最新人教版高中化学必修一第3章第3节《用途广泛的金属材料》第2课时教案.docx
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最新人教版高中化学必修一第3章第3节《用途广泛的金属材料》第2课时教案
最新人教版高中化学必修一第3章第3节《用途广泛的金属材料》(第2课时)教案2课时
教学设计
三维目标
知识和技能
(1)掌握金属单质(铁)的化学性质。
(2)掌握铁的化合物的性质。
过程和方法
采用图表、比较、讨论、归纳、综合的方法进行教学。
情感、态度和价值观
(1)培养学生分析、归纳、综合的能力。
(2)通过教学培养学生的社会责任感、社会活动能力和互助合作能力。
教学重点
金属单质(钠、镁、铝)及其化合物的化学性质
教学难点
化合物之间的相互转化关系及应用
教具准备
多媒体投影、AlCl3、Al2(SO4)3、FeCl3、Fe2(SO4)3、浑浊水
课时安排
1课时
教学过程
导入新课
上节课我们复习了镁、铝及其化合物的性质,本节课将继续复习铁及铁的化合物的性质。
推进新课
[板书]三、铁及铁的化合物
1.铁是较活泼的金属,具有金属的通性,可以和氧气及其他非金属、水蒸气、酸、某些盐反应。
练习:
写出铁与氧气、水蒸气、盐、酸、CuSO4溶液反应的化学反应方程式。
2.铁的化合物
Fe2+和Fe3+的性质
练习:
填写下列表格(浅色处留空白由学生填写)
学生讨论填写:
3.铁化合物和亚铁化合物间的相互转化
师:
铁的盐类有亚铁盐(溶液常显浅绿色)和铁盐(溶液常显黄色)。
Fe3+有一定的氧化性,在某些还原剂作用下,可以被还原成Fe2+;Fe2+有一定的还原性,在某些氧化剂作用下,可以被氧化成Fe3+。
FeCl3被还原:
2FeCl3+2HI====2FeCl2+I2+2HCl
2FeCl3+H2S====2FeCl2+S↓+2HCl
2FeCl3+Cu====2FeCl2+CuCl2
FeCl2被氧化:
2Fe2++Cl2====2Fe3++2Cl-
4Fe2++O2+4H+====4Fe3++2H2O
4.铁的氢氧化物
师:
氢氧化亚铁和氢氧化铁都是不溶于水的碱,它们可用相应的可溶性的盐分别跟碱溶液反应而制得。
反应的离子方程式:
Fe2++2OH-====Fe(OH)2↓,Fe3++3OH-====Fe(OH)3↓
氢氧化亚铁在空气里很快被氧化,由开始析出的白色胶状沉淀,迅速变成灰绿色,最后变成红褐色的Fe(OH)3,化学方程式:
4Fe(OH)2+2H2O+O2====4Fe(OH)3
Fe3+的检验
师:
利用无色的SCN―跟Fe3+反应,生成血红色的络离子。
离子方程式为Fe3++SCN-====[Fe(SCN)]2+
[例题剖析]
(例1)提示:
某些金属氧化物跟熔融烧碱反应可生成盐。
根据以下化学反应框图填空:
(1)单质F是__________________。
(2)写出由E生成G的离子反应方程式______________________。
(3)溶液I中所含金属离子是_____________。
(4)由CE+F若改用浓酸,则不能选用的浓酸是(写化学式)_____________。
分析:
本题考查的知识点:
Fe及其化合物的性质,Al与烧碱的反应,离子方程式的书写,解题时注意到G是红褐色沉淀,可判断出G为Fe(OH)3,由此逆推即可。
粉状单质B能与强碱反应生成单质F,判断B可能为Al,再进行确定其他物质。
答案:
(1)H2
(2)Fe2++2NH3·H2O====Fe(OH)2↓+2NH+4,4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3(3)Al3+和Na+(4)H2SO4或HNO3
教师精讲:
(例2)将6g纯铁粉加入200mLFe2(SO4)3和CuSO4的混合液中充分反应,得到200mL0.5mol·L-1FeSO4溶液和5.2g固体沉淀物。
计算:
(1)反应后生成Cu多少克?
(2)加入铁粉前,Fe2(SO4)3溶液的浓度。
分析:
本题考查的知识点是Fe3+、Cu2+分别与Fe的反应,浓度的计算,化学方程式的计算。
教师精讲:
由题意可知,反应后有5.2g固体沉淀,不外乎是Fe、Cu或其混合物,说明Fe2(SO4)3全部参加反应,且有Cu析出。
设Fe2(SO4)3的物质的量为x、析出Cu的物质的量为y。
2Fe3++Fe====3Fe2+Fe+Cu2+====Fe2++Cu
2xx3xyyyy
所以:
c〔Fe2(SO4)3〕=
=0.1mol·L-1
m(Cu)=64g·mol-1×0.04mol=2.56g
答案:
反应后生成Cu2.56g,加入铁粉前,Fe2(SO4)3溶液的浓度为0.1mol·L-1。
板书设计
备课资料
(一)钛
钛工业的现状及未来
1.发展史
钛元素发现于1789年,1908年挪威和美国开始用硫酸法生产钛白,1910年在实验室中第一次用钠法制得海绵钛,1948年美国杜邦公司才用镁法成吨生产海绵钛——这标志着海绵钛即钛工业化生产的开始。
钛工业起步于20世纪50年代。
1954年有色金属研究总院开始进行海绵钛制备工艺研究,1956年国家把钛当作战略金属列入了12年发展规划,1958年在抚顺铝厂实现了海绵钛工业试验,成立了第一个海绵钛生产车间,同时在沈阳有色金属加工厂成立了第一个钛加工材生产试验车间。
20世纪60~70年代,在国家的统一规划下,先后建设了以遵义钛厂为代表的10余家海绵钛生产单位,建设了以宝鸡有色金属加工厂为代表的数家钛材加工单位,同时也形成了以有色金属研究总院为代表的科研力量,成为继美国、前苏联和日本之后的第四个具有完整钛工业体系的国家。
1980年前后,我国海绵钛产量达到2800吨,然而由于当时大多数人对钛金属认识不足,钛材的高价格也限制了钛的应用,钛加工材的产量仅200吨左右,我国钛工业陷入困境。
在这种情况下,由当时国务院副总理方毅同志倡导,朱镕基和袁宝华同志支持,于1982年7月成立了跨部委的全国钛应用推广领导小组,专门协调钛工业的发展事宜,促成了20世纪80年代至90年代初期我国海绵钛和钛加工材产销两旺、钛工业快速平稳发展的良好局面。
综上所述,我国钛工业大致经历了三个发展期:
即20世纪50年代的开创期,60~70年代的建设期和80~90年代的初步发展期。
在新世纪,得益于国民经济的持续、快速发展,我国钛工业也进入了一个快速成长期。
2.规模及布局
(1)海绵钛的产能及产量
截止到2003年底,我国海绵钛的年产能为4000吨,其中遵义钛厂3000吨,抚顺钛厂1000吨。
由于近年来我国持续发展的国民经济对钛材的需求旺盛,上述两厂均能满负荷生产,2003年的总产量也是4000余吨。
(2)钛加工材的产能及产量
钛加工的产能主要决定于钛锭的生产能力。
2003年底,我国约有60台真空自耗电弧炉用于钛锭的生产。
其中宝鸡有色金属加工厂有10吨炉、6吨炉各一台,3吨炉、1吨炉各两台,形成了年产6000吨钛锭的生产能力。
五钢特冶公司有15吨炉、10吨炉、5吨炉各一台,小炉子两台,大体形成了年产5000吨钛锭的能力。
沈阳有色金属加工厂有5台1.5吨以下真空自耗电弧炉,具有年产600吨钛锭的能力;这三家共有11600吨钛锭的年产能。
其余44台大多为500~1000kg级的真空自耗电弧炉,平均以每台200t/a的产能计,可形成8800t/a的产能。
这样,我国基本具有了20000t/a的钛锭生产能力。
以70%可转化成钛材计,基本具有了14000t/a的生产能力。
据初步统计,2003年我国实际生产钛材约6000吨,占世界总产量的10%左右。
(3)钛设备加工
近年来,我国化工、冶金、电力、真空制盐、生物制药等领域对钛质设备的需求旺盛。
2002年、2003年都以30%以上的速度增加。
2003年,估计有20家左右钛设备制造企业的产值在千万元以上,其中南京宝色钛业公司的钛设备生产产值达到1.7个亿,比去年增加约40%,宝鸡有色金属加工厂的产值也近亿元。
(4)产业布局
目前,我国钛加工及其制造业在地理上大体上存在三个比较集中的区域。
以宝鸡为中心的西北地区。
这个地区以宝鸡有色金属加工厂及其控股的宝鸡钛业有限股份公司为龙头,形成了我国专业化程度最高、加工设备最系统化、产品规格最多的钛加工及其制造业基地。
以沈阳有色金属加工厂、抚顺特钢板材有限责任公司、沈阳东方钛业有限公司等单位为主形成了东北钛加工及设备制造集团,该地区中小企业多,钛设备制造颇为活跃。
以宝钢集团五钢有限公司、南京宝色钛业公司、宏大钢管厂等单位为主形成了长江三角洲钛加工及其设备制造集团。
该集团便捷的市场、开放的理念是其优势,很具发展潜力。
(二)钠
金属钠有相当大的一部分用于制造一种抗爆剂——四乙基铅,它能降低汽油的爆震性,减少在汽油发动机中使用汽油时发生的噪音。
四乙基铅通常是使氯乙烷跟金属钠和铅的合金(钠铅齐)反应而制成的。
4C2H5Cl+4Na+Pb====(C2H5)4Pb+4NaCl
金属钠能从钛、锆、铌、钽等金属元素的化合物中把它们置换出来。
例如:
铌和钽通常是共生在某一种矿物内,一般是先分离它们的氟化物,然后再用金属钠置换出铌和钽。
NbF5+5Na====Nb+5NaF
TaF5+5Na====Ta+5NaF
钠还用于制造过氧化钠等化合物。
钠和钾组成的合金在常温时是液体,用于快中子增殖反应堆作热交换流体。
下面列出几种钠钾合金的熔点。
钠钾熔点
钠
钾
熔点/℃
20%
80%
-10
22%
78%
-11
24%
76%
-3.5
40%
60%
5
高压钠灯现在已大量应用于道路和广场的照明。
由于它不降低照度水平而又能减少能源消耗,所以有取代高压汞灯的趋势。
早在1950年就在实验室中解决了钠蒸气的气体放电发光问题,但由于需要解决在高温高压下钠蒸气有很强的腐蚀性的问题,直到1965年才制出了第一只高压钠灯。
高压钠灯虽问世较晚,但发展很快。
钠灯也可用于洗相的暗室,因为这种黄光不会使相纸曝光。
碱金属的氢化物
碱金属跟卤素起反应,生成碱金属的卤化物,它们都是离子化合物。
在反应中,碱金属的原子失去1个电子,卤素的原子得到1个电子,形成最外层为8个电子的稳定结构。
我们知道,像氦原子那样最外电子层是K层,只要有2个电子,就形成了稳定结构。
那么,由此可以推理,K层只有1个电子的氢原子,是否也可以因得到1个电子而形成最外电子层的稳定结构呢?
事实正是如此,当碱金属跟氢气发生反应时,就生成碱金属的氢化物,它们都是离子化合物,其中氢以阴离子H-的形式存在,氢显-1价。
它们的结构可以用电子式表示如下:
电子式Li+[∶H]-Na+[∶H]-K+[∶H]-Rb+[∶H]-Cs+[∶H]-
碱金属的氢化物
LiHNaHKHRbHCsH
氢化物中的氢跟卤化物中的卤素,在原子结构上有一些相似的地方,因为它们都得到1个电子而形成阴离子。
由此也可以说,氢元素在一定程度上有着类似卤素的性质。
当然,氢没有卤素那样活泼,它接受电子的能力也比卤素弱,因此成为阴离子的倾向也比较弱。
在这里,试比较氢和卤素中的溴在接受电子以后的能量变化。
从Br2变成Br-是放热的,从H2变成H-是吸热的,所以只有很活泼的金属,如碱金属和碱土金属才能跟氢生成离子型的氢化物,如NaH、CaH2等。
碱金属的氢化物是强还原剂,用于有机合成,制备碱金属的硼氢化物(如NaBH4)、铝氢化物(如NaAlH4)等。
钢制品的除锈可以用氢化钠,即把钢制品浸在NaH的质量分数为2%的熔融NaOH槽中,铁锈因被还原为铁而除去。
LiH是一种氢气发生剂,用于军事上或其他需要氢气的场合。
LiH+H2O====LiOH+H2↑
碱金属氢化物的制法通常是使碱金属跟氢气直接反应。
氢化锂是由熔融的锂跟氢气直接反应而生成的。
2Li+H2====2LiH
生成的物质必须保存在惰性的气体中,以避免着火。
熔融钠在100~110℃开始吸收氢气,到300~400℃时反应较快。
氢化钠在钠的表面上形成,这层氢化钠阻止了反应的继续进行。
生产上,使金属钠分散在高熔点的烃类里或跟熔融的氯化钠混合,以保证钠跟氢气的接触。
碱金属的氢化物是一类相当重要的化合物,限于篇幅,课本没有讲述,这里提供一些有关的结构、性质、制法和它们在现代工业和科技方面的用途,以供参考。
(三)铝
1.地球上最多的金属——铝
许多人常常以为铁是地壳中最多的金属。
其实,地壳中最多的金属是铝,其次才是铁。
铝占整个地壳总重量的7.45%,差不多比铁多一倍!
地球上到处都有铝的化合物,像最普通的泥土中,就含有许多氧化铝。
说了这么多,铝到底是一种什么样的金属呢?
铝:
一种化学元素,化学符号Al,原子序数13,相对原子质量26.981539,属第三周期ⅢA族。
铝是一种银白色的轻金属,纯净的铝很软,可以压成很薄的箔,现在包糖果、香烟的“银纸”,其实大都是铝箔。
在生活中,我们到处都可以看到铝的“影子”。
我们平常使用的硬币,是铝制的;在厨房里,我们还可以看到铝锅、铝盆、铝勺……然而,在一百多年前,铝却被认为是一种稀罕的贵金属,价格比黄金还贵,甚至还被列为“稀有金属”之一。
真是怪事,铝怎么比金子还贵?
这件事说起来也不奇怪。
因为铝的价值贵贱,完全取决于炼铝工业的水平。
在一百多年前,人们用钠还原法来制造铝,当时钠的价格十分昂贵,所以铝的价格就更加贵了。
据说有一次法国皇帝拿破仑三世举行了一次宫廷宴会,来宾都用金碗喝酒,唯独皇帝一人在用铝碗,来宾都对皇帝的铝碗羡慕不已。
然而到了19世纪末,人们发明了大量生产铝的方法,这时铝的价格一下子跌了许多,人们才开始普遍使用铝制产品。
发现:
1825年丹麦H.C.奥斯特用无水三氯化铝与钾汞齐作用,并蒸掉汞后得到金属铝。
1854年H.S.C.德维尔用金属钠还原氯化钠和氯化铝的熔盐,制得金属铝,并在1855年的巴黎博览会上展示。
1886年C.M.霍尔和P.L.T.埃鲁分别发明了电解氧化铝和冰晶石的熔盐制铝法,使铝的价格大降,成为可供实用的金属。
存在:
铝在地壳中的含量为8%,仅次于氧和硅。
它广泛分布于岩石、泥土和动植物体内。
岩石中的铝主要以硅酸铝形式存在。
岩石风化时,硅酸铝沉积为黏土矿或脱水成铝土矿。
刚玉是纯的结晶氧化铝,含铝矿石还有明矾、冰晶石等。
物理性质:
铝为银白色的轻金属;熔点660.37℃,沸点2467℃,相对密度2.702。
铝为面心立方结构。
纯铝较软,其强度依赖于它的纯度。
铝具有良好的延展性。
硅、铜、铁、锌、锡、镁、锰等金属易溶于熔融铝中形成相应的合金;氢是能溶于铝中的唯一气体,其溶解度随温度升高而增大,但在金属凝结时接近于零。
铝具有良好的导电性和导热性。
纯铝的电导率是退火铜的64%。
温度在50K以下时电阻率小于极纯的铜和银,在1.2K以下可变为超导体。
化学性质:
铝在化合物中通常表现为+3价氧化态,在高温时有+1价氧化态。
铝是活泼金属,常温下,在干燥空气中铝的表面立即形成厚度约为50埃的致密氧化膜,使铝不会进一步氧化并能耐水的腐蚀,这层氧化膜可吸着染料而使铝着色,还可在硼酸、磷酸中借阳极氧化而加厚,以提高其耐腐蚀性。
但细粉状的铝与空气混合则极易燃烧。
铝与氧化合时的生成热很高;在高温下能将许多金属氧化物还原为相应的金属。
铝还能与卤素、硫、氮、磷和碳等作用。
熔融的铝能与水猛烈反应,生成氢氧化铝和氢。
铝是两性的,既易溶于强碱形成铝酸盐和氢,也能溶于稀酸,生成相应的铝盐和氢。
但铝的纯度越高,与酸的反应越慢,99.95%以上的纯铝只溶于王水,在冷的浓硫酸和浓硝酸中铝表面被钝化。
制法:
现代电解铝的方法是将氧化铝溶解于冰晶石(作为电解质)中,以钢制电解槽的石墨衬里为阴极,石墨棒为阳极,在约1000℃进行电解,在阴极得到液态的金属铝,纯度可达99.8%。
铝的性质与用途的关系:
物质的用途决定于物质的性质。
由于铝有多种优良性能,因而铝有着极为广泛的用途。
下面介绍铝在几个方面的用途。
(1)铝的密度小(仅为2.7g·cm-3),虽然比较软,但可制成各种铝合金(如硬铝、超硬铝、防锈铝、铸铝等),广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。
此外,导弹、宇宙火箭、人造卫星也使用大量的铝及其合金。
例如,一架超音速飞机约由70%的铝及其合金构成。
每枚导弹的用铝量约占总重量的10%~15%。
据报道,国外已铺设有铝质的火车轨道,其耗电量比普通铁轨节省一半。
船舶建造中也大量使用铝,一艘大型客船(15000t),用铝量达2000t。
(2)铝的导电性仅次于银、铜,虽然它的导电率为铜的2/3,但密度只有铜的1/3,所以输送同量的电,铝线的质量只有铜线的一半。
铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的能力,而且有一定的绝缘性,所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途。
(3)铝是热的良导体(比铁的导热能力大3倍),工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料和炊具等。
(4)铝有较好的延展性(仅次于金和银),在100~150℃时可制成薄于0.01mm的铝箔,广泛用于包装香烟、糖果等,还可制成铝丝、铝条,并能轧制各种铝制品。
(5)铝的表面因有致密的氧化物保护膜,不易受到腐蚀,常被用来制造化学反应器、医疗器械、冷冻装置、石油精炼装置、液态天然气的输送管道等。
(6)铝粉具有银白色光泽(一般金属在粉末状时的颜色多为黑色),常用来作涂料(俗称银粉、银漆),保护铁制品不被腐蚀,而且美观。
(7)铝在氧气中燃烧能放出大量的热和耀眼的光,常用于制造爆炸混合物,如铵铝炸药(由硝酸铵、木炭粉、铝粉、烟黑及其他可燃性有机物混合而成)、燃烧混合物(如用铅热剂做的炸弹和炮弹可用来攻击难以着火的目标或坦克、大炮等)和照明混合物(如含硝酸钡68%、铝粉28%、虫胶4%)。
(8)铝热剂常用来熔炼难熔金属和焊接钢轨等。
铝还用作炼钢过程中的脱氧剂。
铝粉和石墨、二氧化钛(或其他高熔点金属的氧化物)按一定比率均匀混合后,涂在金属上,经高温煅烧而制成耐高温的金属陶瓷,它在火箭及导弹技术上有重要应用。
(9)铝板对光的反射性能也很好,反射紫外线比银还强,铝愈纯,其反射能力愈好,常用来制造高质量的反射镜,如太阳灶反射镜等。
(10)铝具有吸音性能,音响效果也较好,所以广播室、现代化大型建筑室内的天花板等也采用铝。
将来的人造小月亮:
月亮也可以用人工制造吗?
是的。
月亮本身不会发光,但它能把太阳光反射到地球上来,所以在晚上我们看见月亮是亮的。
如果人类能制造出一个非常巨大的圆盘,把它放在天空,那就会是一个人造小月亮。
那么用什么东西来制造这个圆盘呢?
重要的是这种东西要有良好的反射光线的能力,要不然,圆盘制好后也只是一件废物。
铝能够满足这个要求。
铝的反射能力比银还强,它常被用来制作高质量的反射镜。
只要人们制作一个面积达几十平方千米的巨大的反射镜,并在镜面镀一层铝,把它发射到天空,人造小月亮做成了。
通过它把太阳光反射给地球,可以使地面上夜晚的亮度为农历十五晚上月亮的10~100倍,人们到时可以不用照明灯,直接在室外读书写字、娱乐和工作。
为什么很多厨具是铝的?
在厨房里我们经常可以看到很多铝制的东西,比如铝锅啦、铝盆、铝勺等等,为什么不用其他金属来制作这些东西呢?
这是因为铝制品很耐用。
铝本来是银白色的,可是铝制品用不了多久,表面就变得白蒙蒙的,这是什么缘故呢?
原来铝生锈了,铝的表面与空气中的氧发生反应,生成了一层薄薄的氧化铝,这层氧化铝别看很薄,却“天衣无缝”,它紧紧地贴在铝的表面,防止里面的铝继续和氧反应。
这层氧化铝不怕水浸,不怕火烧,很难锈蚀。
对于里面的铝来说,它是一件十分耐用的“外套”。
如果换用金属铁,这些东西的寿命就会大大缩短。
有人会问,金属铁不是也有一层“外衣”吗,怎么会用不久呢?
原来,金属铁的“外衣”和铝的不一样。
铝的“外衣”很细密,空气、水都钻不进去,而铁的“外衣”却布满了小孔,空气和水很容易就钻了进去,所以铁制品会一直生锈下去,直到整个东西变成了废品。
然而,在厨房里我们也会看到一些铁制的东西,这又怎么解释呢?
说来也很简单,这些东西已经不是纯粹的铁制品了,人们往铁中加入了一些其他的金属,使得铁不会在空气中生锈,所以就可以用它来制造东西。
但是这样一来,这些东西比铝制品要贵好多,因而在生活中人们用的很多厨具是铝的。
2.铝合金
铝是一种轻金属,密度小(2.79g·cm-3),具有良好的强度和塑性,铝合金具有较好的强度,超硬铝合金的强度可达600MPa,普通硬铝合金的抗拉强度也达200~450MPa,它的比刚度远高于钢,因此在机械制造中得到广泛的运用。
铝的导电性仅次于银和铜,居第三位,用于制造各种导线。
铝具有良好的导热性,可用作各种散热材料。
铝还具有良好的抗腐蚀性能和较好的塑性,适合于各种压力加工。
铝合金按加工方法可以分为变形铝合金和铸造铝合金。
变形铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。
不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能,只能通过冷加工变形来实现强化,它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。
可热处理强化型铝合金,可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能,它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。
铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能、物理性能和抗腐蚀性能。
铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金。
(1)纯铝产品
纯铝分冶炼品和压力加工品两类,前者以化学成分Al表示,后者用汉语拼音LG(铝、工业用的)表示。
(2)压力加工铝合金
铝合金压力加工产品分为防锈(LF)、硬质(LY)、锻造(LD)、超硬(LC)、包覆(LB)、特殊(LT)及钎焊(LQ)等七类。
常用铝合金材料的状态为退火(M焖火)、硬化(Y)、热轧(R)等三种。
(3)铝材
铝和铝合金经加工成一定形状的材料统称铝材,包括板、带、箔、管、棒、线、型等。
(4)铸造铝合金
铸造铝合金(ZL)按成分中铝以外的主要元素硅、铜、镁、锌分为四类,代号编码分别为100、200、300、400。
(5)高强度铝合金
高强度铝合金指其抗拉强度大于480MPa的铝合金,主要是压力加工铝合金中硬铝合金类、超硬铝合金类和铸造合金类。
3.氢氧化铝
(1)氢氧化铝为什么具有两性?
凡是在水溶液中既能电离出H+,又能电离出OH-的氢氧化物,叫两性氢氧化物。
氢氧化铝就是两性氢氧化物,它在水溶液中可以按下列两种形式电离:
Al3++3OH-====Al(OH)3====H++
+H2O
(碱式电离)(酸式电离)
其他如Zn(OH)2、Cr(OH)3、Pb(OH)2、Sn(OH)2等也都是两性氢氧化物。
两性氢氧化物的这种性质跟它们的结构有关。
如用E表示某一种元素,它可按下列两式进行电离:
EOH====E++OH-
EOH====EO-+H+
也就是说E—O和O—H都是极性键,都有因极性溶剂的作用而断裂的可能。
对于某一元素的氢氧化物在水中究竟进行酸式电离还是碱式电离,要看E—O和O—H两个键的相对强弱。
如E—O键较弱时,就进行碱式电离;如O—H键较弱时,就进行酸式电离。
而这两个键的相对强弱,决定于某元素离子En+和氢离子(H+)对氧离子(O2-)的吸引力的相对强弱。
如果En+对O2-的吸引力强,O—H键断裂,即酸式电离的趋势大;如果H+对O2-的吸引力强,E—O键断裂,即碱式电离趋势大。
从静电引力考虑,En+对O2-的吸引力的大小,跟元素的离子半径及电荷数有关。
一般地说,元素的离子半径愈小,离子的正电荷数愈大,那么En+对O2-的吸引力愈强,就呈酸式电离。
反之,吸引力弱,呈碱式电离。
如果离子半径较小(不是很小),离子电荷较大(不是很大)时,E—O键和O—H键的相对强弱接近相等。
即En+对O2-的吸引力接近相等,这时,EOH
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