化学鲁科版必修1 第4章第2节铝金属材料 学案

1、.第2节铝金属材料1铝1铝的物理性质铝是一种银白色金属，硬度小，密度较小2.7 g·cm3，熔点低660.4 ，沸点较高2 467 ，具有良好的导电性、导热性和延展性。2铝的化学性质铝原子的最外层有3个电子，在化学反响中易失去电子达稳定构造，化合价为3价，因此铝的化学性质活泼，是较强的复原剂。与非金属反响a与氧气反响在常温下，铝可被空气中的氧气氧化，在其外表形成一层致密的氧化物薄膜，阻止了内部的铝继续与氧气反响，因此，铝制容器往往具有良好的抗腐蚀性。实验探究1：铝粉和氧气的反响。实验步骤：用镊子夹住一小团脱脂棉，蘸上一些铝粉，在酒精灯上点燃，并立即伸入盛有氧气的集气瓶中瓶底放一些细沙

2、，观察发生的现象。实验现象：在氧气中剧烈燃烧，同时放出耀眼的白光。实验结论：4Al3O22Al2O3金属铝可用于制造燃烧弹、信号弹、火箭推进剂等。b与氯气、硫等非金属反响2Al3Cl22AlCl34Al3S2Al2S3铝与某些金属氧化物反响铝热反响实验探究2：铝热反响实验步骤：如下图，将两张圆形纸分别折叠成漏斗后套在一起使四周都是四层，把内层“纸漏斗取出，在底部剪一个孔，用水润湿，再跟另一“纸漏斗套在一起，架在铁架台的铁圈上，下面放置盛有细沙的蒸发皿。把5 g炒干的三氧化二铁粉末和2 g铝粉混合均匀，放在“纸漏斗中，上面参加少量氯酸钾并在混合物中插一根镁条，用燃着的木条点燃镁条，观察发生的现象

3、。实验现象：反响放出大量的热，发出耀眼的光辉，生成熔融物，烧穿漏斗，落在坩埚中的沙中。实验结论和化学方程式：反响中铝粉将三氧化二铁中的铁置换出来。2AlFe2O3Al2O32Fe。谈重点 剖析铝热反响：a该反响称为铝热反响，铝粉和氧化铁粉末的混合物称为铝热剂。利用铝热反响可焊接钢轨等钢材部件。b实验中镁条的作用是通过其燃烧放出的热量引发铝热反响，KClO3的作用是助燃剂。c铝不仅可与氧化铁发生铝热反响，用其他金属氧化物如V2O5、Cr2O3、MnO2等代替氧化铁也可发生铝热反响。铝热反响还可用于冶炼钒、锰等金属。铝与酸反响高中阶段，学习过的酸分为非氧化性酸和氧化性酸两类，铝既可以与氧化性酸反响

4、，又可以与非氧化性酸反响。a铝与非氧化性酸的反响：酸中的氢离子被复原生成氢气。2Al6HCl=2AlCl33H22Al3H2SO4=Al2SO433H2反响的离子方程式为2Al6H=2Al33H2b铝与氧化性酸的反响常温下，铝遇到浓硫酸或浓硝酸，会在外表形成致密的氧化物薄膜而钝化，不会产生氢气。铝与稀硝酸反响：Al4HNO3稀=AlNO33NO2H2O。铝与强碱溶液的反响铝与强碱的水溶液反响，生成氢气和盐。NaAlOH4四羟基合铝酸钠易溶于水，易电离，其水溶液呈无色。铝单质与强碱溶液的反响本质是分步反响。第一步：铝单质与水的置换：2Al6H2O=2AlOH33H2生成的氢氧化铝是一种难溶于水的

5、沉淀，附着在铝单质的外表，阻止了铝单质与水的进一步反响，反响自动停顿。第二步：氢氧化铝与强碱溶液的反响：AlOH3NaOH=NaAlOH4非氧化复原反响在反响中，只有第一步是氧化复原反响，铝是复原剂，H2O是氧化剂。析规律 NaAlOH4与配合物金属铝和NaOH溶液反响生成的化合物曾被认为是NaAlO2，但科学研究证明该产物实际上是NaAlOH4，它属于配位化合物。配位化合物的构造中包含中心体和配位体，例如：NaAlOH4 中心体 配位体配位化合物在医药科学、催化反响等领域有着广泛的应用。【例11】 等质量的两份Al分别参加0.3 L 1 mol·L1的盐酸和NaOH溶液中，生成氢气

6、的体积比为12，那么参加的Al的质量为A2.7 gB5.4 gC8.1 g D10 g解析：做此题要注意量的问题，综合分析题中条件判断哪种物质过量，然后计算得出结论。反响：2Al6HCl=2AlCl33H2，2Al2NaOH6H2O=2NaAlOH43H2。由生成氢气的体积比为12可知，两反响消耗Al的质量之比为12。中铝过量，盐酸完全反响，0.3 mol HCl与足量的Al反响生成H2为0.15 mol。又知中NaOH未完全反响，Al完全反响，所以中生成H2为0.3 mol，Al的物质的量为0.2 mol，即5.4 g。答案：B【例12】 向一个铝制易拉罐中充满CO2，然后往罐中注入足量的N

7、aOH溶液，立即用胶布严封罐口，不一会儿听到罐内“咔咔地响，发现易拉罐变瘪，再过一会儿易拉罐又鼓起来。1易拉罐变瘪的原因是_，反响的离子方程式是_。2易拉罐又鼓起来的原因是_，反响的离子方程式是_。解析：CO2溶于NaOH溶液，罐内气压减小，小于外界气压，易拉罐被压瘪；之后，铝制的易拉罐与NaOH溶液反响产生H2，罐内压强又增大，易拉罐又鼓起来。答案：1NaOH溶液吸收CO2，罐内压强减小，外界气压将易拉罐压瘪CO22OH=COH2O2Al外表的氧化膜溶解后，Al与NaOH溶液反响产生H22Al2OH6H2O=2AlOH43H22铝合金1合金合金是指两种或两种以上的金属或金属与非金属熔合而成的

8、具有金属特性的物质有些合金中也有化合物。将金属制成合金，可以保持甚至强化单一金属的长处，抑制其缺乏，所以合金的性能一般优于纯金属，如：a.合金的熔点比它的各成分金属的熔点低，如NaK合金常温下是液体，可以做原子反响堆的导热剂；硅铝合金熔点低，收缩率小，合适于铸造。b.合金的硬度大于其成分金属的硬度如硅铝合金的硬度、强度都比纯铝大，适用性很广。2铝合金铝合金具有密度小、强度高、塑性好、易于成型、制造工艺简单、本钱低廉等特点，并且因外表易形成致密的氧化物保护膜而具有一定抗腐蚀才能，可用于制造能承受大载荷及强烈磨损的构件。主要应用于建筑业、包装业、交通运输以及电子行业。例如，用铝合金材料制成的汽车车

9、轮的骨架，质轻、强度大且热变形性小，计算机中的硬盘抽取盒使用铝合金作散热材料，巩固耐用，散热效果好。另外，铝合金还广泛应用于制造飞机构件。【例2】 铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、干净、易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作门窗框、卷帘门、防护栏等。以下与这些用处无关的性质是A不易生锈 B导电性好C密度小 D强度高解析：建筑装潢材料属于长期使用的材料，其不易生锈、强度高、密度小等性能都有利于建筑的长久、平安使用。但建筑装潢材料没有必要要求导电性好，相反，建筑装潢材料导电性好不利于建筑物的平安使用，因为它会导致建筑物遭雷击。答案：B3氧化铝1氧化铝的存在及其物理性质氧化铝的化学式为Al2O3，

10、俗称矾土，是一种难溶于水的白色粉末，熔点高，硬度大。自然界中纯洁的Al2O3为无色晶体，俗称刚玉，硬度仅次于金刚石，混有少量杂质可使刚玉带有各种色泽，称为宝石。由于Al2O3熔点高，难分解，因此可做良好的耐火材料。2氧化铝的化学性质Al2O3是典型的两性氧化物，氧化铝既能溶于强酸溶液，又能溶于强碱溶液。与强酸反响：如与盐酸反响的化学方程式为：Al2O36HCl=2AlCl33H2O离子方程式为：Al2O36H=2Al33H2O与强碱反响：如与NaOH溶液反响的化学方程式为：Al2O32NaOH3H2O=2NaAlOH4离子方程式为：Al2O32OH3H2O=2AlOH4说明：a.Al2O3不能

11、直接与水反响，因此不能用Al2O3和水化合生成氢氧化铝。b工业上用电解熔融氧化铝的方法冶炼金属铝。【例3】 为除去MgO中混有的少量杂质Al2O3，可选用的试剂是AKOH溶液B氨水C稀盐酸 D水解析：MgO为难溶于水的碱性氧化物，因此可以溶于强酸，但不能溶于强碱中；Al2O3为难溶于水的两性氧化物，因此既可以溶于强酸又可以溶于强碱中。为除去MgO中混有的Al2O3杂质可选用强碱溶液作试剂。答案：A4氢氧化铝实验探究：氢氧化铝的性质实验步骤：在一支大试管中放入约5 mL 0.5 mol·L1的Al2SO43溶液，滴加足量的氨水至不再产生沉淀为止，将所得沉淀分成两份：一份滴加盐酸并振荡试

12、管，另一份滴加NaOH溶液并振荡试管，观察发生的现象。实验记录：实验内容实验现象实验结论硫酸铝与氨水反响溶液里产生了白色胶状沉淀Al2SO43与NH3·H2O反响生成AlOH3沉淀氢氧化铝与盐酸反响白色沉淀溶解，形成了无色溶液AlOH3溶于盐酸氢氧化铝与NaOH溶液反响白色沉淀溶解，形成了无色溶液AlOH3溶于NaOH溶液1AlOH3的物理性质和用处AlOH3是白色胶状固体、难溶于水，具有吸附性，能凝聚水中的悬浮物，又能吸附色素，因此，AlOH3可用作净水剂和色素吸附剂。2AlOH3的化学性质AlOH3是一种两性氢氧化物，它既能与强酸反响又能与强碱反响。反响的离子方程式分别为：AlO

13、H33H=Al33H2O，AlOH3OH=AlOH4像AlOH3这样既能与强酸反响生成盐和水，又能与强碱反响生成盐和水的氢氧化物称为两性氢氧化物。AlOH3受热易分解：2AlOH3Al2O33H2O3AlOH3的制取铝盐与碱反响用铝盐与可溶性弱碱氨水反响制AlOH3：Al33NH3·H2O=AlOH33NH。说明：制取AlOH3也可用铝盐与强碱作用，但应严格控制参加碱的量，因为强碱过量会使制得的AlOH3转化为四羟基合铝酸盐：AlOH3OH=AlOH4。所以，实验室一般不采用这种方法制AlOH3。四羟基合铝酸盐与酸反响一般用向偏铝酸盐溶液中通入CO2的方法制取AlOH3。当CO2缺乏

14、或适量时：2AlOH4CO2=2AlOH3COH2O；CO2过量时：AlOH4CO2=AlOH3HCO。说明：一般不用强酸，因为强酸的量控制不当会使制得的AlOH3溶解：AlOH4H=AlOH3H2O；AlOH33H=Al33H2O【例4】 向20 mL 1 mol·L1的Al2SO43溶液中参加30 mL NaOH溶液，充分反响得到0.78 g沉淀，那么NaOH溶液的物质的量的浓度可能是A1 mol·L1B3 mol·L1C5 mol·L1 D7 mol·L1解析：比较Al3的物质的量与沉淀AlOH3的物质的量，推测NaOH的两种情况：NaO

15、H缺乏量时，nNaOH3nAlOH3；NaOH过量时，nNaOH3nAl3nAlOH43nAl3nAl3nAlOH34nAl3nAlOH3。解题过程可分两步进展。1求Al3和AlOH3沉淀的物质的量nAl30.02 mol×20.04 molnAlOH30.78 g÷78 g·mol10.01 mol 2当NaOH缺乏时：nNaOH3nAlOH30.03 mol，cNaOH0.03 mol/0.03 L1 mol·L1当NaOH过量时：nNaOH4nAl3nAlOH30.15 mol，cNaOH0.15 mol/0.03 L5 mol·L1答案

16、：AC5金属的分类及通性1金属的分类冶金工业上将金属分为黑色金属和有色金属。a黑色金属：铁Fe、铬Cr、锰Mn及它们的合金。b有色金属：除Fe、Cr、Mn以外的其他金属及其合金。释疑点 黑色金属是黑色的吗？黑色金属的颜色不一定是黑色，如纯洁的铁、铬、锰的颜色为银白色。按密度将金属分为轻金属和重金属。a轻金属：密度小于4.5 g·cm3，如钠、镁、铝等。b重金属：密度大于4.5 g·cm3，如金、银、铜等。按在自然界中的含量将金属分为常见金属和稀有金属。a常见金属：如铁、铝、钙等。b稀有金属：如锆、铌、钼等。2金属的通性常温下，绝大多数金属都是固体汞是液体。大多数金属呈银白色

17、除Cu、Au外，有金属光泽。金属一般都是电和热的良导体。金属一般都有良好的延展性。【例5】 在金、银、铜、铁、钠、镁、铝几种金属中，属于轻金属的有_；导电性能最好的是_；在空气中最稳定的是_；最活泼的是_；常温时与水能剧烈反响的有_；既能跟酸反响，又能跟碱溶液反响的是_。解析：通常，密度小于4.5 g·cm3的金属为轻金属，密度大于4.5 g·cm3的金属为重金属；以上金属都具有良好的导电性，其中，银的导电性是最好的；最不活泼的是金，金在加热条件下也难以与氧气反响，“真金不怕火炼就是这个意思；钠能与冷水剧烈反响，是以上金属中最活泼的；既能跟酸反响，又能跟碱溶液反响的物质除了

18、铝之外，千万不要忘记钠也能与碱溶液中的水反响。答案：钠、镁、铝银金钠钠铝、钠6金属材料1重要的黑色金属材料钢铁钢铁是指含有铁单质和其他物质的混合物，其他物质可以是金属单质，也可以是非金属单质。通常根据钢铁中碳元素的含量多少来分类。生铁：含碳量2%4.3%，硬度大，但较脆且不易机械加工。普通钢：含碳量0.03%2%，增加了铁锰等元素，改善了铁的性能，但易锈蚀。不锈钢：在普通钢根底上，参加铬镍等元素，含铬量一般在12%以上，在空气中能保持金属光泽，且有不生锈的特性。说明：由于铬元素的参加，能使钢材外表形成致密且巩固的氧化膜，防止内部铁与外界物质接触。镍元素的参加，使不锈钢在酸碱盐的水溶液中也能具有

19、很好的化学稳定性和耐腐蚀性。2几种有色金属材料金、银、铜物理性质及用处比较主要性质主要用处金质地柔软、呈黄色的金属，有良好的延展性、导电性和导热性。化学性质很稳定在电子工业、航空航天工业等许多重要的领域都需要一定量的金或金合金，一些首饰、奖牌也是用金制成或镀金的银有金属光泽、质地柔软的银白色金属，有良好的延展性、导电性和导热性。化学性质比较稳定，比金活泼在有机合成、能源开发、材料制造等许多重要的领域都需要一定的银。一些首饰、奖牌也是用银制成或镀银的铜硬度较小的紫红色金属，有良好的延展性、导电性和导热性。化学性质比较稳定，比银活泼在电气和电子工业中主要用于制造电线、通讯电缆等，在此方面的用量占铜

20、的工业总用量的一半左右。另外，在半导体器件消费、建筑业及杀菌等科技领域方面也有较大量的应用；铜还是主要的电镀材料之一在金属中，导电性、导热性最好的金属是银；延展性最好的金属是金，金可以压成非常薄的金箔。2金、银、铜的化学性质介绍金、银、铜都属于不活泼的金属，其中金的化学性质尤为稳定。常温下，铜在枯燥的空气中性质稳定，但在潮湿的空气里那么会被锈蚀，在其外表逐渐形成一层绿色的铜锈，反响方程式为：2CuO2H2OCO2=Cu2OH2CO3碱式碳酸铜在加热或点燃条件下，铜能与许多非金属反响，例如：2CuO22CuO2CuSCu2SCuCl2CuCl2铜可与热的浓硫酸反响：Cu2H2SO4浓CuSO4S

21、O22H2O常温下，铜可被硝酸溶解。3Cu8HNO3稀=3CuNO322NO4H2OCu4HNO3浓=CuNO322NO22H2O铜及其化合物之间可以互相转化，在转化时常常伴有颜色变化，如黑色的氧化铜在高温下转化为红色的氧化亚铜，蓝色的硫酸铜晶体CuSO4·5H2O受热分解为白色的硫酸铜粉末。4CuO2Cu2OO2CuSO4·5H2OCuSO45H2O热的浓硫酸可将银氧化：2Ag2H2SO4浓Ag2SO42H2OSO2在常温下银可被硝酸氧化：3Ag4HNO3稀=3AgNO32H2ONOAg2HNO3浓=AgNO3H2ONO2金属材料的开发一直是材料科学的研究热点，一些新的金

22、属材料相继被开发出来并应用于工农业消费和高科技领域。例如，铀U用作核电厂反响堆的核燃料，镅Am在烟雾探测器中用作烟雾监测材料。特别是被誉为“21世纪的金属钛Ti的应用前景更为广阔。【例6】 以下说法中，正确的选项是A铁是人类在消费、生活中最早使用的金属B金、银、铜是应用最广泛的金属材料C钛被誉为“21世纪的金属，应用前景很广阔D铜是导电性、导热性最好的有色金属解析：人类在消费、生活中最早使用的金属是铜而不是铁；应用最广泛的金属材料应是黑色金属材料，即铁、锰、铬以及它们的合金，而不是金、银、铜等有色金属材料；金属钛因性能优良、蕴藏量大，被誉为“21世纪的金属，应用前景广阔；银的导电性、导热性是金

23、属中最好的，铜的导电性、导热性仅次于银。答案：C7四羟基合铝酸盐及含铝化合物之间的互相转化1四羟基合铝酸盐金属铝、氧化铝、氢氧化铝等跟碱溶液反响生成的含铝化合物，叫做四羟基合铝酸盐，例如NaAlOH4四羟基合铝酸钠、KAlOH4四羟基合铝酸钾、BaAlOH42四羟基合铝酸钡等。一般的四羟基合铝酸盐可溶于水，易电离。例如：NaAlOH4=NaAlOH4AlOH4能跟酸溶液发生反响转化为AlOH3沉淀。例如：AlOH4H=AlOH3H2O2AlOH4CO2=2AlOH3COH2OCO2量较少AlOH4CO2=AlOH3HCOCO2过量AlOH4还能在溶液里跟Al3反响生成AlOH3沉淀。例如：3A

24、lOH4Al3=4AlOH32含铝化合物之间的互相转化含铝的化合物Al3、AlOH3、AlOH4之间有如下转化关系。上述转化关系中有关反响的离子方程式为：Al33OH=AlOH3Al34OH=AlOH4AlOH33H=Al33H2OAlOH3OH=AlOH4AlOH4H=AlOH3H2OAlOH44H=Al34H2O析规律 既能与强酸反响，又能与强碱反响的物质：主要有两性氧化物如Al2O3、两性氢氧化物如AlOH3、弱酸的酸式盐如NaHCO3、弱酸的铵盐如NH42S、铝等。【例71】 下面是以铝屑为原料制备AlOH3的三种实验设计方案：方案一：用稀硫酸与铝屑反响，使铝转化成Al3，再用NaOH

25、溶液将Al3沉淀，生成AlOH3；方案二：用铝屑与NaOH溶液反响，再用稀硫酸与NaAlOH4反响得到AlOH3；方案三：用铝屑分别与稀硫酸和NaOH溶液反响，然后将得到的盐溶液混合，过滤，再将得到的沉淀洗涤，即可得到AlOH3。综合比较以上三种实验设计方案，你认为哪种最好？原因是什么？解析：方案一不好用NaOH溶液沉淀Al3，有可能使生成的AlOH3溶解，也有可能使Al3沉淀不完全，即NaOH溶液的量不易控制方案二不好用稀硫酸与NaAlOH4反响，也有可能出现稀硫酸过量使AlOH3溶解或稀硫酸量少沉淀不完全的问题方案三好将所需的铝按13的比例分为两份，少的一份与稀硫酸反响：2Al6H=2Al

26、33H2，多的一份与NaOH溶液反响：2Al2OH6H2O=2AlOH43H2，然后将两份反响后的溶液混合：Al33AlOH4=4AlOH3，操作简单且好控制反响物的量。另外，从消耗反响物的量来看，全部恰好完全反响时每生成1 mol AlOH3，方案一需消耗H和OH各3 mol；方案二需消耗H和OH各1 mol；方案三需消耗H和OH各 mol。因此，综合分析，方案三最正确。答案：方案三最好，因为该方案最节约药品且可回收副产品Na2SO4，而且也最易操作。【例72】 以下各种物质既能与强酸反响又能与强碱反响的是AlAlCl3NaAlOH4AlOH3Al2O3ABC D解析：铝与酸反响生成盐和氢气

27、，与碱反响生成NaAlOH4和氢气，AlOH3和Al2O3显两性，而AlCl3只能与碱反响，NaAlOH4只能与酸反响，所以正确。答案：D8含铝化合物互相转化的图像1可溶性铝盐溶液与NaOH溶液反响的图像操作可溶性铝盐溶液中逐滴加NaOH溶液至过量NaOH溶液中逐滴加可溶性铝盐溶液至过量现象立即产生白色沉淀渐多最多渐少消失无沉淀有但即溶出现沉淀渐多最多沉淀不变图像离子方程式Al33OH=AlOH3AlOH3OH=AlOH4Al34OH=AlOH43AlOH4Al3=4AlOH32四羟基合铝酸盐溶液与盐酸反响的图像操作四羟基合铝酸盐溶液中逐滴加稀盐酸至过量盐酸中逐滴加四羟基合铝酸盐溶液至过量现象

28、立即产生白色沉淀渐多最多渐少消失无沉淀有但即溶出现沉淀渐多最多沉淀不变图像离子方程式AlOH4H=AlOH3H2OAlOH33H=Al33H2OAlOH44H=Al34H2OAl33AlOH4=4AlOH33可溶性铝盐溶液与氨水反响及四羟基合铝酸盐溶液与CO2反响的图像操作可溶性铝盐溶液中逐滴滴加氨水至过量四羟基合铝酸盐溶液中缓慢通入CO2至过量现象立即产生白色沉淀渐多最多沉淀不消失立即产生白色沉淀渐多最多沉淀不消失图像离子方程式Al33NH3·H2O=AlOH33NH2AlOH4CO2少量=2AlOH3COH2OAlOH4CO2过量=AlOH3HCO对于图像题，解题时应仔细观察图像

29、，分析得出相关信息。观察图像，重点看曲线的起点、拐点及最高点或最低点所对应的数值，然后结合物质性质及互相反响关系得出有关结论。【例81】 将一定质量的镁铝合金投入到100 mL一定物质的量浓度的盐酸中，合金全部溶解，向所得溶液中滴加5 mol·L1的NaOH溶液到过量，生成沉淀的质量与参加的NaOH溶液体积的关系如下图，求：1原合金中Mg、Al质量各是多少？2HCl的物质的量浓度cHCl。解析：分析化学图像，要抓住有关化学原理、物质的性质和图像的意义，尤其是图像的特殊点，如原点、交点、转折点、终点曲线的极值点。由图像可知，11.6 g是MgOH2的质量，19.411.6 g是AlOH3的质量，VNaOH由020 mL是中和盐酸因无沉淀。1设镁、铝的质量分别为x、yMgMgOH2，AlAlOH324