高中化学 第四章 元素与材料世界 第2节 铝金属材料学案（1）鲁科版必修1.doc

第2节 铝金属材料互动课堂疏导引导一、铝与铝合金1.铝单质的性质（1）铝单质的物理性质单质铝为银白色金属，熔沸点高，导电性强（仅次于银、铜、金的导电性）。（2）铝单质的化学性质铝与氧气的反应4Al+3O2=2Al2O3（反应中放出大量的热和耀眼的白光，因此金属铝常用于制造燃烧弹、信号弹和火箭推进剂）。常温下，金属铝被空气中的氧气氧化，在其表面产生一层致密的氧化物保护膜，阻止金属铝与氧气的进一步反应。铝热反应2Al+Fe2O3=Al2O3+2Fe（铝粉和某些金属氧化物组成的混合物为铝热剂，铝热剂在一定条件下的反应称为铝热反应）铝与酸的反应金属铝与盐酸和稀硫酸反应产生氢气。2Al+6HCl=2AlCl3+3H22Al+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2铝与强碱溶液的反应2Al+2NaOH+6H2O=2NaAl（OH）4+3H2（该反应中的氧化剂为水，还原剂为金属铝）疑难突破 铝和强碱溶液如何反应？铝和强碱溶液反应，不是铝直接和碱反应，而是铝先和强碱溶液中的水反应生成Al(OH)3，然后Al(OH)3再和强碱反应生成偏铝酸盐。如铝与NaOH(aq)反应分两步进行：2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2Al(OH)3+NaOHNaAlO2+2H2O案例1等体积等物质的量浓度的硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中，各加等质量的铝，生成氢气的体积比为56，则甲、乙两烧杯中的反应情况是（）A.甲、乙中铝都过量B.甲中铝过量、乙中碱过量C.甲中酸过量、乙中铝过量D.甲中酸过量、乙中碱过量【剖析】 因1 mol铝与酸、碱反应时分别消耗3 mol氢离子和1 mol氢氧根离子，且甲、乙两容器中生成氢气的体积比为56，说明甲中酸过量，乙中碱过量。【答案】 B【借题发挥】 等物质的量的铝分别与足量的酸或强碱溶液反应时根据得失电子守恒可知产生氢气的物质的量相等。2.铝的氧化物和氢氧化物（1）铝的氧化物铝的氧化物是两性氧化物，熔点高，硬度大，难溶于水，也不与水直接反应。两性氧化物：既能与酸反应又能与碱反应的氧化物。Al2O3+6HCl=AlCl3+3H2OAl2O3+2NaOH+3H2O=2NaAl（OH）4 误区警示Al2O3与酸、碱的反应Al2O3只能跟强酸、强碱溶液反应，不能跟弱酸、弱碱溶液反应。 疑难突破Al2O3是两性氧化物，为什么铝却能在冷浓硫酸或冷浓硝酸中发生钝化？氧化铝有各种存在的形式，其性质不完全相同。铝在冷浓硫酸或冷浓硝酸中钝化时，生成的是致密的氧化铝薄膜，它既不溶于酸，也不溶于碱，保护了里面的金属铝不再与酸反应。铝条与Hg（NO3）2溶液反应后放置在空气中生成的是疏松的氧化铝，因此金属铝继续与氧气反应。通常实验室里新制的氧化铝是两性化合物，既能溶于强酸又能溶于强碱。（2）铝的氢氧化物制备：实验室中通常用铝盐与弱碱（氨水）反应制备氢氧化铝。=氢氧化铝是难溶于水的白色胶状物，能够凝聚水中的悬浮物，又能吸附色素，可用于水的净化。两性氢氧化物：既能与酸反应又能与碱反应的氢氧化物，氢氧化铝就是两性氢氧化物。Al(OH)3+3H+=Al3+3H2OAl(OH)3+OH-=Al(OH)4-误区警示Al(OH)3与酸、碱的反应Al(OH)3只能跟强酸、强碱溶液反应，不能跟弱酸、弱碱溶液反应。方法点拨铝及其化合物性质的学习方法为便于掌握铝及其化合物的性质，可通过“铝三角”梳理有关知识。知识拓展两性物质两性物质指既能与酸，又能与碱反应生成盐和水的化合物，包括Al2O3、ZnO、Al(OH)3、Zn(OH)2、氨基酸、蛋白质等。强碱弱酸盐(如:NaHCO3、KHS、KHSO3、NaH2PO4等)及弱碱弱酸盐(如:CH3COONH4、NH4HS等)，也既能与强酸反应又能与强碱反应，但不能将它们称为两性物质，因为它们与酸或碱作用的生成物不全是盐和水。Al能与酸及强碱溶液作用，但不属于两性物质，也不能说它具有两性。因Al与碱溶液反应的本质是2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2，Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O，两式相加为：2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2。Al不直接与NaOH作用。案例2将表面已经完全钝化的铝条，插入下列溶液中，不会发生反应的是（）A.稀硝酸B.稀盐酸C.硝酸铜D.氢氧化钠【剖析】 因铝条表面已经完全钝化，也就是铝的表面全部是氧化铝，所以根据氧化铝的性质可知其既能与酸反应又能与碱溶液反应。【答案】 C【借题发挥】 铝的氧化物及其氢氧化物的考查还可以和铝盐在一起综合考查，还可以考查铝三角的相互转化和有关图象问题等等。3.铝合金（1）合金：由两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成的物质。合金的硬度比各组分的硬度大，熔沸点较各组分的熔沸点低等性能。深化升华 合金（1）合金的化学性质也与成分金属不同，因此，合金的性质并不是各成分金属性质的总和。（2）合金属于混合物，但不等于一般混合物。可从概念中明确两点：一是熔合，二是具有金属特性。（2）铝合金及其用途铝合金的密度小、强度高、塑性好、易于成型、制造工艺简单、成本低廉。铝合金主要应用于建筑业、容器和包装业、交通运输及电子行业。案例3铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷闸门、防护栏等。下列与这些用途无关的性质是（）A.不易生锈B.导电性好C.密度小D.强度高【剖析】 根据题目给定的信息可知做防护栏主要是利用了它们的强度高，轻巧说明合金的密度较小。【答案】 B【借题发挥】 有关合金的考查还可以比较合金的熔沸点、合金的组成成分的确定以及应用等等。二、金属与金属材料1.重要的黑色金属材料钢铁（1）演变过程：铁普通钢不锈钢（2）不锈钢是在普通钢的基础上，加入铬、镍等多种元素炼成的钢材。2.几种重要的有色金属材料金、银、铜（1）物理性质金是质地柔软的黄色金属，银是具有金属光泽、质地柔软的银白色金属，铜是硬度较小的紫红色金属。它们都具有良好的延展性、导电性和导热性。（2）铜单质的性质与非金属单质的反应2Cu+O2=2CuO(黑色固体)2Cu+S=Cu2S9黑色固体)Cu+Cl2=CuCl2铜在空气中的反应2Cu+O2+H2O+CO2=Cu2(OH)2CO3与酸的反应由于金属铜位于金属活动顺序表氢元素之后，所以铜单质很难与酸发生置换反应，但可以与氧化性的酸反应。Cu+2H2SO4(浓)=CuSO4+SO2+2H2O3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2OCu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O（3）铜的化合物4CuO2Cu2O(红色)+O2CuSO45H2OCuSO4+5H2O（4）用途金及其合金主要用于电子工业和航空、航天工业；银在有机合成、能源开发和材料制造方面的应用日益受到重视；铜主要用于制造电线和通讯电缆等等。（5）新的金属材料做核燃料的铀（U），镅在烟雾探测器中作烟雾监测材料，被誉为“21世纪的金属”钛等等。案例4在FeCl3、CuCl2混合溶液中，加入一定量的铁屑，反应完全后将固体滤出，下列说法中正确的是（）A.若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2+，一定不含Cu2+B.若滤出的固体中含有铁和铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2+，一定不含Cu2+和Fe3+C.若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe2+，可能含有Cu2+和Fe3+D.若滤出的固体中只有铜，则溶液中一定含有的阳离子是Fe3+和Fe2+，一定不含Cu2+【剖析】 向FeCl3、CuCl2混合溶液中加入一定量的铁屑，对应的反应为2FeCl3+Fe=3FeCl2，CuCl2+Fe=FeCl2+Cu，若剩余的固体为铜，则反应后的溶液中含有的阳离子一定有Fe2+，一定不含Fe3+，但不一定含有Cu2+；若剩余的固体为铁和铜的混合物，则反应后的溶液中的阳离子只有Fe2+。【答案】 B【借题发挥】 一般来讲同一种还原剂（或氧化剂）与多种氧化剂（或还原剂）反应时，通常是先与氧化性（或还原性）强的物质反应。活学巧用1.铝的金属活动性排在金属活动性顺序表“H”的前面，可为什么用金属铝制成的水壶却能烧开水？【思路解析】 铝的活动性确实较强，铝可以与沸水发生置换反应，放出氢气，用铝加工而成的水壶也确实能烧开水，此时铝不与沸水反应的原因是铝的表面产生了保护层致密的氧化膜，这种氧化膜阻止了沸水进一步与铝的反应。2.属于铝热反应的是（）A.Al+HClB.Al+H2SO4C.Al+MgOD.Al+WO3【思路解析】 铝热剂是由铝单质和过渡性元素的氧化物组成的混合物。【答案】 D3.若将铝粉分别加入下列溶液中，能放出氢气，且可能大量共存的是（）A.B.C.D.【思路解析】 溶液中加入铝粉时能够产生氢气，说明该溶液中可能存在大量的氢离子或氢氧根离子。A中不能产生氢气；B中不能大量共存；C中在碱性条件下可以大量存在。【答案】 C4.铝在人体中积累可使人慢慢中毒，1989年世界卫生组织正式将铝确定为食品污染源之一并加以控制。铝在下列场合使用必须加以控制的是（）制铝锭制易拉罐制电线电缆制牙膏皮用明矾净水制炊具用明矾和小苏打做食品膨化剂用氢氧化铝Al(OH)3制成药片制胃病制防锈油漆A.B.C.D.【思路解析】 根据题目给定的信息可知只要是能够摄入人体内的都应加以限制。【答案】 C5.2003年2月1日，美国哥伦比亚号航天飞机在返回地面的途中坠毁，举世震惊，尽管科学家在探索太空的过程中遇到了挫折，但这决不会阻止人类对太空科学探究的步伐。该航天飞机用铝粉和高氯酸铵（NH4ClO4）的混合物作固体燃料，点燃时，铝粉氧化放热引发高氯酸反应，其热化学方程式可表示为：2NH4ClO4=N2+Cl2+2O2+4H2O；H0。下列对此反应的叙述中错误的是（）A.上述反应瞬间产生大量高温气体推动飞机飞行B.在反应中高氯酸铵只起氧化剂作用C.反应从能量变化上说，主要是化学能转变为热能和动能D.上述反应属于分解反应【思路解析】 根据题目给定的信息可知高氯酸铵既作氧化剂又作还原剂。【答案】 B6.实验室中，要使AlCl3溶液中的Al3+全部沉淀出来，适宜用的试剂是（）A.NaOH溶液B.Ba(OH)2溶液C.盐酸 D.氨水【思路解析】 根据铝离子及氢氧化铝的性质可知欲使铝离子完全沉淀可以选用氨水。【答案】 D7.用镁铝合金的废料、稀硫酸、稀盐酸、氢氧化钠溶液制取MgCl2溶液和Al2(SO4)3溶液，若只允许通过四步反应来完成，依次写出反应的化学方程式：（1）_。（2）_。（3）_。（4）_。【思路解析】 根据题目的要求可知首先可以将铝转化为偏铝酸盐，进行过滤，向滤渣中加入盐酸得到氯化镁，向滤液中滴加硫酸至最大值，过滤再向滤渣中加入硫酸。【答案】 （1）2Al+2NaOH+6H2O=2NaAl(OH)4+3H2（2）Mg+2HCl=MgCl2+H2（3）2NaAl(OH)4+H2SO4=Na2SO4+2Al(OH)3+2H2O（4）2Al(OH)3+3H2SO4=Al2(SO4)3+6H2O8.某白色固体混合物可能含有硫酸氢钠、氯化钡、氯化镁、氯化钠、碳酸氢钠、四羟基合铝酸钠NaAl(OH)4中的一种或几种，对试样进行检测，有如下的实验现象：取少量该固体物质，加水溶解，最终得到澄清溶液，没有沉淀和气体生成；向所得澄清溶液中滴加NaOH溶液，有白色沉淀生成，加至过量时沉淀消失。（1）原混合物中一定含有的物质是_（写化学式，下同）。（2）原混合物中一定不含有的物质是_。【思路解析】 由于所得溶液为澄清溶液，而向所得溶液中加入NaOH先产生沉淀，后消失，说明所得溶液中含有铝离子，而不含镁离子，所以原固体中含有硫酸氢钠和四羟基合铝酸钠；同时说明原固体中一定不含氯化钡和碳酸氢钠。【答案】 （1）NaHSO4、NaAl(OH)4（2）BaCl2、MgCl2、NaHCO39.在AlCl3和FeCl3混合溶液中，先加入过量的KI溶液，再加入足量的Na2S溶液，所得到的沉淀物是（）A.Fe(OH)3、Al(OH)3B.Al(OH)3、I2C.Fe2S3、I2D.FeS、S、Al(OH)3【思路解析】 当向混合溶液中加入过量的KI时，FeCl3和KI发生氧化还原反应产生亚铁离子和碘单质，再加入Na2S将产生FeS沉淀和Al(OH)3沉淀，同时碘单质与硫离子发生氧化还原反应而产生硫单质。【答案】 D10.下列溶液中通入过量二氧化碳，一定没有白色沉淀产生的是（）A.Ca(OH)2B.NaAlO2C.Na2SiO3D.饱和Na2CO3 【思路解析】 少量CO2通入石灰水中，有碳酸钙白色沉淀产生，当CO2过量时，则最终为可溶性的碳酸氢钙；NaAlO2 溶液和Na2SiO3溶液中通入CO2，无论CO2多少，前者生成的是Al(OH)3沉淀，后者生成的是硅酸沉淀；在一定温度下，碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠，通入CO2后生成了溶解度更小的碳酸氢钠沉淀。【答案】 A11.铝粉投入某无色澄清溶液里产生H2，则下列离子组合正确的是（）A.B.C.D. 【思路解析】 能与铝反应产生氢气的溶液有两种：强碱性溶液和无氧化性的酸的酸性溶液。A中和在H+存在的条件下具有氧化性，得不到氢气；B中无论是酸性溶液还是碱性溶液，四种离子均能共存；C中OH-和Al3+本身就不能共存；D中Cu2+在水溶液中呈蓝色。【答案】 B12.不锈钢通常不与酸、碱、盐反应，是下列哪种元素加入的结果（）A.NiB.CrC.AuD.Pt【思路解析】 不锈钢中添加的元素主要是Ni和Cr，C、D被排除。Cr是防氧化元素使不锈钢表面形成一层致密的氧化物保护膜，防止内部的Fe与外界物质接触；Ni是防腐蚀元素，使不锈钢在多种酸、碱、盐溶液中也能具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性，弃B选A。【答案】 A13.工业上拟用铜和硝酸来制备Cu(NO3)2 3H2O，下面有三位同学提出了不同的生产方案：甲方案：Cu+浓HNO3 蒸发结晶乙方案：Cu+稀HNO3 蒸发结晶丙方案：Cu+O2CuO+稀HNO3蒸发结晶你认为_方案最好，理由_。【思路解析】 甲方案中容易产生污染大气的气体NO2，且消耗的硝酸的量最多；乙方案中也产生污染大气的气体NO。【答案】 丙硝酸消耗较少，且没有污染空气的气体产生14.自然界里常见金属元素存在最多的是Al，其次是铁，铜的含量较少。然而人类冶炼金属获得成功最早的反而是含量少的铜，含量最多的铝最迟冶炼出来，究其原因，合理的是（）A.矿石在地下埋藏，铜矿最浅，容易开发，铝矿埋得深，难开发B.铜矿颜色较深，易发现，铝矿颜色较浅，不易发现C.铜矿较易还原，铝矿很难还原D.以上说法是错误的【思路解析】 由于金属铝的活泼性较强，所以较难冶炼，而铜的活泼性最差，故容易冶炼。【答案】 C15.古代的“药金”外观与金相似，常被误认为是金子。冶炼方法如下：将碳酸锌、赤铜（Cu2O）、木炭混合加热至800 得金光闪闪的“药金”。（1）“药金”的主要成分是_。（2）有关冶炼的化学方程式是_、_、_。【思路解析】 由石灰石的热稳定性可知高温下，碳酸锌分解生成氧化锌和二氧化碳，木炭将Cu2O、ZnO还原为金属铜和锌，故“药金”的主要成分是铜、锌。【答案】 （1）铜、锌（2）ZnCO3 ZnO+CO22Cu2O+C4Cu+CO22ZnO+C2Zn+CO2