第八單元 金屬和金屬材料課題1 金屬材料【培優訓練題】1. （泉州初賽）不久前，日本某一材料研究所的科學家發明了一種“碳納米管溫度計”，這種溫度計被認定是目前世界上最小的溫度計。研究人員在長約106 m，直徑為107 m的碳納米管中充入液態的金屬鎵。當溫度升高時，管中的鎵就會膨脹，通過電子顯微鏡就能讀取溫度值。這種溫度計測量的范圍可從30 到490 ，并且精確度較高，可用于檢查電子線路是否異常、測量毛細血管的溫度等許多方面。根據以上信息判斷下列推測中正確的是（ ）A碳納米管的體積在10 至500之間隨溫度變化很小，可忽略不計B金屬鎵的熔點、沸點都很低C在30 到490 之間金屬鎵的體積與溫度變化成正比D金屬鎵的體積在30 到490 之間隨溫度變化很小，可忽略不計2. （江西初賽）所謂合金，就是不同種金屬（或金屬與非金屬）在熔化狀態下形成的一種熔合物。根據下列四種金屬的熔、沸點判斷，其中不能形成合金的是（ ）NaCuAlFe熔點（）97.510836601535沸點（）883259522003000ACu和Al BFe和Cu CFe和Na DAl和Na3. （江蘇初賽）鎢（W）是我國豐產元素，廣泛用作燈泡的燈絲，有“光明使者”的美譽。（1）鎢用作燈絲，主要利用它的 （填物理性質）；（2）鎢的原子結構示意圖如右圖所示，則鎢原子的核外電子總數為 ；（3）冶煉鎢的一個階段是用碳、氫氣等還原劑在高溫條件下把氧化鎢 (WO3）還原為金屬鎢。為了獲得純度較高的鎢，應選擇 （填“氫氣”或“碳”）作還原劑，寫出所選物質還原氧化鎢的化學方程式： 。【情景創新題】4物質的性質決定物質的用途，物質的用途反映了物質的性質，但物質的性質不一定決定其必有具備該性質的用途。在考慮物質的用途時，還要考慮原料是否易得、價格、美觀以及廢物是否利于回收以及對環境影響等因素。閱讀表格，綜合考慮下表各方面的因素，回答以下問題。金屬全球產量(104t)密度(103m-3)熔點()導熱性能導電性能市場價格(元/t)(大約)鋁150002.76604416000銅80008.910832217700鐵3014307.91540872200銀810.59611113650000注：導熱性能18表示導熱性由強到弱；導電性能18表示導電性由強到弱。（1）導電性能好的兩種金屬是 ，其中更適宜做導線的是 ，理由是 。（2）用鋁鍋炒菜時鍋底易變形，而用鐵鍋則不會，主要原因是 。參考答案1AC 【解析】根據題給信息“這種溫度計測量的范圍可從30 到490 ”推知，碳納米管在這個溫度范圍內體積隨溫度變化很小；同時也說明金屬鎵在30 到490 范圍內體積與溫度變化成正比，故選AC。2C 【解析】Fe的熔點是1535 ，而Na的沸點是883 ，兩者無法熔合成合金，故選C。3（1）熔點高 （2）74 （3）氫氣 3H2+ WO33H2O + W【解析】氫氣是一種氣體還原劑，還原WO3不會引入固體雜質，使得金屬鎢純度高。4. （1）銀和銅 銅 銅的產量比銀的產量高，且銅的價格比銀的價格低 （2）因為鋁鍋的熔點低，故炒菜時容易軟化，而鐵鍋的熔點高（從硬度角度解釋也可）【解析】聯系生活實際并結合表格信息解答。考慮物質的用途時除考慮物質的性質外，還要考慮到價格、金屬的其他性質，不能以偏蓋全，盲目解答。課題2 金屬的化學性質【培優訓練題】1（多選）（全國復賽）質量相等的鋅和鐵分別與質量相等、濃度也相等的稀鹽酸反應，反應情況如右圖所示。則下列敘述中正確的是（ ）A圖線a、b分別表示鋅、鐵的反應情況 B鋅、鐵均反應完，鹽酸有剩余C鹽酸均反應完，定有鋅剩余 D鹽酸均反應完，定有鐵剩余2（多選）（湖北初賽）有一包固體混合物，其中含有硝酸銀、硝酸銅、硝酸鎂及鐵粉,加入足量的水過濾。下列描述的情形不可能存在的是（ ）A濾紙上有Ag、Cu、Fe，濾液中有Fe2+、Cu2+、Mg2+ B濾紙上有Ag、Cu，濾液中有Fe2+、Cu2+、Mg2+、Ag+C濾紙上有Ag，濾液中有Fe2+、Cu2+、Mg2+、Ag+D濾紙上有Ag、Cu，濾液中有Fe2+、Cu2+、Mg2+3（雙陽區初賽） 下列事實不能說明Zn比Ag活潑的是（ ）AZn能與AgNO3溶液反應，置換出AgBZn能與稀硫酸反應，Ag則不能C自然界沒有以單質形式存在的Zn，而有以單質形式存在的AgDZn的熔點為420 ，Ag的熔點為962 【情景創新題】4（原創題） 航空母艦是人類歷史上最具威脅的武器之一，是可以為國家利益做出特殊貢獻的“海上霸王”。曾有人說：“一個沒有航母和遠洋海軍的國家就不能稱為偉大的國家”。擁有航母，這個讓中國人魂牽夢繞了70年的夢想，這個讓幾代中國海軍軍人執著的夙愿終于實現了。2012年7月中國 “瓦良格”號航母先后三次出海試航，同年11月正式交付海軍服役。據報道，特種鋼、鎳鐵合金以及鈦合金是制造航母的重要合金材料，這些合金的優點是強度高、耐腐蝕強。結合上述材料回答下列問題：（1）制造航母所用特種鋼中有一種錳鋼，其主要性能是韌性好、硬度大。若金屬錳(Mn)在金屬活動性順序中位于鋁和鋅之間，則下列反應不正確的是（ ）AMn+2HCl=MnCl2H2 BMg +MnSO4=MgSO4MnCMnCu(NO3)2=Mn(NO3)2+Cu DFeMnSO4=FeSO4Mn（2）航母制造時使用量較多的金屬材料是鐵合金和鈦合金。某校化學興趣小組想知道鐵和鈦的金屬活動性誰更強些進行了如下探究：實驗設計相同溫度下，取大小相同的兩種金屬薄片，用砂紙將表面磨光，分別放入等體積、等濃度且足量的稀鹽酸中反應，觀察現象。請分析回答下列問題：兩種金屬投入鹽酸前用砂紙將表面擦光亮，其目的是 。制造航母使用鈦合金的理由是 。根據下表中的現象填寫結論。金屬鈦鐵與鹽酸反應現象放出氣泡速率很慢放出氣泡速率較慢結論已知鈦鹽中鈦元素顯+4價。寫出鈦和稀鹽酸反應的化學方程式 。參考答案1AD 【解析】在金屬活動性順序表中，鋅的比鐵活潑，故鋅反應速率較快，最先反應完，則A正確；觀察圖像可知，反應完畢后生成氫氣的質量相等，說明鹽酸被完全消耗，鋅可能剩余，而金屬鐵一定有剩余，故選AD。2AB 【解析】鐵粉不能置換出硝酸鎂中的鎂（鎂比鐵活潑）；鐵先置換出硝酸銀中的銀，當硝酸銀完全反應后，鐵才與硝酸銅反應，置換出金屬銅。選項A中鐵過量，濾液中一定沒有Cu2+，則A錯誤；選項B中金屬Cu析出，說明硝酸銀完全反應，濾液中不可能有Ag+，故B錯誤。3D 【解析】熔點屬于金屬的物理性質，而活動性屬于金屬的化學性質，根據金屬的熔點無法確定金屬的活動性。4（1）D （2）除去氧化膜，便于直接反應 抗腐蝕性強 鐵比鈦活潑Ti+4HCl=TiCl4+2H2【解析】因“金屬錳（Mn）在金屬活動性順序中位于鋁和鋅之間”，說明Mn比鋅活潑，而鐵在鋅后面，所以鐵不能將Mn從其鹽溶液中置換出來；金屬的活動性越強，在酸溶液中越容易發生置換反應，與酸反應生成氫氣的速率越快，我們可以根據金屬與酸反應的速率快慢來確定金屬活動性大小。課題3 金屬資源的利用和保護【培優訓練題】1（全國復賽）在a、b兩支試管中加入體積相同的同種生鐵塊。在a中加入食鹽水，塞上橡皮塞，如右圖。U形玻璃管內為紅墨水（開始時兩端液面等高）。放置一段時間后，下列有關敘述錯誤的是（ ）A生鐵塊中的主要成分是鐵，也含有少量的碳B紅墨水柱兩邊的液面變為左低右高C兩試管中鐵均被銹蝕Da試管中發生的反應是2C+2Fe+3O2=2FeCO32. （佛山初賽）鋼鐵是重要的金屬材料。（1）下列鐵制品的用途中，利用金屬導熱性的是 （填字母，下同）。（2）目前世界上已有50%以上的廢鋼鐵得到回收利用，其目的是 。A. 節約金屬資源 B. 合理開采礦物 C. 防止鋼鐵生銹（3）為防止水龍頭生銹，其表面鍍有一層鉻。鐵生銹的條件是 。（4）將生銹的鐵制品放入盛有過量稀鹽酸的洗槽中，觀察到溶液變黃，有無色氣泡逸出。寫出其中一個反應的化學方程式 。【情景創新題】3. （原創題）2012年4月21日22日，中國腐蝕與防護學會聯合北京科技大學新材料技術研究院在北京科技大學舉辦了第二屆“世界腐蝕日”中國區宣傳活動。活動以“材料延壽綠色防腐蝕產品與先進技術”為主題，舉辦了材料延壽科技展覽和企業新技術展覽等活動。活動旨在通過展覽等形式，向社會各界展示腐蝕的危害及腐蝕防護的重要性。金屬銹蝕是一個長期困擾人們的難題，金屬銹蝕造成的損失極其重大，據美國金屬學會統計，全球每年因金屬銹蝕造成的經濟損失占生產總值的4，因銹蝕而報廢的金屬占總產量的30；我國每年因金屬銹蝕造成的經濟損失達3000多億元。鐵制品的防銹原理是隔絕空氣或水，使鐵失去生銹的條件。常見防銹方法有以下幾類：第一類：表面保護法（隔絕氧氣、酸雨等物質）。（1）外加防護漆或塑料。例如：汽車的外表面等；（2）覆蓋活潑性較弱的金屬。如：裝飾品鍍金，鍍銅等；（3）定期外加潤滑油。如：軸承中的潤滑油不光有減少阻力的作用還能防止氧化。第二類：犧牲陽極的陰極保護法（提供電子）。表面覆蓋活潑性較主體金屬強的金屬。如在海輪的船體上釘上鋅塊、鍍鋅鐵。第三類：改變金屬的組成（合金）。請根據上述材料回答下列問題：（1）2012年4月21日22日，中國腐蝕與防護學會聯合北京科技大學新材料技術研究院在北京科技大學舉辦了第二屆“世界腐蝕日”中國區宣傳活動。活動以“材料延壽綠色防腐蝕產品與先進技術”為主題。下列做法不符合該主題的是（ ）A回收鋁制飲料罐 B.在鋼鐵制造的船表面刷環保油漆C.在鐵制品表面鍍鋅 D.常用自來水沖洗自行車可防止生銹（2）下列做法易使金屬被腐蝕的是（ ）A用過的菜刀擦干 B鋁鍋盛放酸菜 C鐵護欄涂上油漆 D自行車鋼圈鍍鉻（3）自行車車把防銹的措施是鍍金屬鋅，鍍鋅防銹的原理是（ ）A鋅與氧氣結合生成致密的氧化鋅保護膜，防止外界空氣與內部鐵接觸B金屬鋅的活動性比鐵弱，化學性質穩定C金屬鋅屬于不活潑金屬，不與酸、氧氣等物質反應D金屬鋅不能與水反應，所以起到防銹作用（4）下列防銹措施屬于改變金屬的組成的是（ ）A自行車軸承中涂潤滑油 B. 鐵制大門表面噴漆C制成不銹鋼菜刀 D.裝飾品鍍金（5）據了解，人的手汗也能腐蝕金屬。汗液是一種無色透明或淡黃色帶有咸味、呈弱酸性的液體，除含有鈉、鉀、鈣、鎂鹽外，還含有少量尿素、乳酸、檸檬酸等有機酸。人的當汗液與金屬接觸時，會在金屬表面形成一層汗液膜，汗液膜會對金屬引起電化學作用，腐蝕金屬。為防止手汗引起銹蝕，請你給工廠生產人員提出合理的建議： （寫出一點即可）。（6）金屬銹蝕是一個長期困擾人們的難題，金屬銹蝕造成的損失極其重大，我國每年因金屬銹蝕造成的經濟損失達3000多億元。請你就保護金屬資源提出一點合理化建議： 。（7）電鍍是金屬防銹的方法之一。某電鍍廠有甲、乙、丙三個分別給金屬表面鍍鋅、鍍銅、鍍銀的車間，每個車間電鍍液中只含有易溶的鋅的化合物、銅化合物和銀化合物中的一種物質。甲車間負責給金屬制品鍍銀。將銅制品鍍銀的方法是，用砂紙將銅制品表面磨光，然后插入硝酸銀（AgNO3）溶液中，觀察到現象是 ；寫出反應的化學方程式 。乙車間負責給鐵制水龍頭鍍金屬銅，你認為乙車間所用的電鍍液是 溶液。丙車間負責給海輪的船體上釘上鋅塊，丙車間所用的原料有ZnSO4溶液、金屬鋁、鐵，請寫出丙車間獲得金屬鋅的化學方程式 。參考答案1BD 【解析】鐵在食鹽水中生銹速率加快；鐵生銹消耗氧氣，故a試管內壓強減小，U形玻璃管中的液柱變得左高右低，故B錯誤；鐵生銹實際上是鐵與氧氣、水共同作用的結果，與鐵中的雜質碳無關，故選BD。2（1）B （2）A （3）鐵與氧氣、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）帶上手套、指套（或用專用工具拿取零件，不要隨便用手接觸產品等合理答案） （6）防止金屬銹蝕（或回收廢舊金屬或用塑料制品代替金屬制品等合理答案）（7）銅表面附著一層銀白色金屬 Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag 硫酸銅（或硝酸銅或氯化銅等合理答案） 2Al+3ZnSO4=Al2(SO4)3+3Zn第八單元 金屬和金屬材料綜合訓練【培優訓練題】1（遼寧初賽）下列說法正確的是（ ）A在化學反應中只有燃燒才能放熱 B地殼中含量最多的金屬元素是氧C將石油分餾可以得到多種產品 D合金的各種性能都比純金屬好2（天津初賽）如下圖所示，先在錐形瓶中放入幾小片已用稀鹽酸除去銹斑的鐵絲網，然后向其中加入34 mL濃食鹽水潤濕鐵絲網，塞緊帶導管的單孔塞，導管另一端伸入水中。若干分鐘后，請你觀察并回答：實驗現象及相應解釋請寫出你觀察到的現象并作出相應解釋：（1） ；其原因是 。（2） ；其原因是 。得出結論由此實驗你得出結論： 。 3（中山市初賽） 某實驗室的廢水中含有大量AgNO3、Zn(NO3)2和Fe(NO3)2，課外小組同學欲從該廢液中回收銀，并得到副產品硫酸亞鐵晶體。實驗方案如下： （1） 固體甲中含有的物質是（填化學式） ；溶液乙的化學式為 。（2）寫出步驟的化學方程式： 。（3）檢驗步驟向廢水中加入A是否過量的方法是 。【情景創新題】4. 樂樂同學是一個熱愛勞動、善于觀察的學生，在星期天幫助媽媽擦洗玻璃時，發現廚房的鋼窗比臥室的鋼窗銹蝕嚴重。請回答：（1）產生這一現象的原因。（2）在不拆掉此鋼窗的前提下，如何防止鋼窗進一步銹蝕？ （3）下圖是廢棄金屬鋁制品回收再利用過程。請你從金屬資源方面提出至少三條合理化建議。參考答案1. C 【解析】石油是由汽油、柴油、煤油等組成的混合物，因此石油分餾會得到汽油、柴油和煤油等產品。合金的某些性能比純金屬好，并不是所有的性能都優越于純金屬,故選C。2. （1）鐵絲網生銹 鐵與氧氣、水相互作用生成鐵銹 （2）導管內的液面上升 錐形瓶中的氧氣與鐵反應后，瓶內氣壓減小 得出結論鐵在有水（或其他鹽溶液）存在的情況下，極易與空氣中的氧氣反應而被銹蝕【解析】金屬鐵在潮濕的空氣中易生銹，且在有鹽溶液存在的情況下會加快銹蝕速率。鐵生銹消耗氧氣，導致錐形瓶內氣體壓強減小，在外界大氣壓作用下，燒杯中的水沿導管上升。3. （1）Ag、Fe Zn(NO3)2 、Fe(NO3)2（2）Fe+2AgNO3 = Fe (NO3)2+2Ag （3）取少量固體甲于試管中，加入稀硫酸，有氣泡產生則A過量，反之，A不足4. （1）廚房中的水蒸氣比臥室中的水蒸氣含量高。（2）將鐵銹除掉，在清潔和干燥的鋼窗上刷上一層油漆。（3）金屬資源是有限的，大力回收廢舊金屬，尋找金屬的代用品（或合理地、有計劃地開采金屬礦物或防止金屬銹蝕等合理答案）。13