高中化学铝与铝合金学案.docx

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高中化学铝与铝合金学案

高中化学-铝与铝合金学案

[学习目标]　1.能从物质类别，元素化合价的角度，依据复分解反应规律和氧化还原反应原理，预测铝及其化合物的性质及物质之间的转化，设计实验进行初步验证，并能分析、解释有关实验现象，设计制备、分离、检验等简单任务的方案。

2.了解Al、Al2O3、Al（OH）3的主要性质和用途。

一、铝与铝合金

1．铝的存在

铝在地壳中的含量仅次于

氧和

硅，居第三位。

在自然界中铝元素以

化合态存在。

2．铝的性质

（1）物理性质：

银白色固体，质

软，密度

小，导电性仅次于

金、

银和

铜。

（2）化学性质

①铝与非金属的反应

铝与O2反应：

铝在氧气中燃烧的化学方程式为

4Al＋3O2

2Al2O3。

该反应的现象为：

发出耀眼的白光、放出大量的热。

②铝与酸的反应

与非氧化性酸：

如盐酸、稀硫酸等反应，离子方程式为

2Al＋6H＋

===2Al3＋＋3H2↑。

与氧化性酸：

如Al常温下遇冷的浓硫酸、浓硝酸会发生

钝化。

③铝与强碱溶液反应

铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为

2Al＋2NaOH＋

6H2O===2Na[Al（OH）4]＋3H2↑，离子方程式：

2Al＋2OH－＋

6H2O===2[Al（OH）4]－＋3H2↑。

④铝热反应

Al在高温下与Fe2O3反应的方程式为

2Al＋Fe2O3

2Fe＋Al2O3。

该反应常用于

焊接钢轨、冶炼难熔的金属等。

3．铝合金及其制品

（1）形成：

铝中加入其他元素（如铜、镁、硅、锌、锂等）熔合而形成铝合金。

（2）性能：

密度

小、强度

高、塑性

好、易于成型、制造工艺简单、成本低廉等。

二、铝的重要化合物

1．氢氧化铝[Al（OH）3]——两性氢氧化物

（1）物理性质

①色态：

白色胶状固体物质。

②溶解性：

几乎

不溶于水。

（2）实验室制备

①试剂：

常用Al2（SO4）3溶液（或AlCl3溶液）与

氨水反应制取氢氧化铝。

②现象：

生成

白色沉淀，加过量氨水，沉淀不溶解。

③化学方程式：

AlCl3＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH4Cl。

④离子方程式：

Al3＋＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH

。

（3）化学性质

两性氢氧化物：

既能与

强酸反应，又能与

强碱反应的氢氧化物。

（4）用途

①能

凝聚水中的悬浮物并能吸附色素，可用来净水。

②利用其

弱碱性，可用作胃酸中和剂。

2．氧化铝（Al2O3）——两性氧化物

（1）物理性质

色态

溶解性

熔点

硬度

白色固体

难溶

很高

很大

（2）化学性质

Al2O3是两性氧化物，与强酸或强碱溶液都能反应生成盐和水。

两性氧化物：

既能与

强酸反应，又能与

强碱反应的氧化物。

（3）用途

①冶炼金属铝的原料。

②良好的耐火材料。

一、铝与铝合金　　　　　　　　　　　　　　　　　

[交流研讨]

1．依据前面学习的Na、Mg、Fe等的性质预测一下铝可能具有什么性质？

提示：

强的还原性，能与O2、Cl2、S、Br2、I2等非金属单质反应，能与酸反应，能与某些金属氧化物反应等。

2．铝是重要的金属材料之一，这可能与它具有的哪些性质有关？

提示：

空气中耐腐蚀、导电、导热性能良好，易与其他金属形成性能优良的合金。

[点拨提升]

1．铝与非金属单质的反应

（1）常温下，铝易与空气中的O2反应，生成Al2O3保护膜，因此Al在空气中具有抗腐蚀性。

（2）铝箔在空气中加热不燃烧，只能熔化成液体但不滴落。

其原因是铝箔表面生成的高熔点的氧化铝，包裹住内部熔化的铝，使内部的液态铝不能滴落；铝粉在空气中加热会剧烈燃烧。

（3）铝与S、Cl2也能发生反应，反应的化学方程式分别为2Al＋3S

Al2S3和2Al＋3Cl2

2AlCl3。

在Al与O2、S、Cl2的反应中，铝的化合价均由0变为＋3，均做还原剂。

2．铝热反应

[实验操作]

a．将两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状并套在一起，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，再与另一“纸漏斗”套在一起，架在铁架台的铁圈上，“纸漏斗”正下方放置盛有细沙的蒸发皿。

b．把5g干燥的三氧化二铁粉末和2g铝粉混合均匀，放在“纸漏斗”中，上面加少量氯酸钾并在混合物中插一根镁条。

c．用燃着的木条点燃镁条，观察发生的现象。

[实验记录]

[注意事项]

a．接反应产物的蒸发皿内要铺少量细沙，一是防止蒸发皿炸裂，二是防止生成的熔融物溅出。

b.铝粉和三氧化二铁要混合均匀，以使反应完全。

c.铝粉和三氧化二铁要干燥。

3．合金

（1）定义：

由两种或两种以上金属（或金属和非金属）熔合而成的具有金属特性的混合物。

（2）特点

①熔点：

合金的熔点一般比它的成分金属的熔点低。

②硬度：

合金的硬度一般大于其成分金属的硬度。

知识拓展

1．铝热反应的理解

（1）铝热反应：

铝与某些难熔金属氧化物高温条件下发生的置换反应称为铝热反应。

（2）铝热剂：

铝粉与难熔金属氧化物的混合物称为铝热剂。

（3）铝热反应的原理：

利用金属铝的强还原性，铝单质与其他金属氧化物之间发生置换反应，产生大量的热。

（4）铝热反应的应用：

铝与氧化铁反应放出大量热，该反应常用于焊接钢轨等。

（5）铝还可以置换出V2O5、Cr3O4中的V和Cr，其反应方程式分别为10Al＋3V2O5

6V＋5Al2O3,8Al＋3Cr3O4

9Cr＋4Al2O3。

2．铝与强碱溶液反应的实质

铝与强碱溶液的反应，不是铝直接与强碱反应，而是铝先与强碱溶液中的H2O反应生成Al（OH）3，Al（OH）3再与强碱反应生成四羟基合铝酸盐。

如铝与NaOH溶液反应的过程为2Al＋6H2O===2Al（OH）3＋3H2↑，Al（OH）3＋NaOH===Na[Al（OH）4]。

因此在反应2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al（OH）4]＋3H2↑中，氧化剂是H2O，还原剂是Al；NaOH的作用是把Al与水反应表面生成的Al（OH）3溶解掉，使Al继续与H2O反应，因此，无强碱该反应不能进行到底。

[练习与活动]

1．合金是一类用途广泛的金属材料，下列物质中不属于合金的是（　　）

A．钢B．青铜C．黄铜D．水银

答案　D

解析　钢为Fe和C等的合金；青铜为Cu与Sn等的合金；黄铜为Cu与Zn等的合金；水银为汞（Hg）单质。

2．甲、乙两烧杯中各盛有100mL3mol·L－1的盐酸和氢氧化钠溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后测得生成的气体体积比为1∶2，则加入的铝粉质量为（　　）

A．5.4gB．3.6gC．2.7gD．1.8g

答案　A

解析　由6HCl＋2Al===2AlCl3＋3H2↑和2NaOH＋2Al＋6H2O===2Na[Al（OH）4]＋3H2↑可知，两份等质量的Al都完全反应时，生成的H2也等量，消耗的HCl与NaOH不等量。

实际上HCl、NaOH都为0.3mol，且生成H2的体积比为1∶2，则甲中HCl不足，Al过量；乙中NaOH过量，Al不足。

生成H2的物质的量之比为1∶2，参加反应的Al的物质的量之比也为1∶2。

与0.3molHCl反应的Al为2.7g，与NaOH溶液反应的Al为5.4g。

3．研究发现用铝热法可从下列氧化物中冶炼出有关金属，若要得到等物质的量的有关金属单质，需消耗单质铝最多的是（　　）

A．MnO2B．V2O5C．Cr2O3D．WO3

答案　D

解析　根据氧化还原反应中化合价升高的总价数等于化合价降低的总价数可知：

化合价降低最多的消耗的铝最多，MnO2（＋4－0），V2O5（＋5－0），Cr2O3（＋3－0），WO3（＋6－0），WO3消耗铝最多。

方法技巧

金属铝与酸、碱反应生成H2的量的关系

（1）反应原理

反应原理

（2）量的关系

定量关系

①等量的Al分别与足量的盐酸和NaOH溶液反应产生H2的量相等，此时消耗HCl与NaOH的物质的量之比为3∶1。

②足量的铝与等物质的量的HCl和NaOH溶液反应，产生H2的物质的量之比为1∶3，此时消耗Al的物质的量之比也为1∶3。

③一定量的Al分别和一定量的盐酸和NaOH溶液反应，若

<

<1，则必定：

a.铝与盐酸反应时，铝过量，而盐酸不足；b.铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而氢氧化钠过量。

二、铝的重要化合物

[交流研讨]

铝表面有一层氧化物保护膜，因此可以用铝制器皿盛放醋、酸梅汤和Na2CO3溶液，你认为这种方式可以吗？

提示：

不可以，因为表面的Al2O3能与酸或碱反应而溶解掉，使Al与溶液中的酸或碱反应而被腐蚀。

Na2CO3能与H2O反应生成少量的NaOH。

[点拨提升]

1．Al2O3、Al（OH）3既能与强酸反应，又能与强碱反应，而NaHCO3、（NH4）2CO3等也既能与强酸反应，又能与强碱反应，但不是两性物质。

2．Al2O3的性质及应用

（1）因为Al2O3既能溶于酸，又能溶于碱，所以不能长时间用铝制炊具盛放酸性、碱性食品。

（2）涉及Al2O3的分离除杂大多是利用Al2O3的两性来实现的，如Fe2O3中混有Al2O3，除去Al2O3的方法就是向混合物中加入足量NaOH溶液，使Al2O3转化为可溶性的Na[Al（OH）4]，然后过滤、洗涤、干燥沉淀，即得到纯净的Fe2O3。

（3）工业上常采用电解熔融Al2O3的方法冶炼金属铝。

（4）由于Al2O3的熔点很高，常用来制耐火材料，如耐火砖、耐火管、坩埚等。

天然刚玉的成分是Al2O3，可制作各种宝石。

3．Al（OH）3的性质与制备

（1）Al（OH）3的不稳定性

Al（OH）3在煅烧或加热时易分解：

2Al（OH）3

Al2O3＋3H2O。

（2）Al（OH）3的制备

由于Al（OH）3能溶于NaOH溶液中，若用NaOH溶液制备Al（OH）3，加入NaOH溶液的量不易控制；若加入太多，则得不到Al（OH）3沉淀；若加入太少，溶液中生成Al（OH）3的量也很少。

Al（OH）3不溶于氨水，反应易控制，故用氨水制备Al（OH）3更好。

知识拓展

有关Al（OH）3沉淀的图像分析

[练习与活动]

4．在①Al2O3　②Al（OH）3　③Na2CO3　④NH4HCO3

4种物质中，与盐酸和氢氧化钠溶液均可反应的是（　　）

A．①②③B．①②④C．①③④D．②③④

答案　B

解析　Al2O3、Al（OH）3为两性化合物，均可与盐酸、NaOH溶液反应；Na2CO3能与盐酸反应，但不能与NaOH溶液反应；NH4HCO3与盐酸反应的化学方程式为NH4HCO3＋HCl===NH4Cl＋H2O＋CO2↑，与足量NaOH溶液反应的化学方程式为NH4HCO3＋2NaOH===Na2CO3＋NH3·H2O＋H2O。

5．向20mLAlCl3溶液中滴入2mol·L－1NaOH溶液时，沉淀质量与所滴加NaOH溶液体积（mL）关系如图所示：

（1）图中A点表示的意义是_______________________________________。

（2）图中B点表示的意义是__________________________________。

（3）上述两步用总的离子方程式可表示为____________________。

（4）假设溶液中有0.39gAl（OH）3沉淀，则此时用去NaOH溶液的体积为

________。

答案　

（1）滴入NaOH溶液在A点时产生的沉淀量最大

（2）滴入NaOH溶液沉淀恰好完全溶解

（3）Al3＋＋4OH－===[Al（OH）4]－

（4）7.5mL或17.5mL

解析　A点表示沉淀量最大，B点表示沉淀完全溶解，有0.39gAl（OH）3沉

淀，即0.005molAl（OH）3沉淀时，加入NaOH的量有两种可能：

一种可能：

加入NaOH的量不足时，生成0.005molAl（OH）3，需要0.015molNaOH，即7.5mLNaOH溶液。

另一种可能：

加入过量的NaOH，首先使Al3＋全部生成Al（OH）30.01mol，然后又溶解掉0.005molAl（OH）3，共需要NaOH0.035mol，即17.5mL。

方法技巧

有关Al（OH）3图像的解题关键

（1）“一看”（图像）

①看面：

弄清横、纵坐标轴及坐标含义。

②看线：

弄清线的走向，变化趋势及线的陡与平。

③看点：

弄清曲线上点的含义，特殊点，如曲线的起点、交点、拐点、最高点、最低点等。

④看量的变化：

滴加的顺序及用量，加入酸或碱能否溶解Al（OH）3，多种沉淀产生时，仔细分析相关量。

⑤看是否要作辅助线。

（2）“二想”：

联想所涉及的反应方程式。

（3）“三判”：

通过分析，巧用规律（定量反应关系），作出正确判断。

本课小结