课题1　金属材料优秀课堂实录

第八单元

金属和金属材料

课题1

金属材料

【培优训练题】

1. （泉州初赛）不久前，日本某一材料研究所的科学家发明了一种“碳纳米管温度计”，这种温度计被认定是目前世界上最小的温度计。研究人员在长约10－6 m，直径为10－7 m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可从30 ℃到490 ℃，并且精确度较高，可用于检查电子线路是否异常、测量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正确的是（

）

A．碳纳米管的体积在10 ℃至500℃之间随温度变化很小，可忽略不计

B．金属镓的熔点、沸点都很低

C．在30 ℃到490 ℃之间金属镓的体积与温度变化成正比

D．金属镓的体积在30 ℃到490 ℃之间随温度变化很小，可忽略不计

2. （江西初赛）所谓合金，就是不同种金属（或金属与非金属）在熔化状态下形成的一种熔合物。根据下列四种金属的熔、沸点判断，其中不能形成合金的是（

）

熔点（℃）

沸点（℃）

Na 97.5 883 Cu 1083 2595 Al 660 2200 Fe 1535 3000

A．Cu和Al

B．Fe和Cu

C．Fe和Na

D．Al和Na 3. （江苏初赛）钨（W）是我国丰产元素，广泛用作灯泡的灯丝，有“光明使者”的美誉。

（1）钨用作灯丝，主要利用它的

（填物理性质）；

（2）钨的原子结构示意图如右图所示，则钨原子的核外电子

总数为

；

（3）冶炼钨的一个阶段是用碳、氢气等还原剂在高温条件下把氧化钨

(WO3）还原为金属钨。为了获得纯度较高的钨，应选择

（填“氢气”或“碳”）作还原剂，写出所选物质还原氧化钨的化学方程式：

。

1

【情景创新题】

4．物质的性质决定物质的用途，物质的用途反映了物质的性质，但物质的性质不一定决定其必有具备该性质的用途。在考虑物质的用途时，还要考虑原料是否易得、价格、美观以及废物是否利于回收以及对环境影响等因素。

阅读表格，综合考虑下表各方面的因素，回答以下问题。

金属

全球产量(104t) 铝

铜

铁

银

15000 8000 301430 8 密度

3(10㎏·m-3) 2.7 8.9 7.9 10.5 熔点(℃) 660 1083 1540 961 导热性能

4 2 8 1 导电性能

4 2 7 1 市场价格

(元/t)(大约) 16000 17700 2200 13650000

注：导热性能1→8表示导热性由强到弱；导电性能1→8表示导电性由强到弱。

（1）导电性能好的两种金属是

，其中更适宜做导线的是

，理由是

。

（2）用铝锅炒菜时锅底易变形，而用铁锅则不会，主要原因是

。

2

参考答案

1．AC 【解析】根据题给信息“这种温度计测量的范围可从30 ℃到490 ℃”推知，碳纳米管在这个温度范围内体积随温度变化很小；同时也说明金属镓在30 ℃到490 ℃范围内体积与温度变化成正比，故选AC。

2．C 【解析】Fe的熔点是1535 ℃，而Na的沸点是883 ℃，两者无法熔合成合金，故选C。

3．（1）熔点高

（2）74

（3）氢气

3H2+ WO3=====3H2O + W 【解析】氢气是一种气体还原剂，还原WO3不会引入固体杂质，使得金属钨纯度高。

4. （1）银和铜

铜

铜的产量比银的产量高，且铜的价格比银的价格低

（2）因为铝锅的熔点低，故炒菜时容易软化，而铁锅的熔点高（从硬度角度解释也可）

【解析】联系生活实际并结合表格信息解答。考虑物质的用途时除考虑物质的性质外，还要考虑到价格、金属的其他性质，不能以偏盖全，盲目解答。

高温3

课题2

金属的化学性质

【培优训练题】

1．（多选）（全国复赛）质量相等的锌和铁分别与质量相等、浓度也相等的稀盐酸反应，反应情况如右图所示。则下列叙述中正确的是（

）

A．图线a、b分别表示锌、铁的反应情况

B．锌、铁均反应完，盐酸有剩余

C．盐酸均反应完，—定有锌剩余

D．盐酸均反应完，—定有铁剩余

2．（多选）（湖北初赛）有一包固体混合物，其中含有硝酸银、硝酸铜、硝酸镁及铁粉,加入足量的水过滤。下列描述的情形不可能存在的是（

）

A．滤纸上有Ag、Cu、Fe，滤液中有Fe2+、Cu2+、Mg2+

B．滤纸上有Ag、Cu，滤液中有Fe2+、Cu2+、Mg2+、Ag+ C．滤纸上有Ag，滤液中有Fe2+、Cu2+、Mg2+、Ag+

D．滤纸上有Ag、Cu，滤液中有Fe2+、Cu2+、Mg2+ 3．（双阳区初赛）

下列事实不能说明Zn比Ag活泼的是（

）

A．Zn能与AgNO3溶液反应，置换出Ag B．Zn能与稀硫酸反应，Ag则不能

C．自然界没有以单质形式存在的Zn，而有以单质形式存在的Ag D．Zn的熔点为420 ℃，Ag的熔点为962 ℃

【情景创新题】

4．（原创题）

航空母舰是人类历史上最具威胁的武器之一，是可以为国家利益做出特殊贡献的“海上霸王”。曾有人说：“一个没有航母和远洋海军的国家就不能称为伟大的国家”。拥有航母，这个让中国人魂牵梦绕了70年的梦想，这个让几代中国海军军人执着的夙愿终于实现了。2012年7月中国

“瓦良格”号航母先后三次出海试航，同年11月正式交付海军服役。据报道，特种钢、镍铁合金以及钛合金是制造航母的重要合金材料，这些合金的优点是强度高、耐腐蚀强。

结合上述材料回答下列问题：

4

（1）制造航母所用特种钢中有一种锰钢，其主要性能是韧性好、硬度大。若金属锰(Mn)在金属活动性顺序中位于铝和锌之间，则下列反应不正确的是（

）

A．Mn+2HCl===MnCl2＋H2↑

B．Mg +MnSO4===MgSO4＋Mn C．Mn＋Cu(NO3)2===Mn(NO3)2+Cu

D．Fe＋MnSO4===FeSO4＋Mn （2）航母制造时使用量较多的金属材料是铁合金和钛合金。某校化学兴趣小组想知道铁和钛的金属活动性谁更强些进行了如下探究：

[实验设计]相同温度下，取大小相同的两种金属薄片，用砂纸将表面磨光，分别放入

等体积、等浓度且足量的稀盐酸中反应，观察现象。

请分析回答下列问题：

①两种金属投入盐酸前用砂纸将表面擦光亮，其目的是

。

②制造航母使用钛合金的理由是

。

③根据下表中的现象填写结论。

金属

与盐酸反应现象

钛

放出气泡速率很慢

铁

放出气泡速率较慢

结论

④已知钛盐中钛元素显+4价。写出钛和稀盐酸反应的化学方程式

。

5

参考答案

1．AD 【解析】在金属活动性顺序表中，锌的比铁活泼，故锌反应速率较快，最先反应完，则A正确；观察图像可知，反应完毕后生成氢气的质量相等，说明盐酸被完全消耗，锌可能剩余，而金属铁一定有剩余，故选AD。

2．AB 【解析】铁粉不能置换出硝酸镁中的镁（镁比铁活泼）；铁先置换出硝酸银中的银，当硝酸银完全反应后，铁才与硝酸铜反应，置换出金属铜。选项A中铁过量，滤液中一定没有Cu2+，则A错误；选项B中金属Cu析出，说明硝酸银完全反应，滤液中不可能有Ag+，故B错误。

3．D 【解析】熔点属于金属的物理性质，而活动性属于金属的化学性质，根据金属的熔点无法确定金属的活动性。

4．（1）D

（2）①除去氧化膜，便于直接反应

②抗腐蚀性强

③铁比钛活泼

④Ti+4HCl===TiCl4+2H2↑

【解析】因“金属锰（Mn）在金属活动性顺序中位于铝和锌之间”，说明Mn比锌活泼，而铁在锌后面，所以铁不能将Mn从其盐溶液中置换出来；金属的活动性越强，在酸溶液中越容易发生置换反应，与酸反应生成氢气的速率越快，我们可以根据金属与酸反应的速率快慢来确定金属活动性大小。

6

课题3 金属资源的利用和保护

【培优训练题】

1．（全国复赛）在a、b两支试管中加入体积相同的同种生铁块。在a中加入食盐水，

塞上橡皮塞，如右图。U形玻璃管内为红墨水（开始时两端液面等高）。放置一段时间后，下列有关叙述错误的是（

）

A．生铁块中的主要成分是铁，也含有少量的碳

B．红墨水柱两边的液面变为左低右高

C．两试管中铁均被锈蚀

D．a试管中发生的反应是2C+2Fe+3O2===2FeCO3

2. （佛山初赛）钢铁是重要的金属材料。

（1）下列铁制品的用途中，利用金属导热性的是

（填字母，下同）。

（2）目前世界上已有50%以上的废钢铁得到回收利用，其目的是

。

A. 节约金属资源

B. 合理开采矿物

C. 防止钢铁生锈

（3）为防止水龙头生锈，其表面镀有一层铬。铁生锈的条件是

。

（4）将生锈的铁制品放入盛有过量稀盐酸的洗槽中，观察到溶液变黄，有无色气泡逸出。写出其中一个反应的化学方程式

。

【情景创新题】

3. （原创题）2012年4月21日－22日，中国腐蚀与防护学会联合北京科技大学新材料技术研究院在北京科技大学举办了第二届“世界腐蚀日”中国区宣传活动。活动以“材料延寿——绿色防腐蚀产品与先进技术”为主题，举办了材料延寿科技展览和企业新技术展览等活动。活动旨在通过展览等形式，向社会各界展示腐蚀的危害及腐蚀防护的重要性。

金属锈蚀是一个长期困扰人们的难题，金属锈蚀造成的损失极其重大，据美国金属学会统计，全球每年因金属锈蚀造成的经济损失占生产总值的4％，因锈蚀而报废的金属占总产量的30％；我国每年因金属锈蚀造成的经济损失达3000多亿元。

7

铁制品的防锈原理是隔绝空气或水，使铁失去生锈的条件。常见防锈方法有以下几类：

第一类：表面保护法（隔绝氧气、酸雨等物质）。（1）外加防护漆或塑料。例如：汽车的外表面等；（2）覆盖活泼性较弱的金属。如：装饰品镀金，镀铜等；（3）定期外加润滑油。如：轴承中的润滑油不光有减少阻力的作用还能防止氧化。

第二类：牺牲阳极的阴极保护法（提供电子）。表面覆盖活泼性较主体金属强的金属。如在海轮的船体上钉上锌块、镀锌铁。

第三类：改变金属的组成（合金）。

请根据上述材料回答下列问题：

（1）2012年4月21日－22日，中国腐蚀与防护学会联合北京科技大学新材料技术研究院在北京科技大学举办了第二届“世界腐蚀日”中国区宣传活动。活动以“材料延寿——绿色防腐蚀产品与先进技术”为主题。下列做法不符合该主题的是（

）

A．回收铝制饮料罐

B.在钢铁制造的船表面刷环保油漆

C.在铁制品表面镀锌

D.常用自来水冲洗自行车可防止生锈

（2）下列做法易使金属被腐蚀的是（

）

A．用过的菜刀擦干

B．铝锅盛放酸菜

C．铁护栏涂上油漆

D．自行车钢圈镀铬

（3）自行车车把防锈的措施是镀金属锌，镀锌防锈的原理是（

）

A．锌与氧气结合生成致密的氧化锌保护膜，防止外界空气与内部铁接触

B．金属锌的活动性比铁弱，化学性质稳定

C．金属锌属于不活泼金属，不与酸、氧气等物质反应

D．金属锌不能与水反应，所以起到防锈作用

（4）下列防锈措施属于改变金属的组成的是（

）

A．自行车轴承中涂润滑油

B. 铁制大门表面喷漆

C．制成不锈钢菜刀

D.装饰品镀金

（5）据了解，人的手汗也能腐蚀金属。汗液是一种无色透明或淡黄色带有咸味、呈弱酸性的液体，除含有钠、钾、钙、镁盐外，还含有少量尿素、乳酸、柠檬酸等有机酸。人的当汗液与金属接触时，会在金属表面形成一层汗液膜，汗液膜会对金属引起电化学作用，腐蚀金属。

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为防止手汗引起锈蚀，请你给工厂生产人员提出合理的建议：

（写出一点即可）。

（6）金属锈蚀是一个长期困扰人们的难题，金属锈蚀造成的损失极其重大，我国每年因金属锈蚀造成的经济损失达3000多亿元。请你就保护金属资源提出一点合理化建议：

。

（7）电镀是金属防锈的方法之一。某电镀厂有甲、乙、丙三个分别给金属表面镀锌、镀铜、镀银的车间，每个车间电镀液中只含有易溶的锌的化合物、铜化合物和银化合物中的一种物质。

①甲车间负责给金属制品镀银。将铜制品镀银的方法是，用砂纸将铜制品表面磨光，然后插入硝酸银（AgNO3）溶液中，观察到现象是

；写出反应的化学方程式

。

②乙车间负责给铁制水龙头镀金属铜，你认为乙车间所用的电镀液是

溶液。

③丙车间负责给海轮的船体上钉上锌块，丙车间所用的原料有ZnSO4溶液、金属铝、铁，请写出丙车间获得金属锌的化学方程式

。

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参考答案

1．BD 【解析】铁在食盐水中生锈速率加快；铁生锈消耗氧气，故a试管内压强减小，U形玻璃管中的液柱变得左高右低，故B错误；铁生锈实际上是铁与氧气、水共同作用的结果，与铁中的杂质碳无关，故选BD。

2．（1）B

（2）A

（3）铁与氧气、水共同作用

（4）Fe2O3+6HCl===2FeCl3+3H2O（或Fe+2HCl===FeCl2+H2↑）

3．（1）D

（2）B

（3）A

（4）C

（5）带上手套、指套（或用专用工具拿取零件，不要随便用手接触产品等合理答案）

（6）防止金属锈蚀（或回收废旧金属或用塑料制品代替金属制品等合理答案）

（7）①铜表面附着一层银白色金属

Cu+2AgNO3===Cu(NO3)2+2Ag

②硫酸铜（或硝酸铜或氯化铜等合理答案）

③2Al+3ZnSO4===Al2(SO4)3+3Zn

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第八单元 金属和金属材料综合训练

【培优训练题】

1．（辽宁初赛）下列说法正确的是（

）

A．在化学反应中只有燃烧才能放热

B．地壳中含量最多的金属元素是氧

C．将石油分馏可以得到多种产品

D．合金的各种性能都比纯金属好

2．（天津初赛）如下图所示，先在锥形瓶中放入几小片已用稀盐酸除去锈斑的铁丝网，然后向其中加入3~4 mL浓食盐水润湿铁丝网，塞紧带导管的单孔塞，导管另一端伸入水中。若干分钟后，请你观察并回答：

[实验现象及相应解释] 请写出你观察到的现象并作出相应解释：

（1）

；其原因是

。

（2）

；其原因是

。

[得出结论] 由此实验你得出结论：

。

3．（中山市初赛）

某实验室的废水中含有大量AgNO3、Zn(NO3)2和Fe(NO3)2，课外小组同学欲从该废液中回收银，并得到副产品硫酸亚铁晶体。实验方案如下：

（1）

固体甲中含有的物质是（填化学式）

；溶液乙的化学式为

。

（2）写出步骤①的化学方程式：

。

（3）检验步骤①向废水中加入A是否过量的方法是

。

【情景创新题】

4. 乐乐同学是一个热爱劳动、善于观察的学生，在星期天帮助妈妈擦洗玻璃时，发现厨房的钢窗比卧室的钢窗锈蚀严重。请回答：

（1）产生这一现象的原因。

（2）在不拆掉此钢窗的前提下，如何防止钢窗进一步锈蚀？

（3）下图是废弃金属铝制品回收再利用过程。请你从金属资源方面提出至少三条合理化建议。

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参考答案

1. C 【解析】石油是由汽油、柴油、煤油等组成的混合物，因此石油分馏会得到汽油、柴油和煤油等产品。合金的某些性能比纯金属好，并不是所有的性能都优越于纯金属,故选C。

2. （1）铁丝网生锈

铁与氧气、水相互作用生成铁锈

（2）导管内的液面上升

锥形瓶中的氧气与铁反应后，瓶内气压减小

[得出结论]铁在有水（或其他盐溶液）存在的情况下，极易与空气中的氧气反应而被锈蚀

【解析】金属铁在潮湿的空气中易生锈，且在有盐溶液存在的情况下会加快锈蚀速率。铁生锈消耗氧气，导致锥形瓶内气体压强减小，在外界大气压作用下，烧杯中的水沿导管上升。

3. （1）Ag、Fe

Zn(NO3)2

、Fe(NO3)2

（2）Fe+2AgNO3 === Fe (NO3)2+2Ag

（3）取少量固体甲于试管中，加入稀硫酸，有气泡产生则A过量，反之，A不足

4. （1）厨房中的水蒸气比卧室中的水蒸气含量高。（2）将铁锈除掉，在清洁和干燥的钢窗上刷上一层油漆。（3）金属资源是有限的，大力回收废旧金属，寻找金属的代用品（或合理地、有计划地开采金属矿物或防止金属锈蚀等合理答案）。

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