高中化學(xué) 第四章 元素與材料世界 第2節(jié) 鋁金屬材料學(xué)案（1）魯科版必修1.doc

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第2節(jié) 鋁金屬材料 互動(dòng)課堂 疏導(dǎo)引導(dǎo)　 一、鋁與鋁合金 1.鋁單質(zhì)的性質(zhì) （1）鋁單質(zhì)的物理性質(zhì) 單質(zhì)鋁為銀白色金屬，熔沸點(diǎn)高，導(dǎo)電性強(qiáng)（僅次于銀、銅、金的導(dǎo)電性）。 （2）鋁單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì) ①鋁與氧氣的反應(yīng) 4Al+3O2====2Al2O3（反應(yīng)中放出大量的熱和耀眼的白光，因此金屬鋁常用于制造燃燒彈、信號(hào)彈和火箭推進(jìn)劑）。 常溫下，金屬鋁被空氣中的氧氣氧化，在其表面產(chǎn)生一層致密的氧化物保護(hù)膜，阻止金屬鋁與氧氣的進(jìn)一步反應(yīng)。 ②鋁熱反應(yīng) 2Al+Fe2O3====Al2O3+2Fe （鋁粉和某些金屬氧化物組成的混合物為鋁熱劑，鋁熱劑在一定條件下的反應(yīng)稱為鋁熱反應(yīng)） ③鋁與酸的反應(yīng) 金屬鋁與鹽酸和稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。 2Al+6HCl====2AlCl3+3H2↑ 2Al+3H2SO4====Al2（SO4）3+3H2↑ ④鋁與強(qiáng)堿溶液的反應(yīng) 2Al+2NaOH+6H2O====2Na［Al（OH）4］+3H2↑（該反應(yīng)中的氧化劑為水，還原劑為金屬鋁）疑難突破　 鋁和強(qiáng)堿溶液如何反應(yīng)？ 鋁和強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，不是鋁直接和堿反應(yīng)，而是鋁先和強(qiáng)堿溶液中的水反應(yīng)生成Al(OH)3，然后Al(OH)3再和強(qiáng)堿反應(yīng)生成偏鋁酸鹽。如鋁與NaOH(aq)反應(yīng)分兩步進(jìn)行： 2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2↑ Al(OH)3+NaOHNaAlO2+2H2O 案例1等體積等物質(zhì)的量濃度的硫酸、氫氧化鈉溶液分別放在甲、乙兩燒杯中，各加等質(zhì)量的鋁，生成氫氣的體積比為5∶6，則甲、乙兩燒杯中的反應(yīng)情況是（　?。┆? A.甲、乙中鋁都過量 B.甲中鋁過量、乙中堿過量 C.甲中酸過量、乙中鋁過量 D.甲中酸過量、乙中堿過量 【剖析】 因1 mol鋁與酸、堿反應(yīng)時(shí)分別消耗3 mol氫離子和1 mol氫氧根離子，且甲、乙兩容器中生成氫氣的體積比為5∶6，說明甲中酸過量，乙中堿過量。 【答案】 B 【借題發(fā)揮】 等物質(zhì)的量的鋁分別與足量的酸或強(qiáng)堿溶液反應(yīng)時(shí)根據(jù)得失電子守恒可知產(chǎn)生氫氣的物質(zhì)的量相等。 2.鋁的氧化物和氫氧化物 （1）鋁的氧化物 鋁的氧化物是兩性氧化物，熔點(diǎn)高，硬度大，難溶于水，也不與水直接反應(yīng)。 兩性氧化物：既能與酸反應(yīng)又能與堿反應(yīng)的氧化物。 Al2O3+6HCl====AlCl3+3H2O Al2O3+2NaOH+3H2O====2Na［Al（OH）4］  誤區(qū)警示　Al2O3與酸、堿的反應(yīng) Al2O3只能跟強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，不能跟弱酸、弱堿溶液反應(yīng)。 疑難突破　Al2O3是兩性氧化物，為什么鋁卻能在冷濃硫酸或冷濃硝酸中發(fā)生鈍化？ 氧化鋁有各種存在的形式，其性質(zhì)不完全相同。鋁在冷濃硫酸或冷濃硝酸中鈍化時(shí)，生成的是致密的氧化鋁薄膜，它既不溶于酸，也不溶于堿，保護(hù)了里面的金屬鋁不再與酸反應(yīng)。鋁條與Hg（NO3）2溶液反應(yīng)后放置在空氣中生成的是疏松的氧化鋁，因此金屬鋁繼續(xù)與氧氣反應(yīng)。通常實(shí)驗(yàn)室里新制的氧化鋁是兩性化合物，既能溶于強(qiáng)酸又能溶于強(qiáng)堿。 （2）鋁的氫氧化物 ①制備：實(shí)驗(yàn)室中通常用鋁鹽與弱堿（氨水）反應(yīng)制備氫氧化鋁。 ==== 氫氧化鋁是難溶于水的白色膠狀物，能夠凝聚水中的懸浮物，又能吸附色素，可用于水的凈化。 ②兩性氫氧化物：既能與酸反應(yīng)又能與堿反應(yīng)的氫氧化物，氫氧化鋁就是兩性氫氧化物。 Al(OH)3+3H+====Al3++3H2O Al(OH)3+OH-====[Al(OH)4]- 誤區(qū)警示　Al(OH)3與酸、堿的反應(yīng) Al(OH)3只能跟強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，不能跟弱酸、弱堿溶液反應(yīng)。 方法點(diǎn)撥　鋁及其化合物性質(zhì)的學(xué)習(xí)方法 為便于掌握鋁及其化合物的性質(zhì)，可通過“鋁三角”梳理有關(guān)知識(shí)。  知識(shí)拓展　兩性物質(zhì) 兩性物質(zhì)指既能與酸，又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的化合物，包括Al2O3、ZnO、Al(OH)3、Zn(OH)2、氨基酸、蛋白質(zhì)等。強(qiáng)堿弱酸鹽(如:NaHCO3、KHS、KHSO3、NaH2PO4等)及弱堿弱酸鹽(如:CH3COONH4、NH4HS等)，也既能與強(qiáng)酸反應(yīng)又能與強(qiáng)堿反應(yīng)，但不能將它們稱為兩性物質(zhì)，因?yàn)樗鼈兣c酸或堿作用的生成物不全是鹽和水。 Al能與酸及強(qiáng)堿溶液作用，但不屬于兩性物質(zhì)，也不能說它具有兩性。因Al與堿溶液反應(yīng)的本質(zhì)是2Al+6H2O====2Al(OH)3+3H2↑，Al(OH)3+NaOH====NaAlO2+2H2O，兩式相加為：2Al+2H2O+2NaOH====2NaAlO2+3H2↑。 Al不直接與NaOH作用。 案例2將表面已經(jīng)完全鈍化的鋁條，插入下列溶液中，不會(huì)發(fā)生反應(yīng)的是（　?。┆? A.稀硝酸　　B.稀鹽酸　　 C.硝酸銅　　D.氫氧化鈉 【剖析】 因鋁條表面已經(jīng)完全鈍化，也就是鋁的表面全部是氧化鋁，所以根據(jù)氧化鋁的性質(zhì)可知其既能與酸反應(yīng)又能與堿溶液反應(yīng)。 【答案】 C 【借題發(fā)揮】 鋁的氧化物及其氫氧化物的考查還可以和鋁鹽在一起綜合考查，還可以考查鋁三角的相互轉(zhuǎn)化和有關(guān)圖象問題等等。 3.鋁合金 （1）合金：由兩種或兩種以上的金屬（或金屬與非金屬）熔合而成的物質(zhì)。合金的硬度比各組分的硬度大，熔沸點(diǎn)較各組分的熔沸點(diǎn)低等性能。 深化升華 合金 （1）合金的化學(xué)性質(zhì)也與成分金屬不同，因此，合金的性質(zhì)并不是各成分金屬性質(zhì)的總和。 （2）合金屬于混合物，但不等于一般混合物?？蓮母拍钪忻鞔_兩點(diǎn)：一是熔合，二是具有金屬特性。 （2）鋁合金及其用途 鋁合金的密度小、強(qiáng)度高、塑性好、易于成型、制造工藝簡(jiǎn)單、成本低廉。鋁合金主要應(yīng)用于建筑業(yè)、容器和包裝業(yè)、交通運(yùn)輸及電子行業(yè)。 案例3鋁鎂合金因堅(jiān)硬、輕巧、美觀、潔凈、易于加工而成為新型建筑裝潢材料，主要用于制作窗框、卷閘門、防護(hù)欄等。下列與這些用途無關(guān)的性質(zhì)是（　?。┆? A.不易生銹 B.導(dǎo)電性好 C.密度小 D.強(qiáng)度高 【剖析】 根據(jù)題目給定的信息可知做防護(hù)欄主要是利用了它們的強(qiáng)度高，輕巧說明合金的密度較小。 【答案】 B 【借題發(fā)揮】 有關(guān)合金的考查還可以比較合金的熔沸點(diǎn)、合金的組成成分的確定以及應(yīng)用等等。 二、金屬與金屬材料 1.重要的黑色金屬材料——鋼鐵 （1）演變過程：鐵——普通鋼——不銹鋼 （2）不銹鋼是在普通鋼的基礎(chǔ)上，加入鉻、鎳等多種元素?zé)挸傻匿摬摹? 2.幾種重要的有色金屬材料——金、銀、銅 （1）物理性質(zhì) 金是質(zhì)地柔軟的黃色金屬，銀是具有金屬光澤、質(zhì)地柔軟的銀白色金屬，銅是硬度較小的紫紅色金屬。它們都具有良好的延展性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。 （2）銅單質(zhì)的性質(zhì) ①與非金屬單質(zhì)的反應(yīng) 2Cu+O2====2CuO(黑色固體) 2Cu+S====Cu2S9黑色固體) Cu+Cl2====CuCl2 ②銅在空氣中的反應(yīng) 2Cu+O2+H2O+CO2====Cu2(OH)2CO3 ③與酸的反應(yīng) 由于金屬銅位于金屬活動(dòng)順序表氫元素之后，所以銅單質(zhì)很難與酸發(fā)生置換反應(yīng)，但可以與氧化性的酸反應(yīng)。 Cu+2H2SO4(濃)====CuSO4+SO2↑+2H2O 3Cu+8HNO3(稀)====3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O Cu+4HNO3(濃)====Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O （3）銅的化合物 4CuO2Cu2O(紅色)+O2↑ CuSO45H2OCuSO4+5H2O↑ （4）用途 金及其合金主要用于電子工業(yè)和航空、航天工業(yè)；銀在有機(jī)合成、能源開發(fā)和材料制造方面的應(yīng)用日益受到重視；銅主要用于制造電線和通訊電纜等等。 （5）新的金屬材料 做核燃料的鈾（U），镅在煙霧探測(cè)器中作煙霧監(jiān)測(cè)材料，被譽(yù)為“21世紀(jì)的金屬”——鈦等等。 案例4　在FeCl3、CuCl2混合溶液中，加入一定量的鐵屑，反應(yīng)完全后將固體濾出，下列說法中正確的是（　　） A.若濾出的固體中只有銅，則溶液中一定含有的陽離子是Fe2+，一定不含Cu2+ B.若濾出的固體中含有鐵和銅，則溶液中一定含有的陽離子是Fe2+，一定不含Cu2+和Fe3+ C.若濾出的固體中只有銅，則溶液中一定含有的陽離子是Fe2+，可能含有Cu2+和Fe3+ D.若濾出的固體中只有銅，則溶液中一定含有的陽離子是Fe3+和Fe2+，一定不含Cu2+ 【剖析】 向FeCl3、CuCl2混合溶液中加入一定量的鐵屑，對(duì)應(yīng)的反應(yīng)為2FeCl3+Fe====3FeCl2，CuCl2+Fe====FeCl2+Cu，若剩余的固體為銅，則反應(yīng)后的溶液中含有的陽離子一定有Fe2+，一定不含F(xiàn)e3+，但不一定含有Cu2+；若剩余的固體為鐵和銅的混合物，則反應(yīng)后的溶液中的陽離子只有Fe2+。 【答案】 B 【借題發(fā)揮】 一般來講同一種還原劑（或氧化劑）與多種氧化劑（或還原劑）反應(yīng)時(shí)，通常是先與氧化性（或還原性）強(qiáng)的物質(zhì)反應(yīng)。 活學(xué)巧用 1.鋁的金屬活動(dòng)性排在金屬活動(dòng)性順序表“H”的前面，可為什么用金屬鋁制成的水壺卻能燒開水？ 【思路解析】 鋁的活動(dòng)性確實(shí)較強(qiáng)，鋁可以與沸水發(fā)生置換反應(yīng)，放出氫氣，用鋁加工而成的水壺也確實(shí)能燒開水，此時(shí)鋁不與沸水反應(yīng)的原因是鋁的表面產(chǎn)生了保護(hù)層——致密的氧化膜，這種氧化膜阻止了沸水進(jìn)一步與鋁的反應(yīng)。 2.屬于鋁熱反應(yīng)的是（　　） A.Al+HCl　　　　　　　　B.Al+H2SO4 C.Al+MgO D.Al+WO3 【思路解析】 鋁熱劑是由鋁單質(zhì)和過渡性元素的氧化物組成的混合物。 【答案】 D 3.若將鋁粉分別加入下列溶液中，能放出氫氣，且可能大量共存的是（　?。┆? A. B. C. D. 【思路解析】 溶液中加入鋁粉時(shí)能夠產(chǎn)生氫氣，說明該溶液中可能存在大量的氫離子或氫氧根離子。A中不能產(chǎn)生氫氣；B中不能大量共存；C中在堿性條件下可以大量存在。 【答案】 C 4.鋁在人體中積累可使人慢慢中毒，1989年世界衛(wèi)生組織正式將鋁確定為食品污染源之一并加以控制。鋁在下列場(chǎng)合使用必須加以控制的是（　?。┆? ①制鋁錠　②制易拉罐?、壑齐娋€電纜?、苤蒲栏嗥ぁ、萦妹鞯\凈水?、拗拼毒摺、哂妹鞯\和小蘇打做食品膨化劑　⑧用氫氧化鋁〔Al(OH)3〕制成藥片制胃病?、嶂品冷P油漆 A.①②④⑤⑥⑦⑧ B.②⑤⑥⑦⑨ C.②④⑤⑥⑦⑧ D.③④⑤⑥⑦⑧ 【思路解析】 根據(jù)題目給定的信息可知只要是能夠攝入人體內(nèi)的都應(yīng)加以限制。 【答案】 C 5.2003年2月1日，美國(guó)哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)在返回地面的途中墜毀，舉世震驚，盡管科學(xué)家在探索太空的過程中遇到了挫折，但這決不會(huì)阻止人類對(duì)太空科學(xué)探究的步伐。該航天飛機(jī)用鋁粉和高氯酸銨（NH4ClO4）的混合物作固體燃料，點(diǎn)燃時(shí)，鋁粉氧化放熱引發(fā)高氯酸反應(yīng)，其熱化學(xué)方程式可表示為：2NH4ClO4====N2↑+Cl2↑+2O2↑+4H2O；ΔH<0。下列對(duì)此反應(yīng)的敘述中錯(cuò)誤的是（　　） A.上述反應(yīng)瞬間產(chǎn)生大量高溫氣體推動(dòng)飛機(jī)飛行 B.在反應(yīng)中高氯酸銨只起氧化劑作用 C.反應(yīng)從能量變化上說，主要是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎蛣?dòng)能 D.上述反應(yīng)屬于分解反應(yīng) 【思路解析】 根據(jù)題目給定的信息可知高氯酸銨既作氧化劑又作還原劑。 【答案】 B 6.實(shí)驗(yàn)室中，要使AlCl3溶液中的Al3+全部沉淀出來，適宜用的試劑是（　?。┆? A.NaOH溶液 B.Ba(OH)2溶液 C.鹽酸 D.氨水 【思路解析】 根據(jù)鋁離子及氫氧化鋁的性質(zhì)可知欲使鋁離子完全沉淀可以選用氨水。 【答案】 D 7.用鎂鋁合金的廢料、稀硫酸、稀鹽酸、氫氧化鈉溶液制取MgCl2溶液和Al2(SO4)3溶液，若只允許通過四步反應(yīng)來完成，依次寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式： （1）_______________________________。 （2）_______________________________。 （3）_______________________________。 （4）_______________________________。 【思路解析】 根據(jù)題目的要求可知首先可以將鋁轉(zhuǎn)化為偏鋁酸鹽，進(jìn)行過濾，向?yàn)V渣中加入鹽酸得到氯化鎂，向?yàn)V液中滴加硫酸至最大值，過濾再向?yàn)V渣中加入硫酸。 【答案】 （1）2Al+2NaOH+6H2O====2Na[Al(OH)4]+3H2↑ （2）Mg+2HCl====MgCl2+H2↑ （3）2Na[Al(OH)4]+H2SO4====Na2SO4+2Al(OH)3↓+2H2O （4）2Al(OH)3+3H2SO4====Al2(SO4)3+6H2O 8.某白色固體混合物可能含有硫酸氫鈉、氯化鋇、氯化鎂、氯化鈉、碳酸氫鈉、四羥基合鋁酸鈉〔NaAl(OH)4〕中的一種或幾種，對(duì)試樣進(jìn)行檢測(cè)，有如下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：①取少量該固體物質(zhì)，加水溶解，最終得到澄清溶液，沒有沉淀和氣體生成；②向所得澄清溶液中滴加NaOH溶液，有白色沉淀生成，加至過量時(shí)沉淀消失。 （1）原混合物中一定含有的物質(zhì)是_____________（寫化學(xué)式，下同）。 （2）原混合物中一定不含有的物質(zhì)是_____________。 【思路解析】 由于所得溶液為澄清溶液，而向所得溶液中加入NaOH先產(chǎn)生沉淀，后消失，說明所得溶液中含有鋁離子，而不含鎂離子，所以原固體中含有硫酸氫鈉和四羥基合鋁酸鈉；同時(shí)說明原固體中一定不含氯化鋇和碳酸氫鈉。 【答案】 （1）NaHSO4、NaAl(OH)4?。?）BaCl2、MgCl2、NaHCO3 9.在AlCl3和FeCl3混合溶液中，先加入過量的KI溶液，再加入足量的Na2S溶液，所得到的沉淀物是（　?。? A.Fe(OH)3、Al(OH)3 B.Al(OH)3、I2 C.Fe2S3、I2 D.FeS、S、Al(OH)3 【思路解析】 當(dāng)向混合溶液中加入過量的KI時(shí)，F(xiàn)eCl3和KI發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生亞鐵離子和碘單質(zhì)，再加入Na2S將產(chǎn)生FeS沉淀和Al(OH)3沉淀，同時(shí)碘單質(zhì)與硫離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生硫單質(zhì)。 【答案】 D 10.下列溶液中通入過量二氧化碳，一定沒有白色沉淀產(chǎn)生的是（　?。┆? A.Ca(OH)2 B.NaAlO2 C.Na2SiO3 D.飽和Na2CO3  【思路解析】 少量CO2通入石灰水中，有碳酸鈣白色沉淀產(chǎn)生，當(dāng)CO2過量時(shí)，則最終為可溶性的碳酸氫鈣；NaAlO2 溶液和Na2SiO3溶液中通入CO2，無論CO2多少，前者生成的是Al(OH)3沉淀，后者生成的是硅酸沉淀；在一定溫度下，碳酸鈉的溶解度大于碳酸氫鈉，通入CO2后生成了溶解度更小的碳酸氫鈉沉淀。 【答案】 A 11.鋁粉投入某無色澄清溶液里產(chǎn)生H2，則下列離子組合正確的是（　?。┆? A. B. C. D.  【思路解析】 能與鋁反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的溶液有兩種：強(qiáng)堿性溶液和無氧化性的酸的酸性溶液。A中和在H+存在的條件下具有氧化性，得不到氫氣；B中無論是酸性溶液還是堿性溶液，四種離子均能共存；C中OH-和Al3+本身就不能共存；D中Cu2+在水溶液中呈藍(lán)色。 【答案】 B 12.不銹鋼通常不與酸、堿、鹽反應(yīng)，是下列哪種元素加入的結(jié)果（　?。┆? A.Ni B.Cr C.Au D.Pt 【思路解析】 不銹鋼中添加的元素主要是Ni和Cr，C、D被排除。Cr是防氧化元素——使不銹鋼表面形成一層致密的氧化物保護(hù)膜，防止內(nèi)部的Fe與外界物質(zhì)接觸；Ni是防腐蝕元素，使不銹鋼在多種酸、堿、鹽溶液中也能具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性，棄B選A。【答案】 A 13.工業(yè)上擬用銅和硝酸來制備Cu(NO3)2 3H2O，下面有三位同學(xué)提出了不同的生產(chǎn)方案：甲方案：Cu+濃HNO3→ 蒸發(fā)結(jié)晶 乙方案：Cu+稀HNO3→ 蒸發(fā)結(jié)晶 丙方案：Cu+O2→CuO+稀HNO3蒸發(fā)結(jié)晶 你認(rèn)為___________方案最好，理由_______________。 【思路解析】 甲方案中容易產(chǎn)生污染大氣的氣體NO2，且消耗的硝酸的量最多；乙方案中也產(chǎn)生污染大氣的氣體NO。 【答案】 丙　硝酸消耗較少，且沒有污染空氣的氣體產(chǎn)生 14.自然界里常見金屬元素存在最多的是Al，其次是鐵，銅的含量較少。然而人類冶煉金屬獲得成功最早的反而是含量少的銅，含量最多的鋁最遲冶煉出來，究其原因，合理的是（　?。〢.礦石在地下埋藏，銅礦最淺，容易開發(fā)，鋁礦埋得深，難開發(fā) B.銅礦顏色較深，易發(fā)現(xiàn)，鋁礦顏色較淺，不易發(fā)現(xiàn) C.銅礦較易還原，鋁礦很難還原 D.以上說法是錯(cuò)誤的 【思路解析】 由于金屬鋁的活潑性較強(qiáng)，所以較難冶煉，而銅的活潑性最差，故容易冶煉。【答案】 C 15.古代的“藥金”外觀與金相似，常被誤認(rèn)為是金子。冶煉方法如下：將碳酸鋅、赤銅（Cu2O）、木炭混合加熱至800 ℃ 得金光閃閃的“藥金”。 （1）“藥金”的主要成分是___________。 （2）有關(guān)冶煉的化學(xué)方程式是______________、_____________、________________。 【思路解析】 由石灰石的熱穩(wěn)定性可知高溫下，碳酸鋅分解生成氧化鋅和二氧化碳，木炭將Cu2O、ZnO還原為金屬銅和鋅，故“藥金”的主要成分是銅、鋅。 【答案】 （1）銅、鋅 （2）ZnCO3 ZnO+CO2↑ 2Cu2O+C4Cu+CO2↑ 2ZnO+C2Zn+CO2↑