2019-2020年鲁科版高中化学必修1第4章材料家族中的元素 第2节 铝 金属材料第1课时教学设计

2019-2020年鲁科版高中化学必修1第4章材料家族中的元素 第2节 铝
金属材料第1课时教学设计1
【教学目标】
知识与技能
使学生了解常见金属的代表物——铝的还原性；了解氧化铝和氢氧化铝的两性，认识铝及其重要化合物在化学性质上与其他常见金属及其化合物的不同，并能列举铝合金材料在生产生活中的重要应用。

初步了解合金的概念。

过程与方法
通过对不锈钢不易锈蚀原理的认识，使学生进一步体会金属性质与金属材料的密切关系。

情感态度与价值观
使学生了解金、银、铜的主要性质以及它们作为材料在工业生产和高科技领域的应用。

【教学过程】
一、知识框架
二、铝与铝合金
钠、镁、铁性质的相似性
(1)物理性质：都是银白色，有金属的光泽，都能导电，都能传热，都有良好的延展性。

(2)化学性质：都能与非金属单质(如氧气、氯气等)反应；都能与酸反应；都能与某些盐溶液(如：CuSO 4溶液)反应。

1．铝
特殊
一般
一般
特殊
想一想你在日常生活中见到过哪些铝制品？
【投影展示】
(1)物理性质：硬度较小，银白色质轻，密度为2.7g/cm，具有一定的耐磨性，有很好的延展性和导电性，熔点低(666.4℃)，沸点高(2467℃)。

(2)化学性质
①与非金属反应
a 与氧气反应：
常温下，铝被空气中的氧气氧化，表面生成一层致密的氧化物薄膜，失去金属光泽。

点燃时，金属铝可以在氧气中燃烧：
4Al＋ 3O2 2Al2O3
说明：该反应放出大量热和耀眼的白光，因而铝可用于制造燃烧弹、信号弹、火箭推进剂等。

【知识·链接】
英阿马岛战争中英方的一艘现代化驱逐舰被阿方导弹击中后，燃起滔天大火，无法扑灭，导致舰艇沉没，这是怎么回事呢？原来，驱逐舰夹板上大量使用铝，铝在高温下发生了燃烧，生成氧化铝。

b. 与氯气、硫等非金属反应
2Al＋3Cl2 2AlCl3
4Al＋3S 2Al2S3
②与酸的反应
a.与非氧化酸(盐酸、稀硫酸)反应，有氢气生成：
b.2Al＋6H＋＝2Al3＋＋3H2↑。

c.与氧化酸(硝酸，浓硫酸)反应，无氢气生成：
d.Al＋4HNO3 (稀)＝A l(N O3)3＋NO↑＋2H2O
注意：Al遇冷的浓硫酸、浓硝酸会钝化，但加热可反应。

③与碱的反应
化学方程式：2Al＋2NaOH＋6H2O＝2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
离子方程式： 2Al＋2OH－＋6H2O＝2[Al(OH)4]－＋3H2↑
【领悟·整合】
铝和强碱溶液反应，不是铝直接和碱反应，而是铝先和强碱溶液中的水反应生成氢氧化铝，然后氢氧化铝再和强碱反应生成四羟基合铝酸盐。

如铝和氢氧化钠溶液反应分两步进行：2Al+6H2O＝2 Al(OH)3+3H2↑；Al(OH)3+NaOH＝Na〔Al(OH)4〕。

因此，在此反应中，铝为还原剂，水为氧化剂。

④与金属氧化物的反应(铝热反应)
金属铝在高温下可与Fe2O3反应：2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3
说明：a该反应称为铝热反应，铝粉和氧化铁粉末的混合物称为铝热剂。

利用铝热反应可焊接钢轨大截面的钢材部件等。

b铝和氧化铁在高温下发生的反应不仅可用于焊接钢轨，还可用于定向爆破定向爆破是指在地基的钢筋混处安放铝热剂，引燃后产生的温度高达2500－3500℃，使钢筋熔断，楼体倒塌。

c铝不仅可与氧化铁发生铝热反应，用其他金属氧化物如V2O5、Cr2O3、MnO2等代替氧化铁也可发生铝热反应。

铝热反应还可用于冶炼钒、锰等金属。

【领悟·整合】
在以上四种反应中，铝的化合价均由0价升高到＋3价，被氧化，做还原剂。

可以看出，铝具有较强的还原性，是一种较为活泼的金属。

2、铝合金
(1)合金：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。

一般来说，合金的性能优于纯金属，合金的熔点比它的各成分金属熔点都低，硬度比它的各成分金属大。

但合金的性质并不是各成分金属性质的总和。

(2)铝合金
金属铝中加入其他元素如铜、镁、硅、锌、锂等，即形成各种性能优良的铝合金。

①性质特征
铝合金具有密度小、强度高、塑性好、易于成形、制造工艺简单、成本低廉等特点，并且表面易形成致密的氧化物保护膜而具有一定的抗腐蚀能力。

②用途
铝合金主要用于建筑业、容器和包装业、交通运输及电子行业，如汽车车轮的骨架，硬盘抽取盒等。

另外，还广泛用于制造飞机构件。

三、铝的重要化合物
1．氧化铝
(1)存在：自然界中纯净的Al2O3为无色晶体，俗称刚玉，硬度仅次于金刚石，可作人造宝石。

(2)物理性质：白色固体，不溶于水，熔点高。

说明：由于Al2O3熔点高，难分解，因而可做良好的耐火材料。

(3)化学性质
①与酸反应： Al2O3＋6HCl＝ 2AlCl3＋3H2O
(Al2O3＋6H＋＝ 2Al3＋＋3H2O)
②与碱反应：Al2O3＋2NaOH＋3H2O＝2Na[Al(OH)4]
(Al2O3＋2OH－＋3H2O＝2[Al(OH)4]－)
说明：氧化铝具有不同于一般氧化物的性质，既与强酸反应也与强碱反应，属于两性氧化物。

思考：(1)铝是一种较为活泼的金属，为什么生活中的铝制品却比较稳定呢？(2)将未打磨的铝片投入盛有氢氧化钠溶液的试管中，观察到开始并无气泡，一段时间后才有气体产生，为什么？
提示：(1)铝表面形成一层致密的氧化物保护膜，将空气与铝隔开。

(2)开始是铝表面的氧化铝与碱液反应，不生成气体，当表面的氧化铝溶解完，才发生铝与碱液反应，生成氢气。

2．氢氧化铝
(1)物理性质：A l(O H)3是几乎不溶于水的白色胶状固体，具有吸附性。

(2)化学性质
①与酸反应：Al(OH)3 ＋3HCl＝AlCl3＋3H2O(Al(OH)3 ＋3H+＝Al3+＋3H2O)
②与碱反应：Al(OH)3＋NaOH＝Na[Al(OH)4](Al(OH)3＋OH－＝[Al(OH)4]－)
说明：Al(OH)3与Al2O3一样，既与酸反应又与碱反应，具有两性，属于两性氢氧化物。

①受热易分解：大部分难溶性的氢氧化物在受热时可以分解生成相应的氧化物和水，Al(OH)3也不例外。

2Al(OH)3 Al2O3＋3H2O
(3)Al(OH)3的制取：
①铝盐与碱反应：用铝盐与可溶性弱碱氨水反应制Al(OH)3：
Al3+＋3NH3·H2O＝Al(OH)3↓＋3NH4+
说明：制取Al(OH)3也可用铝盐与强碱作用，但应严格控制加入碱的量，因为强碱过量会使制得的Al(OH)3转化为四羟基合铝酸盐：Al(OH)3＋OH－＝[Al(OH)4]－。

所以，实验室一般不采用这种方法制Al(OH)3。

②四羟基合铝酸盐与酸反应：一般用向偏铝酸盐溶液中通入CO2的方法制取Al(OH)3。

当CO2不足或适量时：2[Al(OH)4]－＋CO2＝2Al(OH)3↓＋CO32－＋H2O；
CO2过量时：[Al(OH)4]－＋CO2＝Al(OH)3↓＋HCO3－。

说明：一般不用强酸，因为强酸的量控制不当会使制得的Al(OH)3溶解： [Al(OH)4]－＋H+＝Al(O
H)3↓＋H2O；Al(OH)3＋3H+＝Al3+＋3H2O
(4)Al(OH)3的用途：
由于A l(O H)3具有吸附性，既能凝聚水中悬浮物，又能吸附色素，因此A l(O H)3可作净水剂和色素吸附剂。

【联想·发散】
明矾净水原理——明矾(KAl(SO4)2·12H2O)溶于水发生下列反应：
KAl(SO4)2＝K+＋Al3+＋2SO42－；Al3+＋3H2O ＝ 2Al(OH)3(胶体)＋3H+。

Al(OH)3胶体中胶粒有吸附水中悬浮杂质的作用，使其质量增大，沉降水底，达到净化水的目的。

四、铝合金及其制品
（1）合金：两种或两种以上的金属（或金属和非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。

（2）铝及其合金的用途：
五、检测题
1. 研究发现用铝热法可从下列氧化物中冶炼出有关金属，若要得到等物质的量的有关金属单质，需消耗单质铝最多的是( )
A．MnO2B．V2O5
C．Cr2O3D．WO3
2. 铝、氧化铝、氢氧化铝和可溶性铝盐分别与过量强碱溶液反应，下列对其生成物的说法中正确的是( )
A．都有H2O生成B．都有H2生成
C．都有[Al(OH)4]－生成D．都有Al3＋生成
3. 下列变化不可能通过一步实验直接完成的是( )
A．[Al(OH)4]－→Al3＋B．Al2O3→Al(OH)3
C．Al3＋→[Al(OH)4]－D．AlCl3→Al(OH)3
Al2O3不能一步转化为Al(OH)3，应需二步，即Al2O3→Al3＋→Al(OH)3。

4. 两份铝屑，第一份与盐酸反应，第二份与NaOH溶液反应，产生氢气体积比为1∶2，则两份铝屑的质量比为( )
A．1∶1 B．1∶2
C．1∶3 D．2∶1
5. 下列各组中两瓶无标签的无色溶液，不用其他试剂能鉴别出来的一组是( )
A．AlCl3和NaOH B．NaHCO3和NaOH
C．Na2SO4和BaCl2D．AgNO3和NaCl
6. (1)在氯化铝溶液中逐滴加入氢氧化钠溶液，开始时观察到的现象是：____________________，反应的离子方程式是___________，继续加入氢氧化钠溶液至足量，观察到的现象是_______________，反应的离子方程式是_________________________，最终得到的溶液是________；
(2)在四羟基合铝酸钠溶液中逐滴加入盐酸，开始时观察到的现象是_______________________，
反应的离子方程式是____________________________________；
继续加入盐酸至足量，观察到的现象是___________________；
反应的离子方程式是_________________________________；
最终得到的溶液是________。

参考答案
1. 【解析】设得到的金属单质的物质的量为n mol。

A.MnO2→Mn，化合价由＋4变为0，化合价降低4价，得到n mol金属锰需要得到4n mol电子；B.V2O5→V，化合价变从＋5变为0，化合价降低5价，生成n mol V需要得到5n mol电子；C.Cr2O3→Cr，化合价由＋3变为0，化合价降低3价，生成n mol Cr需要得到3n mol电子；D.WO3→W，化合价从＋6变为0，化合价降低6价，生成n mol W需要得到6n mol电子；每消耗1 mol铝能够提供3 mol电子，根据电子守恒，得到以上n mol各金属单质，消耗金属铝最多的为D。

【答案】D
2. 【解析】铝与过量强碱溶液反应没有水生成；氧化铝与过量强碱溶液反应没有H2生成；铝、可溶性铝盐与过量强碱溶液反应都没有Al3＋生成。

【答案】C
3. 【解析】下列变化不可能通过一步实验直接完成的是( )
A．[Al(OH)4]－→Al3＋B．Al2O3→Al(OH)3
C．Al3＋→[Al(OH)4]－D．AlCl3→Al(OH)3
解析：Al2O3不能一步转化为Al(OH)3，应需二步，即Al2O3→Al3＋→Al(OH)3。

【答案】B
4. 【解析】根据铝分别与盐酸、NaOH溶液反应的化学方程式可知，两个反应均是铝做还原剂，H＋得电子做氧化剂，因此，产生氢气的体积比为1∶2，则两份铝的质量之比为1∶2。

【答案B
5. 【解析】AlCl3逐滴加入NaOH溶液中，开始阶段无沉淀，之后生成沉淀，而NaOH加入AlCl3中先产生沉淀，后沉淀溶解，两过程现象不一致，可鉴别，A项正确；B项互滴无明显现象；C、D项互滴现象相同。

【答案】A
6.【答案】(1)产生白色沉淀，并不断增多Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
白色沉淀不断减少，最后完全消失Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－Na[Al(OH)4](NaCl)溶液(2)产生白色沉淀，并不断增多[Al(OH)4]－＋H＋===Al(OH)3↓＋H2O 白色沉淀不断减少
Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
AlCl3(NaCl)溶液。