版高中化学 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.docx

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版高中化学专题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

第1课时　铝及铝合金

[学习目标定位]　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地覆盖在铝表面，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＋3O2

2Al2O3。

（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＋2Al

Al2O3＋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。

　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。

1．下列有关铝的叙述中正确的是（　　）

A．铝在常温下不能与O2反应

B．铝既能溶于强酸，又能溶于强碱

C．铝与氧化镁组成的混合物称为铝热剂

D．铝片放入浓H2SO4中，无明显现象，说明二者未发生反应

答案　B

解析　铝为活泼金属，常温下能与O2反应生成致密氧化物薄膜；既能与强酸反应又能与强碱反应，A项错误，B项正确；镁比较活泼，铝不能置换出镁，C项错误；铝常温下在浓H2SO4中钝化，在铝表面形成致密氧化膜，发生了化学反应，D项错误。

易错提醒　

铝热反应冶炼的是难熔金属且金属性比铝弱，故铝与比其不活泼的金属氧化物组成的混合物才叫铝热剂。

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V甲∶V乙＝1∶2，则加入铝粉的质量为（　　）

A．5.4gB．3.6gC．2.7gD．1.8g

答案　A

解析　Al和盐酸的反应式为2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑；Al与NaOH溶液的反应式为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。

若Al均完全反应，则产生的H2体积比为1∶1，实际产生H2的体积比为1∶2，即NaOH溶液中产生的H2多，说明消耗的Al多，即甲中Al过量。

由n（HCl）＝0.3mol，可知甲中产生0.15molH2，那么乙中产生0.3molH2，消耗0.2molOH－，OH－还剩余0.1mol，则Al没有剩余，则投入的Al为0.2mol，其质量为5.4g。

方法点拨　

计算铝的质量分三步：

先由酸中的n（H＋）计算产生的n（H2）酸，再由酸、碱中产生的H2的体积比计算碱中产生的n（H2）碱，最后由n（H2）碱计算n（Al）和m（Al）。

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．铝及铝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：

1.组成

（1）合金中一定有金属元素，也可能含有非金属元素。

（2）合金一般是混合物，没有固定的熔点。

2．性质

（1）合金的熔点一般比成分金属的低。

（2）合金的硬度、密度、强度以及其他一些机械性能要优于成分金属。

（3）合金具有金属特性，如导热、导电性。

（4）合金中各成分金属的化学性质不变。

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。

铝及其化合物之间的转化关系

1．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

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项错误；铝与氯气能反应，B项错误；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项错误。

3．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。

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．在铝制易拉罐中收集满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。

[基础过关]

题组一　铝的性质和用途

1．下列关于铝的叙述不正确的是（　　）

A．铝是地壳中含量最多的元素

B．在常温下，铝能与NaOH溶液反应

C．铝是一种比较活泼的金属

D．在化学反应中，铝容易失去电子，是还原剂

答案　A

解析　A项错误，地壳中含量最多的元素是氧，含量最多的金属元素是铝；B项正确，铝在常温下就能与NaOH溶液反应；铝排在金属活动性顺序表的第5位，是比较活泼的金属，所以在反应中易失去电子，作还原剂，C项和D项是正确的。

2．在工业上，铝常用于冶炼难熔金属，这一用途主要是由于铝（　　）

A．具有强还原性，反应中放出大量的热

B．高温时在空气中能燃烧

C．具有良好导热性

D．反应后生成熔点更高的氧化铝

答案　A

3．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。

4．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－都能大量共存。

A项，NH

与OH－生成NH3·H2O，CO

与H＋生成CO2；B项，HCO

与H＋、OH－都能发生反应；C项，Mg2＋与OH－不能大量共存；D项，各离子与H＋和OH－都不发生反应，符合要求。

题组二　铝合金的性质与用途

5．下列有关合金的叙述正确的是（　　）

A．合金的密度比其各成分金属小

B．合金的抗腐蚀性能都很好

C．合金的导电性能比其各成分金属强

D．多数合金比其各成分金属熔点低，硬度大

答案　D

解析　合金与其各成分金属相比，某些性能增强，某些性能减弱。

多数合金的熔点比其各成分金属低。

6．铝合金在日常生活、航空航天和汽车制造等方面均有广泛用途。

下列关于铝的说法正确的是（　　）

A．铝的表面容易形成致密的氧化膜，抗腐蚀性能好

B．常温下不与任何酸、碱反应

C．铝元素在地壳中的含量高，储量丰富，仅次于铁

D．工业上通常用钠与铝盐溶液反应来制备铝

答案　A

解析　铝既能和强酸反应，又能和强碱反应，B项错误；铝元素在地壳中的含量高于铁，C项错误；钠不能从铝盐溶液中置换出铝单质，D项错误。

题组三　与铝有关的计算

7．用铝箔包装0.1mol金属钠，用针扎出一些小孔，放入水中，完全反应后，用排水集气法收集产生的气体，则收集到的气体为（标准状况）（　　）

A．O2和H2的混合气体B．1.12LH2

C．大于1.12LH2D．小于1.12L气体

答案　C

解析　Na与水反应放出H2，并且生成NaOH，铝箔能与NaOH溶液反应，也生成H2，故最后收集到的气体是这两部分H2的总和。

2Na　　＋　　2H2O　===　2NaOH　＋　H2↑

0.1mol0.1mol0.05mol

2Al　＋　2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

0.1mol0.1mol0.15mol

若铝箔足量，共生成H2：

V（H2）＝22.4L·mol－1×（0.05＋0.15）mol＝4.48L

若铝箔不足，收集氢气体积的范围为

1．12L＜V（H2）＜4.48L。

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．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∶3

C．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＋3Fe3O4

9Fe＋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。

[能力提升]

11．铝热反应原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨等，实验室铝热反应的实验装置如图所示。

（1）该实验步骤如下：

用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起，使四周都是四层。

把内层漏斗取出，在底部剪一个孔，用水润湿，再跟另一个漏斗套在一起，架在铁圈上，下面放置盛沙的________（填仪器名称）。

把5g炒干的氧化铁粉末和2g铝粉混合均匀，放在漏斗中，上面加少量氯酸钾，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。

（2）图中漏斗的材质是________（填“玻璃”或“纸”）。

（3）镁条的作用是______________________________。

（4）实验现象有：

①________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________；

③________________________________________________________________________。

（5）待熔融物冷却后，除去外层熔渣，仔细观察，可以发现落下的是________珠。

（6）写出该反应的化学方程式：

____________________；在冶金工业上也常用这一反应原理来冶炼________（填字母）。

A．不活泼金属B．较活泼金属

C．稀有金属D．高熔点金属

答案　

（1）蒸发皿　

（2）纸　（3）利用镁条燃烧放出的热量促使氧化铁和铝发生剧烈反应　（4）①镁条剧烈燃烧

②反应剧烈，放出大量的热，发出耀眼的光芒　③纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落下　（5）铁　（6）2Al＋Fe2O3

Al2O3＋2Fe　D

解析　本题主要考查铝热反应，解答本题必须熟练掌握演示实验内容，抓住反应实质，了解该反应在实际中的应用。

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）2Al2O3

4Al＋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，Mv＝

＝

＝

。

（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。

反应的离子方程式是____________________________；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＋Fe2O3

2Fe＋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＋2OH－＋2H2O===2AlO

＋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

2A