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第三节 用途广泛的金属材料
[A篇 知识对点训练]
知识点1 合金
1．合金与纯金属制成的金属材料相比，优点是( )
①合金的硬度一般比它的各成分金属的大'②一般地，合金的熔点比它的各成分金属的更低'③改变原料的配比、改变生成合金的条件，可以得到具有不同性能的合金'④合金比纯金属的导电性能更强'⑤合金比纯金属的应用范围更广泛
A．①②③⑤ C．①②④ 答案 A
解析 一般情况下纯金属的导电性比合金的导电性好，①②③⑤正确。 2．在生活、生产中，目前用量最大、用途最广的合金是( ) A．钛合金 B．铜 C．钢 D．硬铝 答案 C
解析 目前在生产、生活中用量最大，用途最广的合金是钢。 3．下列说法不正确的是( ) A．青铜是我国使用最早的合金 B．生铁是合金，钢是纯铁 C．生铁的熔点比纯铁低
D．合金的硬度一般比它各成分金属的硬度大 答案 B
解析 钢是铁的合金。
4．下列关于合金的说法不正确的是( ) A．青铜是一种铜的合金 B．合金中可以含有非金属元素 C．硬铝比纯铝的硬度低
D．储氢合金是一类能大量吸收H2的材料 答案 C
解析 合金的硬度一般比成分金属硬度大，C错误。
5．铁是人类较早使用的金属之一。据有关报道，目前已能冶炼出纯度高达99.9999%的铁。纯铁的实际使用范围有限，人们大量使用的是铁的合金。钢铁是铁碳合金的总称，其强度高、价格便宜、应用广泛。以下关于不锈钢和普通钢的认识中，你认为正确的是 ( )
A．它们的组成元素是相同的 B．耐腐蚀的性能不同
C．它们都属于钢，因此物理性质是一样的
D．构成普通钢和不锈钢的主要元素都是铁，因此它们的化学性质完全相同 答案 B
解析 不锈钢是在普通钢的基础上，加入Ni、Cr等多种元素炼制成的钢材，它在空气中能保持金属光泽，也就是具有不生锈的特性。铬元素的加入使不锈钢表面形成致密且坚固的氧化膜，防止内部铁与外部物质接触。
B．②③④ D．①②④⑤
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镍元素的加入，使不锈钢在多种酸、碱、盐的水溶液中也能具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性。综上所述，不锈钢具有优良的性能，在很多方面不同于普通钢，故B项正确。
知识点2 正确选用金属材料
6．下列适合于制作不锈钢用具的铁合金是( ) A．低碳钢 B．中碳钢 C．高碳钢 D．合金钢 答案 D
解析 低碳钢、中碳钢和高碳钢都属于碳素钢，是普通钢。合金钢是在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的结构发生变化，从而使钢具有各种不同的特殊性能，合金钢用途广泛，可用于制作不锈钢。
7．物质的性质决定了物质的用途，下面关于金属性质与用途的说法错误的是 ( ) A．利用铝的延展性将铝锭制成铝箔 B．利用铝具有金属光泽将铝制成高压铝锅 C．利用铁的还原性用铁粉回收照相废液中的银 D．利用铜的导电性制电线 答案 B
解析 将Al制成高压锅利用铝的导热性和延展性。
8．铝镁合金因坚硬、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 C．密度小 答案 B
解析 导电性与铝镁合金的这些用途无关。
9．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”。关于钛和钛的合金的用途中，不切合实际的是 ( )
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，作钛合金装饰门 答案 A
解析 根据题给信息，钛和钛的合金熔点高，故不能作保险丝；密度小、可塑性好、易加工，故为制造飞机及家庭装饰的好材料；钛的“生物相容性”说明人体对钛排异性小，是制造人造骨的好材料。
[B篇 综合提升训练]
10．经研究发现，含有95%的铝和5%的镓、铟及锡组成的新型合金与水能快速反应制得氢气，整个反应中只消耗铝，而反应生成的Al2O3可回收再利用，这样不仅降低了制氢气的成本，而且方便快捷，这一发现将燃氢汽车的研发推向新的里程碑。下列有关说法不正确的是( )
A．此合金一定比纯铝柔软
B．铝作为还原剂，有资源丰富的优势
C．合金与水反应的总反应式为2Al＋3H2O===Al2O3＋3H2↑ D．合金中的镓、铟及锡对铝与水的反应可能起催化作用 答案 A
解析 合金的硬度一般比组成合金的各材料的硬度大，A错误；铝是地壳中含量最高的金属元素，B正确；
B．导电性好 D．强度高
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由题中信息和纯铝在常温下与水不反应知C、D正确。
11．碲锌镉(Te-Zn-Cd)晶体可以用于制造红外探测器的基础材料，下列有关叙述中不正确的是( ) A．它是由Te、Zn、Cd按一定比例形成的化合物 B．它易导电、导热，具有延展性 C．它的熔沸点比Zn的低 D．它的硬度和强度比Cd的大 答案 A
解析 碲锌镉晶体是由Te、Zn、Cd按一定比例熔合而成的具有金属特性的合金，合金是混合物，合金具有比成分金属低的熔沸点、高的硬度和强度。
12．由Na、Mg、Al、Fe四种金属单质中的两种组成的混合物共12 g，跟足量盐酸反应，产生5.6 L H2(标准状况下)，由此可判断混合物中必定含有( )
A．Fe B．Na C．Mg D．Al 答案 A
解析
由以上关系可知产生5.6 L H2，只有Fe的质量大于12 g，一定含有Fe。
13．将镁和铝的混合物a g投入到足量的氢氧化钠溶液中，充分反应后将残余固体洗净，然后使残余固体在足量的纯氧中加热，最终得到a g固体，则镁铝混合物中铝的质量分数为( )
A．40% B．47% C．53% D．60% 答案 A
解析 溶于过量NaOH溶液后Al完全溶解，所得固体全部为Mg，再与O2反应仍为a g，可知Al的质量等16于MgO中氧的质量，故合金中铝的质量分数等于MgO中氧的质量分数，为×100%＝40%。
16＋24
14．某镁铝合金共21 g，将其加入到1 L 5 mol·L的盐酸中，共收集到标准状况下的气体22.4 L。 (1)关于合金的下列说法正确的有________。 a．合金只能由两种或两种以上的金属组成 b．合金的硬度一般比其组成成分金属的硬度大 c．镁铝熔成合金的过程是一个化学过程 d．合金的熔点一般比其组成成分的熔点低 e．合金具备金属的特性
(2)该合金中镁、铝的质量分别为________、________。 (3)反应中共消耗5 mol·L的盐酸________L。 (4)向反应后的溶液中逐滴加入5 mol·LNaOH________L。
(5)再加入NaOH溶液至足量，沉淀减少________g。最后剩余的沉淀是________，其质量是________g。 答案 (1)bde (2)12 g 9 g (3)0.4 (4)1
－1
－1
－1
的NaOH溶液，若要使沉淀恰好达到最大值，需要加入
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(5)26 Mg(OH)2 29
解析 (1)合金是由两种或两种以上的金属(或金属和非金属)熔合而成的具有金属特性的物质，a错误，e正确；合金的硬度一般大于其成分金属，b正确；合金的形成过程中没有新物质生成，是物理变化，c错误；合金的熔点一般低于其成分金属，d正确。
(2)设合金中含有Mg的物质的量为x，含有Al的物质的量为y。 Mg ＋ 2HCl===MgCl2＋H2↑ 1 mol 2 mol 22.4 L
x 2x 22.4x L
2Al ＋ 6HCl===2AlCl3＋3H2↑ 2 mol 6 mol 67.2 L
y 3y 33.6y L
??24x＋27y＝21?
?22.4x＋33.6y＝22.4?
x＝mol y＝ mol
m(Mg)＝ mol×24 g·mol－1＝12 g m(Al)＝ mol×27 g·mol－1＝9 g。
112 mol(3)消耗n(HCl)＝2x＋3y＝2× mol＋3× mol＝2 mol，V(HCl)＝－1＝0.4 L。
235 mol·L
5 mol－1
(4)当沉淀达到最大值时，n(NaOH)＝n(HCl)＝1 L×5 mol·L＝5 mol，V(NaOH)＝－1＝1 L。
5 mol·L1－1－1
(5)加入足量NaOH溶液时，Al(OH)3溶解，m[Al(OH)3]＝n[Al(OH)3]×78 g·mol＝ mol×78 g·mol
31－1
＝26 g，沉淀减少26 g，剩余的沉淀是Mg(OH)2，m[Mg(OH)2]＝n[Mg(OH)2]×58 g·mol＝ mol×58 g·mol
2
－1
1213
1213
＝29 g。
15．某铝合金中含有合金元素镁、铜、硅(硅不与盐酸反应)，为了测定该合金中铝的含量，设计了如下实
验，请回答有关问题：
(1)称取样品a g，称量时应该使用的主要仪器的名称是__________________________。
(2)将样品溶解于过量的稀盐酸中，过滤。滤液中主要含有______________，滤渣中含有________________，溶解、过滤用到的玻璃仪器是______________。
(3)滤液中加过量氢氧化钠溶液、过滤，有关的离子方程式是__________________。
(4)向步骤(3)的滤液中通入足量二氧化碳气体，过滤，有关的离子方程式是________________。 (5)步骤(4)过滤后的滤渣用蒸馏水洗涤数次，烘干并灼烧至恒重，冷却后称重，其质量为b g，有关的化学方程式是______________________________________，原样品中铝的质量分数是________。
(6)若步骤(3)中加入氢氧化钠的量不足，则实验结果________(填“偏高”“偏低”或“不影响”，下同)；若步骤(5)中滤渣没有洗涤，则实验结果________；若滤渣灼烧不充分，则实验结果________。
答案 (1)托盘天平
(2)MgCl2、AlCl3、HCl Cu、Si 烧杯、玻璃棒、漏斗
(3)Mg＋2OH===Mg(OH)2↓，Al＋4OH===AlO2＋2H2O，H＋OH===H2O
2＋
－
3＋
－
－
＋
－
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(4)AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO
△
(5)2Al(OH)3=====Al2O3＋3H2O (6)偏低 偏高 偏高
解析 (2)合金中Al、Mg可与盐酸反应生成AlCl3、MgCl2和H2，而Cu、Si不溶于盐酸，故样品溶于过量的盐酸后过滤，滤液中含有AlCl3、MgCl2、HCl，滤渣中含有Cu、Si，溶解、过滤所用的玻璃仪器是烧杯、玻璃棒、漏斗。
(3)向滤液中加入过量NaOH溶液，发生的反应为：Mg＋2OH===Mg(OH)2↓，Al＋4OH===AlO2＋2H2O，H
＋
2＋
－
3＋
－
－
－2－3
900b% 17a＋OH===H2O，过滤后的滤液中含AlO2、OH。
(4)向含有AlO2、OH的滤液中通入足量CO2，发生的反应为OH＋CO2===HCO3，AlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓
－
－
－
－
－
－
－－－
＋HCO3，过滤可得Al(OH)3。
2×b(5)Al(OH)3受热分解为Al2O3和H2O，方程式为2Al(OH)3=====Al2O3＋3H2O，n(Al)＝2n(Al2O3)＝ mol，
10254b10254b900bm(Al)＝ g，铝的质量分数＝×100%＝%。
102a17a(6)若步骤(3)中加入NaOH溶液不足时，Al不能完全转化为AlO2使最后所得Al2O3质量偏小，测定结果偏低；若步骤(5)中滤渣没有洗涤，沉淀表面附着的溶液中的溶质在灼烧时析出，使m(Al2O3)偏大，测定结果偏高；若滤渣灼烧不充分，m(Al2O3)偏大，测定结果偏高。
3＋
－
△