資源簡介

第二章 材料及其利用
專題1 金屬及金屬材料
1.1 金屬材料
一、金屬和非金屬（比較）
金屬在元素周期表中除汞外，元素的中文名稱都帶有金字旁（“钅”）。
1、金屬與非金屬物理性質的比較：
金屬一般都具有特殊的金屬光澤，大多數呈________色或灰色，具有良好的________性、________性、________性，具有一定的__________，屬于晶體。除汞外，大多數金屬是固體。
非金屬一般不具有以上性質。一般外表顏色暗淡無光澤。
注意：①不是所有的金屬都是銀白色或灰色，如金呈________色，銅為_________色；
②常溫下，金屬除_____是液體外，一般都是固體；非金屬除______是液體，大多為固體或氣體；
③金屬一定能導電、導熱，但導電、導熱的單質不一定是金屬，例如石墨。硅單質是一種半導體，常用于電子產品的芯片。
2、金屬和非金屬之最
（1）金屬之最
地殼中含量最高的金屬是_________；人體中含量最高的金屬是__________；熔點最高的金屬是__________；導電導熱性最好的金屬是_________；熔點最低的金屬是_________。
（2）非金屬之最
最輕的氣體是_________；熔點最高的單質_________；最硬的天然物質是_________；著火點最低的非金屬單質是_________。
3、金屬的性質和用途的關系（連線）
金屬的物理性質
用途
具有金屬光澤
制電纜、電線
熔點高，不易熔化
做炊具
比較硬，有一定的機械強度
做裝飾品
有延展性
燈泡的鎢絲
能導電
制造車輛、防盜門窗
能導熱
拉成絲、做成箔
關系：1、性質（在很大程度上）________用途，用途________性質。
2、有些金屬的用途不是直接由某一性質決定的，還受其他因素的影響，如合金的性質。如保險絲的材料需要熔點低、電阻率大的特點。所以保險絲是用鉛、銻合金做成的，鉛、銻兩種金屬熔點都低，純金屬的電阻率低，而鉛、銻合金卻提高了電阻率，符合了保險絲的要求。
（注：電阻率是用來表示各種物質電阻特性的物理量。某種材料制成的長1m、橫截面積是1mm2的導線的電阻，叫做這種材料的電阻率。）
例題1 在下面的物理性質中：①銀白色金屬；②延展性；③傳熱性；④導電性；⑤被磁鐵吸引。其中鐵、銅、鋁三種金屬都具有的是（　　）
A．①②③ B．②③④ C．③④⑤ D．①⑤
變式訓練 將玻璃管插入金屬鈉塊中，拔出玻璃管，玻璃管內留有一小截金屬鈉（見圖1）；把帶有橡皮塞的玻璃管插入盛有淺綠色氯氣的燒瓶中（見圖2，燒瓶底部鋪有少量的細沙）；向玻璃管中滴入幾滴水，堵塞玻璃管的鈉塊成滴落下（見圖3）；燒瓶內產生少量白煙，繼而燃燒，淺綠色逐漸消失（見圖4）；最終，白色的煙霧充滿燒瓶（見圖5）。
　 從以上實驗推斷：金屬鈉的硬度______、熔點_____。水可以與金屬鈉反應________（填“吸收”或“放出”）熱量，燒瓶中充滿的白色煙霧可能是________。
二、常見的金屬材料及其用途
1、金屬材料：是以__________為主要成分的一類重要材料，包括各種純金屬和________（如鋼、鋁合金）。當把金屬材料變成_______級的粒子時，金屬的性質會發生變化，甚至與原來的性質完全不同。
化學材料（三大類）：金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料。
2、合金：
（1）概念：把一種金屬跟其他一種或幾種金屬（或非金屬）一起熔合而成的具有金屬特性的物質。
（2）特點：合金比純金屬具有更好的機械性能。合金一般比構成其的金屬硬度______，熔點______，便于鍛造。
（3）常見合金的介紹
①鋼：是由碳和鐵等元素形成的合金，質地堅硬，有彈性和延展性，機械性能好，是最常見、應用較廣的一種合金材料。
②鈦和鈦合金：被認為是21世紀的重要材料，它具有很多優良的性能，如熔點高、密度小、可塑性好、易于加工、機械性能好等。尤其是抗腐蝕性能非常好，即使把它們放在海水中數年，取出后仍光亮如新，其抗腐蝕性能遠優于不銹鋼，因此被廣泛用于火箭、導彈、航天飛機、船舶、化工和通訊設備等。鈦合金與人體有很好的“相容性”，因此還可用來制造人造骨。
③形狀記憶合金：是具有形狀記憶效應的合金，被廣泛用于做人造衛星和宇宙飛船的天線，水暖系統、防火門和電路斷電的自動控制開關，以及牙齒矯正等醫療材料。
3、金屬的用途
常見金屬的用途主要從金屬的________、價格、回收等各方面考慮，如銀的導電性比鋁的導電性大很多，但電線一般用鋁制而不用銀制，因為鋁的密度比銀________，價格比銀________得多。
幾種常見金屬的性質及主要用途
金屬
主要性質
主要用途
鋁
銀白色，在空氣中能形成致密的氧化物保護膜
冶煉、電線、電纜、鋁合金
銅
紫紅色，在干燥空氣中穩定，______________則生成銅綠
電線、電纜、電器、銅合金
鋅
銀白色，在空氣中能形成_______保護膜
電鍍、銅合金、干電池
鈦
銀白色，耐腐蝕性好，與某些酸堿作用緩慢
航空、造船、化學等工業
例題2 （2015?杭州模擬改編）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。一般來說，合金的熔點低于任何一種組成金屬的熔點。下表是一些金屬的熔點數據：
①鉛錫合金中某種金屬的質量分數與合金的熔點有如圖所示的關系，其中橫坐標表示的是_____的質量分數；當合金熔點最低時，合金中錫與鉛的質量比為________。
②保險絲由鉍、鉛、錫、鎘組成，其熔點約為________。
A．15～30℃ B．60～80℃ C．235～250℃ D．300～320℃
③科普展覽會上有一種神奇的金屬花，燈光一照就綻開，關上燈又會閉合，它的花瓣是用____________制成的（填“納米材料”或“記憶合金”）。
變式訓練 工業生產中常將兩種金屬在一個容器里加熱使其熔合，冷凝后得到合金。試根據下表所列的有關數據（其它條件均已滿足），判斷不能制得合金的是（　　）
金屬
Na
K
Al
Cu
Fe
熔點（℃）
97.8
93.6
660
1083
1536
沸點（℃）
883
774
2200
2595
2750
A．Na-Al合金 B．Na-K合金 C．Fe-Cu合金 D．K-Fe合金
例題3 （2018?蘭州）合金具有許多優良的性能，下列材料不屬于合金的是（　　）
A．生鐵 B．玻璃鋼 C．焊錫 D．18K 金
變式訓練 某化學興趣小組研究金屬材料的相關知識后，得出了以下結論，你贊同的是（　　）
A．鈦合金與人體具有很好的“相容性”，可用來制造人造骨
B．銀的導電性比銅好，所以應用銀制作電線
C．鉛的密度比鐵大，用鉛做菜刀、錘子會比鐵更好
D．焊錫和鋁熔點較低，都可用于焊接各種金屬
例題4 顆粒大小達到納米級的單質鐵具有很強的反應活性，俗稱“納米鐵”。
（1）在高溫條件下，用H2與FeCl2反應，可生成“納米鐵”和一種溶于水顯強酸性的氣體，寫出該反應的化學方程式__________________________________________。
（2）“納米鐵”在空氣中受撞擊時會燃燒，其反應與鐵在純氧中燃燒相同，寫出該反應的化學方程式：______________________________________________。
變式訓練 科學家發明了一種“碳納米管溫度計”，這種溫度計被認定為世界上最小的溫度計。研究人員在長約10－6m，直徑為10－7m的碳納米管中充入液態的金屬鎵。當溫度升高時，管中的鎵就會膨脹，通過電子顯微鏡就能讀取溫度值。這種溫度計測量的范圍為18～490℃，精確度較高，所以它可用于檢查電子線路是否異常、測定毛細血管的溫度等許多方面。根據以上信息判斷下列推測中錯誤的是(　　)
A．碳納米管的體積在18～490℃之間隨溫度變化很小，可忽略不計
B．金屬鎵的熔點很低，沸點很高
C．金屬鎵的體積在18～490℃之間隨溫度變化比較均勻
D．金屬鎵的體積在18～490℃之間隨溫度變化很小，可忽略不計
三、金屬的污染和金屬資源的回收利用
1、金屬的污染：鉛、鎘等有毒的金屬被腐蝕后會溶于水形成金屬離子，污染土壤和地下水資源；在潮濕的空氣中，金屬的氧化和銹蝕也會污染土壤，危害生態環境。
2、金屬的回收利用的原因和意義
（1）原因：礦物的儲量是有限的，而且不能再生。任意丟棄廢舊金屬，不僅造成金屬資源的浪費，還會污染環境。基本上所有的金屬都可以循環再生，而普遍回收的金屬包括鉛、鐵、銅、銀和金等。
（2）意義：降低生產成本，節約資源、能源，減少對環境的污染，產生巨大的經濟效益和社會效益。
現代生活的水平的不斷提高，重金屬污染的疑問也跟著而來，那么最多見的重金屬污染元素首要是有八類，包含鉛（Pb）、汞（Hg）、鎘（Cd）、銻（Sb）、硒（Se）、砷（As）、鋇（Ba）、鉻（Cr），是多見及對人體損害性較大的八種重金屬。這些重金屬中任何一種都也許引發人頭痛、頭暈、失眠、健忘、神精紊亂、關節痛苦、結石等，乃至引發癌癥等，下面將對這八種元素具體闡明。
金屬種類
對人體的危害
鉛（Pb）
鉛是重金屬污染中毒性較大的一種，一旦進入人體將很難掃除，能直接傷害人的腦細胞，嚴重時形成垂腕、垂足、乃至腦病變而死亡，對胎兒有也許會形成先天智力低下。鉛中毒可對男性形成不育，對女性在懷孕期會致使不孕、死產、流產、早產等。平常可通過一些食物來削減鉛對人體的損害。含豐厚的維生素C的食物，含豐厚蛋白質和鐵的食物，大蒜素等。
汞（Hg）
汞觸摸肌膚和雙眼會形成灼傷，食入后會直接沉入肝臟，對大腦、神經、視力損害性極大。每升天然水含0.01mg汞就會致使人中毒。
鎘（Cd）
長時刻暴露在鎘氣下可致使骨質疏松及假性骨折，并使患前列腺癌、肺癌的概率較大；若不幸吸入新發生的鎘氣會馬上中毒，?也許會在數小時后，形成支氣管炎、肺炎、肺水腫等，死亡率在20%?左右。
銻（Sb）
觸摸、吸入銻氣體或微粒，?可引發肌膚病、肌膚角質化、結膜炎及鼻中隔潰瘍。如鑄造業的工人吸入銻微粒會引發消化不良、頭痛、吐逆、結膜炎及嚴重地出鼻血、流膿。
硒（Se）
若攝入過多硒可形成硒中毒，對人體肝臟、肺臟、心肌會形成廣泛損害，發生頭暈、頭痛、厭倦無力、口內有金屬味、厭惡、吐逆、食欲不振、拉肚子等表現。
砷（As）
砷是砒霜的組分之一，有劇毒。長時刻觸摸少數砷會致使緩慢中毒，并也許引發癌癥。不小心吸入砷會呈現咳嗽、胸痛、呼吸困難、目炫、頭痛等表現。
鋇（Ba）
肌膚、雙眼觸摸鋇會致使灼燒感，嚴重時會形成腹痛、暈眩、瞳孔放大、肌肉痙攣乃至死亡。
鉻（Cr）
六價鉻對人體可形成緩慢毒害，首要經過消化道、呼吸道、肌膚和粘膜侵入人體。經呼吸道侵入人體時會損害上呼吸道，然后引發鼻炎、咽炎、喉炎、支氣管炎等表現。
課時作業 金屬材料
1、鈦和鈦合金是21世紀的重要金屬材料，它們具有優良的性能，如熔點高、密度小、可塑性好、機械性能好、抗腐蝕能力強，鈦合金與人體有很好的“相容性”。根據它們的主要性能，下列用途中不符合實際的是（　　）
A．用于核潛艇設備的制造 B．于制造航天設備
C．用作電路中的保險絲 D．可用來制造人造骨
2、下列關于“合金”的敘述：①合金中至少含有兩種金屬；②合金中元素以化合態的形式存在；③合金中一定含有金屬；④合金一定為混合物；⑤合金依然具有金屬特性，其中正確的是（　　）
A．④ B．①②③ C．③④ D．③④⑤
4、（2019?太原二模）2019年4月15日傍晩，有著800多年歷史的巴黎圣母院被熊熊大火吞噬，精美絕倫的木質塔尖在世人的嘆息聲中轟然坍塌，而大理石質地的左塔也損毀嚴重。下列有關分析中錯誤的是（　　）
A．木質塔尖屬于可燃物
B．左塔的大理石受熱分解而損毀
C．用水槍滅火時降低了可燃物的著火點
D．尖頂上的銅公雞為合金制品，其硬度比純銅高
5、美國曾經用“深度撞擊”飛行器成功炮轟彗星，其撞擊器采用的是一種含鈹（一種金屬）3%的銅合金。關于合金，下列說法錯誤的是（ ）
A．合金屬于金屬材料 B．只能是金屬熔合而成
C．合金比純金屬性能更優 D．生鐵和鋼都屬于鐵合金
6、某種新型“防盜玻璃”為多層結構，每層中間嵌有極細的金屬線，當玻璃被擊碎時，產生電信號，與金屬線相連的警報系統就會立刻報警，這利用了金屬的（ ）
A．延展性 B．導電性 C．彈性 D．導熱性
7、氫氣是一種綠色能源，但在儲存上存在困難，科學家經研究發現：將氫氣在超高壓條件下轉變為金屬氫的方法，可以很好地解決氫的儲存問題．你認為金屬氫最不可能具有的性質是（ ）
A．具有導電性　　 B．密度小于一般的金屬
C．在一定條件下燃燒 D．能和稀硫酸反應．
7、根據你的生活經驗和下表所提供的信息，分析并回答下列問題。
物理性質
物理性質的比較
導電性（以銀為100）
優
銀
銅
金
鋁
鋅
鐵
鉛
良
100
99
74
61
27
17
7.9
密度（g/cm3）
大
金
鉛
銀
銅
鐵
鋅
鋁
小
19.3
11.3
10.5
8.92
7.86
7.14
2.70
熔點（℃）
高
鎢
鐵
銅
金
銀
鋁
錫
低
3410
1535
1083
1064
962
660
232
硬度（以金剛石為10）
大
鉻
鐵
銀
銅
金
鋁
鉛
小
9
4~5
2.5~4
2.5~3
2.5~3
2~2.9
1.5
（1）為什么菜刀、錘子等通常用鐵制而不用鋁制？
（2）銀的導電性比銅好，為什么導線一般用銅制而不用銀制？遠距離輸電多用鋁而少用銅？
（3）為什么燈泡里的燈絲用鎢制而不用錫制？
（4）通過以上問題的回答，你可以得到哪些結論？
8、（2018?常州）2017年4月，“航母”下水，開拓中國新藍海。
（1）“航母”艦體材料為合金鋼，國產航母使用的“超級鋼”具有極佳的抗壓性、延展性和焊接性。合金鋼是______（填序號）
a．合成材料 b．復合材料 c．無機材料（2）“航母”螺旋漿可由銅合金制造。銅合金比銅的硬度______（填“大”或“小”），銅比鐵在海水中耐腐蝕的原因是________________________。
（3）由生鐵煉鋼時，硅（Si）與氧化亞鐵在高溫條件下反應生成二氧化硅和鐵，該反應的化學方程式為
________________________________________________________________________。
9、（2019?山西）港珠澳大橋連接香港、珠海和澳門，它是采用橋、島、隧結合的方案進行建造的。全長約為55km，海中主體工程長29km。使用壽命約120年，可抗2級臺風和8級地震。這是目前世界上規模最大、標準最高、挑戰性最強的交通集群工程。大橋鋼索、橋面和橋墩等均使用了大量金屬村料。鋼筋混凝土沉管隧道是港珠澳大橋的控制性工程，為滿足通航要求，沉管底深埋于海面以下深處可達且44.5m，是目前世界上唯一的深埋沉管隧道工程。燧道內不僅可通車，還可餐飲、休閑和加油等。承載沉管隧道的海床由堅硬的花崗巖（主要成分是二氧化硅）、云母（主要含二氧化硅、氧化鋁等）等種壙物組成。
閱讀上述內容，回答下列問題：
（1）金屬材料在被制成橋上的鋼索和鋼板時體現了金屬的___________。
（2）沉管在海洋環境中應具備的特性是________________________（合理即可）。
（3）海床礦物中含有的一種物質的化學式是____________，它屬于化合物分類中的____________。

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