第四章 第三講 金屬材料復(fù)合材料

1、第三講 金屬材料 復(fù)合材料一、選擇題1所謂合金，就是不同種金屬(也包括一些非金屬)在熔融狀態(tài)下形成的一種熔合物。根據(jù)下列四種金屬的熔、沸點(diǎn)，判斷其中不能形成合金的是 ()。NaCuAlFe熔點(diǎn)/97.51 0836601 535沸點(diǎn)/8832 5952 2003 000ACu和Al BFe和CuCFe和Na DAl和Na解析分析數(shù)據(jù)得出，鐵的熔點(diǎn)(1 535 )高于Na的沸點(diǎn)(883 )，無法制得合金。答案C2下列有關(guān)金屬的工業(yè)制法中正確的是()A制鈦：用金屬鈉置換氯化鈦(TiCl4)水溶液中的鈦B煉鐵：用焦炭和空氣反應(yīng)產(chǎn)生的CO在高溫下還原鐵礦石中的鐵C制鈉：以海水為原料制得精鹽，再電解純凈

2、的NaCl溶液D煉銅：用黃銅礦經(jīng)電解精煉得到純度為99.9%的銅解析 鈉與四氯化鈦水溶液中的水優(yōu)先發(fā)生反應(yīng)，無法得到鈦，應(yīng)該用鈉置換熔融狀態(tài)下四氯化鈦中的鈦，A選項(xiàng)錯誤；工業(yè)上電解熔融氯化鈉制鈉，電解氯化鈉水溶液得到的是氫氧化鈉、氯氣和氫氣，C選項(xiàng)錯誤。答案 B3合金比純金屬制成的金屬材料的優(yōu)點(diǎn)是 ()。合金的硬度一般比它的各成分金屬的大一般地，合金的熔點(diǎn)比它的各成分金屬的更低改變原料的配比、改變生成合金的條件，得到有不同性能的合金合金比純金屬的導(dǎo)電性更強(qiáng)合金比純金屬的應(yīng)用范圍更廣泛A B C D解析合金的機(jī)械性能比各成分金屬的大，故正確；根據(jù)教材知識，是正確的；合金的電阻率比純金屬要大，故是

3、錯誤的；合金由于性能好而應(yīng)用更廣泛，是正確的。答案A4銅銹是一種綠色化合物，它的成分為堿式碳酸銅，兼有氫氧化銅和碳酸銅的性質(zhì)。試推測：銅銹在高溫灼燒條件下充分反應(yīng)后的固體物質(zhì)是()A黑色的氧化銅B紅色的氧化亞銅C藍(lán)色的氫氧化銅和碳酸銅D黑色的氧化亞銅解析 Cu2(OH)2CO3受熱分解：Cu2(OH)2CO22CuOCO2H2O，而CuO在高溫下分解：4CuO2Cu2OO2答案 B5某研究小組通過實(shí)驗(yàn)探究Cu及其化合物的性質(zhì)，操作正確且能達(dá)到目的的是 ()。A將銅絲插入濃硫酸中加熱，反應(yīng)后把水加入反應(yīng)器中，觀察硫酸銅溶液的顏色B常溫下將銅絲伸入盛滿氯氣的集氣瓶中，觀察CuCl2的生成C將CuC

4、l2溶液在蒸發(fā)皿中加熱蒸干，得到無水CuCl2固體D將表面有銅綠Cu2(OH)2CO3的銅器放入鹽酸中浸泡，除去銅綠解析A項(xiàng)反應(yīng)后應(yīng)將反應(yīng)后液體倒入盛水的燒杯中；B項(xiàng)應(yīng)將銅絲在空氣中加熱到紅熱后伸入盛裝氯氣的集氣瓶中；CuCl2水解生成的鹽酸易揮發(fā)，加熱蒸干CuCl2溶液得不到無水CuCl2固體。答案D6硝酸銅是一種重要的工業(yè)產(chǎn)品，化學(xué)上有很多方法可以制取硝酸銅：將銅溶于硝酸中、先將銅與O2反應(yīng)生成CuO，再溶于硝酸中、將銅溶于N2O4的乙酸乙酯(溶劑，不參加反應(yīng))溶液中生成硝酸銅和一氧化氮。下列認(rèn)識或判斷錯誤的是 ()。A方法是最經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的B方法中，若從經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的角度考慮，用稀硝酸比用濃

5、硝酸好C方法需要消耗能源，對環(huán)境不產(chǎn)生污染D方法中N2O4既是氧化劑又是還原劑解析、都生成污染性氣體，不生成污染性氣體且HNO3全部轉(zhuǎn)化為Cu(NO3)2。答案A7為了比較鐵和銅金屬活動性強(qiáng)弱，某研究小組的同學(xué)設(shè)計了如下一些方案，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄如下：方案現(xiàn)象或產(chǎn)物將鐵片置于CuSO4溶液中鐵片上有亮紅色物質(zhì)析出將鐵絲和銅絲分別在氯氣中燃燒產(chǎn)物分別為FeCl3和CuCl2將鐵片和銅片分別放入熱濃硫酸中產(chǎn)物分別為Fe2(SO4)3和CuSO4將鐵片和銅片分別置于稀硫酸溶液中鐵片上有氣泡，銅片上不產(chǎn)生氣泡將鐵片和銅片同時插入盛有稀硫酸的燒杯中，并用導(dǎo)線連接鐵片溶解，銅片上有氣泡產(chǎn)生能根據(jù)以上各種現(xiàn)

6、象或產(chǎn)物證明鐵的金屬活動性比銅強(qiáng)的方案一共有 ()。A2種 B3種 C4種 D5種解析鐵能置換出銅，證明鐵比銅活潑；不能證明；不能證明；鐵能置換出稀硫酸中的氫，銅不能，證明鐵比銅活潑；鐵與銅形成原電池，鐵作負(fù)極，銅作正極，證明鐵比銅活潑，共有3種方案，選項(xiàng)B正確。答案B二、非選擇題8美國航天飛機(jī)“哥倫比亞號”爆炸，是震驚世界的航天慘案。專家推測“哥倫比亞”航天飛機(jī)的失事原因之一是覆蓋在航天飛機(jī)外層的一片微不足道的隔熱瓦脫離，引起飛機(jī)外表金屬溫度迅速升高而熔化解體。(1)其中照片顯示，在“哥倫比亞號”機(jī)翼下方有幾片小瓷片脫落，引起了科學(xué)家的注意，這是一種覆蓋在航天飛機(jī)表面的特殊的陶瓷片，其主要作

7、用是_。A增加航天飛機(jī)的強(qiáng)度，防止流星和太空垃圾撞擊而損壞航天飛機(jī)B將太陽能轉(zhuǎn)化為電能供航天飛機(jī)使用C便于雷達(dá)跟蹤，接受地面指揮中心的指令D在返回大氣層時，陶瓷耐高溫隔熱，有效地保護(hù)航天飛機(jī)平安返回地面(2)隔熱瓦是一種金屬陶瓷，金屬陶瓷是由陶瓷和黏結(jié)金屬組成的非勻質(zhì)的復(fù)合材料。陶瓷主要是Al2O3、ZrO2等耐高溫氧化物，黏結(jié)金屬主要是Cr、Mo、W、Ti等高熔點(diǎn)金屬。下列關(guān)于復(fù)合材料的說法不正確的是_。A由兩種或兩種以上金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的物質(zhì)叫復(fù)合材料B復(fù)合材料一般具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能，在綜合 性能上超過了單一材料C玻璃鋼是以玻璃纖維和樹脂組成的復(fù)合材

8、料，它可做船體、汽車車身等，也可做印刷電路板D復(fù)合材料的熔、沸點(diǎn)一般比它的各組成成分的熔、沸點(diǎn)低(3)將陶瓷和黏結(jié)金屬研磨，混合均勻，成型后在不活潑氣氛中燒結(jié)，就可制得金屬陶瓷。金屬陶瓷兼有金屬和陶瓷的優(yōu)點(diǎn)，其密度小、硬度高、耐磨、導(dǎo)熱性好，不會因?yàn)轶E冷或驟熱而脆裂。實(shí)驗(yàn)室有一金屬陶瓷制成的容器，可用來盛放下列哪些物質(zhì)_。ANaOH溶液 BKNO3溶液C氫氟酸 D鹽酸解析(1)從題干信息看出，特殊陶瓷片的主要作用是隔熱、防止機(jī)體與空氣摩擦產(chǎn)生高溫而熔化。故D正確。(2)復(fù)合材料是由基體和增強(qiáng)體組合而成。A項(xiàng)敘述的物質(zhì)是合金而不是復(fù)合材料。復(fù)合材料一般具有各成分的性質(zhì)，又比各成分的性能優(yōu)良，強(qiáng)度

9、高、密度小、耐高溫、耐腐蝕等。故A、D錯。(3)金屬陶瓷具有金屬的性質(zhì)和硅酸鹽的性質(zhì)，所以不能用來盛放酸性或堿性物質(zhì)。答案(1)D(2)AD(3)B9氯化亞銅(CuCl)是白色粉末，不溶于水、乙醇及稀硫酸，熔點(diǎn)422 ，沸點(diǎn)1366 ，在空氣中迅速被氧化成綠色，常用作有機(jī)合成工業(yè)中的催化劑。以粗鹽水(含Ca2、Mg2、SO等雜質(zhì))、Cu、稀硫酸、SO2等為原料合成CuCl的工藝流程如下：(1)A的化學(xué)式為_。(2)寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式_。(3)寫出反應(yīng)的離子方程式_。(4)本工藝中可以循環(huán)利用的物質(zhì)是(用化學(xué)式表示)_。(5)反應(yīng)后，過濾得到CuCl沉淀，用無水乙醇洗滌沉淀，在真空干燥機(jī)內(nèi)于7

10、0 干燥2小時，冷卻，密封包裝即得產(chǎn)品。于70 真空干燥的目的是_。解析 制備過程會涉及到分離提純的實(shí)驗(yàn)，要注意結(jié)合流程綜合考慮。為了使雜質(zhì)盡量除盡，一般加入的除雜試劑需要過量，過量的除雜試劑在后邊的操作中被除去。答案 (1)Na2CO3(2)2CuO22H2SO4=2CuSO42H2O(3)2Cu22ClSO22H2O=2CuCl4HSO(4)NaOH、H2SO4(5)加快乙醇和水的蒸發(fā)，防止CuCl被空氣氧化10隨著材料科學(xué)的發(fā)展，金屬釩及其化合物得到了越來越廣泛的應(yīng)用，并被譽(yù)為“合金的維生素”。為回收利用含釩催化劑(含有V2O5、VOSO4及不溶性殘渣)，科研人員最新研制了一種離子交換法

11、回收釩的新工藝，回收率達(dá)91.7%以上。部分含釩物質(zhì)在水中的溶解性如表所示：物質(zhì)VOSO4V2O5NH4VO3(VO2)2SO4溶解性可溶難溶難溶易溶該工藝的主要流程如下。請回答下列問題：(1)請寫出加入Na2SO3溶液發(fā)生反應(yīng)的離子方程式_。(2)催化氧化所使用的催化劑釩觸媒(V2O5)能加快二氧化硫的氧化速率，此過程中產(chǎn)生了一連串的中間體(如圖1)。其中a、c兩步的化學(xué)方程式可表示為_，_。(3)該工藝中沉釩率是回收釩的關(guān)鍵之一，沉釩率的高低除受溶液pH影響外，還需要控制氯化銨的系數(shù)(NH4Cl加入質(zhì)量與料液中V2O5的質(zhì)量比)和溫度。根據(jù)圖2和圖3，試建議控制氯化銨系數(shù)和溫度的適宜值分別

12、為_、_。解析(1)根據(jù)表格信息，V2O5難溶于水，被亞硫酸鈉還原成可溶于水的VOSO4，離子方程式為V2O5SO324H=2VO2SO422H2O。(2)V2O5是催化劑，反應(yīng)前后質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變。依題意和物質(zhì)轉(zhuǎn)化圖知，a反應(yīng)：五氧化二釩與二氧化硫反應(yīng)生成三氧化硫和四氧化二釩；c反應(yīng)：VOSO4在氧氣作用下生成V2O5和SO3。(3)根據(jù)圖像知，加氯化銨系數(shù)為4、溫度為80 時沉釩率最大。答案(1)V2O5SO324H=2VO2SO422H2O(2)SO2V2O5SO3V2O44VOSO4O22V2O54SO3(3)480 11埋藏在地下的青銅器銹蝕過程可以表示為：CuCuClCu2OX，

13、X由兩種物質(zhì)X1和X2組成，且都由四種元素構(gòu)成，定性實(shí)驗(yàn)表明：X1熱分解的產(chǎn)物能使澄清石灰水變渾濁，而X2熱分解的產(chǎn)物不能使澄清石灰水變渾濁，但兩者均有水珠產(chǎn)生。為了定量測定X1和X2組成，某興趣小組用如圖實(shí)驗(yàn)裝置對X1和X2分別做熱分解實(shí)驗(yàn)(夾持裝置已省去)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，硬質(zhì)玻璃管內(nèi)均殘留黑色固體，分別稱重，裝置B和C中的質(zhì)量均增加。試回答下列問題：(1)青銅器出土后防止青銅器繼續(xù)銹蝕的關(guān)鍵是_。(2)利用上述裝置進(jìn)行熱分解實(shí)驗(yàn)時，對判斷A裝置中反應(yīng)是否完全進(jìn)行帶來困難，為解決此問題，要對B裝置進(jìn)行改裝。B應(yīng)改為內(nèi)裝有_(填試劑名稱)的洗氣瓶，判斷反應(yīng)完全的現(xiàn)象為_。用經(jīng)改裝的裝置，某同學(xué)進(jìn)

14、行正確操作，最終得出的測定結(jié)果仍有誤差，原因是_(回答一點(diǎn)即可)。(3)在實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)操作正確的前提下，重做X1的熱分解實(shí)驗(yàn)，測得裝置B和C中質(zhì)量增重之比m(B)m(C)922，_(填“能”或“否”)求出X1的化學(xué)式，若能求出X1的化學(xué)式，則化學(xué)式為_(若不能求出X1的化學(xué)式，此空不填)。(4)若測得X2中銅元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為59.5%(銅元素的相對原子質(zhì)量為63.5)，則X2的化學(xué)式為_。X2熱分解的化學(xué)方程式為_。解析先通過定性實(shí)驗(yàn)判斷X1和X2的元素組成，加熱分解均有水珠生成，說明都是堿式鹽，X1受熱分解產(chǎn)生CO2氣體，說明X1中含有CO32，因此X1的組成可表示為Cuz(OH)x(CO3)y，X2(由4種元素構(gòu)成)受熱分解無CO2氣體生成，根據(jù)題中銅腐蝕過程變化示意圖，可推測X2中含有的另一元素為Cl，X2的組成可表示為Cum(OH)nClp。(3)根據(jù)m(B)m(C)922m(H2O)m(CO2)，推出n(OH)n(CO32)21，根據(jù)化合價代數(shù)和等于0可得出X1的化學(xué)式為Cu2(OH)2CO3。(4)X2的組成為Cu