高中化學-鋁與鋁合金學案

1、高中化學-鋁與鋁合金學案學習目標1.能從物質類別，元素化合價的角度，依據(jù)復分解反應規(guī)律和氧化還原反應 原理，預測鋁及其化合物的性質及物質之間的轉化，設計實驗進行初步驗證，并能分析、解釋 有關實驗現(xiàn)象，設計制備、分離、檢驗等簡單任務的方案。2.了解Al、AI2Q、Al(OH)3的主要性質和用途。I自主學習一、鋁與鋁合金1 .鋁的存在鋁在地殼中的含量僅次于 世敏和J02硅，居第三位。在自然界中鋁元素以0_化合態(tài)存在。2 .鋁的性質物理性質：4銀白色固體,質5叢 密度6小，導電性僅次于 金、世銀和篁鋼。(2)化學性質鋁與非金屬的反應點燃鋁與Q反應：鋁在氧氣中燃燒的化學方程式為 094Al+ 3O=2

2、Al 2Q。該反應的現(xiàn)象為： 四發(fā)出耀眼的白光、 放出大量的熱。鋁與酸的反應與非氧化性酸：如鹽酸、稀硫酸等反應，離子方程式為112A1 + 6即=2A3 +3H2t o與氧化性酸：如Al常溫下遇冷的濃硫酸、濃硝酸會發(fā)生 畫鈍化。鋁與強堿溶液反應鋁與氫氧化鈉溶液反應的化學方程式為 西2Al + 2NaOH6H2O=2NaAl(OH) + 3HT ,離子方程式：142Al + 20H + 6H20=2Al(0HR + 3HH。鋁熱反應Al在高溫下與FeQ反應的方程式為15 2Al + FeQ=2Fe+ AI2Q。該反應常用于16焊接鋼軌、冶煉難熔的金屬等。3 .鋁合金及其制品(1)形成：鋁中加入其

3、他元素(如銅、鎂、硅、鋅、鋰等)熔合而形成鋁合金。(2)性能：密度7小、強度要應、塑性篁好、易于成型、制造工藝簡單、成本低廉等。二、鋁的重要化合物1 .氫氧化鋁Al(OH) 3兩性氫氧化物(1)物理性質色態(tài)： 01白色膠狀固體物質。溶解性：幾乎 02丕溶于水。(2)實驗室制備試劑：常用Al2(SO)3溶液(或AlCl 3溶液)與03氨水反應制取氫氧化鋁?，F(xiàn)象：生成 篁白色沉淀,加過量氨水，沉淀不溶解?；瘜W方程式：05A1C1 3+ 3NH H2O=Al(OH)； +3NHC1。離子方程式：06A13 +3NH H2O=Al(OH)J + 3NH(3)化學性質也里回+3114)(離子方程式) 雪

4、圈Al(OHb+OlT=Al(OH)4n離子方程式)2AM)Hbg=AM)3+3H#兩性氫氧化物：既能與 09強酸反應、 又能與 四強堿反應的氫氧化物(4)用途能色凝聚水中的懸浮物并能吸附色素.可用來凈水。-2 -利用其晅弱堿性,可用作胃酸中和劑2 .氧化鋁(Al 2Q)兩性氧化物(1)物理性質色態(tài)溶解性熔點硬度白色固體難溶很高很大(2)化學性質Al 2O是兩性氧化物，與強酸或強堿溶液都能反應生成鹽和水。稀鹽酸 反應的離子方程式： 圜Al2。？ +6H+2A13+ +3H2OAIN%一反應的離子方程式：NaOH 溶液八 el口 c 114|/1203 +2OH + 3H2()=2AKOH)J-

5、兩性氧化物：既能與 獸強酸反應,又能與 亶強堿反應的氧化物。(3)用途冶煉金屬鋁的原料。良好的耐火材料。課堂探究一、鋁與鋁合金交流研討1 .依據(jù)前面學習的Na Mg Fe等的性質預測一下鋁可能具有什么性質？提示：強的還原性，能與O、Cl2、S、B2、I 2等非金屬單質反應，能與酸反應，能與某些 金屬氧化物反應等。2 .鋁是重要的金屬材料之一，這可能與它具有的哪些性質有關？ 提示：空氣中耐腐蝕、導電、導熱性能良好，易與其他金屬形成性能優(yōu)良的合金。點撥提升1 .鋁與非金屬單質的反應(1)常溫下，鋁易與空氣中的Q反應，生成A12Q保護膜，因此Al在空氣中具有抗腐蝕性。(2)鋁箔在空氣中加熱不燃燒，只

6、能熔化成液體但不滴落。其原因是鋁箔表面生成的高熔 點的氧化鋁，包裹住內部熔化的鋁，使內部的液態(tài)鋁不能滴落；鋁粉在空氣中加熱會劇烈燃燒。鋁與S、C12也能發(fā)生反應，反應的化學方程式分別為2Al + 3S=Al 2$和2Al +點燃3Cl2=2AlCl3o在Al與Q、S CI2的反應中，鋁的化合價均由0變?yōu)?3,均做還原劑。2.鋁熱反應實驗操作a.將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。把內層“紙漏斗”取出，在底部剪一個孔，用水潤濕，再與另一 “紙漏斗”套在一起，架在鐵架臺的鐵圈上，“紙 漏斗”正下方放置盛有細沙的蒸發(fā)皿。2 g鋁粉混合均勻，放在“紙漏斗”中，上面加少量b.把5g

7、干燥的三氧化二鐵粉末和 氯酸鉀并在混合物中插一根鎂條。c.用燃著的木條點燃鎂條，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。實驗記錄實驗裝置實驗現(xiàn)象結論鐵條氯酸鉀 鋌化鐵和鋁一 X粉的混合物 三細沙鎂條劇烈燃燒,并發(fā)出 耀眼白光氧化鐵與鋁粉劇烈反 應,放出大盤的熱.火星 四射紙漏斗卜,面被燒穿.有 紅熱熔融物落入蒸發(fā) 肌中熔融物冷卻后變黑.能 被吸鐵石吸引A1 與 Fe2O3反應置換出鐵。反應方程式為2AI高溫+ FejO3 ：-4 - 注意事項 a.接反應產(chǎn)物的蒸發(fā)皿內要鋪少量細沙，一是防止蒸發(fā)皿炸裂，二是防止生成的熔融物濺出。 b. 鋁粉和三氧化二鐵要混合均勻，以使反應完全。c. 鋁粉和三氧化二鐵要干燥。3合金(1)

8、 定義：由兩種或兩種以上金屬( 或金屬和非金屬) 熔合而成的具有金屬特性的混合物。(2) 特點熔點：合金的熔點一般比它的成分金屬的熔點低。硬度：合金的硬度一般大于其成分金屬的硬度。知識拓展1鋁熱反應的理解(1) 鋁熱反應：鋁與某些難熔金屬氧化物高溫條件下發(fā)生的置換反應稱為鋁熱反應。(2) 鋁熱劑：鋁粉與難熔金屬氧化物的混合物稱為鋁熱劑。(3) 鋁熱反應的原理：利用金屬鋁的強還原性，鋁單質與其他金屬氧化物之間發(fā)生置換反應，產(chǎn)生大量的熱。(4) 鋁熱反應的應用：鋁與氧化鐵反應放出大量熱，該反應常用于焊接鋼軌等。高溫(5)鋁還可以置換出V2O、CcQ中的V和Cr,其反應方程式分別為10Al + 3V

9、O=6V+ 高溫5Al2O3, 8Al 3Cr3O4=9=Cr 4Al2O3。2鋁與強堿溶液反應的實質鋁與強堿溶液的反應，不是鋁直接與強堿反應，而是鋁先與強堿溶液中的H2O 反應生成Al(OH)3, Al(OH)3再與強堿反應生成四羥基合鋁酸鹽。如鋁與 NaOH容液反應白過程為2A1 + 6H2Q=2Al(OH) + 3H4 , Al(OH)3 + NaOH=NaAl(OH)。因此在反應 2Al + 2NaOM 6H2O=2NaAl(OH)+3H4中，氧化劑是H2O,還原劑是Al; NaOH勺作用是把Al與水反應表 面生成的Al(OH)3溶解掉，使Al繼續(xù)與HO反應，因此，無強堿該反應不能進行

10、到底。 練習與活動1合金是一類用途廣泛的金屬材料，下列物質中不屬于合金的是()A.鋼B .青銅 C .黃銅 D .水銀答案 D解析 鋼為Fe和C等的合金；青銅為Cu與Sn等的合金；黃銅為Cu與Zn等的合金；水 銀為汞(Hg)單質。2.甲、乙兩燒杯中各盛有 100 mL 3 mol 1的鹽酸和氫氧化鈉溶液，向兩燒杯中分別 加入等質量的鋁粉，反應結束后測得生成的氣體體積比為1 : 2,則加入的鋁粉質量為()A 5.4 g B 3.6 g C 2.7 g D 1.8 g答案 A解析 由 6HC1+ 2Al=2AlCl 3+ 3H2 T 和 2NaOH_ 2Al + 6H2O=2NaAl(OH) +

11、3Hd 可知， 兩份等質量的Al都完全反應時，生成的 H也等量，消耗的HCl與NaOH等量。實際上HCl、 NaOHTB為0.3 mol ,且生成 代的體積比為1 ： 2,則甲中HCl不足，Al過量；乙中NaOHi量， Al不足。生成代的物質的量之比為1 : 2,參加反應的Al的物質的量之比也為1 : 2。與0.3 mol HCl反應的Al為2.7 g ,與NaOH液反應的Al為5.4 g。3研究發(fā)現(xiàn)用鋁熱法可從下列氧化物中冶煉出有關金屬，若要得到等物質的量的有關金屬單質，需消耗單質鋁最多的是()A MnO2 B V2O5 C Cr2O3 D WO3答案 D解析 根據(jù)氧化還原反應中化合價升高的

12、總價數(shù)等于化合價降低的總價數(shù)可知：化合價降低最多的消耗的鋁最多， MnQ+4 0), V2c5(+5 0), CmO( + 30), WQ + 60), WO?肖耗 鋁最多。方法技巧金屬鋁與酸、堿反應生成H的量的關系(1) 反應原理 32Al + 6H =2Al + 3H2 T反應原理2Al 2OH 6H2O=2Al OH4 + 3HT(2) 量的關系2Al 6H+ 3H2定量關系2Al 20H 3H等量的Al分別與足量的鹽酸和NaOH液反應產(chǎn)生H的量相等，此時消耗HCl與NaOH 的物質的量之比為3 ： 1。足量的鋁與等物質的量的HCl和NaOH液反應，產(chǎn)生H2的物質的量之比為1 ： 3,此

13、時- 6 -消耗Al的物質的量之比也為1 ： 3。. 1 nue H 一定量的Al分別和一定量的鹽酸和NaO昭液反應，若3卡1,則必定：a.鋁與鹽酸反應時，鋁過量，而鹽酸不足；b.鋁與氫氧化鈉溶液反應時，鋁不足而氫氧化鈉過量。二、鋁的重要化合物交流研討鋁表面有一層氧化物保護膜，因此可以用鋁制器皿盛放醋、酸梅湯和 NaCO溶液，你認為 這種方式可以嗎？提示：不可以，因為表面的A12O3能與酸或堿反應而溶解掉，使 Al與溶液中的酸或堿反應 而被腐蝕。NaCO能與H2O反應生成少量的NaOH點撥提升1. AI2Q、Al(OH)3既能與強酸反應，又能與強堿反應，而 NaHCO (NH)2CO等也既能與

14、強 酸反應，又能與強堿反應，但不是兩性物質。2. AI2Q的性質及應用(1)因為A12O既能溶于酸，又能溶于堿，所以不能長時間用鋁制炊具盛放酸性、 堿性食品。(2)涉及ALQ的分離除雜大多是利用 A12O3的兩性來實現(xiàn)的，如 FeQ中混有ALQ,除去 Al 2O3的方法就是向混合物中加入足量 NaOH容液，使A12O3轉化為可溶性的NaAl(OH)4,然后 過濾、洗滌、干燥沉淀，即得到純凈的 FeQ。(3)工業(yè)上常采用電解熔融Al 2O3的方法冶煉金屬鋁。(4)由于ALQ的熔點很高，常用來制耐火材料，如耐火磚、耐火管、地竭等。天然剛玉的 成分是ALQ,可制作各種寶石。3. Al(OH)3的性質

15、與制備(1)Al(OH) 3的不穩(wěn)定性Al(OH) 3在煨燒或加熱時易分解：2Al(OH) 3 =Al 2Q + 3HQ(2)Al(OH) 3 的制備由于Al(OH)3能溶于NaOH液中，若用NaOH液制備Al(OH)3,加入NaOH液的量不易 控制；若加入太多，則得不到 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，反應易控制，故用氨水制備 Al(OH) 3更好。知識拓展有關Al(OH)3沉淀的圖像分析操作逐滴 NaOH 溶液一 A1C1. 加入溶液逐滴鹽酸一NaLAl()H)J 加入溶液現(xiàn)象立即產(chǎn)生白色沉淀f漸多f最多f漸少f消失反應ak

16、oh)3。 Al ( OH )3 + 3H一 h+ai(oh)J- -AKOH). 1 +H,O A1()H+3H.十十 3H2O-12 -解釋_ h (O H )7= M(A(十)當0/3時,隨著 的增大，沉淀的量逐漸增多當工=3時，沉淀的 量最多當30&4時隨著 才的增大，沉淀的量逐 漸減小至0_(H+)當。1時，隨著金 的增大,沉淀的量逐漸 增多當m= 1時沉淀的量 最多當1(*4時，隨著上 的增大.沉淀的量逐漸 減小至0練習與活動4. 在 AI2Q Al(OH)3 NaCO NHHCO4種物質中，與鹽酸和氫氧化鈉溶液均可反應的是 ()A. B . C . D .答案 B解析 Al2Q、

17、Al(OH)3為兩性化合物，均可與鹽酸、NaOH液反應；NaCO能與鹽酸反應，但不能與 NaOH溶液反應；NHHCO與鹽酸反應的化學方程式為 NHHCO+ HCl=N4Cl + HO+COT ,與足量NaOHS液反應的化學方程式為NHHCO+ 2NaOH=NCO+ NH - H2O+ H2O=5. 向20 mL AlCl 3溶液中滴入2 mol - L 1 NaOH溶液時，沉淀質量與所滴加 NaOH液體積(mL)關系如圖所示:NaOH 溶濃/mL(1)圖中A點表示的意義是(2)圖中B點表示的意義是 (3)上述兩步用總的離子方程式可表示為 假設溶7中有0.39 g Al(OH) 3沉淀，則此時用

18、去NaOH液的體積為答案(1)滴入NaOH液在A點時產(chǎn)生的沉淀量最大(2)滴入NaOH液沉淀恰好完全溶解(3)Al 3+ + 4OH=Al(OH)4(4)7.5 mL 或 17.5 mL解析 A點表示沉淀量最大，B點表示沉淀完全溶解，有0.39 g Al(OH) 3沉淀,即0.005 mol Al(OH) 3沉淀時，加入NaOH勺量有兩種可能：一種可能：力口入 NaOH勺量不足時，生成 0.005 mol Al(OH) 3,需要0.015 mol NaOH,即 7.5 mL NaOH 溶液。另一種可能：加入過量的 NaOH首先使Al全部生成Al(OH)3 0.01 mol ,然后又溶解掉 0.005 mol Al(OH)