2019_2020學年高中化學第4章材料家族中的元素第2節(jié)第1課時鋁與鋁合金學案魯科版必修.docx

鋁與鋁合金核心素養(yǎng)發(fā)展目標根據(jù)生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用實例或通過實驗探究，了解鋁及其重要化合物的主要性質(zhì)。一、鋁鋁是一種銀白色固體，硬度較小，密度為2.7_gcm3，熔點為660.4_，沸點為2_467_。導電性僅次于銀、銅和金。1.鋁與氧氣反應(yīng)(1)實驗探究：用鑷子夾住一小團脫脂棉，蘸上一些鋁粉，在酒精燈上點燃，并立即伸入盛有O2的集氣瓶中(瓶底放一些細沙)，觀察到鋁粉劇烈燃燒，放出大量的熱和耀眼的白光，最后得到白色固體，反應(yīng)方程式為4Al3O22Al2O3。(2)鋁是非?；顫姷慕饘?，極易與氧氣反應(yīng)，但生活中許多鋁制品很耐腐蝕，這是因為常溫下鋁在空氣中極易與氧氣反應(yīng)，表面生成致密的氧化鋁薄膜，能阻止氧氣與鋁進一步反應(yīng)。2.鋁熱反應(yīng)如圖所示，用兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀并套在一起。使四周都是四層。把內(nèi)層“紙漏斗”取出，在底部剪一個小孔，用水潤濕，再跟另一“紙漏斗”套在一起，架在鐵架臺的鐵圈上，下面放置盛有細沙的蒸發(fā)皿。把5g干燥的氧化鐵粉末和2g鋁粉混合均勻，放在“紙漏斗”中，上面加上少量氯酸鉀并在混合物中間插一根鎂條，用燃著的小木條點燃鎂條，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。通過以上實驗信息，回答下列問題：(1)選出該實驗的實驗現(xiàn)象：(將序號填寫在橫線上)。鎂條劇烈燃燒放出大量的熱，并發(fā)出耀眼的光芒，火星四射“紙漏斗”的下部被燒穿熔落物能夠被磁鐵吸引(2)寫出該反應(yīng)的化學方程式：Fe2O32AlAl2O32Fe，并指出：Fe2O3是氧化劑，Al是還原劑，該反應(yīng)稱為鋁熱反應(yīng)。(3)寫出下列操作或物質(zhì)的作用：內(nèi)層“紙漏斗”底部剪一個孔：使熔融物易于落下；蒸發(fā)皿盛沙：防止濺落物炸裂蒸發(fā)皿；鎂條：引起KClO3分解，為鋁熱反應(yīng)提供熱量；氯酸鉀：助燃劑。(4)如何用簡單的方法證明生成物為金屬鐵？用磁鐵吸引生成物，如果磁鐵上有黑色物質(zhì)被吸附，則證明生成物中有金屬鐵。3.鋁與酸或堿反應(yīng)(1)將兩小塊用砂紙打磨過的鋁條分別放入兩支潔凈的試管中，再向試管中分別加入濃硝酸、濃硫酸，觀察鋁片能否溶解？有無氣體產(chǎn)生？答案鋁片不溶解，無氣體產(chǎn)生。(2)在兩支試管中分別加入5mL鹽酸和5mLNaOH溶液，再分別放入一小片鋁片，觀察到的現(xiàn)象是鋁片逐漸溶解，有氣泡產(chǎn)生；用手小心觸摸試管外壁有熱感(反應(yīng)放熱)；一段時間后，將點燃的木條分別放在試管口部，發(fā)生的現(xiàn)象是產(chǎn)生爆鳴聲。由此可說明反應(yīng)過程中有H2產(chǎn)生。(3)由以上實驗可知，鋁既能與鹽酸反應(yīng)，又能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，二者均生成氫氣。鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學方程式是2Al2NaOH6H2O=2NaAl(OH)43H2，氧化劑是H2O，還原劑是Al，氧化產(chǎn)物是NaAl(OH)4。鋁與鹽酸反應(yīng)的離子方程式是2Al6H=2Al33H2，氧化劑是H，還原劑是Al，氧化產(chǎn)物是Al3。例1下列關(guān)于金屬鋁的敘述中，說法不正確的是()A.鋁的化學性質(zhì)很活潑，但在空氣中不易被腐蝕B.鋁是比較活潑的金屬，在化學反應(yīng)中容易失去電子，表現(xiàn)出還原性C.鋁箔在空氣中受熱可以熔化，但由于氧化膜的存在，熔化的鋁并不滴落D.用砂紙打磨的鋁箔在空氣中受熱可以熔化，且發(fā)生劇烈燃燒答案D解析鋁在空氣中易與氧氣反應(yīng)，生成一層穩(wěn)定的致密氧化膜，而不易被腐蝕；鋁箔在空氣中受熱可以熔化，但形成的氧化膜使得鋁與氧氣不再反應(yīng)，而使鋁不能燃燒。例2足量下列物質(zhì)與相同質(zhì)量的鋁反應(yīng)，放出氫氣且消耗溶質(zhì)物質(zhì)的量最少的是()A.氫氧化鈉溶液B.稀硫酸C.鹽酸D.稀硝酸答案A解析設(shè)鋁為1mol,1mol鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成NaAl(OH)4，消耗1molNaOH；1mol鋁與稀硫酸反應(yīng)生成Al2(SO4)3，消耗1.5mol硫酸；1mol鋁與鹽酸反應(yīng)生成AlCl3，消耗3mol鹽酸；硝酸與金屬鋁反應(yīng)不生成氫氣。二、氧化鋁和氫氧化鋁1.氧化鋁是一種兩性氧化物，既能與酸(如鹽酸)反應(yīng)，又能與堿(如NaOH溶液)反應(yīng)。(1)與鹽酸反應(yīng)的化學方程式是Al2O36HCl=2AlCl33H2O，離子方程式是Al2O36H=2Al33H2O。(2)與NaOH溶液反應(yīng)的化學方程式是Al2O32NaOH3H2O=2NaAl(OH)4，離子方程式是Al2O32OH3H2O=2Al(OH)4。2.實驗室制備氫氧化鋁的方法：在試管中加入10mL0.5molL1的硫酸鋁溶液，逐滴加入氨水至過量。觀察到的實驗現(xiàn)象是產(chǎn)生白色膠狀沉淀；反應(yīng)的化學方程式是Al2(SO4)36NH3H2O=2Al(OH)33(NH4)2SO4，離子方程式是Al33NH3H2O=Al(OH)33NH。3.將上述反應(yīng)得到的沉淀分別裝在三支試管中：在第一支試管中滴加2molL1的鹽酸，觀察到的現(xiàn)象是白色沉淀逐漸溶解，反應(yīng)的離子方程式是Al(OH)33H=Al33H2O；在第二支試管中滴加2molL1的氫氧化鈉溶液，觀察到的現(xiàn)象是白色沉淀逐漸溶解，反應(yīng)的離子方程式是Al(OH)3OH=Al(OH)4；在第三支試管中滴加氨水，觀察到的現(xiàn)象是沉淀無變化(或不溶解)。實驗結(jié)論：Al(OH)3能溶于強酸、強堿溶液，但不溶于弱堿溶液。例3下列說法正確的是()A.將氧化鋁加入水中得到氫氧化鋁B.因為Al2O3是金屬氧化物，所以它是堿性氧化物C.Al2O3不能跟所有的酸、堿溶液反應(yīng)D.制備Al(OH)3懸濁液時，向1molL1AlCl3溶液中加過量的6molL1NaOH溶液答案C解析Al2O3難溶于水，不與水反應(yīng)；金屬氧化物與堿性氧化物是兩個不同的概念，二者沒有必然的聯(lián)系；Al2O3是兩性氧化物，Al2O3與強酸、強堿反應(yīng)，與弱酸、弱堿不反應(yīng)；Al(OH)3是兩性氫氧化物，可以和過量氫氧化鈉反應(yīng)生成四羥基合鋁酸鈉，故不能制備氫氧化鋁懸濁液。例4下列物質(zhì)AlNaHCO3Al2O3Mg(OH)2Al(OH)3(NH4)2CO3，既能與鹽酸反應(yīng)又能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化合物是()A.B.C.D.答案C解析Al既能與鹽酸反應(yīng)，又能與NaOH溶液反應(yīng)，但不是化合物；Mg(OH)2只與鹽酸反應(yīng)；NaHCO3、Al2O3、(NH4)2CO3、Al(OH)3既能與鹽酸反應(yīng)，又能與NaOH溶液反應(yīng)。易錯警示與強酸和強堿都反應(yīng)的化合物不一定都是兩性化合物，如碳酸氫鈉和碳酸銨不屬于兩性化合物。三、鋁合金及其制品1.合金是兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。其特點是硬度一般比它的各成分金屬的大；多數(shù)合金的熔點一般比它的各成分金屬的低；合金的化學性質(zhì)與成分金屬不完全相同；物理、化學和機械性能優(yōu)于各成分金屬。2.(1)形成：鋁中加入其他元素(如銅、鎂、硅、鋅、鋰等)熔合而形成鋁合金。(2)性能：密度小、強度高、塑性好、易于成型、制造工藝簡單、成本低廉等特點。例5(1)選擇填空：將鋁的用途與其性質(zhì)搭配起來(每個選項只選用一次)。A.質(zhì)輕B.延展性好C.易傳熱D.易導電E.氧化時放熱太陽能熱水器：_；飛機：_；焊接鐵軌：_；電纜：_；鋁箔：_。(2)佛山是有色金屬之鄉(xiāng)，其中鋁合金材料的產(chǎn)量約占全國的一半。鋁合金材料屬于_(填“純凈物”“混合物”或“單質(zhì)”)。答案(1)CAEDB(2)混合物解析(1)鋁在太陽能熱水器上的應(yīng)用是由于它的導熱性好。鋁合金硬度大、質(zhì)輕，是制造飛機的良好材料。鋁被氧化時放熱可做鋁熱劑，因而可用來焊接鐵軌。鋁用做電纜和鋁箔則分別是由于其導電性好和延展性好。(2)合金是由一種金屬跟其他一種或幾種金屬(或非金屬)一起熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。因此肯定是混合物。1.下列有關(guān)廚房鋁制品的使用中，你認為合理的是()A.盛放食醋B.燒煮開水C.用金屬絲擦洗表面的污垢D.用堿水洗滌答案B解析食醋中含有的醋酸呈酸性，能與鋁發(fā)生反應(yīng)而使其腐蝕；用金屬絲擦洗時會破壞鋁表面覆蓋的氧化鋁層，使鋁裸露在外繼續(xù)被腐蝕；而用堿水洗滌也同樣不行，因為鋁能跟堿反應(yīng)而被腐蝕。2.通常把鋁粉與某些金屬氧化物的混合物稱為鋁熱劑，下列氧化物中不能與鋁粉發(fā)生鋁熱反應(yīng)的是()A.MgOB.Fe3O4C.MnO2D.V2O5答案A解析鋁能還原比鋁活動性弱的金屬的氧化物。若是比鋁活動性強的金屬，其氧化物不能被還原。3.下列關(guān)于Al(OH)3的性質(zhì)敘述錯誤的是()A.受熱易分解生成Al2O3和H2OB.是難溶于水的白色膠狀物質(zhì)C.能凝聚水中的懸浮物，也能吸附色素D.既能溶于NaOH溶液、氨水，又能溶于鹽酸答案D解析Al(OH)3是兩性氫氧化物，能溶于酸，也能溶于NaOH、KOH等強堿，但Al(OH)3不能溶于氨水等弱堿。4.為了除去鐵粉中的少量鋁粉，可以選取下列哪種溶液()A.濃鹽酸B.濃硝酸C.濃硫酸D.濃氫氧化鈉溶液答案D解析鋁既能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，又能和鹽酸等反應(yīng)；鐵只能和酸反應(yīng)，和濃氫氧化鈉溶液不反應(yīng)。5.將等物質(zhì)的量的鎂和鋁混合，取等質(zhì)量該混合物四份，分別加到足量的下列溶液中，充分反應(yīng)后，放出氫氣最多的是()A.3molL1HClB.4molL1HNO3C.8molL1NaOHD.18molL1H2SO4答案A解析在鎂、鋁混合物中加入HNO3和濃H2SO4都不產(chǎn)生H2；加入NaOH溶液，只有Al與之反應(yīng)生成H2，而鎂不反應(yīng)；加入鹽酸，鎂、鋁都與鹽酸反應(yīng)生成H2，所以放出H2的量最多。6.鋁的表面鈍化可增加抗腐蝕能力，延長其使用壽命，以下為鋁材表面處理的一種方法：(1)堿洗的目的是除去鋁材表面的自然氧化膜，堿洗的時候常有氣泡冒出，發(fā)生的反應(yīng)有_、_(用離子方程式表示)。(2)為將堿洗槽液中的鋁以沉淀形式回收，最好向槽液中加入或通入下列試劑中的_(填字母)。A.NH3B.CO2C.NaOHD.HNO3(3)在我國南方許多城市，酸雨非常嚴重，這些城市使用的耐蝕鋁材受腐蝕非常嚴重，其原因是_。答案(1)2Al2OH6H2O=2Al(OH)43H2Al2O32OH3H2O=2Al(OH)4(2)B(3)在酸雨的作用下耐蝕鋁材表面的Al2O3會溶解，從而被腐蝕題組1鋁的性質(zhì)及應(yīng)用1.下列關(guān)于鋁的敘述中，不正確的是()A.鋁是地殼里含量最多的金屬元素B.在常溫下，鋁不能與氧氣反應(yīng)C.鋁是一種比較活潑的金屬D.在化學反應(yīng)中，鋁容易失去電子，是還原劑答案B解析在常溫下，鋁能與氧氣反應(yīng)生成Al2O3保護膜。2.屬于鋁熱反應(yīng)的是()A.AlHClB.AlH2SO4C.AlMgOD.AlWO3答案D解析鋁熱劑是由鋁粉和活動性比Al弱的金屬的氧化物組成的混合物。3.將鋁投入到一定量的NaOH溶液中，充分反應(yīng)后，有2mol的電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，則參加反應(yīng)的鋁的物質(zhì)的量為()A.molB.1molC.2molD.mol答案D解析在參加反應(yīng)時1molAl可失去3mol電子，因此有2mol電子轉(zhuǎn)移需Al的物質(zhì)的量為mol。4.鋁分別與足量的稀硫酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)，當兩個反應(yīng)放出的氣體在相同狀況下體積相等時，反應(yīng)中消耗H2SO4和NaOH的物質(zhì)的量之比為()A.14B.23C.32D.41答案C解析由化學反應(yīng)方程式2Al3H2SO4=Al2(SO4)33H2，2Al2NaOH6H2O=2NaAl(OH)43H2，生成等量H2建立關(guān)系式：3H2SO43H22NaOH。題組2氧化鋁、氫氧化鋁的性質(zhì)及應(yīng)用5.下列說法正確的是()A.金屬氧化物都能與水反應(yīng)生成堿B.非金屬氧化物都能與水反應(yīng)生成酸C.氧化鋁既能與鹽酸反應(yīng)又能與氨水反應(yīng)D.氧化鋁是冶煉金屬鋁的原料答案D解析多數(shù)金屬氧化物和部分非金屬氧化物不溶于水，例如CuO、SiO2等。Al2O3是兩性氧化物，能與強酸和強堿溶液反應(yīng)。工業(yè)上用電解Al2O3的方法制備鋁。6.氧化鋁用來制造耐火坩堝、耐火管和耐高溫的實驗儀器，是利用了氧化鋁()A.不溶于水B.熔點很高C.是金屬氧化物D.高溫下很難反應(yīng)答案B解析氧化鋁熔點很高，是一種較好的耐火材料，常用來制造耐火坩堝、耐火管和耐高溫的實驗儀器。7.氫氧化鋁可作為治療某種胃病的內(nèi)服藥，這是利用了氫氧化鋁的哪個性質(zhì) ()A.酸性B.堿性C.兩性D.氧化性答案B解析氫氧化鋁可與胃酸反應(yīng)，表現(xiàn)出了堿性。8.實驗室中，要使AlCl3溶液中的Al3全部沉淀出來，適宜用的試劑是 ()A.NaOH溶液B.Ba(OH)2溶液C.鹽酸D.氨水答案D解析Al(OH)3只能溶于強酸和強堿溶液，不能溶于弱堿。題組3鋁及其化合物性質(zhì)的綜合9.明礬是一種凈水劑，明礬凈水的原理是()A.Al3有較強的吸附性B.Al3與懸浮物生成沉淀C.Al3與水反應(yīng)生成的氫氧化鋁膠體，具有吸附性D.明礬難溶于水答案C10.下列變化不可能通過一步實驗直接完成的是()A.Al(OH)3Al2O3B.Al2O3Al(OH)3C.AlAl(OH)4D.Al3Al(OH)3答案B解析Al(OH)3加熱分解可直接得Al2O3，Al與強堿溶液反應(yīng)可得Al(OH)4遇弱堿可直接得Al(OH)3，Al2O3難溶于水，不能通過一步反應(yīng)得Al(OH)3，應(yīng)將Al2O3與酸或堿反應(yīng)得Al3或Al(OH)4，再與堿或酸反應(yīng)，才能得Al(OH)3。11.下列操作中最終可以得到Al(OH)3的是()A.Al2O3和水混合加熱B.Al和水反應(yīng)C.過量的NaOH溶液加入到AlCl3溶液中D.過量的氨氣通入到Al2(SO4)3溶液中答案D解析Al2O3和Al都不能和水反應(yīng)，不能得到Al(OH)3；過量的NaOH溶液與AlCl3反應(yīng)生成NaAl(OH)4、NaCl和H2O；由于反應(yīng)生成的Al(OH)3不溶于過量的氨水，故D項正確。12.(2019濟南高一檢測)等體積的鹽酸和苛性鈉溶液，分別與兩份足量的鋁粉反應(yīng)，在相同條件下產(chǎn)生氫氣的體積比為13，則鹽酸和苛性鈉溶液的物質(zhì)的量濃度之比為()A.11B.21C.31D.23答案A解析由2Al6HCl=2AlCl33H2，2Al2NaOH6H2O=2NaAl(OH)43H2可知，產(chǎn)生氫氣的體積比為13，需要鹽酸和氫氧化鈉的物質(zhì)的量之比為11，溶液的體積相同，故鹽酸和苛性鈉溶液的物質(zhì)的量濃度之比也為11。13.某學習小組用下圖所示裝置測定鋁鎂合金中鋁的質(zhì)量分數(shù)和鋁的相對原子質(zhì)量。(1)A中試劑為_。(2)實驗前，先將鋁鎂合金在稀酸中浸泡片刻，其目的是_。(3)檢查氣密性，將藥品和水裝入各儀器中，連接好裝置后，需進行的操作還有：記錄C的液面位置；將B中剩余固體過濾，洗滌，干燥，稱重；待B中不再有氣體產(chǎn)生并恢復至室溫后，記錄C的液面位置；由A向B中滴加足量試劑。上述操作的順序是_(填序號)；記錄C的液面位置時，除視線平視外，還應(yīng)_。(4)B中發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為_。(5)若實驗用鋁鎂合金的質(zhì)量為ag，測得氫氣體積為bmL(已換算為標準狀況)，B中剩余固體的質(zhì)量為cg，則鋁的相對原子質(zhì)量為_。(6)實驗過程中，若未洗滌過濾所得的不溶物，則測得鋁的質(zhì)量分數(shù)將_(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。答案(1)NaOH溶液(2)除去鋁鎂合金表面的氧化膜(3)使D和C的液面相平(4)2Al2NaOH6H2O=2NaAl(OH)43H2(5)(6)偏小解析A是只與合金中的一種金屬反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的溶液，故A中應(yīng)盛NaOH溶液，在B中發(fā)生反應(yīng)：2Al2NaOH6H2O=2NaAl(OH)43H2。(2)目的是除去鋁鎂合金表面的氧化膜。(3)為使C中氣體的壓強與外界大氣壓相等，還應(yīng)使D與C的液面相平。(5)設(shè)鋁的相對原子質(zhì)量為x，根據(jù)2Al3H22mol3molmol得x。(6)據(jù)w(Al)100%的計算公式可知，未洗滌不溶物會造成鋁的質(zhì)量分數(shù)偏小。14.實驗室鋁熱反應(yīng)的實驗裝置如下：(1)下面放置盛細沙的_(填名稱)。(2)鎂條的作用是_。(3)寫出該反應(yīng)的化學反應(yīng)方程式：_，在冶金工業(yè)上也常用這一反應(yīng)原理來冶煉_(填字母)。A.不活潑金屬B.較活潑金屬C.稀有金屬D.高熔點金屬(4)已知下表數(shù)據(jù)：物質(zhì)AlAl2O3FeFe2O3熔點/660205415351462沸點/246729802750某同學推測，鋁熱反應(yīng)所得到的熔融物應(yīng)是鐵鋁合金。理由是該反應(yīng)放出的熱量能使鐵熔化，而鋁的熔點比鐵低，此時液態(tài)的鐵和鋁熔合形成鐵鋁合金。你認為他的解釋是否合理？_(填“合理”或“不合理”)。設(shè)計一個簡單的實驗方案，證明上述所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁。該實驗所用試劑是_，當觀察到_現(xiàn)象時，反應(yīng)的離子方程式是_。實驗室欲溶解此熔融物，最好選用下列試劑中的_(填字母)。A.濃硫酸B.稀硫酸C.稀硝酸D.NaOH溶液答案(1)蒸發(fā)皿(2)鎂條燃燒放出熱量，使氯酸鉀分解，且在高溫下促使氧化鐵粉末和鋁粉發(fā)生劇烈反應(yīng)(3)2AlFe2O32FeAl2O3D(4)合理NaOH溶液有氣泡放出2Al2OH6H2O=2Al(OH)43H2B解析(1)用蒸發(fā)皿盛細沙，作用是防止蒸發(fā)皿炸裂。(2)鎂條燃燒放出熱量，使氯酸鉀分解，且在高溫下促使氧化鐵粉末和鋁粉發(fā)生劇烈反應(yīng)。(3)該反應(yīng)為2AlFe2O32FeAl2O3，鋁熱反應(yīng)放出大量的熱量，使被還原的金屬處于熔融狀態(tài)，利用鋁熱反應(yīng)可以冶煉比鋁不活潑的高熔點金屬。(4)因該反應(yīng)放出大量的熱，能夠使置換出的鐵以液態(tài)析出，而鋁的熔點比鐵的低，易混雜在鐵水中，冷卻后得到合金。鋁能夠與氫氧化鈉溶液反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，而鐵不能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，可用氫氧化鈉溶液檢驗塊狀熔融物中是否含有金屬鋁。A、C中物質(zhì)與熔融物反應(yīng)產(chǎn)生污染空氣的氣體，而D中氫氧化鈉溶液只能溶解鋁，只有稀硫酸最合適。15.工業(yè)上用鋁土礦(主要成分是Al2O3，還有少量的Fe2O3、SiO2)提取冶煉鋁的原料氧化鋁。工藝流程如