第一节　合金教学设计案例

铝及铝合金

一、铝的性质

1．物理性质

铝是银白色的金属，密度较小，有较强的韧性和延展性，熔点较低，硬度较小，有良好的导电、导热性。

2．化学性质

(1)铝与O2反应

①铝是非常活泼的金属，极易与氧气反应，其化学方程式是4Al＋3O2===2Al2O3。但生活中许多铝制品却很耐腐蚀，这是因为常温下铝在空气中极易与氧气反应，表面生成致密的氧化铝薄膜并牢固地覆盖在铝表面，能阻止氧气等与铝进一步反应，因而铝具有很强的抗腐蚀性。

②如果将铝丝加强热后插入到纯氧中会观察到铝丝剧烈燃烧，并产生耀眼的白光，最后得到白色块状固体。反应的化学方程式是4Al＋3O2=====2Al2O3。

(2)铝与酸、碱的反应

①将两小块用砂纸打磨过的铝条分别放入两支洁净的试管中，再向试管中分别加入浓硝酸、浓硫酸，观察铝片能否溶解？有无气体产生？

答案

铝片不溶解，无气体产生。

②在两支试管中分别加入5 mL盐酸和5 mL NaOH溶液，再分别放入一小片铝片，观察到的现象是铝片逐渐溶解，有气泡产生；用手小心触摸试管外壁有热感(反应放热)；一段时间后，将点燃的木条分别放在试管口部，发生的现象是产生爆鸣声。由此可说明反应过程中有H2产生。

③由以上实验可知，铝既能与盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应，二者均生成氢气。

a．铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式是2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。

b．铝与盐酸反应的离子方程式是2Al＋6H===2Al3＋3H2↑。

＋＋点燃(3)铝热反应

如下图所示，用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起。使四周都有四层。把内层纸漏斗取出，在底部剪一个小孔，用水润湿，再跟另一纸漏斗套在一起，架在铁圈上，下面放置盛沙的蒸发皿。把5 g炒干的氧化铁粉末和2 g铝粉混合均匀，放在纸漏斗中，上面加上少量氯酸钾并在混合物中间插一根镁条，用小木条点燃镁条，观察发生的现象。

通过以上实验信息，回答下列问题：

①写出该反应的化学方程式：_____________________________________________ ________________________；并指出：________是氧化剂，________是还原剂，该反应称为__________。

②选出该实验的实验现象(将字母填写在横线上)：_________________________________。

a．镁条剧烈燃烧

b．放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射

c．纸漏斗的下部被烧穿

d．熔落物能够被磁铁吸引

③如何用简单的方法证明生成物为金属铁？

答案

①Fe2O3＋2Al=====Al2O3＋2Fe

Fe2O3

Al 铝热反应

②abcd ③用磁铁吸引生成物，如磁铁上有黑色物质被吸附，则证明生成物中有金属铁。

铝的性质

1．除O2外，Cl2、S、Br2、I2等许多非金属单质也能在一定条件下与Al反应。

2．在冷的浓硫酸、浓硝酸中铝的表面会迅速生成一层致密的氧化膜而停止反应，我们把这种现象称为铝的钝化。因此，浓硝酸、浓硫酸可贮存在铝制容器中，亦可用铝槽车运输。

3．铝与酸、碱溶液反应的比较

①还原剂均为Al,1 mol Al失去电子数目均为3 mol，与酸反应产物为Al3，与碱溶液反应产＋高温物为AlO2。

②相同质量的铝分别与足量盐酸溶液和氢氧化钠溶液完全反应后，在相同条件下产生氢气的体积比是1∶1。

③产生相同量的H2，所需HCl和NaOH的物质的量之比为3∶1。

4．铝粉和某些金属氧化物(如Fe3O4、CuO、MnO2、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物叫铝热剂，在高温下发生铝热反应，可用来冶炼难熔的相对较不活泼的金属(如V、Cr、Mn)、焊接钢轨等。

【例1】

下列有关铝的叙述中正确的是(

) A．铝在常温下不能与O2反应

B．铝既能溶于强酸，又能溶于强碱

C．铝与氧化镁组成的混合物称为铝热剂

－

D．铝片放入浓H2SO4中，无明显现象，说明二者未发生反应

答案

B 解析

铝为活泼金属，常温下能与O2反应生成致密氧化物薄膜，A项错误；铝既能与强酸反应，又能与强碱反应，B项正确；镁比较活泼，铝不能置换出镁，C项错误；铝常温下在浓H2SO4中钝化，在铝表面形成致密氧化膜，发生了化学反应，D项错误。

易错提醒

铝热反应冶炼的是难熔金属且金属性比铝弱，故铝与比其不活泼的金属氧化物组成的混合物才叫铝热剂。

【例2】

甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·L－1的盐酸和氢氧化钠溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后测得生成的气体体积比为V甲∶V乙＝1∶2，则加入铝粉的质量为(

) A．5.4 g

B．3.6 g

C．2.7 g

D．1.8 g 答案

A 解析

Al和盐酸的反应式为2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑；Al与NaOH溶液的反应式为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。若Al均完全反应，则产生的H2体积比为1∶1，实际产生H2的体积比为1∶2，即NaOH溶液中产生的H2多，说明消耗的Al多，即甲中Al过量。由n(HCl)＝0.3 mol，可知甲中产生0.15 mol H2，那么乙中产生0.3 mol H2，消耗0.2 mol OH，OH还剩余0.1 mol，则Al没有剩余，则投入的Al为0.2 mol，其质量为5.4 g。

方法点拨

计算铝的质量分三步：先由酸中的n(H)计算产生的n(H2)酸，再由酸、碱中产生的H2的体积比计算碱中产生的n(H2)碱，最后由n(H2)碱计算n(Al)和m(Al)。

二、铝合金及其应用

1．金属铝与其他金属(或非金属)熔合形成铝合金。铝合金具有密度小，强度高，塑性好等优点。

2．铝及铝合金其优良的物理性质决定其重要用途，请把以下左栏列举的铝的重要用途与右栏列举的有关铝的性质用线连起来：

＋－－

1.组成

(1)合金中一定有金属元素，也可能含有非金属元素。

(2)合金一般是混合物，没有固定的熔点。

2．性质

(1)合金的熔点一般比成分金属的低。

(2)合金的硬度、密度、强度以及其他一些机械性能要优于成分金属。

(3)合金具有金属特性，如导热、导电性。

(4)合金中各成分金属的化学性质不变。

【例3】

京沪高铁是世界上一次性建成的最长高速铁路。高铁车厢大部分采用铝合金材料制造，这是因为铝合金(

) A．比纯铝熔点高

B．具有比较活泼的化学性质

C．各种成分在自然界中含量丰富，容易获取

D．质量轻，强度大，抗腐蚀能力比较强

答案

D 解析

A项，铝合金的熔点比纯铝低，错误；B项，作为制造车厢的材料铝合金抗腐蚀能力较强，即化学性质比较稳定，错误；C项，铝的含量较丰富，但却不容易获取，制取金属铝需消耗很多能量，错误；D项正确。

铝及其化合物之间的转化关系