專題3從礦物到基礎材料第一課時鋁及鋁合金1．鋁在金屬活動性順序中處于什么位置？能否與稀硫酸反應，若能，寫出其反應的化學方程式。提示：排在氫前面，能與稀硫酸反應放出氫氣，2Al＋3H2SO4=Al2(SO4)3＋3H2↑。2．活潑金屬(如Zn)與酸(如鹽酸、稀硫酸)反應的本質是什么？用離子方程式表示。提示：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑3．鋁制品在生產、生活中有哪些用途，試各舉一例。提示：作導線、作炊具、餐具等。[新知探究]探究1填寫下表空白，認識鋁的物理性質。顏色狀態熔點密度導電導熱性延展性銀白色固體低較小良好良好探究2認識鋁的化學性質。(1)鋁在化學反應中易失去電子，化合價升高，表現出還原性，但在空氣中能與氧氣反應生成致密的氧化膜，有良好的抗腐蝕性。(2)完成下列反應的化學方程式或離子方程式。[必記結論]1．鋁及其主要化合物間的轉化2．鋁與強堿溶液(如NaOH溶液)反應的實質該反應經過了如下過程：(1)(2)2Al(OH)3＋2NaOH=2NaAlO2＋4H2O(復分解反應)總反應式為：2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑(氧化還原反應)可見，鋁置換出的H2其實來自H2O中的H，鋁之所以和強堿溶液反應，是因為鋁和水反應生成難溶于水的Al(OH)3，Al(OH)3是兩性氫氧化物，能與強堿反應生成可溶性鹽，即Al和H2O反應生成的Al(OH)3立即與強堿反應而溶解，使得鋁能不斷地與水接觸而反應，而且該反應為放熱反應，反應速率變快。[成功體驗]1．鋁制器能夠盛放的物質是()A．KOH溶液B．濃硫酸C．NaOH溶液D．稀硫酸解析：選B常溫下Al與KOH溶液，NaOH溶液，稀硫酸都能反應生成H2，但遇濃H2SO4鋁會鈍化，故常溫下鋁制器皿能盛放濃H2SO4。2．(好題共享·選自魯科版教材P124·T2)鋁熱反應不僅被用于焊接鋼軌，而且還常用于冶煉熔點較高的金屬如釩、鉻、錳等。(1)試從鋁粉與氧化鐵之間的反應出發，思考鋁熱反應為什么可以被用來冶煉這些金屬。(2)請配平下列用鋁熱反應原理冶煉金屬釩和鈷的反應的化學方程式，指出哪些物質是還原劑、哪些物質是氧化劑，并計算生成1mol各種金屬分別需要純鋁的質量。V2O5＋Al——Al2O3＋VCo3O4＋Al——Al2O3＋Co解析：3V2O5＋10Al5Al2O3＋6V270g6molm(Al)1mol解得：m(Al)＝45g。3Co3O4＋8Aleq\o(=,\s\up7(高溫))4Al2O3＋9Co216g9molm(Al)1molm(Al)＝24g。答案：(1)鋁具有強還原性，且該反應過程中放出大量的熱。(2)3V2O5＋10Aleq\o(=,\s\up7(高溫))5Al2O3＋6V。氧化劑：V2O5，還原劑：Al，生成1molV需45g鋁。3Co3O4＋8Aleq\o(=,\s\up7(高溫))4Al2O3＋9Co。氧化劑：Co3O4，還原劑：Al，生成1molCo需24g鋁。[新知探究]探究鋁合金的概念、特點和用途。(1)概念：鋁和其他金屬(或非金屬)熔合而成的混合物。(2)特點：密度小，強度高，抗腐蝕能力強，塑性好。(3)用途：①可用于建筑外墻材料及房屋的門窗。②可制造汽車車輪骨架和飛機構件。③可用于制造電子元件。[必記結論]1．鋁及其合金的用途(1)與其他金屬(或非金屬)熔合形成鋁合金，鋁的合金具有密度小、強度高、塑性好、制造工藝簡單、成本低、抗腐蝕能力強等特點，主要用于建筑業、交通運輸業以及電子行業。鋁合金可做建筑外墻材料及房屋的門窗，可制成汽車車輪骨架和飛機構件，還可用于制造電子元件等。(2)利用其導電性，制造電線，電器元件等。(3)利用其強的還原性，冶煉熔點高的金屬，焊接鋼軌等。2．使用鋁制品應注意的問題(1)鋁制品耐用是因為表面有致密的氧化鋁保護膜，Al2O3是兩性氧化物，既可以與酸反應又可以與堿反應，所以鋁制品不宜盛放顯酸性或堿性的物質。(2)含氯化鈉的物質不能用鋁制品盛放。這是因為鋁制品表面雖然有致密的氧化膜保護層，但若遇到氯化鈉溶液，其中的氯離子會破壞氧化膜的結構，加速鋁制品的腐蝕。因此，鋁制品不宜用來長時間盛放咸菜等腌制食品。[成功體驗]3．(好題共享·選自魯科版教材P123·T1)把以下左欄列舉的金屬的用途與右欄列舉的有關金屬的性質用線連起來。A．金可制成比紙還薄的金箔①導電性B．生活用鐵鍋②導熱性C．用鐵回收照相定影廢液中的銀③延展性D．用銅制作印刷電路④還原性答案：A—③B—②C—④D—①———————————————[關鍵語句小結]————————————————1．鋁是一種既可以與酸反應又可以與堿溶液反應的金屬。例如：Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑。2．在常溫下，鋁遇濃硝酸、濃硫酸時會在表面生成致密的氧化膜而發生鈍化。3．工業上常用鋁粉還原一些金屬氧化物，這類反應被稱為鋁熱反應。例如：Fe2O3＋2Aleq\o(=,\s\up7(高溫))Al2O3＋2Fe。4．鋁合金是由金屬鋁與其他金屬(或非金屬)熔合而成的。分析依據：2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑反應物的量生成H2的體積關系等物質的量的鋁足量鹽酸足量NaOH溶液eq\f(VHClH2,VNaOHH2)＝1∶1等物質的量的鹽酸和NaOH足量的鋁eq\f(VHClH2,VNaOHH2)＝eq\f(1,3)一定量的鋁鹽酸不足NaOH過量(nHCl＝nNaOH)eq\f(1,3)<eq\f(VHClH2,VNaOHH2)<1nHCl∶nNaOH＝3∶1VHCl(H2)＝VNaOH(H2)[例1]取兩份鋁片，第一份與足量鹽酸反應，第二份與足量燒堿溶液反應，同溫同壓下放出相同體積的氣體，則消耗的HCl和NaOH的物質的量之比為()A．1∶1B．2∶1C．3∶1D．1∶3解析：選C鋁與鹽酸和燒堿溶液反應的化學方程式分別為2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑，當生成等體積氣體時消耗HCl、NaOH的物質的量之比為3∶1。鋁與強酸或強堿溶液反應放出氫氣的實質都是：Aleq\o(→,\s\up7(失3e－))Al3＋，2H＋eq\o(→,\s\up7(得2e－))H2↑，所以無論是鋁和酸反應還是和堿反應，Al和H2的關系都是2Al～3H2。在例1中：(1)兩份鋁片的質量之比是________。(2)若兩份鋁片在反應時，消耗等物質的量的HCl和NaOH，則生成氫氣的體積比為________。解析：(1)因為鹽酸和燒堿溶液都是足量的，鋁片將全部參加反應，生成等體積的氣體時，根據反應的方程式可知兩份鋁片的量相等，即其質量之比為1∶1。(2)可設消耗HCl和NaOH的物質的量都為amol，根據反應方程式可得與amol鹽酸反應生成氫氣eq\f(a,2)mol，與amolNaOH反應生成氫氣eq\f(3a,2)mol，故生成氫氣的體積比為eq\f(a,2)mol：eq\f(3a,2)mol＝1∶3。答案：(1)1∶1(2)1∶3[例2]下列各組物質中能發生鋁熱反應的是()A．Al粉和FeO粉末B．木炭粉和CuO粉末C．Al粉和MgO粉末D．Al粉和稀鹽酸解析：選A鋁熱反應是鋁與金屬氧化物間的反應，B中無鋁粉，錯誤；D中無金屬氧化物，錯誤；C中雖然是鋁粉與金屬氧化物的混合物，但Al不如Mg活潑，兩者也不能發生鋁熱反應。(1)鋁熱反應是放熱反應，但要高溫引發。(2)因為鋁有較強的還原性，因此鋁能將比它還原性弱的金屬從其氧化物中還原出來，如MnO2、V2O5等，但還原性比鋁強的金屬的氧化物與鋁不能發生鋁熱反應，如MgO等。對“鋁熱反應”的現象有這樣的描述：反應放出大量的熱，并發出耀眼的光芒。紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中。又已知Al、Fe2O3、Al2O3、Fe的熔點、沸點數據如下表所示：物質AlFe2O3Al2O3Fe熔點/℃660146220541535沸點/℃2467－29802750(1)某同學推測，鋁熱反應所得到的熔融物應是鐵鋁合金。理由是：該反應放熱能使鐵熔化，而鋁的熔點比鐵低，此時液態的鐵和鋁熔合形成鋁合金，你認為他的解釋是否合理？答：______(填“合理”或“不合理”)。(2)設計一個簡單的實驗方案，證明上述所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁。填寫下列表格：所用試劑氫氧化鈉溶液實驗操作及現象有關反應的化學方程式解析：本題是有關金屬物理性質和化學性質綜合應用的類型題，鋁熱反應產物應是鐵鋁合金。因為鐵的熔點低于鋁的沸點，同時根據鋁能與堿發生反應來鑒別Al。答案：(1)合理(2)取適量樣品置于試管中，加入氫氧化鈉溶液，有氣體產生2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑[課堂雙基落實]1．下列物質中，屬于合金的是()A．硬鋁B．鋁箔C．冰晶石D．水銀解析：選A合金是由兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合在一起而形成的具有金屬特性的物質。硬鋁是由Al、Cu、Mg、Mn、Si等形成的合金，鋁箔是Al，冰晶石是一種化合物，水銀是Hg。2．用鋁箔包裝molNa，用針扎出一些小孔，放入水中，完全反應后，用排水集氣法收集產生的氣體，則收集到的氣體為(標準狀況)()A．O2與H2的混合氣體B．L的H2C．大于L的H2D．小于L的H2解析：選CmolNa與水反應產生標準狀況下的H2L，Na與水反應還生成NaOH，Al與NaOH溶液反應也產生H2，故收集到的H2應大于L。3．(2022·大慶高一檢測)Al溶于NaOH溶液中，4molAl失去的電子全被水獲得。作為氧化劑的H2O的物質的量為()A．1molB．3molC．4molD．6mol解析：選D4molAl失去的電子數為12mol，根據電子守恒可知，1molH2O被還原，得到2mol電子，所以轉移12mol電子，需6mol水作氧化劑。4．Mg、Al兩種金屬分別跟相同體積、相同濃度的稀H2SO4反應，同溫同壓下生成氫氣的體積相同，則Mg、Al兩種金屬之間的量的關系一定正確的是()A．兩個反應轉移的電子數目相等B．加入鎂、鋁的質量比為4∶3C．金屬溶解的物質的量相等D．加入的兩種金屬的質量不等解析：選A由反應可知：2H＋～H2～2e－，生成氫氣的體積相同，則兩反應轉移的電子數目一定相等，A正確；無法確定加入金屬的質量，故B、D錯誤；由反應方程式可得：Mg～H2,2Al～3H2，故金屬溶解的物質的量不等，C錯誤。5．向一鋁制的易拉罐內充滿CO2氣體，然后向罐內注入足量NaOH溶液，立即用膠布嚴封罐口，一段時間后，罐壁內凹而癟，而再過一段時間，癟了的罐壁重新鼓起，解釋上述變化的實驗現象：(1)罐壁內凹而癟的原因：________________，化學反應方程式：____________________。(2)罐壁重新鼓起的原因：________________，化學反應方程式：____________________。解析：向充滿CO2的易拉罐內注入足量NaOH溶液，首先CO2與NaOH溶液反應生成Na2CO3，使得罐內氣壓小于外界大氣壓，故過一段時間后，罐壁內凹而癟；再過一段時間后，因為過量的NaOH與鋁罐反應生成H2，使罐內氣壓大于外界大氣壓，故癟了的罐壁重新鼓起。答案：(1)因為CO2與NaOH溶液反應生成Na2CO3，使得罐內氣壓小于外界大氣壓2NaOH＋CO2=Na2CO3＋H2O(2)因為過量的NaOH溶液與鋁罐反應生成H2，使罐內氣壓大于外界大氣壓2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H21．下列有關敘述不正確的是()A．鋁元素在地殼中的含量高，儲量豐富B．鋁容易形成致密的氧化膜，抗腐蝕性能好C．鋁化學性質穩定，常溫下不與任何酸堿反應D．鋁的冶煉技術基本成熟，可以大量生產解析：選C鋁是一種活潑金屬，常溫下可與鹽酸、NaOH溶液等發生反應，C項錯誤。2．世界衛生組織把鋁確定為食品污染源之一，而加以控制使用。鋁在下列應用時應加以控制的是()①制鋁合金②制電線③制炊具④銀色漆顏料⑤明礬凈水⑥明礬與蘇打制食品膨松劑⑦易拉罐⑧用Al(OH)3凝膠制胃舒平藥片⑨包裝糖果和小食品A．③⑤⑧⑨B．①②⑥⑧⑨C．③④⑤⑨D．③⑤⑥⑦⑧⑨解析：選D因為鋁是食品污染源之一，所以在與人的飲食、醫療有關的應用中要加以控制。故選D。3．將gAl投入到mLmol·L－1的某溶液中有氫氣產生，充分反應后金屬有剩余，該溶液可能為()A．濃HNO3B．Ba(OH)2溶液C．H2SO4溶液D．HCl溶液解析：選D題中可應用的信息主要有：①gAl，②mLmol·L－1溶液，③產生氫氣，④Al有剩余。解答該題時，利用上面的信息對每個選項進行分析，最后找出答案。應特別注意鋁與酸、堿反應都有H2產生，但與濃HNO3反應不產生H2，A項與信息③不符；B項堿過量，與信息④不符；C項酸過量，與信息④不符；D項酸不足量則金屬有剩余。4．等體積、等物質的量濃度的硫酸、氫氧化鈉溶液分別放在甲、乙兩燒杯中，各加等質量的鋁，生成氫氣的體積比為5∶6，則甲、乙兩燒杯中的反應情況可能分別是()A．甲、乙中都是鋁過量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，乙中堿過量解析：選B某物質的量的硫酸(甲)和氫氧化鈉(乙)溶液分別與等質量的鋁反應，生成氫氣體積比即物質的量之比為n(甲)∶n(乙)＝5∶6。甲：2Al＋3H2SO4=Al2(SO4)3＋3H2↑，eq\f(10,3)mol5mol5mol乙：2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑4mol4mol6mol如果加入的鋁都為4mol，硫酸和NaOH溶液中含溶質物質的量都為5mol，則甲中鋁過量4mol－eq\f(10,3)mol＝eq\f(2,3)mol,乙中氫氧化鈉過量5mol－4mol＝1mol。5．把鋁粉和Fe3O4粉末配成鋁熱劑，并均分成兩份。第一份在高溫下恰好完全反應，然后將生成物與足量鹽酸充分反應；第二份直接加入足量的氫氧化鈉溶液使之充分反應，前后兩種情況下生成的氣體在相同狀況下的體積比是()A．1∶1B．9∶8C．3∶4D．4∶3解析：選C鋁粉與Fe3O4在高溫下的反應方程式：8Al＋3Fe3O4eq\o(=,\s\up7(△))4Al2O3＋9Fe，第一份恰好完全反應，則可設每份鋁熱劑中鋁粉8mol，Fe3O4粉末3mol。第一份中生成Fe為9mol，與鹽酸反應生成Fe2＋，轉移18mole－，生成H29mol。第二份只有鋁粉與NaOH溶液反應，8mol鋁粉轉移24mole－，生成H2為12mol。故前后兩種情況生成H2的體積比為3∶4。6．一定質量的鋁鐵合金溶于足量的NaOH溶液中，完全反應后產生L(標準狀況下)氣體；用同樣質量的鋁鐵合金完全溶于足量的鹽酸中，在標準狀況下產生L的氣體，則該合金中鋁、鐵的物質的量之比為()A．1∶1B．2∶5C．3∶2D．3∶5解析：選A將鋁鐵合金溶于NaOH溶液中時，只有鋁參與反應，而鐵不反應，此時生成的L(即mol)氫氣是由反應2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑生成的，故合金中n(Al)＝mol×eq\f(2,3)＝mol；當同樣質量的合金與鹽酸反應時，鋁參與反應生成的H2為mol，則由Fe置換出的n(H2)＝mol－mol＝mol，即合金中含Fe的物質的量也為mol。7．鋁是中學化學學習階段的唯一一種既能與酸(非氧化性酸)反應又能與強堿溶液反應放出H2的金屬，就鋁的這一特殊性質回答下列問題：(1)等質量的兩份鋁分別與足量的HCl、NaOH溶液反應，所得H2的體積之比是________。(2)足量的兩份鋁分別投入到等體積、等物質的量濃度的HCl、NaOH溶液中，產生H2的體積之比是________。(3)足量的兩份鋁分別投入到等體積、一定物質的量濃度的HCl、NaOH溶液中，二者產生的H2相等，則HCl和NaOH的物質的量濃度之比是________。(4)甲、乙兩燒杯中各盛有100mL3mol·L－1的鹽酸和NaOH溶液，向兩燒杯中分別加入等質量的鋁粉，反應結束后，測得生成的氣體體積比為V(甲)∶V(乙)＝1∶2，則加入鋁粉的質量為________。A．gB．gC．gD．g解析：(1)根據化學方程式：2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑得Al與H2的關系式均為2Al～3H2，故只要參加反應的Al的量相等，所得H2的量必相等。(2)因為在反應中Al過量，產生的H2由HCl和NaOH的量決定。根據化學反應中的關系式：6HCl～3H2、2NaOH～3H2，故當HCl、NaOH物質的量相等時，二者產生H2的體積比為1∶3。(3)因為鋁足量且產生H2相等，根據關系式n(HCl)∶n(NaOH)＝3∶1，又因為兩溶液體積相等，故物質的量濃度c(HCl)∶c(NaOH)＝n(HCl)∶n(NaOH)＝3∶1。(4)其反應原理分別為2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑?？梢姰攨⒓臃磻腍Cl和NaOH的物質的量一樣多時，產生H2的體積比是1∶3，而題設條件體積比為1∶2，說明此題投入的鋁粉對鹽酸來說是過量的，而對于NaOH來說是不足的。2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑6mol3mol3mol·L－1×Lmol＝mol則Al與NaOH反應生成的H2為mol×2＝mol。2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑2×27g＝54g3mol5．4gmol即投入的鋁粉為g。答案：(1)1∶1(2)1∶3(3)3∶1(4)A8．某學習小組用如圖所示裝置測定鋁鎂合金中鋁的質量分數和鋁的相對原子質量。(1)A中試劑為________。(2)實驗前，先將鋁鎂合金在稀酸中浸泡片刻，其目的是___________________________。(3)檢查氣密性，將藥品和水裝入各儀器中，連接好裝置后，需進行的操作還有：①記錄C的液面位置；②將B中剩余固體過濾，洗滌，干燥，稱重；③待B中不再有氣體產生并恢復至室溫后，記錄C的液面位置；④由A向B滴加足量試劑。上述操作的順序是________(填序號)；記錄C的液面位置時，除視線平視外，還應__________。(4)B中發生反應的化學方程式為_____________________________________________。(5)若實驗用鋁鎂合金的質量為ag，測得氫氣體積為bmL(已換算為標準狀況)，B中剩余固體的質量為cg，則鋁的相對原子質量為________________。解析：(1)觀察實驗裝置圖可知是用量氣法完成實驗目的，故A中應盛放NaOH溶液，在B中發生2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2的反應。(2)目的是除去鋁鎂合金表面的氧化膜。(3)正確讀數除平視外還應使C中氣體的壓強與外界大氣壓相等，即使D與C的液面相平。(5)據2Al～3H22mol3moleq\f(a－cg,