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第2节铝 金属材料
第1课时 铝与铝合金
1.铝元素在地壳中含量为第三位。
2．铝遇冷的浓硝酸、浓硫酸发生钝化现象。
3．Al、Al2O3、Al(OH)3既能与酸反应又能与碱反应。
4．在强碱溶液中，铝元素以[Al(OH)4]－形式存在；在强酸溶液中，铝元素以Al3＋形式存在。
5．主要的反应方程式：
2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O
Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－
Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－
对应同学用书P89
1．金属具有哪些共同的物理性质？
提示：金属具有金属光泽，良好的导电性，传热性和延展性。
2．金属材料指的是什么？
提示：纯金属和它们的合金。
3．什么是合金？它有哪些性能？举出常见合金的实例。
提示：(1)定义：在一种金属中加热熔合其他金属或非金属而形成的具有金属特性的物质。
(2)性能：强度、硬度比组成它们的纯金属更高，抗腐蚀性更强。
(3)实例：镁铝合金。
4．什么是酸性氧化物、碱性氧化物？
提示：(1)酸性氧化物指与碱反应生成盐和水的氧化物；
(2)碱性氧化物指与酸反应生成盐和水的氧化物。
铝与铝合金
[新知探究]
探究1 铝
(1)存在：在自然界中铝元素只以化合态形式存在。
(2)物理性质。
颜色
熔点
密度
导电性
导热性
银白色
较低
较小
良
良
(3)化学性质。
①试验探究：
试验操作
试验现象
结论或化学方程式
(Ⅰ)
铝在氧气中燃烧，发出刺眼的白光，生成白色固体
化学方程式
4Al＋3O22Al2O3
(Ⅱ)
镁条猛烈燃烧，刚刚燃烧完毕时，漏斗内的混合物发生猛烈反应，放出大量的热，发出刺眼的白光；从漏斗底部流出火红的液滴，在坩埚内的沙中冷却为黑色固体，该固体可被磁铁吸引。
在高温下铝能将Fe2O3中的铁置换出来，并放出大量的热，化学方程式
2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3。
(Ⅲ)
铝片渐渐溶解，试管中产生气泡；点燃的木条放在试管口时发生爆鸣声
化学方程式
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
(Ⅳ)
铝片渐渐溶解，试管中产生气泡；点燃的木条放在试管口时发出爆鸣声
化学方程式
2Al＋2NaOH＋6H2O===
2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
②归纳整理：
金属铝的主要反应：
探究2 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、制造工艺简洁等。
(3)用途：建筑、包装、交通运输及电子行业。
[必记结论]
(1)铝原子最外层只有3个电子，易失去电子，只有还原性。
(2)铝单质能够在空气中稳定存在的缘由是在铝表面形成一层氧化物爱护膜。
(3)金属铝既能与酸反应，又能与碱反应放出H2，反应实质均为Al失电子，H＋得电子。
(4)常温下，Al遇浓硝酸、浓硫酸发生钝化，并不说明Al与浓硫酸或浓硝酸不发生反应。
(5)铝热剂指铝与比铝不活泼金属的氧化物组成的混合物。
(6)合金比成分金属的硬度大，熔点低。
[成功体验]
1．推断正误。
(1)铝在自然界中只以化合态形式存在。( )
(2)铝是导电性最好的金属，故常用作导线。( )
(3)常温下，Al与浓硝酸、浓硫酸不反应。( )
(4)铝能与碱溶液反应，故铝为非金属单质。( )
(5)合金比成分金属具有优良的性能。( )
(6)铝与稀盐酸或稀硝酸反应，均放出H2。( )
答案：(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×
铝的氧化物和氢氧化物
[新知探究]
探究1 Al2O3——两性氧化物
(1)物理性质。
颜色
状态
水溶性
熔点
白色
固体
难溶
较高
(2)化学性质。
探究2 Al(OH)3——两性氢氧化物
(1)物理性质。
颜色
状态
水溶性
特性
白色
胶状固体
难溶
吸附性
(2)化学性质。
①试验探究：
试验操作
试验现象
结论
试管中生成白色胶状沉淀，氨水过量时，沉淀不消逝
Al2(SO4)3与氨水反应生成Al(OH)3沉淀，Al(OH)3既不溶于水，也不溶于弱碱
试管中白色胶状沉淀消逝
Al(OH)3溶于盐酸
试管中白色胶状沉淀消逝
Al(OH)3溶于NaOH溶液
②Al(OH)3的主要反应：
[必记结论]
(1)Al2O3熔点高，常用作耐火材料。
(2)Al2O3为两性氧化物，故铝制炊具不宜长时间盛放酸性或碱性食物。
(3)Al(OH)3胶体具有吸附性，故可用于净水。
(4)Al(OH)3可用于治疗胃酸过多，试验室制取Al(OH)3时，一般不选用强碱或强酸与相应的盐反应。
(5)既能与酸又能与碱反应的物质：Al、Al2O3、Al(OH)3、弱酸的酸式盐(如NaHCO3)、弱酸弱碱盐[如(NH4)2CO3]，其中只有Al2O3、Al(OH)3属于两性化合物，其余物质不能称为两性物质。
[成功体验]
2．(好题共享·选自人教版教材P62·T2、3)(1)Al2O3和Al(OH)3既可以与________反应，又可以与________反应，它们分别是________氧化物和________氢氧化物。
(2)在MgCl2溶液中滴加少量NaOH溶液，现象为____________________，连续加入过量的NaOH溶液，现象为____________________；在AlCl3溶液中滴加少量NaOH溶液，现象为____________________，连续加入过量的NaOH溶液，现象为____________________。
答案：(1)强酸 强碱 两性 两性
(2)产生白色沉淀 沉淀不消逝 产生白色沉淀 沉淀消逝
对应同学用书P90
考查铝及其化合物之间的转化关系
1.转化关系网络
2．转化示例
(1)Al→Al3＋：
Al与酸反应：2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。
(2)Al→[Al(OH)4]－：
Al与碱液反应：
2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑。
(3)Al3＋→Al(OH)3或[Al(OH)4]－：
①与弱碱或少量强碱生成Al(OH)3:
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH，
Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓；
②与过量强碱生成[Al(OH)4]－：
Al3＋＋4OH－===[Al(OH)4]－。
(4)Al(OH)3→Al3＋或[Al(OH)4]－：
①与强酸生成Al3＋：
Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。
②与强碱生成[Al(OH)4]－：
Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－。
(5)[Al(OH)4]－→Al(OH)3或Al3＋：
①与弱酸或少量强酸生成Al(OH)3：
[Al(OH)4]－＋CO2(过量)===Al(OH)3↓＋HCO
或2[Al(OH)4]－＋CO2(少量)===2Al(OH)3↓＋CO＋H2O，
[Al(OH)4]－＋H＋(少量)===Al(OH)3↓＋H2O。
②与过量强酸生成Al3＋：
[Al(OH)4]－＋4H＋===Al3＋＋4H2O。
[特殊提示]
(1)[Al(OH)4]－也可以写成AlO＋2H2O的形式。
(2)Al3＋Al(OH)3[Al(OH)4]－。
[例1] A、B、C、D、E五种化合物，均含有某种常见元素，它们的转化关系如图所示，其中A为澄清溶液，C犯难溶的白色固体，E则易溶于水，已知A中含钾元素。
请回答下列问题：
(1)写出化学式：B________，D________。
(2)五种化合物中难溶于水的是________(填化学式)。
(3)写出下列反应的离子方程式：
A―→B： ______________________________________________________________。
B―→E： _____________________________________________________________。
C―→E： ______________________________________________________________。
[解析] 解答框图推断题的关键是查找解题的突破口，然后再顺推或逆推出各物质。本题的突破口是B、C既能与盐酸反应又能与NaOH溶液反应，且B△,C，则可推断C为Al2O3，B为Al(OH)3；又由于A、B、C、D、E均含同一元素，则均含铝元素，从而推知D为AlCl3，E为Na [Al(OH)4]，A为K[Al(OH)4]。
[答案] (1)Al(OH)3 AlCl3
(2)Al(OH)3、Al2O3
(3)[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO
Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－
Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－
难溶的氢氧化物如Mg(OH)2、Al(OH)3、Fe(OH)3、Cu(OH)2等受热易分解生成相应的氧化物和水。
(好题共享·选自人教版教材P70·T3)下列变化不能通过一步反应直接完成的是( )
A．Al3＋―→Al(OH)3 B．Al―→[Al(OH)4]－
C．Al(OH)3―→Al2O3 D．Al2O3―→Al(OH)3
解析：选D A项，Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓；B项，2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑；C项，2Al(OH)3Al2O3＋3H2O；D项，Al2O3不溶于水，不能通过一步反应转化成Al(OH)3。
考查金属铝与酸、碱反应的相关计算
1.铝与酸或碱溶液反应生成H2的量的关系
2．几种反应状况的分析
(1)等量Al分别与足量酸(H＋)和碱(OH－)溶液反应，生成H2的物质的量之比为1∶1，耗H＋和OH－物质的量之比为3∶1。
(2)足量Al分别与物质的量相等的H＋和OH－溶液反应，生成H2的物质的量之比为1∶3。
(3)若产生H2的物质的量之比为<<，则必定是：与酸反应时，Al过量、H＋不足；与碱反应时，Al不足、OH－过量。
[例2] 将5.4 g Al投入200.0 mL 2.0 mol·L－1的某溶液中有氢气产生，充分反应后有金属剩余。该溶液可能为( )
A．HNO3溶液 B．Ba(OH)2溶液
C．H2SO4溶液 D．HCl溶液
[解析] Al与HNO3反应不产生H2，A项被排解。n(Al)＝＝0.2 mol，B项中n(OH－)＝0.2 L×2.0 mol·L－1×2＝0.8 mol，C项中n(H＋)＝0.8 mol，D项中n(H＋)＝0.4 mol，由2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑，2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，可知0.2 mol Al与0.2 mol OH－或0.6 mol H＋正好完全反应，则B中OH－过量，C中H＋过量，D中Al过量。
[答案] D
(1)5.4 g Al投入200.0 mL 2.0 mol·L－1的Ba(OH)2溶液中，产生标准状况下气体的体积为多少？
(2)5.4 g Al投入200.0 mL 2.0 mol·L－1盐酸中，转移电子数为多少？
解析：(1)Ba(OH)2溶液过量，以Al为准进行计算：
2Al ～ 3H2↑
2 mol 3mol
n(H2)
n(H2)＝0.3 mol
V(H2)＝22.4 L·mol－1×0.3 mol＝6.72 L。
(2)Al过量，以HCl为准进行计算：
HCl ～ e－
1 mol 1 mol
0.2 L×2.0 mol·L－1 n(e－)
n(e－)＝0.4 mol
N(e－)＝0.4NA
答案：(1)6.72 L (2)0.4NA
对应同学用书P91
[课堂双基落实]
1．(好题共享·选自苏教版教材P85·T2)下列关于铝及其氧化物与强碱溶液反应的说法中，正确的是( )
A．都有H2O生成
B．都有H2生成
C．反应后铝元素主要以[Al(OH)4]－的形式存在
D．反应后铝元素主要以Al3＋的形式存在
解析：选C 2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑，3H2O＋Al2O3＋2OH－===2[Al(OH)4]－。
2．(好题共享·选自苏教版教材P69·T5)除去镁粉中的少量铝粉，可选用( )
A．硫酸 B．氨水
C．盐酸 D．氢氧化钠溶液
解析：选D A项，Mg、Al均与H2SO4反应；B项，Mg、Al均不与氨水反应；C项，Mg、Al均与盐酸反应；D项，Mg与NaOH溶液不反应，Al与NaOH溶液反应。
3．(好题共享·选自人教版教材P63·T5)在溶液中不能与Al3＋大量共存的离子是( )
A．Cl－ B．OH－
C．H＋ D．Na＋
解析：选B Al3＋和OH－结合生成Al(OH)3沉淀而不能共存：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓；OH－过量时：Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－。
4．(好题共享·选自人教版教材P63·T8)在试验室里，要想使AlCl3溶液中的Al3＋全部沉淀出来，应选用下列试剂中的( )
A．石灰水 B．氢氧化钠溶液
C．硫酸 D．氨水
解析：选D 若使Al3＋全部沉淀出来，须加入碱液，排解C项；由于Al(OH)3溶于强碱溶液，故应选用弱碱溶液。
5．(好题共享·选自苏教版教材P70·T9)请写出下列反应的化学方程式和离子方程式。
(1)铝与稀硫酸反应。
(2)氯化铝溶液与氨水反应。
(3)氧化铝与盐酸反应。
(4)氢氧化铝与氢氧化钠溶液反应。
(5)铝与烧碱溶液反应。
答案：(1)2Al＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2↑
2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
(2)AlCl3＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4Cl
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH
(3)Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O
Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O
(4)Al(OH)3＋NaOH===Na[Al(OH)4]
Al(OH)3＋OH－===[Al(OH4)]－
(5)2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
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