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【创新设计】2015-2016学年高一化学鲁科版必修1学案:4.2.1 铝与铝合金


第 2 节铝 第 1 课时
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。

金属材料 铝与铝合金

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]





对应学生 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

1

[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 银白色 熔点 较低 密度 较小 导电性 良 导热性 良

(3)化学性质。 ①实验探究: 实验操作 实验现象 铝在氧气中燃烧, 发出耀眼的 白光,生成白色固体 (Ⅰ) 镁条剧烈燃烧, 刚刚燃烧完毕 时, 漏斗内的混合物发生剧烈 反应,放出大量的热,发出耀 眼的白光; 从漏斗底部流出火 红的液滴, 在坩埚内的沙中冷 (Ⅱ) 却为黑色固体, 该固体可被磁 铁吸引。 铝片逐渐溶解, 试管中产生气 泡; 点燃的木条放在试管口时 (Ⅲ) 发生爆鸣声 铝片逐渐溶解, 试管中产生气 (Ⅳ) 泡; 点燃的木条放在试管口时 发出爆鸣声 化学方程式 2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑ 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 高温 2Al+Fe2O3=====2Fe+ Al2O3。 结论或化学方程式 化学方程式 点燃 4Al+3O2=====2Al2O3

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:

2

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、制造工艺简单等。 (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原因是在铝表面形成一层氧化物保护膜。 (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.判断正误。 (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。
3

颜色 白色

状态 固体

水溶性 难溶

熔点 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 白色 状态 胶状固体 水溶性 难溶 特性 吸附性

(2)化学性质。 ①实验探究: 实验操作 实验现象 结论 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

试管中生成白色胶状沉淀,氨水 过量时,沉淀不消失

试管中白色胶状沉淀消失

Al(OH)3 溶于盐酸

试管中白色胶状沉淀消失

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。
4

(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,实验室制取 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____________________,继续加入过量的 NaOH 溶液, 现象为__________; 在 AlCl3 溶液中滴加少量 NaOH 溶液, 现象为____________, 继续加入过量的 NaOH 溶液,现象为____________________。 答案:(1)强酸 强碱 两性 两性 (2)产生白色沉淀 沉淀不消失 产生白色沉淀 沉淀消失
对应学生 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↓+3NH4 ,
+ +

5

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↓+HCO3
- - -

或 2[Al(OH)4] +CO2(少量)===2Al(OH)3↓+CO2 3 +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。
- + +

[特别提醒] (1)[Al(OH)4] 也可以写成 AlO2 +2H2O 的形式。 OH + 3OH - + + (2)Al3 ???? Al(OH)3???? [Al(OH)4] 。 3H H [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 为难溶的白色固体,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寻找解题的突破口,然后再顺推或逆推出各物质。本题的
6

突破口是 B、C 既能与盐酸反应又能与 NaOH 溶液反应,且 B△ ,C,则可判断 C 为 Al2O3, B 为 Al(OH)3;又因为 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↓+HCO3 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.Al ―→Al(OH)3 C.Al(OH)3―→Al2O3
+ -

)

3+

B.Al―→[Al(OH)4]



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)3=====Al2O3+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
?2Al~6H ~3H2↑ ? ? - ?2Al~2OH ~3H2↑ ?


2.几种反应情况的分析 (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。 1 nH+? H 2? 1 + (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 3 nOH-? H 2? 1 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 余。该溶液可能为( A.HNO3 溶液 ) B.Ba(OH)2 溶液
7
-1 - + - - + - +

的某溶液中有氢气产生,充分反应后有金属剩

C.H2SO4 溶液

D.HCl 溶液 5.4 g B 项中 n(OH - =0.2 mol, 27 g· mol 1


[解析] Al 与 HNO3 反应不产生 H2, A 项被排除。 n(Al)=
- - +

)=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 少? (2)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

-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 2 mol 5.4 g 27 g· mol n(H2)=0.3 mol V(H2)=22.4 L· mol 1× 0.3 mol=6.72 L。




3H2↑ 3mol n(H2)

(2)Al 过量,以 HCl 为准进行计算: HCl 1 mol 0.2 L× 2.0 mol· L n(e )=0.4 mol N(e )=0.4NA 答案:(1)6.72 L (2)0.4NA
- - -1



e




1 mol n(e )

8


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