C 放入鹽酸中D 觀察外觀 2 你能判斷出 合金的性質(zhì)與組成合金的某單一金屬的性質(zhì)相同嗎 3 你能舉出生活中常見的合金的例子嗎 解析 銅鋅合金的外觀與金的外觀極為相似 所以常有用銅鋅合金來冒充金元寶進行詐騙的事例見諸于報端 所以觀察外觀不易區(qū)分假元寶的真?zhèn)?但銅鋅合金的密度及與硝酸和鹽酸反應(yīng)的性質(zhì)與金則存在著較大的差異 很容易將其偽裝揭開 合金與其組分的性質(zhì)不一樣 生活中這樣的合金的例子很多 如鐵制品一般都是鐵碳合金 只要合理即可 答案 1 D 2 不一樣 3 生鐵 熟鐵等 正確使用金屬材料 教材點撥 2 正確使用金屬材料 1 選擇金屬材料應(yīng)考慮的因素 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 不僅要材料本身外觀美 還要使材料的外觀與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào) 物理性質(zhì) 物理性質(zhì)包括密度 硬度 強度 伸縮性 導電導熱性 被水浸潤性等 化學性質(zhì) 化學性質(zhì)主要包括在空氣 水 陽光 酸 堿 鹽等的環(huán)境里的化學穩(wěn)定性 這些性質(zhì)會影響到材料的使用壽命 價格 考慮價格時要把對材料的基本需求和材料的基本性能放在前面 加工難度 考慮加工難度時要將材料的性質(zhì)與加工的技術(shù) 設(shè)備相結(jié)合 日常維護 金屬材料耐腐蝕性相對較弱 在選金屬材料時必須要考慮到使用后的日常維護問題 對環(huán)境的影響 一是要考慮到在使用材料的過程中 它的反光性 放射性 產(chǎn)生的噪音等對環(huán)境的不利影響 二是要考慮到材料的廢棄物對環(huán)境有哪些不利影響 要盡量做到避免有關(guān)的不利影響 2 正確使用金屬材料在使用金屬材料時 除注意選擇的因素外 還要考慮防止和減緩金屬材料的腐蝕 鋁鎂合金因堅硬 輕巧 美觀 潔凈 易于加工而成為新型建筑裝潢材料 主要用于制作窗框 卷簾門 防護欄等 下列與這些用途無關(guān)的性質(zhì)是 A 不易生銹B 導電性好C 密度小D 強度高 解析 導電性與裝飾材料無關(guān) 答案 B 典例透析 某合金與鐵的物理性質(zhì)的比較如下表所示 還知該合金耐腐蝕 強度大 從以上性能看 該合金不適合做 A 導線B 門窗框C 爐具D 飛機外殼 解析 由于該合金的強度和硬度均較大 且耐腐蝕 所以可以用作門框 爐具和制造飛機的材料 但由于其導電性差 所以不做導線使用 答案 A 利用金屬與酸或堿反應(yīng)的性質(zhì)取定量樣品進行實驗 根據(jù)一些可測量的物理量數(shù)值 利用關(guān)系式計算合金中某金屬元素的含量 實驗探究 鋁鎂合金中鎂質(zhì)量分數(shù)的測定思路分析 要測定鋁 鎂合金中鎂的質(zhì)量分數(shù) 必須利用兩者性質(zhì)的差異 鎂不與NaOH溶液反應(yīng) 而鋁可與NaOH溶液反應(yīng)產(chǎn)生氫氣 測定生成氫氣的量即可求出鋁的質(zhì)量 進而求出鎂的含量 金屬混合物組成的判斷 教材點撥 實驗步驟 1 取一塊鋁鎂合金 稱得其質(zhì)量為mg 放入圓底燒瓶中 按如圖組裝好裝置 2 打開分液漏斗的活塞 向圓底燒瓶中放入足量NaOH溶液 至合金不再產(chǎn)生氣泡為止 3 保持廣口瓶和量筒中液面高度相同 讀出量筒中水的體積 即為反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣的體積 4 依據(jù)反應(yīng)原理 計算出合金中鋁的質(zhì)量 進而求出鎂的質(zhì)量分數(shù) 已知實驗條件下的氣體摩爾體積 溫馨提示 合金成分的測定分為定性和定量兩個過程 可通過觀察法大致判斷金屬的種類 也可能通過測定合金的密度對金屬的種類作一大致判斷 通過加酸 加堿驗證離子的種類 對合金的成分作出精確判斷 再通過沉淀 氣體的測量即可實現(xiàn)定量測定 2015 經(jīng)典習題選萃 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 某研究性學習小組的三位同學 為測定某含鎂3 5 的鋁鎂合金 不含其他元素 中鎂的質(zhì)量分數(shù) 設(shè)計下列三種不同實驗方案進行探究 填寫下列空白 探究一 典例透析 實驗步驟 1 稱取5 4g鋁鎂合金粉末樣品 投入VmL2 0mol L 1NaOH溶液中 充分反應(yīng) 則取用NaOH溶液的體積V不小于 2 過濾 洗滌 干燥 稱量固體 該步驟中若未洗滌固體 測得鎂的質(zhì)量分數(shù)將 填 偏高 或 偏低 問題討論 1 某同學提出該實驗裝置不夠完善 應(yīng)在A B之間添加一個干燥 除酸霧的裝置 你的意見是 填 需要 或 不需要 2 為使測定結(jié)果盡可能精確 實驗中應(yīng)注意的問題是 寫出兩點 探究三 實驗方案 稱量xg鋁鎂合金粉末 放在如右圖所示裝置的惰性電熱板上 通電使其充分灼燒 問題討論 1 欲計算Mg的質(zhì)量分數(shù) 該實驗中還需測定的數(shù)據(jù)是 2 若用空氣代替O2進行實驗 對測定結(jié)果是否有影響 填 是 或 否 2015 湖南省瀏陽一中高一月考 鋁 鐵的混合物溶于足量的鹽酸中 再加入過量的NaOH溶液 在空氣中靜置 當紅褐色沉淀不再增加 將沉淀濾出并充分灼燒 得到的固體殘留物恰好跟原混合物的質(zhì)量相等 則此合金中鋁的質(zhì)量分數(shù)為 A 22 2 B 75 7 C 30 0 D 80 6 1 2015 陜西岐山縣高一期末 下列物質(zhì)不屬于合金的是 A 青銅B 鋁C 鋼D 生鐵 解析 合金是指由一種金屬與其它金屬或非金屬熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì) 青銅是銅和錫的混合物 屬于合金 A項屬于合金 鋁屬于單質(zhì) 不是合金 B項不屬于合金 鋼是鐵的合金 當鐵中碳元素的含量達到一定程度時便形成鋼 C項屬于合金 生鐵是鐵的合金 當鐵中碳元素的含量達到一定程度時便形成生鐵 D屬于合金 選B 答案 B 2 2015 綿陽市高一期末 下列有關(guān)金屬及其合金的說法不正確的是 A 生鐵和合金鋼中都含碳B 碳素鋼中含碳量越高 其硬度越大韌性越好C 青銅是我國使用最早的合金D 目前我國流通的硬幣是由合金材料制造的 解析 A 生鐵和鋼都含有Fe C 只不過含碳量不相同 說法是正確的 B 碳素鋼含碳量越低 韌性越好 說法不正確 C 青銅是我國使用最早的合金 說法正確 D 我國流通的硬幣是合金的 說法正確 答案 B 3 2015 上海市閔行區(qū)八校高二期中 工業(yè)生產(chǎn)中常將兩種或多種金屬 或金屬與非金屬 在同一容器中加熱使其熔合 冷凝后得到具有金屬特性的熔合物 合金 這是制取合金的常用方法之一 僅根據(jù)下表數(shù)據(jù)判斷 不宜用上述方法制取的合金是 A Fe Cu合金B(yǎng) Cu Al合金C Al Na合金D Cu Na合金 解析 由題目的信息可知 熔點相差不大的金屬可以融合在一起 其中的Fe Cu Cu Al Al Na都可以融合在一起 而Cu Na不可以 因為銅的熔點大于鈉的沸點 銅開始融化時 鈉已經(jīng)變成蒸汽跑掉了 選D 答案 D 4 2015 湖南省益陽市箴言中學高一月考 有Mg Al Fe Cu四種金屬 若兩兩混合 取混合物26g與足量稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生標準狀況下氫氣11 2L 則此混合物的可能組合最多有 A 2種B 3種C 4種D 5種 解析 結(jié)合各金屬與酸反應(yīng)的關(guān)系式 Mg H2 假設(shè)26g均為Mg 產(chǎn)生氫氣大于1mol 2Al 3H2 假設(shè)26g均為Al 產(chǎn)生氫氣大于1mol Fe H2 假設(shè)26g均為Fe 產(chǎn)生氫氣小于0 5mol 銅不能與硫酸反應(yīng)生成氫氣 題中產(chǎn)生0 5mol氫氣 所以混合物的組合可能為Mg和Fe Mg和Cu Al和Fe Al和Cu 答案 C 5 歷史上金 銀 銅主要是作為貨幣金屬或裝飾品被應(yīng)用 1 金 銀 銅常被作為錢幣流通 從化學角度來看 主要是利用它們的 A 硬度適中B 密度適中C 在自然界里都可得到純凈的單質(zhì)D 不活潑性 2 一位收藏者有一枚表面是黑色 且有少量綠色銹狀物的銅幣 黑色物質(zhì)是 綠色物質(zhì)的化學式是 形成這種綠色物質(zhì)的化學方程式為 這枚金屬幣的真面目為 色 解析 1 金 銀 銅都屬于不活潑金屬 易于加工 因此 在歷史上都曾經(jīng)用作貨幣 2 銅穩(wěn)定性略微差一些 容易與氧氣等物質(zhì)反應(yīng)而 生銹 答案 1 D 2 氧化銅Cu2 OH 2CO3Cu O2 CO2 H2O Cu2 OH 2CO3紅 濕法冶金聽到 冶金 兩個字 你一定會想到爐火熊熊 因為在人們的習慣中 早已將冶金和高溫聯(lián)系在一起了 其實 冶金也可以靜悄悄地進行 這就是濕法冶金 銀光閃閃的小刀浸到硫酸銅溶液中 不多一會兒 小刀表面就披上一層暗紅色的銅 這是鐵和硫酸銅溶液發(fā)生置換反應(yīng)的結(jié)果 古代 人們就觀察到這種現(xiàn)象 在古書上留下了 曾青得鐵則化為銅 的記載 曾青即為CuSO4