学年高中化学第4章材料家族中的元素第2节第1课时铝与铝合金学案鲁科版必修1.docx

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学年高中化学第4章材料家族中的元素第2节第1课时铝与铝合金学案鲁科版必修1

铝与铝合金

[核心素养发展目标]　根据生产、生活中的应用实例或通过实验探究，了解铝及其重要化合物的主要性质。

一、铝

铝是一种银白色固体，硬度较小，密度为2.7_g·cm－3，熔点为660.4_℃，沸点为2_467_℃。

导电性仅次于银、铜和金。

1.铝与氧气反应

（1）实验探究：

用镊子夹住一小团脱脂棉，蘸上一些铝粉，在酒精灯上点燃，并立即伸入盛有O2的集气瓶中（瓶底放一些细沙），观察到铝粉剧烈燃烧，放出大量的热和耀眼的白光，最后得到白色固体，反应方程式为4Al＋3O2

2Al2O3。

（2）铝是非常活泼的金属，极易与氧气反应，但生活中许多铝制品很耐腐蚀，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，能阻止氧气与铝进一步反应。

2.铝热反应

如图所示，用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，在底部剪一个小孔，用水润湿，再跟另一“纸漏斗”套在一起，架在铁架台的铁圈上，下面放置盛有细沙的蒸发皿。

把5g干燥的氧化铁粉末和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，用燃着的小木条点燃镁条，观察发生的现象。

通过以上实验信息，回答下列问题：

（1）选出该实验的实验现象：

①②③④（将序号填写在横线上）。

①镁条剧烈燃烧　②放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射　③“纸漏斗”的下部被烧穿　④熔落物能够被磁铁吸引

（2）写出该反应的化学方程式：

Fe2O3＋2Al

Al2O3＋2Fe，并指出：

Fe2O3是氧化剂，Al是还原剂，该反应称为铝热反应。

（3）写出下列操作或物质的作用：

内层“纸漏斗”底部剪一个孔：

使熔融物易于落下；蒸发皿盛沙：

防止溅落物炸裂蒸发皿；镁条：

引起KClO3分解，为铝热反应提供热量；氯酸钾：

助燃剂。

（4）如何用简单的方法证明生成物为金属铁？

用磁铁吸引生成物，如果磁铁上有黑色物质被吸附，则证明生成物中有金属铁。

3.铝与酸或碱反应

（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。

①铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式是2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al（OH）4]＋3H2↑，氧化剂是H2O，还原剂是Al，氧化产物是Na[Al（OH）4]。

②铝与盐酸反应的离子方程式是2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，氧化剂是H＋，还原剂是Al，氧化产物是Al3＋。

例1

　下列关于金属铝的叙述中，说法不正确的是（　　）

A.铝的化学性质很活泼，但在空气中不易被腐蚀

B.铝是比较活泼的金属，在化学反应中容易失去电子，表现出还原性

C.铝箔在空气中受热可以熔化，但由于氧化膜的存在，熔化的铝并不滴落

D.用砂纸打磨的铝箔在空气中受热可以熔化，且发生剧烈燃烧

答案　D

解析　铝在空气中易与氧气反应，生成一层稳定的致密氧化膜，而不易被腐蚀；铝箔在空气中受热可以熔化，但形成的氧化膜使得铝与氧气不再反应，而使铝不能燃烧。

例2

　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.稀硝酸

答案　A

解析　设铝为1mol,1mol铝与氢氧化钠溶液反应生成Na[Al（OH）4]，消耗1molNaOH；1mol铝与稀硫酸反应生成Al2（SO4）3，消耗1.5mol硫酸；1mol铝与盐酸反应生成AlCl3，消耗3mol盐酸；硝酸与金属铝反应不生成氢气。

二、氧化铝和氢氧化铝

1.氧化铝是一种两性氧化物，既能与酸（如盐酸）反应，又能与碱（如NaOH溶液）反应。

（1）与盐酸反应的化学方程式是Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O，离子方程式是Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O。

（2）与NaOH溶液反应的化学方程式是Al2O3＋2NaOH＋3H2O===2Na[Al（OH）4]，离子方程式是Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al（OH）4]－。

2.实验室制备氢氧化铝的方法：

在试管中加入10mL0.5mol·L－1的硫酸铝溶液，逐滴加入氨水至过量。

观察到的实验现象是产生白色胶状沉淀；反应的化学方程式是Al2（SO4）3＋6NH3·H2O===2Al（OH）3↓＋3（NH4）2SO4，离子方程式是Al3＋＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH

。

3.将上述反应得到的沉淀分别装在三支试管中：

在第一支试管中滴加2mol·L－1的盐酸，观察到的现象是白色沉淀逐渐溶解，反应的离子方程式是Al（OH）3＋3H＋===Al3＋＋3H2O；在第二支试管中滴加2mol·L－1的氢氧化钠溶液，观察到的现象是白色沉淀逐渐溶解，反应的离子方程式是Al（OH）3＋OH－===[Al（OH）4]－；在第三支试管中滴加氨水，观察到的现象是沉淀无变化（或不溶解）。

实验结论：

Al（OH）3能溶于强酸、强碱溶液，但不溶于弱碱溶液。

例3

　下列说法正确的是（　　）

A.将氧化铝加入水中得到氢氧化铝

B.因为Al2O3是金属氧化物，所以它是碱性氧化物

C.Al2O3不能跟所有的酸、碱溶液反应

D.制备Al（OH）3悬浊液时，向1mol·L－1AlCl3溶液中加过量的6mol·L－1NaOH溶液

答案　C

解析　Al2O3难溶于水，不与水反应；金属氧化物与碱性氧化物是两个不同的概念，二者没有必然的联系；Al2O3是两性氧化物，Al2O3与强酸、强碱反应，与弱酸、弱碱不反应；Al（OH）3是两性氢氧化物，可以和过量氢氧化钠反应生成四羟基合铝酸钠，故不能制备氢氧化铝悬浊液。

例4

　下列物质①Al　②NaHCO3　③Al2O3　④Mg（OH）2⑤Al（OH）3　⑥（NH4）2CO3，既能与盐酸反应又能与氢氧化钠溶液反应的化合物是（　　）

A.①②③⑤B.①④⑤

C.②③⑤⑥D.①②③④⑤⑥

答案　C

解析　Al既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应，但不是化合物；Mg（OH）2只与盐酸反应；NaHCO3、Al2O3、（NH4）2CO3、Al（OH）3既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应。

易错警示

与强酸和强碱都反应的化合物不一定都是两性化合物，如碳酸氢钠和碳酸铵不属于两性化合物。

三、铝合金及其制品

1.合金是两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。

其特点是硬度一般比它的各成分金属的大；多数合金的熔点一般比它的各成分金属的低；合金的化学性质与成分金属不完全相同；物理、化学和机械性能优于各成分金属。

2.

（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、成本低廉等特点。

例5

（1）选择填空：

将铝的用途与其性质搭配起来（每个选项只选用一次）。

A.质轻B.延展性好

C.易传热D.易导电

E.氧化时放热

①太阳能热水器：

__________；②飞机：

__________；

③焊接铁轨：

______________；④电缆：

__________；

⑤铝箔：

________________。

（2）佛山是有色金属之乡，其中铝合金材料的产量约占全国的一半。

铝合金材料属于________（填“纯净物”“混合物”或“单质”）。

答案　

（1）①C　②A　③E　④D　⑤B　

（2）混合物

解析　

（1）铝在太阳能热水器上的应用是由于它的导热性好。

铝合金硬度大、质轻，是制造飞机的良好材料。

铝被氧化时放热可做铝热剂，因而可用来焊接铁轨。

铝用做电缆和铝箔则分别是由于其导电性好和延展性好。

（2）合金是由一种金属跟其他一种或几种金属（或非金属）一起熔合而成的具有金属特性的物质。

因此肯定是混合物。

1.下列有关厨房铝制品的使用中，你认为合理的是（　　）

A.盛放食醋

B.烧煮开水

C.用金属丝擦洗表面的污垢

D.用碱水洗涤

答案　B

解析　食醋中含有的醋酸呈酸性，能与铝发生反应而使其腐蚀；用金属丝擦洗时会破坏铝表面覆盖的氧化铝层，使铝裸露在外继续被腐蚀；而用碱水洗涤也同样不行，因为铝能跟碱反应而被腐蚀。

2.通常把铝粉与某些金属氧化物的混合物称为铝热剂，下列氧化物中不能与铝粉发生铝热反应的是（　　）

A.MgOB.Fe3O4C.MnO2D.V2O5

答案　A

解析　铝能还原比铝活动性弱的金属的氧化物。

若是比铝活动性强的金属，其氧化物不能被还原。

3.下列关于Al（OH）3的性质叙述错误的是（　　）

A.受热易分解生成Al2O3和H2O

B.是难溶于水的白色胶状物质

C.能凝聚水中的悬浮物，也能吸附色素

D.既能溶于NaOH溶液、氨水，又能溶于盐酸

答案　D

解析　Al（OH）3是两性氢氧化物，能溶于酸，也能溶于NaOH、KOH等强碱，但Al（OH）3不能溶于氨水等弱碱。

4.为了除去铁粉中的少量铝粉，可以选取下列哪种溶液（　　）

A.浓盐酸B.浓硝酸

C.浓硫酸D.浓氢氧化钠溶液

答案　D

解析　铝既能与氢氧化钠溶液反应，又能和盐酸等反应；铁只能和酸反应，和浓氢氧化钠溶液不反应。

5.将等物质的量的镁和铝混合，取等质量该混合物四份，分别加到足量的下列溶液中，充分反应后，放出氢气最多的是（　　）

A.3mol·L－1HClB.4mol·L－1HNO3

C.8mol·L－1NaOHD.18mol·L－1H2SO4

答案　A

解析　在镁、铝混合物中加入HNO3和浓H2SO4都不产生H2；加入NaOH溶液，只有Al与之反应生成H2，而镁不反应；加入盐酸，镁、铝都与盐酸反应生成H2，所以放出H2的量最多。

6.铝的表面钝化可增加抗腐蚀能力，延长其使用寿命，以下为铝材表面处理的一种方法：

（1）碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗的时候常有气泡冒出，发生的反应有____________________、______________（用离子方程式表示）。

（2）为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入或通入下列试剂中的__________（填字母）。

A.NH3B.CO2C.NaOHD.HNO3

（3）在我国南方许多城市，酸雨非常严重，这些城市使用的耐蚀铝材受腐蚀非常严重，其原因是________________________________________________________________________。

答案　

（1）2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al（OH）4]－＋3H2↑　Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al（OH）4]－

（2）B　（3）在酸雨的作用下耐蚀铝材表面的Al2O3会溶解，从而被腐蚀

题组1　铝的性质及应用

1.下列关于铝的叙述中，不正确的是（　　）

A.铝是地壳里含量最多的金属元素

B.在常温下，铝不能与氧气反应

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　B

解析　在常温下，铝能与氧气反应生成Al2O3保护膜。

2.属于铝热反应的是（　　）

A.Al＋HClB.Al＋H2SO4

C.Al＋MgOD.Al＋WO3

答案　D

解析　铝热剂是由铝粉和活动性比Al弱的金属的氧化物组成的混合物。

3.将铝投入到一定量的NaOH溶液中，充分反应后，有2mol的电子发生转移，则参加反应的铝的物质的量为（　　）

A.

molB.1molC.2molD.

mol

答案　D

解析　在参加反应时1molAl可失去3mol电子，因此有2mol电子转移需Al的物质的量为

mol。

4.铝分别与足量的稀硫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H2SO4和NaOH的物质的量之比为（　　）

A.1∶4B.2∶3C.3∶2D.4∶1

答案　C

解析　由化学反应方程式2Al＋3H2SO4===Al2（SO4）3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al（OH）4]＋3H2↑，生成等量H2建立关系式：

3H2SO4～3H2～2NaOH。

题组2　氧化铝、氢氧化铝的性质及应用

5.下列说法正确的是（　　）

A.金属氧化物都能与水反应生成碱

B.非金属氧化物都能与水反应生成酸

C.氧化铝既能与盐酸反应又能与氨水反应

D.氧化铝是冶炼金属铝的原料

答案　D

解析　多数金属氧化物和部分非金属氧化物不溶于水，例如CuO、SiO2等。

Al2O3是两性氧化物，能与强酸和强碱溶液反应。

工业上用电解Al2O3的方法制备铝。

6.氧化铝用来制造耐火坩埚、耐火管和耐高温的实验仪器，是利用了氧化铝（　　）

A.不溶于水B.熔点很高

C.是金属氧化物D.高温下很难反应

答案　B

解析　氧化铝熔点很高，是一种较好的耐火材料，常用来制造耐火坩埚、耐火管和耐高温的实验仪器。

7.氢氧化铝可作为治疗某种胃病的内服药，这是利用了氢氧化铝的哪个性质（　　）

A.酸性B.碱性C.两性D.氧化性

答案　B

解析　氢氧化铝可与胃酸反应，表现出了碱性。

8.实验室中，要使AlCl3溶液中的Al3＋全部沉淀出来，适宜用的试剂是（　　）

A.NaOH溶液B.Ba（OH）2溶液

C.盐酸D.氨水

答案　D

解析　Al（OH）3只能溶于强酸和强碱溶液，不能溶于弱碱。

题组3　铝及其化合物性质的综合

9.明矾是一种净水剂，明矾净水的原理是（　　）

A.Al3＋有较强的吸附性

B.Al3＋与悬浮物生成沉淀

C.Al3＋与水反应生成的氢氧化铝胶体，具有吸附性

D.明矾难溶于水

答案　C

10.下列变化不可能通过一步实验直接完成的是（　　）

A.Al（OH）3―→Al2O3B.Al2O3―→Al（OH）3

C.Al―→[Al（OH）4]－D.Al3＋―→Al（OH）3

答案　B

解析　Al（OH）3加热分解可直接得Al2O3，Al与强碱溶液反应可得[Al（OH）4]－遇弱碱可直接得Al（OH）3，Al2O3难溶于水，不能通过一步反应得Al（OH）3，应将Al2O3与酸或碱反应得Al3＋或[Al（OH）4]－，再与碱或酸反应，才能得Al（OH）3。

11.下列操作中最终可以得到Al（OH）3的是（　　）

A.Al2O3和水混合加热

B.Al和水反应

C.过量的NaOH溶液加入到AlCl3溶液中

D.过量的氨气通入到Al2（SO4）3溶液中

答案　D

解析　Al2O3和Al都不能和水反应，不能得到Al（OH）3；过量的NaOH溶液与AlCl3反应生成Na[Al（OH）4]、NaCl和H2O；由于反应生成的Al（OH）3不溶于过量的氨水，故D项正确。

12.（2019·济南高一检测）等体积的盐酸和苛性钠溶液，分别与两份足量的铝粉反应，在相同条件下产生氢气的体积比为1∶3，则盐酸和苛性钠溶液的物质的量浓度之比为（　　）

A.1∶1B.2∶1C.3∶1D.2∶3

答案　A

解析　由2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al（OH）4]＋3H2↑可知，产生氢气的体积比为1∶3，需要盐酸和氢氧化钠的物质的量之比为1∶1，溶液的体积相同，故盐酸和苛性钠溶液的物质的量浓度之比也为1∶1。

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）检查气密性，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。

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“无影响”）。

答案　

（1）NaOH溶液　

（2）除去铝镁合金表面的氧化膜　（3）①④③②　使D和C的液面相平

（4）2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al（OH）4]＋3H2↑

（5）

　（6）偏小

解析　A是只与合金中的一种金属反应产生氢气的溶液，故A中应盛NaOH溶液，在B中发生反应：

2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al（OH）4]＋3H2↑。

（2）目的是除去铝镁合金表面的氧化膜。

（3）为使C中气体的压强与外界大气压相等，还应使D与C的液面相平。

（5）设铝的相对原子质量为x，

根据　　2Al　～　3H2

2mol3mol

mol

得x＝

。

（6）据w（Al）＝

×100%的计算公式可知，未洗涤不溶物会造成铝的质量分数偏小。

14.实验室铝热反应的实验装置如下：

（1）下面放置盛细沙的____________（填名称）。

（2）镁条的作用是______________________________________________________。

（3）写出该反应的化学反应方程式：

________________，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

（4）已知下表数据：

物质

Al

Al2O3

Fe

Fe2O3

熔点/℃

660

2054

1535

1462

沸点/℃

2467

2980

2750

－

①某同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。

理由是该反应放出的热量能使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。

你认为他的解释是否合理？

________（填“合理”或“不合理”）。

②设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。

该实验所用试剂是_________，当观察到___________现象时，反应的离子方程式是________________________。

③实验室欲溶解此熔融物，最好选用下列试剂中的________（填字母）。

A.浓硫酸B.稀硫酸

C.稀硝酸D.NaOH溶液

答案　

（1）蒸发皿　

（2）镁条燃烧放出热量，使氯酸钾分解，且在高温下促使氧化铁粉末和铝粉发生剧烈反应

（3）2Al＋Fe2O3

2Fe＋Al2O3　D

（4）①合理　②NaOH溶液　有气泡放出

2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al（OH）4]－＋3H2↑　③B

解析　

（1）用蒸发皿盛细沙，作用是防止蒸发皿炸裂。

（2）镁条燃烧放出热量，使氯酸钾分解，且在高温下促使氧化铁粉末和铝粉发生剧烈反应。

（3）该反应为2Al＋Fe2O3

2Fe＋Al2O3，铝热反应放出大量的热量，使被还原的金属处于熔融状态，利用铝热反应可以冶炼比铝不活泼的高熔点金属。

（4）①因该反应放出大量的热，能够使置换出的铁以液态析出，而铝的熔点比铁的低，易混杂在铁水中，冷却后得到合金。

②铝能够与氢氧化钠溶液反应产生氢气，而铁不能与氢氧化钠溶液反应，可用氢氧化钠溶液检验块状熔融物中是否含有金属铝。

③A、C中物质与熔融物反应产生污染空气的气体，而D中氢氧化钠溶液只能溶解铝，只有稀硫酸最合适。

15.工业上用铝土矿（主要成分是Al2O3，还有少量的Fe2O3、SiO2）提取冶炼铝的原料氧化铝。

工艺流程如图：