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

第2节 铝金属材料知识巧学升华 一、铝与铝合金 1认识铝及其化合物 (1)金属的通性 金属的物理性质：金属的一般特性是具有导电性、导热性和延展性等。导电性、导热性最好的金属是Ag。延展性最好的金属是Au，Au可以压成非常薄的金箔。 金属的化学性质：a金属能跟非金属发生反应生成盐或氧化物。如： 2NaCl22NaCl3Fe2O2Fe3O42MgO22MgO b金属能跟盐发生置换反应，如：Cu2AgNO3Cu（NO3）22Ag 2Al3CuSO4Al2（SO4）33Cu （还原剂） Cu2AgNO3Cu（NO3）22Ag （还原剂） c金属能跟酸发生置换反应，如：ZnH2SO4ZnSO4H2 Mg2HClMgCl2H2 要点提示 注意此处空半格金属在反应中化合价均升高，失电子是还原剂。 （2）铝的物理性质：铝密度小，具有银白色光泽，是电和热的良导体，具有延展性。 色态：银白色固体。熔、沸点：熔点：660 ，沸点：2 467 。硬、密度：硬度较小，密度较小。 导电、导热性：仅次于Ag、Cu、Au。 密度：Na、Mg、Al密度都小于4.5 gcm3，都是轻金属。 （3）铝的化学性质 常温下的稳定性：常温下，Al与O2发生反应，表面生成一层致密的氧化物保护膜，阻止了内部金属的进一步氧化。 金属铝的还原性：a跟氧气反应、铝热反应 实验记录： 实验内容#实验现象#结论或化学方程式 Al+O2#Al在O2中燃烧，发出耀眼的白光，生成白烟和白色固体#4Al+3O22Al2O3 Al+Fe2O3#反应放出大量的热，发出耀眼的光芒，生成熔融物，烧穿漏斗落入沙中#2Al+Fe2O32Fe+Al2O3 要点提示 火柴快要燃尽时，才能把Al片放入O2中，以免火柴耗O2。 铝热反应中KClO3是Mg条燃烧的供O2剂，以使Mg条快速燃烧，产生高温。 b铝跟酸、碱的反应 (4)Al(OH)3跟酸、碱溶液的反应实验内容反应现象结论或化学方程式Al2(SO4)3+氨水生成白色胶状沉淀Al2 (SO4)3+6NH3H2O2Al(OH)3+3(NH4)2SO4Al(OH)3+HCl(aq)Al(OH)3固体溶解Al(OH)3+3HClAlCl3+3H2OAl(OH)3+NaOH(aq)Al(OH)3固体溶解Al(OH)3+NaOHNaAl(OH)4 Al(OH)3既能凝聚水中的悬浮物，又能吸附色素，因此可用于水的净化。 Al(OH)3+3H+Al3+3H2OAl(OH)3+OHAl(OH)4四羟基合铝酸根离子 (5)Al2O3跟酸、碱溶液的反应: Al2O3+6HCl2AlCl3+3H2O Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2O 要点提示 Al2O3为两性氧化物，既能与强酸反应生成盐和水，也能与强碱反应生成盐和水，Al(OH)3是两性氢氧化物，既能溶于强酸，也能溶于强碱。 2铝合金及其制品 （1）铝合金的性能一般优于纯金属。 （2）铝合金易形成致密的氧化物保护膜，具有一定的抗腐蚀能力。 （3）铝合金密度小、强度高、塑性好、成本低。 （4）铝合金用途广泛：可用于车轮骨架、计算硬盘抽取盒、飞机构件等。 铝的用途 二、金属与金属材料 1金属的分类 (1)黑色金属：Fe、Cr、Mn及其合金表面常有呈灰黑色的氧化物，故称黑色金属。 (2)有色金属分9大类：重金属：铜、铅、锌等；轻金属：铝、镁等；轻稀有金属：锂、铍等；难熔稀有金属：钨、钛等；稀散金属：镓、锗等；稀土金属：钪、钇等；放射性金属：镭、锕等；贵金属：金、银、铂等；碱金属：钾、钠等。金、银是贵金属，铜是重金属。 2重要的黑色金属材料钢铁 (1)生铁：硬度大，质脆、不易加工，含C量高。 (2)钢：性能优于生铁、含C量低，易锈蚀。 (3)不锈钢：含Cr、Ni等元素的钢材。Cr元素能使钢材表面形成致密且坚固的氧化物保护膜；Ni元素使钢材在多种酸、碱、盐水溶液里具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性。 3几种有色金属材料金、银、铜 （1）Au、Ag、Cu的主要物理性质AuAgCu色泽黄色银白色紫红色硬度较小，AuAgCu延展性AuAgCu导电导热性AgCuAu密度AuAgCu （2）Au、Ag、Cu的化学性质 Au、Ag、Cu都是不活泼金属，化学稳定性：AuAgCu。 Cu的化学性质： 铜的锈蚀： 加热或点燃条件下，铜跟非金属的反应：2Cu+O22CuO Cu+SCu2S (3)含Cu化合物间的相互转化 +O2 5H2O+5H2O Cu2CO3+H2O+CO2 (4)Au、Ag、Cu的应用 Au的应用 Ag的应用 Cu的应用 (5)未来的钢铁钛(Ti) 钛表面易形成致密的氧化物保护膜，抗蚀力强。钛具有熔点高、硬度大、可塑性强、密度小等优点。地壳中，钛具有丰富的储量。钛应用范围广泛：可用于制造飞机、飞船、火箭、导弹、舰艇、化工设备、纺织设备、医疗器械等，还可以制成“人造骨骼”。钛的冶炼技术决定着钛的开发和应用。钛继铁、铝之后，被称为“第3金属”。问题思路探究 问题1 AlCl3溶液中滴加NaOH溶液，有什么观象？NaOH溶液中滴加AlCl3溶液，有什么现象？ 思路:试剂滴加顺序不同，发生的反应不同，反应现象则不同，类似的还有：Na2CO3与HCl。主要考虑物质的过量问题。 探究:AlCl3溶液中滴加NaOH溶液，先生成白色沉淀，随着NaOH溶液的滴入，沉淀逐渐增多，然后逐渐减少，最后消失。反应的化学方程式AlCl3+3NaOHAl（OH）3+3NaCl， Al（OH）3+NaOHNaAlO2+H2O NaOH中滴加AlCl3溶液，开始无明显现象，最后生成白色沉淀。 发生反应的化学方程式AlCl3+4NaOHNaAlO2+2H2O+3NaCl AlCl3+3NaAlO2+6H2O4Al(OH）3 问题2 我们称氧化铝为两性氧化物、氢氧化铝为两性氢氧化物，铝和碳酸氢钠都是既能和酸反应又能和碱反应，那么铝和碳酸氢钠是两性物质吗？ 思路:两性物质是指既和酸反应生成盐和水，又和碱反应生盐和水的物质。 探究:不是。因为铝跟强碱溶液反应是分三步进行的： 第一步NaOH溶解铝表面的氧化膜：Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2O 第二步失去保护膜的铝跟水反应：2Al+6H2O2Al（OH）3+3H2 第三步NaOH溶解Al（OH）3：Al（OH）3+NaOHNaAlO2+2H2O 将二、三两步合并得2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2 由以上反应可知，铝并不直接和碱反应，强碱只起了溶解氧化膜和氢氧化铝的作用，所以铝不是两性物质，只是具有像NaHCO3那样，既能和酸反应又能和碱反应的性质。典题热题新题 例1写出下列反应的化学方程式，并指出氧化剂和还原剂。 (1)铝跟四氧化三铁：_； (2)铝跟氧化铜：_； (3)铝跟氧化镁：_。 解析：(1)金属活动顺序表中，Fe排在Al的后面，不如Al活泼，故Fe能被Al从其氧化物中置换出来： (2)金属活动顺序表中，Cu排在Al的后面不如Al活泼，也能被Al从其氧化物中置换出来： (3)在金属活动顺序表中，Mg排在Al的前面，Mg比Al活泼，Al不能把Mg从MgO中置换出来。 答案：(1) (2) (3)金属活动顺序表中，Mg排在Al的前面，Mg比Al活泼，Al不能把Mg从MgO中置换出来。 深化升华 注意此处空半格此题是铝热反应的推广，利用置换反应的原理书写方程式，根据金属活动顺序表，排在前面的金属能把排在后面的金属置换出来,金属铝在反应中均作还原剂。 例2称取两份铝粉，第一份加入足量的浓NaOH（aq），第二份加入足量的HCl（aq），如果放出等体积的气体（在同温同压下），则两份铝粉的质量之比为（） A12B13C32D11 解析：本题有以下两种解法。 方法1：（计算法）设生成气体的质量分别为1 g，则 2Al2NaOH2H2O2NaAlO23H2 546 m1（Al）1 g m1（Al）=9 g 2Al6HCl2AlCl33H2 546 m2（Al）1 g m2（Al）=9 g m1（Al）=m2（Al） 方法2：（推断法）不论是与NaOH（aq）反应，还是与HCl（aq）反应，均是Al失去电子：Al3eAl3 还原产物都是H2，则都有如下关系：2Al6e3H2 因此，虽然两种反应不同，但只要放出H2的体积相同，消耗Al的质量就相同。 答案：D 深化升华 注意此处空半格利用氧化还原反应，氧化剂得电子数和还原剂失电子数相等，两个反应均是金属铝失去电子变成正三价的铝，失电子数目相同。正一价的氢得电子生成氢气，得电子数目相同。所以，产生氢气的量相同。两种方法相比较，电子守恒法是简单快速解题方法。 例3向含nmol AlCl3的溶液中加入mmol NaOH溶液，观察到的现象是先有白色沉淀生成，后部分溶解，则生成Al（OH）3沉淀的物质的量是（） A（4nm）molB（4mn）mol C（n3m）molD（3mn）mol 解析：沉淀部分溶解，所以反应生成的含铝产物是Al（OH）3和NaAlO2。 反应的方程式可表示为 nAlCl3mNaOHxAl（OH）3yNaAlO22yH2O（每生成1个NaAlO2生成2个水） 由Al物质的量守恒得xy=n mol 由H守恒得3x4y=m mol 解上述两方程联立的方程组得：x=（4nm）mol。 答案：A 深化升华 Al3+和OH-反应，首先生Al（OH）3沉淀，OH-过量,Al（OH）3又溶解生成Al，所以，NaOH的量应当是生成沉淀Al（OH）3和溶解Al（OH）3所用的NaOH的和。Al、Al2O3、Al（OH）3都能跟酸作用，也都能跟碱作用；不溶性碱受热都易发生分解反应。 例4已知CO2通入NaAl(OH)4(aq)中可能发生下列反应： 2NaAl(OH)4+CO2Na2CO3+2Al(OH)3+H2O NaAl(OH)4+CO2NaHCO3+Al(OH)3 又知，在一定条件下可实现下图所示物质之间的变化： 请填写以下空白： (1)孔雀石的主要成分是Cu2 (OH)2CO3 (碱式碳酸铜)，受热易分解，上图中的F是_。 (2)明矾溶液与过量NaOH溶液反应的离子方程式是_。 (3)图中所得G和D都为固体，混合后在高温下发生反应，化学方程式为_。 (4)分别写出B与HCl(aq)和NaOH(aq)反应的离子方程式：_。 解析：(1)Cu(OH)2受热易分解，CuCO3受热也易反应，于是Cu(OH)2CuCO3的受热分解反应可由Cu(OH)2和CuCO3的受热分解反应而叠加：Cu(OH)2CuO+H2O 由题意，A为NaAl(OH)4(aq)，F为CuO、CO2之一，能与A发生反应，则F为CO2，那么G为CuO。 (2)明矾溶液中的Al3+与过量的OH反应，生成Al(OH)4 Al3+4OHAl(OH)4 (3)根据题给反应，可知A与F，即NaAl(OH)4(aq)与CO2反应生成HAl(OH)3沉淀，此沉淀分解产物B为Al2O3，Al2O3电解得到D为Al，D(Al)与G(CuO)可发生铝热反应： 2Al(OH)3Al2O3+3H2O 2Al2O3(熔) 4Al+3O2 2Al+3CuOAl2O3+3Cu (4)B为Al2O3，既能与HCl(aq)，又能与NaOH(aq)发生反应，离子方程式分别为 Al2O3+6H+3H2O+2Al3+ Al2O3+2OH+3H2O2Al(OH)4 答案：(1)CO2 (2)Al3+4OHAl(OH)4 (3)2Al+3CuOAl2O3+3Cu (4)Al2O3+6H+3H2O+2Al3+ Al2O3+2OH+3H2O2Al(OH) 深化升华 解题突破口的选择：根据明矾中的铝离子和过量的氢氧化钠反应的产物是Al(OH)4，孔雀石分解产生的CO2与之反应生成Al(OH)3沉淀，来推断各物质的成分。利用题目中所给信息，写出有关的化学方程式。