高中化学人教版 (2019)必修 第一册第二节 金属材料优质学案设计

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第一册第二节 金属材料优质学案设计，共11页。学案主要包含了铝的性质及用途，铝与酸及NaOH溶液反应的计算，铝的重要化合物的主要性质及应用，铝三角之间的转化关系等内容，欢迎下载使用。



















核心知识点一：


一、铝的性质及用途


1. 结构和存在：铝位于元素周期表第3周期ⅢA族，原子结构示意图为。铝元素在地壳中含量丰富，仅次于硅。自然界中的铝全部以化合态存在。


2. 物理性质及用途


3. 化学性质


写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：


①


②2Al＋3Cl2eq \(=====,\s\up8(点燃))2AlCl3


③


④2Al＋2NaOH＋2H2O＝2NaAlO2＋3H2↑


⑤2Al＋Fe2O3eq \(=====,\s\up8(高温))Al2O3＋2Fe（铝热反应）


4. 制备：2Al2O3（熔融）eq \(=====,\s\up8(通电),\s\d7(冰晶石))4Al＋3O2↑





二、铝与酸及NaOH溶液反应的计算


1. 反应原理


反应原理：


2Al＋6HCl＝2AlCl3＋3H2↑


2Al＋6H+＝2Al3+＋3H2↑


2Al＋2NaOH＋2H2O＝2NaAlO2＋3H2↑


2Al＋2OH−＋2H2O＝2AlO2−＋3H2↑


定量关系：


2Al～6H+～3H2↑


2Al～2OH−～3H2↑


2. 四种量的关系


（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3：1


（2）等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积之比为VHCl（H2）：VNaOH（H2）=1：1


（3）足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生的氢气的体积之比为VHCl（H2）：VNaOH（H2）=1：3


（4）一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，若产生的氢气的体积比为1：3＜VHCl（H2）：VNaOH（H2）＜1：1，则必定存在以下情况


①铝与盐酸反应，铝过量而盐酸不足


②铝与氢氧化钠溶液反应，铝不足而氢氧化钠溶液过量。


3. 根据方程式计算铝与酸、碱反应的有关量计算的注意事项


①注意铝与酸、碱反应的量的问题。


②铝与足量的氢氧化钠溶液、盐酸反应产生氢气的体积相等。


③注意守恒思想在计算中的应用。





核心知识点二：


三、铝的重要化合物的主要性质及应用


1. 氧化铝


（1）物理性质：白色固体，难溶于水，有很高的熔点。


（2）化学性质





2. 氢氧化铝


（1）物理性质：白色胶状不溶于水的固体，有较强的吸附性。


（2）化学性质


①


②Al（OH）3的电离





写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：


Ⅰ. Al（OH）3＋3H＋＝Al3＋＋3H2O；


Ⅱ. Al（OH）3＋OH－＝AlO＋2H2O；


Ⅲ. 2Al（OH）3eq \(=====,\s\up8(△))Al2O3＋3H2O。


（3）制备


①向铝盐中加入氨水，离子方程式为Al3＋＋3NH3·H2O＝Al（OH）3↓＋3NH。


②NaAlO2溶液中通入足量CO2，离子方程式为AlO＋CO2＋2H2O＝Al（OH）3↓＋HCO。


③NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合：离子方程式为：3AlO＋Al3＋＋6H2O＝4Al（OH）3↓。


3. 常见的铝盐


（1）硫酸铝钾是由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的复盐。


（2）明矾的化学式为KAl（SO4）2·12H2O，它是无色晶体，可溶于水，水溶液pH<7（填“<”、“>”或“＝”）。明矾可以净水。其净水的原理是Al3＋＋3H2OAl（OH）3（胶体）＋3H＋，Al（OH）3胶体吸附水中悬浮杂质形成沉淀而净水。





四、铝三角之间的转化关系


1. Al3＋、Al（OH）3、AlO之间的转化关系：





2. “铝三角”转化的应用


（1）判断离子共存问题：Al3＋与OH－及AlO、CO、S2－等弱酸根阴离子；AlO与H＋、HCO以及弱碱阳离子Al3＋、Fe3＋等因生成沉淀或发生水解相互促进反应而不能大量共存。


（2）鉴别（利用滴加顺序不同，现象不同）。


①向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液，先产生白色沉淀，后沉淀溶解。


②向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液，开始无明显现象，后产生白色沉淀，沉淀不溶解。








核心知识点一：





用无氧化膜铝箔包裹0.1ml金属钠，用针扎一些小孔，放入足量水中，完全反应后，用排水法收集产生的气体，则收集到的气体为（ ）


A. O2和H2的混合气体


B. 0.05mlH2


C. 大于0.05mlH2


D. 小于0.05mlH2


【答案】C


【解析】根据2Na＋2H2O＝2NaOH＋H2↑知，0.1mlNa和水反应生成氢气的物质的量为0.05ml，根据2Al＋2NaOH＋2H2O＝2NaAlO2＋3H2↑知，NaOH和Al反应也生成氢气，所以最终得到清奇的物质的量大于0.05ml，故选C。


【考点】金属钠的性质，金属铝的性质








将镁铝合金5.1 g溶于300 mL 2 ml·L－1稀盐酸中，标准状况下放出气体5.6 L，向反应后的溶液中加入500 mL NaOH溶液充分反应，最终产生白色沉淀。下列有关说法不正确的是（ ）


A. 生成白色沉淀的最大质量为13.6 g


B. 溶解5.1 g镁铝合金时，剩余HCl的物质的量为0.1 ml


C. 5.1 g镁铝合金中含有镁、铝的质量分别为2.4 g、2.7 g


D. 若白色沉淀只有Mg（OH）2，则NaOH溶液的浓度至少为1.2 ml·L－1


【答案】D


【解析】设镁铝合金中Mg、Al的物质的量分别为x ml、y ml，则24x＋27y＝5.1，x＋1.5y＝，解得x＝0.1，y＝0.1，故生成白色沉淀的最大质量为58 g·ml－1×0.1 ml＋78 g·ml－1×0.1 ml＝13.6 g，A项正确；剩余HCl的物质的量为0.3 L×2 ml·L－1－×2＝0.1 ml，B项正确；镁铝合金中Mg、Al的质量分别为2.4 g、2.7 g，C项正确；若白色沉淀只有Mg（OH）2，且反应后NaOH无剩余，则滤液为NaCl、Na[Al（OH）4]溶液，n（NaOH）＝n（HCl）＋n（Al）＝0.3 L×2 ml·L－1＋0.1 ml＝0.7 ml，故c（NaOH）≥＝1.4 ml·L－1，D项错误。


【考点】铝的相关计算





核心知识点二：





甲和乙两烧杯中各盛有100 mL 0.2 ml·L－1 AlCl3溶液，向两烧杯中分别加入相同体积、相同浓度的NaOH溶液和氨水，两烧杯中都有沉淀生成。下列判断正确的是（ ）


A. 实验过程中甲中和乙中的现象始终保持一致


B. 甲中沉淀一定比乙中的少


C. 甲中沉淀可能比乙中的多


D. 乙中沉淀可能比甲中的多


【答案】D


【解析】Al（OH）3能溶于NaOH溶液，而不溶于氨水，NaOH溶液和氨水均为一元碱的水溶液，根据加入的碱溶液的量进行分析，可能出现以下几种情况：①若加入的碱溶液均不足量或均恰好完全反应生成Al（OH）3，则甲、乙中的现象一致，生成沉淀的量相等；②若加入的碱溶液均过量，过量的NaOH会使生成的Al（OH）3沉淀部分溶解或完全溶解，而加入氨水的烧杯中生成的Al（OH）3不会溶解。综上分析，只有D项符合题意。


【考点】铝离子的化学性质








下列各组物质，不能按（“―→”表示反应一步完成）关系转化的是（ ）





【答案】C


【解析】A、B、D三项中的转化关系分别为：


、、，C项中Al不能经一步反应转化为Al（OH）3。


【考点】铝及其化合物之间的转化关系








已知NH＋[Al（OH）4]－＝Al（OH）3↓＋NH3·H2O，向含有等物质的量的NH、Al3＋、H＋的混合溶液中，慢慢滴加NaOH溶液直至过量，并不断搅拌，发生以下离子反应：


①H＋＋OH－＝H2O ②Al（OH）3＋OH－＝[Al（OH）4]－


③Al3＋＋3OH－＝Al（OH）3↓ ④NH＋OH－＝NH3·H2O


先后顺序正确的是（ ）


A. ①→②→③→④


B. ①→③→②→④


C. ①→③→④→②


D. ①→④→②→③


【答案】C


【解析】结合OH－能力强的先反应，第一个反应为H＋＋OH－＝H2O；第二个反应为Al3＋＋3OH－＝Al（OH）3↓；[Al（OH）4]－与NH能相互促进水解而生成Al（OH）3，故第三个反应为NH＋OH－＝NH3·H2O；最后一个反应为Al（OH）3＋OH－＝[Al（OH）4]－。


【考查】离子反应的先后顺序








（答题时间：25分钟）


1. 下列有关铝的化合物的说法正确的是（ ）


A. 氧化铝坩埚可用于熔融NaOH实验


B. 工业上利用电解熔融氯化铝冶炼铝


C. 氢氧化铝能中和胃酸，可用于治疗胃酸过多


D. 明矾可用于自来水的消毒


2. 足量下列物质与相同质量的铝反应，放出氢气且消耗溶质物质的量最少的是（ ）


A. 氢氧化钠溶液


B. 稀硫酸


C. 盐酸


D. 稀硝酸


3. 通过观察化学实验现象，分析归纳出正确的结论，是学习化学科学最基本的技能之一。下列由实验现象得出正确结论的是（ ）





4. 下列操作能达到目的的是（ ）


A. 将一块带有氧化膜的铝片与过量的浓NaOH溶液完全反应后，取澄清溶液将其蒸干，得纯净的Na[Al（OH）4]固体


B. 向Na[Al（OH）4]溶液中加入过量的AlCl3溶液，将所得沉淀过滤洗涤，加热灼烧去掉水分，可得纯净的Al（OH）3固体


C. 把铝块与适量的稀盐酸完全反应，将所得溶液蒸干，可得AlCl3固体


D. 把AlCl3溶液与足量氨水反应，将沉淀过滤、洗涤、灼烧去掉水分可得Al2O3固体


5. 某氧化物X难溶于水，能与烧碱反应，生成易溶于水的化合物Y，将少量Y溶液滴入盐酸中无沉淀生成，则X是（ ）


A. SiO2B. Al2O3


C. MgOD. CuO


6. 铝是现今人类生产生活中使用广泛性仅次于铁的重要金属。工业上常以“钒土矿”为原料来冶炼金属铝。已知：钒土的主要成分是Al2O3（其中含有Fe2O3、SiO2等杂质）。为了检测某“钒土矿”样中Al2O3的含量，进行了如下实验过程：


①取矿样10.0 g加入过量稀盐酸溶解（假定其他未知成分的杂质都不溶于盐酸，也不和盐酸反应），过滤弃去不溶残渣。


②将滤液稀释并在250 mL容量瓶中定容后，取25.0 mL逐滴滴加2.0 ml·L－1的NaOH溶液，得到如图所示的变化关系。请根据有关数据回答下列问题：





（1）写出滴加NaOH溶液24～30 mL时发生反应的离子方程式：______________ ____________。


（2）最后所得不溶于NaOH溶液的沉淀的化学式为______，其物质的量为____________。


（3）该钒土矿样中Al2O3的质量分数为________。


（4）工业上制取金属铝的化学反应原理可表示为


2Al2O3（熔融）eq \(=====,\s\up7(电解),\s\d5( ))4Al＋3O2↑


用10.0 t“钒土矿”样提纯所得的Al2O3（提纯过程的损耗忽略不计）进行电解，理论上最多可制得金属铝________t。


7. 某混合物甲中含有明矾[KAl（SO4）2·12H2O]、Al2O3和Fe2O3。在一定条件下由甲可实现下图所示的物质之间的转化。





请回答下列问题：


（1）写出A、B、D的化学式：A______、B______、D______。


（2）试剂a最好选用________。


A. NaOH溶液


B. 稀盐酸


C. 二氧化碳


D. 氨水


（3）写出反应②的离子方程式：__________________________________________。


（4）固体E可以作为复合性的化学肥料，E中所含物质的化学式为______________ __________________________________________________________。











1.【答案】C


【解析】氧化铝能与NaOH反应，氧化铝坩埚不能用于熔融NaOH实验，A错误；工业上利用电解熔融氧化铝冶炼铝，B错误；明矾用于自来水的净化而不能用于自来水的消毒，D错误。


2.【答案】A


【解析】根据关系式：2Al～2NaOH,2Al～3H2SO4,2Al～6HCl，A项正确，B、C项错误；Al与稀硝酸反应不产生氢气，D项错误。


3.【答案】D


【解析】镁的金属性比铝强，A错误。B项得出结论：氧化铝熔点比铝高，错误。铝与氯化铵溶液反应产生氢气，C错误。


4.【答案】D


【解析】 A项，混有NaOH固体；B项，灼烧得到的是Al2O3；C项，得到的是Al（OH）3和Al2O3。


5.【答案】B


【解析】 A项滴入盐酸中生成H2SiO3沉淀，不正确；B项正确；C项MgO不能溶于烧碱，不正确；D项CuO不能溶于烧碱，不正确。


6.【答案】（1）Al（OH）3＋OH－＝[Al（OH）4]－


（2）Fe（OH）3 2.00×10－3 ml （3）61.2% （4）3.24


【解析】（1）滴加NaOH溶液24～30 mL段Al（OH）3逐渐溶解，离子方程式为Al（OH）3＋OH－＝[Al（OH）4]－。


（2）①中加入过量盐酸过滤后得到的滤液中含有AlCl3、FeCl3和HCl，不溶残渣为SiO2，②中滴加NaOH溶液至过量得到的沉淀为Fe（OH）3，溶液中含有NaOH、Na[Al（OH）4]和NaCl。根据24～30 mL段，n（Al3＋）＝n[Al（OH）3]＝2.0 ml·L－1×0.006 L＝0.012 ml，根据Fe3＋＋3OH－＝Fe（OH）3↓、Al3＋＋3OH－＝Al（OH）3↓，则3n（Al3＋）＋3n（Fe3＋）＝（24－3）×10－3L×2.0 ml·L－1＝0.042 ml，故n（Fe3＋）＝（0.042 ml－0.012 ml×3）×＝0.002 ml，故Fe（OH）3＝0.002 ml。


（3）10.0 g矿样中n（Al2O3）＝0.012 ml××10＝0.06 ml，


故Al2O3的质量分数为×100%＝61.2%。


（4）根据Al2O3～2Al，用10.0 t钒土矿样提纯并电解，制得金属铝的质量为10.0 t×61.2%×＝3.24 t。


7.【答案】（1）Al Al2O3 O2 （2）D


（3）[Al（OH）4]－＋CO2＝Al（OH）3↓＋HCO


（4）K2SO4、（NH4）2SO4


【解析】根据已知信息中甲的成分，可以推断B为氧化铝，因此反应②是通过电解Al2O3而得到D（氧气）和A（单质铝）。甲加入水得到的溶液为明矾溶液，溶液中含有Al3＋、K＋和SO，甲加入水得到的沉淀为氧化铝、氧化铁的混合物，再加入氢氧化钠溶液，则氧化铝溶解，再通入二氧化碳可以得到氢氧化铝沉淀。试剂a应该为氨水，如果加入的试剂a是氢氧化钠溶液，则其加入的量不易控制，由此可推知E为硫酸钾、硫酸铵的混合物。


重难点
题型
分值
重点
1. 铝的结构与性质


2. 铝的化合物的性质


3. 铝及其化合物之间的转化
选择与填空
8-12分
难点
铝及其重要化合物的性质及转化
物理


性质
状态
色泽
密度
熔点
沸点
硬度
导电、导热性
延展性
固态
银白色
2.7g·cm－3
660.4℃
2 467℃
较软
很好
良好
用途
纯铝用作导线，铝合金用于制备汽车、飞机、生活用品等
选项
a
b
c
A
Al2O3
NaAlO2
Al（OH）3
B
AlCl3
Al（OH）3
NaAlO2
C
Al
Al（OH）3
Al2O3
D
MgCl2
Mg（OH）2
MgO
选项
实验现象
结论
A
把相同大小的一块铝和镁分别投入相同浓度的NaOH溶液中：铝溶解有气泡放出，而镁没有任何变化
由此得出：铝的金属性比镁强
B
取一块铝箔，用酒精灯点燃：铝箔只熔化成液体而没有脱落
由此得出：铝不易燃烧
C
向氯化铵溶液中投入一铝片：铝片上产生大量气泡
由此得出：该气体是氨气
D
向氯化铝溶液中逐滴滴加NaOH溶液至过量：先产生白色沉淀，后沉淀逐渐溶解，最后沉淀完全消失
由此得出：氢氧化铝能溶于强碱溶液