高中-化学：3用途广泛的金属材料

高中-化学：3用途广泛的金属材料

1.了解合金的定义及特性。 2.了解铜合金和钢的分类、组成 及用途。 3.初步认识合理使用金属材料的 意义。 一、常见合金的重要应用 1．合金的定义 合金是指由两种或两种以上的 (或 )熔合而成的具有 特性的物质。 2．合金与纯金属的性能差异 (1)硬度 合金的硬度及机械加工性能一般 各成分金属。 (2)熔点 合金的熔点一般 各成分金属。 金属与非金属 金属 金属 高于 低于 合金的性质是各成分金属性质的总和吗？ 【思考·提示】　合金具有许多良好的物理、 化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金 属，不是简单加合；但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。 思考 3．常见的合金 (1)铜合金 ①青铜：主要含铜、锡、铅； ②黄铜：主要含铜、锌等； ③白铜：主要含铜、镍、锌等。 低碳 中碳 合金 高碳 二、正确选用金属材料 1．金属材料的分类 纯金属 合金 合金 2．金属材料的正确选用 在进行金属材料选择时，常常要考虑以 下几个方面：主要用途、 、 性质(密 度、硬度、强度、导电性)、化学性质(对水的 作用、耐 性)、价格、加工难度、日常维 护等方面。 外观 物理 腐蚀 1．铜合金 常见合金的成分及其重要应用 合金 主要成分 主要性能 主要用途 青铜 铜、锡 强度高、可塑性好、 耐磨、耐腐蚀 机械零件，如轴 承、齿轮等 黄铜 铜、锌 强度高、可塑性好、 易加工、耐腐蚀 机械零件、仪表、 日用品 白铜 铜、镍 光泽好、耐磨、耐腐 蚀、易加工 钱币、代替银做 饰品 2.合金钢 名称 主要合金 元素 主要特性 主要用途 锰钢 锰 韧性好，硬度大 钢轨、轴承、钢模、 挖掘机铲斗、坦克 装甲 不锈钢 铬、镍 抗腐蚀性好 医疗器械、容器、 反应釜、炊具 硅钢 硅 导磁性好 变压器、发电机和 电动机中的铁芯 钨钢 钨 耐高温、硬度大 刀具 3.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 4.钛合金 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。 钢铁工业是国家工业的基础。某中学社会实践 活动小组利用假期对当地钢铁厂进行了调研，对从 矿石开始到钢铁产出的工艺流程有了全面的感性认 识。请您对社会实践活动小组感兴趣的问题进行计 算： (1)将6.62 g铁矿石样品投入适量的盐酸中(充分 反应)，过滤，然后在滤液中加过量的NaOH溶液， 充分反应后，过滤、洗涤、灼烧得4.80 g Fe2O3。现 以该铁矿石为原料炼铁，若生产过程中铁元素损失 4%，计算每生产1.00 t生铁(含铁96%)，至少需要这 种铁矿石多少吨？(保留两位小数) (2)取某钢样粉末28.12 g(假设只含Fe和C)，在氧气 流中充分反应，得到CO2气体224 mL(标准状况)。 ①计算此钢样粉末中铁和碳的物质的量之比。 ②再取三份不同质量的钢样粉末分别加到100 mL 相同浓度的H2SO4溶液中，充分反应后，测得的实验数 据如下表所示： 实验序号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 加入钢样粉末的质量/g 2.812 5.624 8.436 生成气体的体积/L(标准状况) 1.120 2.240 2.800 计算硫酸溶液的物质的量浓度。 【思路点拨】　解答本题要从以下三个 方面入手： (1)首先计算出铁矿石中铁的质量分数， 再计算所需矿石的质量。 (2)利用原子守恒，计算Fe、C的物质的 量之比。 (3)Ⅲ中钢样过量，硫酸完全反应。 生产1吨生铁需矿石为1.00 t×96%÷[50.76%×(1－4%)]＝1.97 t 答：每生产1.00 t生铁至少需要这种铁矿石1.97吨。 答：此钢样粉末中铁和碳的物质的量之比为50∶ 1。 ②据表中数据可知实验Ⅲ样品过量，硫酸反应完全，根据实验Ⅲ可得 Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑ 1 mol 22.4 L n(H2SO4) 2.800 L n(H2SO4)＝0.125 mol 答：硫酸溶液的物质的量浓度为1.25 mol·L－1。 【答案】　(1)1.97 t　(2)①50∶ 1　 ②1.25 mol/L 1．(2010年安庆高一检测)下列关于合金的 叙述中正确的是(　　) A．合金是由两种或多种金属熔合而成的 B．日常生活中用到的五角硬币属于铜合 金 C．合金在任何情况下都比单一金属性能 优良 D．商代的司母戊鼎是纯铜打造而成的 解析：选B。合金是金属与金属或金属与非金属熔合形成的，A项错 误；在机械加工时，合金的性能一般较单一金属优良，但并不是任何情况都 是，如纯铝导电性比铝合金要强等，司母戊鼎是铜合金制成的，只有B正确。 一般来说，选择金属材料时，常常考虑以下 几个方面： 1．主要用途：材料的用途与材料的性能有 很密切的关系。 2．外观：不仅要材料本身外观美，还要使 材料的外观与周边环境相协调。 3．物理性质：物理性质包括密度、硬度、 强度、伸缩性、导电导热性、被水浸润性等。 4．化学性质：化学性质主要包括材料在空 气、水、阳光、酸、碱、盐等环境里的化学稳定 性。这些性质会影响到材料的使用寿命。 金属材料的正确选用方法 5．价格：考虑价格时要把对材料的基本需 要和材料的基本性能放在前面。 6．加工难度：考虑加工难度时要将材料的 性质与加工的技术、设备相结合。 7．日常维护：金属材料耐腐蚀性相对较弱， 在选金属材料时必须要考虑到使用后的日常维护 问题。 8．对环境的影响 (1)考虑到在使用材料的过程中，它的反光 性、放射性、产生的噪音等对环境的不利影响； (2)考虑材料的废弃物对环境有哪些不利影 响，要尽量做到避免不利影响。 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、耐腐蚀等，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，下列用途不切合实际的是(　　) A．用来做保险丝 B．用于制造航天飞机 C．用来制造人造骨 D．用于家庭装修，做钛合金装饰门 【解析】　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；由于钛和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，不引起排异反应，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，做钛合金装饰门，D正确； 只有A错误，由于其熔点高，不适合做保险丝。 【答案】　A 2．现代建筑的门窗框架常用电解加工成 的古铜色硬铝制造。取硬铝样品进行如下实验 (每一步试剂均过量)，由此可以推知硬铝的组 成可能为(提示：Si＋2OH－＋H2O===SiO32－＋ 2H2↑)(　　) A．Al、Mg、Si、Zn　　　　　　　　 B．Al、Fe、Zn、Na C．Al、Na、Cu、Fe D．Al、Cu、Mg、Si 解析：选D。 从对样品的 检验过程可知：①加稀盐酸产生气体，则 含有排在氢前面的金属，如Na、Mg、Al、Zn、Fe；②难溶物加浓NaOH溶液， 产生气体的应为Si；③仍不溶(即不溶于稀盐酸和浓NaOH溶液)的为Cu。故综 合判断选D。