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1、第三讲用途广泛的金属材料 一 合金1 概念 合金是指熔合而成的具有的物质 2 性能 1 多数合金的熔点比它的各成分金属的熔点 2 合金的硬度一般比它的各成分金属的硬度 两种或两种以上的金属 或金属与非金属 金属特性 低 大 二 常见金属材料金属材料分为材料和材料 包括和它们的合金 1 有色金属材料 铜和铝 1 我国使用最早的合金是 常见的铜合金还有和它们的合金 2 铝合金 常见种类 硅铝合金 镁铝合金 硬铝 性质特征 易于加工 成本低廉且表面易形成而具有一定的抗腐蚀能力 有色金属 黑色金属 纯金属 青铜 黄铜和白铜 密度小 强度高 塑性好 氧化膜 主要用途 建筑业 容器和包装业 交通运输及电子
2、行业 2 黑色金属材料 铁铁的合金有 其中是用量最大 用途最广泛的合金 根据化学成分 把钢分为两大类 其中的碳素钢可分为 含碳量低于0 3 含碳量为0 3 0 6 含碳量高于0 6 含碳量越低 钢的越好 含碳量越高 钢的越大 合金钢可用于制不锈钢及各种特种钢 生铁和钢 钢 碳素钢和合金钢 低 碳钢 中碳钢 高碳钢 韧性 强度 3 正确选用金属材料 1 选择材料时 常常需要考虑以下几个方面 价格 加工难度 日常维护 对环境影响等 2 稀土元素是周期表中原子序数从的15种元素以及共17种元素 它们在科技 生产上有广泛的用途 被誉为的宝库 在合金中加入适量的稀土金属 能大大改善合金的性能 因而稀土金
3、属又被称为冶金工业的 主要用途 外观 物理性质 化学性质 57 71 钇和钪 新材料 维生素 考点金属合金成分的判断 例 2009 三亚 铝镁合金已成为轮船制造 化工生产等行业的重要材料 研究性学习小组的三位同学 为测定某含镁3 5 的铝镁合金 不含其他元素 中镁的质量分数 设计下列三种不同实验方案进行探究 填写下列空白 探究一 实验方案 铝镁合金测定剩余固体质量 实验中发生反应的化学方程式是 实验步骤 称取5 4g铝镁合金粉末样品 投入VmL2 0mol L 1NaOH溶液中充分反应 NaOH溶液的体积V 过滤 洗涤 干燥 称量固体 该步骤中若未洗涤固体 测得镁的质量分数将 填 偏高 或 偏
4、低 探究二 实验方案 铝镁合金测定生成气体的体积 实验装置如图 问题讨论 1 某同学提出该实验装置不够完善 应在A B之间添加一个干燥 除酸雾的装置 你的意见是 填 需要 或 不需要 2 为使测定结果尽可能精确 实验中应注意的问题是 写出两点 探究三 实验方案 称量xg铝镁合金粉末 放在如下图所示装置的惰性电热板上 通电使其充分灼烧 问题讨论 1 欲计算Mg的质量分数 该实验中还需测定的数据是 2 若用空气代替O2进行实验 对测定结果是否有影响 填 是 或 否 实验拓展 参照探究一 探究二实验方案 请你另设计一个实验方案 测定该铝镁合金中镁的质量分数 书写形式可以模仿探究一 二 解析 本题是实
5、验探究题 探究一 实验原理是利用金属铝与碱反应 假设5 4g样品中铝的含量达到最高 为97 则n Al 0 194mol 则n NaOH 0 194mol V NaOH 97mL 若没有洗涤固体 称得镁的质量偏高 测得镁的质量分数偏高 探究二 1 不需要除酸雾的装置 因为氯化氢气体易溶于水 不会影响氢气体积的测量 2 调整量气管C的高度 使C中液面与B中液面相平 恢复到室温后再读数 读数时保证视线与凹液面的最低点相平 检查装置的气密性 加入足量盐酸保证合金完全溶解等 探究三 1 还需要测定灼烧后固体的质量 根据灼烧前后的质量 列二元一次方程组可解 2 有影响 因为空气中有氮气 金属镁会与氮气反
6、应 影响产物的质量 实验拓展 先将两种金属转化为阳离子进入溶液 再加足量的碱液 Al3 转化为AlO Mg2 转化为沉淀 从而分离 通过测定沉淀的质量可以求出金属镁的质量 即得 答案 探究一 2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 3H2 97偏高 探究二 1 不需要上 2 调整量气管C的高度 使C中液面与B中液面相平恢复到室温后再读数 或其他合理答案 探究三 1 灼烧后固体的质量 2 是 金属活动性顺序表及其应用 金属活动性顺序表中 金属的位置越靠后 越容易被还原 一般的还原方法就能使金属还原 金属的位置越靠前 越难被还原 最活泼金属只能用最强的还原手段来还原 1 某合金 仅含铜 铁
7、中铜和铁的物质的量之和为ymol 其中Cu的物质的量分数为a 将其全部投入50mLbmol L 1的硝酸溶液中 加热使其充分反应 假设NO是惟一的还原产物 下列说法正确的是 A 若金属有剩余 在溶液中再滴入硫酸后 金属又开始溶解B 若金属全部溶解 则溶液中一定含有Fe3 C 若金属全部溶解 且产生336mL气体 标准状况 则b 0 3D 当溶液中金属离子只有Fe3 Cu2 时 则a与b的关系为 解析 本题考查了金属及其化合物的性质 氧化还原反应的计算等知识的综合运用 金属有剩余说明酸不足 反应生成了硝酸盐 再加入硫酸 提供了H 在酸性条件下 硝酸盐中的NO具有强氧化性 可以继续溶解金属 故A正
8、确 若金属全部溶解 溶液中不一定含有Fe3 B不正确 C项中由于不清楚铁被氧化的状态 及硝酸是否过量 所以无法得出b的值 选项D 若溶液中的金属离子全部是Fe3 和Cu2 时 则起氧化剂作用的硝酸为 答案 AD 2 某铝合金中含有合金元素镁 铜 硅 为了测定该合金中铝的含量 设计了如下实验 请回答有关问题 1 称取样品ag 称量时应该使用的主要仪器的名称是 2 将样品溶解于足量的稀盐酸中 过滤 滤液中主要含有 滤渣中含有 溶解 过滤用到的玻璃仪器是 3 滤液中加过量氢氧化钠溶液 过滤 有关的离子方程式是 4 步骤 3 的滤液中通入足量二氧化碳气体 过滤 有关的离子方程式是 5 步骤 4 过滤后
9、的滤渣用蒸馏水洗涤数次 烘干并灼烧至恒重 冷却后称量 其质量为bg 有关的化学方程式是 原样品中铝的质量分数是 6 若步骤 3 中加入氢氧化钠的量不足 则实验结果偏 填 高 低 或 不影响 下同 若步骤 5 中滤渣没有洗涤 则实验结果偏 若滤渣灼烧不充分 则实验结果偏 2004年2月3日 美国 机遇 号火星车向地球传回了火星土壤的显微照片 照片显示的是 机遇 号火星车的着陆区域 梅里迪亚尼平面 试回答下列问题 1 人们从 机遇 号火星车所发回的实物照片的红色和桔色来推断火星上可能存在着赤铁矿 主要成分是Fe2O3 这是利用了物质的颜色这一 填 物理 或 化学 性质对物质的存在进行推测的 如果要
10、进一步确定这种推测是否正确 必须通过实验验证 2 假设有一块火星矿物样品 请同学们用学过的知识设计化学实验来证明该火星矿物中是否有三价铁元素 实验原理 实验用品 锤头 研钵 研杵 烧杯 玻璃棒 漏斗 铁架台 滤纸 试管 滴管 稀盐酸 KSCN溶液实验步骤及方法 实验结果分析及结论 解析 可加入KSCN溶液检验Fe3 答案 1 物理 2 实验原理 Fe2O3 6H 2Fe3 3H2O Fe3 遇到KSCN溶液变为红色实验步骤及方法 样品处理 将样品用锤头敲碎 放置在研钵中研细备用 溶解 将研磨好的样品粉末倒入烧杯 加入10mL稀盐酸 用玻璃棒搅拌片刻 过滤 取 中的混合液体过滤 检验 取2mL滤
11、液加入到试管中 然后向试管中滴加2滴KSCN溶液 观察溶液的颜色变化实验结果分析及结论 若溶液变为红色 则原火星矿物样品中含有三价铁元素 如果溶液不变色 则原火星矿物样品中不含三价铁元素 1 下列物质中 不属于合金的是 A 硬铝B 黄铜C 钢铁D 水银 解析 硬铝为Al Cu Mg Mn Si合金 黄铜为Cu Zn合金 水银即单质汞 答案 D 2 下列说法中 正确的是 A 铁是人类在生产 生活中最早使用的金属B 金 银 铜是应用最广泛的金属材料C 钛被誉为 21世纪的金属 应用前景很广阔D 铜是导电性 导热性最好的有色金属 解析 铜是人类在生产 生活中最早使用的金属 A错 应用最广泛的金属材料
12、是钢铁 B错 金是导电性 导热性最好的有色金属 D错 答案 C 3 近年来 科学家正在探索铝粉作为新能源的可能性 以期望铝能成为石油的一种替代物 假如铝作为一种普遍使用的新型能源被开发利用 下列关于其有利因素的说法中 你认为错误的是 A 铝质轻 便于运输 贮存且安全B 铝燃烧时放出的热量大 且燃烧后产物对环境的污染容易得到有效的控制C 在地球上 铝矿资源比较丰富D 现代电冶铝的工业技术已为铝作为新能源奠定了基础 答案 D 4 根据下列金属的熔 沸点判断 其中不能形成合金的是 A Cu与NaB Fe与CuC Fe与NaD Al与Na 解析 金属熔合形成合金 要求一种金属的沸点不能低于另一种金属的
13、熔点 答案 AC A Al Fe Cu CB Al MgC Al Cu Mg Si MnD Al Si Zn Mg 解析 既不溶于盐酸 又不溶于NaOH溶液的为Cu 不溶于盐酸 能溶于NaOH溶液的是Si 分析选项便可得出答案 答案 C 6 某学生用电子天平和必要的实验仪器测定铁铝合金中各组分的含量 其实验装置如图所示 实验时 取一块铁铝合金 将其碾成碎块后全部加入到盛有50mL5mol LNaOH溶液的烧杯中 试回答下列问题 1 不同时间电子天平的示数如下表所示 答案 1 30 8 2 9 75g 7 我国古代劳动人民最早发明了 湿法炼铜 是湿法冶金的起源 在世界化学史上是一项重大贡献 早在
14、西汉时期 淮南万毕术 里就有 曾青得铁 则化为铜 的记载 曾青可能是碳酸铜这一类物质 把其溶于酸中得溶液 当把铁粉投入此溶液即可得铜 1 根据学过的化学知识 写出该过程的离子方程式 2 早在人们使用铜 铁之前 人们就使用黄金和白银作为饰物和货币 历史上的 青铜器时期 早于 铁器时期 而近百年后才大量使用铝制品 试分析人类使用这些金属时间的历史事实与金属活动性和冶炼难易的联系 解析 1 湿法冶炼的实质是物质在溶液中发生了置换反应 曾青得铁 则化为铜 实质上是铁与铜盐溶液发生置换反应 生成铜 2 金属越活泼 越难冶炼 像K Ca Na Mg Al需用电解法冶炼 人类使用就越晚 答案 1 Fe Cu2 Cu Fe2 2 金属活动性越强 冶炼越难 人类使用越晚
