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专题9　金属与人类文明
第三单元　金属材料的
性能及应用
1．认识化学发展对人类社会进步的重要意义。2．初步认识金属的组成与其性能的关系。
学习理解
01
课时分层练
04
目录
CONTENTS
探究应用
02
总结提升
03
学习理解
一、金属材料的性能
(1)力学性能，如_________、硬度、塑性等。
(2)物理性能，如密度、熔点、________、_________等。
(3)化学性能，如___________、___________等。
(4)工艺性能，如_________、_________、切削加工性等。
二、合金及其应用
1．合金的概念
将两种或两种以上的______________________共熔，可制备出特殊的金属材料，这种材料叫作合金。
延展性
导电性
导热性
耐酸碱性
抗氧化性
可铸性
可锻性
金属(或金属与非金属)
2．合金的性质
(1)合金的硬度一般都比组成它的纯金属_____。
(2)多数合金的熔点______组成它的任何一种组分金属。
(3)合金的导电性和导热性一般______任一组分金属。
3．几种重要的合金
(1)铝合金
铝合金成本低，性能优异，密度_____、强度____、塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性，_________能力强，装饰效果好，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中都得到广泛的应用。目前铝合金的使用量仅次于钢，发展前景广阔。
大
低于
低于
小
大
抗腐蚀
(2)不锈钢
①组成：不锈钢中除_____元素外，主要的合金元素是_____(占12%～32%)。
②性能：具有优越的抗腐蚀性能。
(3)钛合金
钛合金强度_____、密度____、耐热性____，易于加工，抗腐蚀性强，远优于不锈钢。
铁
铬
高
小
好
三、无机非金属材料及其应用
1．传统无机非金属材料：陶瓷、水泥、玻璃。
2．新型无机非金属材料
(1)硅的导电性介于______和________之间，是一种重要的________材料，被广泛用于电子工业的各个领域。
(2)光导纤维的主要成分是__________，可用来制造通讯光缆。
(3)新型陶瓷材料分为_______陶瓷和_______陶瓷两大类。
导体
绝缘体
半导体
二氧化硅
结构
功能
判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)铝合金比纯铝使用更为普遍，这是因为铝合金比纯铝有更好的性能。(　　)
(2)合金是金属的简单混合，它的性质是各种金属性质的总和。(　　)
(3)合金的熔点比它的各成分金属的熔点都高，硬度比它的各成分金属的大。(　　)
(4)因为铁及其合金比铜的用途更广，所以人类首先发现并使用铁。(　　)
(5)硬铝、钢铁、水银均属于合金。(　　)
(6)合金中只含有金属元素。(　　)
√
×
×
×
×
×
探究应用
生铁和钢是两种重要的铁碳合金，两者有广泛的用途。
[问题探究]
1．合金一定是由金属组成的混合物吗？铁的熔点是1536 ℃，钠的沸点是883 ℃，二者能形成合金吗？
提示：不一定。合金中一定含有金属元素，也可能含有非金属元素，如生铁是由铁、碳组成的合金；铁、钠不能形成合金，原因是铁开始熔化时，钠已经汽化，故二者不能形成合金。
2．合金的性质是各成分金属的性质之和吗？
提示：：不是。合金在物理性质和机械性能方面优于各成分金属，不是简单的加和，一般认为在化学性质上，合金体现的是各成分金属的化学性质。
知识点一　合金及其应用
1．关于合金
(1)合金一定含有金属元素，可能含有非金属元素。
(2)合金一定是混合物，合金具有金属的特性。
(3)合金在许多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。
(4)合金的硬度一般大于其成分金属；合金的熔点一般比其成分金属的熔点低。
(5)并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，若一种金属的熔点高于另一金属的沸点，则二者不能形成合金。
2．正确选用金属材料
(1)金属的性质决定其主要用途，在选用材料时要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。
(3)材料的稳定性、日常维护应从其化学性质考虑。
(4)材料的经济性如价格，应从原料的储量、开采与冶炼的难度等方面考虑。
1．京沪高铁是世界上一次性建成的最长高速铁路。高铁车厢大部分采用铝合金材料制造，这是因为铝合金(　　)
A．比纯铝熔点高
B．具有比较活泼的化学性质
C．各种成分在自然界中含量丰富，容易获取
D．质量轻，强度大，抗腐蚀能力比较强
2．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
解析：A项，钛和钛的合金的熔点高，不适合作保险丝。
知识点二　无机非金属材料——硅与二氧化硅
2．二氧化硅的结构性质
(1)SiO2晶体中不存在SiO2分子，SiO2表示二氧化硅中Si原子和O原子个数比为1∶2的化学式。
(2)SiO2是酸性氧化物，但它不溶于水，不与水反应，也不与酸(氢氟酸除外)反应。SiO2→H4SiO4需间接实现。如：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，Na2SiO3＋CO2＋2H2O===H4SiO4↓＋Na2CO3。
(3)特性
与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(用途：刻蚀玻璃)。
(4)可以用玻璃瓶盛放碱液但不能用玻璃塞。原因是玻璃中含有SiO2，SiO2与NaOH溶液反应生成Na2SiO3，使瓶口与瓶塞黏在一起而难以开启。
3．下列有关硅及其化合物用途的说法中，正确的是(　　)
A．二氧化硅是制造光电池的主要原料
B．在电子工业中，硅是重要的半导体材料
C．硅是现代光学及光纤制品的基本原料
D．可用石英坩埚加热氢氧化钠固体
4．关于二氧化硅，下列叙述正确的是(　　)
①化学性质不活泼，熔融氢氧化钠固体可用石英坩埚　②是酸性氧化物，溶于水显酸性，不溶于任何酸　③物理性质与CO2相似　④SiO2晶体是由SiO2分子直接构成的　⑤水晶、石英、沙子、玛瑙、光导纤维的主要成分均是SiO2
⑥光导纤维在强碱性条件下易发生“断路”
A．①②③ B．④⑤
C．②③④ D．⑤⑥
解析：SiO2晶体是由原子构成的空间网状结构，化学性质稳定，SiO2与NaOH发生反应，熔融NaOH固体不能用石英坩埚，①、④不正确；SiO2属于酸性氧化物，不溶于水且与H2O不反应，但能与HF反应，②不正确；SiO2与CO2结构不同，物理性质差别很大，③不正确。
总结提升
本课总结
自我反思：﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
随堂提升
1．铝制品与铁制品相比，在空气中不易锈蚀，其原因是(　　)
A．铝的金属活动性比铁弱
B．铝的密度比铁的密度小
C．铝在空气中易形成一层致密的氧化膜
D．铝不能跟氧气发生化学反应
2．奋进中的贵州取得了举世瞩目的成就，对下列成就涉及的化学知识说法错误的是(　　)
A．“中国天眼”所使用的钢铁结构圈梁属于合金材料
B．“大数据中心”的电子设备芯片使用的材料是二氧化硅
C．“中国桥梁看贵州”，建造桥梁的水泥属于硅酸盐材料
D．“县县通高速”，高速路面使用的改性沥青是有机材料
3．纯铁的熔点为1535 ℃，而高炉中炼铁时生铁(含碳量较高的铁的合金)在1200 ℃左右就熔化了，这是因为(　　)
A．铁的纯度越高，熔点越低
B．合金的熔点一般比其成分物质的熔点低
C．因为形成了铁碳合金，所以熔点变高
D．在高炉内熔化的过程中发生了化学反应
4．硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是(　　)
A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4
B．碳化硅(SiC)的硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承
C．光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2
D．二氧化硅为空间网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1∶2
解析：在SiO2晶体中，1个硅原子与周围4个氧原子形成4个硅氧单键，D
错误。
5．历史上金、银、铜主要是作为货币金属或装饰品。
(1)金、银、铜常被作为钱币流通，从化学角度来看，主要是利用它们的_____(填字母)。
A．硬度适中 B．密度适中
C．在自然界里都可得到纯净的单质 D．不活泼性
(2)一位收藏者有一枚表面是黑色，且有少量绿色锈状物的铜币，黑色物质是______，绿色物质是______________，这枚金属币的真面目为_____色。
D
CuO
Cu2(OH)2CO3
红
课时分层练
题号 1 2 3 4 5 6 7
难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★★
对点 金属材料和无机非金属材料的应用与判断 硅及化合物的组成及用途 合金的性质及用途 铝及氧化铝的性质 不锈钢的组成与性质 铜及其合金的性质 合金的形成条件
题号 8 9 10 11 12 13 14
难度 ★ ★ ★ ★★ ★★ ★★ ★★★
对点 合金和无机非金属材料的性质及用途 金属材料的选用依据 硅的性质、用途与存在形式 无机非金属材料、铝合金 储氢合金的 性能 金属材料的性质及用途 金属材料的性质、物质含量的测定
1．下列馆藏文物主要由金属材料制成的是(　　)
解析：A、C、D项的文物均由无机非金属材料制成，故选B。
[学习·理解]
2．华裔科学家高锟因在“光在光导纤维中传输用以光学通信领域”的研究方面所取得的开创性成就获得了诺贝尔物理学奖。光导纤维的主要成分是(　　)
A．Si B．SiO2
C．Na2SiO3 D．SiCl4
3．用于飞机制造业的重要材料是(　　)
A．Mg Al合金 B．Cu Sn合金
C．Al Si合金 D．不锈钢
4．有关厨房中铝制品的使用，你认为合理的是(　　)
A．长时间盛放咸菜 B．烧煮开水
C．用金属丝擦表面的污垢 D．用碱溶液洗涤
解析：A项，铝的表面有一层致密的氧化膜，长时间盛放咸菜会破坏氧化膜，使铝制容器损坏；C项，用金属丝擦污垢会破坏铝表面形成的氧化膜；D项，铝能与碱反应。
5．下列关于不锈钢的叙述中错误的是(　　)
A．不锈钢是最常见的一种合金钢
B．不锈钢在大气中比较稳定，不容易生锈，具有很强的抗腐蚀能力
C．不锈钢中常添加一种或几种合金元素，从而使其具有各种特殊性能
D．不锈钢中只含有金属元素，不含有非金属元素
解析：不锈钢中含有金属元素，也含有非金属元素，D错误。
6．我国古代的青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值。下列说法不正确的是(　　)
A．我国使用青铜器的时间比使用铁器、铝器的时间均要早
B．将青铜器放在银质托盘上，青铜器容易生成铜绿
C．《本草纲目》载有名“铜青”之药物，铜青是铜器上的绿色物质，则铜青就是青铜
D．用蜂蜡做出铜器的蜡模，是古代青铜器的铸造方法之一，蜂蜡的主要成分是有机物
7．合金是两种或两种以上的金属(或金属与非金属)共熔而成的具有金属特性的物质。
根据下表中四种金属的熔、沸点：
可知，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
金属 Na Cu Al Fe
熔点/℃ 97．8 1083 660 1535
沸点/℃ 883 2567 2467 2750
8．改革开放以来，我国取得了很多世界瞩目的科技成果，下列说法不正确的是(　　)
A．蛟龙号潜水器用到钛合金，22号钛元素属于过渡元素
B．港珠澳大桥用到的合金材料，具有强度大、密度小、耐腐蚀等性能
C．国产C919用到的氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料
D．中国天眼传输信息用的光纤材料是高纯硅
[应用·实践]
9．选用金属材料时，以下方面需要考虑的是(　　)
①主要用途　②物理性质、化学性质　③价格
④加工难度　⑤日常维护　⑥对环境的影响
A．①②③ B．③④⑤
C．①⑤⑥ D．①②③④⑤⑥
10．有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列关于硅的说法不正确的是(　　)
A．高纯度的单质硅被广泛用于制作计算机芯片
B．硅可由二氧化硅还原制得
C．常温时硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应
D．自然界中硅元素的储量丰富，并存在大量的单质硅
解析：硅是一种亲氧元素，在自然界中它总是与氧化合，所以自然界中硅全部以化合态形式存在。
11．平昌冬奥会“北京8分钟”，主创团队用石墨烯制作了－20 ℃能发热4 h的智能服饰；用铝合金管材和碳纤维制作了高2．35 m、重量仅为10 kg的熊猫木偶，向世界展现了新时代的中国形象，下列说法中不正确的是(　　)
A．石墨烯是能导热的金属材料
B．铝合金是密度较低的金属材料
C．碳纤维是耐低温的无机非金属材料
D．新型材料种类多、用途广
12．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．储氢合金是一类能够大量吸收氢气，并与氢气结合成金属氢化物的新型合金材料
B．储氢合金具有储氢量大、能耗低、使用方便的特点
C．储氢合金具有很强的捕捉氢的能力，氢分子在合金中先分解成单个的原子，氢原子进入合金原子的缝隙中，并与合金生成金属氢化物
D．储氢合金形成的金属氢化物性质稳定，高温条件下也不易分解
解析：储氢合金形成的金属氢化物既容易形成，加热又容易分解，室温下吸、放氢的速率快，故D错误。
13．在化学反应中，铜元素可表现0、＋1、＋2价。
(1)在西汉古籍中曾有记载：曾青得铁则化为铜[即曾青(CuSO4)与铁反应就生成铜]。试写出该反应的化学方程式：___________________________。
(2)铜器表面有时生成铜绿[Cu2(OH)2CO3]，这层铜绿可用化学方法除去。试写出除去铜绿而不损坏器物的反应的离子方程式：___________________________ _______________。
(3)铜钱曾经是一种广泛流通的货币。试从物理性质和化学性质分析常用铜制造货币的原因：_________________________________________________________ (铜的熔点是1183．4 ℃，铁的熔点是1534．8 ℃)。
Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4
Cu2(OH)2CO3＋4H＋===2Cu2＋＋3H2O＋CO2↑
铜的化学性质稳定，不易被腐蚀，铜的熔点较低，易铸造成型
14．某学习小组用如图装置测定铝镁合金中铝的质量分
数和铝的相对原子质量。
(1)A中试剂为_____________。
(2)实验前，先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻，其目的是
___________________________。
[创新·提高]
NaOH溶液
除去铝镁合金表面的氧化膜
(3)检查气密性，将药品和水装入各仪器中，连接好装置
后，需进行的操作还有：①记录C的液面位置；②将B中剩余
固体过滤，洗涤，干燥，称重；③待B中不再有气体产生并恢
复至室温后，记录C的液面位置；④由A向B中滴加足量试剂。
上述操作的顺序是___________(填序号)；记录C的液面
位置时，除视线平视外，还应____________________。
①④③②
使D和C的液面相平
(4)B中发生反应的化学方程式为___________________
________________________________________。
(5)若铝镁合金的质量为a g，测得氢气体积为b mL(已换
算为标准状况)，B中剩余固体的质量为c g，则铝的相对原子
质量为______________。
(6)实验过程中，若未洗涤过滤所得的不溶物，则测得铝的质量分数将________(填“偏大”“偏小”或“不受影响”)。
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
偏小
解析：(1)测定合金中Al的含量，可根据铝既可与酸反
应又可与强碱反应、Mg只能与酸反应的性质，用NaOH与
Al反应制得H2，然后用排水法收集H2，以计算Al的量。
(5)(a－c) g为铝的质量，根据产生的H2体积可计算出
Al的物质的量，最后计算出铝的相对原子质量。
(6)若未洗涤过滤所得的不溶物，则测得Mg的质量偏大，
测得Al的质量分数偏小。

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