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2019-2020年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 鋁 金屬材料教案 魯科版必修1 1 鋁與鋁合金 【溫故知新】 鈉、鎂、鐵性質(zhì)的相似性 （1）物理性質(zhì)：都是銀白色，有金屬的光澤，都能導(dǎo)電，都能傳熱，都有良好的延展性。 （2）化學(xué)性質(zhì)：都能與非金屬單質(zhì)（如氧氣、氯氣等）反應(yīng)；都能與酸反應(yīng)；都能與某些鹽溶液（如：CuSO4溶液）反應(yīng)。 1．鋁 （1）物理性質(zhì)：硬度較小，銀白色質(zhì)輕，密度為2.7g/cm，具有一定的耐磨性，有很好的延展性和導(dǎo)電性，熔點(diǎn)低（666.4℃），沸點(diǎn)高（2467℃）。 （2）化學(xué)性質(zhì) ①與非金屬反應(yīng) a 與氧氣反應(yīng)： 常溫下，鋁被空氣中的氧氣氧化，表面生成一層致密的氧化物薄膜，失去金屬光澤。 點(diǎn)燃時(shí)，金屬鋁可以在氧氣中燃燒：4Al＋ 3O2 2Al2O3 說明：該反應(yīng)放出大量熱和耀眼的白光，因而鋁可用于制造燃燒彈、信號彈、火箭推進(jìn)劑等。 【知識鏈接】 英阿馬島戰(zhàn)爭中英方的一艘現(xiàn)代化驅(qū)逐艦被阿方導(dǎo)彈擊中后，燃起滔天大火，無法撲滅，導(dǎo)致艦艇沉沒，這是怎么回事呢？原來，驅(qū)逐艦夾板上大量使用鋁，鋁在高溫下發(fā)生了燃燒，生成氧化鋁。 b. 與氯氣、硫等非金屬反應(yīng) 2Al＋3Cl2 2AlCl3 4Al＋3S 2Al2S3 ②與酸的反應(yīng) a. 與非氧化酸（鹽酸、稀硫酸）反應(yīng)，有氫氣生成：2Al＋6H＋＝2Al3＋＋3H2↑。 b. 與氧化酸（硝酸，濃硫酸）反應(yīng)，無氫氣生成： Al＋4HNO3 (稀)＝Al(NO3)3＋NO↑＋2H2O 注意：Al遇冷的濃硫酸、濃硝酸會(huì)鈍化，但加熱可反應(yīng)。 ③與堿的反應(yīng) 化學(xué)方程式：2Al＋2NaOH＋6H2O＝2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ 離子方程式： 2Al＋2OH－＋6H2O＝2[Al(OH)4]－＋3H2↑ 【領(lǐng)悟整合】 鋁和強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，不是鋁直接和堿反應(yīng)，而是鋁先和強(qiáng)堿溶液中的水反應(yīng)生成氫氧化鋁，然后氫氧化鋁再和強(qiáng)堿反應(yīng)生成四羥基合鋁酸鹽。如鋁和氫氧化鈉溶液反應(yīng)分兩步進(jìn)行：2Al+6H2O＝2Al(OH)3+3H2↑；Al(OH)3+NaOH＝Na〔Al(OH)4〕。因此，在此反應(yīng)中，鋁為還原劑，水為氧化劑。 ④與金屬氧化物的反應(yīng)（鋁熱反應(yīng)） 金屬鋁在高溫下可與Fe2O3反應(yīng)：2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3 說明：a該反應(yīng)稱為鋁熱反應(yīng)，鋁粉和氧化鐵粉末的混合物稱為鋁熱劑。利用鋁熱反應(yīng)可焊接鋼軌大截面的鋼材部件等。 b鋁和氧化鐵在高溫下發(fā)生的反應(yīng)不僅可用于焊接鋼軌，還可用于定向爆破定向爆破是指在地基的鋼筋混處安放鋁熱劑，引燃后產(chǎn)生的溫度高達(dá)2500－3500℃，使鋼筋熔斷，樓體倒塌。 c鋁不僅可與氧化鐵發(fā)生鋁熱反應(yīng)，用其他金屬氧化物如V2O5、Cr2O3、MnO2等代替氧化鐵也可發(fā)生鋁熱反應(yīng)。鋁熱反應(yīng)還可用于冶煉釩、錳等金屬。 【領(lǐng)悟整合】 在以上四種反應(yīng)中，鋁的化合價(jià)均由0價(jià)升高到＋3價(jià)，被氧化，做還原劑?？梢钥闯觯X具有較強(qiáng)的還原性，是一種較為活潑的金屬。 2、鋁合金 （1）合金：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)。 一般來說，合金的性能優(yōu)于純金屬，合金的熔點(diǎn)比它的各成分金屬熔點(diǎn)都低，硬度比它的各成分金屬大。但合金的性質(zhì)并不是各成分金屬性質(zhì)的總和。 （2）鋁合金 金屬鋁中加入其他元素如銅、鎂、硅、鋅、鋰等，即形成各種性能優(yōu)良的鋁合金。 ①性質(zhì)特征 鋁合金具有密度小、強(qiáng)度高、塑性好、易于成形、制造工藝簡單、成本低廉等特點(diǎn)，并且表面易形成致密的氧化物保護(hù)膜而具有一定的抗腐蝕能力。 ②用途 鋁合金主要用于建筑業(yè)、容器和包裝業(yè)、交通運(yùn)輸及電子行業(yè)，如汽車車輪的骨架，硬盤抽取盒等。另外，還廣泛用于制造飛機(jī)構(gòu)件。 2 鋁的重要化合物 1．氧化鋁 （1）存在：自然界中純凈的Al2O3為無色晶體，俗稱剛玉，硬度僅次于金剛石，可作人造寶石。 （2）物理性質(zhì)：白色固體，不溶于水，熔點(diǎn)高。 說明：由于Al2O3熔點(diǎn)高，難分解，因而可做良好的耐火材料。 （3）化學(xué)性質(zhì) ①與酸反應(yīng)： Al2O3 ＋6HCl＝ 2AlCl3 ＋3H2O（Al2O3 ＋6H＋ ＝ 2Al3＋ ＋3H2O） ②與堿反應(yīng)：Al2O3＋2NaOH＋3H2O＝2Na[Al(OH)4]（Al2O3＋2OH－＋3H2O＝2[Al(OH)4]－） 說明：氧化鋁具有不同于一般氧化物的性質(zhì)，既與強(qiáng)酸反應(yīng)也與強(qiáng)堿反應(yīng)，屬于兩性氧化物。 思考：（1）鋁是一種較為活潑的金屬，為什么生活中的鋁制品卻比較穩(wěn)定呢？（2）將未打磨的鋁片投入盛有氫氧化鈉溶液的試管中，觀察到開始并無氣泡，一段時(shí)間后才有氣體產(chǎn)生，為什么？ 提示：（1）鋁表面形成一層致密的氧化物保護(hù)膜，將空氣與鋁隔開。（2）開始是鋁表面的氧化鋁與堿液反應(yīng)，不生成氣體，當(dāng)表面的氧化鋁溶解完，才發(fā)生鋁與堿液反應(yīng)，生成氫氣。 2．氫氧化鋁 （1）物理性質(zhì)：Al(OH)3是幾乎不溶于水的白色膠狀固體，具有吸附性。 （2）化學(xué)性質(zhì) ①與酸反應(yīng)：Al(OH)3 ＋3HCl＝AlCl3 ＋3H2O（Al(OH)3 ＋3H+＝Al3+＋3H2O） ②與堿反應(yīng)：Al(OH)3＋NaOH＝Na[Al(OH)4]（Al(OH)3＋OH－＝[Al(OH)4]－） 說明：Al(OH)3與Al2O3一樣，既與酸反應(yīng)又與堿反應(yīng)，具有兩性，屬于兩性氫氧化物。 ①受熱易分解：大部分難溶性的氫氧化物在受熱時(shí)可以分解生成相應(yīng)的氧化物和水，Al(OH)3也不例外。 2Al(OH)3 Al2O3＋3H2O （3）Al(OH)3的制?。? ①鋁鹽與堿反應(yīng)：用鋁鹽與可溶性弱堿氨水反應(yīng)制Al(OH)3：Al3+＋3NH3H2O＝Al(OH)3↓＋3NH4+ 說明：制取Al(OH)3也可用鋁鹽與強(qiáng)堿作用，但應(yīng)嚴(yán)格控制加入堿的量，因?yàn)閺?qiáng)堿過量會(huì)使制得的Al(OH)3轉(zhuǎn)化為四羥基合鋁酸鹽：Al(OH)3＋OH－＝[Al(OH)4]－。所以，實(shí)驗(yàn)室一般不采用這種方法制Al(OH)3。 ②四羥基合鋁酸鹽與酸反應(yīng)：一般用向偏鋁酸鹽溶液中通入CO2的方法制取Al(OH)3。 當(dāng)CO2不足或適量時(shí)：2[Al(OH)4]－＋CO2＝2Al(OH)3↓＋CO32－＋H2O；CO2過量時(shí)：[Al(OH)4]－＋CO2＝Al(OH)3↓＋HCO3－。 說明：一般不用強(qiáng)酸，因?yàn)閺?qiáng)酸的量控制不當(dāng)會(huì)使制得的Al(OH)3溶解： [Al(OH)4]－＋H+＝Al(OH)3↓＋H2O；Al(OH)3＋3H+＝Al3+＋3H2O （4）Al(OH)3的用途： 由于Al(OH)3具有吸附性，既能凝聚水中懸浮物，又能吸附色素，因此Al(OH)3可作凈水劑和色素吸附劑。 【聯(lián)想發(fā)散】 明礬凈水原理——明礬（KAl(SO4)212H2O）溶于水發(fā)生下列反應(yīng)： KAl(SO4)2＝K+＋Al3+＋2SO42－；Al3+＋3H2O ＝ 2Al(OH)3（膠體）＋3H+。Al(OH)3膠體中膠粒有吸附水中懸浮雜質(zhì)的作用，使其質(zhì)量增大，沉降水底，達(dá)到凈化水的目的。 3 金屬與金屬材料 1．金屬的分類 （1）冶金工業(yè) 黑色金屬：Fe、Cr、Mn（黑色金屬的顏色不一定是黑色，如純凈的鐵、鉻的顏色是銀白色） 有色金屬：除Fe、Cr、Mn以外的所有金屬 （2）按密度 輕金屬：密度＜4.5g/cm3（如鈉、鎂、鋁） 重金屬：密度＞4.5g/cm3（如鐵、銅、W） （3）按自然界中的含量 常見金屬：如鐵（4.75%） 鋁（7.7%） 鈣（3.45%）等 稀有金屬：如鋯、鈮、鉬等 2．金屬的通性：有金屬光澤、有延展性，是電和熱的良導(dǎo)體，具有還原性。 【聯(lián)想發(fā)散】 金屬之最：在生活生產(chǎn)中使用最廣泛的金屬是鐵；地殼中含量最多的金屬元素是鋁（Al）；最穩(wěn)定的金屬單質(zhì)，延展性最好的都是金（Au）；導(dǎo)電性能最好的是銀（Ag）；自然界中最活潑的金屬是銫（Cs）；最硬的金屬單質(zhì)是鉻（Cr）；熔點(diǎn)最高的金屬單質(zhì)是鎢（3413℃）（W）；熔點(diǎn)最低的金屬單質(zhì)是汞（－39℃）（Hg）；密度最大的是鋨（22.57g/cm3）。 2．鋼鐵 （1）生鐵：含碳量2％－4.3%，硬度大，但較脆且不易機(jī)械加工。 （2）普通鋼：含碳量0.03%－2%，增加了鐵錳等元素，改善了鐵的性能，但易銹蝕。 （3）不銹鋼：在普通鋼基礎(chǔ)上，加入鉻鎳等元素，含鉻在一般在12％以上，在空氣中能保持金屬光澤，且有不生銹的特性。 說明：由于鉻元素的加入，能使鋼材表面形成致密且堅(jiān)固的氧化膜，防止內(nèi)部鐵與外界物質(zhì)接觸。鎳元素的加入，使不銹鋼在酸堿鹽的水溶液中也能具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性。 3．金、銀、銅等金屬材料 （1）物理性質(zhì) ① 特性：金是黃色金屬；銀是白色金屬；銅是紫紅色金屬。 ② 共性：硬度較小，熔點(diǎn)較高，密度較大，具有金屬光澤、良好的延展性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。 （2）化學(xué)性質(zhì)：金、銀、銅都屬于不活潑金屬，相對而言，其活潑程度依次增強(qiáng)。 ① 金：金是最穩(wěn)定的金屬之一，在高溫下也不能與氧氣反應(yīng)，不能被硝酸等強(qiáng)氧化性酸氧化。但金能溶解在王水中。 ② 銀：銀雖然不能與鹽酸、稀硫酸反應(yīng)，但卻能溶解在硝酸等強(qiáng)氧化性酸中： Ag＋2HNO3 (濃)＝AgNO3＋NO2↑＋H2O；3Ag＋4HNO3 (稀)＝3AgNO3＋NO↑＋2H2O ③ 銅： a 與非金屬單質(zhì)反應(yīng)： 2Cu＋O2 2CuO；2 Cu＋S Cu2S；Cu＋Cl2CuCl2 b 與酸反應(yīng)：與銀相似，銅不能與鹽酸、稀硫酸反應(yīng)，但卻能溶解在硝酸等強(qiáng)氧化性酸中： Cu＋2H2SO4(濃) CuSO4＋SO2↑＋2H2O Cu＋4HNO3 (濃)＝Cu(NO3)2 ＋ 2NO2↑＋2H2O 3Cu＋8HNO3 (稀) ＝3Cu(NO3)2 ＋2 NO ↑＋4H2O c 與鹽溶液反應(yīng)： Cu＋2FeCl3＝CuCl2＋2FeCl2 d 銅的銹蝕：銅在干燥空氣中性質(zhì)穩(wěn)定，但在潮濕空氣中會(huì)被腐蝕，在其表面逐漸形成一層綠色的銅銹：2Cu＋O2＋H2O＋CO2 ＝Cu2(OH)2CO3 （3）用途： ①金及其合金除了用于首飾以外，在電子工業(yè)的用量占工業(yè)用量的90％以上。在航空航天工業(yè)中，金在制造飛機(jī)和航天器有關(guān)部件所用的材料也占有重要地位。 ②銀除了用于首飾以外，在有機(jī)合成、能源開發(fā)、材料制造等方面的應(yīng)用越來越被重視。 ③銅在電氣和電子工業(yè)中主要用于制造電線、通訊電纜等。這方面應(yīng)用占銅的工業(yè)總用量的一半左右，半導(dǎo)體器件中的硅芯片上用銅代替鋁線；建筑業(yè)上用銅制造水管及其它排水設(shè)施，具有獨(dú)特的殺菌功能，抑制細(xì)菌生長。 ④鈦（Ti）―― “21世紀(jì)的金屬”性能優(yōu)儲量大，用于制造飛機(jī)、導(dǎo)彈、宇宙飛船、艦艇、化工設(shè)備、紡織機(jī)械、人造衛(wèi)星、醫(yī)療器械、“人造骨骼”等。 ⑤鈾（U）―― 做核電廠反應(yīng)堆的核燃料。 ⑥镅（Am）―― 用作煙霧探測器中的煙霧監(jiān)測材料。 4．銅的常見化合物 （1）顏色、溶解性：CuO——黑色、難溶；Cu2O——紅色、難溶；Cu2S——黑色、難溶；CuSO4——白色、易溶；CuSO45H2O——藍(lán)色、易溶；Cu2(OH)2CO3——綠色、難溶；Cu(OH)2——藍(lán)色、難溶。 （2）化學(xué)性質(zhì) ①氧化銅 a. 氧化銅有金屬氧化物的性質(zhì)，例如： CuO＋2HCl＝CuCl2＋H2O b. 氧化銅具有弱氧化性，可與某些還原劑反應(yīng)。例如： H2＋CuO Cu＋H2O； C＋2CuO 2Cu＋CO2↑；CO＋CuO Cu＋CO2； 2NH3＋3CuO 3Cu＋N2＋3H2O c. 氧化銅在高溫下可發(fā)生分解反應(yīng)： 4CuO 2Cu2O＋O2↑ ②硫酸銅： CuSO4 晶體與無水CuSO4之間可以相互轉(zhuǎn)化 CuSO45H2O CuSO4＋5H2O；CuSO4＋5H2O＝CuSO45H2O ?開拓學(xué)習(xí)新視野 ▲ 課標(biāo)知識拓展 【專題放送】 有關(guān)Al(OH)3的反應(yīng)圖像 項(xiàng)目 圖象 離子方程式 NH3H2O滴入AlCl3溶液中 Al3＋＋3NH3H2O＝ Al(OH)3↓＋3NH4＋ CO2通入NaAl[(OH)4]溶液中 Al[(OH)4]－＋CO2＝ Al(OH)3↓＋HCO3－ 2 Al[(OH)4]－＋CO2＝2 Al(OH)3↓＋CO32－＋H2O NaOH滴入AlCl3溶液中 Al3＋＋3OH－＝ Al(OH)3↓ Al(OH)3＋OH－＝Al[(OH)4]－ AlCl3滴入NaOH溶液中 Al3＋＋4OH－＝Al[(OH)4]－ 3 Al[(OH)4]－＋Al3＋＝4 Al(OH)3↓ HCl滴入Na Al[(OH)4]溶液中 Al[(OH)4]－＋H＋＝Al(OH)3↓＋H2O Al(OH)3＋3H＋＝Al3＋＋3H2O Na Al[(OH)4]溶液滴入HCl中 AlO2－＋4H＋＝Al3＋＋2H2O Al3＋＋3 Al[(OH)4]－＝4 Al(OH)3↓