高考一轮复习第八课第2节：金属材料的应用学案

这是一份高考一轮复习第八课第2节：金属材料的应用学案，共9页。学案主要包含了正确选用金属材料，正确选用金属材料的一般思路，合金及金属材料，金属矿物的开发利用等内容，欢迎下载使用。
一、正确选用金属材料
1．金属材料的分类
2．金属材料的正确选用
在进行金属材料选择时，常常要考虑以下几个方面：主要用途、外观、物理性质(密度、硬度、强度、导电性)、化学性质(对水的作用、耐腐蚀性)、价格、加工难度、日常维护等方面。
提示：一、1.纯金属 合金 铁、铬、锰 合金 黑色金属
二、正确选用金属材料的一般思路
1．金属的性质决定其主要用途，在选用材料时应首先考虑其性质与用途的一致性。
2．所选材料的强度、机械性能、外观、加工难度等主要从金属的物理性质考虑，如密度、强度、延展性、导电性、导热性、强度等。
3．材料的稳定性、日常维护应从其化学性质考虑，如在空气、水、酸、碱、盐环境中的化学稳定性及耐腐蚀性等。
4．材料的经济性，如价格，应从原料的储量、开采与冶炼难度等方面考虑。
三、合金及金属材料
1．合金
（1）概念：合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。
（2）性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学或机械性能。
①熔点：一般比它的各成分金属的低；
②硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。
2．常见的金属材料
（3）几种有色金属材料
铝及铝合金eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(铝\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(性能：良好的延展性和导电性,用途：制导线)),铝合金\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(性能：密度小、强度高、塑性好、易于成, 型、制造工艺简单、成本低廉,用途：主要用于建筑业、容器和包装, 业、交通运输业、电子行业等))))
铜及铜合金eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(铜\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(性能：良好的导电性和导热性,用途：主要用于电器和电子工业、建筑业)),铜合金：青铜是我国使用最早的合金，常见的, 还有黄铜和白铜))
四、金属矿物的开发利用
1．金属在自然界中存在的形态
除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属元素以化合态的形式存在于自然界中。在这些金属化合物中，金属元素都显正化合价。
2．金属冶炼的实质
使金属化合物中的金属离子得电子被还原为金属单质的过程：Mn＋＋ne－===M。
3．金属冶炼的一般步骤
4．金属冶炼方法
（1）热分解法冶炼金属
例如：2HgOeq \(=====,\s\up12(△))2Hg＋O2↑，2Ag2Oeq \(=====,\s\up12(△))4Ag＋O2↑。
用热分解法冶炼金属的特点：金属元素的金属性弱，金属元素的原子不易失去电子，其金属离子容易得到电子，该金属元素所形成的化合物稳定性较差。
（2）热还原法冶炼金属
①焦炭还原法。例如：C还原ZnO、CuO，其化学方程式依次为C＋2ZnOeq \(=====,\s\up12(△))2Zn＋CO2↑，C＋2CuOeq \(=====,\s\up12(△))2Cu＋CO2↑。
②一氧化碳还原法。例如：CO还原Fe2O3、CuO，其化学方程式依次为3CO＋Fe2O3eq \(=====,\s\up12(高温))2Fe＋3CO2，CO＋CuOeq \(=====,\s\up12(高温))Cu＋CO2。
③氢气还原法。例如：H2还原WO3、Fe3O4，其化学方程式依次为3H2＋WO3eq \(=====,\s\up12(高温))W＋3H2O，4H2＋Fe3O4eq \(=====,\s\up12(高温))3Fe＋4H2O。
④活泼金属还原法。例如：Al还原Cr2O3、V2O5，其化学方程式依次为2Al＋Cr2O3eq \(=====,\s\up12(高温))Al2O3＋2Cr，10Al＋3V2O5eq \(=====,\s\up12(高温))6V＋5Al2O3。
（3）电解法冶炼金属
例如：电解Al2O3、MgCl2、NaCl，其化学方程式依次为2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up12(电解),\s\d12(冰晶石))4Al＋3O2↑，MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up12(电解))Mg＋Cl2↑，2NaCl(熔融)eq \(=====,\s\up12(电解))2Na＋Cl2↑。
金属活动性顺序表中隐含的重要信息
5．铝热反应
探究讨论：
1．(2019·攀枝花一中高一期中)镁铝合金质优体轻，又不易锈蚀，大量用于航空工业、造船工业、日用化工等领域。下列关于镁铝合金性质的叙述中，不正确的是( )
A．此合金的熔点比镁和铝的熔点都低
B．此合金能全部溶解于足量稀盐酸中
C．此合金能全部溶解于足量氢氧化钠溶液中
D．此合金的硬度比镁和铝的硬度都大
答案 C
解析 A对，合金的熔点比各成分金属的低；B对，此合金的主要成分是镁和铝，均能与稀盐酸反应，能全部溶解于稀盐酸中；C错，此合金属于镁和铝的混合物，铝能与氢氧化钠反应，但镁不能与氢氧化钠反应，此合金不能全部溶解于氢氧化钠溶液中；D对，根据合金的特点：合金的硬度比它的成分金属的硬度大，可知此合金的硬度比镁和铝的硬度都大。
2．下列不属于新型合金材料的是( )
A．储氢合金 B．形状记忆合金
C．不锈钢 D．镍钴耐热合金
答案 C
3．下列有关厨房铝制品的使用中，你认为合理的是( )
A．盛放食醋
B．烧煮开水
C．用金属丝擦洗表面的污垢
D．用碱水洗涤
答案 B
解析 食醋中含有的醋酸呈酸性，能与铝发生反应而使其腐蚀；用金属丝擦洗时会破坏铝表面覆盖的氧化铝层，使铝裸露在外继续被腐蚀；而用碱水洗涤也同样不行，因为铝能跟碱反应而被腐蚀。
好题精做
1．(2019·黑龙江牡丹江三中期末)称取两份铝粉，第一份中加入足量的盐酸，第二份中加入足量的NaOH溶液，若同温同压下放出相同体积的气体，则两份铝粉的质量之比为( )
A．2∶3 B．1∶6 C．1∶1 D．3∶2
答案 C
解析 由铝分别与HCl、NaOH反应的化学方程式可知，Al与H2的关系式都为2Al～3H2，同温同压下放出相同体积的气体，需要铝的质量相等。
2．合金是两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。
(1)下列物质不属于合金的是 (填字母，下同)。
A．明矾 B．硬铝 C．生铁 D．青铜
(2)根据下表中四种金属的熔、沸点：
其中不能形成合金的是 。
①Cu与Na ②Fe与Cu ③Fe与Na ④Al与Na
A．①② B．①③
C．①④ D．②④
(3)镁、铝合金与盐酸完全反应后，加入过量的氢氧化钠溶液，最后的结果是 。
A．没有沉淀物生成
B．只有氢氧化铝沉淀生成
C．只有氢氧化镁沉淀生成
D．有氢氧化铝和氢氧化镁沉淀生成
答案 (1)A (2)B (3)C
解析 (1)A属于化合物；硬铝中含铝、铜、镁等，生铁中主要含铁、碳，青铜中含有铜、锡等，它们都属于合金。(2)当一种金属的熔点超过另一种金属的沸点时，它们就不可能熔合在一起而形成合金。(3)Mg、Al都与盐酸反应，Mg(OH)2不溶于NaOH溶液，而Al(OH)3溶于NaOH溶液生成NaAlO2和H2O。
3．下列物质中，不属于合金的是( )
A．硬铝 B．黄铜 C．钢铁 D．水银
答案 D
解析 硬铝是铝、铜、镁、锰、硅形成的合金；黄铜是铜锌合金；钢是铁碳合金；而水银是纯净的汞单质。
【考点】 认识合金
【题点】 认识合金
4．在日常生活中人们经常使用的金属材料大多数属于合金，以下关于合金的叙述正确的是( )
①青铜是中国历史上使用最早的合金 ②合金的熔点一般比各成分金属熔点高 ③合金往往比各成分金属的物理、化学或机械性能好 ④合金的性质是各成分金属性质之和
A．①③④ B．①③
C．①② D．①②③④
答案 B
解析 合金的熔点一般比各成分金属熔点低，合金的物理性质与各成分金属不同。
【考点】 合金的性质
【题点】 合金的性质、常识
5．钛和钛的合金被誉为“21世纪最有发展前景的金属材料”，它们具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工，尤其是钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”。根据它们的主要性能，下列用途不切实际的是( )
A．用来作保险丝
B．用于制造航天飞机
C．用来制造人造骨
D．用于家庭装修，制作钛合金装饰门
答案 A
解析 由于其熔点高，不适合作保险丝，A错误；由于钛和钛的合金密度小、可塑性好，因此可用于航天领域，B正确；由于钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”，可与人体的组织相容，不引起排斥反应，因此可以用来制造人造骨，C正确；由于其密度小、可塑性好、易于加工，因此可用于家庭装修，作钛合金装饰门，D正确。
题组二 铝和氧化铝的性质
6．在空气中铝制品比铁制品耐腐蚀的原因是( )
A．铝的金属活动性比铁弱
B．铝不与氧气发生化学反应
C．铝在空气中易与氧气反应形成一层致密的氧化膜
D．铝的密度比铁的密度小
答案 C
解析 铝在空气中易与氧气反应形成一层致密的氧化膜，对内部金属起到保护作用，因此在空气中铝制品比铁制品耐腐蚀。
【考点】 铝的性质
【题点】 铝的物理、化学性质
7．(2020·洛阳质检)铝制器皿能够盛放的物质是( )
A．KOH溶液 B．浓硫酸
C．NaOH溶液 D．稀硫酸
答案 B
解析 铝制器皿表面含有氧化膜能阻止铝继续被氧化，这层氧化膜能溶解在强碱和强酸中，但不溶于浓硫酸和浓硝酸，所以答案是B。
【考点】 铝的化学性质
【题点】 铝可以和酸、碱反应
8．铝既能与稀硫酸反应，又能与烧碱溶液反应，下列说法不正确的是( )
A．两个反应都是氧化还原反应
B．铝与硫酸反应时，硫酸做氧化剂
C．铝与烧碱溶液反应时，氢氧化钠做氧化剂
D．两个反应都有气体生成
答案 C
解析 铝与硫酸溶液反应生成硫酸铝和氢气，铝是还原剂，硫酸是氧化剂；铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，铝是还原剂，水是氧化剂。
【考点】 铝的化学性质
【题点】 铝的化学性质与氧化还原综合考查
9．除去镁粉中的少量铝粉，可选用的是( )
A．稀硫酸 B．氢氧化钠溶液
C．水 D．稀盐酸
答案 B
解析 常温下，稀硫酸、稀盐酸与镁、铝都能发生反应，水与镁、铝都不发生反应，铝与氢氧化钠溶液反应而镁不与氢氧化钠溶液反应，用氢氧化钠溶液可以除去镁粉中的少量铝粉。
【考点】 铝的化学性质
【题点】 铝粉除杂
10．某无色溶液放入铝片后有氢气产生，则在该溶液中下列离子一定可以大量存在的是( )
A．Na＋ B．Mg2＋
C．H＋ D．COeq \\al(2－,3)
答案 A
解析 该溶液能与铝反应放出氢气，说明该溶液可能呈酸性，也可能呈碱性。Mg2＋、H＋不能在碱性溶液中大量存在，COeq \\al(2－,3)不能在酸性溶液中大量存在。
【考点】 铝的化学性质、离子共存
【题点】 铝的化学性质、离子共存
题组三 铝与酸、碱溶液反应的定量考查
11．甲、乙两个烧杯中分别盛有100 mL 4.0 ml·L－1的盐酸和100 mL 4.0 ml·L－1 NaOH溶液，向两个烧杯中均加入5.4 g铝粉，在相同状况下产生气体的体积比为( )
A．1∶1 B．2∶3 C．3∶2 D．3∶1
答案 B
解析 甲、乙两烧杯中含HCl、NaOH的物质的量都为0.4 ml，根据化学方程式：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑可知，5.4 g(即0.2 ml)Al分别与盐酸和NaOH溶液反应时，盐酸不足量而NaOH过量，故Al与盐酸反应生成H2 0.2 ml，与NaOH溶液反应生成H2 0.3 ml，其体积比为2∶3。
【考点】 铝与酸、碱的反应
【题点】 铝与酸、碱反应的定量计算
12．我国高铁、航空航天、手机制造等都已经跻身世界一流水平，根据下列材料的应用回答问题。
(1)上述材料中属于有机合成材料的是 ，属于金属材料的是 (写一种即可)。
(2)飞机外壳用钛合金、铝合金的优点是 。
(3)在对高铁钢轨中的缝隙进行焊接时，常用铝和氧化铁在高温条件下反应生成熔融状态下的铁和另一种氧化物。写出该反应的化学方程式为 ，反应基本类型是 。
答案 (1)聚酰亚胺塑料 高速钢(或钛合金或铝合金)
(2)耐腐蚀、轻、硬度大等
(3)2Al＋Fe2O3eq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3 置换反应
解析 聚酰亚胺塑料是一种有机合成材料，合金相对于成分金属往往硬度更大，熔点低，更耐腐蚀。
【考点】 认识合金及用途
【题点】 认识合金及用途
比较
金属活动性顺序
K、Ca、Na
Mg
Al
Zn
Fe、Sn、
Pb(H)
Cu
Hg、Ag
Pt、Au
自然界存在形态
化合态
多数是化合态，极少数是游离态
游离态
主要冶炼方法
电解法
热还原法
热分解法
物理方法
与O2反应
常温下易反应
常温下生成氧化膜
加热化合
不反应
与H2O反应
常温下生成
碱和氢气
与热水
反应
有碱存在
与水反应
与高温水
蒸气反应
不反应
与H+反应
从酸中把氢置换出来，生成盐和氢气
不反应
与盐溶液反应
先与水反应，生成的碱再与盐反应
排在前面的金属能把排在后面的金属从其盐溶液中置换出来
实验
装置
实验
现象
①镁带剧烈燃烧，放出一定的热，并发出耀眼的白光，氧化铁和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；
②纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中
实验
结论
高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热，反应的化学方程式为2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3
原理
应用
①制取熔点较高、活泼性弱于Al的金属铬、锰、钨等；
②金属焊接，如野外焊接钢轨等
金 属
Na
Cu
Al
Fe
熔点/℃
97.8
1 083
660
1 535
沸点/℃
883
2 567
2 467
2 750
应用
“复兴号”高铁车轮
“鲲龙”水陆两栖飞机零部件
华为折叠手机屏幕
用到的材料
高速钢
钛合金、铝合金
聚酰亚胺塑料