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第三单元　金属材料的性能及应用
题组一　合金及其应用
1．(2023·广州高一期末)广东省历史悠久，众多历史器物均具有较高的历史、学术、科学价值。下列历史器物由合金材料制成的是(　　)
选项 A B C D
历史器物
名称 信宜铜盉(西周) 青玉镂雕龙穿牡丹钮(元) 木雕罗汉像(北宋) 金漆木雕(清)
2．在日常生活中人们经常使用的金属材料大多数属于合金，下列关于合金的叙述正确的是(　　)
①青铜比纯铜的硬度大　②合金的熔点一般比各组分金属熔点高　③合金往往比各组分金属的物理、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
3．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
4．(2022·湖北恩施高一期末)2022年世界冬奥会和冬残奥会在北京举行，其中短道速滑项目队员所穿的速滑冰刀可用不锈钢制成，下列叙述错误的是(　　)
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
5．纯铁的熔点为1 535 ℃，而高炉炼铁时生铁(含碳量较高的铁合金)在1 200 ℃左右就熔化了，这是因为(　　)
A．铁的纯度越高熔点越低
B．合金的熔点比其各组分金属的熔点高
C．生铁是铁碳合金，熔点比纯铁低
D．生铁在高炉中熔化时发生了化学反应
6．下列关于合金的叙述正确的是(　　)
①合金具有金属特性；②合金中的元素以单质形式存在；③合金中不一定含有金属；④合金中一定不含有非金属；⑤合金属于金属材料；⑥钢是含杂质较少的铁合金；⑦合金一定是混合物
A．①②③④⑤ B．①③④⑤
C．②③④⑤ D．①②⑤⑥⑦
题组二　无机非金属材料
7．2019年2月，某品牌发布了制造出首款5G折叠屏手机的消息。下列说法错误的是(　　)
A．制造手机芯片的关键材料是二氧化硅
B．用铜制作手机线路板利用了铜优良的导电性
C．镁铝合金制成的手机外壳具有轻便抗压的特点
D．手机电池电极材料碳纳米管是新型无机非金属材料
8．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
9．我国已跨入“互联网＋”时代，而“互联网＋”的建设离不开无机非金属材料硅。下列物品中用到硅单质的是(　　)
A．陶瓷餐具 B．石英钟表
C．计算机芯片 D．光导纤维
10．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
11．易拉罐主要为铝合金，其中以铝铁合金和铝镁合金最为常见。现取几小块易拉罐碎片进行下列实验，其中实验方案与现象、结论正确的是(　　)
A．加入盐酸产生无色气体，含铝、铁、镁三种元素
B．加入氢氧化钠溶液有无色气体产生，含有铝元素
C．加入盐酸后，所得溶液中再加入少量氢氧化钠溶液产生白色沉淀，含有镁元素
D．加入盐酸后，所得溶液中再加入少量硫氰化钾溶液呈血红色，含有铁元素
12．下列有关金属的应用与相应性质不对应的是(　　)
序号 金属 应用 相应性质
A 铝 包装用的铝箔 延展性好，易形成致密的氧化膜
B 镁 镁合金做汽车部件 密度小，化学性质活泼
C 钨 白炽灯灯丝 熔点高，导电性好
D 锌 锌锰干电池 还原性强，导电性好
13．(2022·湖南邵阳高一检测)北京冬奥会上科技元素“星光熠熠”，向世界展现了一个现代化的中国。212项技术在冬奥会上得以应用，如含有石墨烯的智能服饰、铝合金管材、碳纤维和光导纤维等。下列有关说法中，不正确的是(　　)
A．石墨烯是热导率高的碳纳米材料
B．铝合金是密度较小的金属材料
C．碳纤维的主要成分是耐低温的无机非金属材料
D．光导纤维是硅酸盐材料
14．(2023·乌鲁木齐市第四中学高一期中)近年来我国在航天、航空领域取得巨大成就。下列有关说法错误的是(　　)
A．C919机身采用了第三代铝锂合金，具有密度低、强度高等优良特点
B．C919的平垂尾使用的T800级高强度碳纤维，属于无机非金属材料
C．问天实验舱太阳翼配置的是三结砷化镓电池，砷化镓喻为“半导体贵族”
D．神舟飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷的主要成分是硅酸盐
15．根据不同部位工作条件的不同，航天飞机使用了多种防热材料。例如，机身和机翼下表面使用高温陶瓷瓦。下列对新型陶瓷材料的有关叙述中，错误的是(　　)
A．高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料，可以作为高级耐火材料
B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，它是结构陶瓷
C．氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面
D．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，但是强度比较差
16．阅读下列材料回答问题。
材料一　考古出土的吴王夫差剑为春秋末期制造的青铜剑，历经2 500余年，剑的表面虽有一层蓝色薄锈，但仍寒光逼人，剑刃锋利。
材料二　我国高铁、航空航天、手机制造等都已经达到世界一流水平。
应用 “复兴号”高铁车轮 “鲲龙”水陆两栖飞机零部件 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
(1)根据材料一回答：
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______(填字母)。
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[Cu2(OH)2CO3]，这层蓝色薄锈形成的可能原因是__________________________________________(用文字和化学方程式说明)。
(2)根据材料二回答：
①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的铁和另一种氧化物。该反应的化学方程式为__________________________________________，反应类型是____________。
17．(2023·江西抚州高二月考)某小组同学以一种铁铝合金为原料，模拟相关的工业生产，反应过程如图所示(部分产物和条件已略去)，请回答：
(1)铁铝合金是一种高电磁性能合金，下列有关推测可能正确的是________(填字母)。
A．铁铝合金可由铁和铝熔融混合制成
B．铁铝合金的熔点高于铝和铁
C．铁铝合金硬度大于纯铝
(2)反应①中铝元素发生反应的离子方程式为_______________________________________。
(3)反应②的化学方程式为_______________________________________________________。
(4)反应③发生时观察到的现象是_________________________________________________，用化学方程式表示颜色变化的原因：______________________________________________。
题组一　合金及其应用
1．(2023·广州高一期末)广东省历史悠久，众多历史器物均具有较高的历史、学术、科学价值。下列历史器物由合金材料制成的是(　　)
选项 A B C D
历史器物
名称 信宜铜盉(西周) 青玉镂雕龙穿牡丹钮(元) 木雕罗汉像(北宋) 金漆木雕(清)
答案　A
解析　合金是指一种金属与其他金属或非金属元素共熔而成的，具有金属特性的物质。信宜铜盉属于青铜器，由合金材料制成，故A符合题意；青玉镂雕龙穿牡丹钮以新疆和阗青玉立体镂空琢成，材质为玉，主要成分为二氧化硅，不是由合金材料制成的，故B不符合题意；木雕罗汉像的材质为木材，故C不符合题意；金漆木雕由木料雕制而成，加以生漆和金箔，不是由合金材料制成的，故D不符合题意。
2．在日常生活中人们经常使用的金属材料大多数属于合金，下列关于合金的叙述正确的是(　　)
①青铜比纯铜的硬度大　②合金的熔点一般比各组分金属熔点高　③合金往往比各组分金属的物理、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。
3．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。
4．(2022·湖北恩施高一期末)2022年世界冬奥会和冬残奥会在北京举行，其中短道速滑项目队员所穿的速滑冰刀可用不锈钢制成，下列叙述错误的是(　　)
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
答案　D
解析　不锈钢中含有金属元素，也含有非金属元素，D错误。
5．纯铁的熔点为1 535 ℃，而高炉炼铁时生铁(含碳量较高的铁合金)在1 200 ℃左右就熔化了，这是因为(　　)
A．铁的纯度越高熔点越低
B．合金的熔点比其各组分金属的熔点高
C．生铁是铁碳合金，熔点比纯铁低
D．生铁在高炉中熔化时发生了化学反应
答案　C
解析　合金的熔点一般低于其成分金属的熔点，生铁的熔点比纯铁低是因为生铁是铁碳合金，C项正确。
6．下列关于合金的叙述正确的是(　　)
①合金具有金属特性；②合金中的元素以单质形式存在；③合金中不一定含有金属；④合金中一定不含有非金属；⑤合金属于金属材料；⑥钢是含杂质较少的铁合金；⑦合金一定是混合物
A．①②③④⑤ B．①③④⑤
C．②③④⑤ D．①②⑤⑥⑦
答案　D
解析　合金是一种金属与其他金属或非金属共熔而成的具有金属特性的物质，属于金属材料，合金中至少有一种金属，③④错误。
题组二　无机非金属材料
7．2019年2月，某品牌发布了制造出首款5G折叠屏手机的消息。下列说法错误的是(　　)
A．制造手机芯片的关键材料是二氧化硅
B．用铜制作手机线路板利用了铜优良的导电性
C．镁铝合金制成的手机外壳具有轻便抗压的特点
D．手机电池电极材料碳纳米管是新型无机非金属材料
答案　A
解析　硅是制造手机芯片的关键材料，故A错误；铜具有良好的导电性，常用于制作导线，所以用铜制作手机线路板利用了铜优良的导电性，故B正确；合金的硬度比各组分金属的硬度大，所以镁铝合金制成的手机外壳具有轻便抗压的特点，故C正确；用作手机电池电极材料的碳纳米管是新型无机非金属材料，故D正确。
8．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
答案　D
解析　A项，在氮化硅中N元素为－3价，Si元素为＋4价，则化学式为Si3N4，正确；D项，在SiO2晶体中，一个硅原子与周围4个氧原子形成4个硅氧单键，错误。
9．我国已跨入“互联网＋”时代，而“互联网＋”的建设离不开无机非金属材料硅。下列物品中用到硅单质的是(　　)
A．陶瓷餐具 B．石英钟表
C．计算机芯片 D．光导纤维
答案　C
解析　陶瓷餐具是硅酸盐产品，石英钟表和光导纤维用到SiO2，计算机芯片用到单质硅。
10．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
答案　D
解析　A对，蛟龙号潜水器用到钛合金，22号钛元素位于第四周期ⅣB族，属于过渡元素；B对，合金材料一般具有强度大、密度小、耐腐蚀等性能；C对，氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料；D错，中国天眼传输信息用的光纤材料是二氧化硅。
11．易拉罐主要为铝合金，其中以铝铁合金和铝镁合金最为常见。现取几小块易拉罐碎片进行下列实验，其中实验方案与现象、结论正确的是(　　)
A．加入盐酸产生无色气体，含铝、铁、镁三种元素
B．加入氢氧化钠溶液有无色气体产生，含有铝元素
C．加入盐酸后，所得溶液中再加入少量氢氧化钠溶液产生白色沉淀，含有镁元素
D．加入盐酸后，所得溶液中再加入少量硫氰化钾溶液呈血红色，含有铁元素
答案　B
解析　铝、铁、镁都能与盐酸反应产生氢气，所得的溶液中加入少量氢氧化钠溶液，能产生白色沉淀的可能是氯化镁溶液，也可能是氯化铝溶液；铝能与氢氧化钠溶液反应产生氢气；铁单质与盐酸反应产生Fe2＋，不能使硫氰化钾溶液变血红色。
12．下列有关金属的应用与相应性质不对应的是(　　)
序号 金属 应用 相应性质
A 铝 包装用的铝箔 延展性好，易形成致密的氧化膜
B 镁 镁合金做汽车部件 密度小，化学性质活泼
C 钨 白炽灯灯丝 熔点高，导电性好
D 锌 锌锰干电池 还原性强，导电性好
答案　B
解析　金属铝的延展性好，易被空气中的氧气氧化，在金属铝的表面形成致密的氧化膜保护金属铝，所以金属铝可以制成包装用的铝箔，故A不符合题意；镁合金做汽车部件是因为镁合金具有密度小、强度高的特性，与镁的化学性质活泼无关，故B符合题意；钨是熔点高、导电性好的金属，所以钨常用于做白炽灯灯丝，故C不符合题意；锌是还原性强、导电性好的金属，所以锌常用做锌锰干电池的原料，故D不符合题意。
13．(2022·湖南邵阳高一检测)北京冬奥会上科技元素“星光熠熠”，向世界展现了一个现代化的中国。212项技术在冬奥会上得以应用，如含有石墨烯的智能服饰、铝合金管材、碳纤维和光导纤维等。下列有关说法中，不正确的是(　　)
A．石墨烯是热导率高的碳纳米材料
B．铝合金是密度较小的金属材料
C．碳纤维的主要成分是耐低温的无机非金属材料
D．光导纤维是硅酸盐材料
答案　D
解析　光导纤维的主要成分是SiO2，D项错误。
14．(2023·乌鲁木齐市第四中学高一期中)近年来我国在航天、航空领域取得巨大成就。下列有关说法错误的是(　　)
A．C919机身采用了第三代铝锂合金，具有密度低、强度高等优良特点
B．C919的平垂尾使用的T800级高强度碳纤维，属于无机非金属材料
C．问天实验舱太阳翼配置的是三结砷化镓电池，砷化镓喻为“半导体贵族”
D．神舟飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷的主要成分是硅酸盐
答案　D
解析　铝锂合金具有密度低、强度高等优良特点，适用于制作飞机机身，A正确；碳纤维属于无机非金属材料，B正确；砷化镓是良好的半导体材料，C正确；高温结构陶瓷是新型无机非金属材料，不是传统的硅酸盐材料，D错误。
15．根据不同部位工作条件的不同，航天飞机使用了多种防热材料。例如，机身和机翼下表面使用高温陶瓷瓦。下列对新型陶瓷材料的有关叙述中，错误的是(　　)
A．高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料，可以作为高级耐火材料
B．氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，它是结构陶瓷
C．氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，可用于制造陶瓷发动机的受热面
D．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，但是强度比较差
答案　D
解析　高温结构陶瓷包括Si3N4陶瓷、SiC陶瓷等，属于新型无机非金属材料，可以作为高级耐火材料，A正确；新型无机非金属材料具有耐高温、耐冲击、电学特性、光学特性、生物功能等优点，克服了传统无机非金属材料的缺点，具有较高的强度和耐磨性，D错误。
16．阅读下列材料回答问题。
材料一　考古出土的吴王夫差剑为春秋末期制造的青铜剑，历经2 500余年，剑的表面虽有一层蓝色薄锈，但仍寒光逼人，剑刃锋利。
材料二　我国高铁、航空航天、手机制造等都已经达到世界一流水平。
应用 “复兴号”高铁车轮 “鲲龙”水陆两栖飞机零部件 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
(1)根据材料一回答：
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______(填字母)。
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[Cu2(OH)2CO3]，这层蓝色薄锈形成的可能原因是__________________________________________(用文字和化学方程式说明)。
(2)根据材料二回答：
①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的铁和另一种氧化物。该反应的化学方程式为__________________________________________，反应类型是____________。
答案　(1)①Cu、Sn　②AC　③铜与空气中的氧气、二氧化碳和水等物质发生反应：2Cu＋H2O＋O2＋CO2===Cu2(OH)2CO3
(2)①聚酰亚胺塑料　高速钢(或钛合金或铝合金)
②密度小、耐腐蚀、硬度大等　③2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3　置换反应(或氧化还原反应)
解析　(1)①青铜是铜锡合金，主要成分是Cu、Sn。②时隔2 500余年，青铜剑表面只有一层蓝色薄锈，说明耐腐蚀，但仍寒光逼人，剑刃锋利，说明强度高。③青铜剑表面的蓝色薄锈的主要成分是Cu2(OH)2CO3，形成的可能原因是铜与空气中的氧气、二氧化碳和水等物质发生反应：2Cu＋H2O＋O2＋CO2===Cu2(OH)2CO3。(2)①聚酰亚胺塑料是一种有机合成材料。②合金相对于其组分金属往往硬度更大，更耐腐蚀。
17．(2023·江西抚州高二月考)某小组同学以一种铁铝合金为原料，模拟相关的工业生产，反应过程如图所示(部分产物和条件已略去)，请回答：
(1)铁铝合金是一种高电磁性能合金，下列有关推测可能正确的是________(填字母)。
A．铁铝合金可由铁和铝熔融混合制成
B．铁铝合金的熔点高于铝和铁
C．铁铝合金硬度大于纯铝
(2)反应①中铝元素发生反应的离子方程式为_______________________________________。
(3)反应②的化学方程式为_______________________________________________________。
(4)反应③发生时观察到的现象是_________________________________________________，用化学方程式表示颜色变化的原因：______________________________________________。
答案　(1)AC　(2)Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O
(3)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑　(4)生成白色絮状沉淀，逐步变成灰绿色，最后变成红褐色　4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
解析　分析流程可知，铁和铝在足量稀硫酸中发生反应生成硫酸亚铁和硫酸铝，加入足量的NaOH溶液时，①中的反应有硫酸与氢氧化钠的酸碱中和反应、硫酸铝与过量氢氧化钠反应生成偏铝酸钠、硫酸亚铁在空气中与氢氧化钠和氧气反应生成氢氧化铁沉淀，氢氧化铁经灼烧得到氧化铁，则固体A为氧化铁；④中过量二氧化碳能与偏铝酸钠发生反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，灼烧氢氧化铝得到氧化铝，固体B为氧化铝；②中铝单质能与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠，铁不和NaOH反应，过滤所得铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁；③中硫酸亚铁在空气中与氢氧化钠和氧气反应生成氢氧化铁。(1)铁铝合金是由铁和铝熔融混合制成的具有特征性质的混合物，故A正确；通常合金熔点低于各组分金属，则铁铝合金的熔点低于铝和铁，故B错误；通常合金硬度大于各组分金属，则铁铝合金硬度大于纯铝，故C正确。(2)①中硫酸铝与过量氢氧化钠反应生成偏铝酸钠，其反应的离子方程式为Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O。(3)②中铝单质能与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠，其反应的化学方程式为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。(4)③中硫酸亚铁与氢氧化钠反应先生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁易被空气中的氧气氧化为氢氧化铁。

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