資源簡介

金屬材料
【核心素養發展目標】
1．能從合金結構與組成的角度理解合金的特殊性能，培養宏觀辨識與微觀探析的能力
2．列舉常見合金的組成和性能，能科學、合理的選擇和使用金屬材料，培養學生的科學態度和社會責任感
【主干知識梳理】
一、合金
1．合金的形成：合金是指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
2．合金的化學性質：合金是混合物，具有各成分金屬的化學性質
3．合金的結構與特性
(1)結構：純金屬內加入其他元素，結構發生變化
(2)特性：合金具有不同于各成分金屬的物理、化學性能或機械性能
①熔點：合金的熔點一般低于各成分金屬或非金屬單質的熔點
②硬度：常見的一些合金的硬度比其成分金屬的大，原因是形成合金后，改變了金屬原子有規則的層狀排列，使原子層之間的相對滑動變得困難
【微點撥】
①構成合金的成分不一定是兩種或兩種以上的金屬，也可以是金屬與非金屬，合金中一定含金屬元素
②合金的性質不是各成分金屬的性質之和。合金具有許多良好的物理、化學和機械性能，在許多方面不同于各成分金屬，不是簡單加合；但在化學性質上，一般認為合金體現的是各成分金屬的化學性質
③并非所有的金屬都能形成合金，兩種金屬形成合金，其前提是兩種金屬在同一溫度范圍內都能熔化，若一種金屬的熔點大于另一種金屬的沸點，則二者不能形成合金
④合金一定是混合物，沒有固定的熔點
⑤常溫下，多數合金是固體，但鈉鉀合金是液體
【對點訓練1】
1．下列所用的材料不屬于合金的是(　　)
A．家用的鋁窗 B．建筑用的鋼筋
C．鑄造用的黃銅 D．溫度計用的水銀
2．制取合金常用的方法是將兩種或多種金屬(或金屬與非金屬)加熱到某一溫度，使其全部熔化，再冷卻得到合金。根據表中數據判斷(其他條件均滿足)，下列合金不易采取這種方法制取的是(　　)
金屬 Na Mg Al Fe
熔點/℃ 97.5 649 660 1 535
沸點/℃ 883 1 090 2 467 2 750
A．Fe－Al合金 B．Na－Al合金 C．Na－Fe合金 D．Mg－Al合金
3．工業生產中常將兩種金屬在同一容器中加熱使其熔化，冷卻后得到具有金屬特性的熔合物——合金。下表為一些金屬元素單質的熔點和沸點的數據(其他條件均已滿足)，判斷哪些金屬不易跟其他金屬制得合金(　　)
金屬 Fe Cu Zn Ag Au W
熔點/℃ 1 535 1 083 419.5 960.8 1 063 3 380
沸點/℃ 2 750 2 567 907 2 212 2 707 5 637
A．Zn、Fe B．Fe、W C．W、Zn D．Ag、Fe
4．合金與純金屬制成的金屬材料相比，優點是(　　)
①合金的硬度一般比它的各成分金屬的大　②一般地，合金的熔點比它的各成分金屬的更低　③改變原料的配比、改變形成合金的條件，可以得到具有不同性能的合金　④合金比純金屬的導電性能更強　⑤合金比純金屬的應用范圍更廣泛
A．①②③⑤ B．②③④ C．①②④ D．①②④⑤
二、鐵合金：生鐵和鋼是含碳量不同的兩種鐵碳合金
1．生鐵
(1)生鐵的含碳量：2%～4.3%
(2)性能及用途：生鐵硬度大、抗壓，性脆、可以鑄造成型，是制造機座、管道的重要材料
2．鋼：鋼是用量最大，用途最廣的合金
(1)鋼的含碳量：0.03%～2%
(2)性能及用途：鋼有良好的延展性，機械性能好，可以鍛軋和鑄造，廣泛用于制造機械和交通工具等
(3)鋼根據化學成分，可分為兩大類：碳素鋼和合金鋼
①碳素鋼根據含碳量不同可分為高碳鋼、中碳鋼和低碳鋼，其性能和用途如下
名稱 含碳量 性能及用途
低碳鋼 低于0.3% 韌性、焊接性好，但強度低，用于制造鋼板，鋼絲和鋼管等
中碳鋼 0.3%～0.6% 強度高，韌性及加工性好，用于制造鋼軌、車輪和建材等
高碳鋼 高于0.6% 硬而脆，熱處理后彈性好，用于制造器械、彈簧和刀具等
②合金鋼也叫特種鋼，是在碳素鋼里適量地加入一種或幾種合金元素，使鋼的組織結構發生變化，從而使鋼具有各種特殊性能，如強度、硬度大，可塑性、韌性好，耐磨，耐腐蝕等
名稱 主要合金元素 主要特性 主要用途
不銹鋼 鉻、鎳 大氣中比較穩定，不容易生銹，具有很強的抗腐蝕能力 醫療器材、廚房用具和餐具、地鐵列車的車體材質等
超級鋼 Mn、C、Al、V 強度很大，在應用時能夠實現鋼板的輕薄化 汽車、航空和航天等領域
錳鋼 錳 韌性好，硬度大 鋼軌、軸承、鋼模、挖掘機鏟斗、坦克裝甲
硅鋼 硅 導磁性好 變壓器、發電機和電動機中的鐵芯
鎢鋼 鎢 耐高溫、硬度大 刀具
【對點訓練2】
1．鐵和不銹鋼(鐵合金)都是生活中常見的材料，下列說法中不正確的是(　　)
A．鐵和不銹鋼都能與鹽酸反應 B．鐵是純凈物，不銹鋼是混合物
C．鐵和不銹鋼都只含有金屬元素 D．不銹鋼比鐵更耐腐蝕
2．不銹鋼通常不與酸、堿、鹽反應，是因為加入了(　　)
A．Ni和Cr B．Ni和Au C．Cr和 Au D．Cr和Pt
3．將10 g鐵碳合金放入氧氣中高溫灼燒，反應后的氣體通入過量石灰水中得到沉淀1.4 g。則此鐵碳合金是(　　)
A．生鐵 B．高碳鋼 C．中碳鋼 D．低碳鋼
4．下列關于鋼的說法不正確的是(　　)
A．根據含碳量不同，碳素鋼可分為高碳鋼、中碳鋼和低碳鋼
B．含碳量低的鋼，硬度較大，韌性較弱
C．向鋼中加入一定量的一種或幾種其他元素，可得到具有各種不同性能的合金鋼
D．不銹鋼中主要加入了鉻、鎳兩種元素
5．鋼筆的筆頭是合金鋼，其筆頭尖端是用機器軋出的便于使用的圓珠體。為了改變筆頭的耐磨性能，在筆頭尖端點上銥金粒，為區別鋼筆而叫銥金筆，銥金筆是筆頭用黃金的合金、筆尖用銥的合金制成的高級自來水筆。下列說法中錯誤的是(　　)
A．鋼筆的筆頭不易被氧化，抗腐蝕性能好
B．銥金筆的耐磨性能比鋼筆要好
C．銥金筆的筆頭和筆尖都是用純金屬制成的
D．銥金筆經久耐磨，書寫時彈性特別好，是一種理想的硬筆
三、鋁和鋁合金
1．鋁、氧化鋁的性質
(1)鋁的存在：鋁是地殼中含量最多的金屬元素
(2)鋁與O2的反應
①鋁是一種活潑金屬，在常溫下就能與空氣中的氧氣發生反應，表面生成一層致密的氧化鋁薄膜并牢固地覆蓋在鋁表面，防止鋁進一步被氧化，因此鋁在空氣中表現出良好的抗腐蝕性
②熱時，鋁粉可在空氣中燃燒，放出大量熱，化學方程式：4Al＋3O22Al2O3
(3)鋁、氧化鋁與酸反應
實驗過程 在一支試管中加入5 mL鹽酸，再向試管中放入一小塊鋁片。觀察現象。過一段時間后，將點燃的木條放在試管口，你觀察到什么現象？
實驗操作
實驗現象 鋁片逐漸溶解，有無色氣泡冒出，將點燃的木條放在試管口有爆鳴聲
化學(離子)方程式 2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑ 2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O
(4)鋁、氧化鋁與NaOH溶液反應
實驗過程 在兩支試管中分別加入少量的NaOH溶液，然后向其中一支試管中放入一小塊鋁片，向另一支試管中放入用砂紙仔細打磨過(除去表面的氧化膜)的一小塊鋁片。觀察現象。過一段時間后，將點燃的木條放在兩支試管口，你觀察到什么現象？
實驗操作 INCLUDEPICTURE "E:\\馬珊珊\\2019\\同步\\化學\\化學 人教版 必修第一冊（新教材）\\化學279.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\馬珊珊\\2019\\同步\\化學\\化學 人教版 必修第一冊（新教材）\\化學279.TIF" \* MERGEFORMATINET
實驗現象 試管①中一開始無氣泡產生，一段時間后，鋁片溶解，有無色氣泡冒出，試管②中鋁片立即溶解，產生無色氣泡，將點燃的木條放在試管口，都有爆鳴聲
化學(離子)方程式 2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑ 2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O
實驗結論 ①鋁既能與稀鹽酸反應又能與NaOH溶液反應，都生成鹽和氫氣②氧化鋁既能與稀鹽酸反應又能與NaOH溶液反應，都生成鹽和水
【微點撥】
①常溫下，鋁遇冷的濃硝酸、濃H2SO4時，在表面生成致密的氧化膜而發生鈍化
②兩性氧化物：既可以與酸反應又可以與堿反應生成鹽和水的氧化物
2．鋁及其合金的用途
(1)鋁合金是目前用途廣泛的合金之一，硬鋁是一種鋁合金，含Cu 4%、Mg 0.5%、Mn 0.5%、Si 0.7%。它密度小、強度高，具有較強的抗腐蝕能力，是制造飛機和宇宙飛船的理想材料
(2)與其他金屬(或非金屬)熔合形成鋁合金，鋁的合金具有密度小、強度高、塑性好、制造工藝簡單、成本低、抗腐蝕能力強等特點，主要用于建筑業、交通運輸業以及電子行業。鋁合金可做建筑外墻材料及房屋的門窗，可制成汽車車輪骨架和飛機構件，還可用于制造電子元件等
(3)利用其導電性，制造電線、電器元件等
(4)利用其強的還原性，冶煉熔點高的金屬、焊接鋼軌等
3．使用鋁制品應注意的問題
(1)鋁制品耐用是因為表面有致密的氧化鋁保護膜，Al2O3是兩性氧化物，既可以與酸反應又可以與堿反應，所以鋁制餐具不宜用來蒸煮或長時間存放酸性或堿性食物
(2)含氯化鈉的物質不能用鋁制品盛放。這是因為鋁制品表面雖然有致密的氧化膜保護層，但若遇到氯化鈉溶液，其中的氯離子會破壞氧化膜的結構，加速鋁制品的腐蝕。因此，鋁制品不宜用來長時間盛放咸菜等腌制食品
【對點訓練3】
1．鎂鋁合金質優體輕，又不易銹蝕，大量用于航空工業、造船工業、日用化工等領域。下列關于鎂鋁合金性質的敘述中，不正確的是(　　)
A．此合金的熔點比鎂和鋁的熔點都低 B．此合金能全部溶解于足量稀鹽酸中
C．此合金能全部溶解于足量氫氧化鈉溶液中 D．此合金的硬度比鎂和鋁的硬度都大
2．下列金屬材料中，最適合用于制造飛機部件的是(　　)
A．鎂鋁合金 B．銅合金 C．不銹鋼 D．鉛錫合金
3．鋁鎂合金材料在現代裝飾材料中占有極為重要的地位，這種材料常用于制作門窗框、防護欄等。鋁鎂合金的下列性質與以上用途無關的是(　　)
A．不易生銹 B．導電性好 C．密度小 D．強度高
4．下列有關廚房鋁制品的使用中，你認為合理的是(　　)
A．盛放食醋 B．燒煮開水 C．用金屬絲擦洗表面的污垢 D．用堿水洗滌
5．在空氣中鋁制品比鐵制品耐腐蝕的原因是(　　)
A．鋁的金屬活動性比鐵弱 B．鋁不與氧氣發生化學反應
C．鋁在空氣中易與氧氣反應形成一層致密的氧化膜 D．鋁的密度比鐵的密度小
6．鋁既能與稀硫酸反應，又能與燒堿溶液反應，下列說法不正確的是(　　)
A．兩個反應都是氧化還原反應 B．鋁與硫酸反應時，硫酸做氧化劑
C．鋁與燒堿溶液反應時，氫氧化鈉做氧化劑 D．兩個反應都有氣體生成
7．某無色溶液放入鋁片后有氫氣產生，則在該溶液中下列離子一定可以大量存在的是(　　)
A．Na＋ B．Mg2＋ C．H＋ D．CO
8．C919大型飛機的主結構材料大量使用了鋁鋰合金，鋁鋰合金的優點是(　　)
A．高強度、導熱性 B．低密度、高強度
C．低密度、導電性 D．導熱性、導電性
9．“神八”與“天宮一號”的成功對接，標志著中國的航空鋁材處于世界領先的行列。下列關于鋁合金的說法中錯誤的是(　　)
A．鋁合金是一種混合物，它比純鋁的熔點低
B．高溫鋁液易被氧化，鋁合金應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法溶解
10．甲、乙兩個燒杯中分別盛有100 mL 4.0 mol·L－1的鹽酸和100 mL 4.0 mol·L－1 NaOH溶液，向兩個燒杯中均加入5.4 g鋁粉，在相同狀況下產生氣體的體積比為(　　)
A．1∶1 B．2∶3 C．3∶2 D．3∶1
11．質量之比為2∶3的金屬鋁分別與足量稀硫酸和NaOH溶液反應，則產生H2的體積之比是(　　)
A．1∶2 B．1∶3 C．2∶3 D．3∶2
12．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。
(1)下列物質不屬于合金的是_______
A．明礬 B．硬鋁 C．生鐵 D．青銅
(2)已知下表中四種金屬的熔、沸點：
金 屬 Na Cu Al Fe
熔點/℃ 97.8 1 083 660 1 535
沸點/℃ 883 2 567 2 467 2 750
其中不能形成合金的是_______
①Cu與Na　 ②Fe與Cu　 ③Fe與Na　 ④Al與Na
A．①② B．①③ C．①④ D．②④
四、新型合金
1．儲氫合金：一類能夠大量吸收H2，并與H2結合成金屬氫化物的材料。如Ti－Fe合金、La－Ni合金，為氫氣作為能源的實際應用起到重要的推動作用
2．其他新型合金：鈦合金、耐熱合金和形狀記憶合金等新型合金廣泛應用于航空航天、生物工程和電子工業等領域
3．用途廣泛的稀土金屬
(1)稀土元素
①鑭系元素(57～71號元素)及釔和鈧，共17種元素為稀土元素
②我國擁有豐富的稀土資源，現已查明的世界稀土資源中，80%分布在我國，并且品種齊全
(2)用途
①稀土金屬有著廣泛的用途，它既可以單獨使用，也可用于生產合金。在合金中加入適量稀土金屬，能大大改善合金的性能。因而，稀土元素又被稱為冶金工業的維生素
②稀土金屬可用于制造引火合金、永磁材料、超導材料和發光材料等。稀土金屬除廣泛應用在冶金、石油化工、材料工業、醫藥及農業領域外，還逐漸深入到許多現代科技領域
【對點訓練4】
1．我國“蛟龍”號載人潛水器已成功下潛至海中7 062.68米處。“蛟龍”號載人潛水器的外殼是耐超高壓的鈦合金，下面有關合金的說法正確的是(　　)
A．鈦合金是一種新型金屬單質
B．鈦合金熔點比鈦金屬高
C．鈦合金的硬度與鈦單質相同
D．青銅、合金鋼和硬鋁都是合金
2．下列關于新型合金材料說法不正確的是(　　)
A．鑭鎳合金能大量吸收H2形成金屬氫化物，可作儲氫材料
B．鈦合金生物相容性好，強度大，可作人造骨骼
C．形狀記憶合金可在使合金發生形變的作用力消失后恢復原狀
D．利用合金的熔點低于成分金屬這一特點可制得耐熱合金
3．下列說法中不正確的是(　　)
A．我國有豐富的稀土資源，要合理開采
B．稀土金屬在自然界含量很少，只能用于生產合金
C．稀土金屬用途廣泛，被稱為冶金工業的維生素
D．稀土金屬元素的化學性質極為相似
4．下列不屬于新型合金材料的是(　　)
A．儲氫合金 B．形狀記憶合金 C．不銹鋼 D．鎳鈷耐熱合金
5．近年來，我國航空航天事業成果顯著。下列成果所涉及的材料為金屬材料的是(　　)
A．“天宮二號”航天器使用的質量輕強度高的材料——鈦合金
B．“北斗三號”導航衛星使用的太陽能電池材料——砷化鎵
C．“長征五號”運載火箭使用的高效燃料——液氫
D．“C919”飛機機身使用的復合材料——碳纖維和環氧樹脂
6．形狀記憶合金是一種在加熱升溫后能完全消除其在較低的溫度下發生的變形，恢復其變形前原始形狀的合金材料，即擁有“記憶”效應的合金。下列變化不是利用合金記憶效應的是(　　)
A．脊柱側彎矯形采用的哈倫頓棒，如果矯形棒的矯正力有變化，把溫度升高到比體溫約高5 ℃，就能恢復足夠的矯正力
B．合金在高溫環境下制作好天線，再在低溫下把它壓縮成一個小鐵球，運上太空中，太陽的強烈的輻射使它恢復原來的形狀
C．用合金制造的精密儀器或精密車床，一旦由于震動、碰撞等原因變形，只需加熱即可排除故障
D．汽車受損變形后，利用鈑金噴漆整形
【課時跟蹤檢測】
1．下列物質中，不屬于合金的是(　　)
A．硬鋁 B．黃銅 C．鋼鐵 D．水銀
2．只含有下列成分的物質一定不是合金的是(　　)
A．Fe、C B．Cu、Zn C．Al、Cu D．C、Si
3．下列物質中，可稱為合金的是(　　)
A．鈉和氯氣熔合而成的物質 B．鋁粉和鐵粉的混合物
C．鐵的表面鍍上了鋅 D．鐵和少量石墨熔合而成的物質
4．在日常生活中人們經常使用的金屬材料大多數屬于合金，以下關于合金的敘述正確的是(　　)
①青銅是中國歷史上使用最早的合金　 ②合金的熔點一般比各成分金屬熔點高　
③合金往往比各成分金屬的物理、化學或機械性能好　④合金的性質是各成分金屬性質之和
A．①③④ B．①③ C．①② D．①②③④
5．下列關于金屬元素特征的敘述正確的是(　　)
A．金屬元素的原子只有還原性，離子只有氧化性 B．金屬元素在化合物中一定顯正價
C．金屬單質都可以和酸反應置換出氫氣 D．金屬元素的單質在常溫下均為固體
6．下列有關金屬及其合金的說法不正確的是(　　)
A．目前我國流通的硬幣是由合金材料制造的
B．生鐵、普通鋼和不銹鋼中的碳含量依次增加
C．鎂在空氣中燃燒發出耀眼的白光，可用于制作照明彈
D．日用鋁制品表面的氧化膜對內部金屬起保護作用
7．下列關于合金的說法正確的是(　　)
①合金至少含有兩種金屬　②合金中元素以化合物形式存在　③合金的熔點一般比其各成分金屬的低
④合金一定是混合物　⑤鐵銹是一種鐵合金
A．①② B．②③⑤ C．③④ D．③
8．下列關于鐵和鐵合金的有關說法錯誤的是(　　)
A．工業上用一氧化碳將鐵礦石中的鐵還原出來
B．不銹鋼抗腐蝕性能好，長期使用絕對不會生銹
C．制造鐵軌、船舶、橋梁的碳素鋼是鐵和碳的合金
D．使用鐵鍋燒飯菜能為人體提供微量的鐵元素
9．汞合金是目前使用較多的補牙材料，汞合金補牙材料中除了水銀外，還含有鋅、錫、銅等金屬。下列有關汞合金的說法不正確的是(　　)
A．汞合金是一種具有金屬特性的物質 B．汞合金的強度和硬度比錫的大
C．汞合金的熔點比汞的低 D．汞合金的毒性遠低于汞的毒性
10．下列金屬用途和有關性質的對應關系錯誤的是(　　)
選項 金屬用途 金屬的有關性質
A 金可以制成比紙還薄的金箔 延展性
B 炒菜用的鐵鍋 導熱性
C 用鐵回收照相定影廢液中的銀 氧化性
D 用銅制作印刷電路 導電性
11．宋代《千里江山圖》描繪了山清水秀的美麗景色，歷經千年色彩依然，其中綠色來自孔雀石顏料[主要成分為Cu(OH)2·CuCO3]，青色來自藍銅礦顏料[主要成分為Cu(OH)2·2CuCO3]。下列說法錯誤的是(　　)
A．保存《千里江山圖》需控制溫度和濕度
B．孔雀石、藍銅礦顏料不易被空氣氧化
C．孔雀石、藍銅礦顏料耐酸耐堿
D．Cu(OH)2·CuCO3中銅的質量分數高于Cu(OH)2·2CuCO3
12．金屬單質四兄弟W、X、Y、Z不小心掉到稀鹽酸池中，反應如圖所示，則它們的活動性由強到弱的順序是(　　)
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A．X>W>Z>Y B．Z>X>W>Y C．W>X>Y>Z D．Y>Z>X>W
13．合金有許多特點，如Na K合金為液體，而Na和K的單質均為固體。據此，試推測生鐵、純鐵、碳三種物質中，熔點最低的是(　　)
A．純鐵 B．生鐵 C．碳 D．無法確定
14．某合金與鐵的物理性質的比較如下表所示，還知該合金耐腐蝕、強度大，從其性能看，該合金不適合做(　　)
性質 熔點/℃ 密度/(g·cm－3) 硬度(金剛石為10) 導電性(銀為100)
某合金 2 500 3.00 7.4 2.3
鐵 1 535 7.86 4.5 17
A．導線 B．門窗框 C．爐具 D．飛機外殼
15．下列有關鐵和鐵合金的說法錯誤的是(　　)
A．生鐵比鐵軟 B．鐵有良好的導熱性
C．鋼是鐵的合金 D．生鐵在潮濕的空氣中容易生銹
16．鋼材可以用作橋梁的結構材料是因為它(　　)
A．有良好的導熱性 B．有一定的機械強度
C．不易受空氣和水的作用 D．有良好的導電性
17．鋁制器皿能夠盛放的物質是(　　)
A．KOH溶液 B．濃硫酸 C．NaOH溶液 D．稀硫酸
18．后母戊鼎是迄今世界上出土最大、最重的銅制禮器，享有“鎮國之寶”的美譽。下列相關說法錯誤的是(　　)
A．后母戊鼎由銅合金制成 B．后母戊鼎的熔點高于純銅
C．堿式碳酸銅可用于干法煉銅 D．廢棄銅制品屬于可回收垃圾
19．儲氫合金是一種新型合金。下列關于儲氫合金的說法錯誤的是(　　)
A．儲氫合金是一類能夠大量吸收氫氣，并與氫氣結合成金屬氫化物的新型合金材料
B．儲氫合金具有儲氫量大、能耗低、使用方便的特點
C．儲氫合金具有很強的捕捉氫的能力，氫分子在合金中先分解成單個的原子，氫原子進入合金原子的縫隙中，并與合金生成金屬氫化物
D．儲氫合金形成的金屬氫化物性質穩定，高溫條件下也不易分解
20．放在手心就能熔化的稀有金屬鎵，其沸點為2 403 ℃，更奇妙的是鎵熔化后在－120 ℃仍不易凝固。鎵在常溫下幾乎不與氧氣和水反應，但能溶于強酸和強堿。鎵與其他金屬熔合可改善合金性能。鎵與硫、硒等非金屬化合可生成優質的半導體材料。下列有關鎵的性質和用途敘述錯誤的是(　　)
A．鎵的熔點高 B．鎵的性質與鋁類似
C．鎵能夠與鹽酸反應生成氣體 D．鎵可與多種金屬形成合金
21．已知X是某金屬單質，X、A、B、C含同一種元素，可發生如下轉化：
(1)寫出下列物質的化學式：X________，A________，B________，C________
(2)寫出以下反應的離子方程式：
②_______________________________________
④_______________________________________
22．近年來，金屬鈦越來越受到人們的關注。鈦是航空、軍工、電力等方面的必需原料。常溫下鈦不和非金屬、強酸反應，加熱時卻可與常見的非金屬單質反應。地殼中有一種含鈦的礦石稱為金紅石(主要成分為TiO2)，工業上以金紅石為原料大規模生產鈦的方法如圖所示
(1)寫出金紅石和焦炭粉在高溫下與氯氣反應的化學方程式：_______________________________________，該反應的還原劑是________
(2)寫出四氯化鈦與鎂粉反應的化學方程式：____________________________________________，四氯化鈦與鎂粉反應時氬氣的作用是____________________________________________________
(3)分離提純過程中加入試劑時發生反應的離子方程式是_______________________________
23．歷史上金、銀、銅主要是作為貨幣金屬或裝飾品被應用。
(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________(填字母)
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 D．不活潑性
(2)試樣X由氧化亞鐵和氧化銅組成，取質量相等的兩份試樣，按下圖所示進行實驗：
請寫出步驟③中所發生的全部反應的離子方程式：______________________
若全部的溶液Y和全部的粉末Z充分反應后，生成的不溶物W的質量是m，則每份試樣X中氧化銅的質量為________________(用m表示)
24．鉬是一種過渡金屬元素，通常用作合金及不銹鋼的添加劑，這種元素可增強合金的強度、硬度、可焊性及韌性，還可增強其耐高溫及耐腐蝕性能。如圖是化工生產中制備金屬鉬的主要流程圖
(1)寫出在高溫下發生反應①的化學方程式：___________________________________________
(2)如果在實驗室模擬操作1和操作2，則需要使用的主要玻璃儀器有___________________________
(3)某同學利用如圖所示裝置來制備氫氣，利用氫氣還原三氧化鉬，根據要求回答問題：
①請設計一個實驗方案驗證H2的還原性并檢驗其氧化產物，裝置連接順序是______DD
②兩次使用D裝置，其中所盛的藥品依次是______、________
(4)工業上制備還原性氣體CO和H2的反應原理為CO2＋CH42CO＋2H2、CH4＋H2O(g)CO＋3H2，含甲烷體積分數為80%的a L(標準狀況)天然氣與足量二氧化碳和水蒸氣的混合物在高溫下反應，甲烷轉化率為90%，用產生的還原性氣體(CO和H2)還原MoO3制鉬，理論上能生產鉬的質量為________(保留兩位小數，鉬的相對原子質量為96)
【金屬材料】答案
【對點訓練1】
1．D。解析：水銀是汞，是金屬單質，不是合金，故D符合。
2．C。解析：要形成合金，必須滿足各成分都要有共同的液態溫度范圍，即合金中一種金屬的熔點要高于另一種金屬的熔點而低于它的沸點，這樣才能熔合在一起。當鐵熔化時，鈉已變為氣態，所以鐵和鈉用加熱熔化的方法不能形成合金。
3．C。解析：分析表中熔、沸點數據可得出，6種金屬中鋅的沸點較低(907 ℃)，鎢的熔點特別高(3 380 ℃)。當鋅達到沸點氣化時，其他金屬還不能熔化；而當鎢達到熔化溫度時，其他金屬都已氣化。由此可估計這兩種金屬較難跟其他金屬形成合金。
4．A。解析：一般情況下純金屬的導電性比合金的導電性好，④錯誤。
【對點訓練2】
1．C。解析：鐵和不銹鋼(鐵合金)都能與鹽酸反應；不銹鋼含有碳、硅等非金屬，屬于混合物；不銹鋼的抗腐蝕性能比鐵好。
2．A。解析：A　不銹鋼中Ni、Cr元素的加入使其具有很好的化學穩定性和耐腐蝕性。
3．B。解析：鐵碳合金中碳的物質的量＝＝0.014 mol，碳的質量＝0.014 mol×12 g·mol－1＝0.168 g，鐵碳合金中碳的質量分數＝×100%＝1.68%，屬于高碳鋼。
4．B。解析：鋼的分類有多種，以含碳量的多少可分為高碳鋼、中碳鋼和低碳鋼，故A正確；鋼中含碳量多時，硬度大，韌性弱，含碳量少時，硬度小，韌性強，故B錯誤；合金就是幾種金屬或金屬與非金屬熔合在一起形成的具有金屬特性的物質，故C正確；普通鋼中加入鉻元素使鋼的表面形成了致密而堅硬的氧化膜，加入鎳元素使鋼不能被多種酸、堿、鹽溶液腐蝕，故D正確。
5．C。解析：鋼筆的筆頭是合金鋼，不易被氧化，抗腐蝕性能好，A正確；為了改變筆頭的耐磨性，在筆頭尖端點上銥金粒的銥金筆更耐磨，B、D正確；銥金筆筆尖上的銥金粒和筆頭上的黃金合金都不是純金屬，C錯誤。
【對點訓練3】
1．C。解析：A對，合金的熔點比各成分金屬的低；B對，此合金的主要成分是鎂和鋁，均能與稀鹽酸反應，能全部溶解于稀鹽酸中；C錯，此合金屬于鎂和鋁的混合物，鋁能與氫氧化鈉反應，但鎂不能與氫氧化鈉反應，此合金不能全部溶解于氫氧化鈉溶液中；D對，根據合金的特點：合金的硬度比它的成分金屬的硬度大，可知此合金的硬度比鎂和鋁的硬度都大。
2．A
3．B。解析：鋁鎂合金作為現代裝飾材料與其導電性無關。
4．B。解析：食醋中含有的醋酸呈酸性，能與鋁發生反應而使其腐蝕；用金屬絲擦洗時會破壞鋁表面覆蓋的氧化鋁層，使鋁裸露在外繼續被腐蝕；而用堿水洗滌也同樣不行，因為鋁能跟堿反應而被腐蝕。
5．C。解析：鋁在空氣中易與氧氣反應形成一層致密的氧化膜，對內部金屬起到保護作用，因此在空氣中鋁制品比鐵制品耐腐蝕。
6．C。解析：鋁與硫酸溶液反應生成硫酸鋁和氫氣，鋁是還原劑，硫酸是氧化劑；鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，鋁是還原劑，水是氧化劑。
7．A。解析：該溶液能與鋁反應放出氫氣，說明該溶液可能呈酸性，也可能呈堿性。Mg2＋、H＋不能在堿性溶液中大量存在，CO不能在酸性溶液中大量存在。
8．B。解析：制造飛機材料要求密度低、強度高，鋁和鋰都是輕金屬，所以制成的鋁鋰合金密度低、強度高，適合用作制造飛機的材料，與其導電和導熱性無關。
9．D。解析：鎂鋁合金可溶于鹽酸、NaOH溶液，所以D項錯誤。
10．B。解析：甲、乙兩燒杯中含HCl、NaOH的物質的量都為0.4 mol，根據化學方程式：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑可知，5.4 g(即0.2 mol)Al分別與鹽酸和NaOH溶液反應時，鹽酸不足量而NaOH過量，故Al與鹽酸反應生成H2 0.2 mol，與NaOH溶液反應生成H2 0.3 mol，其體積比為2∶3。
11．C。解析：因為稀硫酸和NaOH溶液是足量的，因此鋁無論是與H2SO4反應生成H2，還是與NaOH溶液反應生成H2，H2的量都是由鋁的量決定的。
12．(1)A　
(2)B
解析：(1)A屬于化合物；硬鋁中含鋁、銅、鎂等，生鐵中主要含鐵、碳，青銅中含有銅、錫等，它們都屬于合金。(2)當一種金屬的熔點超過另一種金屬的沸點時，它們就不可能熔合在一起形成合金。
【對點訓練4】
1．D。解析：合金含有兩種或者兩種以上元素，不是單質，故A錯誤；合金熔點一般比其組分中任一金屬的熔點低，故B錯誤；合金硬度一般比其組分中任一金屬的硬度大，故C錯誤；青銅、合金鋼和硬鋁都是合金，故D正確。
2．D。解析：儲氫材料是一類能可逆地吸收和釋放氫氣的材料，鑭鎳合金能大量吸收H2形成金屬氫化物，是目前解決氫氣的儲存和運輸問題的材料，故A正確；鈦合金與人體有很好的相容性，且性質穩定，抗腐蝕性強，所以可用來制造人造骨骼，故B正確；形狀記憶合金可在使合金發生形變的作用力消失后恢復原狀，故C正確；耐熱合金的熔點很高，與合金的特性無關，故D錯誤。
3．B。解析：稀土金屬用途廣泛，它既可以單獨使用，也可用于生產合金。
4．C
5．A。解析：鈦合金是合金材料，屬于金屬材料，A項符合題意；砷化鎵是一種半導體材料，不是金屬材料，B項不符合題意；液氫是液態氫氣單質，氫元素是非金屬，不是金屬材料，C項不符合題意；碳纖維是碳元素組成的一種單質，是無機非金屬材料，環氧樹脂是有機高分子合成材料，都不是金屬材料，D項不符合題意。
6．D
【課時跟蹤檢測】
1．D。解析：硬鋁是鋁、銅、鎂、錳、硅形成的合金；黃銅是銅鋅合金；鋼是鐵碳合金；而水銀是純凈的汞單質。
2．D。解析：合金中必須含金屬元素，只含C、Si的物質中不含金屬，不是合金，D項符合題意。
3．D。解析：合金是由金屬與金屬或金屬與非金屬熔合而成的具有金屬特性的物質。
4．B。解析：合金的熔點一般比各成分金屬熔點低，合金的物理性質與各成分金屬不同。
5．B。解析：金屬單質在反應中只能失去電子，但處于中間價態的金屬離子既有氧化性又有還原性，如亞鐵離子既有氧化性又有還原性，A錯誤；金屬元素在反應中失去電子，則化合價一定升高，所以金屬元素在化合物中一定顯正價，B正確；金屬活動性順序中，排在氫后面的金屬與稀硫酸等非氧化性的酸不反應，無法置換出氫氣，C錯誤；金屬單質Hg在常溫下為液體，D錯誤。
6．B。解析：生鐵的含碳量比鋼的高，B項不正確。
7．C。解析：①合金可以由金屬單質和非金屬單質制得，如碳素鋼為鐵和碳的合金，錯誤；②合金中元素以單質形式存在，錯誤；⑤鐵銹的主要成分是Fe2O3·xH2O，錯誤。
8．B。解析：一氧化碳具有還原性，可以將鐵礦石中的鐵還原出來；在相同條件和環境下，不銹鋼較碳素鋼而言不易生銹；碳素鋼是鐵和碳的合金；鐵是人體需要的微量元素，使用鐵鍋燒飯菜能為人體提供微量的鐵元素。
9．C。解析：合金是指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，A項正確；合金一般比其成分金屬的強度和硬度都要大，B項正確；汞合金不是液態，即其熔點不會比汞的低，C項錯誤；汞合金補牙材料在長期使用過程中未見中毒現象，說明它比汞的毒性要低，D項正確。
10．C。解析：A項，金做成金箔，說明有延展性，正確；B項，炒菜用的鐵鍋，利用其導熱性，正確；C項，鐵回收銀，利用其還原性，錯誤；D項，銅能做印刷電路，說明其有導電性，正確。
11．C。解析：Cu(OH)2和CuCO3在高溫時均易分解，在潮濕的空氣中會有微量溶解，因此保存《千里江山圖》需控制溫度和濕度，A項正確；孔雀石和藍銅礦顏料中的Cu元素均為＋2價，處于Cu元素的最高價態，因此孔雀石、藍銅礦顏料不易被空氣氧化，B項正確；Cu(OH)2和CuCO3均能與強酸發生反應，C項錯誤；Cu(OH)2中Cu的質量分數為65.3%，CuCO3中Cu的質量分數為51.6%，因此Cu(OH)2·CuCO3中銅的質量分數高于Cu(OH)2·2CuCO3中銅的質量分數，D項正確。
12．B。解析：Y沒有發生反應，Y的活動性最弱。其他三個可以根據反應的劇烈程度來判斷，Z最劇烈，最活潑；X比W反應劇烈些，故X的活動性大于W，則活動性：Z>X>W>Y，故選B。
13．B。解析：合金的硬度一般比其成分金屬的大，多數合金的熔點比其成分金屬的低。生鐵是鐵碳合金，其熔點要低于純鐵和碳。
14．A。解析：根據表中數據可知該合金的熔點高、硬度大，密度小于鐵，導電性差，因此該合金不適合做導線。
15．A。解析：生鐵為鐵的合金，其硬度比鐵的大。
16．B。解析：鋼材具有一定的機械強度，可用作橋梁的結構材料。
17．B。解析：鋁制器皿表面含有氧化膜能阻止鋁繼續被氧化，這層氧化膜能溶解在強堿和強酸中，但不溶于濃硫酸和濃硝酸，所以答案是B。
18．B。解析：后母戊鼎由青銅制成，青銅是銅錫合金，A正確；合金的特點是熔點較組成合金的單一金屬更低，硬度更大，所以后母戊鼎的熔點低于純銅，B錯誤；堿式碳酸銅可以發生反應：Cu2(OH)2CO32CuO＋CO2↑＋H2O，氧化銅可用于干法煉銅：CuO＋H2Cu＋H2O，所以堿式碳酸銅可用于干法煉銅，C正確；廢棄銅制品可回收利用，屬于可回收垃圾，D正確。
19．D。解析：儲氫合金中形成的金屬氫化物既容易形成，加熱又容易分解，室溫下吸、放氫的速率快，故D錯誤。
20．A。解析：由信息可知，鎵的熔點很低，A項錯誤。
21．(1)Al　Al2O3　NaAlO2　AlCl3
(2)2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑ Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O
解析：金屬單質中既可和酸反應，又可和堿反應的只有Al，X是Al，則A是Al2O3，B是NaAlO2，C是AlCl3。
22．(1)TiO2＋2Cl2＋2CTiCl4＋2CO　C
(2)TiCl4＋2MgTi＋2MgCl2　做保護氣，防止高溫下Mg、Ti與氧氣等非金屬單質反應
(3)Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
解析：(1)根據C還原CuO可類推TiO2與C的反應：TiO2＋2CTi＋2CO↑，生成的Ti與Cl2的反應為Ti＋2Cl2TiCl4，兩個反應方程式相加即得總反應方程式。(2)如不用氬氣，則Mg、Ti會與空氣中的O2等反應。(3)固體混合物中含有Ti、Mg，利用兩種金屬與酸反應的性質差異進行分離。
23．(1)D
(2)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑　m
解析：(1)金、銀、銅都屬于不活潑金屬，易加工，因此，在歷史上都曾經用作貨幣。(2)試樣與過量鹽酸反應所得溶液Y為FeCl2、CuCl2混合溶液，粉末Z為Fe、Cu混合物，將Y和Z混合，發生反應：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，由生成的溶液呈強酸性且溶液中不含Cu2＋，則不溶物W全部是金屬銅，氧化銅的質量為0.5m×＝m。
24．(1)2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2
(2)燒杯、漏斗、玻璃棒　
(3)①ACB　②無水硫酸銅　堿石灰　
(4)4.11a g
解析：(1)根據流程圖找出反應①的反應物、生成物，并用化合價升降法配平，得2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2。(2)步驟②得固體和溶液，操作1為過濾。步驟③復分解反應能進行，則鉬酸難溶于水，操作2為過濾。過濾需要使用的主要玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒。(3)①制備H2并還原MoO3可證明H2的還原性，用無水硫酸銅檢驗氧化產物水。這個實驗中必須對氫氣進行干燥，并防止空氣中水蒸氣的干擾。②第一次使用D裝置，所盛藥品為無水硫酸銅，用于檢驗氧化產物水。第二次使用D裝置，所盛藥品為堿石灰，防止空氣中的水蒸氣使無水硫酸銅變藍。(4)CO2＋CH42CO＋2H2、CH4＋H2O(g)CO＋3H2，當二氧化碳和水蒸氣足量時，CH4～4(CO＋H2)；MoO3＋3COMo＋3CO2、MoO3＋3H2Mo＋3H2O，有3(CO＋H2)～Mo，故3CH4～4Mo，則m(Mo)＝×80%×90%××96 g·mol－1≈4.11a g。
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