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第二章 材料及其利用
专题1 金属及金属材料
1.1 金属材料
一、金属和非金属（比较）
金属在元素周期表中除汞外，元素的中文名称都带有金字旁（“钅”）。
1、金属与非金属物理性质的比较：
金属一般都具有特殊的金属光泽，大多数呈________色或灰色，具有良好的________性、________性、________性，具有一定的__________，属于晶体。除汞外，大多数金属是固体。
非金属一般不具有以上性质。一般外表颜色暗淡无光泽。
注意：①不是所有的金属都是银白色或灰色，如金呈________色，铜为_________色；
②常温下，金属除_____是液体外，一般都是固体；非金属除______是液体，大多为固体或气体；
③金属一定能导电、导热，但导电、导热的单质不一定是金属，例如石墨。硅单质是一种半导体，常用于电子产品的芯片。
2、金属和非金属之最
（1）金属之最
地壳中含量最高的金属是_________；人体中含量最高的金属是__________；熔点最高的金属是__________；导电导热性最好的金属是_________；熔点最低的金属是_________。
（2）非金属之最
最轻的气体是_________；熔点最高的单质_________；最硬的天然物质是_________；着火点最低的非金属单质是_________。
3、金属的性质和用途的关系（连线）
金属的物理性质
用途
具有金属光泽
制电缆、电线
熔点高，不易熔化
做炊具
比较硬，有一定的机械强度
做装饰品
有延展性
灯泡的钨丝
能导电
制造车辆、防盗门窗
能导热
拉成丝、做成箔
关系：1、性质（在很大程度上）________用途，用途________性质。
2、有些金属的用途不是直接由某一性质决定的，还受其他因素的影响，如合金的性质。如保险丝的材料需要熔点低、电阻率大的特点。所以保险丝是用铅、锑合金做成的，铅、锑两种金属熔点都低，纯金属的电阻率低，而铅、锑合金却提高了电阻率，符合了保险丝的要求。
（注：电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量。某种材料制成的长1m、横截面积是1mm2的导线的电阻，叫做这种材料的电阻率。）
例题1 在下面的物理性质中：①银白色金属；②延展性；③传热性；④导电性；⑤被磁铁吸引。其中铁、铜、铝三种金属都具有的是（　　）
A．①②③ B．②③④ C．③④⑤ D．①⑤
变式训练 将玻璃管插入金属钠块中，拔出玻璃管，玻璃管内留有一小截金属钠（见图1）；把带有橡皮塞的玻璃管插入盛有浅绿色氯气的烧瓶中（见图2，烧瓶底部铺有少量的细沙）；向玻璃管中滴入几滴水，堵塞玻璃管的钠块成滴落下（见图3）；烧瓶内产生少量白烟，继而燃烧，浅绿色逐渐消失（见图4）；最终，白色的烟雾充满烧瓶（见图5）。
　 从以上实验推断：金属钠的硬度______、熔点_____。水可以与金属钠反应________（填“吸收”或“放出”）热量，烧瓶中充满的白色烟雾可能是________。
二、常见的金属材料及其用途
1、金属材料：是以__________为主要成分的一类重要材料，包括各种纯金属和________（如钢、铝合金）。当把金属材料变成_______级的粒子时，金属的性质会发生变化，甚至与原来的性质完全不同。
化学材料（三大类）：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料。
2、合金：
（1）概念：把一种金属跟其他一种或几种金属（或非金属）一起熔合而成的具有金属特性的物质。
（2）特点：合金比纯金属具有更好的机械性能。合金一般比构成其的金属硬度______，熔点______，便于锻造。
（3）常见合金的介绍
①钢：是由碳和铁等元素形成的合金，质地坚硬，有弹性和延展性，机械性能好，是最常见、应用较广的一种合金材料。
②钛和钛合金：被认为是21世纪的重要材料，它具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好等。尤其是抗腐蚀性能非常好，即使把它们放在海水中数年，取出后仍光亮如新，其抗腐蚀性能远优于不锈钢，因此被广泛用于火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通讯设备等。钛合金与人体有很好的“相容性”，因此还可用来制造人造骨。
③形状记忆合金：是具有形状记忆效应的合金，被广泛用于做人造卫星和宇宙飞船的天线，水暖系统、防火门和电路断电的自动控制开关，以及牙齿矫正等医疗材料。
3、金属的用途
常见金属的用途主要从金属的________、价格、回收等各方面考虑，如银的导电性比铝的导电性大很多，但电线一般用铝制而不用银制，因为铝的密度比银________，价格比银________得多。
几种常见金属的性质及主要用途
金属
主要性质
主要用途
铝
银白色，在空气中能形成致密的氧化物保护膜
冶炼、电线、电缆、铝合金
铜
紫红色，在干燥空气中稳定，______________则生成铜绿
电线、电缆、电器、铜合金
锌
银白色，在空气中能形成_______保护膜
电镀、铜合金、干电池
钛
银白色，耐腐蚀性好，与某些酸碱作用缓慢
航空、造船、化学等工业
例题2 （2015?杭州模拟改编）合金是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。一般来说，合金的熔点低于任何一种组成金属的熔点。下表是一些金属的熔点数据：
①铅锡合金中某种金属的质量分数与合金的熔点有如图所示的关系，其中横坐标表示的是_____的质量分数；当合金熔点最低时，合金中锡与铅的质量比为________。
②保险丝由铋、铅、锡、镉组成，其熔点约为________。
A．15～30℃ B．60～80℃ C．235～250℃ D．300～320℃
③科普展览会上有一种神奇的金属花，灯光一照就绽开，关上灯又会闭合，它的花瓣是用____________制成的（填“纳米材料”或“记忆合金”）。
变式训练 工业生产中常将两种金属在一个容器里加热使其熔合，冷凝后得到合金。试根据下表所列的有关数据（其它条件均已满足），判断不能制得合金的是（　　）
金属
Na
K
Al
Cu
Fe
熔点（℃）
97.8
93.6
660
1083
1536
沸点（℃）
883
774
2200
2595
2750
A．Na-Al合金 B．Na-K合金 C．Fe-Cu合金 D．K-Fe合金
例题3 （2018?兰州）合金具有许多优良的性能，下列材料不属于合金的是（　　）
A．生铁 B．玻璃钢 C．焊锡 D．18K 金
变式训练 某化学兴趣小组研究金属材料的相关知识后，得出了以下结论，你赞同的是（　　）
A．钛合金与人体具有很好的“相容性”，可用来制造人造骨
B．银的导电性比铜好，所以应用银制作电线
C．铅的密度比铁大，用铅做菜刀、锤子会比铁更好
D．焊锡和铝熔点较低，都可用于焊接各种金属
例题4 颗粒大小达到纳米级的单质铁具有很强的反应活性，俗称“纳米铁”。
（1）在高温条件下，用H2与FeCl2反应，可生成“纳米铁”和一种溶于水显强酸性的气体，写出该反应的化学方程式__________________________________________。
（2）“纳米铁”在空气中受撞击时会燃烧，其反应与铁在纯氧中燃烧相同，写出该反应的化学方程式：______________________________________________。
变式训练 科学家发明了一种“碳纳米管温度计”，这种温度计被认定为世界上最小的温度计。研究人员在长约10－6m，直径为10－7m的碳纳米管中充入液态的金属镓。当温度升高时，管中的镓就会膨胀，通过电子显微镜就能读取温度值。这种温度计测量的范围为18～490℃，精确度较高，所以它可用于检查电子线路是否异常、测定毛细血管的温度等许多方面。根据以上信息判断下列推测中错误的是(　　)
A．碳纳米管的体积在18～490℃之间随温度变化很小，可忽略不计
B．金属镓的熔点很低，沸点很高
C．金属镓的体积在18～490℃之间随温度变化比较均匀
D．金属镓的体积在18～490℃之间随温度变化很小，可忽略不计
三、金属的污染和金属资源的回收利用
1、金属的污染：铅、镉等有毒的金属被腐蚀后会溶于水形成金属离子，污染土壤和地下水资源；在潮湿的空气中，金属的氧化和锈蚀也会污染土壤，危害生态环境。
2、金属的回收利用的原因和意义
（1）原因：矿物的储量是有限的，而且不能再生。任意丢弃废旧金属，不仅造成金属资源的浪费，还会污染环境。基本上所有的金属都可以循环再生，而普遍回收的金属包括铅、铁、铜、银和金等。
（2）意义：降低生产成本，节约资源、能源，减少对环境的污染，产生巨大的经济效益和社会效益。
现代生活的水平的不断提高，重金属污染的疑问也跟着而来，那么最多见的重金属污染元素首要是有八类，包含铅（Pb）、汞（Hg）、镉（Cd）、锑（Sb）、硒（Se）、砷（As）、钡（Ba）、铬（Cr），是多见及对人体损害性较大的八种重金属。这些重金属中任何一种都也许引发人头痛、头晕、失眠、健忘、神精紊乱、关节痛苦、结石等，乃至引发癌症等，下面将对这八种元素具体阐明。
金属种类
对人体的危害
铅（Pb）
铅是重金属污染中毒性较大的一种，一旦进入人体将很难扫除，能直接伤害人的脑细胞，严重时形成垂腕、垂足、乃至脑病变而死亡，对胎儿有也许会形成先天智力低下。铅中毒可对男性形成不育，对女性在怀孕期会致使不孕、死产、流产、早产等。平常可通过一些食物来削减铅对人体的损害。含丰厚的维生素C的食物，含丰厚蛋白质和铁的食物，大蒜素等。
汞（Hg）
汞触摸肌肤和双眼会形成灼伤，食入后会直接沉入肝脏，对大脑、神经、视力损害性极大。每升天然水含0.01mg汞就会致使人中毒。
镉（Cd）
长时刻暴露在镉气下可致使骨质疏松及假性骨折，并使患前列腺癌、肺癌的概率较大；若不幸吸入新发生的镉气会马上中毒，?也许会在数小时后，形成支气管炎、肺炎、肺水肿等，死亡率在20%?左右。
锑（Sb）
触摸、吸入锑气体或微粒，?可引发肌肤病、肌肤角质化、结膜炎及鼻中隔溃疡。如铸造业的工人吸入锑微粒会引发消化不良、头痛、吐逆、结膜炎及严重地出鼻血、流脓。
硒（Se）
若摄入过多硒可形成硒中毒，对人体肝脏、肺脏、心肌会形成广泛损害，发生头晕、头痛、厌倦无力、口内有金属味、厌恶、吐逆、食欲不振、拉肚子等表现。
砷（As）
砷是砒霜的组分之一，有剧毒。长时刻触摸少数砷会致使缓慢中毒，并也许引发癌症。不小心吸入砷会呈现咳嗽、胸痛、呼吸困难、目炫、头痛等表现。
钡（Ba）
肌肤、双眼触摸钡会致使灼烧感，严重时会形成腹痛、晕眩、瞳孔放大、肌肉痉挛乃至死亡。
铬（Cr）
六价铬对人体可形成缓慢毒害，首要经过消化道、呼吸道、肌肤和粘膜侵入人体。经呼吸道侵入人体时会损害上呼吸道，然后引发鼻炎、咽炎、喉炎、支气管炎等表现。
课时作业 金属材料
1、钛和钛合金是21世纪的重要金属材料，它们具有优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、机械性能好、抗腐蚀能力强，钛合金与人体有很好的“相容性”。根据它们的主要性能，下列用途中不符合实际的是（　　）
A．用于核潜艇设备的制造 B．于制造航天设备
C．用作电路中的保险丝 D．可用来制造人造骨
2、下列关于“合金”的叙述：①合金中至少含有两种金属；②合金中元素以化合态的形式存在；③合金中一定含有金属；④合金一定为混合物；⑤合金依然具有金属特性，其中正确的是（　　）
A．④ B．①②③ C．③④ D．③④⑤
4、（2019?太原二模）2019年4月15日傍晩，有着800多年历史的巴黎圣母院被熊熊大火吞噬，精美绝伦的木质塔尖在世人的叹息声中轰然坍塌，而大理石质地的左塔也损毁严重。下列有关分析中错误的是（　　）
A．木质塔尖属于可燃物
B．左塔的大理石受热分解而损毁
C．用水枪灭火时降低了可燃物的着火点
D．尖顶上的铜公鸡为合金制品，其硬度比纯铜高
5、美国曾经用“深度撞击”飞行器成功炮轰彗星，其撞击器采用的是一种含铍（一种金属）3%的铜合金。关于合金，下列说法错误的是（ ）
A．合金属于金属材料 B．只能是金属熔合而成
C．合金比纯金属性能更优 D．生铁和钢都属于铁合金
6、某种新型“防盗玻璃”为多层结构，每层中间嵌有极细的金属线，当玻璃被击碎时，产生电信号，与金属线相连的警报系统就会立刻报警，这利用了金属的（ ）
A．延展性 B．导电性 C．弹性 D．导热性
7、氢气是一种绿色能源，但在储存上存在困难，科学家经研究发现：将氢气在超高压条件下转变为金属氢的方法，可以很好地解决氢的储存问题．你认为金属氢最不可能具有的性质是（ ）
A．具有导电性　　 B．密度小于一般的金属
C．在一定条件下燃烧 D．能和稀硫酸反应．
7、根据你的生活经验和下表所提供的信息，分析并回答下列问题。
物理性质
物理性质的比较
导电性（以银为100）
优
银
铜
金
铝
锌
铁
铅
良
100
99
74
61
27
17
7.9
密度（g/cm3）
大
金
铅
银
铜
铁
锌
铝
小
19.3
11.3
10.5
8.92
7.86
7.14
2.70
熔点（℃）
高
钨
铁
铜
金
银
铝
锡
低
3410
1535
1083
1064
962
660
232
硬度（以金刚石为10）
大
铬
铁
银
铜
金
铝
铅
小
9
4~5
2.5~4
2.5~3
2.5~3
2~2.9
1.5
（1）为什么菜刀、锤子等通常用铁制而不用铝制？
（2）银的导电性比铜好，为什么导线一般用铜制而不用银制？远距离输电多用铝而少用铜？
（3）为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？
（4）通过以上问题的回答，你可以得到哪些结论？
8、（2018?常州）2017年4月，“航母”下水，开拓中国新蓝海。
（1）“航母”舰体材料为合金钢，国产航母使用的“超级钢”具有极佳的抗压性、延展性和焊接性。合金钢是______（填序号）
a．合成材料 b．复合材料 c．无机材料（2）“航母”螺旋浆可由铜合金制造。铜合金比铜的硬度______（填“大”或“小”），铜比铁在海水中耐腐蚀的原因是________________________。
（3）由生铁炼钢时，硅（Si）与氧化亚铁在高温条件下反应生成二氧化硅和铁，该反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
9、（2019?山西）港珠澳大桥连接香港、珠海和澳门，它是采用桥、岛、隧结合的方案进行建造的。全长约为55km，海中主体工程长29km。使用寿命约120年，可抗2级台风和8级地震。这是目前世界上规模最大、标准最高、挑战性最强的交通集群工程。大桥钢索、桥面和桥墩等均使用了大量金属村料。钢筋混凝土沉管隧道是港珠澳大桥的控制性工程，为满足通航要求，沉管底深埋于海面以下深处可达且44.5m，是目前世界上唯一的深埋沉管隧道工程。燧道内不仅可通车，还可餐饮、休闲和加油等。承载沉管隧道的海床由坚硬的花岗岩（主要成分是二氧化硅）、云母（主要含二氧化硅、氧化铝等）等种圹物组成。
阅读上述内容，回答下列问题：
（1）金属材料在被制成桥上的钢索和钢板时体现了金属的___________。
（2）沉管在海洋环境中应具备的特性是________________________（合理即可）。
（3）海床矿物中含有的一种物质的化学式是____________，它属于化合物分类中的____________。

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