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專題9　金屬與人類文明
第三單元　金屬材料的
性能及應用
1．認識化學發展對人類社會進步的重要意義。2．初步認識金屬的組成與其性能的關系。
學習理解
01
課時分層練
04
目錄
CONTENTS
探究應用
02
總結提升
03
學習理解
一、金屬材料的性能
(1)力學性能，如_________、硬度、塑性等。
(2)物理性能，如密度、熔點、________、_________等。
(3)化學性能，如___________、___________等。
(4)工藝性能，如_________、_________、切削加工性等。
二、合金及其應用
1．合金的概念
將兩種或兩種以上的______________________共熔，可制備出特殊的金屬材料，這種材料叫作合金。
延展性
導電性
導熱性
耐酸堿性
抗氧化性
可鑄性
可鍛性
金屬(或金屬與非金屬)
2．合金的性質
(1)合金的硬度一般都比組成它的純金屬_____。
(2)多數合金的熔點______組成它的任何一種組分金屬。
(3)合金的導電性和導熱性一般______任一組分金屬。
3．幾種重要的合金
(1)鋁合金
鋁合金成本低，性能優異，密度_____、強度____、塑性好，可加工成各種型材，具有優良的導電性、導熱性，_________能力強，裝飾效果好，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業中都得到廣泛的應用。目前鋁合金的使用量僅次于鋼，發展前景廣闊。
大
低于
低于
小
大
抗腐蝕
(2)不銹鋼
①組成：不銹鋼中除_____元素外，主要的合金元素是_____(占12%～32%)。
②性能：具有優越的抗腐蝕性能。
(3)鈦合金
鈦合金強度_____、密度____、耐熱性____，易于加工，抗腐蝕性強，遠優于不銹鋼。
鐵
鉻
高
小
好
三、無機非金屬材料及其應用
1．傳統無機非金屬材料：陶瓷、水泥、玻璃。
2．新型無機非金屬材料
(1)硅的導電性介于______和________之間，是一種重要的________材料，被廣泛用于電子工業的各個領域。
(2)光導纖維的主要成分是__________，可用來制造通訊光纜。
(3)新型陶瓷材料分為_______陶瓷和_______陶瓷兩大類。
導體
絕緣體
半導體
二氧化硅
結構
功能
判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。
(1)鋁合金比純鋁使用更為普遍，這是因為鋁合金比純鋁有更好的性能。(　　)
(2)合金是金屬的簡單混合，它的性質是各種金屬性質的總和。(　　)
(3)合金的熔點比它的各成分金屬的熔點都高，硬度比它的各成分金屬的大。(　　)
(4)因為鐵及其合金比銅的用途更廣，所以人類首先發現并使用鐵。(　　)
(5)硬鋁、鋼鐵、水銀均屬于合金。(　　)
(6)合金中只含有金屬元素。(　　)
√
×
×
×
×
×
探究應用
生鐵和鋼是兩種重要的鐵碳合金，兩者有廣泛的用途。
[問題探究]
1．合金一定是由金屬組成的混合物嗎？鐵的熔點是1536 ℃，鈉的沸點是883 ℃，二者能形成合金嗎？
提示：不一定。合金中一定含有金屬元素，也可能含有非金屬元素，如生鐵是由鐵、碳組成的合金；鐵、鈉不能形成合金，原因是鐵開始熔化時，鈉已經汽化，故二者不能形成合金。
2．合金的性質是各成分金屬的性質之和嗎？
提示：：不是。合金在物理性質和機械性能方面優于各成分金屬，不是簡單的加和，一般認為在化學性質上，合金體現的是各成分金屬的化學性質。
知識點一　合金及其應用
1．關于合金
(1)合金一定含有金屬元素，可能含有非金屬元素。
(2)合金一定是混合物，合金具有金屬的特性。
(3)合金在許多方面不同于各成分金屬，不是簡單加和；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。
(4)合金的硬度一般大于其成分金屬；合金的熔點一般比其成分金屬的熔點低。
(5)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，若一種金屬的熔點高于另一金屬的沸點，則二者不能形成合金。
2．正確選用金屬材料
(1)金屬的性質決定其主要用途，在選用材料時要考慮其性質與用途的一致性。
(2)所選材料的強度、機械性能、外觀、加工難度等主要從金屬的物理性質
考慮。
(3)材料的穩定性、日常維護應從其化學性質考慮。
(4)材料的經濟性如價格，應從原料的儲量、開采與冶煉的難度等方面考慮。
1．京滬高鐵是世界上一次性建成的最長高速鐵路。高鐵車廂大部分采用鋁合金材料制造，這是因為鋁合金(　　)
A．比純鋁熔點高
B．具有比較活潑的化學性質
C．各種成分在自然界中含量豐富，容易獲取
D．質量輕，強度大，抗腐蝕能力比較強
2．鈦和鈦的合金被譽為“21世紀最有發展前景的金屬材料”，它們具有很多優良的性能，如熔點高、密度小、可塑性好、易于加工，尤其是鈦合金與人體器官具有很好的“生物相容性”。根據它們的主要性能，下列用途不切實際的是(　　)
A．用來作保險絲
B．用于制造航天飛機
C．用來制造人造骨
D．用于家庭裝修，制作鈦合金裝飾門
解析：A項，鈦和鈦的合金的熔點高，不適合作保險絲。
知識點二　無機非金屬材料——硅與二氧化硅
2．二氧化硅的結構性質
(1)SiO2晶體中不存在SiO2分子，SiO2表示二氧化硅中Si原子和O原子個數比為1∶2的化學式。
(2)SiO2是酸性氧化物，但它不溶于水，不與水反應，也不與酸(氫氟酸除外)反應。SiO2→H4SiO4需間接實現。如：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，Na2SiO3＋CO2＋2H2O===H4SiO4↓＋Na2CO3。
(3)特性
與氫氟酸反應：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(用途：刻蝕玻璃)。
(4)可以用玻璃瓶盛放堿液但不能用玻璃塞。原因是玻璃中含有SiO2，SiO2與NaOH溶液反應生成Na2SiO3，使瓶口與瓶塞黏在一起而難以開啟。
3．下列有關硅及其化合物用途的說法中，正確的是(　　)
A．二氧化硅是制造光電池的主要原料
B．在電子工業中，硅是重要的半導體材料
C．硅是現代光學及光纖制品的基本原料
D．可用石英坩堝加熱氫氧化鈉固體
4．關于二氧化硅，下列敘述正確的是(　　)
①化學性質不活潑，熔融氫氧化鈉固體可用石英坩堝　②是酸性氧化物，溶于水顯酸性，不溶于任何酸　③物理性質與CO2相似　④SiO2晶體是由SiO2分子直接構成的　⑤水晶、石英、沙子、瑪瑙、光導纖維的主要成分均是SiO2
⑥光導纖維在強堿性條件下易發生“斷路”
A．①②③ B．④⑤
C．②③④ D．⑤⑥
解析：SiO2晶體是由原子構成的空間網狀結構，化學性質穩定，SiO2與NaOH發生反應，熔融NaOH固體不能用石英坩堝，①、④不正確；SiO2屬于酸性氧化物，不溶于水且與H2O不反應，但能與HF反應，②不正確；SiO2與CO2結構不同，物理性質差別很大，③不正確。
總結提升
本課總結
自我反思：﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
隨堂提升
1．鋁制品與鐵制品相比，在空氣中不易銹蝕，其原因是(　　)
A．鋁的金屬活動性比鐵弱
B．鋁的密度比鐵的密度小
C．鋁在空氣中易形成一層致密的氧化膜
D．鋁不能跟氧氣發生化學反應
2．奮進中的貴州取得了舉世矚目的成就，對下列成就涉及的化學知識說法錯誤的是(　　)
A．“中國天眼”所使用的鋼鐵結構圈梁屬于合金材料
B．“大數據中心”的電子設備芯片使用的材料是二氧化硅
C．“中國橋梁看貴州”，建造橋梁的水泥屬于硅酸鹽材料
D．“縣縣通高速”，高速路面使用的改性瀝青是有機材料
3．純鐵的熔點為1535 ℃，而高爐中煉鐵時生鐵(含碳量較高的鐵的合金)在1200 ℃左右就熔化了，這是因為(　　)
A．鐵的純度越高，熔點越低
B．合金的熔點一般比其成分物質的熔點低
C．因為形成了鐵碳合金，所以熔點變高
D．在高爐內熔化的過程中發生了化學反應
4．硅是構成無機非金屬材料的一種主要元素，下列有關硅的化合物的敘述錯誤的是(　　)
A．氮化硅陶瓷是一種新型無機非金屬材料，其化學式為Si3N4
B．碳化硅(SiC)的硬度大、熔點高，可用于制作高溫結構陶瓷和軸承
C．光導纖維是一種新型無機非金屬材料，其主要成分為SiO2
D．二氧化硅為空間網狀結構，其晶體中硅原子和硅氧單鍵個數之比為1∶2
解析：在SiO2晶體中，1個硅原子與周圍4個氧原子形成4個硅氧單鍵，D
錯誤。
5．歷史上金、銀、銅主要是作為貨幣金屬或裝飾品。
(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)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，黑色物質是______，綠色物質是______________，這枚金屬幣的真面目為_____色。
D
CuO
Cu2(OH)2CO3
紅
課時分層練
題號 1 2 3 4 5 6 7
難度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★★
對點 金屬材料和無機非金屬材料的應用與判斷 硅及化合物的組成及用途 合金的性質及用途 鋁及氧化鋁的性質 不銹鋼的組成與性質 銅及其合金的性質 合金的形成條件
題號 8 9 10 11 12 13 14
難度 ★ ★ ★ ★★ ★★ ★★ ★★★
對點 合金和無機非金屬材料的性質及用途 金屬材料的選用依據 硅的性質、用途與存在形式 無機非金屬材料、鋁合金 儲氫合金的 性能 金屬材料的性質及用途 金屬材料的性質、物質含量的測定
1．下列館藏文物主要由金屬材料制成的是(　　)
解析：A、C、D項的文物均由無機非金屬材料制成，故選B。
[學習·理解]
2．華裔科學家高錕因在“光在光導纖維中傳輸用以光學通信領域”的研究方面所取得的開創性成就獲得了諾貝爾物理學獎。光導纖維的主要成分是(　　)
A．Si B．SiO2
C．Na2SiO3 D．SiCl4
3．用于飛機制造業的重要材料是(　　)
A．Mg Al合金 B．Cu Sn合金
C．Al Si合金 D．不銹鋼
4．有關廚房中鋁制品的使用，你認為合理的是(　　)
A．長時間盛放咸菜 B．燒煮開水
C．用金屬絲擦表面的污垢 D．用堿溶液洗滌
解析：A項，鋁的表面有一層致密的氧化膜，長時間盛放咸菜會破壞氧化膜，使鋁制容器損壞；C項，用金屬絲擦污垢會破壞鋁表面形成的氧化膜；D項，鋁能與堿反應。
5．下列關于不銹鋼的敘述中錯誤的是(　　)
A．不銹鋼是最常見的一種合金鋼
B．不銹鋼在大氣中比較穩定，不容易生銹，具有很強的抗腐蝕能力
C．不銹鋼中常添加一種或幾種合金元素，從而使其具有各種特殊性能
D．不銹鋼中只含有金屬元素，不含有非金屬元素
解析：不銹鋼中含有金屬元素，也含有非金屬元素，D錯誤。
6．我國古代的青銅器工藝精湛，有很高的藝術價值和歷史價值。下列說法不正確的是(　　)
A．我國使用青銅器的時間比使用鐵器、鋁器的時間均要早
B．將青銅器放在銀質托盤上，青銅器容易生成銅綠
C．《本草綱目》載有名“銅青”之藥物，銅青是銅器上的綠色物質，則銅青就是青銅
D．用蜂蠟做出銅器的蠟模，是古代青銅器的鑄造方法之一，蜂蠟的主要成分是有機物
7．合金是兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)共熔而成的具有金屬特性的物質。
根據下表中四種金屬的熔、沸點：
可知，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
金屬 Na Cu Al Fe
熔點/℃ 97．8 1083 660 1535
沸點/℃ 883 2567 2467 2750
8．改革開放以來，我國取得了很多世界矚目的科技成果，下列說法不正確的是(　　)
A．蛟龍號潛水器用到鈦合金，22號鈦元素屬于過渡元素
B．港珠澳大橋用到的合金材料，具有強度大、密度小、耐腐蝕等性能
C．國產C919用到的氮化硅陶瓷是新型無機非金屬材料
D．中國天眼傳輸信息用的光纖材料是高純硅
[應用·實踐]
9．選用金屬材料時，以下方面需要考慮的是(　　)
①主要用途　②物理性質、化學性質　③價格
④加工難度　⑤日常維護　⑥對環境的影響
A．①②③ B．③④⑤
C．①⑤⑥ D．①②③④⑤⑥
10．有些科學家提出硅是“21世紀的能源”，這主要是由于作為半導體材料的硅在太陽能發電過程中具有重要的作用。下列關于硅的說法不正確的是(　　)
A．高純度的單質硅被廣泛用于制作計算機芯片
B．硅可由二氧化硅還原制得
C．常溫時硅與水、空氣和酸不反應，但能與氫氟酸反應
D．自然界中硅元素的儲量豐富，并存在大量的單質硅
解析：硅是一種親氧元素，在自然界中它總是與氧化合，所以自然界中硅全部以化合態形式存在。
11．平昌冬奧會“北京8分鐘”，主創團隊用石墨烯制作了－20 ℃能發熱4 h的智能服飾；用鋁合金管材和碳纖維制作了高2．35 m、重量僅為10 kg的熊貓木偶，向世界展現了新時代的中國形象，下列說法中不正確的是(　　)
A．石墨烯是能導熱的金屬材料
B．鋁合金是密度較低的金屬材料
C．碳纖維是耐低溫的無機非金屬材料
D．新型材料種類多、用途廣
12．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
解析：儲氫合金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。
13．在化學反應中，銅元素可表現0、＋1、＋2價。
(1)在西漢古籍中曾有記載：曾青得鐵則化為銅[即曾青(CuSO4)與鐵反應就生成銅]。試寫出該反應的化學方程式：___________________________。
(2)銅器表面有時生成銅綠[Cu2(OH)2CO3]，這層銅綠可用化學方法除去。試寫出除去銅綠而不損壞器物的反應的離子方程式：___________________________ _______________。
(3)銅錢曾經是一種廣泛流通的貨幣。試從物理性質和化學性質分析常用銅制造貨幣的原因：_________________________________________________________ (銅的熔點是1183．4 ℃，鐵的熔點是1534．8 ℃)。
Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4
Cu2(OH)2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋3H2O＋CO2↑
銅的化學性質穩定，不易被腐蝕，銅的熔點較低，易鑄造成型
14．某學習小組用如圖裝置測定鋁鎂合金中鋁的質量分
數和鋁的相對原子質量。
(1)A中試劑為_____________。
(2)實驗前，先將鋁鎂合金在稀酸中浸泡片刻，其目的是
___________________________。
[創新·提高]
NaOH溶液
除去鋁鎂合金表面的氧化膜
(3)檢查氣密性，將藥品和水裝入各儀器中，連接好裝置
后，需進行的操作還有：①記錄C的液面位置；②將B中剩余
固體過濾，洗滌，干燥，稱重；③待B中不再有氣體產生并恢
復至室溫后，記錄C的液面位置；④由A向B中滴加足量試劑。
上述操作的順序是___________(填序號)；記錄C的液面
位置時，除視線平視外，還應____________________。
①④③②
使D和C的液面相平
(4)B中發生反應的化學方程式為___________________
________________________________________。
(5)若鋁鎂合金的質量為a g，測得氫氣體積為b mL(已換
算為標準狀況)，B中剩余固體的質量為c g，則鋁的相對原子
質量為______________。
(6)實驗過程中，若未洗滌過濾所得的不溶物，則測得鋁的質量分數將________(填“偏大”“偏小”或“不受影響”)。
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
偏小
解析：(1)測定合金中Al的含量，可根據鋁既可與酸反
應又可與強堿反應、Mg只能與酸反應的性質，用NaOH與
Al反應制得H2，然后用排水法收集H2，以計算Al的量。
(5)(a－c) g為鋁的質量，根據產生的H2體積可計算出
Al的物質的量，最后計算出鋁的相對原子質量。
(6)若未洗滌過濾所得的不溶物，則測得Mg的質量偏大，
測得Al的質量分數偏小。

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