高中化学必修1学案专题3第一单元第1课时铝及铝合金

专题3从矿物到基础材料本专题是继“从海水中获得的化学物质”之后的又一个关于元素及其化合物知识的专题，通过本专题内容的学习既可以巩固前面学过的知识，又可拓宽我们的视野，更深入地认识化学学科在充分、合理利用资源和造福人类方面所发挥的重要作用。本专题包括三个单元的内容。第一单元是从铝土矿到铝合金，首先简单介绍了由铝土矿制备铝的简单工艺流程和反应原理，进而研究了铝及其化合物的性质和应用。第二单元是铁、铜的获取及应用，从原理上介绍了炼铁和炼铜，系统研究了铁、铜及其化合物的性质和应用。第三单元是含硅矿物与信息材料，介绍了硅及其化合物的性质与应用。另外，从方法、技能方面来看，本专题还涉及氧化还原反应和酸、碱、盐、氧化物等物质间转化关系的应用。专题重点：Al、Al2O3、Al(OH)3的重要化学性质；Fe、Cu的重要性质；铁及其化合物之间的转化；硅及其重要化合物的性质及相互转化。专题难点：Al2O3、Al(OH)3的两性；Fe、Cu的生产原理；Fe、Fe2＋、Fe3＋的性质及其相互转化；硅及其化合物的性质。1．重视化学实验探究。通过对实验的设计、操作、现象分析，总结归纳，提高动手实验能力，巩固化学基础知识。2．注意知识的对比、归纳、迁移。Na、Al、Fe、Cu都是金属元素，都具有金属的共性，但不同的金属及其化合物在组成、结构、性质、应用方面又有很大差异，学习中要注意加强对比、归纳，认识它们的异同和其中存在的规律，强化对金属及其化合物知识的整体性、规律性的认识。3．重视联系社会、生活、生产和新科技。在学习书本知识的同时，多进行调查研究，查阅资料或利用网络扩大知识面，更多地了解社会、生产和生活实际，使书本知识与生活应用紧密结合起来。第一单元从铝土矿到铝合金课标解读常见题型真题链接1.了解铝在自然界中的存在；了解工业上获得铝的方法；了解铝的氧化物和氢氧化物的性质。选择题、推断题2018年江苏、T16、4分2.了解铝和铝合金的性质，知道铝在生产中的应用；了解铝及其化合物间的转化关系并能进行有关计算。选择题、计算题2012年安徽理综、T13、6分第1课时铝及铝合金一、铝的性质1．物理性质2.化学性质(1)铝在化学反应中易失去电子，化合价升高，表现出还原性，但在空气中能与氧气反应生成致密的氧化膜，有良好的抗腐蚀性。(2)完成下列反应的化学方程式或离子方程式。3．铝制品表面虽然有致密的氧化膜，但若遇到酸、碱及氯化钠溶液等均会发生反应而被腐蚀。所以，铝制品不宜用于盛放酸、碱溶液，不宜长时间盛放咸菜等腌制食品，也不能用具有强酸性或强碱性的洗涤剂来洗涤铝制品。二、铝合金1．铝合金的特点：密度小、强度高、塑性好、制造工艺简单、成本低、抗腐蚀能力强。2．铝合金的用途：(1)做建筑外墙材料，房屋的门窗；(2)制造汽车车轮骨架和飞机构件；(3)制造电子元件。2008年北京奥运会火炬“祥云”的材质就是铝合金。生活中的铝制品有炊具、餐具，铝箔用于食品、饮料的包装(如糖果纸、易拉罐)，铝还被用于制作导线。探究点一铝与氧气、酸、碱的定性分析1．铝与氧气反应的实验探究2.铝与酸、碱反应的实验探究实验操作实验现象有关反应或说明有气泡冒出，铝片慢慢溶解，将点燃的木条放在试管口时发出爆鸣声2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑有气泡冒出，铝片慢慢溶解，将点燃的木条放在试管口时发出爆鸣声2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑无明显变化钝化；工业上可用铝制容器盛放或运输浓硝酸无明显变化钝化；工业上可用铝制容器盛放或运输浓硫酸1．铝与酸、碱反应的定量特点。提示：2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑＋6e－，即Al、H＋、H2、e－物质的量之比为2636。即AlNaOHH2e－＝2236。2．金属与酸反应的规律。提示：R(＋n价)＋nH＋=Rn＋＋eq\f(n,2)H2↑＋ne－，即RH2e－＝1eq\f(n,2)n。【例1】用坩埚钳夹住一小块刚用酸处理过的铝箔，在酒精灯上加热至熔化，发现熔化的铝并不滴落。下列关于上述实验现象的解释中不正确的是()A．铝在空气中能很快形成氧化膜B．铝箔表面温度低，未熔化C．氧化铝的熔点比铝高D．氧化铝薄膜包住了熔化的铝【思路分析】根据“熔化的铝不滴落”分析膜与铝的熔点。【解析】铝和氧气反应，表面生成一层氧化铝薄膜，氧化膜阻碍反应继续进行，氧化铝的熔点比铝高，氧化膜包住熔化的铝而使其不滴落，A、C、D项正确。【答案】B向集满CO2的铝制易拉罐中加入过量NaOH浓溶液，立即封闭罐口，易拉罐渐渐凹瘪；再过一段时间，罐壁又重新凸起。上述实验过程中没有发生的离子反应是(D)A．CO2＋2OH－=COeq\o\al(2－,3)＋H2OB．Al2O3＋2OH－=2AlOeq\o\al(－,2)＋H2OC．2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑D．Al3＋＋4OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O解析：向集满CO2的铝制易拉罐中加入过量NaOH浓溶液，首先NaOH与CO2、铝制易拉罐表面的Al2O3反应，表现为易拉罐渐渐凹瘪，离子方程式分别为CO2＋2OH－=COeq\o\al(2－,3)＋H2O、2OH－＋Al2O3=2AlOeq\o\al(－,2)＋H2O；然后过量的NaOH与铝反应，离子方程式为2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑，由于反应生成气体，导致易拉罐又重新凸起；整个过程中不存在NaOH和铝盐的反应，故没有离子反应Al3＋＋4OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O发生，故选D。探究点二铝与盐酸、氢氧化钠溶液反应的量的关系1．反应原理及其本质铝和盐酸反应，直接与盐酸电离出的H＋发生电子转移，而铝和碱溶液反应，先和水作用生成Al(OH)3，然后Al(OH)3被OH－中和生成偏铝酸盐。(1)2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑(2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(2Al＋6H2O=2AlOH3＋3H2↑,AlOH3＋NaOH=NaAlO2＋2H2O,2Al＋2NaOH＋6H6e－2O=2NaAlO2＋3H2↑＋4H2O))2．“量”的关系规律(1)等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，消耗HCl和NaOH的物质的量之比为31。(2)等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生H2的物质的量之比为11。(3)足量的铝分别与等物质的量浓度、等体积的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生H2的物质的量之比为13。若产生H2的体积比：eq\f(1,3)<eq\f(VHClH2,VNaOHH2)<1，则必定是铝与盐酸反应时，铝过量而盐酸不足；铝与NaOH溶液反应时，铝不足而NaOH过量。铝同氢气同，一碱顶三酸。1．将两小块质量相等的金属钠，一块直接投入水中，另一块用铝箔包住，在铝箔上刺些小孔，然后放入水中，两者放出的氢气是否相等？提示：不相等。因为用铝箔(刺有小孔)包住的金属钠放入水中时，钠先与水反应，产生的氢气与直接把钠投入水中所产生的氢气的量相同，但生成的氢氧化钠溶液要继续与铝箔反应产生氢气，因此后者产生的氢气总量比前者多。2．铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放显酸性、碱性的食物，你知道为什么吗？提示：酸、碱均可直接侵蚀铝的保护膜Al2O3以及铝制品本身。3．如何除去铁粉中混有的铝粉？写出反应的化学方程式。提示：将混合物加入足量NaOH溶液中，充分反应后过滤，将固体洗净烘干即为纯铁粉。2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑。【例2】甲、乙两烧杯中各盛有100mL3mol·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之比为12，则加入铝粉的质量为()A．5.4g B．3.6gC．2.7g D．1.8g【思路分析】解答此题时要明确两点：(1)无论是铝与酸反应还是铝与碱反应，Al和H2的关系都是2Al～3H2；(2)综合分析题中相关条件判断是否存在过量以及谁过量，然后计算得出数值。【解析】由2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑可知，两份等质量的Al都完全反应时，生成H2的物质的量相等，消耗HCl与NaOH的物质的量不相等。实际上HCl、NaOH的物质的量均为0.3mol，且已知生成H2的体积之比为12，所以发生反应时分别为HCl不足Al过量，NaOH过量Al不足。与0.3mol盐酸完全反应的Al的质量为2.7g；由生成H2的体积之比为12可知，反应的Al的量之比也为12，即与NaOH溶液反应的Al的质量为5.4g。【答案】A称取两份铝粉，第一份加入足量的氢氧化钠溶液，第二份加入足量的稀盐酸，如果放出的气体的体积比为12(在同温同压下)，则两份铝粉的质量之比为(A)A．12 B．13C．32 D．21解析：不论铝与氢氧化钠溶液反应，还是与稀盐酸反应，均是Al失电子：Al－3e－=Al3＋，还原产物都是H2，则都有如下关系：2Al～6e－～3H2；放出氢气的体积比等于消耗的铝的物质的量之比，而铝的物质的量之比等于其质量比。故正确答案为A。1．除去镁粉中混有的少量铝粉，可选用的试剂是(C)A．稀盐酸 B．稀硫酸C．氢氧化钠溶液 D．氨水解析：盐酸和镁、铝都反应，不能用于除杂，选项A错误；硫酸和镁、铝都反应，不能用于除杂，选项B错误；铝粉可与NaOH溶液反应生成可溶于水的偏铝酸钠，而镁与NaOH溶液不反应，充分反应后过滤、洗涤、干燥得镁，可用于除杂，选项C正确；镁粉、铝粉与氨水都不反应，不能用于除杂，选项D错误。2．铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应时，若两个反应放出的气体在相同状况下体积相等，则反应中消耗的HCl和氢氧化钠的物质的量之比为(C)A．11 B．21C．31 D．13解析：铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应，两个反应放出的气体在相同状况下体积相等，根据反应2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑和2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑可得2Al～2NaOH～6HCl～3H2，故反应消耗的HCl和NaOH的物质的量之比为31。3．盒中放有等质量的镁片和铝片各2片，甲、乙、丙、丁四名同学分别抽出一片与同浓度等体积的足量盐酸反应，经过实验分析发现，甲抽出的金属片与盐酸反应放出H2较慢，乙抽出的金属片与盐酸反应放出H2较多，则甲、乙抽出的金属片分别为(D)A．Mg、Mg B．Mg、AlC．Al、Mg D．Al、Al解析：根据金属活动性顺序知，镁比铝活泼，所以镁比铝与盐酸反应速率快，而甲抽出的金属片与盐酸反应放出H2较慢，所以甲抽出的金属片为铝片；每生成1g氢气时消耗镁的质量为12g，而消耗铝的质量是9g，所以等质量的镁片和铝片充分反应，铝片放出的气体较多，则乙抽出的金属片为铝片。4．下列反应的离子方程式书写正确的是(C)A．钠和冷水反应：Na＋2H2O=Na＋＋2OH－＋H2↑B．金属铝溶于氢氧化钠溶液：Al＋2OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋H2↑C．金属铝溶于盐酸中：2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑D．铁跟稀硫酸反应：2Fe＋6H＋=2Fe3＋＋3H2↑解析：A中，电荷不守恒，正确的离子方程式为：2Na＋2H2O=2Na＋＋2OH－＋H2↑；B中，不符合反应实际，正确的离子方程式为2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑；D中，稀硫酸与Fe反应只会生成Fe2＋，正确的离子方程式为Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。5．用铝箔包住0.1mol金属钠，用针扎一些小孔，放入水中，完全反应后，用排水集气法收集产生的气体，则收集到的气体体积(标准状况)为(C)A．2.24L B．1.12LC．大于1.12L D．小于1.12L解析：Na与H2O反应生成NaOH和H2，Al与NaOH溶液反应也产生H2。6．等体积、等物质的量浓度的盐酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中，各加等质量的铝，生成氢气的体积比为57，则甲、乙两烧杯中的反应情况可能是