PAGE9-第1課時鋁與鋁合金[學(xué)習(xí)目標]1.能從物質(zhì)類別，元素化合價的角度，依據(jù)復(fù)分解反應(yīng)規(guī)律和氧化還原反應(yīng)原理，預(yù)料鋁及其化合物的性質(zhì)及物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化，設(shè)計試驗進行初步驗證，并能分析、說明有關(guān)試驗現(xiàn)象，設(shè)計制備、分別、檢驗等簡潔任務(wù)的方案。2.了解Al、Al2O3、Al(OH)3的主要性質(zhì)和用途。一、鋁與鋁合金1．鋁的存在鋁在地殼中的含量僅次于eq\o(□,\s\up5(01))氧和eq\o(□,\s\up5(02))硅，居第三位。在自然界中鋁元素以eq\o(□,\s\up5(03))化合態(tài)存在。2．鋁的性質(zhì)(1)物理性質(zhì)：eq\o(□,\s\up5(04))銀白色固體，質(zhì)eq\o(□,\s\up5(05))軟，密度eq\o(□,\s\up5(06))小，導(dǎo)電性僅次于金、eq\o(□,\s\up5(07))銀和eq\o(□,\s\up5(08))銅。(2)化學(xué)性質(zhì)①鋁與非金屬的反應(yīng)鋁與O2反應(yīng)：鋁在氧氣中燃燒的化學(xué)方程式為eq\o(□,\s\up5(09))4Al＋3O2eq\o(=,\s\up17(點燃))2Al2O3。該反應(yīng)的現(xiàn)象為：eq\o(□,\s\up5(10))發(fā)出刺眼的白光、放出大量的熱。②鋁與酸的反應(yīng)與非氧化性酸：如鹽酸、稀硫酸等反應(yīng)，離子方程式為eq\o(□,\s\up5(11))2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑。與氧化性酸：如Al常溫下遇冷的濃硫酸、濃硝酸會發(fā)生eq\o(□,\s\up5(12))鈍化。③鋁與強堿溶液反應(yīng)鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為eq\o(□,\s\up5(13))2Al＋2NaOH＋6H2O=2Na[Al(OH)4]＋3H2↑，離子方程式：eq\o(□,\s\up5(14))2Al＋2OH－＋6H2O=2[Al(OH)4]－＋3H2↑。④鋁熱反應(yīng)Al在高溫下與Fe2O3反應(yīng)的方程式為eq\o(□,\s\up5(15))2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up17(高溫))2Fe＋Al2O3。該反應(yīng)常用于eq\o(□,\s\up5(16))焊接鋼軌、冶煉難熔的金屬等。3．鋁合金及其制品(1)形成：鋁中加入其他元素(如銅、鎂、硅、鋅、鋰等)熔合而形成鋁合金。(2)性能：密度eq\o(□,\s\up5(17))小、強度eq\o(□,\s\up5(18))高、塑性eq\o(□,\s\up5(19))好、易于成型、制造工藝簡潔、成本低廉等。二、鋁的重要化合物1．氫氧化鋁[Al(OH)3]——兩性氫氧化物(1)物理性質(zhì)①色態(tài)：eq\o(□,\s\up5(01))白色膠狀固體物質(zhì)。②溶解性：幾乎eq\o(□,\s\up5(02))不溶于水。(2)試驗室制備①試劑：常用Al2(SO4)3溶液(或AlCl3溶液)與eq\o(□,\s\up5(03))氨水反應(yīng)制取氫氧化鋁。②現(xiàn)象：生成eq\o(□,\s\up5(04))白色沉淀，加過量氨水，沉淀不溶解。③化學(xué)方程式：eq\o(□,\s\up5(05))AlCl3＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NH4Cl。④離子方程式：eq\o(□,\s\up5(06))Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)。(3)化學(xué)性質(zhì)兩性氫氧化物：既能與eq\o(□,\s\up5(09))強酸反應(yīng)，又能與eq\o(□,\s\up5(10))強堿反應(yīng)的氫氧化物。(4)用途①能eq\o(□,\s\up5(11))凝合水中的懸浮物并能吸附色素，可用來凈水。②利用其eq\o(□,\s\up5(12))弱堿性，可用作胃酸中和劑。2．氧化鋁(Al2O3)——兩性氧化物(1)物理性質(zhì)色態(tài)溶解性熔點硬度白色固體難溶很高很大(2)化學(xué)性質(zhì)Al2O3是兩性氧化物，與強酸或強堿溶液都能反應(yīng)生成鹽和水。兩性氧化物：既能與eq\o(□,\s\up5(15))強酸反應(yīng)，又能與eq\o(□,\s\up5(16))強堿反應(yīng)的氧化物。(3)用途①冶煉金屬鋁的原料。②良好的耐火材料。一、鋁與鋁合金[溝通研討]1．依據(jù)前面學(xué)習(xí)的Na、Mg、Fe等的性質(zhì)預(yù)料一下鋁可能具有什么性質(zhì)？提示：強的還原性，能與O2、Cl2、S、Br2、I2等非金屬單質(zhì)反應(yīng)，能與酸反應(yīng)，能與某些金屬氧化物反應(yīng)等。2．鋁是重要的金屬材料之一，這可能與它具有的哪些性質(zhì)有關(guān)？提示：空氣中耐腐蝕、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能良好，易與其他金屬形成性能優(yōu)良的合金。[點撥提升]1．鋁與非金屬單質(zhì)的反應(yīng)(1)常溫下，鋁易與空氣中的O2反應(yīng)，生成Al2O3愛護膜，因此Al在空氣中具有抗腐蝕性。(2)鋁箔在空氣中加熱不燃燒，只能熔化成液體但不滴落。其緣由是鋁箔表面生成的高熔點的氧化鋁，包袱住內(nèi)部熔化的鋁，使內(nèi)部的液態(tài)鋁不能滴落；鋁粉在空氣中加熱會猛烈燃燒。(3)鋁與S、Cl2也能發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為2Al＋3Seq\o(=,\s\up17(△))Al2S3和2Al＋3Cl2eq\o(=,\s\up17(點燃))2AlCl3。在Al與O2、S、Cl2的反應(yīng)中，鋁的化合價均由0變?yōu)椋?，均做還原劑。2．鋁熱反應(yīng)[試驗操作]a．將兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀并套在一起，使四周都是四層。把內(nèi)層“紙漏斗”取出，在底部剪一個孔，用水潤濕，再與另一“紙漏斗”套在一起，架在鐵架臺的鐵圈上，“紙漏斗”正下方放置盛有細沙的蒸發(fā)皿。b．把5g干燥的三氧化二鐵粉末和2g鋁粉混合勻稱，放在“紙漏斗”中，上面加少量氯酸鉀并在混合物中插一根鎂條。c．用燃著的木條點燃鎂條，視察發(fā)生的現(xiàn)象。[試驗記錄][留意事項]a．接反應(yīng)產(chǎn)物的蒸發(fā)皿內(nèi)要鋪少量細沙，一是防止蒸發(fā)皿炸裂，二是防止生成的熔融物濺出。b.鋁粉和三氧化二鐵要混合勻稱，以使反應(yīng)完全。c.鋁粉和三氧化二鐵要干燥。3．合金(1)定義：由兩種或兩種以上金屬(或金屬和非金屬)熔合而成的具有金屬特性的混合物。(2)特點①熔點：合金的熔點一般比它的成分金屬的熔點低。②硬度：合金的硬度一般大于其成分金屬的硬度。學(xué)問拓展1．鋁熱反應(yīng)的理解(1)鋁熱反應(yīng)：鋁與某些難熔金屬氧化物高溫條件下發(fā)生的置換反應(yīng)稱為鋁熱反應(yīng)。(2)鋁熱劑：鋁粉與難熔金屬氧化物的混合物稱為鋁熱劑。(3)鋁熱反應(yīng)的原理：利用金屬鋁的強還原性，鋁單質(zhì)與其他金屬氧化物之間發(fā)生置換反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱。(4)鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用：鋁與氧化鐵反應(yīng)放出大量熱，該反應(yīng)常用于焊接鋼軌等。(5)鋁還可以置換出V2O5、Cr3O4中的V和Cr，其反應(yīng)方程式分別為10Al＋3V2O5eq\o(=,\s\up17(高溫))6V＋5Al2O3,8Al＋3Cr3O4eq\o(=,\s\up17(高溫))9Cr＋4Al2O3。2．鋁與強堿溶液反應(yīng)的實質(zhì)鋁與強堿溶液的反應(yīng)，不是鋁干脆與強堿反應(yīng)，而是鋁先與強堿溶液中的H2O反應(yīng)生成Al(OH)3，Al(OH)3再與強堿反應(yīng)生成四羥基合鋁酸鹽。如鋁與NaOH溶液反應(yīng)的過程為2Al＋6H2O=2Al(OH)3＋3H2↑，Al(OH)3＋NaOH=Na[Al(OH)4]。因此在反應(yīng)2Al＋2NaOH＋6H2O=2Na[Al(OH)4]＋3H2↑中，氧化劑是H2O，還原劑是Al；NaOH的作用是把Al與水反應(yīng)表面生成的Al(OH)3溶解掉，使Al接著與H2O反應(yīng)，因此，無強堿該反應(yīng)不能進行究竟。[練習(xí)與活動]1．合金是一類用途廣泛的金屬材料，下列物質(zhì)中不屬于合金的是()A．鋼B．青銅C．黃銅D．水銀答案D解析鋼為Fe和C等的合金；青銅為Cu與Sn等的合金；黃銅為Cu與Zn等的合金；水銀為汞(Hg)單質(zhì)。2．甲、乙兩燒杯中各盛有100mL3mol·L－1的鹽酸和氫氧化鈉溶液，向兩燒杯中分別加入等質(zhì)量的鋁粉，反應(yīng)結(jié)束后測得生成的氣體體積比為1∶2，則加入的鋁粉質(zhì)量為()A．5.4gB．3.6gC．2.7gD．1.8g答案A解析由6HCl＋2Al=2AlCl3＋3H2↑和2NaOH＋2Al＋6H2O=2Na[Al(OH)4]＋3H2↑可知，兩份等質(zhì)量的Al都完全反應(yīng)時，生成的H2也等量，消耗的HCl與NaOH不等量。事實上HCl、NaOH都為0.3mol，且生成H2的體積比為1∶2，則甲中HCl不足，Al過量；乙中NaOH過量，Al不足。生成H2的物質(zhì)的量之比為1∶2，參與反應(yīng)的Al的物質(zhì)的量之比也為1∶2。與0.3molHCl反應(yīng)的Al為2.7g，與NaOH溶液反應(yīng)的Al為5.4g。3．探討發(fā)覺用鋁熱法可從下列氧化物中冶煉出有關(guān)金屬，若要得到等物質(zhì)的量的有關(guān)金屬單質(zhì)，需消耗單質(zhì)鋁最多的是()A．MnO2B．V2O5C．Cr2O3D．WO3答案D解析依據(jù)氧化還原反應(yīng)中化合價上升的總價數(shù)等于化合價降低的總價數(shù)可知：化合價降低最多的消耗的鋁最多，MnO2(＋4－0)，V2O5(＋5－0)，Cr2O3(＋3－0)，WO3(＋6－0)，WO3消耗鋁最多。方法技巧金屬鋁與酸、堿反應(yīng)生成H2的量的關(guān)系(1)反應(yīng)原理反應(yīng)原理eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑,2Al＋2OH－＋6H2O=2[AlOH4]－,＋3H2↑))(2)量的關(guān)系定量關(guān)系eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(2Al～6H＋～3H2,2Al～2OH－～3H2))①等量的Al分別與足量的鹽酸和NaOH溶液反應(yīng)產(chǎn)生H2的量相等，此時消耗HCl與NaOH的物質(zhì)的量之比為3∶1。②足量的鋁與等物質(zhì)的量的HCl和NaOH溶液反應(yīng)，產(chǎn)生H2的物質(zhì)的量之比為1∶3，此時消耗Al的物質(zhì)的量之比也為1∶3。③肯定量的Al分別和肯定量的鹽酸和NaOH溶液反應(yīng)，若eq\f(1,3)<eq\f(nHClH2,nNaOHH2)<1，則必定：a.鋁與鹽酸反應(yīng)時，鋁過量，而鹽酸不足；b.鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)時，鋁不足而氫氧化鈉過量。二、鋁的重要化合物[溝通研討]鋁表面有一層氧化物愛護膜，因此可以用鋁制器皿盛放醋、酸梅湯和Na2CO3溶液，你認為這種方式可以嗎？提示：不行以，因為表面的Al2O3能與酸或堿反應(yīng)而溶解掉，使Al與溶液中的酸或堿反應(yīng)而被腐蝕。Na2CO3能與H2O反應(yīng)生成少量的NaOH。[點撥提升]1．Al2O3、Al(OH)3既能與強酸反應(yīng)，又能與強堿反應(yīng)，而NaHCO3、(NH4)2CO3等也既能與強酸反應(yīng)，又能與強堿反應(yīng)，但不是兩性物質(zhì)。2．Al2O3的性質(zhì)及應(yīng)用(1)因為Al2O3既能溶于酸，又能溶于堿，所以不能長時間用鋁制炊具盛放酸性、堿性食品。(2)涉及Al2O3的分別除雜大多是利用Al2O3的兩性來實現(xiàn)的，如Fe2O3中混有Al2O3，除去Al2O3的方法就是向混合物中加入足量NaOH溶液，使Al2O3轉(zhuǎn)化為可溶性的Na[Al(OH)4]，然后過濾、洗滌、干燥沉淀，即得到純凈的Fe2O3。(3)工業(yè)上常采納電解熔融Al2O3的方法冶煉金屬鋁。(4)由于Al2O3的熔點很高，常用來制耐火材料，如耐火磚、耐火管、坩堝等。自然剛玉的成分是Al2O3，可制作各種寶石。3．Al(OH)3的性質(zhì)與制備(1)Al(OH)3的不穩(wěn)定性Al(OH)3在煅燒或加熱時易分解：2Al(OH)3eq\o(=,\s\up17(△))Al2O3＋3H2O。(2)Al(OH)3的制備由于Al(OH)3能溶于NaOH溶液中，若用NaOH溶液制備Al(OH)3，加入NaOH溶液的量不易限制；若加入太多，則得不到Al(OH)3沉淀；若加入太少，溶液中生成Al(OH)3的量也很少。Al(OH)3不溶于氨水，反應(yīng)易限制，故用氨水制備Al(OH)3更好。學(xué)問拓展有關(guān)Al(OH)3沉淀的圖像分析[練習(xí)與活動]4．在①Al2O3②Al(OH)3③Na2CO3④NH4HCO34種物質(zhì)中，與鹽酸和氫氧化鈉溶液均可反應(yīng)的是()A．①②③B．①②④C．①③④D．②③④答案B解析Al2O3、Al(OH)3為兩性化合物，均可與鹽酸、NaOH溶液反應(yīng)；Na2CO3能與鹽酸反應(yīng)，但不能與NaOH溶液反應(yīng)；NH4HCO3與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH4HCO3＋HCl=NH4Cl＋H2O＋CO2↑，與足量NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH4HCO3＋2NaOH=Na2CO3＋NH3·H2O＋H2O。5．向20mLAlCl3溶液中滴入2mol·L－1NaOH溶液時，沉淀質(zhì)量與所滴加NaOH溶液體積(mL)關(guān)系如圖所示：(1)圖中A點表示的意義是_______________________________________。(2)圖中B點表示的意義是__________________________________。(3)上述兩步用總的離子方程式可表示為____________________。(4)假設(shè)溶液中有0.39gAl(OH)3沉淀，則此時用去NaOH溶液的體積為________。答案(1)滴入NaOH溶液在A點時產(chǎn)生的沉淀量最大(2)滴入NaOH溶液沉淀恰好完全溶解(3)Al3＋＋4OH－=[Al(OH)4]－(4)7.5mL或17.5mL解析A點表示沉淀量最大，B點表示沉淀完全溶解，有0.39gAl(OH)3沉淀，即0.005molAl(OH)3沉淀時，加入NaOH的量有兩種可能：一種可能：加入NaOH的量不足時，生成0.005molAl(OH)3，須要0.015molNaOH，即7.5mLNaOH溶液。另一種可能：加入過量的NaOH，首先使Al3＋全部生