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第三单元 金属材料
第2课 金属材料（二）
一、基础巩固
1．东汉晚期的青铜奔马（马踏飞燕）充分体现了我国光辉灿烂的古代科技，已成为我国的旅游标志。下列说法错误的是（ ）
A．青铜是我国使用最早的合金，含铜、锡、铅等元素
B．青铜的机械性能优良，硬度和熔点均高于纯铜
C．铜器皿表面的铜绿可用食醋擦洗
D．“曾青（CuSO4）得铁则化为铜”的过程发生了置换反应
【答案】B
【解析】A．铜活泼性较弱，易冶炼，铜是最早应用的金属，青铜是我国使用最早的合金、含铜、锡、铅等元素，故A正确；
B．合金硬度高于成分金属，熔点低于成分金属，故B错误；
C．铜绿为碱式碳酸铜，能够与醋酸反应生成可溶性物质，所以铜器皿表面的铜绿可用食醋擦洗，故C正确；
D．铁与硫酸铜溶液发生置换反应生成铜和硫酸亚铁，则“曾青（CuSO4）得铁则化为铜”的过程发生了置换反应，故D正确；
故选：B。
2．稀土元素是指元素周期表中15个镧系元素以及钪和钇，它们在科技、生产中有广泛的应 用，被称为万能之土，还被称为工业上的维生素。我国拥有丰富的稀土资源，约占世界 已知储量的80%．其中稀土铈（Ce）元素可作为反应核燃料的稀释剂，金属铈在空气中易氧 化变暗，受热时燃烧，遇水很快反应并产生气体。已知：铈常见的化合价为+3和+4，且 Ce4++Fe2+＝Ce3++Fe3+，下列说法正确的是（ ）
A．在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能，合金具有硬度大，熔点大等性能
B．用少量碘化亚铁溶液滴加到Ce（SO4）2溶液中，离子方程式为Ce4++Fe2+＝Ce3++Fe3+
C．金属铈着火，可用水灭火
D．金属铈应储存在阴凉、通风的地方，要远离火种和热源
【答案】D
【解析】A．合金的硬度大，熔点比其各成分低，在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能，故A错误；
B．碘离子的还原性大于亚铁离子的还原性，则少量碘化亚铁溶液滴加到Ce（SO4）2溶液中，碘离子、亚铁离子均被氧化，故B错误；
C．金属铈遇水很快反应并产生气体，金属铈着火，不能用水灭火，故C错误；
D．金属铈在空气中易氧化变暗，受热时燃烧，则金属铈应储存在阴凉、通风的地方，要远离火种和热源，故D正确；
故选：D。
3．有相同的三块铝片，进行如下实验
实验一：取第一块铝片，直接放入硫酸铜溶液中观察现象
实验二：取第二块铝片，用砂纸擦试表面后，放入硫酸铜溶液中观察现象
实验三：将实验一中铝片从硫酸铜溶液中取出，洗净后放入氢氧化钠溶液中，片刻后取出铝片，洗净后再放入硫酸铜溶液中观察现象
实验四：取第三块铝片，用砂纸擦试表面后，置于浓硝酸中，片刻后取出，洗净，再放入硫酸铜溶液中观察现象
综合以上四个实验的主要目的是试图说明（ ）
A．铝片能和硫酸铜溶液反应
B．铝片能和氢氧化钠溶液反应
C．铝片不能和硝酸反应
D．铝片表面能形成具有保护作用的氧化膜
【答案】D
【解析】在金属活动性顺序中，位置在前的金属能将位于其后的金属从其盐溶液中置换出来，铝能从硫酸铜溶液中置换出铜。
有相同的三块铝片，进行如下实验
实验一：铝是活泼金属，在空气中易被氧化成氧化铝，取第一块铝片，直接放入硫酸铜溶液中，硫酸铜是强酸弱碱盐，水解使水溶液呈酸性但很弱，氧化铝和酸反应生成铝盐和水，无明显现象；
实验二：取第二块铝片，用砂纸擦试表面后，除掉了氧化铝，放入硫酸铜溶液中，酸与金属铝的反应，有气泡放出；与实验一对比，说明实验一铝片表面能形成具有保护作用的氧化膜；
实验三：将实验一中铝片从硫酸铜溶液中取出，洗净后放入氢氧化钠溶液中，未反应掉的氧化铝和碱反应，片刻后取出铝片，洗净后再放入硫酸铜溶液中，硫酸铜酸性溶液与金属铝的反应，有气泡放出；与实验一对比，说明实验一铝片表面能形成具有保护作用的氧化膜；
实验四：取第三块铝片，用砂纸擦试表面后，置于浓硝酸中，片刻后，铝和浓硝酸发生钝化反应生成致密的氧化铝，取出，洗净，再放入硫酸铜溶液中致密的氧化铝和硫酸铜不反应；说明铝片表面能形成具有保护作用的氧化膜与硫酸铜溶液不反应；
综合以上四个实验的主要目的是试图说明铝片表面能形成具有保护作用的氧化膜，
故选：D。
4．以Al2O3为原料制取氢氧化铝，最好的方法是（ ）
A．将Al2O3溶于水
B．将Al2O3先溶于盐酸中，之后滴加氢氧化钠溶液
C．将Al2O3先溶于盐酸中，之后滴加氨水
D．将Al2O3先溶于NaOH溶液中，之后再滴加盐酸
【答案】C
【解析】A．氧化铝不溶于水，不和水反应，故A错误；
B．氧化铝溶于盐酸形成氯化铝，氯化铝与氢氧化钠溶液反应形成氢氧化铝，但氢氧化钠为强碱，若氢氧化钠不足，生成氢氧化铝不够，若氢氧化钠过量，生成偏铝酸钠，故B错误；
C．氧化铝溶于盐酸形成氯化铝，氯化铝与氨水反应形成氢氧化铝，氨水为弱碱，不会使氢氧化铝变成偏铝酸钠，故C正确；
D．将Al2O3先溶于NaOH溶液中生成偏铝酸钠，加入盐酸，如盐酸过量则生成氯化铝，故D错误。
故选：C。
5．为了使AlCl3溶液中的Al3+完全变为Al（OH）3沉淀，最好滴入（ ）
A．NaOH溶液 B．Ba（OH）2溶液
C．氨水 D．KOH溶液
【答案】C
【解析】氢氧化铝是两性氢氧化物，溶于氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化钾溶液，要使AlCl3溶液中铝元素完全转化为氢氧化铝沉淀，所以适宜选用弱碱氨水，防止碱过量时氢氧化铝溶解，故选：C。
6．镁、铝、铜三种金属混合物粉末，加入过量盐酸充分反应过滤后，向滤液中加入过量烧碱溶液，再过滤，滤液中（除Na+、Cl﹣外）存在大量离子有（ ）
A．Mg2+ B．Cu2+ C．Al3+ D．AlO2﹣
【答案】D
【解析】在金属活动顺序表中，排在氢前面的金属能和非强氧化性的酸反应生成氢气，镁、铝、铜三种金属粉末混合物，加入过量盐酸，金属镁和铝能溶于盐酸，发生的离子反应有：Mg+2H+＝H2↑+Mg2+、2Al+6H+＝3H2↑+2Al3+，过滤，滤液为氯化镁、氯化铝、盐酸，滤渣为铜，过滤后向滤液中加入过量烧碱溶液，过量的氢离子和氢氧根离子结合生成水，镁离子成为氢氧化镁沉淀，铝离子变成偏铝酸根离子，发生的离子反应有：H++OH﹣＝H2O、Mg2++2OH﹣＝Mg（OH）2↓、Al3++4OH﹣＝AlO2﹣+2H2O，所以再过滤，滤液中（除Na+、Cl﹣外）存在大量离子有AlO2﹣；
故选：D。
7．以Al和不同铜盐溶液间的反应为实验对象，探索Al与不同铜盐溶液反应的多样性。向盛有Al片（经打磨）的试管中分别加入2mL下列溶液，产生现象如表：
实验
现象
实验Ⅰ：加入0.5mol/L CuCl2（aq）
15s：大量气泡且有红色物质析出
60s：反应进一步加快且反应剧烈放热，液体几乎沸腾
120s：铝片反应完，试管中析出大量蓬松的红色物质
实验Ⅱ：加入0.5mol/L CuSO4（aq）
15s：无明显现象
60s：铝片表面有极少气泡
120s：有少量气泡溢出，铝片边缘有很少红色物质生成
（1）对实验Ⅰ进行研究
①实验Ⅰ中生成红色物质的离子方程式是 。
②请写出60s后反应进一步加快可能的原因（写出一条） 。
（2）对实验Ⅱ进行研究
实验Ⅱ反应明显比实验Ⅰ绶慢，说明Al与不同的铜盐溶液反应呈现多样性，其原因可能有：
假设一：SO42+对Al与Cu2+的置换反应存在一定的抑制作用。
假设二： 。
（3）为进一步研究上述假设，再向盛有Al片（经打磨）的试管中分别加入下列试剂：
实验
现象
实验Ⅲ：2mL 0.5mol/L CuCl2（aq）+1g Na2SO4（s）
加入Na2SO4固体后速率几乎不变，仍有大量气泡产坐，生成红色物质，剧烈放热，铝片反应完全，溶液沸腾
实验Ⅳ：2mL 0.5mol/L CuCl2（aq）+5g Na2SO4（s）
加入Na2SO4固体后速率几乎不变，仍有大量气泡产生，红色物质生成且剧烈放热，铝片反应完全，溶液沸腾
实验Ⅴ：2mL 0.5mol/L CuCl2（aq）+0.02mol NaCl（s）
未加入NaCl固体前几乎没现象，加入后，铝片表面迅速产生大量气体和红色物质，溶液温度上升至沸腾，铝反应完全
实验Ⅵ：2mL 0.5mol/L CuSO4（aq）+NH4Cl（s）
未加入NH4Cl固体前几乎没现象，加入后，铝片表面迅速产生大量气体和红色物质，溶液温度上升至沸腾，铝反应完全
①实验Ⅵ中NH4Cl固体的物质的量是 。
②实验Ⅵ的设计目的是 。
③其中，实验Ⅰ与实验Ⅲ、Ⅳ做对比，结论为 。
④其中，实验Ⅱ与实验Ⅴ、Ⅵ做对比，结论为 。
【答案】（1）①2Al+3Cu2+＝2Al3++3Cu；
②Cu和Al在酸性条件下形成原电池；反应放热，温度升高速率加快；
（2）Cl﹣对Al与Cu2+的置换反应存在促进作用；
（3）①0.02mol；
②对照实验，排除Na+的干扰，证明Na+对该反应不造成影响；
③SO42﹣对Al与Cu2+的置换反应没有抑制作用；
④Cl﹣对Al与Cu2+的置换反应存在促进作用。
【解析】（1）①实验Ⅰ：0.5mol/LCuCl2溶液，大量气泡且有红色物质析出是铝置换铜生成的铜单质，反应的离子方程式为：2Al+3Cu2+＝2Al3++3Cu，
故答案为：2Al+3Cu2+＝2Al3++3Cu；
②60s：反应进一步加快且反应剧烈放热，液体几乎沸腾，说明反应是放热反应，温度升高速率加快，置换出的铜和铝在电解质溶液中析出原电池反应加快反应速率，
故答案为：Cu和Al在酸性条件下形成原电池；反应放热，温度升高速率加快；
（2）实验Ⅱ反应明显比实验Ⅰ缓慢，说明Al与不同的铜盐溶液反应呈现多样性，实验Ⅰ：0.5mol/LCuCl2溶液，实验Ⅱ：0.5mol/LCuSO4溶液和铝反应氯离子和硫酸根离子对反应影响，假设一：SO42﹣对Al与Cu2+的置换反应存在一定的抑制作用，假设二：Cl﹣对Al与Cu2+的置换反应存在促进作用，故答案为：Cl﹣对Al与Cu2+的置换反应存在促进作用；
（3）探究假设一：SO42﹣对Al与Cu2+的置换反应存在一定的抑制作用，假设二：Cl﹣对Al与Cu2+的置换反应存在促进作用，对比实验需要加入氯化铵和氯化钠物质的量相同，实验Ⅵ：0.5mol/LCuSO4溶液加入0.02molNH4Cl固体，未加入 NH4Cl固体前几乎没现象，加入后，铝片表面迅速产生大量气体和红色物质，溶液温度上升至沸腾，铝反应完全，设计目的是对照实验，排除Na+的干扰，证明Na+对该反应不造成影响，其中，实验Ⅰ与实验Ⅲ、Ⅳ做对比，结论为：SO42﹣对Al与Cu2+的置换反应没有抑制作用，其中，实验Ⅱ与实验Ⅴ、Ⅵ做对比，结论为：Cl﹣对Al与Cu2+的置换反应存在促进作用，
故答案为：①0.02mol；
②对照实验，排除Na+的干扰，证明Na+对该反应不造成影响；
③SO42﹣对Al与Cu2+的置换反应没有抑制作用；
④Cl﹣对Al与Cu2+的置换反应存在促进作用。
二、拓展提升
8．某课外小组对一些金属单质和化合物的性质进行研究．
（1）表为“铝与氯化铜溶液反应”实验报告的一部分：
实验步骤
实验现象
将打磨过的铝片（过量）放入一定浓度的CuCl2溶液中
产生气泡，析出疏松的红色固体，溶液逐渐变为无色
反应结束后分离出溶液备用
红色固体用蒸馏水洗涤后，置于潮湿空气中
一段时间后固体由红色变为绿色
①按反应类型写出实验中发生反应的化学方程式各一个（是离子反应的只写离子方程式）：
置换反应 ，
化合反应 ．
②用石墨作电极，电解上述实验分离出的溶液，两极产生气泡．持续电解，在阴极附近的溶液中还可观察到的现象是 ，解释此现象的离子方程式是 ．
（2）探究氧化铜性质
①取A、B两支试管，向A中先加入适量CuO粉末，再分别向A和B中加入等体积的3% H2O2溶液，只观察到A中有大量气泡．实验结论是 ．
②用收集气体并测定其体积的方法探究试管A中反应的速率，必需的实验仪器有： ．
【答案】（1）①2Al+6H+═2Al3++3H2↑ 或2Al+3Cu2+═2Al3++3Cu；2Cu+O2+H2O+CO2═Cu2（OH）2CO3；
②有白色沉淀生成，后沉淀逐渐溶解至消失；Al3++3OH﹣═Al（OH）3↓、Al（OH）3+OH﹣═AlO2﹣+2H2O；
（2）①CuO对H2O2的分解有催化作用；
②水槽（或集气瓶）、导管、量筒、秒表（计时器）．
【解析】（1）①由实验可知，发生的置换反应为2Al+6H+═2Al3++3H2↑ 或2Al+3Cu2+═2Al3++3Cu，固体由红色变为绿色为化合反应，发生的化合反应为2Cu+O2+H2O+CO2═Cu2（OH）2CO3，
故答案为：2Al+6H+═2Al3++3H2↑ 或2Al+3Cu2+═2Al3++3Cu；2Cu+O2+H2O+CO2═Cu2（OH）2CO3；
②用石墨作电极，阴极上氢离子放电，铝离子与OH﹣反应，在阴极附近的溶液中还可观察到的现象是有白色沉淀生成，后沉淀逐渐溶解至消失，发生的离子反应为Al3++3OH﹣═Al（OH）3↓、Al（OH）3+OH﹣═AlO2﹣+2H2O，
故答案为：有白色沉淀生成，后沉淀逐渐溶解至消失；Al3++3OH﹣═Al（OH）3↓、Al（OH）3+OH﹣═AlO2﹣+2H2O；
（2）①只观察到A中有大量气泡，A中加CuO，实验结论为CuO对H2O2的分解有催化作用，故答案为：CuO对H2O2的分解有催化作用；
②探究试管A中反应的速率，可测定单位时间内气体的体积，需要仪器为水槽（或集气瓶）、导管、量筒、秒表（计时器），故答案为：水槽（或集气瓶）、导管、量筒、秒表（计时器）．
9．某铝合金（硬铝）中含有铝、镁、铜、硅，为了测定该合金中铝的含量，有人设计了如下实验：
（1）补全上述①②③④各步反应的离子方程式
①Mg+2H+═Mg2++H2↑，
② ， Mg2++OH﹣═Mg（OH）2↓
③ CO2+H2O+A102﹣═Al（OH）3↓+HCO3﹣
④2A1（OH）3═Al203+H2O
（2）该样品中铝的质量分数是
（3）第②步中加入Na0H溶液不足时，会使测定结果 第④步中的沉淀没有用蒸馏水洗涤时，会使测定结果 第④步对沉淀灼烧不充分时，会使测定结果
A．偏高 B．偏低 C．不影响。
【答案】（1）①2Al+6H+═2Al3++3H2↑；
②H++OH﹣＝H2O；Mg2++2OH﹣═Mg（OH）2↓；Al3++4OH﹣═AlO2﹣+2H2O；
③OH﹣+CO2＝HCO3﹣；
④2A1（OH）3Al203+H2O。
（2）×100%；
（3）B；A；A。
【解析】（1）第①步发生的化学方程式有两个：镁与盐酸反应，铝和盐酸反应，故答案为：2Al+6H+═2Al3++3H2↑；
第②步发生的化学方程式有三个：盐酸和氢氧化钠反应，氯化镁和氢氧化钠反应，氯化铝和过量氢氧化钠反应，
故答案为：H++OH﹣＝H2O；Mg2++2OH﹣═Mg（OH）2↓；Al3++4OH﹣═AlO2﹣+2H2O；
第③步发生的化学方程式有两个：氢氧化钠和过量的二氧化碳反应，偏铝酸钠和过量的二氧化碳反应，离子反应为OH﹣+CO2＝HCO3﹣，CO2+H2O+A102﹣═Al（OH）3↓+HCO3﹣，
故答案为：OH﹣+CO2＝HCO3﹣；
第④步发生的化学方程式只有一个：氢氧化铝加热分解：2A1（OH）3Al203+H2O。
（2）因铝在反应前后守恒，最后得到的固体Al2O3中铝的质量就是铝合金中的铝的质量，则铝的质量为
bg××100%，样品质量为ag，所以铝的质量分数为×100%，
故答案为：×100%；
（3）因NaOH的量不足，铝不能完全转变成AlO2﹣，最终产生的氧化铝质量少，造成结果偏低，故选：B；
因不洗涤，固体表面有未反应的NaOH，会增加灼烧后固体的质量，造成结果偏高，故选：A；
因对沉淀的灼烧不充分时，有水分，则灼烧后固体的质量变大，会使测定的结果偏高，故选：A。
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