资源描述
铝及铝合金
1．铝在金属活动性顺序中处于什么位置？能否与稀硫酸反应，若能，写出其反应的化学方程式。
提示：排在氢前面，能与稀硫酸反应放出氢气，2Al＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2↑。
2．活泼金属(如Zn)与酸(如盐酸、稀硫酸)反应的本质是什么？用离子方程式表示。
提示：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
3．铝制品在生产、生活中有哪些用途，试各举一例。
提示：作导线、作炊具、餐具等。
[新知探究]
探究1 填写下表空白，认识铝的物理性质。
颜色
状态
熔点
密度
导电导热性
延展性
银白色
固体
低
较小
良好
良好
探究2 认识铝的化学性质。
(1)铝在化学反应中易失去电子，化合价升高，表现出还原性，但在空气中能与氧气反应生成致密的氧化膜，有良好的抗腐蚀性。
(2)完成下列反应的化学方程式或离子方程式。
[必记结论]
1．铝及其主要化合物间的转化
2．铝与强碱溶液(如NaOH溶液)反应的实质
该反应经过了如下过程：
(1)
(2)2Al(OH)3＋2NaOH===2NaAlO2＋4H2O(复分解反应)
总反应式为：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑(氧化还原反应)
可见，铝置换出的H2其实来自H2O中的H，铝之所以和强碱溶液反应，是因为铝和水反应生成难溶于水的Al(OH)3，Al(OH)3是两性氢氧化物，能与强碱反应生成可溶性盐，即Al和H2O反应生成的Al(OH)3立即与强碱反应而溶解，使得铝能不断地与水接触而反应，而且该反应为放热反应，反应速率变快。
[成功体验]
1．铝制器能够盛放的物质是( )
A．KOH溶液 B．浓硫酸
C．NaOH溶液 D．稀硫酸
解析：选B 常温下Al与KOH溶液，NaOH溶液，稀硫酸都能反应生成H2，但遇浓H2SO4铝会钝化，故常温下铝制器皿能盛放浓H2SO4。
2．(好题共享·选自鲁科版教材P124·T2)铝热反应不仅被用于焊接钢轨，而且还常用于冶炼熔点较高的金属如钒、铬、锰等。
(1)试从铝粉与氧化铁之间的反应出发，思考铝热反应为什么可以被用来冶炼这些金属。
(2)请配平下列用铝热反应原理冶炼金属钒和钴的反应的化学方程式，指出哪些物质是还原剂、哪些物质是氧化剂，并计算生成1 mol各种金属分别需要纯铝的质量。
V2O5＋Al——Al2O3＋V
Co3O4＋Al——Al2O3＋Co
解析：3V2O5＋10Al 5Al2O3＋6V
270 g 6 mol
m(Al) 1 mol
解得：m(Al)＝45 g。
3Co3O4＋8Al4Al2O3＋9Co
216 g 9 mol
m(Al) 1 mol
m(Al)＝24 g。
答案：(1)铝具有强还原性，且该反应过程中放出大量的热。
(2)3V2O5＋10Al5Al2O3＋6V。氧化剂：V2O5，还原剂：Al，生成1 mol V需45 g铝。
3Co3O4＋8Al4Al2O3＋9Co。氧化剂：Co3O4，还原剂：Al，生成1 mol Co需24 g铝。
[新知探究]
探究 铝合金的概念、特点和用途。
(1)概念：铝和其他金属(或非金属)熔合而成的混合物。
(2)特点：密度小，强度高，抗腐蚀能力强，塑性好。
(3)用途：①可用于建筑外墙材料及房屋的门窗。
②可制造汽车车轮骨架和飞机构件。
③可用于制造电子元件。
[必记结论]
1．铝及其合金的用途
(1)与其他金属(或非金属)熔合形成铝合金，铝的合金具有密度小、强度高、塑性好、制造工艺简单、成本低、抗腐蚀能力强等特点，主要用于建筑业、交通运输业以及电子行业。铝合金可做建筑外墙材料及房屋的门窗，可制成汽车车轮骨架和飞机构件，还可用于制造电子元件等。
(2)利用其导电性，制造电线，电器元件等。
(3)利用其强的还原性，冶炼熔点高的金属，焊接钢轨等。
2．使用铝制品应注意的问题
(1)铝制品耐用是因为表面有致密的氧化铝保护膜，Al2O3是两性氧化物，既可以与酸反应又可以与碱反应，所以铝制品不宜盛放显酸性或碱性的物质。
(2)含氯化钠的物质不能用铝制品盛放。这是因为铝制品表面虽然有致密的氧化膜保护层，但若遇到氯化钠溶液，其中的氯离子会破坏氧化膜的结构，加速铝制品的腐蚀。因此，铝制品不宜用来长时间盛放咸菜等腌制食品。
[成功体验]
3．(好题共享·选自鲁科版教材P123·T1)把以下左栏列举的金属的用途与右栏列举的有关金属的性质用线连起来。
A．金可制成比纸还薄的金箔 ①导电性
B．生活用铁锅 ②导热性
C．用铁回收照相定影废液中的银 ③延展性
D．用铜制作印刷电路 ④还原性
答案：A—③ B—② C—④ D—①
———————————————[关键语句小结]————————————————
1．铝是一种既可以与酸反应又可以与碱溶液反应的金属。例如：Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。
2．在常温下，铝遇浓硝酸、浓硫酸时会在表面生成致密的氧化膜而发生钝化。
3．工业上常用铝粉还原一些金属氧化物，这类反应被称为铝热反应。例如：Fe2O3＋2AlAl2O3＋2Fe。
4．铝合金是由金属铝与其他金属(或非金属)熔合而成的。
分析依据：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
反应物的量
生成H2的体积关系
等物质的量的铝足量盐酸足量NaOH溶液
＝1∶1
等物质的量的盐酸和NaOH
足量的铝
＝
一定量的铝盐酸不足NaOH过量(nHCl＝nNaOH)
<<1
nHCl∶nNaOH＝3∶1
VHCl(H2)＝VNaOH(H2)
[例1] 取两份铝片，第一份与足量盐酸反应，第二份与足量烧碱溶液反应，同温同压下放出相同体积的气体，则消耗的HCl和NaOH的物质的量之比为( )
A．1∶1 B．2∶1 C．3∶1 D．1∶3
解析：选C 铝与盐酸和烧碱溶液反应的化学方程式分别为2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，当生成等体积气体时消耗HCl、NaOH的物质的量之比为3∶1。
铝与强酸或强碱溶液反应放出氢气的实质都是：AlAl3＋，2H＋H2↑，所以无论是铝和酸反应还是和碱反应，Al和H2的关系都是2Al～3H2。
在例1中：
(1)两份铝片的质量之比是________。
(2)若两份铝片在反应时，消耗等物质的量的HCl和NaOH，则生成氢气的体积比为________。
解析：(1)因为盐酸和烧碱溶液都是足量的，铝片将全部参加反应，生成等体积的气体时，根据反应的方程式可知两份铝片的量相等，即其质量之比为1∶1。
(2)可设消耗HCl和NaOH的物质的量都为a mol，根据反应方程式可得与a mol盐酸反应生成氢气 mol，与a mol NaOH反应生成氢气 mol，故生成氢气的体积比为 mol： mol＝1∶3。
答案：(1)1∶1 (2)1∶3
[例2] 下列各组物质中能发生铝热反应的是( )
A．Al粉和FeO粉末
B．木炭粉和CuO粉末
C．Al粉和MgO粉末
D．Al粉和稀盐酸
解析：选A 铝热反应是铝与金属氧化物间的反应，B中无铝粉，错误；D中无金属氧化物，错误；C中虽然是铝粉与金属氧化物的混合物，但Al不如Mg活泼，两者也不能发生铝热反应。
(1)铝热反应是放热反应，但要高温引发。
(2)因为铝有较强的还原性，因此铝能将比它还原性弱的金属从其氧化物中还原出来，如MnO2、V2O5等，但还原性比铝强的金属的氧化物与铝不能发生铝热反应，如MgO等。
对“铝热反应”的现象有这样的描述：反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒。纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。又已知Al、Fe2O3、Al2O3、Fe的熔点、沸点数据如下表所示：
物质
Al
Fe2O3
Al2O3
Fe
熔点/℃
660
1 462
2 054
1 535
沸点/℃
2 467
－
2 980
2 750
(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：该反应放热能使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铝合金，你认为他的解释是否合理？
答：______(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。填写下列表格：
所用试剂
氢氧化钠溶液
实验操作及现象
有关反应的化学方程式
解析：本题是有关金属物理性质和化学性质综合应用的类型题，铝热反应产物应是铁铝合金。因为铁的熔点低于铝的沸点，同时根据铝能与碱发生反应来鉴别Al。
答案：(1)合理 (2)取适量样品置于试管中，加入氢氧化钠溶液，有气体产生 2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
[课堂双基落实]
1．下列物质中，属于合金的是( )
A．硬铝 B．铝箔
C．冰晶石 D．水银
解析：选A 合金是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合在一起而形成的具有金属特性的物质。硬铝是由Al、Cu、Mg、Mn、Si等形成的合金，铝箔是Al，冰晶石是一种化合物，水银是Hg。
2．用铝箔包装0.1 mol Na，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与H2的混合气体 B．1.12 L的H2
C．大于1.12 L的H2 D．小于1.12 L的H2
解析：选C 0.1 mol Na与水反应产生标准状况下的H2 1.12 L，Na与水反应还生成NaOH，Al与NaOH溶液反应也产生H2，故收集到的H2应大于1.12 L。
3．(2016·大庆高一检测)Al溶于NaOH溶液中，4 mol Al失去的电子全被水获得。作为氧化剂的H2O的物质的量为( )
A．1 mol B．3 mol
C．4 mol D．6 mol
解析：选D 4 mol Al失去的电子数为12 mol，根据电子守恒可知，1 mol H2O被还原，得到2 mol电子，所以转移12 mol电子，需6 mol水作氧化剂。
4．Mg、Al两种金属分别跟相同体积、相同浓度的稀H2SO4反应，同温同压下生成氢气的体积相同，则Mg、Al两种金属之间的量的关系一定正确的是( )
A．两个反应转移的电子数目相等
B．加入镁、铝的质量比为4∶3
C．金属溶解的物质的量相等
D．加入的两种金属的质量不等
解析：选A 由反应可知：2H＋～H2～2e－，生成氢气的体积相同，则两反应转移的电子数目一定相等，A正确；无法确定加入金属的质量，故B、D错误；由反应方程式可得：Mg～H2,2Al～3H2，故金属溶解的物质的量不等，C错误。
5．向一铝制的易拉罐内充满CO2气体，然后向罐内注入足量NaOH溶液，立即用胶布严封罐口，一段时间后，罐壁内凹而瘪，而再过一段时间，瘪了的罐壁重新鼓起，解释上述变化的实验现象：
(1)罐壁内凹而瘪的原因：________________，化学反应方程式：____________________。
(2)罐壁重新鼓起的原因：________________，化学反应方程式：____________________。
解析：向充满CO2的易拉罐内注入足量NaOH溶液，首先CO2与NaOH溶液反应生成Na2CO3，使得罐内气压小于外界大气压，故过一段时间后，罐壁内凹而瘪；再过一段时间后，因为过量的NaOH与铝罐反应生成H2，使罐内气压大于外界大气压，故瘪了的罐壁重新鼓起。
答案：(1)因为CO2与NaOH溶液反应生成Na2CO3，使得罐内气压小于外界大气压 2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O
(2)因为过量的NaOH溶液与铝罐反应生成H2，使罐内气压大于外界大气压 2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2
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