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用途广泛的金属材料
【学习目标】
1、了解合金的定义及一般性质；
2、了解铜合金、铝合金、铁合金等金属材料的基础知识；
3、学会正确选用金属材料。
【要点梳理】
要点一、常见合金的重要应用
【用途广泛的金属材料#认识合金】
1．合金及其性质。
合金定义：由两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合在一起形成的具有金属特性的物质。合金属于混合物，如：黄铜、青铜、钢、生铁、钠钾合金等。
合金的性质特点：一般说来，合金的熔点比其成分金属都低，而在硬度、韧性等方面却往往有其成分金属所不具有的独特性质。如：纯铁的硬度很小而钢的硬度较大。
【用途广泛的金属材料#使用合金】
2．常见合金的比较。
（1）铁合金（钢）
钢
主要成分元素
主要特征
主要用途
碳
素
钢
低碳钢
Fe、C（低于0.3%）
韧性、焊接性好，强度低
制钢板、钢丝、钢管等
中碳钢
Fe、C（0.3%～0.6%）
强度高、韧性及加工性好
制钢轨、车轮和建材等
高碳钢
Fe、C（高于0.6%）
硬而脆，热处理后弹性好
制器械、弹簧、刀具等
合
金
钢
锰钢
Fe、Mn
韧性好，强度大
钢轨、轴承、坦克装甲等
硅钢
Fe、Si
导磁性好
变压器、发电机和电动机中的铁芯等
不锈钢
Fe、Cr、Ni
抗腐蚀性好
医疗器械、炊具、反应釜、容器等
（2）铝合金
成分元素
主要特性
主要用途
Al、Mg、Cu、Si等
密度小，强度大
用于汽车、飞机、火箭、船舶制造等
（3）铜合金
铜合金
成分金属
性能及用途
青铜
Cu、Sn、Pb
硬而脆，强度大，古人用来制刀具、祭器、酒具等
黄铜
Cu、Zn、少量Sn、Pb、Al等
硬度较青铜差，耐磨、耐腐蚀，可塑性强，主要用作饰品、制耐压设备等
白铜
Cu、Ni、Zn、少量的Mn
常用作酒具、饰品等
（4）新型合金
　　新型合金包括储氢合金、钛合金、耐热合金和形状记忆合金等。　　氢能的利用存在两大难题：制取和储存。储氢合金是一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。具有实用价值的储氢合金要求：储氢量大；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。
要点二、正确选用金属材料
1．选择材料应注意的问题。
某种金属能不能成为一种应用广泛的材料主要取决于该金属的储量、冶炼成本、市场价格以及所具有的性能和是否易于加工等。
选择金属材料时，除了要考虑金属的用途、外观和价格外，还要考虑金属的物理性质和化学性质。
（1）物理性质：密度、硬度、强度、导电性和导热性等，这些性质决定金属材料的加工难易程度。
（2）化学性质：对水的作用、耐腐蚀性等，这些性质决定金属材料的日常维护和环境对其的影响。
2．金属的回收和资源保护。
（1）废旧金属的最好处理方法是回收利用。
（2）回收利用废旧金属的意义是减少垃圾量，防止污染环境且缓解资源短缺的矛盾。
要点诠释：金属材料的基本元素是金属，因此可笼统说金属材料具有高强度、优良的可塑性和韧性，耐热、耐寒，可铸造、锻造、冲压和焊接，还有良好的导电性、导热性和铁磁性。因此是一切工业和现代科学技术中最重要的材料。
【典型例题】
类型一：合金的概念及其性质
例1 制取合金常用的方法是将两种或两种以上的金属（或金属与非金属）加热到某一温度。使其全部熔化，再冷却成为合金。根据表中数据判断（其他条件均满足），下列合金不宜采用这种方法制取的是（ ）。
金属
Na
Mg
Al
Fe
熔点／℃
97.5
649
660
1535
沸点／℃
883
1090
2467
2750
A．Fe—Al合金 B．Na—Al合金 C．Mg—Fe合金 D．Mg—Al合金
【答案】C
【解析】由题意知，C项的合金不宜采用题给方法制取，原因是镁的沸点（1090℃）比铁的熔点（1535℃）低，当温度升高到大于1090℃而小于1535℃时，镁已经变成气体逸散，而铁还没有熔化。
【总结升华】涉及合金的知识还可以有合金的概念、常见合金的种类、熔点比较、硬度比较。
举一反三：
【变式1】合金有许多特点，如Na—K合金为液体，而Na和K的单质均为固体。据此试推测生铁、纯铁、碳三种物质中，熔点最低的是（ ）。
A．纯铁 B．生铁 C．碳 D．无法确定
【答案】B
【变式2】有关合金的性质叙述不正确的是
A、合金的熔点比它的各成分的熔点低
B、合金一定是金属熔合而成
C、合金的硬度和强度一般比纯金属高
D、硬铝、黄铜、钢均为合金
【答案】B
类型二：关于铁合金
例2 取3.00 g某钢样粉末放在O2气流中充分灼烧后，将得到的气体通到足量含140Ba(OH)2的溶液中，得到了0.50 g沉淀。
（1）写出下列反应的化学方程式。
①Fe和O2点燃：________________；
②产生的气体通入140Ba(OH)2溶液：________________。
（2）钢样中碳的质量分数是________。
【答案】（1）①3Fe+2O2Fe3O4 ②CO2+140Ba(OH)2==140BaCO3↓+H2O （2）1.0％
【解析】钢是除去S、P等杂质后的Fe—C合金，所以将钢样粉末放在O2气流中灼烧时，Fe、C分别与O2反应生成Fe3O4和CO2。CO2通入140Ba(OH)2溶液中得到140BaCO3沉淀，根据40BaCO3的质量求出n (CO2)，利用原子守恒，钢样中n (C)=n (CO2)，从而求出碳的质量分数。
【总结升华】在计算中要注意使用守恒法使解题灵活快捷。
举一反三：
【变式1】将一块低碳钢放入装有足量盐酸的烧杯中，充分反应后烧杯中剩下的固体物质是（ ）。
A．HCl B．FeCl2 C．C D．Fe
【答案】C
类型三：正确选用金属材料
例3 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
物理性质比较
导电性
（以银为100）
银 铜 金 铝 锌 铁 铅
100 99 74 61 27 17 7.9
密度
（g／cm3）
金 铅 银 铜 铁 锌 铝
19.3 11.3 10.5 8.92 7.86 7.14 2.70
熔点
（℃）
钨 铁 铜 金 银 铝 锡
3410 1535 1083 1064 962 660 232
硬度
（以金刚石为10）
铬 铁 银 铜 金 铝 铅
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铅制？
（2）银的导电性比铜好，为什么导线一般用铜制而不用银制？
（3）为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？
【答案】（1）因为铁的硬度比铅大，且铅有毒。故常用铁而不用铅做菜刀、锤子。
（2）银和铜导电性相近，但银比铜贵得多，且电线用量大，所以用铜不用银。
（3）因为钨的熔点高（3410℃），而锡的熔点（232℃）太低，通电时锡就熔化了。所以用钨丝而不用锡丝做灯泡的灯丝。
【解析】在确定金属的用途时，要考虑其硬度、熔点、导电性等多种性质，有时还要考虑价格、资源、是否便利、是否有毒、是否利于回收等因素。正确解答本题还要会读题，充分利用题中所给信息进行比较解题。
【总结升华】化学是来源于生活同时又服务于生活的一门学科。通过金属性质的学习，进一步了解金属在实际生活中的运用。
举一反三：
【变式1】用于飞机制造业的重要材料是
A、镁铝合金
B、铜锡合金
C、铝硅合金
D、不锈钢
【答案】A
【变式2】某合金与铁的物理性质的比较如下表所示：
熔点（℃）
密度（g／cm3）
硬度（金刚石为10）
导电性（银为100）
某合金
2500
3.00
7.4
2.3
铁
1535
7.86
4.5
17
还知该合金耐腐蚀，强度大。从以上性能看，该合金不适合做（ ）。
A．导线 B．门窗框 C．炉具 D．飞机外壳
【答案】A
例4 （2019 桂林逸仙中学期中考）钛和钛的合金被认为是21世纪的重要材料，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，钛合金与人体有很好的“相容性”。根据它们的主要性能，下列用途不切合实际的是（ ）。
A．用于制造汽车、船舶 B．用于制造航天飞机
C．用来做保险丝 D．用来制造人造骨
【答案】C
【解析】A项，因为钛和钛的合金密度小、可塑性好、易于加工，所以可用于制造汽车、船舶，故A正确；B项，因为钛和钛的合金密度小、可塑性好、易于加工，所以可用于制造航天飞机，故B正确；C项，保险丝应该用熔点比较低的金属材料做，钛及其合金熔点高，不适合做保险丝，故C错误；D项，因为钛合金与人体有很好的“相容性”，所以可以用来制造人造骨，故D正确。
【总结升华】钛的合金具有密度小、强度高、耐腐蚀、耐高温等优点，主要用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船等领域。
【变式1】镁铝合金坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。下列与这些用途无关的性质是（ ）。
A．不易生锈 B．导电性好 C．密度小 D．强度高
【答案】B
【解析】根据题目给定的信息可知用于制作窗框、卷帘门、防护栏等主要是利用了它的强度高、密度较小、不易生锈，但与导电性无关。
【巩固练习】
一、选择题
1．（2019 陕西岐山县期末）下列物质不属于合金的是（ ）。
A． 青铜 B． 铝 C． 钢 D． 生铁
2．（2019 湖南省箴言中学期末考）下列说法正确的是（ ）。
A．所有不锈钢都只含有金属元素
B．我国流通的硬币材质是金属单质
C．金属铝可以大量的制造铝制餐具
D．镁合金的硬度和强度均高于纯镁
3．下列说法中不正确的是（ ）。
A．人类历史上使用最早的合金是青铜
B．司母戊鼎是我国目前已发现的最重的青铜器
C．目前世界上使用量最大的合金是铝合金
D．目前世界上用途最广的合金是钢
4．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
5．（2019 上海虹口区期末考）用镁铝合金制作的窗框、卷帘门、防护栏等物品轻巧、美观、耐用。与上述这些特点无关的镁铝合金的性质是（ ）。
A．不易生锈 B．导电性好 C．密度小 D．强度高
6．铜锌合金制成的假元宝骗人的事件屡有发生。不能用于区别其真伪的方法是（ ）。
A．测定密度 B．放入稀硫酸中 C．放入盐酸中 D．观察外观
7．Na、Cu、Al、Fe四种金属的熔、沸点如下表所示：
金属
Na
Cu
Al
Fe
熔点／℃
97.5
1083
660
1535
沸点／℃
883
2595
2467
2750
其中不能形成合金的是（ ）。
A．Cu与Na B．Fe与Cu C．Fe与Al D．Al与Na
8．金属及其制品在腐蚀介质中很容易被腐蚀，其使用寿命大为降低。因此只有对腐蚀介质中的金属及其制品采取防护措施，才能保证金属工艺设备的安全性和工农业生产的顺利进行。下面对金属及其制品的防护措施中错误的是（ ）。
A．铁锅用完后，用水刷去其表面的油污，置潮湿处保存
B．通过特殊工艺，增加铝制品表面的氧化膜
C．对于易生锈的铁制品（如防护网）要定期涂刷防护漆
D．把Cr、Ni等金属加入到普通钢里制成不锈钢
9．将10 g铁碳合金放入氧气中高温灼烧，反应后的气体通入过量石灰水中得到沉淀1.4 g。则此铁碳合金是（ ）。
A．生铁 B．高碳钢 C．中碳钢 D．低碳钢
10．某金属与盐酸反应时，生成H2的质量与消耗金属质量的关系如下图所示，此金属可能是（ ）。

A．纯锌 B．纯铁 C．镁铝合金 D．铜铁合金
二、填空题
1．把以下左栏列举的金属的用途与右栏列举的有关金属的性质用线连起来。
①金属可制成比纸还薄的金箔 a．导电性好
②生活中用铁锅做饭 b．还原性强
③用铁回收照相定影废液中的银 c．延展性好
④用铜制作印刷电路 d．导热性好
⑤用铝合金做门窗框架 e．强度、硬度大
⑥用铝做电线、电缆 f．耐腐蚀
⑦用青铜、黄铜做雕塑 g．质软且轻
2．阅读材料，回答下列问题。
近年来，科技人员研究得到一种新型材料——泡沫铝。它是把发泡剂加到熔融或固体粉末的铝合金中而制成的，其优点是硬度高，密度小（约为0.16 g／cm3～0.5 g／cm3），比木材还轻，可浮于水面，又有很大刚性，且隔音、保温，是一种良好的建筑材料和轻质材料，近几年就可大批量投放市场。
（1）下列关于泡沫铝的说法错误的是（ ）。
A．泡沫铝即是铝单质泡沫
B．泡沫铝是一种合金
C．泡沫铝是一种优质的建筑材料和轻质材料
D．泡沫铝可用于飞机制造
（2）铝制成铝箔做食品包装，是利用它的（ ）。
A．金属光泽 B．延展性 C．导电性 D．导热性
（3）铝在空气中会被氧化生成一层致密的氧化膜（氧化物）而对铝起保护作用，但这层氧化膜（氧化物）遇到强酸或强碱都会溶解，请写出：
与盐酸反应的离子方程式：________。
与氢氧化钠溶液反应的化学方程式：________。
3．化学对人类社会进步和发展的贡献之一是发现和研制了各种材料，例如金属就是我们生活中不可或缺的重要材料。根据你学过的有关金属的知识，回答下列问题：
（1）铜钱在我国历史上曾经是一种广泛流通的货币，铜常用于制造货币的原因可能是________（填序号）。
A．铜的熔点不是太高，易于冶炼，铸造成型
B．铜的性质不活泼，不易被腐蚀
C．我国较早地掌握了湿法冶炼铜的技术
D．自然界有大量的游离态的铜
（2）钢铁制品的使用更为广泛，但是铁制品易生锈，铁锈的主要成分是________（填名称），铁的氧化物常见的还有________、________（填化学式）。
（3）铝制品因为表面易形成致密的氧化铝薄膜而经久耐用，但是该氧化膜易被酸碱破坏，若使氧化铝与氢氧化钠溶液作用，反应的化学方程式为________。
4．中国西部地区自然资源丰富，在矿产资源中，钛、铜、汞、铅、锌等30多种矿产储量居全国第一，攀枝花的矾钛铁矿、云南的锡矿等在全国占十分重要的地位。
（1）矾钛铁矿的主要成分可用化学式VaTibFecOx来表示，其中V显+5价，Ti显+4价，Fe显+3价，则x的值是________（用含a、b、c的代数式表示）。
（2）经分离矾钛铁矿石最终可得V2O5、TiO2等物质，试写出V2O5跟Al粉反应的化学方程式________。
（3）已知TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO，Cl2+2NaOH==NaCl+NaClO+H2O。某化学兴趣小组设计一套实验装置利用上述反应以制得TiCl4，装置中尾气处理部分如图（Ⅰ）所示，瓶中应加入________溶液，在导管口B处应________。

（4）装置图（Ⅱ）不能用于收集下列气体中的（ ）（填序号）。
A．CO B．HCl C．O2 D．H2
5．黄金的纯度以K为单位来表示，24K的黄金是纯金。12K的黄金含50％的金，其余是银和铜。
（1）18K的黄金含金多少？
（2）为什么经常用掺入其他金属的黄金做首饰？
（3）请你尝试找出合金比纯金属更有用的两种性质，并举例说明。
【参考答案与解析】
一、选择题
1．B
【解析】A．青铜是由铜、锡、铅等组成的合金，故A错误；
B．铝是金属单质，不是混合物，不属于合金，故B正确；
C．钢是含碳量质量百分比低于2%的铁碳合金，故C错误；
D．生铁是含碳量2%﹣4.3%的铁的合金，故D错误。
2．D
【解析】A项，不锈钢都含有C等非金属元素，故A错误；B项，流通硬币材质是合金，不是金属单质，故B错误；C项，铝在人体内积累能使人衰老，不能大量的制造铝制餐具，故C错误；D项，一般来说合金熔点比其成分金属低，硬度、强度比其成分金属大，镁合金的硬度和强度均高于纯镁，故D正确。
3．C
【解析】世界上使用量最大的合金为铁合金。
4．A
【解析】Mg—Al舍金具有硬度大、密度小、耐腐蚀的特点。
5．B
【解析】A项，窗框、卷帘门、防护栏等物品常暴露与空气中，需要防止锈蚀，故A正确；B项，制作窗框、卷帘门、防护栏不需要考虑导电性，故B错误；C项，卷帘门在操作时的质量不能太重，所以密谋不能太大，故C正确；D项，窗框、卷帘门、防护栏需要有一定的抗撞击能力，强度必须较高，故D正确。
6．D
【解析】铜锌合金为黄色，与黄金外观相似。
7．A
【解析】若一种金属的熔点高于另一种金属的沸点则无法熔合成合金。
8．A
【解析】铁在潮湿的环境中易生锈。
9．B
【解析】沉淀为CaCO3，1.4 g CaCO3即为0.014 mol。根据碳守恒，合金中的碳也为0.014 mol。
，所以为高碳钢。
10．D
【解析】首先由图可知，金属质量为30 g时。产生氢气的质量为1 g，即0.5 mol。用极值法：假设每一种金属的质量都为30 g，然后分别计算出产生氢气的质量。A项纯锌产生氢气的质量小于1 g；B项纯铁产生氢气的质量大于1 g，排除；C项镁产生氢气的质量大于1 g，铝产生氢气的质量大于1 g，所以按一定比例组成的舍金不能产生氢气为1 g；D项中铁产生氢气的质量大于1 g，铜不产生氢气，符合题意。
二、填空题
1．①—c ②—d ③—b ④—a ⑤—e、f ⑥—a、g ⑦—e、f
2．（1）A （2）B （3）Al2O3+6H+==2Al3++3H2O Al2O3+2NaOH==2NaAlO2+H2O
【解析】由题干信息“泡沫铝是把发泡剂加到熔融或固体粉末的铝合金中制成”，故不会为铝单质，Al2O3，为两性氧化物，能与强酸、强碱反应，书写离子反应方程式时应写成化学式。
3．（1）A、B、C （2）氧化铁 FeO Fe3O4 （3）Al2O3+2NaOH==2NaAlO2+H2O
4．（1） （2）3V2O5+10Al6V+5Al2O3
（3）NaOH点燃使CO燃烧生成CO2 （4）B
【解析】（1）化合物中金属元素都显正价，且化合价代数和为0。
（2）铝热反应方程式：3V2O5+10Al6V+5Al2O3
（3）尾气中有污染的为残余的Cl2和生成的CO，Cl2用碱液吸收，CO可采取点燃法除去。
（4）凡在水中溶解度不大且与水无明显反应的气体可以用图（Ⅱ）所示装置收集。
5．（1）75％。（2）制成合金，使其熔点低，硬度大，易于加工，耐磨损。（3）硬铝用于制造飞机，利用合金的密度比各组分金属的密度小。钥匙往往利用铝或铜的合金制造，利用合金的硬度比各组分金属的大。

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