421 鋁與鋁合金

1、第4章 材料家族中的元素第二節(jié) 鋁 金屬材料第一課時(shí) 鋁與鋁合金誘思探究1.1鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑，但生活中用鋁制作的用品卻非常耐腐蝕，為什么？提示：鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑，在空氣中容易與氧氣生成一層結(jié)構(gòu)致密的氧化物薄膜，從而阻止了進(jìn)一步的反響，另外，鋁更多的是做成鋁合金制品，通過改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使其抗腐蝕性更強(qiáng)。2鋁制炊具的外表常因油煙而變暗，能否用鋼絲球?qū)⑵渫獗聿亮?？提示：不能。這樣會將外表的氧化膜破壞，內(nèi)層的鋁會被腐蝕，縮短鋁制炊具的使用壽命。2.1只有鋁與氧化鐵才可以組成鋁熱劑嗎？ 提示：不是。除鋁與氧化鐵之外，鋁與Fe3O4、V2O5、WO3等高溫下穩(wěn)定的金屬氧化物都能構(gòu)成鋁熱劑，可以發(fā)生鋁

2、熱反響。2鋁熱劑為什么可以用于焊接鋼軌？除此之外鋁熱反響還有哪些重要應(yīng)用？提示：鋁熱反響能夠放出大量的熱，可以使生成的鐵熔化，且不需要電源，焊接速度快、設(shè)備簡易，所以可以用于焊接鋼軌。由于鋁熱反響放熱多，可以使置換出的金屬單質(zhì)熔化，因此還可應(yīng)用于冶煉難熔金屬。3.實(shí)驗(yàn)室假設(shè)用鋁與鹽酸、氫氧化鈉分別反響來制取氫氣，試劑的用量與氫氣生成的多少有何關(guān)系？ 提示：鋁與鹽酸反響的離子方程式為：2Al 6H+ = 2Al3+3H2與氫氧化鈉反響的離子方程式為：2Al2OH-6H2O = 2Al(OH)4-3H2由此可知：假設(shè)用等量的鋁與足量的鹽酸、氫氧化鈉反響，生成氫氣一樣多；假設(shè)用足量的鋁與等物質(zhì)的量的

3、鹽酸、氫氧化鈉反響，生成氫氣的體積比為13?！纠?】現(xiàn)有一含少量鐵、硅的鋁合金，取等質(zhì)量的兩份樣品，分別投入足量的鹽酸和稀氫氧化鈉溶液中，放出等量的氫氣，那么該合金中鐵與硅的關(guān)系正確的選項(xiàng)是物質(zhì)的量之比為21物質(zhì)的量之比為31質(zhì)量之比為21質(zhì)量之比為41A B C D只有【解答】選C。將等質(zhì)量的合金分別投入足量鹽酸和稀氫氧化鈉溶液中時(shí)，鋁與鹽酸和氫氧化鈉反響生成的氫氣相等，鐵僅與鹽酸反響生成氫氣，反響方程式是Fe+2HCl =FeCl2+H2，硅僅與氫氧化鈉反響生成氫氣，反響方程式是Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3+2H2。由于放出等量的氫氣，因此鐵與硅的物質(zhì)的量之比應(yīng)為21，質(zhì)量

4、之比為41，應(yīng)選C。 【互動探究】上述鋁合金的性質(zhì)是否完全等同于組成成分的性質(zhì)？提示：不是。將鋁、鐵、硅熔合制成鋁合金以后，通常化學(xué)性質(zhì)與組成成分相似，但是物理性質(zhì)差異較大，如熔點(diǎn)降低、硬度變大等。1.鋁的一些特性1鋁是較活潑的金屬，常溫下可與空氣中的氧氣形成致密的氧化膜，因而具有較好的耐腐蝕性。2鋁在常溫下，遇到濃硫酸、濃硝酸會發(fā)生鈍化。3鋁與某些金屬氧化物在高溫下發(fā)生鋁熱反響放出大量的熱，會使生成的金屬熔化。4鋁可以與強(qiáng)堿溶液反響生成氫氣，反響的實(shí)質(zhì)是鋁置換水中的氫。2.合金的組成及應(yīng)用1合金是指兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。2合金通常具有比成分金屬更優(yōu)良

5、的物理化學(xué)性能和機(jī)械加工性能。如熔點(diǎn)更低、硬度更大、耐腐蝕等。3常見的合金有鋁合金、鐵合金、鎂合金等。1.為什么鋁制炊具不宜長時(shí)間盛放酸、堿性食物？提示：因?yàn)殇X制品外表有一層致密的氧化膜，該氧化膜為兩性氧化物，既能與酸反響，又能與堿反響，用鋁制炊具盛放酸或堿性食物，會破壞該氧化膜，使鋁制炊具受到進(jìn)一步腐蝕。2假設(shè)采用可溶性鋁鹽與堿反響制取Al(OH)3，氨水與NaOH溶液哪個更適宜？提示：由于Al(OH)3可以溶于過量強(qiáng)堿，所以實(shí)驗(yàn)室制取Al(OH)3通常采用可溶性鋁鹽與氨水反響。3.假設(shè)采用四羥基合鋁酸鹽與酸反響制取Al(OH)3沉淀，用何種酸更為恰當(dāng)？提示：由于Al(OH)3能夠溶于過量強(qiáng)

6、酸，所以實(shí)驗(yàn)室制取Al(OH)3可以采用四羥基合鋁酸鹽溶液中通入足量二氧化碳?xì)怏w?！纠?】 將一定質(zhì)量的鎂鋁合金投入100 mL一定物質(zhì)的量濃度的鹽酸中,合金完全溶解,向所得溶液中參加5 mol/L 的NaOH溶液到過量,生成的沉淀與參加的NaOH溶液的體積關(guān)系如圖: 求:(1)原合金中Mg、Al的質(zhì)量各是多少?(2)鹽酸的物質(zhì)的量濃度是多少?【標(biāo)準(zhǔn)解答】由圖像可知，11.6 g是MgOH2的質(zhì)量， g=7.8 g是AlOH3的質(zhì)量，VNaOH從020 mL時(shí)用于中和過量鹽酸，因而無沉淀生成；20160 mL時(shí)用于沉淀Mg2+,Al3+;160180 mL時(shí)用于將AlOH3沉淀溶解。1n(Mg

7、)=nMgOH2= 11.6 g/58 gmol-1=0.2 mol那么m(Mg)= 0.2 mol24 gmol-1=4.8 gn(Al)=nAlOH3= 7.8 g/78 gmol-1=0.1 mol那么m(Al)= 0.1 mol27 gmol-1=2.7 g(2)由圖像可知，當(dāng)VNaOH=160 mL時(shí)，溶液為NaCl溶液，根據(jù)物質(zhì)守恒，n(Cl-)=n(Na+)=nNaOH=5 mol/L0.16 L=0.8 mol, nHCl=n(Cl-) =0.8 mol,cHCl=0.8 mol/0.1 L=8 mol/L答案：1Mg、Al的質(zhì)量分別是4.8 g和2.7 g。2鹽酸的物質(zhì)的量濃

8、度是8 mol/L。 【互動探究】假設(shè)上題中不知道沉淀的質(zhì)量變化，能否僅由VNaOH求得合金中Mg、Al的物質(zhì)的量之比？ 提示：由Al3+3OH- = Al(OH)3Al(OH)3OH- =Al(OH)4- 可知：溶解Al(OH)3沉淀用去20 mL NaOH溶液，那么沉淀Al3+需要60 mL NaOH溶液，而沉淀Mg2+需要NaOH溶液的體積為160-20-60mL=80 mL。n(Mg)=n(Mg2+)= =5 mol/L0.08 L/2=0.2 moln(Al)=n(Al3+)= =5 mol/L0.06 L/3=0.1 mol合金中鎂鋁的物質(zhì)的量之比為21。1.不能用強(qiáng)堿和鋁鹽溶液反

9、響制Al(OH)3,也不能用強(qiáng)酸和四羥基合鋁酸鹽溶液反響制備Al(OH)3,因Al(OH)3既溶于強(qiáng)酸又溶于強(qiáng)堿,反響物的用量不易控制。2.既能和鹽酸反響，又能和氫氧化鈉反響的物質(zhì)，除了Al、Al2O3、Al(OH)3,還有NaHCO3、NaHSO3、(NH4)2CO3、(NH4)2S、NH4HCO3等物質(zhì)。鋁鹽與強(qiáng)堿、四羥基合鋁酸鹽與強(qiáng)酸的反響圖像Al3+、AlOH3、AlOH4-之間的相互轉(zhuǎn)化與反響物的用量和相互滴加的順序都有關(guān)系。試探究以下兩個過程中的有關(guān)問題:探究:1.向可溶性鋁鹽溶液中滴加強(qiáng)堿(1)滴加過程中會發(fā)生什么反響？有什么現(xiàn)象？(2)嘗試在坐標(biāo)系中描述生成的沉淀的量與滴加的N

10、aOH溶液的體積之間的關(guān)系。整合突破提示：1現(xiàn)象：立即產(chǎn)生白色沉淀漸多最多漸少消失離子反響：Al3+3OH- = AlOH3AlOH3+OH- =AlOH4-2圖像2.向四羥基合鋁酸鹽溶液中滴加強(qiáng)酸(1)滴加過程中會發(fā)生什么反響？有什么現(xiàn)象？(2)嘗試在坐標(biāo)系中描述生成的沉淀的量與滴加的鹽酸的體積之間的關(guān)系。提示：1現(xiàn)象：立即產(chǎn)生白色沉淀漸多最多漸少消失離子反響：AlOH4-+H+ = AlOH3+H2OAlOH3+3H+ = Al3+3H2O2圖像1.鎂、鋁都是較活潑的金屬，以下描述正確的選項(xiàng)是( ) A.鎂和鋁的單質(zhì)都能在空氣中劇烈燃燒，并放出耀眼的光輝B.鎂和鋁能和稀鹽酸、強(qiáng)堿反響生成氫

11、氣C.用鎂、鋁制造的合金質(zhì)輕鞏固，但是不耐腐蝕D.鋁熱反響可以放出大量的熱，可以使生成的金屬熔化達(dá)標(biāo)訓(xùn)練【解析】選D。鎂可以在空氣中劇烈燃燒，鋁粉可以在純氧中劇烈燃燒，A錯；鋁既可以與酸反響也可以與強(qiáng)堿反響，但是鎂只能與酸反響而不能與堿反響，B錯； 鎂鋁合金質(zhì)輕鞏固，由于外表形成結(jié)構(gòu)致密的氧化膜，有較好的耐腐蝕性能，C錯。2.2021年荊州高一檢測用坩堝鉗夾住一小塊剛用鹽酸處理過的鋁箔，在酒精燈上加熱至熔化，發(fā)現(xiàn)熔化的鋁箔不滴落。以下關(guān)于上述實(shí)驗(yàn)中有關(guān)問題的解釋不正確的選項(xiàng)是( )A鋁在空氣中能很快形成氧化膜B鋁箔失去金屬光澤，氧化鋁包裹著金屬鋁C氧化鋁的熔點(diǎn)比鋁高D氧化鋁與鹽酸不反響【解析】

12、選D。鋁箔外表的氧化鋁是兩性氧化物，可以溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，因此D錯誤。3.2021年洛陽高一檢測以下物質(zhì)中，不能與氫氧化鈉溶液和鹽酸都反響的化合物是( )ANH42CO3 BAl(OH)3CNaHCO3 DMg(NO3)2【解析】選D。既能與氫氧化鈉溶液反響，又能與鹽酸反響的物質(zhì)有兩性化合物Al(OH)3、 有弱酸的酸式鹽如 NaHCO3、 弱酸的銨鹽如NH42CO3等。選項(xiàng)中的D只能與氫氧化鈉溶液反響。4.濃度均為0.1 molL-1的三種溶液等體積混合，充分反響后沒有沉淀的一組溶液是( )ABaCl2 NaOH NaHCO3BNaHCO3 CaCl2 HClCAlCl3 MgCl2 NaOH

13、DBaOH2 CaCl2 H2SO4【解析】選B。A項(xiàng)，發(fā)生Ba2+OH-+HCO3- = BaCO3+H2O的反響；B項(xiàng)中發(fā)生HCO3-+H+ = CO2+ H2O的反響；C項(xiàng)中NaOH缺乏，發(fā)生Al3+3OH- = AlOH3，Mg2+ 2OH- = MgOH2的反響；D項(xiàng)中發(fā)生Ba2+ SO42- = BaSO4的反響。沒有沉淀生成的是B項(xiàng)。5.以下各圖中，橫坐標(biāo)為某溶液中參加的某物質(zhì)的量，縱坐標(biāo)為生成沉淀的量，從AE中選擇符合表中各題要求的序號，填在表中。【解析】A圖中產(chǎn)生的沉淀先逐漸增加，后又局部溶解，應(yīng)該是MgCl2、AlCl3混合溶液與NaOH溶液反響； B圖中先沉淀后全部溶解，

14、應(yīng)該是Ca(OH)2溶液中通入CO2氣體；C圖先沉淀，而后也不溶解，應(yīng)該是AlCl3溶液參加氨水；D圖中開始無沉淀，然后沉淀逐漸增加，最后也不溶解，應(yīng)該是含少量HCl的AlCl3溶液參加氨水；E圖像開始無沉淀，然后沉淀逐漸增加，最后又完全溶解，應(yīng)該是含少量HCl的AlCl3 參加NaOH溶液。答案：B D C E A6.2021年安慶高一檢測某溶液中可能含有Fe2+、Mg2+、Cu2+、NH4+、Al3+，當(dāng)參加一種淡黃色固體并加熱溶液時(shí)，有刺激性氣味氣體放出和白色沉淀生成。參加淡黃色固體的物質(zhì)的量(橫坐標(biāo))與析出沉淀和產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量(縱坐標(biāo))的關(guān)系如下圖，據(jù)圖可推知溶液中含有的離子是_，

15、它們的物質(zhì)的量濃度之比為_，所加淡黃色固體是_(填化學(xué)式)?！窘馕觥坑深}意可以看出參加的淡黃色固體應(yīng)該為Na2O2，因?yàn)橄壬傻陌咨恋矶缶植咳芙猓梢源_定原溶液中應(yīng)該含有Mg2、Al3，不含有Fe2、Cu2，圖中參加12 mol Na2O2時(shí)，生成的12 mol氣體中有6 mol O2，還應(yīng)有6 mol NH3，故原溶液中還含有NH4；通過圖中數(shù)據(jù)可知，Mg2、Al3、NH4的物質(zhì)的量分別為2 mol、2 mol、6 mol，三者的物質(zhì)的量濃度之比為113。答案：Mg2、Al3、NH4 113 Na2O2一、選擇題此題包括6小題1.鋁合金在日常生活、航空航天和汽車制造等方面均有廣泛用途。以

16、下關(guān)于鋁的說法正確的選項(xiàng)是( )A.鋁的外表容易形成致密的氧化膜，抗腐蝕性能好B.常溫下不與任何酸、堿反響C.鋁元素在地殼中的含量高，儲量豐富，僅次于鐵D.工業(yè)上通常用鈉與鋁鹽溶液反響來制備鋁【解析】選A。鋁既能和強(qiáng)酸反響，又能和強(qiáng)堿反響，B錯；鋁元素在地殼中的含量高于鐵，C錯；鈉不能從鋁鹽溶液中置換出鋁單質(zhì)，D錯。課后穩(wěn)固2.2021年黃石高一檢測用含有少量鎂的鋁片制取純潔的AlOH3，可能有的步驟為：加鹽酸溶解；加苛性鈉溶液；過濾；通入過量CO2；加過量純堿溶液，實(shí)驗(yàn)操作最合理的組合及順序是( )A. B.C. D.【解析】選B。利用鎂不與強(qiáng)堿反響的特點(diǎn)，先用苛性鈉溶液溶解鋁生成四羥基合鋁

17、酸鈉，將鎂過濾除去，然后通入過量CO2后生成AlOH3沉淀，將沉淀過濾、洗滌，即可得到純潔的AlOH3。3.2021年珠海高一檢測不用其他試劑，只借助試管和膠頭滴管就可以鑒別的是( )AAl2(SO4)3和NaOH BNaHCO3和稀鹽酸CNaCl 和AgNO3 D鹽酸和Ba(OH)2【解析】選A。將NaOH逐滴參加Al2(SO4)3時(shí)先生成沉淀，隨著NaOH的繼續(xù)參加，沉淀又逐漸溶解，將Al2(SO4)3逐滴參加NaOH時(shí)，開始無沉淀后來有，因此可以鑒別；NaHCO3 和稀鹽酸無論滴加順序如何，均有氣體生成，無法區(qū)分；NaCl 和AgNO3相互滴加均有白色沉淀產(chǎn)生，無法區(qū)分；D項(xiàng)中鹽酸和Ba

18、(OH)2反響沒有明顯現(xiàn)象。 【規(guī)律方法】不借助其他試劑僅靠相互滴加就可以區(qū)別的幾組溶液： 1NaOH溶液和AlCl3溶液：向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液，先出現(xiàn)白色沉淀后消失；向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液，開始無現(xiàn)象后出現(xiàn)白色沉淀。2NaAl(OH)4溶液和鹽酸：向NaAl(OH)4溶液中滴加鹽酸，先出現(xiàn)白色沉淀后消失；向鹽酸中滴加NaAl(OH)4溶液，開始無現(xiàn)象后出現(xiàn)白色沉淀。(3)Na2CO3溶液和稀鹽酸：向Na2CO3溶液中滴加鹽酸，開始無現(xiàn)象后產(chǎn)生氣泡；向鹽酸中滴加Na2CO3溶液，立即產(chǎn)生氣泡。4.有MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3組成的混合粉末?，F(xiàn)取一份該混合

19、粉末試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，首先將其溶于過量的鹽酸，過濾后，得到沉淀X和溶液Y。以下表達(dá)正確的選項(xiàng)是( )A沉淀X的成分是SiO2B從組成看，其成分皆是堿性氧化物C溶液Y中的陽離子主要是Mg2+、Al3+、Fe2+、H+D在溶液Y中參加過量的氨水，過濾得到的沉淀的成分是Fe(OH)3和Mg(OH)2【解析】選A。四種氧化物中，MgO、Fe2O3屬于堿性氧化物，Al2O3屬于兩性氧化物，溶于鹽酸生成MgCl2、AlCl3、FeCl3, 溶液中的陽離子主要是Mg2+、Al3+、Fe3+、H+,SiO2屬于酸性氧化物，不溶于鹽酸，因此過濾出的沉淀是SiO2，A正確，B、C錯誤；向溶液中加氨水后生成Fe(OH)

20、3、Mg(OH)2和Al(OH)3,D錯誤。5.某溶液中可能含有大量的Mg2+、Al3+、H+、Cl-和少量OH-,向該溶液中逐滴參加0.5 molL-1的NaOH溶液，生成沉淀的質(zhì)量和參加NaOH溶液的體積之間的關(guān)系如下圖，那么該溶液中( )A.有Mg2+,沒有Al3+B.有Al3+,沒有Mg2+C.有大量的H+、Mg2+和Al3+D.有Mg2+和Al3+【解析】選D。由圖像可知，參加NaOH溶液后立即產(chǎn)生沉淀，說明溶液中沒有H+，當(dāng)沉淀最多時(shí)，再加NaOH溶液沉淀局部消失，說明沉淀中一定有Al(OH)3和Mg(OH)2，所以溶液中一定含有Mg2+和Al3+。6.將5.1 g鎂和鋁投入500

21、 mL 2 mol/L的鹽酸中，生成氫氣0.5 g，金屬完全溶解，再參加4 mol/L的NaOH溶液，假設(shè)要使生成的沉淀最多，那么應(yīng)參加NaOH溶液的體積是( )A.200 mL B.250 mLC.425 mL D.560 mL【解析】選B。要使生成的沉淀最多，Mg2+和Al3+全部生成Mg(OH)2和Al(OH)3 沉淀，溶液中溶質(zhì)只含NaCl，據(jù)Na+與Cl-守恒有5002=4VNaOH，所以VNaOH=250 mL?！九e一反三】上題中生成沉淀的質(zhì)量最多可以是多少？【解析】從始態(tài)金屬鎂和鋁到終態(tài)Mg(OH)2和Al(OH)3沉淀，固體增加的質(zhì)量為OH-的質(zhì)量，只要計(jì)算出OH-的物質(zhì)的量即

22、可，而OH-的物質(zhì)的量等于反響中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量，因反響中生成氫氣0.5 g，所以轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為氫氣物質(zhì)的量的2倍，即0.5 mol e-，因此沉淀的質(zhì)量=0.5 mol17 gmol-1+5.1 g= 13.6 g。二、非選擇題此題包括2小題7. 2021年襄樊高一檢測有一包粉末狀固體，可能是由Al2(SO4)3、CuCl2、KNO3、NH4Cl中的一種或幾種組成的。為了探究它的成分，某學(xué)習(xí)小組做了如下實(shí)驗(yàn)。取適量粉末投入蒸餾水中，粉末完全溶解，得到藍(lán)色透明溶液A。取A溶液少量，向其中逐滴滴加燒堿溶液直到過量，觀察到先有沉淀出現(xiàn)，而后沉淀逐漸增多，然后沉淀又逐漸減少，但最終仍有局部藍(lán)色沉淀，整個過程沒有氣體產(chǎn)生。 請答復(fù)以下問題：1原粉末一定含有_，一定不含_，可能含有_。填化學(xué)式 2寫出過程中涉及到的離子方程式：_?！窘馕觥坑蓪?shí)驗(yàn)現(xiàn)象中的藍(lán)色溶液及藍(lán)色沉淀可知粉末中一定有C