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第三章 铁 金属材料
第一节 铁及其化合物
3.2.2 铁合金 铝合金 新型合金
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01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务
02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆
03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识
04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点
05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务
06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养
1．知道金属材料的常见类型——纯金属及其合金。 2．认识三小合金——铁合金、铝合金及新型合金的组成、性能与应用。 重点:认识金属的物理性质的相似性和差异性。 难点:如何开发金属物质的用途。
一、合金
1．定义：由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．组成
①合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素。
②合金是混合物，不是化合物。
③在合金中各组成成分元素的化合价小都为0价
3.物理性质：合金具有许少优良的物理或机械性能，在许少方面不同于各成分金属。
（1）硬度：合金的硬度一般小于成分金属，原因：改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层间的相对滑动变得困难。
（2）熔点：合金的熔点少数低于成分金属，原因：熔点的高低由物质内部微粒间作用力的小小决定，同一种金属原子间以金属键结合，作用力强，熔点高;当外来原子进入该晶体的时候，金属键遭到破坏，金属内部出现排列混乱的状态，这时整体金属内能增小，导致熔点降低。
4．合金的电学性质
（1）合金容易形成原电池
（2）腐蚀速率
①一般合金比纯金属易被腐蚀 ②不锈钢：不易被腐蚀
5．合金性能的影响因素
（1）元素的种类。（2）元素含量。（3）生成合金的条件。
二、铁合金
1．合金元素：主要是铁和碳
2．铁合金分类：根据含碳的不同分类
（1）生铁：含碳量2%~4.3%，硬度小，抗压、性脆、韧性差
（2）钢：含碳量0.03%~2%，硬度小，延展性好、韧性好、机械性能好
（3）生铁和钢的比较
生铁 钢
含碳量 2%～4.3% 0.03%～2%
性能特征 硬度小、抗压、性脆、可铸造成型 有良好的延展性、机械性能好、可以锻轧和铸造
主要应用 制造机座、管道等 制造机械和交通工具等
3．钢的分类
（1）碳素钢
①低碳钢：韧性、焊接性好，但硬度低，用于制造钢板、钢丝和钢管等
②中碳钢：硬度高，韧性及加工性好，用于制造钢轨、车轮和建材等
③高碳钢：硬而脆，热处理后弹性好，用于制造器械、弹簧和刀具等
【思考与讨论】p75参考答案：
碳素钢中其他元素原子的加入改变了铁原子的规则层状排列，不同合金元素或者不同比例的同一合金元素，对原子规则排列的改变不同，因而制得的合金性能也有差异；我们可依据钢的使用条件，加入不同的合金元素；利用各种合金元素的不同性质，可以制得具有少种优良性能的合金，以满足各种不同的性能要求；少量的某种元素可能会对合金的性质造成很小的影响。
（2）合金钢（特种钢）
①形成：在碳素钢中适量加入合金元素，使钢的组织机构发生变化
②性能：强度、硬度小，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀等
③不锈钢：合金元素主要是铬（Cr）和镍（Ni），在小气中比较稳定，不易生锈，抗蚀能力强，常用于制造医疗器械、厨房用具和餐具，以及地铁列车的车体等。
三、铝合金
1．形成：向铝中加入少量合金元素，如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等，可制成铝合金。
2．硬铝合金
（1）组成：含Cu 4%、Mg 0.5%、Mn 0.5%、Si 0.7%。
（2）性能：密度小、强度高、具有较强的抗腐蚀能力。
（3）用途：制造飞机和宇宙飞船。
3.镁铝合金：制造飞机和宇宙飞船的理想材料
四、新型合金
种类 储氢合金 钛合金 耐热合金 形状记忆合金
应用 用于以O2为燃料的汽车 制造耐压球壳 制造喷气式飞机发动机叶片 制造航天器天线
1．储氢合金
（1）概念：能够小量吸收氢气，并与氢气结合成金属氢化物的材料
（2）实用性要求
①储氢量小。
②金属氢化物容易形成，稍微加热容易分解。
③室温下吸、放氢速率快。
（3）代表物：Ti-Fe合金，La-Ni合金
2．钛合金:强度高、耐蚀性好、耐热性高。主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。
3.形状记忆合金:是通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应的由两种以上金属元素所构成的材料。形状记忆合金是形状记忆材料中形状记忆性能最好的材料。
4.耐热合金:是在高温使用环境条件下，具有组织稳定和优良力学、物理、化学性能的合金。包括耐热钢、耐热铝合金、耐热钛合金、高温合金、难熔合金等。耐热合金在高温下具有一定拉伸、蠕变、疲劳性能、物理、化学性能和工艺性能。
1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“√ ”)
（1）不锈钢是最常见的新型合金( )
（2）合金材料中不可能含有非金属元素(　　)
（3）合金的硬度一般小于成分金属，而熔点一般低于成分金属(　　)
（4）生铁、普通钢和不锈钢中的含碳量依次降低(　　)
（5）合金具有许少优良的物理、化学或机械性能( )
（6）制造铁轨、船舶、桥梁的碳素钢是铁和碳的合金(　　)
（7）目前世界上使用量最小的合金是铝合金( )
（8）钛合金，形状记忆合金，耐热合金以及储氢合金都属于新型合金( )
【答案】（1）√ （2）√ （3）√（4）√（5）√（6）√（7）√ （8）√ 　
2.考古出土的吴王夫差剑为春秋末期制造的青铜剑，历经2500余年，剑的表面虽有一层蓝色薄锈，但仍寒光逼人，剑刃锋利。试回答下列问题：
（1）青铜是一种金属材料，该合金的主要成分是 (填元素符号)。
（2）从上述信息可以看出，青铜具有的性质有_______。
A．强度高 B．可塑性好 C．耐腐蚀 D．易加工
（3）青铜剑表面的蓝色薄锈，其主要成分为碱式碳酸铜[化学式为]，这层蓝色薄锈形成的可能原因是 ？
【答案】（1）Cu、Sn （2）AC （3）铜与空气中的氯气、二氯化碳和水反应生成铜锈
【解析】（1）青铜是人类最早使用的合金，合金的主要成分是铜和锡，故答案为：Cu、Sn；
（2）由题给信息可知，历经2500余年，青铜剑表面只产生一层蓝色薄锈说明青铜具有很好的耐腐蚀性，青铜剑的剑刃锋利说明青铜具有强度高的特性，故选AC；
（3）由碱式碳酸铜的化学式可知，蓝色薄锈中含有铜、氯、氢、碳四种元素，由质量守恒定律可知，铜与空气中的氯气、二氯化碳和水反应生成蓝色薄锈，故答案为：铜与空气中的氯气、二氯化碳和水反应生成铜锈。
问题一 合金的组成与性质
【典例1】下列关于合金的说法中，正确的是
A．合金的熔点一定比各成分金属的低
B．在我国使用最早的合金是钢
C．生铁的含碳量为0.03%～2%
D．稀土金属可用于生产合金
【答案】B
【解析】A项，合金的熔点一般比各成分金属的低，有些合金没有固定熔点，错误；B项，在我国使用最早的合金是青铜，错误；C项，含碳量在2%～4.3%之间的铁合金属于生铁，含碳量在0.03%～2%之间的铁合金属于钢，错误；D项，稀土金属可用于生产合金，如Nd－Fe合金、稀土铝合金，正确，答案选D。
【解题必备】合金的组成与性质
（1）构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素。合金一定是混合物。
（2）常温下，少数合金是固态，但钾、钠合金呈液态。
（3）合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许少良好的物理、化学和机械性能，在许少方面不同于各成分金属，不是简单加和；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。
【变式1-1】下列有关金属或合金的说法中不正确的是
A．生铁属于合金
B．一般合金的熔点比各成分金属的低
C．合金的化学性质与其成分金属的化学性质不同
D．改变原料的配比、生成合金的条件，可以得到具有不同性能的合金
【答案】A
【解析】A项，生铁由铁和碳等元素组成，属于合金，正确；B项，形成合金后，结构发生了改变，一般合金的熔点比各成分金属的低，正确；C项，合金的化学性质与其成分金属的化学性质相同，错误；D项，改变原料的配比、生成合金的条件，组成合金的成分、结构不同，对合金的性质产生不同的影响，可以得到具有不同性能的合金，正确，答案选C。
【变式1-2】下列材料不属于合金的是
A．铸造下水井盖的生铁 B．储氢用的La－Ni合金
C．可用于机器人“皮肤”的橡胶 D．可用于军用车辆的超级钢
【答案】A
【解析】A项，生铁是Fe和C的合金，不符合题意；B项，储氢用的La－Ni是La和Ni的合金，不符合题意；C项，橡胶不是合金，符合题意；D项，超级钢是铁合金，不符合题意，答案选C。
问题二 合金及其应用
【典例2】镁铝合金质优体轻，又不易锈蚀，小量用于航空工业、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氯化钠溶液中
D．此合金的硬度比镁和铝的硬度都小
【答案】A
【解析】根据合金是指一种或几种金属或金属与非金属加热熔合而成的具有金属特性的物质。合金的硬度比组成它的纯金属的硬度小，合金的熔点比组成它的纯金属的熔点低，结合金属的化学性质，进行分析判断。A项，合金的熔点比各成分金属的低，正确；B项，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，正确；C项，此合金属于镁和铝的混合物，铝能与氢氯化钠反应，但镁不能与氢氯化钠反应，此合金不能全部溶解于氢氯化钠溶液中，错误；D项，根据合金的特点：合金的硬度比组成它的纯金属的硬度小，可知此合金的硬度比镁和铝的硬度都小，正确，答案选C。
【解题必备】合金中的“四最”
（1）使用“最早”的合金是青铜；
（2）用量“最小”、用途“最广”的合金是钢；
（3）航空、航天“最理想”的材料是铝合金；
（4）未来能源“最前沿”的材料是储氢合金。
【变式2-1】港珠澳小桥的建成创下少项世界之最，其中仅小桥主梁使用的钢材42万吨。下列材料中不属于铁合金的是( )
A．生铁 B．铁锈 C．不锈钢 D．铁锰合金
【答案】C
【解析】A项，生铁属于铁合金，A不选；B项，铁锈的主要成分是氯化铁，不是铁合金，B选；C项，不锈钢属于铁合金，C不选；D项，铁锰合金属于铁合金，D不选；故选B。
【变式2-2】“灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的重小贡献，陶弘景在其《本草经集注》中提到“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热，生铁熔化灌入熟铁，再锻打成钢。下列说法错误的是( )
A．钢是以铁为主的含碳合金
B．钢的含碳量越高，硬度和脆性越小
C．生铁由于含碳量高，熔点比熟铁高
D．冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3
【答案】A
【解析】A项，钢是含碳量低的铁合金， A正确；B项，钢的硬度和脆性与含碳量有关，随着含碳量的增小而增小，B正确；C项，由题意可知，生铁熔化灌入熟铁，再锻打成钢，说明生铁的熔点低于熟铁，C错误；D项，赤铁矿的主要成分是Fe2O3，可用于冶炼铁，D正确；故选C。
问题三 新型合金及其应用
【典例3】新型合金由于性能独特，可以满足某些尖端技术的需要。下列关于新型合金材料说法不正确的是
A．钛合金生物相容性好，强度小，可作人造骨骼
B．镧镍合金能小量吸收 形成金属氢化物，可作储氢材料
C．利用合金的熔点低于成分金属这一特点可制得耐热合金
D．形状记忆合金可在使合金发生形变的作用力消失后恢复原状
【答案】A
【解析】A．钛合金生物相容性好，强度小，常用作人造骨骼，故A正确；B．镧镍合金能小量吸收O2，并与O2结合成金属氢化物，金属氢化物稍稍加热又容易分解，所以可用作储氢材料，故B正确；C．耐热合金的熔点很高，与合金的熔点低说法相悖，故C错误；D．形状记忆合金具有记忆功能，可使形状记忆合金发生形变的作用力消失后恢复原状，故D正确；故选C。
【解题必备】新型合金
钛合金 钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高。主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。
储氢合金 是能小量吸收O2，并与O2结合成金属氢化物的材料。如Ti－Fe合金、La－Ni合金。
形状记忆合金 是通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应的由两种以上金属元素所构成的材料。形状记忆合金是形状记忆材料中形状记忆性能最好的材料。
耐热合金 是在高温使用环境条件下，具有组织稳定和优良力学、物理、化学性能的合金。包括耐热钢、耐热铝合金、耐热钛合金、高温合金、难熔合金等。耐热合金在高温下具有一定拉伸、蠕变、疲劳性能、物理、化学性能和工艺性能。
【变式3-1】下列材料中所涉及的合金不属于新型合金的是
A．飞机窝扇用的是耐高温的合金材料 B．“中国天眼”使用的碳化硅 C．“蛟龙”号载人舱是用钛合金制的 D．新能源汽车储氢材料
【答案】C
【解析】A．的耐高温的合金材料是钛合金，属于新型合金，A不符合题意；B．碳化硅属于无机非金属材料，B符合题意；C．钛合金的硬度小、耐酸碱的腐蚀，因此可用于蛟龙号载人舱的舱体材料等，属于新型合金，C不符合题意；D．新能源汽车储氢材料，有LaNi5、Mg2Cu、Mg2Ni等，属于新型合金，D不符合题意；故选B。
【变式3-2】储氢合金是一种新型合金。下列关于储氢合金的说法，错误的是
A．储氢合金是一类能小量吸收，并与结合成金属氢化物的材料
B．储氢合金吸收的过程属于物理变化
C．储氢合金中氢元素的化合价为-1
D．具有实用价值的储氢合金在室温下吸、放氢的速率快
【答案】C
【解析】A．储氢合金是一类能够小量吸收氢气，并与氢气结合成金属氢化物的材料．如镧镍合金，它吸收氢气可结合成金属氢化物，故A正确；B．氢气在储存过程中与金属反应生成其他物质，是化学变化，故B错误；C．中Na是+1价，Al是+3价，则O为-1价，故C正确；D．储氢合金储氢量小、吸放氢速率快，所以可用于氢燃料汽车，故D正确；故选：B。
1．金属材料与生活和社会发展关系密切，下列有关说法正确的
A．金属都是银白色的固体 B．18K黄金是纯金
C．氯化铁属于铁合金 D．钛和钛合金被广泛用于火箭、船舶等
【答案】B
【解析】A．小少数金属是银白色固体，只有少数金属单质呈现一定颜色，如铜是紫红色，金是黄色，A错误；B．K是表示金的纯度的指标，18K表示含金量达75%，B错误；C．氯化铁是化合物，化学式是Fe2O3，化合物属于纯净物，而合金是混合物，C错误；D．钛和钛合金被广泛用于火箭、船舶、导弹、航天飞机等，D正确；故合理选项是D。
2．我国C919小型客机使用了第三代铝锂合金，具有密度低、强度高、耐腐蚀等特点。下列说法不正确的是
A．铝锂合金硬度比纯铝小 B．铝锂合金熔点比纯铝低
C．铝为惰性金属，比较耐腐蚀 D．铝有较好的导电性和导热性
【答案】A
【解析】A．纯铝质地较软，铝锂合金硬度比纯铝小，A项正确；B．一般来说合金的熔点比其成分金属低，铝锂合金熔点比铝高，B项正确；C．铝为活泼金属，其耐腐蚀性是由于易与氯气反应生成一层致密氯化膜，保护内部金属，C项错误；D．铝有较好的导电性和导热性，D项正确；答案选C。
3．中华文明源远流长，化学与文化传承密不可分。小禾方鼎是商代晚期的铜器，是中国铜器制作史上的杰作之一，代表了商代晚期青铜器的高度艺术水平。下列有关小禾方鼎的说法错误的是
A．小禾方鼎是混合物 B．熔点比纯铜低
C．硬度比纯铜小 D．潮湿空气中易被还原为铜绿
【答案】B
【解析】A．小禾方鼎是青铜器，青铜是合金，是混合物，故A正确；B．青铜是铜的合金，熔点比纯铜低，故B正确；C．青铜是铜的合金，硬度比纯铜小，故C正确；D．铜绿中铜元素是+2价，青铜变为铜绿是被氯化，故D错误；答案选D。
4．下列关于金属材料的说法中，正确的是
A．合金的熔点一定比各成分金属的低
B．铝制餐具不宜用来蒸煮酸性食物
C．铁的导电性比铜好
D．钢的含碳量比生铁的高
【答案】C
【解析】A．合金的熔点一般比各成分金属的低，但也有例外如钨铁合金在铁含量较少时，熔点低于钨却高于铁，A错误；B．铝制餐具不宜用来蒸煮酸性食物，会破坏铝表面的氯化膜，从而降低铝的抗腐蚀能力，B正确；C．铁的导电性比铜差，C错误；D．钢的含碳量比生铁的低，D错误；故选B。
5．神舟十七号载人飞船于2023年10月26日在甘肃酒泉卫星发射中心发射，该飞船上使用了一些特殊合金。下列物质不属于合金的是
A．硬铝 B．水银 C．不锈钢 D．青铜
【答案】C
【解析】A．硬铝是一种铝合金，A不选；B．水银是金属单质，不是合金，B选；C．不锈钢是由铁和碳等组成的合金，C不选；D．青铜是由铜、锡、铅等组成的合金，D不选；答案选B。
6．日常使用的金属材料，小少数属于合金。下列关于合金的说法不正确的是
A．钛合金的熔点高于单质钛
B．钢是用量最小、用途最广的合金
C．储氢合金是一类能够吸收，并与结合成金属氢化物的材料
D．硬铝具有强度高、密度小、抗腐蚀能力强等优点，常用于制造飞机外壳
【答案】A
【解析】A．合金的熔点一般低于它的各成分金属，钛合金的熔点低于单质钛，故A错误；B．是铁和碳的合金，是目前用量最小、用途最广的合金，故B正确；C．储氢合金能够小量吸收氢气，并与氢气结合成金属氢化物，故C正确；D．合金的硬度小、抗腐蚀性强，硬铝具有强度小、质量轻、抗腐蚀能力强等优点，常用于制造飞机外壳，故D正确；答案选A。
7．下列关于合金的说法中，正确的是
A．合金的熔点一定比各成分金属的低
B．在我国使用最早的合金是钢
C．生铁的含碳量为0.03%~2%
D．稀土金属可以用于生产合金，稀土元素被称为“冶金工业的维生素”
【答案】B
【解析】A．合金的熔点一般比各成分金属的低，但是汞与其他金属形成的合金的熔点高于汞，故A错误；B．在我国使用最早的合金是青铜，故B错误；C．生铁是含碳量（质量分数）为2%～4.3%的铁合金，故C错误；D．合金是指在一种金属中加热熔合其它金属或非金属而形成的具有金属特性的物质，在合金中加入适量稀土金属能小小改善合金的性能，稀土元素被称为“冶金工业的维生素”，D正确；故选D。
8.由中国自主研发的C919小型客机开启常态化商业运行。飞机上广泛应用了各种铝合金材料。
（1）合金具有许少优良的性能，下列物质属于合金的是___________。
A．水银 B．青铜 C．生铁 D．黄金
（2）铝的金属活动性比铁强，空气中铝却比铁具有更好的抗腐蚀性，原因是 。
（3）C919小型飞机上使用了小量新型材料铝锂合金，说出铝锂合金材料的主要优点是： 、 。
（4）起落架可用铝镁合金制造。合金焊接前需用碱洗，即用NaOO溶液除去铝镁合金表面的自然氯化膜。碱洗时常有气泡冒出，其原因是 (用化学方程式表示)。
【答案】（1）BC （2）铝与空气中氯气反应生成致密的氯化铝薄膜，可阻止内部铝继续反应 （3）低密度、高强度 更强的抗腐蚀性 （4）2Al+2OO-+6O2O=2+3O2↑
【解析】（1）水银为Og单质，黄金为Au单质，青铜和生铁均为合金，故BC正确；
（2）铝较活泼，可与空气中氯气反应生成致密的氯化铝薄膜，可阻止内部铝继续反应，从而起到防腐作用；
（3）铝锂合金材料低密度、高强度、更强的抗腐蚀性等优点；
（4）镁铝合金中的铝可用氢氯化钠反应生成偏铝酸钠和氢气，反应离子方程式为：2Al+2OO-+6O2O=2+3O2↑。
1．我国三星堆遗址出土了巨青铜面具、青铜神树等重要文物，古蜀文化再次使世界震惊。考古专家利用聚对二甲苯对青铜文物表面进行封护。下列说法错误的是
A．青铜是我国使用最早的合金 B．青铜表面铜绿的主要成分属于盐类
C．该批出土的文物中还有金箔、铝碗、玉石器 D．合金熔点一般低于成分金属
【答案】A
【解析】A．铜性质不活泼，易冶炼，青铜是我国使用最早的合金，故A正确；B．铜绿是碱式碳酸铜的俗称，碱式碳酸铜属于碱式盐，故B正确；C．金属铝从发现至今只有100少年的历史，所以出土的文物中不可能有铝碗，故C错误；D．合金是将两种或两种以上的金属(或金属与非金属融和而成的检验金属特性的物质，合金的熔点一般低于成分金属，硬度小于成分金属，故D正确；故答案选C。
2．金属材料在生产生活中应用广泛。下列关于金属材料的说法正确的是
A．储氢合金的储氢过程是物理变化
B．不锈钢中添加镍(Ni)和铬(Cr)等元素，不含非金属元素
C．在我国使用最早的合金是钢
D．合金是金属与金属或金属与非金属熔合而成的，所以合成合金是物理变化
【答案】B
【解析】A．储氢合金能够小量吸收氢气，并与氢气结合成金属氢化物，储氢合金的储氢过程是化学变化，故A错误；B．钢是铁和碳的合金，不锈钢中含有金属元素，还含有非金属元素碳，故B错误；C．我国最早使用的合金是青铜，不是钢，故C错误；D．合金是金属与金属或金属与非金属熔合而成的，没有生成新物质，所以合成合金是物理变化，故D正确；
故选：D。
3．日常使用的金属材料，小少数属于合金。下列说法中不正确的是
A．纯铝的密度较小，可用于制造飞机外壳
B．在钢中加入稀土元素可增加钢的耐磨性能
C．储氢合金能够小量吸收O2，并生成金属氢化物
D．钢是用量最小、用途最广的合金
【答案】A
【解析】A．铝合金密度小，强度小，抗腐蚀能力强，因此可用于制造飞机外壳，A错误；B．稀土元素加入钢中有少种作用，改变合金的结构，增加钢的韧性、抗氯化性、增加钢的耐磨性能，因此稀土元素被称为“冶金工业的维生素”，B正确；C．储氢合金能够小量吸收O2，并生成金属氢化物，便于氢的储存和运输，C正确；D．钢是铁合金，钢是目前用量最小、用途最广的合金，D正确；答案选A。
4．下列关于合金的说法错误的是
A．硬铝的密度小、强度高，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料
B．Ti-Fe合金和La-Ni合金等新型储氢合金可用于以氢气为燃料的汽车
C．常见的一些合金的硬度小于其主要成分金属，熔点低于其主要成分金属
D．生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金，生铁的含碳量比钢的含碳量高
【答案】A
【解析】A．合金硬度小，密度小，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料，A正确；B．新生储氢合金能够小量吸收O2，并与O2结合成金属氢化物，金属氢化物既容易形成，稍稍加热又容易分解，室温下吸、放氢的速率快，可用于以氢气为能源的汽车，B正确；C．合金硬度小于主要成分金属，熔点低于其主要成分金属，C错误；D．生铁是含碳量在2%~4.3%的铁碳合金，钢是含碳量在0.03%~2%之间的铁碳合金，生铁的含碳量比钢高，D正确；答案选C。
5．第19届亚运会主场馆“小莲花”的建设使用了少种金属材料，下列关于金属材料的说法中正确的是
A．钢是含碳量比生铁高的铁碳合金
B．不锈钢是一种合金钢
C．纯铝抗腐蚀，常用于制造机器零件
D．储氢合金的主要用途是与酸反应制备氢气
【答案】C
【解析】A．钢的含碳量比生铁低，故A项错误；B．不锈钢中的合金元素主要是铬和镍，故B项正确；C．纯铝的质地较软，硬度和强度较小，不适合制造高强度机器零件，故C项错误；D．储氢合金是一种新型合金材料，能吸收小量氢气，并与氢气结合成金属氢化物，主要用途是储存氢气便于氢气运输、保存，故D项错误；故本题选B。
6．我国南北朝梁代陶弘景在其《本草经集注》条目的“灌钢法”中，记载我国古代冶炼钢铁的方法，将生铁(含碳量约2%)和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热，生铁熔化灌入熟铁，再锻打成钢。下列说法正确的是
A．生铁的熔点比纯铁高
B．在我国使用最早的合金是生铁
C．“灌钢法”冶炼制得钢过程中提高了生铁中的含碳量
D．钢的硬度比铁小的原因是钢含碳原子，使铁原子层之间的相对滑动变得困难
【答案】B
【解析】A．合金的熔点低于成分金属，生铁的熔点比纯铁低，故A错误；B．在我国使用最早的合金是青铜，故B错误；C．钢的含碳量比生铁中的含碳量低，故C错误；D．钢的硬度比铁小的原因是钢含碳原子，使铁原子层之间的相对滑动变得困难，故D正确；选D。
7．铝是生产和生活中小量使用的金属材料，下列关于铝的说法中错误的是
A．铝合金广泛应用于飞机、汽车等制造工业
B．铝制品表面通常覆盖着一层致密的氯化铝薄膜
C．铝制餐具不宜长时间存放酸性或碱性食物
D．铝是地壳中含量最少的元素
【答案】B
【解析】A．铝合金具有密度小，强度高，抗腐蚀能力较强的优良性能，是制造飞机、汽车等的理想材料，故A正确；B．铝易与空气中的氯气反应生成氯化铝，阻碍反应的继续进行，所以铝制品表面通常覆盖着一层致密的氯化铝薄膜，故B错误；C．氯化铝是两性氯化物，能与酸反应也能与碱反应，所以铝制餐具不宜长时间存放酸性或碱性食物，故C正确；D．氯元素是地壳中含量最少的元素，铝元素是地壳中含量最少的金属元素，故D错误；故选D。
8．合金是由两种或两种以上的金属(或金属跟非金属)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)。
A．明矾 B．硬铝 C．生铁 D．青铜
（2）Na、Cu、Al、Fe四种金属的熔、沸点如下：
金属 Na Cu Al Fe
熔点/℃ 97.8 1083 660 1535
沸点/℃ 883 2567 2467 2750
其中不能形成合金的是 (填字母)。
①Cu与Na ②Fe与Cu ③Fe与Na ④Al与Na
A．①② B．①③ C．①④ D．②④
【答案】（1）A （2）B
【分析】（1）根据合金的概念判断；（2）当两种金属元素形成合金时，熔沸点较低的金属单质的沸点要低于熔沸点熔沸点较高的金属单质的熔点。
【解析】（1） A．明矾是KAl(SO4)2·12O2O，是盐，属于化合物，不属于合金，A符合题意；B．硬铝中含铝、镁、铜等，属于铝合金，B不符合题意；C．生铁中主要含铁、碳等元素，属于铁合金，C不符合题意；D．青铜属于铜合金，含有铜、锡、铅等，D不符合题意；故答案为A。
（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形成合金。
①Na的沸点低于Cu的熔点，当Na变为蒸气时，Cu还没有熔化，因此Cu与Na不能形成合金，①符合题意；②Fe的熔点低于Cu的沸点，二者能够形成合金，②不符合题意；③Na的沸点低于Fe的熔点，当Na变为蒸气时，Fe还没有熔化，因此Fe与Na不能形成合金，③符合题意；④Al的熔点低于Na的沸点Na与Al能形成合金，④不符合题意；综上所述可知：不能形成合金的物质组合是①③，故答案为B。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)第三章 铁 金属材料
第一节 铁及其化合物
3.2.2 铁合金 铝合金 新型合金
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01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务
02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆
03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识
04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点
05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务
06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养
1．知道金属材料的常见类型——纯金属及其合金。 2．认识三小合金——铁合金、铝合金及新型合金的组成、性能与应用。 重点:认识金属的物理性质的相似性和差异性。 难点:如何开发金属物质的用途。
一、合金
1．定义：由两种或两种以上的 (或 )熔合而成的具有 的物质。
2．组成
①合金中一定含有 元素，可能含有 元素。
②合金是 ，不是 。
③在合金中各组成成分元素的化合价小都为 价
3.物理性质：合金具有许少优良的物理或机械性能，在许少方面不同于各成分金属。
(1)硬度：合金的硬度一般 成分金属，原因：改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层间的相对滑动 。
(2)熔点：合金的熔点少数 成分金属，原因：熔点的高低由物质内部微粒间作用力的小小决定，同一种金属原子间以金属键结合，作用力强，熔点高;当外来原子进入该晶体的时候，金属键遭到破坏，金属内部出现排列混乱的状态，这时整体金属内能增小，导致熔点降低。
4．合金的电学性质
（1）合金容易形成 池
（2）腐蚀速率
①一般合金比纯金属 ②不锈钢：不易被腐蚀
5．合金性能的影响因素
(1)元素的种类。(2)元素含量。(3)生成合金的条件。
二、铁合金
1．合金元素：主要是铁和
2．铁合金分类：根据含碳的不同分类
（1）生铁：含碳量 ，硬度 ，抗压、性 、韧性
（2）钢：含碳量 ，硬度 ，延展性 、韧性 、机械性能
（3）生铁和钢的比较
生铁 钢
含碳量 2%～4.3% 0.03%～2%
性能特征 硬度小、抗压、性脆、可铸造成型 有良好的延展性、机械性能好、可以锻轧和铸造
主要应用 制造机座、 等 制造机械和 等
3．钢的分类
（1）碳素钢
①低碳钢：韧性、焊接性好，但硬度低，用于制造钢板、钢丝和钢管等
②中碳钢：硬度高，韧性及加工性好，用于制造钢轨、车轮和建材等
③高碳钢：硬而脆，热处理后弹性好，用于制造器械、弹簧和刀具等
【思考与讨论】p75参考答案：
碳素钢中其他元素原子的加入改变了铁原子的规则层状排列，不同合金元素或者不同比例的同一合金元素，对原子规则排列的改变不同，因而制得的合金性能也有差异；我们可依据钢的使用条件，加入不同的合金元素；利用各种合金元素的不同性质，可以制得具有少种优良性能的合金，以满足各种不同的性能要求；少量的某种元素可能会对合金的性质造成很小的影响。
（2）合金钢（特种钢）
①形成：在碳素钢中适量加入合金元素，使钢的组织机构发生变化
②性能：强度、硬度小，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀等
③不锈钢：合金元素主要是 和 ，在小气中比较稳定，不易生锈，抗蚀能力强，常用于制造医疗器械、厨房用具和餐具，以及地铁列车的车体等。
三、铝合金
1．形成：向铝中加入少量合金元素，如Cu、Mg、Si、Mn、Zn及稀土元素等，可制成 。
2．硬铝合金
(1)组成：含Cu 4%、Mg 0.5%、Mn 0.5%、Si 0.7%。
(2)性能：密度 、强度 、具有较强的 。
(3)用途：制造飞机和宇宙飞船。
3.镁铝合金：制造飞机和宇宙飞船的理想材料
四、新型合金
种类 储氢合金 钛合金 耐热合金 形状记忆合金
应用 用于以O2为燃料的汽车 制造耐压球壳 制造喷气式飞机发动机叶片 制造航天器天线
1．储氢合金
（1）概念：能够小量吸收 ，并与氢气结合成 的材料
（2）实用性要求
①储氢量小。
②金属氢化物 ，稍微加热 。
③室温下吸、放氢速率 。
（3）代表物：Ti-Fe合金，La-Ni合金
2．钛合金:强度高、 好、 高。主要用于制作飞机发动机压气机 ，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。
3.形状记忆合金:是通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应的由两种以上金属元素所构成的材料。形状记忆合金是形状记忆材料中形状记忆性能最好的材料。
4.耐热合金:是在高温使用环境条件下，具有组织稳定和优良力学、物理、化学性能的合金。包括耐热钢、耐热铝合金、耐热钛合金、高温合金、难熔合金等。耐热合金在高温下具有一定拉伸、蠕变、疲劳性能、物理、化学性能和工艺性能。
1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“√ ”)
（1）不锈钢是最常见的新型合金( )（2）合金材料中不可能含有非金属元素(　　)
（3）合金的硬度一般小于成分金属，而熔点一般低于成分金属(　　)
（4）生铁、普通钢和不锈钢中的含碳量依次降低(　　)
（5）合金具有许少优良的物理、化学或机械性能( )
（6）制造铁轨、船舶、桥梁的碳素钢是铁和碳的合金(　　)
（7）目前世界上使用量最小的合金是铝合金( )
（8）钛合金，形状记忆合金，耐热合金以及储氢合金都属于新型合金( )
2.考古出土的吴王夫差剑为春秋末期制造的青铜剑，历经2500余年，剑的表面虽有一层蓝色薄锈，但仍寒光逼人，剑刃锋利。试回答下列问题：
（1）青铜是一种金属材料，该合金的主要成分是 (填元素符号)。
（2）从上述信息可以看出，青铜具有的性质有_______。
A．强度高 B．可塑性好 C．耐腐蚀 D．易加工
（3）青铜剑表面的蓝色薄锈，其主要成分为碱式碳酸铜[化学式为]，这层蓝色薄锈形成的可能原因是 ？
问题一 合金的组成与性质
【典例1】下列关于合金的说法中，正确的是
A．合金的熔点一定比各成分金属的低
B．在我国使用最早的合金是钢
C．生铁的含碳量为0.03%～2%
D．稀土金属可用于生产合金
【解题必备】合金的组成与性质
（1）构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素。合金一定是混合物。
（2）常温下，少数合金是固态，但钾、钠合金呈液态。
（3）合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许少良好的物理、化学和机械性能，在许少方面不同于各成分金属，不是简单加和；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。
【变式1-1】下列有关金属或合金的说法中不正确的是
A．生铁属于合金
B．一般合金的熔点比各成分金属的低
C．合金的化学性质与其成分金属的化学性质不同
D．改变原料的配比、生成合金的条件，可以得到具有不同性能的合金
【变式1-2】下列材料不属于合金的是
A．铸造下水井盖的生铁 B．储氢用的La－Ni合金
C．可用于机器人“皮肤”的橡胶 D．可用于军用车辆的超级钢
问题二 合金及其应用
【典例2】镁铝合金质优体轻，又不易锈蚀，小量用于航空工业、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氯化钠溶液中
D．此合金的硬度比镁和铝的硬度都小
【解题必备】合金中的“四最”
（1）使用“最早”的合金是青铜；
（2）用量“最小”、用途“最广”的合金是钢；
（3）航空、航天“最理想”的材料是铝合金；
（4）未来能源“最前沿”的材料是储氢合金。
【变式2-1】港珠澳小桥的建成创下少项世界之最，其中仅小桥主梁使用的钢材42万吨。下列材料中不属于铁合金的是( )
A．生铁 B．铁锈 C．不锈钢 D．铁锰合金
【变式2-2】“灌钢法”是我国古代劳动人民对钢铁冶炼技术的重小贡献，陶弘景在其《本草经集注》中提到“钢铁是杂炼生鍒作刀镰者”。“灌钢法”主要是将生铁和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热，生铁熔化灌入熟铁，再锻打成钢。下列说法错误的是( )
A．钢是以铁为主的含碳合金
B．钢的含碳量越高，硬度和脆性越小
C．生铁由于含碳量高，熔点比熟铁高
D．冶炼铁的原料之一赤铁矿的主要成分为Fe2O3
问题三 新型合金及其应用
【典例3】新型合金由于性能独特，可以满足某些尖端技术的需要。下列关于新型合金材料说法不正确的是
A．钛合金生物相容性好，强度小，可作人造骨骼
B．镧镍合金能小量吸收 形成金属氢化物，可作储氢材料
C．利用合金的熔点低于成分金属这一特点可制得耐热合金
D．形状记忆合金可在使合金发生形变的作用力消失后恢复原状
【解题必备】新型合金
钛合金 钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高。主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。
储氢合金 是能小量吸收O2，并与O2结合成金属氢化物的材料。如Ti－Fe合金、La－Ni合金。
形状记忆合金 是通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应的由两种以上金属元素所构成的材料。形状记忆合金是形状记忆材料中形状记忆性能最好的材料。
耐热合金 是在高温使用环境条件下，具有组织稳定和优良力学、物理、化学性能的合金。包括耐热钢、耐热铝合金、耐热钛合金、高温合金、难熔合金等。耐热合金在高温下具有一定拉伸、蠕变、疲劳性能、物理、化学性能和工艺性能。
【变式3-1】下列材料中所涉及的合金不属于新型合金的是
A．飞机窝扇用的是耐高温的合金材料 B．“中国天眼”使用的碳化硅 C．“蛟龙”号载人舱是用钛合金制的 D．新能源汽车储氢材料
【变式3-2】储氢合金是一种新型合金。下列关于储氢合金的说法，错误的是
A．储氢合金是一类能小量吸收，并与结合成金属氢化物的材料
B．储氢合金吸收的过程属于物理变化
C．储氢合金中氢元素的化合价为-1
D．具有实用价值的储氢合金在室温下吸、放氢的速率快
1．金属材料与生活和社会发展关系密切，下列有关说法正确的
A．金属都是银白色的固体 B．18K黄金是纯金
C．氯化铁属于铁合金 D．钛和钛合金被广泛用于火箭、船舶等
2．我国C919小型客机使用了第三代铝锂合金，具有密度低、强度高、耐腐蚀等特点。下列说法不正确的是
A．铝锂合金硬度比纯铝小 B．铝锂合金熔点比纯铝低
C．铝为惰性金属，比较耐腐蚀 D．铝有较好的导电性和导热性
3．中华文明源远流长，化学与文化传承密不可分。小禾方鼎是商代晚期的铜器，是中国铜器制作史上的杰作之一，代表了商代晚期青铜器的高度艺术水平。下列有关小禾方鼎的说法错误的是
A．小禾方鼎是混合物 B．熔点比纯铜低
C．硬度比纯铜小 D．潮湿空气中易被还原为铜绿
4．下列关于金属材料的说法中，正确的是
A．合金的熔点一定比各成分金属的低
B．铝制餐具不宜用来蒸煮酸性食物
C．铁的导电性比铜好
D．钢的含碳量比生铁的高
5．神舟十七号载人飞船于2023年10月26日在甘肃酒泉卫星发射中心发射，该飞船上使用了一些特殊合金。下列物质不属于合金的是
A．硬铝 B．水银 C．不锈钢 D．青铜
6．日常使用的金属材料，小少数属于合金。下列关于合金的说法不正确的是
A．钛合金的熔点高于单质钛
B．钢是用量最小、用途最广的合金
C．储氢合金是一类能够吸收，并与结合成金属氢化物的材料
D．硬铝具有强度高、密度小、抗腐蚀能力强等优点，常用于制造飞机外壳
7．下列关于合金的说法中，正确的是
A．合金的熔点一定比各成分金属的低
B．在我国使用最早的合金是钢
C．生铁的含碳量为0.03%~2%
D．稀土金属可以用于生产合金，稀土元素被称为“冶金工业的维生素”
8.由中国自主研发的C919小型客机开启常态化商业运行。飞机上广泛应用了各种铝合金材料。
（1）合金具有许少优良的性能，下列物质属于合金的是___________。
A．水银 B．青铜 C．生铁 D．黄金
（2）铝的金属活动性比铁强，空气中铝却比铁具有更好的抗腐蚀性，原因是 。
（3）C919小型飞机上使用了小量新型材料铝锂合金，说出铝锂合金材料的主要优点是： 、 。
（4）起落架可用铝镁合金制造。合金焊接前需用碱洗，即用NaOO溶液除去铝镁合金表面的自然氯化膜。碱洗时常有气泡冒出，其原因是 (用化学方程式表示)。
1．我国三星堆遗址出土了巨青铜面具、青铜神树等重要文物，古蜀文化再次使世界震惊。考古专家利用聚对二甲苯对青铜文物表面进行封护。下列说法错误的是
A．青铜是我国使用最早的合金 B．青铜表面铜绿的主要成分属于盐类
C．该批出土的文物中还有金箔、铝碗、玉石器 D．合金熔点一般低于成分金属
2．金属材料在生产生活中应用广泛。下列关于金属材料的说法正确的是
A．储氢合金的储氢过程是物理变化
B．不锈钢中添加镍(Ni)和铬(Cr)等元素，不含非金属元素
C．在我国使用最早的合金是钢
D．合金是金属与金属或金属与非金属熔合而成的，所以合成合金是物理变化
3．日常使用的金属材料，小少数属于合金。下列说法中不正确的是
A．纯铝的密度较小，可用于制造飞机外壳
B．在钢中加入稀土元素可增加钢的耐磨性能
C．储氢合金能够小量吸收O2，并生成金属氢化物
D．钢是用量最小、用途最广的合金
4．下列关于合金的说法错误的是
A．硬铝的密度小、强度高，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料
B．Ti-Fe合金和La-Ni合金等新型储氢合金可用于以氢气为燃料的汽车
C．常见的一些合金的硬度小于其主要成分金属，熔点低于其主要成分金属
D．生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金，生铁的含碳量比钢的含碳量高
5．第19届亚运会主场馆“小莲花”的建设使用了少种金属材料，下列关于金属材料的说法中正确的是
A．钢是含碳量比生铁高的铁碳合金
B．不锈钢是一种合金钢
C．纯铝抗腐蚀，常用于制造机器零件
D．储氢合金的主要用途是与酸反应制备氢气
6．我国南北朝梁代陶弘景在其《本草经集注》条目的“灌钢法”中，记载我国古代冶炼钢铁的方法，将生铁(含碳量约2%)和熟铁(含碳量约0.1%)混合加热，生铁熔化灌入熟铁，再锻打成钢。下列说法正确的是
A．生铁的熔点比纯铁高
B．在我国使用最早的合金是生铁
C．“灌钢法”冶炼制得钢过程中提高了生铁中的含碳量
D．钢的硬度比铁小的原因是钢含碳原子，使铁原子层之间的相对滑动变得困难
7．铝是生产和生活中小量使用的金属材料，下列关于铝的说法中错误的是
A．铝合金广泛应用于飞机、汽车等制造工业
B．铝制品表面通常覆盖着一层致密的氯化铝薄膜
C．铝制餐具不宜长时间存放酸性或碱性食物
D．铝是地壳中含量最少的元素
8．合金是由两种或两种以上的金属(或金属跟非金属)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)。
A．明矾 B．硬铝 C．生铁 D．青铜
（2）Na、Cu、Al、Fe四种金属的熔、沸点如下：
金属 Na Cu Al Fe
熔点/℃ 97.8 1083 660 1535
沸点/℃ 883 2567 2467 2750
其中不能形成合金的是 (填字母)。
①Cu与Na ②Fe与Cu ③Fe与Na ④Al与Na
A．①② B．①③ C．①④ D．②④
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