9.3金属材料的性能及应用 课件 2025-2026学年高一下学期化学苏教版必修第二册

金属材料的性能及应用 金属材料 1.金属的结构特征 （1）金属元素在元素周期表中的位置 在元素周期表中，没有金属元素的族是ⅦA族和0族，全部为金属元素的族是ⅡA族、ⅠB～ⅦB族和Ⅷ族。 （2）金属元素原子的最外层电子数一般小于4。 2.金属的物理通性 （1）通常情况下，除Hg外，其余金属在常温下都是固态。 （2）有金属光泽，不透明。 （3）有导热性和导电性。 （4）有延展性。 合金 （1）概念：将两种或两种以上的金属（或金属与非金属）共熔，制备出的特殊的金属材料。 （2）性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能。 ①熔点：多数比其成分金属都低。 ②硬度（强度）：一般比其成分金属都大。 （3）应用 ①钢铁：铁和碳的合金。有诸多优良的机械性能和电学性能，但在使用过程中很容易被腐蚀。 ②铝合金：成本低，性能优异，密度小、强度大、塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性，抗腐蚀能力强，装饰效果好。使用量仅次于钢。 ③钛合金：强度高，密度小，耐热性好，易于加工，抗腐蚀性强，远优于不锈钢。 无机非金属材料 （1）陶瓷、水泥、玻璃为三大硅酸盐产品，属于无机非金属材料。 （2）硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料，被广泛用于电子工业的各个领域，如硅芯片等，还可以用于新型能源，如光电池等。 （3）光导纤维的主要成分是二氧化硅，可用来制造通讯光缆，用于光纤通信或传送高强度的激光等。光导纤维导光能力非常强，用光缆代替普通的金属通信电缆可以节约大量有色金属。二氧化硅除了用作光导纤维，还可以制造光学仪器、电子部件等。 （4）新型陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷具有机械功能、热功能和部分化学功能，如高温结构陶瓷等；功能陶瓷具有光、电、磁、化学和生物等方面的特殊功能，如压电陶瓷等。 无 机 材 料 常见金属材料 1.分类 2.常见的合金材料 我国取得让世界瞩目的科技成果，化学功不可没。下列说法错误的是 （　　） A.“北斗系统”组网成功，北斗芯片中的半导体材料为二氧化硅 B.“嫦娥五号”运载火箭使用液氧、液氢推进剂，产物对环境无污染 C.“硅－石墨烯－锗晶体管”为我国首创，石墨烯属于无机非金属材料 D.“奋斗者”号潜水器外壳材料为钛合金，钛合金耐高压、耐腐蚀 A 北斗芯片中的半导体材料为硅，A错误；液氧、液氢反应生成的产物为水，对环境无污染，B正确；石墨烯是碳单质，属于新型无机非金属材料，C正确；“奋斗者”号潜水器外壳材料为钛合金，钛合金性能优异，具有强度大、耐腐蚀等特点，广泛应用于航空、航天等领域，也用于制造潜水器外壳，D正确。 （2025·江苏常州高一期末）一种从镍钼矿中分离钼（Mo），并得到Na2SO4的工艺流程如下。 已知：镍钼矿中的镍和钼分别以NiS和MoS2的形式存在；MgCO3微溶于水。 （1）（NH4）2MoO4中Mo元素的化合价为　　　　价。 ＋6 镍钼矿中的镍和钼分别以NiS和MoS形式存在。“焙烧”时，镍钼矿中的Ni和Mo元素分别转化为NiO和Na2MoO4，S元素转化为Na2SO4，加水“浸取”，过滤出含NiO的浸渣，滤液中含有Na2MoO4、Na2SO4、Na2CO3；向滤液中加入硫酸镁，可生成碳酸镁沉淀从而除去Na2CO3；根据Na2MoO4和Na2SO4的溶解度曲线，采用低温结晶的操作析出Na2SO4，溶液经过离子交换萃取等一系列操作后可得（NH4）2MoO4。（1）（NH4）2MoO4中铵根离子为＋1价、O元素为－2价，根据化合物中各元素正负化合价代数和为0，可知Mo元素的化合价为＋6价。 （2）“焙烧”时，镍钼矿中的Ni和Mo元素分别转化为NiO和Na2MoO4，S元素转化为Na2SO4。写出NiS转化为NiO的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　　　。 NiS＋Na2CO3＋2O2 NiO＋CO2＋Na2SO4　 “焙烧”时，镍钼矿中的Ni元素转化为NiO，S元素转化为Na2SO4，故NiS转化为NiO的化学方程式为NiS＋Na2CO3＋2O2 NiO＋CO2＋Na2SO4。 （3）“净化”时，加入MgSO4的目的是　　　　　　　　　　　　　。 除去多余的碳酸根离子　 根据流程图中“净化”时生成碳酸镁，可知加入MgSO4的目的是除去多余的碳酸根离子。 （4）NaCO3用量对钼浸出率和浸取液中C浓度的影响如图所示。实际生产中选择Na2CO3用量为理论用量1.2倍的原因是　　　　　　　　　　　　　。 若高于1.2倍，碳酸根离子浓度过大，会导致净化过程消耗过多的硫酸镁，若低于1.2倍，钼浸出率较低　 若高于1.2倍，碳酸根离子浓度过大，会导致净化过程消耗过多的硫酸镁，若低于1.2倍，钼浸出率较低，所以选择Na2CO3用量为理论用量的1.2倍。 （5）Na2MoO4和Na2SO4的溶解度曲线如图所示。为充分分离出Na2SO4，工艺流程中的“操作X”应为　　　　（填字母）。 A.蒸发结晶　　　　 B.低温结晶 C.蒸馏 D.萃取 B 温度较低时，硫酸钠的溶解度远低于钼酸钠，应选用低温结晶，故选B。 （6）为充分利用资源，“阳离子交换萃取”步骤产生的交换溶液应返回　　　　（填流程图方框中的工序名称）步骤。 净化　 “阳离子交换萃取”步骤产生的交换溶液中含有较多硫酸钠，为充分利用资源，应返回净化步骤。 （7）（NH4）2MoO4分解可得MoO3。高温下，可用铝粉还原MoO3得到金属Mo，该反应的化学方程式为　　　　　　　。 MoO3＋2AlMo＋Al2O3 高温下，可用铝粉还原MoO3生成Mo和氧化铝，反应的化学方程式为MoO3＋2AlMo＋Al2O3。 氢氧化亚铁的制备 （1）有机层隔离法 ①反应在试管底部进行（这是唯一一个把胶头滴管插入反应溶液的实验）。 ②加隔氧剂，如加入汽油、苯等密度比水小的有机溶剂（如图），由于苯的液封作用，可防止生成的Fe（OH）2被氧化，因而可较长时间观察到白色的Fe（OH）2沉淀。 （2）还原性气体保护法 该方法是先打开止水夹K，在装置Ⅰ中反应生成FeSO4溶液，并利用产生的H2排尽整个装置中的空气，待检验H2的纯度后，再关闭止水夹K，利用产生的H2把FeSO4溶液压入装置Ⅱ中与NaOH溶液进行反应。 （2025·天津河北区高一期末改编）实验室制备Fe（OH）2沉淀时，为了防止被氧化，下列措施不正确的是（　　） A.配制FeSO4溶液的蒸馏水要煮沸除去氧气 B.把盛有NaOH溶液的胶头滴管插入FeSO4溶液中，再挤出NaOH溶液 C.在FeSO4溶液上面加一层苯，以隔绝空气 D.用稀硝酸代替稀硫酸与铁反应制备Fe2＋溶液 D 配制FeSO4溶液的蒸馏水煮沸除去氧气，可防止Fe2＋被氧化，A正确；把盛有NaOH溶液的胶头滴管插入FeSO4溶液中，再挤出NaOH溶液，能减少与空气接触，防止生成的Fe（OH）2被氧化，B正确；在FeSO4溶液上面加一层苯，隔绝空气，可防止Fe（OH）2被氧化，C正确；稀硝酸具有强氧化性，会将铁氧化为Fe3＋，不能用稀硝酸代替稀硫酸与铁反应制备Fe2＋溶液，D错误。 铁及其化合物的相互转化 铁及其化合物之间的转化关系： 上述序号代表的转化的化学方程式或离子方程式： ①Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 ②Fe＋2H＋Fe2＋＋H2↑ ③Fe＋Cu2＋Fe2＋＋Cu ④2Fe＋3Cl22FeCl3 ⑤2Fe2＋＋Cl22Fe3＋＋2Cl－ ⑥2Fe3＋＋Fe3Fe2＋ ⑦2Fe3＋＋Cu2Fe2＋＋Cu2＋ ⑧Fe2＋＋2OH－Fe（OH）2↓ ⑨4Fe（OH）2＋O2＋2H2O4Fe（OH）3 ⑩Fe3＋＋3OH－Fe（OH）3↓ ⑪Fe3＋＋3SCN－Fe（SCN）3 在FeCl3溶液蚀刻铜箔制造电路板的工艺中，废液（含有Fe2＋、Fe3＋、Cu2＋）处理和资源回收很有意义。如图是回收金属铜和刻蚀液再生的流程图。回答下列问题。 （1）沉淀A中含有的单质的化学式是　　　　　　　。 Fe、Cu　 铁离子、铜离子均能与铁反应，分别生成亚铁离子、铜，由于铁过量，则沉淀A中含有的金属单质是Fe、Cu。 （2）通入的气体C的化学式是　　　　。 Cl2　 沉淀A中加入适量盐酸，铁溶解生成氯化亚铁，铜不溶解，过滤得到的沉淀B是铜，滤液中的溶质是氯化亚铁，要再转化为氯化铁，需要通入氯气将氯化亚铁转化为氯化铁。 （3）滤液与气体C反应生成刻蚀液的离子方程式为　　　　　　　　　　。 2Fe2＋＋Cl22Fe3＋＋2Cl－ 氯气与氯化亚铁反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl22Fe3＋＋2Cl－。 （2025·江苏连云港东海高一期末）以硫铁矿（主要成分为FeS2）为原料，氨水为沉淀剂制备硫酸亚铁晶体的实验流程如下。 已知：硫铁矿焙烧后的烧渣主要成分为FeO、Fe2O3，还含有少量SiO2、Al2O3杂质。 （1）实验室流程中，操作1的名称为　　　　。“酸浸”时为了提高浸取速率，可以采取的措施是　　　　　　　　　　（任写一种）。 过滤　将硫铁矿粉碎、适当增大硫酸的浓度、适当升高酸浸温度等 硫铁矿通入空气焙烧得硫铁矿烧渣（主要成分为FeO、Fe2O3，还含有少量SiO2、Al2O3杂质），加入硫酸，FeO、Fe2O3、Al2O3溶解转化为Fe2＋、Fe3＋、Al3＋进入滤液1，SiO2不溶于硫酸，为滤渣1的成分，滤液1中加入H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋，向氧化后的混合液中加入氨水，调pH使Fe3＋沉淀而Al3＋不沉淀，Al3＋进入滤液2，滤液2中还有铵根离子、硫酸根离子，滤渣2为Fe（OH）3，加入H2SO4，Fe（OH）3溶解得到含Fe3＋的溶液，加入Fe进行还原得到FeSO4溶液，最终得到FeSO4·7H2O晶体。（1）根据分析可知，操作1为过滤；将硫铁矿粉碎、适当增大硫酸的浓度、适当升高酸浸温度，均可以提高“酸浸”浸取速率。 （2）向“滤液1”中加入H2O2时需要控制反应温度为35 ～38 ℃，原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。若用O2代替H2O2，其离子方程式为　　　　　　　　　　　　。 温度低反应速率慢，温度过高H2O2易分解　4F＋O2＋4H＋4Fe3＋＋ 2H2O　 温度低反应速率慢，温度过高H2O2易分解，故需要控制温度为35～38℃；H2O2将F氧化成Fe3＋，若用氧气代替，其离子方程式为4F＋O2＋4H＋4Fe3＋＋2H2O。 （3）“混合液”中加入氨水调节pH，可使Fe3＋沉淀而Al3＋不沉淀，“滤液2”中主要成分为　　　　　　　　（填化学式）。 Al2（SO4）3、（NH4）2SO4　 加入氨水沉淀时，调节pH可使Fe3＋沉淀而Al3＋不沉淀，由分析可知，Al3＋进入滤液2，滤液2中还有铵根离子、硫酸根离子，故滤液2中主要成分为Al2（SO4）3、（NH4）2SO4。 （4）检验“还原”时Fe3＋是否完全转化的实验操作是　　　　　　　　　　　　。 取少量溶液于试管中，滴入KSCN溶液，如果出现血红色，说明未完全转化，若未出现血红色，说明完全转化 为检验Fe3＋是否完全转化，可以取少量溶液于试管中，滴入KSCN溶液，如果出现血红色，说明未完全转化，若未出现血红色，说明完全转化。 $