4.2.1 铝与铝合金

1、第4章 材料家族中的元素第二节 铝 金属材料第一课时 铝与铝合金诱思探究1.1铝的化学性质活泼，但生活中用铝制作的用品却非常耐腐蚀，为什么？提示：铝的化学性质活泼，在空气中容易与氧气生成一层结构致密的氧化物薄膜，从而阻止了进一步的反响，另外，铝更多的是做成铝合金制品，通过改变金属内部结构，使其抗腐蚀性更强。2铝制炊具的外表常因油烟而变暗，能否用钢丝球将其外表擦亮？提示：不能。这样会将外表的氧化膜破坏，内层的铝会被腐蚀，缩短铝制炊具的使用寿命。2.1只有铝与氧化铁才可以组成铝热剂吗？ 提示：不是。除铝与氧化铁之外，铝与Fe3O4、V2O5、WO3等高温下稳定的金属氧化物都能构成铝热剂，可以发生铝

2、热反响。2铝热剂为什么可以用于焊接钢轨？除此之外铝热反响还有哪些重要应用？提示：铝热反响能够放出大量的热，可以使生成的铁熔化，且不需要电源，焊接速度快、设备简易，所以可以用于焊接钢轨。由于铝热反响放热多，可以使置换出的金属单质熔化，因此还可应用于冶炼难熔金属。3.实验室假设用铝与盐酸、氢氧化钠分别反响来制取氢气，试剂的用量与氢气生成的多少有何关系？ 提示：铝与盐酸反响的离子方程式为：2Al 6H+ = 2Al3+3H2与氢氧化钠反响的离子方程式为：2Al2OH-6H2O = 2Al(OH)4-3H2由此可知：假设用等量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠反响，生成氢气一样多；假设用足量的铝与等物质的量的

3、盐酸、氢氧化钠反响，生成氢气的体积比为13。【例1】现有一含少量铁、硅的铝合金，取等质量的两份样品，分别投入足量的盐酸和稀氢氧化钠溶液中，放出等量的氢气，那么该合金中铁与硅的关系正确的选项是物质的量之比为21物质的量之比为31质量之比为21质量之比为41A B C D只有【解答】选C。将等质量的合金分别投入足量盐酸和稀氢氧化钠溶液中时，铝与盐酸和氢氧化钠反响生成的氢气相等，铁仅与盐酸反响生成氢气，反响方程式是Fe+2HCl =FeCl2+H2，硅仅与氢氧化钠反响生成氢气，反响方程式是Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3+2H2。由于放出等量的氢气，因此铁与硅的物质的量之比应为21，质量

4、之比为41，应选C。 【互动探究】上述铝合金的性质是否完全等同于组成成分的性质？提示：不是。将铝、铁、硅熔合制成铝合金以后，通常化学性质与组成成分相似，但是物理性质差异较大，如熔点降低、硬度变大等。1.铝的一些特性1铝是较活泼的金属，常温下可与空气中的氧气形成致密的氧化膜，因而具有较好的耐腐蚀性。2铝在常温下，遇到浓硫酸、浓硝酸会发生钝化。3铝与某些金属氧化物在高温下发生铝热反响放出大量的热，会使生成的金属熔化。4铝可以与强碱溶液反响生成氢气，反响的实质是铝置换水中的氢。2.合金的组成及应用1合金是指两种或两种以上的金属或金属与非金属熔合而成的具有金属特性的物质。2合金通常具有比成分金属更优良

5、的物理化学性能和机械加工性能。如熔点更低、硬度更大、耐腐蚀等。3常见的合金有铝合金、铁合金、镁合金等。1.为什么铝制炊具不宜长时间盛放酸、碱性食物？提示：因为铝制品外表有一层致密的氧化膜，该氧化膜为两性氧化物，既能与酸反响，又能与碱反响，用铝制炊具盛放酸或碱性食物，会破坏该氧化膜，使铝制炊具受到进一步腐蚀。2假设采用可溶性铝盐与碱反响制取Al(OH)3，氨水与NaOH溶液哪个更适宜？提示：由于Al(OH)3可以溶于过量强碱，所以实验室制取Al(OH)3通常采用可溶性铝盐与氨水反响。3.假设采用四羟基合铝酸盐与酸反响制取Al(OH)3沉淀，用何种酸更为恰当？提示：由于Al(OH)3能够溶于过量强

6、酸，所以实验室制取Al(OH)3可以采用四羟基合铝酸盐溶液中通入足量二氧化碳气体。【例2】 将一定质量的镁铝合金投入100 mL一定物质的量浓度的盐酸中,合金完全溶解,向所得溶液中参加5 mol/L 的NaOH溶液到过量,生成的沉淀与参加的NaOH溶液的体积关系如图: 求:(1)原合金中Mg、Al的质量各是多少?(2)盐酸的物质的量浓度是多少?【标准解答】由图像可知，11.6 g是MgOH2的质量， g=7.8 g是AlOH3的质量，VNaOH从020 mL时用于中和过量盐酸，因而无沉淀生成；20160 mL时用于沉淀Mg2+,Al3+;160180 mL时用于将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)由图像可知，当VNaOH=160 mL时，溶液为NaCl溶液，根据物质守恒，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的质量分别是4.8 g和2.7 g。2盐酸的物质的量浓

8、度是8 mol/L。 【互动探究】假设上题中不知道沉淀的质量变化，能否仅由VNaOH求得合金中Mg、Al的物质的量之比？ 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溶液的体积为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合金中镁铝的物质的量之比为21。1.不能用强碱和铝盐溶液反

9、响制Al(OH)3,也不能用强酸和四羟基合铝酸盐溶液反响制备Al(OH)3,因Al(OH)3既溶于强酸又溶于强碱,反响物的用量不易控制。2.既能和盐酸反响，又能和氢氧化钠反响的物质，除了Al、Al2O3、Al(OH)3,还有NaHCO3、NaHSO3、(NH4)2CO3、(NH4)2S、NH4HCO3等物质。铝盐与强碱、四羟基合铝酸盐与强酸的反响图像Al3+、AlOH3、AlOH4-之间的相互转化与反响物的用量和相互滴加的顺序都有关系。试探究以下两个过程中的有关问题:探究:1.向可溶性铝盐溶液中滴加强碱(1)滴加过程中会发生什么反响？有什么现象？(2)尝试在坐标系中描述生成的沉淀的量与滴加的N

10、aOH溶液的体积之间的关系。整合突破提示：1现象：立即产生白色沉淀渐多最多渐少消失离子反响：Al3+3OH- = AlOH3AlOH3+OH- =AlOH4-2图像2.向四羟基合铝酸盐溶液中滴加强酸(1)滴加过程中会发生什么反响？有什么现象？(2)尝试在坐标系中描述生成的沉淀的量与滴加的盐酸的体积之间的关系。提示：1现象：立即产生白色沉淀渐多最多渐少消失离子反响：AlOH4-+H+ = AlOH3+H2OAlOH3+3H+ = Al3+3H2O2图像1.镁、铝都是较活泼的金属，以下描述正确的选项是( ) A.镁和铝的单质都能在空气中剧烈燃烧，并放出耀眼的光辉B.镁和铝能和稀盐酸、强碱反响生成氢

11、气C.用镁、铝制造的合金质轻巩固，但是不耐腐蚀D.铝热反响可以放出大量的热，可以使生成的金属熔化达标训练【解析】选D。镁可以在空气中剧烈燃烧，铝粉可以在纯氧中剧烈燃烧，A错；铝既可以与酸反响也可以与强碱反响，但是镁只能与酸反响而不能与碱反响，B错； 镁铝合金质轻巩固，由于外表形成结构致密的氧化膜，有较好的耐腐蚀性能，C错。2.2021年荆州高一检测用坩埚钳夹住一小块刚用盐酸处理过的铝箔，在酒精灯上加热至熔化，发现熔化的铝箔不滴落。以下关于上述实验中有关问题的解释不正确的选项是( )A铝在空气中能很快形成氧化膜B铝箔失去金属光泽，氧化铝包裹着金属铝C氧化铝的熔点比铝高D氧化铝与盐酸不反响【解析】

12、选D。铝箔外表的氧化铝是两性氧化物，可以溶于强酸、强碱，因此D错误。3.2021年洛阳高一检测以下物质中，不能与氢氧化钠溶液和盐酸都反响的化合物是( )ANH42CO3 BAl(OH)3CNaHCO3 DMg(NO3)2【解析】选D。既能与氢氧化钠溶液反响，又能与盐酸反响的物质有两性化合物Al(OH)3、 有弱酸的酸式盐如 NaHCO3、 弱酸的铵盐如NH42CO3等。选项中的D只能与氢氧化钠溶液反响。4.浓度均为0.1 molL-1的三种溶液等体积混合，充分反响后没有沉淀的一组溶液是( )ABaCl2 NaOH NaHCO3BNaHCO3 CaCl2 HClCAlCl3 MgCl2 NaOH

13、DBaOH2 CaCl2 H2SO4【解析】选B。A项，发生Ba2+OH-+HCO3- = BaCO3+H2O的反响；B项中发生HCO3-+H+ = CO2+ H2O的反响；C项中NaOH缺乏，发生Al3+3OH- = AlOH3，Mg2+ 2OH- = MgOH2的反响；D项中发生Ba2+ SO42- = BaSO4的反响。没有沉淀生成的是B项。5.以下各图中，横坐标为某溶液中参加的某物质的量，纵坐标为生成沉淀的量，从AE中选择符合表中各题要求的序号，填在表中。【解析】A图中产生的沉淀先逐渐增加，后又局部溶解，应该是MgCl2、AlCl3混合溶液与NaOH溶液反响； B图中先沉淀后全部溶解，

14、应该是Ca(OH)2溶液中通入CO2气体；C图先沉淀，而后也不溶解，应该是AlCl3溶液参加氨水；D图中开始无沉淀，然后沉淀逐渐增加，最后也不溶解，应该是含少量HCl的AlCl3溶液参加氨水；E图像开始无沉淀，然后沉淀逐渐增加，最后又完全溶解，应该是含少量HCl的AlCl3 参加NaOH溶液。答案：B D C E A6.2021年安庆高一检测某溶液中可能含有Fe2+、Mg2+、Cu2+、NH4+、Al3+，当参加一种淡黄色固体并加热溶液时，有刺激性气味气体放出和白色沉淀生成。参加淡黄色固体的物质的量(横坐标)与析出沉淀和产生气体的物质的量(纵坐标)的关系如下图，据图可推知溶液中含有的离子是_，

15、它们的物质的量浓度之比为_，所加淡黄色固体是_(填化学式)。【解析】由题意可以看出参加的淡黄色固体应该为Na2O2，因为先生成的白色沉淀而后局部溶解，可以确定原溶液中应该含有Mg2、Al3，不含有Fe2、Cu2，图中参加12 mol Na2O2时，生成的12 mol气体中有6 mol O2，还应有6 mol NH3，故原溶液中还含有NH4；通过图中数据可知，Mg2、Al3、NH4的物质的量分别为2 mol、2 mol、6 mol，三者的物质的量浓度之比为113。答案：Mg2、Al3、NH4 113 Na2O2一、选择题此题包括6小题1.铝合金在日常生活、航空航天和汽车制造等方面均有广泛用途。以

16、下关于铝的说法正确的选项是( )A.铝的外表容易形成致密的氧化膜，抗腐蚀性能好B.常温下不与任何酸、碱反响C.铝元素在地壳中的含量高，储量丰富，仅次于铁D.工业上通常用钠与铝盐溶液反响来制备铝【解析】选A。铝既能和强酸反响，又能和强碱反响，B错；铝元素在地壳中的含量高于铁，C错；钠不能从铝盐溶液中置换出铝单质，D错。课后稳固2.2021年黄石高一检测用含有少量镁的铝片制取纯洁的AlOH3，可能有的步骤为：加盐酸溶解；加苛性钠溶液；过滤；通入过量CO2；加过量纯碱溶液，实验操作最合理的组合及顺序是( )A. B.C. D.【解析】选B。利用镁不与强碱反响的特点，先用苛性钠溶液溶解铝生成四羟基合铝

17、酸钠，将镁过滤除去，然后通入过量CO2后生成AlOH3沉淀，将沉淀过滤、洗涤，即可得到纯洁的AlOH3。3.2021年珠海高一检测不用其他试剂，只借助试管和胶头滴管就可以鉴别的是( )AAl2(SO4)3和NaOH BNaHCO3和稀盐酸CNaCl 和AgNO3 D盐酸和Ba(OH)2【解析】选A。将NaOH逐滴参加Al2(SO4)3时先生成沉淀，随着NaOH的继续参加，沉淀又逐渐溶解，将Al2(SO4)3逐滴参加NaOH时，开始无沉淀后来有，因此可以鉴别；NaHCO3 和稀盐酸无论滴加顺序如何，均有气体生成，无法区分；NaCl 和AgNO3相互滴加均有白色沉淀产生，无法区分；D项中盐酸和Ba

18、(OH)2反响没有明显现象。 【规律方法】不借助其他试剂仅靠相互滴加就可以区别的几组溶液： 1NaOH溶液和AlCl3溶液：向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液，先出现白色沉淀后消失；向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液，开始无现象后出现白色沉淀。2NaAl(OH)4溶液和盐酸：向NaAl(OH)4溶液中滴加盐酸，先出现白色沉淀后消失；向盐酸中滴加NaAl(OH)4溶液，开始无现象后出现白色沉淀。(3)Na2CO3溶液和稀盐酸：向Na2CO3溶液中滴加盐酸，开始无现象后产生气泡；向盐酸中滴加Na2CO3溶液，立即产生气泡。4.有MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3组成的混合粉末。现取一份该混合

19、粉末试样进行实验，首先将其溶于过量的盐酸，过滤后，得到沉淀X和溶液Y。以下表达正确的选项是( )A沉淀X的成分是SiO2B从组成看，其成分皆是碱性氧化物C溶液Y中的阳离子主要是Mg2+、Al3+、Fe2+、H+D在溶液Y中参加过量的氨水，过滤得到的沉淀的成分是Fe(OH)3和Mg(OH)2【解析】选A。四种氧化物中，MgO、Fe2O3属于碱性氧化物，Al2O3属于两性氧化物，溶于盐酸生成MgCl2、AlCl3、FeCl3, 溶液中的阳离子主要是Mg2+、Al3+、Fe3+、H+,SiO2属于酸性氧化物，不溶于盐酸，因此过滤出的沉淀是SiO2，A正确，B、C错误；向溶液中加氨水后生成Fe(OH)

20、3、Mg(OH)2和Al(OH)3,D错误。5.某溶液中可能含有大量的Mg2+、Al3+、H+、Cl-和少量OH-,向该溶液中逐滴参加0.5 molL-1的NaOH溶液，生成沉淀的质量和参加NaOH溶液的体积之间的关系如下图，那么该溶液中( )A.有Mg2+,没有Al3+B.有Al3+,没有Mg2+C.有大量的H+、Mg2+和Al3+D.有Mg2+和Al3+【解析】选D。由图像可知，参加NaOH溶液后立即产生沉淀，说明溶液中没有H+，当沉淀最多时，再加NaOH溶液沉淀局部消失，说明沉淀中一定有Al(OH)3和Mg(OH)2，所以溶液中一定含有Mg2+和Al3+。6.将5.1 g镁和铝投入500

21、 mL 2 mol/L的盐酸中，生成氢气0.5 g，金属完全溶解，再参加4 mol/L的NaOH溶液，假设要使生成的沉淀最多，那么应参加NaOH溶液的体积是( )A.200 mL B.250 mLC.425 mL D.560 mL【解析】选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，溶液中溶质只含NaCl，据Na+与Cl-守恒有5002=4VNaOH，所以VNaOH=250 mL。【举一反三】上题中生成沉淀的质量最多可以是多少？【解析】从始态金属镁和铝到终态Mg(OH)2和Al(OH)3沉淀，固体增加的质量为OH-的质量，只要计算出OH-的物质的量即

22、可，而OH-的物质的量等于反响中转移的电子的物质的量，因反响中生成氢气0.5 g，所以转移的电子的物质的量为氢气物质的量的2倍，即0.5 mol e-，因此沉淀的质量=0.5 mol17 gmol-1+5.1 g= 13.6 g。二、非选择题此题包括2小题7. 2021年襄樊高一检测有一包粉末状固体，可能是由Al2(SO4)3、CuCl2、KNO3、NH4Cl中的一种或几种组成的。为了探究它的成分，某学习小组做了如下实验。取适量粉末投入蒸馏水中，粉末完全溶解，得到蓝色透明溶液A。取A溶液少量，向其中逐滴滴加烧碱溶液直到过量，观察到先有沉淀出现，而后沉淀逐渐增多，然后沉淀又逐渐减少，但最终仍有局部蓝色沉淀，整个过程没有气体产生。 请答复以下问题：1原粉末一定含有_，一定不含_，可能含有_。填化学式 2写出过程中涉及到的离子方程式：_。【解析】由实验现象中的蓝色溶液及蓝色沉淀可知粉末中一定有C