最新高中化学专题3从矿物到基础材料第一单元从铝土矿到铝合金第1课时铝及铝合金学案苏教必修11.docx

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最新高中化学专题3从矿物到基础材料第一单元从铝土矿到铝合金第1课时铝及铝合金学案苏教必修11

【2019最新】高中化学专题3从矿物到基础材料第一单元从铝土矿到铝合金第1课时铝及铝合金学案苏教必修1

（1）

知识内容

必考要求

加试要求

1.铝的重要性质（跟酸、碱反应，铝热反应，钝化现象）。

2．铝合金。

b

a

目标

定位

1.根据铝的原子结构，会分析铝具有较强的还原性，知道铝能与非金属、酸、碱反应。

2．认识铝在化学性质上与其他常见金属的相似与不同。

3．了解铝及其合金的性能及应用。

一　铝的性质

1．物理性质

铝是银白色的金属，密度较小，有较强的韧性和延展性，熔点较低，硬度较小，有良好的导电、导热性。

2．化学性质

（1）铝与O2反应

①铝是非常活泼的金属，极易与氧气反应，其化学方程式是4Al＋3O2===2Al2O3。

但生活中许多铝制品却很耐腐蚀，这是因为常温下铝在空气中极易与氧气反应，表面生成致密的氧化铝薄膜并牢固的覆盖在铝表面，能阻止氧气等与铝进一步反应，因而铝具有很强的抗腐蚀性。

②如果将铝丝加强热后插入到纯氧中会观察到铝丝剧烈燃烧，并产生耀眼的白光，最后得到白色块状固体。

反应的化学方程式是4Al＋3O22Al2O3。

（2）铝与酸、碱的反应

①将两小块用砂纸打磨过的铝条分别放入两支洁净的试管中，再向试管中分别加入浓硝酸、浓硫酸，观察铝片能否溶解？

有无气体产生？

答案　铝片不溶解，无气体产生。

②在两支试管中分别加入5mL盐酸和5mLNaOH溶液，再分别放入一小片铝片，观察到的现象是铝片逐渐溶解，有气泡产生；用手小心触摸试管外壁有热感（反应放热）；一段时间后，将点燃的木条分别放在试管口部，发生的现象是产生爆鸣声。

由此可说明反应过程中有H2产生。

③由以上实验可知，铝既能与盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应，二者均生成氢气。

a．铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式是2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。

b．铝与盐酸反应的离子方程式是2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。

（3）铝热反应

如下图所示，用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起。

使四周都有四层。

把内层纸漏斗取出，在底部剪一个小孔，用水润湿，再跟另一纸漏斗套在一起，架在铁圈上，下面放置盛沙的蒸发皿。

把5g炒干的氧化铁粉末和2g铝粉混合均匀，放在纸漏斗中，上面加上少量氯酸钾并在混合物中间插一根镁条，用小木条点燃镁条，观察发生的现象。

通过以上实验信息，回答下列问题：

①写出该反应的化学方程式：

_____________________________________________________

_________________________________；并指出：

____________是氧化剂，____________是还原剂，该反应称为______________。

②选出该实验的实验现象（将字母填写在横线上）：

______________________________。

a．镁条剧烈燃烧　b．放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射　c．纸漏斗的下部被烧穿　d．熔落物能够被磁铁吸引

③如何用简单的方法证明生成物为金属铁？

答案　①Fe2O3＋2AlAl2O3＋2Fe　Fe2O3　Al

铝热反应　②abcd

③用磁铁吸引生成物，如磁铁上有黑色物质被吸附，则证明生成物中有金属铁。

归纳总结

铝的性质

（1）除O2外，Cl2、S、Br2、I2等许多非金属单质也能在一定条件下与Al反应。

（2）在冷的浓硫酸、浓硝酸中铝的表面会迅速生成一层致密的氧化膜而停止反应，我们把这种现象称为铝的钝化。

因此，浓硝酸、浓硫酸可贮存在铝制容器中，亦可用铝制槽车运输。

（3）铝与酸、碱溶液反应的比较

①还原剂均为Al,1molAl失去电子数目均为3mol，与酸反应产物为Al3＋，与碱溶液反应产物为AlO。

②相同质量的铝分别与足量盐酸溶液和氢氧化钠溶液完全反应后，在相同条件下产生氢气的体积比是1∶1。

③产生相同量的H2，所需HCl和NaOH的物质的量之比为3∶1。

（4）铝粉和某些金属氧化物（如Fe3O4、CuO、MnO2、Cr2O3、V2O5等）组成的混合物叫铝热剂，在高温下发生铝热反应，可用来冶炼难熔的相对较不活泼的金属（如V、Cr、Mn）、焊接钢轨等。

[提醒]　

（1）常温下，Al在浓HNO3、浓H2SO4中的钝化是发生化学反应的结果，而不是未发生反应。

（2）Al不能与NH3·H2O等弱碱反应，也不能与H2CO3等很弱的酸反应。

1．下列关于铝单质的叙述中正确的是（　　）

A．由于铝在空气中不会锈蚀，所以铝制品的使用寿命都很长

B．由于铝具有强还原性，所以常用铝来冶炼某些高熔点金属

C．常温下，铝被浓硫酸钝化，所以可用浓硫酸除去铝表面的铜镀层

D．由于铝的导电性能比铜强，所以常用铝制造电线、电缆

答案　B

解析　铜在加热的条件下才能与浓硫酸反应，加热时浓硫酸能与铝反应；铜的导电性能比铝强。

2．把铝粉和氧化亚铁粉末配成铝热剂，分成两等份，一份在高温下恰好完全反应后，再与足量盐酸反应，另一份直接放入到足量的烧碱溶液中充分反应；前后两种情况下生成的气体质量比是（　　）

A．3∶2B．2∶3

C．1∶1D．28∶9

答案　C

解析　本题应分析两个过程中电子转移的数目。

铝置换出铁，铁再和盐酸反应生成H2和铝直接与烧碱反应生成H2，转移的电子数目相同，化学方程式如下：

2Al＋3FeOAl2O3＋3Fe,3Fe＋6HCl===3FeCl2＋3H2↑；2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑；由此可看出两种情况下生成的气体的质量比为1∶1。

二　铝合金及其应用

1．金属铝与其他金属（或非金属）熔合形成铝合金。

铝合金具有密度小，强度高，塑性好等优点。

2．铝及合金其优良的物理性质决定其重要用途，请把以下左栏列举的铝的重要用途与右栏列举的有关铝的性质用线连起来：

归纳总结

合金的熔点低于成分金属，铝合金中的铝可能与盐酸、NaOH溶液反应。

3．京沪高铁是世界上一次性建成的最长高速铁路。

高铁车厢大部分采用铝合金材料制造，这是因为铝合金（　　）

A．比纯铝熔点高

B．具有比较活泼的化学性质

C．各种成分在自然界中含量丰富，容易获取

D．质量轻，强度大，抗腐蚀能力比较强

答案　D

解析　A项，铝合金的熔点比纯铝低，错误；B项，作为制造车厢的材料铝合金抗腐蚀能力较强，即化学性质比较稳定，错误；C项，铝的含量较丰富，但却不容易获取，制取金属铝需消耗很多能量，错误；D项正确。

4．铝合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑材料，主要用于制作窗框、卷帘门、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

答案　B

1．足量下列物质与相同质量的铝反应，放出氢气且消耗溶质物质的量最少的是（　　）

A．氢氧化钠溶液B．稀硫酸

C．盐酸D．浓硝酸

答案　A

解析　本题考查金属铝的性质，意在考查学生运用元素化合物知识的能力。

根据关系式：

2Al～2NaOH,2Al～3H2SO4,2Al～6HCl，A项正确，B、C项错误；浓硝酸会使Al发生钝化，不会放出氢气。

2．下列有关金属铝的叙述正确的是（　　）

A．铝在常温下不能与氧气反应

B．铝不能与氯气反应

C．铝能置换出Fe、Cr、Mn等金属，是因为铝的还原性强且铝转化为氧化铝时放出大量的热

D．铝槽车能贮存浓硫酸、浓盐酸，铝合金是制造门窗、汽车、飞机的重要材料

答案　C

解析　铝在常温下能与O2反应（表面生成氧化膜），A项错；铝与氯气能反应，B项错；铝与FexOy、Cr2O3、MnO2等发生铝热反应，C项正确；铝槽车不能贮存浓盐酸，D项错。

3．两份铝屑，第一份与足量盐酸反应，第二份与足量NaOH溶液反应，产生氢气的体积比为1∶2，则第一份与第二份铝屑的质量比为（　　）

A．1∶1B．1∶2

C．1∶3D．2∶1

答案　B

解析　铝与足量的酸或碱反应，相同质量的铝产生等量的氢气，故氢气的体积比即为铝的质量比。

4．用铝热法还原下列化合物，制得金属各1mol时，消耗铝的量最少的是（　　）

A．MnO2B．WO3

C．Co3O4D．Cr2O3

答案　C

解析　比较生成1mol金属时转移的电子数目即可得出答案。

由“MnO2→Mn（降4价）、WO3→W（降6价）、Co3O4→Co（降价）、Cr2O3→Cr（降3价）”可知，生成1mol金属时，Co的化合价降低最少即得电子数最少，因而消耗的Al最少（耗Al量由多到少的顺序是B＞A＞D＞C）。

5．下列说法不正确的是________（填序号）。

（1）铝和盐酸、NaOH溶液的反应中，铝作还原剂。

（2）等质量的铝与足量的盐酸、NaOH溶液反应放出的H2物质的量相等。

（3）等体积等物质的浓度的盐酸、NaOH溶液与过量的Al反应，产生H2的物质的量相等。

（4）铝与NaOH溶液反应中，每转移3mole－，就生成1.5molH2。

答案　（3）

解析　（3）由反应2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑可知，等物质的量的盐酸和NaOH与足量的Al反应，放出H2的体积比为1∶3。

6．在铝质易拉罐中收集满CO2气体，然后在其中倒入10mL浓NaOH溶液，并迅速用胶带将易拉罐口封住，能够观察到的实验现象是易拉罐突然变瘪了，可经过一段时间之后，又可以观察到的现象是_______________________________________________________

________________________________________________________________________。

试解释易拉罐变瘪的原因：

________________________________________________；

并解释后一现象的原因：

___________________________________________________

________________________________________________________________________。

写出反应过程中的两个离子方程式__________________________________________、

________________________________________________________________________。

答案　易拉罐又鼓起来　易拉罐中的CO2与浓NaOH反应，致使易拉罐内气压降低，从而使易拉罐被大气压压瘪NaOH溶液与易拉罐（Al）反应产生H2，随着易拉罐内H2的量增多，易拉罐内气压增大　CO2＋2OH－===CO＋H2O　2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑

解析　易拉罐的材质是铝，本题应从CO2、铝与NaOH的反应入手分析，结合气体压强变化，从而得出结论。

课时作业

[经典基础题]

1．除去镁粉中混有的少量铝粉，可选用的试剂是（　　）

A．稀盐酸B．稀硫酸

C．氢氧化钠溶液D．氨水

答案　C

解析　Mg、Al都是较活泼的金属，与盐酸、稀硫酸均能发生反应，但与氨水都不反应，Al能与NaOH溶液反应，而Mg不能，故可用NaOH溶液除去Mg中含有的Al杂质。

2．将足量的铝粉分别投入等物质的量浓度的NaOH溶液和盐酸中，等反应结束后，两者产生的气体在相同状况下占有相同的体积。

下列叙述正确的是（　　）

A．消耗的铝的质量相等

B．NaOH溶液和盐酸的体积相等

C．两反应中转移的电子数不相等

D．反应后两溶液混合会产生白色沉淀且溶液中的溶质只有NaCl

答案　A

解析　两者产生的氢气的物质的量相等，转移电子数相等，由电子守恒知消耗的铝的质量也相等，故A项正确，C项不正确；由2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑知，消耗的HCl和NaOH的物质的量不相等，故B项不正确。

3．若在加入铝粉能放出氢气的溶液中，分别加入下列各组离子，一定能大量共存的是（　　）

A．NH、SO、CO、K＋

B．Na＋、Ba2＋、Ca2＋、HCO

C．Mg2＋、NO、K＋、Cl－

D．K＋、Cl－、Na＋、SO

答案　D

解析　铝既能与酸反应放出氢气又能与强碱反应放出氢气，则加入铝粉能放出氢气的溶液中可能含H＋，也可能含OH－。

分别加入各组离子，一定能大量共存，是指各组离子应与H＋和OH－都能共存。

A项中，NH与OH－生成NH3·H2O，CO与H＋生成CO2；B项中，HCO与H＋、OH－都能发生反应；C项中，Mg2＋与OH－不能共存；D项中，各离子与H＋和OH－都不发生反应，符合要求。

4．下列关于铝的性质的说法中错误的是（　　）

A．铝的表面能形成致密的氧化膜，因此铝难被腐蚀

B．铝能溶解于冷的浓硝酸，被氧化成硝酸铝

C．铝能溶解于NaOH溶液，生成偏铝酸钠和氢气

D．铝能在氯气中燃烧，生成三氯化铝

答案　B

解析　铝极易和氧气反应生成致密的氧化物薄膜而阻止铝进一步被氧化，故A正确；常温下，铝和浓硝酸、浓硫酸发生钝化而生成一层致密的氧化物薄膜，阻止其进一步被氧化，故B错误；铝能和强酸、强碱反应，能和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，故C正确；氯气具有强氧化性，能氧化具有还原性的物质，所以铝在氯气中燃烧生成氯化铝，故D正确。

5．ag钠、铝的混合物，投入bg水中，反应停止后得到的沉淀有cg，则溶液中溶质为（　　）

A．NaOHB．NaAlO2

C．NaOH和NaAlO2D．无法确定

答案　B

解析　Na、Al混合物投入水中，发生反应：

2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，最后得到的沉淀不可能有Na，只能是Al，则溶液中不含有NaOH，只能含NaAlO2。

6．把铝粉和Fe3O4粉末配成铝热剂并分成两等份，第一份在高温下恰好完全反应，然后将生成物与足量盐酸充分反应，第二份直接加入足量的氢氧化钠溶液使之充分反应，前后两种情况下生成的气体在相同状况下的体积比是（　　）

A．3∶8B．8∶3C．3∶4D．4∶3

答案　C

解析　铝热剂分成两等份后，第一份在高温下恰好完全反应，8Al＋3Fe3O49Fe＋4Al2O3，然后将生成物与足量盐酸充分反应，只有Fe与盐酸反应产生气体，Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，即关系式为8Al～9Fe～9H2；第二份直接加入足量的NaOH溶液使之充分反应，发生反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，则8Al～12H2，则前后两种情况下生成的气体在相同状况下的体积比为9∶12＝3∶4。

7．将5.4gAl投入到200mL2.0mol·L－1的某溶液中有氢气产生，充分反应后有金属剩余，该溶液可能为（　　）

A．NaOH溶液B．Ba（OH）2溶液

C．H2SO4溶液D．HCl溶液

答案　D

解析　5.4gAl的物质的量为＝0.2mol；

0．2molAl能分别与0.2molNaOH、0.1molBa（OH）2、0.3molH2SO4、0.6molHCl完全反应放出H2，只有盐酸的量不足。

8．铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应，当两个反应放出的气体在相同状况下体积相等时，反应中消耗的HCl和NaOH物质的量之比为（　　）

A．1∶1B．2∶1

C．3∶1D．1∶3

答案　C

解析　金属铝无论是与酸还是与碱反应，铝与氢气的关系式均为2Al～3H2，利用此特点可以很方便地进行有关的计算。

2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑

2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

根据以上两个化学方程式可知，放出等量气体时消耗HCl和NaOH的物质的量之比为3∶1。

9．等体积、等物质的量浓度的盐酸、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3∶4。

则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是（　　）

A．甲、乙中都是铝过量

B．甲中铝过量，乙中碱过量

C．甲中酸过量，乙中铝过量

D．甲、乙中都是铝不足

答案　B

解析　若Al与盐酸和NaOH溶液反应消耗Al的质量相同，则反应放出H2的体积相等。

实际放出H2的体积比为3∶4，证明盐酸消耗铝少，而NaOH溶液消耗铝多；由反应2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑可知：

由于盐酸和NaOH的物质的量相等，铝与盐酸反应，铝过量，铝与NaOH溶液反应，铝不足。

10．将钠和铝的混合物0.2mol溶于足量的盐酸中，产生3136mL（标准状况）氢气，则钠和铝的物质的量之比为（　　）

A．1∶3B．3∶1C．4∶1D．1∶4

答案　C

解析　标准状况下3136mLH2的物质的量为

＝0.14mol。

设混合物中钠和铝的物质的量分别为x、y

2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑

2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑

则　解之得

故Na和Al的物质的量之比为4∶1。

[能力提升题]

11．某无色透明溶液能与金属铝反应放出H2。

试判断下列离子：

Mg2＋、Cu2＋、Ba2＋、H＋、Ag＋、SO、CO、HCO、OH－、NO，哪些能大量共存于此溶液中？

（1）当生成Al3＋时，能大量存在的是___________________________________________。

（2）当生成AlO时，能大量存在的是__________________________________________。

答案　

（1）H＋、Mg2＋、SO　

（2）OH－、Ba2＋、NO

解析　无色溶液则一定无Cu2＋，当生成Al3＋时，为强酸性溶液，且反应放出H2，阴离子只能有SO，则一定无CO、HCO、NO、OH－、Ba2＋、Ag＋。

当生成AlO时，为强碱性溶液，阳离子只能有Ba2＋，则一定无Mg2＋、Ag＋、H＋、HCO、SO、CO。

12．A、B、C、D、E五种物质均含有某种常见金属元素，它们的转化关系如下图所示，其中B为白色难溶固体，E易溶于水。

（1）写出下列物质的化学式：

A________、B________、C________、D________。

（2）写出下列反应的化学方程式：

B―→C________________________________________________________________________。

B―→D________________________________________________________________________。

（3）写出下列反应的离子方程式：

A―→D________________________________________________________________________。

C―→D________________________________________________________________________。

答案　

（1）Al（OH）3　Al2O3　Al　AlCl3

（2）2Al2O34Al＋3O2↑

Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O

（3）Al（OH）3＋3H＋===Al3＋＋3H2O

2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑

解析　

13．某学习小组用下图所示装置测定铝镁合金中铝的质量分数和铝的相对原子质量。

（1）A中试剂为________。

（2）实验前，先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻，其目的是

________________________________________________________________________。

（3）将药品和水装入各仪器中，连接好装置后，需进行的操作还有①记录C的液面位置；②将B中剩余固体过滤、洗涤、干燥、称重；③待B中不再有气体产生并恢复至室温后，记录C的液面位置；④由A向B中滴加足量试剂；⑤检查气密性，上述操作的顺序是____________（填序号）；记录C的液面位置时，除视线平视外，还应__________________________________。

（4）B中发生反应的化学方程式为___________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）若实验用的铝镁合金的质量为ag，测得氢气体积为bmL（已换算为标准状况），B中剩余固体的质量为cg，则铝的相对原子质量为________。

（6）实验过程中，若未洗涤过滤所得的不溶物，则测得铝的质量分数将______（填“偏大”“偏小”或“不受影响”）。

答案　

（1）NaOH溶液

（2）除去铝镁合金表面的氧化膜

（3）⑤①④③②　使D和C中的液面相平

（4）2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

（5）　（6）偏小

解析　

（1）铝镁合金中二者都与酸反应，但铝与碱反应而镁不与碱反应，所以A中的试剂应选择NaOH溶液。

（2）实验之前，将合金在稀酸中浸泡片刻，其目的是除去合金表面的氧化物保护膜。

（3）实验装置包括反应装置和排液量气装置，注意气密性检查应该在装药品之前。

（5）铝的相对原子质量可利用产生的氢气求解，M＝＝＝。

（6）如果在实验过程中未洗涤固体，则残留物质量偏大，铝的质量偏小，则测得铝的质量分数结果偏小。

14．为确定某铝热剂（含氧化铁和铝）的组成，分别进行下列实验：

（1）若取ag样品，向其中加入足量的NaOH溶液，测得生成的气体（标准状况，下同）体积为bL。

反应的化学方程式是_____________________________________________________________；样品中铝的质量为________g。

（2）另取ag样品将其点燃，恰好完全反应，该反应的化学方程式是2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3，氧化铁与铝的质量比是________。

（3）待

（2）中反应产物冷却后，加入足量盐酸，测得生成的气体体积为cL，该气体与

（1）中所得气体的体积比c∶b＝________。

答案　

（1）2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑　　

（2）80∶27　（3）2∶3

解析　

（1）铝热剂中的铝与NaOH反应，铝与氢气的关系式为

2Al　　～　　3H2

（2×27）g（3×22.4）L

m（Al）bL

所以：

m（Al）＝g＝g。

（2）根据反应：

2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3，氧化铁与铝的质量比为m（Fe2O3）∶m（Al）＝160∶54＝80∶27。

（3）在铝热反应后的生成物中加入足量盐酸，Al2O3、Fe均与盐酸发生反应，但只有盐酸与Fe反应时才放出气体。

Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，要知道放出多少气体，必须知道铁的质量或Fe2O3的质量，但题目要求的是Al与NaOH溶液、Fe与盐酸产生H2体积比，只要知道铝热剂中Al与Fe的物质的量之比