鲁科版高中化学必修一42铝金属材料.docx
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鲁科版高中化学必修一42铝金属材料
第1课时 铝与铝合金
(1)地壳中含量最多的元素是氧,含量最多的金属元素是铝。
(2)铝与稀盐酸反应的离子方程式是2Al+6H+===2Al3++3H2↑,与CuSO4反应的离子方程式为2Al+3Cu2+===3Cu+2Al3+。
(3)常温下,铝在浓H2SO4、浓HNO3中钝化。
(4)能与酸反应生成盐和水的氧化物叫做碱性氧化物。
如Na2O、Fe2O3等。
(5)能与碱反应生成盐和水的氧化物叫做酸性氧化物,如SiO2、Mn2O7等。
一、铝
1.存在
铝在地壳中的含量仅次于氧和硅,居第三位。
2.铝的性质
(1)物理性质:
银白色固体,质软,密度小,导电性仅次于金、银和铜。
(2)化学性质:
①与O2反应:
4Al+3O2
2Al2O3。
③与强碱溶液反应:
如与NaOH溶液反应生成四羟基合铝酸钠和H2的化学方程式为:
2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑。
④铝热反应:
2Al+Fe2O3
2Fe+Al2O3。
3.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、成本低廉等。
二、铝的重要化合物
1.氧化铝(Al2O3)——两性氧化物
(1)物理性质:
是不溶于水的白色固体。
(2)化学性质:
①与强酸溶液反应(离子方程式下同):
Al2O3+6H+===2Al3++3H2O。
②与强碱溶液反应:
Al2O3+2OH-+3H2O===2[Al(OH)4]-。
两性氧化物:
既能与酸反应,又能与碱反应的氧化物。
2.氢氧化铝[Al(OH)3]——两性氢氧化物
(1)物理性质:
氢氧化铝是不溶于水的白色胶状固体,有较强的吸附性。
(2)化学性质:
①与强酸溶液反应:
Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O。
②与强碱溶液反应:
Al(OH)3+OH-===[Al(OH)4]-。
两性氢氧化物,既能与酸反应,又能与碱反应的氢氧化物。
③受热分解:
2Al(OH)3
Al2O3+3H2O。
(3)制备:
可以通过铝盐溶液与碱反应制得,如AlCl3溶液与氨水反应的离子方程式为Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
。
(4)用途:
Al(OH)3能够凝聚水中的悬浮物,又能吸附色素,可用于水的净化。
1.自然界中有无游离态的铝?
为什么?
答案:
没有。
铝是较活泼的金属元素,在自然界中只能以化合态存在。
2.通常情况下,铝或铝合金是否需做特殊保护?
答案:
通常情况下,在空气中铝与空气中O2反应生成一层致密氧化物薄膜,从而保护内部金属,故不用做特殊保护。
3.镁粉中混有铝粉,应如何除去?
答案:
铝与强碱溶液反应而镁不反应,可将混合物溶于NaOH溶液中,再过滤、洗涤、干燥、得到纯净的镁。
4.实验室欲制取Al(OH)3,应选择________试剂更好(填序号)。
离子方程式为________________________________________________________________________。
①0.5mol/LAlCl3溶液 ②0.5mol/LNaOH溶液 ③1.0mol/L稀HCl ④1.0mol/L氨水 ⑤金属铝
分析:
可溶性铝盐与碱反应可生成Al(OH)3,但由于Al(OH)3可溶于强碱溶液中,但不溶于弱碱,所以选择AlCl3溶液和稀氨水制Al(OH)3更好。
答案:
①④ Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
铝及其化合物之间的转化
由此可得出以下关系式:
(1)Al3+
Al(OH)3
[Al(OH)4]-。
(2)铝与酸或碱溶液反应生成H2的量,
①等量Al分别与足量酸(H+)和碱(OH-)溶液反应,生成H2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之比为1∶3。
③若产生H2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。
[特别提醒]
向Na[Al(OH)4]溶液中滴加足量稀盐酸,最终无沉淀。
若通入足量CO2气体最终生成Al(OH)3沉淀。
即Al(OH)3能溶于稀盐酸,而不溶于H2CO3中,离子方程式为2[Al(OH)4]-+CO2(少)===2Al(OH)3↓+CO
+H2O,
[Al(OH)4]-+CO2(足)===Al(OH)3↓+HCO
。
[例1] A、B、C、D、E五种化合物,均含有某种常见金属元素,A中又含有钾元素,它们的转化关系如图所示,其中A为澄清溶液,C为难溶的具有两性的白色固体,E则易溶于水。
(1)写出化学式:
A________________,C________________,
D________________,E________________。
(2)写出下列反应的离子方程式。
A→B______________________________________________________________________;
F→E_____________________________________________________________________。
(3)写出下列化学方程式:
F→C_____________________________________________________________________;
B→E_____________________________________________________________________。
[解析] 本题的“题眼”是“C为难溶的具有两性的白色固体”,并且C是由B经加热得到的,可推测C为Al2O3,则B为Al(OH)3,即而得E为Na[Al(OH)4]。
D为AlCl3,A则为K[Al(OH)4],F与Fe2O3高温得到C,此反应为铝热反应,F为Al。
[答案]
(1)K[Al(OH)4] Al2O3 AlCl3
Na[Al(OH)4]
(2)[Al(OH)4]-+CO2===Al(OH)3↓+HCO
2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑
(3)2Al+Fe2O3
2Fe+Al2O3
Al(OH)3+NaOH===Na[Al(OH)4]
(1)两性白色固体为Al2O3或Al(OH)3。
(2)五种物质都是化合物,且都含铝元素。
A中又含钾元素,则A必是K[Al(OH)4]。
有关氢氧化铝沉淀图像的分析
1.可溶性铝盐与碱反应
操作
现象
离子方程式
图像
立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失
Al3++3OH-===Al(OH)3↓Al(OH)3+OH-===[Al(OH)4]-
无明显现象→生成白色沉淀
Al3++4OH-===[Al(OH4)]-
Al3++3[Al(OH)4]-
===4Al(OH)3↓
生成白色沉淀
Al3++3NH3·H2O
===Al(OH)3↓+3NH
2.四羟基合铝酸盐与盐酸反应
操作
现象
离子方程式
图像
立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失
[Al(OH)4]-+H+===Al(OH)3↓+H2O
Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O
无明显现象→产生白色沉淀→渐多
[Al(OH)4]-+4H+===Al3++4H2O
Al3++3[Al(OH)4]-===4Al(OH)3↓
生成白色沉淀逐渐增多
[Al(OH)4]-+CO2===Al(OH)3↓+HCO
[特别提醒]
(1)NaOH溶液和AlCl3溶液滴加顺序不同,则现象不同,可以用互滴的方法鉴别这两种溶液,同理,稀盐酸和Na[Al(OH)4]溶液也可这样鉴别。
(2)向铝盐中滴强碱溶液,若已知生成的Al(OH)3沉淀的量,只要沉淀量不为最大值和零,消耗OH-的量有两种可能。
①若OH-不足,消耗n(OH-)=
n[Al(OH)3]。
②若OH-足量,消耗OH-共有两步
将Al3+全部转化为Al(OH)3沉淀:
Al3+~3OH-~Al(OH)3(最大值),
再反应掉部分Al(OH)3:
Al(OH)3(反应)~OH-~[Al(OH)4]-。
[例2] 向20mLAlCl3溶液中滴入2mol·L-1NaOH溶液时,沉淀质量与所滴加NaOH溶液体积(mL)关系如图所示:
(1)图中A点表示的意义是___________________________________________________。
(2)图中B点表示的意义是___________________________________________________。
(3)上述两步用总的离子方程式可表示为______________________________________
________________________________________________________________________。
(4)假设溶液中有0.39gAl(OH)3沉淀,则此时用去NaOH溶液体积为________。
[解析] 把NaOH溶液滴入AlCl3溶液中,先产生Al(OH)3沉淀,其质量最大值为A点,然后全部消失溶解(B点)。
其总反应的离子方程式为Al3++4OH-===[Al(OH)4]-。
当有0.39gAl(OH)3沉淀生成时有两种情况,①AlCl3过量,加入的NaOH使Al3+部分产生沉淀,通过Al3++3OH-===Al(OH)3↓可计算出沉淀:
n(NaOH)=3n[Al(OH)3]=0.015mol,
V(NaOH)=
=0.0075L。
②NaOH过量,使生成的Al(OH)3部分溶解后剩余0.39g。
AlCl3+3NaOH===Al(OH)3↓+3NaCl
1mol 3mol 1mol
n(NaOH) 0.01mol
n(NaOH)=0.03mol,
Al(OH)3+NaOH===Na[Al(OH)4]
0.005 n1(NaOH)
n1(NaOH)=0.005mol,
共消耗NaOH0.035mol。
V(NaOH)=
=0.0175L。
[答案]
(1)沉淀质量最大值
(2)沉淀完全消失
(3)Al3++4OH-===[Al(OH)4]-
(4)7.5mL或17.5mL
向AlCl3溶液中滴入NaOH溶液时,铝元素存在形式由Al3+
Al(OH)3↓
[Al(OH)4]-,所以只要沉淀不是零或最大值,所消耗NaOH的物质的量有两种可能性。
1.(对应考点一)向铝、铜两种金属粉末的混合物中加入过量盐酸,充分反应后过滤,向滤液中加入过量烧碱溶液,溶液中存在的离子有( )
A.[Al(OH)4]- B.Cu2+
C.Al3+D.H+
解析:
铝和铜与过量盐酸反应,滤液中含有Al3+、H+、Cl-等离子;向滤液中再加入过量烧碱,反应后溶液中含[Al(OH)4]-、Na+、Cl-和OH-等离子。
答案:
A
2.(对应考点一)下列变化不可能通过一步反应直接完成的是( )
A.Al(OH)3→Al2O3B.Al2O3→Al(OH)3
C.Al→[Al(OH)4]-D.Al3+→Al(OH)3
解析:
2Al(OH)3
Al2O3+3H2O;2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑;Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
;Al2O3不能一步转化为Al(OH)3。
答案:
B
3.(对应考点二)在硝酸铝和硝酸镁的混合溶液中,逐滴加入稀氢氧化钠溶液至过量,表示氢氧化钠加入量(x)与溶液中沉淀物的量(y)的关系示意图正确的是( )
解析:
此过程中发生的反应:
Al(NO3)3+3NaOH===Al(OH)3↓+3NaNO3,Mg(NO3)2+2NaOH===Mg(OH)2↓+2NaNO3,Al(OH)3+NaOH===Na[Al(OH)4]。
开始时沉淀逐渐增多,达最大值后,Al(OH)3溶解,沉淀又逐渐减少,因Mg(OH)2不溶于NaOH溶液,所以最后沉淀量保持不变。
答案:
C
4.(对应考点二)某溶液中可能含有大量的Mg2+、Al3+、H+、Cl-和少量OH-,向该溶液中逐滴加入0.5mol·L-1的NaOH溶液,生成沉淀的质量和加入NaOH溶液的体积之间的关系如图所示,则该溶液中( )
A.有Mg2+,没有Al3+
B.有Al3+,没有Mg2+
C.有大量的H+,Mg2+和Al3+
D.有Mg2+和Al3+
解析:
向溶液中滴入NaOH溶液,开始就生成沉淀,则溶液中不可能有大量H+,随NaOH量的增多,沉淀增多且又部分溶解,则溶液中一定含有Mg2+和Al3+。
答案:
D
5.(探究题)氢氧化铝是典型的两性氢氧化物,既能与强酸反应又能与强碱反应。
今用较纯净的铝屑制取氢氧化铝有多种方案:
方案一:
Al
Al3+
Al(OH)3
方案二:
Al
[Al(OH)4]-
Al(OH)3
方案三:
①硝酸 ②稀盐酸 ③氨水 ④氢氧化钠溶液 ⑤CO2
(1)方案一中加入的碱最好是________,离子方程式是______________________。
方案二中的酸最好是加入________,离子方程式是__________________________________。
(2)若三种方案中所用试剂都是铝,稀盐酸,氢氧化钠溶液,制取1molAl(OH)3,完成表格内容:
方案
制取1molAl(OH)3所需的原料
Al
HCl
NaOH
方案一
方案二
方案三
(3)综合比较三个用铝屑制取Al(OH)3方案,你认为哪种最好?
原因是什么?
解析:
(1)方案一中最好加入的碱是氨水,因为氢氧化铝易溶于过量强碱中,操作时不好控制。
方案二中最好通入CO2,因为氢氧化铝易溶于过量强酸中,操作时不好控制。
(2)方案一:
Al~3HCl~Al3+~3NaOH~Al(OH)3
方案二:
Al~NaOH~[Al(OH)4]-~HCl~Al(OH)3
方案三:
Al
Al(OH)3
(3)从操作上分析,方案一中NaOH的量和方案二中盐酸的量不易控制;从原料消耗上分析,方案三最少,方案一最多。
答案:
(1)③Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
⑤ [Al(OH)4]-+CO2(足)===Al(OH)3↓+HCO
或2[Al(OH)4]-+CO2(足)===2Al(OH)3↓+CO
+
H2O
(2)方案一:
1mol 3mol 3mol
方案二:
1mol 1mol 1mol
方案三:
1mol
mol
mol
(3)方案三最好,因为该方案易操作并节约盐酸和氢氧化钠。
(1)铝是地壳中含量最多的金属元素,单质铝与非氧化性酸和强碱溶液反应都能生成H2。
(2)Al2O3属于两性氧化物,能与强碱溶液反应,若Fe2O3中混有Al2O3,可用强碱溶液除去,Al2O3+2NaOH+3H2O===2Na[Al(OH)4],而Fe2O3不与NaOH溶液反应。
(3)Al(OH)3属于两性氢氧化物,不溶于弱碱;受热易分解生成Al2O3和水,反应方程式为2Al(OH)3
Al2O3+3H2O。
实验室用可溶性铝盐和氨水制取Al(OH)3的离子方程式为Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
。
一、选择题(本题包括5小题,每题4分,共20分)
1.下列关于铝元素的叙述正确的是( )
A.铝是一种比较活泼的金属
B.常温下铝不能与氧气反应
C.氧化铝不能通过分解反应制得
D.在化学反应中,铝容易得到电子,是氧化剂
答案:
A
2.既能与盐酸反应,又能与氢氧化钠溶液反应的化合物是( )
①Al(OH)3 ②Al2O3 ③Al ④NaHCO3
⑤Mg(OH)2
A.①②③④B.①②③④⑤
C.①②④D.①②④⑤
解析:
Mg(OH)2只能与盐酸反应而不能与NaOH溶液反应。
答案:
C
3.[双选题]下列有关铝元素的说法不正确的是( )
A.铝粉可与氧化铁粉末在高温条件下发生铝热反应
B.铝粉与稀硝酸反应不能产生氢气
C.实验室中通常将氢氧化钠溶液滴入氯化铝溶液制取氢氧化铝
D.向氯化铝溶液中不断滴入氨水的过程中会先生成白色沉淀,而后又变澄清
解析:
A项Al粉与Fe2O3粉末高温下反应生成Fe和Al2O3,正确。
B项,稀HNO3与金属反应不会产生H2,正确。
C项实验室常将氨水滴入AlCl3溶液中制取Al(OH)3,不正确。
D项,Al(OH)3不溶于氨水,不正确。
答案:
CD
4.ag钠、铝的混合物,放入bg水中,反应停止后得到的沉淀有cg,则溶液中溶质为( )
A.NaOHB.Na[Al(OH)4]
C.NaOH和Na[Al(OH)4]D.无法确定
解析:
Na、Al混合物放入水中,发生反应有:
2Na+2H2O===2NaOH+H2↑、2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑,最后得到的沉淀不可能有Na,只能是Al,则溶液不含有NaOH,只能含Na[Al(OH)4]。
答案:
B
5.有镁、铝混合粉末10.2g,将它们全部溶于500mL4mol·L-1的盐酸中,若要使沉淀的质量最大,则需加入2mol·L-1的NaOH溶液的体积是( )
A.1000mLB.500mL
C.100mLD.1500mL
解析:
当Mg、Al全部以Mg(OH)2、Al(OH)3沉淀形式存在时,沉淀的质量最大,此时,钠元素全部以NaCl的形式存在,则由钠元素守恒及氯元素守恒得n(NaOH)=n(NaCl)=n(HCl)=0.5L×4mol·L-1=2mol。
V[NaOH(aq)]=
=1000mL。
答案:
A
二、非选择题(本题包括3个小题,共30分)
6.(10分)分析下图中各物质的转化关系。
已知A是地壳中含量最高的金属元素单质。
(1)写出B、D的化学式:
B________;D________。
(2)写出离子方程式:
C→D:
___________________________________________________________________;
B+CO2(足)→D:
__________________________________________________________;
B+C:
_______________________________________________________________。
(3)写出化学方程式A→E:
______________________,该反应又叫________反应。
解析:
地壳中含量最高的金属元素是Al。
可知B是Na[Al(OH)4],C是AlCl3,D是Al(OH)3,E是Fe单质。
答案:
(1)Na[Al(OH)4] Al(OH)3
(2)Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
[Al(OH)4]-+CO2===Al(OH)3↓+HCO
3[Al(OH)4]-+Al3+===4Al(OH)3↓
(3)2Al+Fe2O3
Al2O3+2Fe 铝热
7.(10分)某化学兴趣小组用含A、B两种金属单质的粉末状混合物进行如下实验,其转化关系如图所示(部分反应物或生成物未列出),其中A、B两种金属单质常温下遇浓H2SO4表面均可形成一层致密的氧化物薄膜,E为白色沉淀,I为红褐色沉淀。
(1)写出下列物质的化学式:
F________,G________。
(2)分离混合物最简单的方法是________________________________________________。
(3)D→E转化中,加入足量的X,试剂X可能是______。
A.饱和NaCl溶液 B.NaOH溶液
C.氨水D.Ba(OH)2溶液
(4)写出下列转化的化学方程式:
A→C:
____________________________________________________________________;
H→I:
____________________________________________________________________。
解析:
A、B两种金属单质常温下遇浓H2SO4表面均可形成一层致密的氧化物薄膜,则A、B分别为Fe、Al中的一种。
A能与NaOH溶液、盐酸反应,则A为Al,B为Fe;C是Na[Al(OH)4],D是AlCl3,E为白色沉淀,则X为氨水,E是Al(OH)3,F是Al2O3;G是FeCl2,H是Fe(OH)2,I是Fe(OH)3,J为Fe2O3。
答案:
(1)Al2O3 FeCl2
(2)用磁铁靠近粉末状混合物,将铁粉吸附在磁铁的表面
(3)C
(4)2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
8.(10分)从铝土矿(主要成分是Al2O3,含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)中提取氧化铝的两种工艺流程如下:
请回答下列问题:
(1)流程甲加入盐酸后生成Al3+的离子方程式为________________________________。
(2)流程乙加入烧碱后生成SiO
的离子方程式为________________________________。
(3)验证滤液B含Fe3+,可取少量滤液并加入____________(填试剂名称)。
(4)滤液E、K中溶质的主要成分是____________(填化学式),写出该溶液的一种用途________。
解析:
(1)Al2O3溶于盐酸生成AlCl3和水,离子方程式为Al2O3+6H+===2Al3++3H2O。
(2)SiO2与NaOH溶液反应的离子方程式为SiO2+2OH-===SiO
+H2O。
(3)Fe3+的检验可用KSCN溶液。
(4)由于通入的是过量CO2,因此滤液E和K中的主要成分都是NaHCO3,其用途广泛,工业上可用于制纯碱,也可用作食品添加剂等。
答案:
(1)Al2O3+6H+===2Al3++3H2O
(2)SiO2+2OH-===SiO
+H2O
(3)硫氰化钾
(4)NaHCO3 制纯碱(或做发酵粉等合理答案均可)
第2课时 金属与金属材料
(1)金属铝是比较活泼的金属,常温下遇浓H2SO4、浓HNO3钝化。
(2)试写出下列反应离子方程式:
①Al与稀盐酸:
2Al+6H+===2Al3++3H2↑。
②Al与NaOH溶液:
2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑。
(3)Al(OH)3属于两性氢氧化物。
难溶于水,与Na
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