第三节 用途广泛的金属材料
5分钟训练(类训练，可用于课前)
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
思路解析：硬铝是镁铝合金、黄铜是铜锌合金、钢铁可认为是铁碳合金，只有水银是汞单质。
答案：D
2.下图是金属材料用于日常生活与生产的示例，请指出它们主要使用的是什么金属材料。
思路解析：飞机对材料的要求较高，其中密度小是主要特性，所以选铝合金;手术刀具要耐腐蚀、强度要大，所以通常选用不锈钢;自行车是普通老百姓出行的工具，用普通钢材就足够了，但现在随着人们生活水平的提高，对自行车的要求也不断提高，所以新式自行车也不断采用一些质轻、强度大、色彩艳丽的合金材料;奖杯根据比赛的重要性，可以是塑料、铝合金、铜及银甚至金等各种材料;钳工工具对强度和耐腐蚀性、耐磨性能及韧性都有较高要求，所以通常用特种钢材或不锈钢;残疾人使用的助步车一方面要轻便，同时也要有较高的安全性，所以用的是合金钢。
答案：飞机用铝合金、手术刀用不锈钢、自行车用普通钢材、钳工工具用特种钢或不锈钢、助步车用合金钢、奖杯则视需要可采用价值不等的各种材料。
3.铜的合金是我国古代劳动人民最早使用的金属合金，根据其组成的不同，人们又常常将它们称为青铜、黄铜、白铜。请写出它们的组成成分。
思路解析：关于铜合金的材料很多，本题只要求写出其组成成分，查阅教材即可得出答案。
答案：见下表。
名称 青铜 黄铜 白铜
成分 铜、锡及少量的铅 铜、锌及少量锡、铅、铝等 铜、锌、镍及少量锰
10分钟训练(强化类训练，可用于课中)
1.人体内所必需的下列元素中，因摄入量不足而导致骨质疏松的是( )
A.K B.Ca C.Na D.Fe
思路解析：此题是生活常识，缺钙可导致骨质疏松。
答案：B
2.随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是( )
A.利用电池外壳的金属材料
B.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染
C.不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品
D.回收其中石墨电极
思路解析：重金属中毒是非常严重的环境污染问题，与其他选项进行比较后可以发现，其他原因都是比较次要的原因。
答案：B
3.我国悠久，文化灿烂，文物众多。由于的原因，造成众多文物流失。2000年5月，在香港拍卖会上，保利集团花费3 000多万港币购回火烧圆明园时流失的国宝——铜铸的牛首、猴首和虎首。普通铜器放置时间较长，容易出现铜绿，其主要成分是Cu2(OH)2CO3。这三件1760年铜铸的国宝在240年后看上去依然熠熠生辉，不生锈，下列对其原因的分析，最可能的是( )
A.它们的表面都镀上了一层耐腐蚀的黄金
B.环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去
C.铜的金属活动性比氢小，因此不易被氧化
D.铸造这些国宝用的铜不是纯铜，是铜的合金，成分不同，性质不同造成的
思路解析：铸造这些国宝用的铜不是纯铜，是银、铜、锌等金属的合金，使得其中的铜不易生锈。
答案：D
4.钢和铁都是含有多种元素的合金，除了铁之外，碳是最主要的合金元素之一，它对钢和铁的性质有何影响?
思路解析：根据含碳量的不同区分钢和铁，含碳量较少的是钢，含碳量较高的是铁;而钢又可以根据其中碳的含量分为高碳钢、中碳钢和低碳钢。它们主要影响到合金的硬度、强度、韧性和加工性能、耐磨性能等。
答案：要影响到合金的硬度、强度、韧性和加工性能、耐磨性能等。
5.哥伦比亚号航天飞机曾用金属铝粉和高氯酸铵混合物作为固体燃料。加热铝粉使其氧化并放出大量热量，促使混合物中另一种燃料分解。m摩尔高氯酸铵分解时除产生2m摩尔水蒸气和m摩尔氧气外，其他组成元素均以单质形式放出，因而产生巨大的推动力。试写出其中涉及的方程式：
(1)__________________________________________________________________________。
(2)__________________________________________________________________________
高考。
根据此反应原理，1摩尔高氯酸铵分解所产生的气体有_______________摩尔。
思路解析：铝粉燃烧反应是同学们熟悉的反应，它不是本题的难点，高氯酸铵的分解才是本题的关键。高氯酸铵分解，反应物就是本身，产物已知有水蒸气和氧气，根据元素守恒，产物中还缺少氮元素和氯元素，根据已知信息，它们是氮气和氯气。高氯酸铵的配平，可首先暂定高氯酸铵、水蒸气和氧气的化学计量数为1、2、1，再根据氧化还原守恒规律或氮、氯原子守恒来配平氮气和氯气的化学计量数，最后同时扩大2倍即得答案。
答案：(1)4Al+3O2====2Al2O3，ΔH<0
(2)2NH4ClO4(s)====N2(g)+Cl2(g)+2O2(g)+4H2O(g) 4
快乐时光
毕业
侦探学校举行毕业考试，有一个问题是：“公路上有一辆汽车飞驰，没有开灯。突然之间，有一个穿黑衣服的醉鬼走到路中间。这时没有路灯，也没有月亮。眼看那个人就要被汽车撞倒，但汽车忽然刹住了，是什么原因?”
有人答：“因为醉鬼的眼睛发光。”还有人答：“因为醉鬼大声叫喊。”都不对。正确的答案是：当时是白天。
30分钟训练(巩固类训练，可用于课后)
1.铝硅合金(Si 13.5%)在凝固时收缩率很小，因而这种合金适合铸造。有下列三种晶体：①铝，②硅，③铝硅合金，它们的熔点由低到高的顺序是( )
A.①③② B.③①② C.③②① D.②①③
思路解析：合金的熔点一般比其组成金属的熔点都要低，所以最低的是铝硅合金。硅晶体是熔点极高的晶体。
答案：B
2.根据金属的不同分类可知镁、铝都属于( )
A.黑色金属 B.轻金属 C.稀有金属 D.有色金属
思路解析：镁和铝的密度都很小，所以都是轻金属;镁和铝都不是黑色金属而是有色金属。
答案：BD
3.合金在现代生产、生活中应用非常广泛，因为它有许多优良的特性。下列关于合金性质的说法错误的是( )
A.多数合金的硬度一般比其各成分金属的硬度高
B.多数合金的熔点一般比其各成分金属的熔点低
C.合金的密度一般比其各成分金属的密度小
D.合金的化学性质一般与其各成分金属的化学性质不同
思路解析：合金与其成分金属相比，表现出“一高两低”，即“硬度高、密度低、熔点低”，但化学性质与其成分金属的差别不大。
答案：D
4.对物质性质进行研究的基本程序是：观察物质的外观性质→预测物质性质→设计实验→观察实验现象→对实验现象进行分析、解释→得出结论。其中预测物质的性质在整个程序中起着重要的作用。
K与Na在性质上具有很大的相似性，但K比Na的活泼性强。下面是根据Na的性质对K的性质的预测，其中正确的是( )
A.因为K的活泼性强，比钠更容易与空气中的氧气和水蒸气反应，所以钾也应该保存在煤油中
B.K在空气中可以被空气中的氧气氧化，且产物是K2O
C.K与水能够反应，但不如Na与水的反应剧烈，但产物都有氢气
D.K可以与水剧烈反应，生成氧气
思路解析：K的活泼性比钠的强，K更容易与空气中的氧气和水蒸气反应，所以钾也应该保存在煤油中。K在空气中可以被空气中的氧气氧化，但产物不是K2O，而是复杂的氧化物。K与水比Na与水的反应更剧烈，产物是氢气而不是氧气。
答案：A
5.近期《美国化学会志》报道，中国科学家以二氧化碳为碳源，金属钠为还原剂，在470 ℃、80 MPa下合成出了金刚石，具有深远的意义。下列说法错误的是( )
A.由二氧化碳合成金刚石是氧化还原反应
B.该反应中二氧化碳完全被还原为金刚石
C.钠被氧化最终生成碳酸钠
D.通常情况下，二氧化碳不可能转化为金刚石
思路解析：二氧化碳转化成金刚石的过程中，有一部分碳原子转化成了金刚石，另一部分变成了碳酸钠。
答案：B
6.实验室中，要使AlCl3溶液中的Al3+全部沉淀出来，适宜用的试剂是( )
A.NaOH溶液 B.Ba(OH)2溶液 C.盐酸 D.氨水
思路解析：因为Al(OH)3溶于强酸、强碱，而不溶于弱碱，所以选D。
答案：D
7.可用作磁性材料的物质是( )
A.FeO B.Fe2O3 C.Fe3O4 D.FeS
思路解析：四种铁的化合物中，只有Fe3O4具有磁性。
答案：C
8.一般来说，多数合金(以硬铝为例)与其各成分金属相比较，合金的熔点____________，合金的强度和硬度都比纯铝_______________，其密度_______________。
思路解析：一般来说，多数合金与其各成分金属相比较，合金的熔点低于其成分金属的熔点;强度和硬度则比其成分金属大。
答案：较低 较大 较小
9.用镁铝合金的废料头、稀硫酸、氢氧化钠溶液制取MgCl2溶液和Al2(SO3)3溶液，只需通过四步反应完成，请依次写出其化学方程式：
(1)____________________________________。(2)________________________________。
(3)____________________________________。(4)________________________________。
思路解析：首先要利用镁和铝的性质不同，将镁和铝分离开，然后再按照要求通过一定化学反应制备目标产物。所利用的反应规律在化学里同学们已经学过了，此处实际也是一个过程。
答案：(1)2Al+2NaOH+2H2O====2NaAlO2+3H2↑
(2)2NaAlO2+H2SO4+2H2O====Na2SO4+2Al(OH)3↓
(3)2Al(OH)3+3H2SO4====Al2(SO4)3+6H2O
(4)Mg+2HCl====MgCl2+H2↑
10.有五种黑色粉末：铁粉、炭粉、氧化铜、硫化亚铁、二氧化锰，用一种试剂即能将它们鉴别开，这种试剂是_______________。
思路解析：选用一种试剂即能与这些物质分别反应，又能产生不同的现象，才宜于鉴别。可选与其他物质反应较少的二氧化锰作为切入口，里学到的二氧化锰的反应是它与浓盐酸反应生成氯气。浓盐酸分别与其他物质反应也有不同的现象产生。浓盐酸与铁粉反应，有气体放出，溶液颜色变浅绿。氧化铜与浓盐酸反应，溶液颜色变蓝。硫化亚铁与浓盐酸反应，溶液颜色变浅绿，同时有臭鸡蛋气味的气体放出。二氧化锰与浓盐酸反应，有刺激性气味的气体放出。炭粉与浓盐酸不反应。
答案：浓盐酸
11.钛(Ti)因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注，常温下钛不和非金属、强酸反应，红热时，却可与常见的非金属单质反应，钛是航空、军事、电力等方面的必需原料。地壳中含钛铁矿石之一是金红石(TiO2)，目前大规模生产钛的方法是：
第一步：金红石、炭粉混合，在高温条件下，通入Cl2制得TiCl4和一种可燃气体，该反应的化学方程式为__________________________________________________________，该反应的还原剂是____________________________________。
第二步：在氩气的气氛中，用过量的镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛。
(1)写出此反应的化学方程式____________________________________________________。
(2)简述从上述所得产物中获得金属钛的步骤。
思路解析：(1)第一步反应的反应物有TiO2、Cl2和C，产物有TiCl4和另一种可燃气体，从元素守恒来看，可燃气体中只能有C和O，那么它是CO还是CO2呢?在高温条件下，CO2的稳定性不如CO，即在高温条件下应为CO。第二步反应是置换反应，比较容易给出方程式。
(2)反应中可能用到过量的金属镁，因钛不溶于强酸，所以可以用强酸将镁与钛分离开。
答案：第一步：TiO2+2C+2Cl2 TiCl4+2CO C 第二步：(1)2Mg+TiCl4 2MgCl2+Ti
(2)因钛不与强酸反应，所以可将上述产物溶于过量的盐酸中，然后过滤洗涤，即可得到纯净的钛。
12.在铝质易拉罐中收集满CO2气体，然后在其中倒入10 mL浓NaOH溶液，并迅速用胶带将易拉罐口封住，发现易拉罐突然变瘪了。
(1)试解释易拉罐变瘪的原因。
(2)经过一段时间之后，又可以观察到的现象是什么。
(3)解释后一现象的原因。
(4)写出反应过程中的两个离子方程式：
答案：(1)易拉罐中的CO2与浓NaOH反应，致使易拉罐内气压降低，从而使易拉罐被大气压压瘪。
(2)易拉罐又鼓起来。
(3)浓NaOH与易拉罐(Al)反应产生H2，随着易拉罐内H2量的增多，易拉罐内气压增大。
(4)CO2+2OH-==== +H2O?
2Al+2OH-+2H2O====2 +3H2↑
13.(2010全国理综Ⅰ，28)
在呼吸面具和潜水艇中可用过氧化钠作为供氧剂。请选用适当的化学试剂和实验用品，用上图中的实验装置进行实验，证明过氧化钠可作供氧剂。
(1)A是制取CO2的装置。写出A中发生反应的化学方程式：_______________________。
(2)填写表中空格：
仪 器 加入试剂 加入该试剂的目的
B 饱和NaHCO3溶液
C
D
(3)写出过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式：__________________________________。
(4)试管F中收集满气体后，下一步实验操作是：_________________________________。
思路解析：由装置图可以看到A为CO2发生装置，B、D为洗气装置，C中产生O2，E为收集O2的装置。实验室中使用大理石(CaCO3)和HCl反应制取CO2，会混有少量HCl杂质，可以用NaHCO3饱和溶液除去，反应方程式：NaHCO3+HCl====NaCl+H2O+CO2↑。生成的O2可以用带火星的木条检验。
答案：(1)CaCO3+2HCl====CaCl2+H2O+CO2↑
(2)
仪器 加入试剂 加入该试剂的目的
B 饱和NaHCO3溶液 除去CO2中混有的HCl
C Na2O2 反应生成O2
D NaOH 吸收没有反应的CO2
(3)2Na2O2+2CO2====2Na2CO3+O2
(4)把E中的导管移出水面，关闭分液漏斗活塞，用拇指堵住试管口，取出试管。把带火星的木条伸入试管口内，木条复燃，证明管中收集的是O2
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