高中化学 第三章 第二节 第一课时 铁合金 铝和铝合金教案 新人教版必修第一册

第一课时铁合金铝和铝合金
[明确学习目标] 1.认识合金的特征性质。

2.了解常见合金的分类、组成和用途。

3.掌
握Al与O2反应及Al与NaOH溶液反应的产物和本质。

4.正确认识氧化铝的两性。

学生自主学习
铁合金
1.生铁和钢
生铁和钢是□01含碳量不同的两种铁碳合金，其中含碳量为□022%～4.3%为生铁；含碳量为
030.03%～2%为钢。

□
2.人类对铁合金的应用历程
3.钢——用量最大、用途最广的合金
铝与铝合金
1.铝的性质
(1)铝的原子结构与物理性质
(2)铝与盐酸、NaOH溶液的反应的实验探究
2.氧化铝的性质
(1)物理性质
(2)化学性质
写出下列反应的化学方程式，并改为离子方程式。

Al 2O 3和HCl ：□
16Al 2O 3＋6HCl===2AlCl 3＋3H 2O ， □17Al 2O 3＋6H ＋===2Al 3＋＋3H 2O ；
Al 2O 3和NaOH ：□18Al 2O 3＋2NaOH===2NaAlO 2＋H 2O ，□19Al 2O 3＋2OH －===2AlO －
2＋H 2O 。

(3)用途
a.冶炼金属铝的原料。

b.良好的耐火材料。

新型合金
用于贮氢的新型合金□
01Ti­Fe 合金和□02La­Ni 合金；钛合金、耐热合金和形状记忆合金等广泛应用于□
03航空航天、□04生物工程和□05电子工业等领域。

1.合金中只有金属吗？合金属于纯净物还是混合物？
提示：合金是指由两种或两种以上的金属或金属与非金属熔合而成的物质，故合金属于混合物，合金中可能含有非金属，如钢中含有碳。

2.如何除去铁粉中混有的少量铝粉？
提示：
反应方程式为2Al ＋2NaOH ＋2H 2O===2NaAlO 2＋3H 2↑。

3.Al 2O 3既能与盐酸反应，又能与NaOH 反应，所以Al 2O 3是两性氧化物。

Al 既能与盐酸反应，又能与NaOH 反应，那么Al 可以称之为两性金属吗？
提示：不可以，Al是活泼的金属元素，不是两性金属。

4.家用铝合金门窗为什么不用铝制的？
提示：铝合金比铝具有硬度大(耐磨)易加工(熔点低)的特点。

课堂互动探究
知识点一合金及其特点、用途
1.关于合金
(1)合金一定含有金属元素，可能含有非金属元素。

(2)合金一定是混合物，合金具有金属的特性。

(3)合金的形成改变了金属的内部结构，对金属的物理性质和化学性质都有影响，如不锈钢的抗腐蚀性比纯铁强得多。

(4)合金的硬度一般大于其成分金属；合金的熔点一般比其成分金属的熔点低。

2.正确选用金属材料的一般思路
(1)金属的性质决定其主要用途，在选用材料时应首先考虑其性质与用途的一致性。

(2)所选材料的强度、机械性能、外观、加工难度等主要从金属的物理性质考虑，如密度、硬度、延展性、导电性、导热性、强度等。

(3)材料的稳定性、日常维护、对环境的影响等应从其化学性质考虑，如在空气、水、酸、碱、盐环境下的化学稳定性及耐腐蚀性等。

(4)材料的经济性，如价格，应从原料的储量、开采与冶炼难度等方面考虑。

1 某合金与铁的物理性质的比较如下表所示：
已知该合金耐腐蚀、强度大。

从以上性能看，该合金不适合作 ( )
A.导线B．门窗框
C．炉具D．飞机外壳
[批注点拨]
[解析]该合金与铁相比较导电性差，不适合作导线；作门窗主要是利用合金的硬度、强度大和耐腐蚀性；作炉具主要利用其熔点高和耐腐蚀性强；作飞机外壳则是利用强度、硬度大和密度小的性质，B、C、D与合金性质相符。

[答案] A
[练1] 铁是人类较早使用的金属之一。

据有关报道，目前已经能冶炼出纯度较高的铁。

你估计这种“纯铁”不会具有的性质是( )
A.硬度比生铁低
B.熔点比生铁高
C.能与Fe2(SO4)3溶液反应
D.不能与盐酸反应
答案 D
解析依据题目叙述，可认为这种“纯铁”为纯净物，与生铁(合金)相比，硬度小，熔点高。

同时它具有单质铁的化学性质，故D错误。

[练2] (1)将铝的用途与性质搭配起来(每个选项只选用一次)。

A.质轻B．延展性好
C.易传热D．易导电
E.氧化时放热
①太阳能热水器：________；②飞机：________；③焊接铁轨：________；④电缆：
________；⑤铝箔：________。

(2)铝合金材料属于________(填“纯净物”“混合物”或“单质”)。

答案(1)①C ②A ③E ④D ⑤B (2)混合物
解析(1)铝在太阳能热水器上的应用是由于它的导热性好。

铝合金硬度大质轻，是制造飞机的良好材料。

铝被氧化时放热可作铝热剂，因而可用来焊接铁轨。

铝用作电缆和铝箔则分别是由于其导电性和延展性。

(2)合金是由一种金属跟其他一种或几种金属(或非金属)一起熔合而成的具有金属特性的物质，因此肯定是混合物。

方法规律我们平常用到的金属制品，一般都是由合金制成的，使用量最大的是铁合金，包括生铁和钢，钢比生铁含碳量低，但性能优于生铁；其次是铝合金，如硬铝，它具有密度小、强度大、抗腐蚀力强的特点。

知识点二铝与氧化铝
1.铝与盐酸、NaOH溶液的反应
(1)反应原理
①铝与盐酸反应：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，Al作还原剂，HCl是氧化剂。

②铝跟氢氧化钠溶液的反应
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，Al是还原剂，H2O是氧化剂。

(2)“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H2的体积比为1∶1。

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的体积比为1∶3。

2.氧化铝
Al2O3是两性氧化物，既能与强酸反应生成可溶性铝盐和水，又能与强碱反应生成偏铝酸盐和水，铝材料是由于铝表面生成的一层Al2O3保护膜而具有耐腐蚀性的。

因此不能用铝制容器来贮存酸或碱性物质。

2 用铝箔包裹着2.
3 g金属钠，用针扎若干小孔，然后投入到足量水中，理论上可以收集到氢气的物质的量为( )
A.0.05 mol
B.0.2 mol
C.大于0.05 mol小于或等于0.2 mol
D.无法判断
[批注点拨]
[解析] 铝箔包裹着2.3 g 金属钠投入到足量水中，钠首先与水反应：2Na ＋2H 2O===2NaOH ＋H 2↑，然后生成的NaOH 再和Al 发生反应：2NaOH ＋2Al ＋2H 2O===2NaAlO 2＋3H 2↑，利用题中数据知：2.3 g 钠可产生0.05 mol H 2，生成的0.1 mol NaOH 与足量铝作用可生成0.15 mol H 2，因此产生的氢气的物质的量一定大于0.05 mol ，而小于或等于0.2 mol 。

[答案] C
[练3] 在MgO 中混有少量的Al 2O 3杂质，欲将杂质除去可选用的试剂是( ) A.稀硫酸 B ．浓氨水 C.稀盐酸
D ．氢氧化钠溶液
答案 D
解析 MgO 不溶于NaOH 溶液，Al 2O 3溶于NaOH 溶液。

[练4] 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3∶4，则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是( )
A.甲、乙中都是铝过量
B.甲中铝过量，乙中碱过量
C.甲中酸过量，乙中铝过量
D.甲中酸过量，乙中碱过量 答案 B
解析 因为等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应时，产生H 2的体积比为1∶1，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H 2的体积比为1∶3，而今产生H 2的体积比：13<V HCl (H 2)V NaOH (H 2)<1，所以反应的情况为甲中盐酸不足，乙中氢氧化钠
过量。

方法规律 (1)铝表面的氧化膜结构致密，因此铝有很强的抗腐蚀性能；做铝与酸、碱、盐性质实验时，要用砂纸将铝表面氧化膜除去。

(2)铝、氧化铝既能与强酸反应，又能与强碱溶液反应，但与弱碱不反应，Al 2O 3也不与弱酸反应。

[知识拓展] Al(OH)3是两性氢氧化物，它是不溶于水的物质，但既能与强酸反应：Al(OH)3＋3H ＋
===Al 3＋
＋3H 2O ，又能与强碱反应：Al(OH)3＋OH －
===AlO －
2＋2H 2O 。

(1)氢氧化铝是白色胶状沉淀，有吸附作用。

氢氧化铝既能溶于强酸又能溶于强碱，是典型的两性氢氧化物(既能和酸反应生成盐和水又能和碱反应生成盐和水的氢氧化物叫做两性氢氧化物)。

(2)Al(OH)3的制法：实验室用可溶性铝盐和氨水反应制取氢氧化铝。

化学方程式：AlCl3＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4Cl
3 实验室中，要使AlCl3溶液中的Al3＋全部沉淀出来，适宜用的试剂是( )
A.NaOH溶液B．Ba(OH)2溶液
C.盐酸D．氨水
[批注点拨]
[解析]氢氧化铝沉淀能溶于强碱，比如NaOH溶液、Ba(OH)2溶液，但不能溶于弱碱，比如氨水，所以实验室中一般用氨水来沉淀铝离子或制取氢氧化铝沉淀。

[答案] D
[练5] 下列物质中既能跟稀盐酸反应，又能跟氢氧化钠溶液反应的是( )
①NaHCO3②(NH4)2S ③Al2O3④Al(OH)3
⑤Al
A.①③④B．②⑤
C．①③⑤D．全部
答案 D
解析题中5种物质均既能与强酸反应，又能与强碱溶液反应。

NaHCO3与盐酸可以反应生成氯化钠、水、二氧化碳气体，与氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠和水；(NH4)2S与盐酸反应生成H2S气体和氯化铵，与氢氧化钠溶液反应生成硫化钠和氨水；Al、Al2O3、Al(OH)3都既与强酸反应又能与强碱溶液反应。

[练6] 向MgSO4和Al2(SO4)3的混合溶液中，逐滴加入NaOH溶液。

下列图像中，能正确表示上述反应的是(横坐标表示加入NaOH溶液的体积，纵坐标表示反应生成沉淀的质
量)( )
答案 A
解析向混合溶液中逐滴加入NaOH溶液，NaOH溶液先后与Al2(SO4)3溶液、MgSO4溶液反应生成氢氧化铝、氢氧化镁沉淀，当沉淀达到最多时，继续加入的NaOH溶液将氢氧化铝沉淀溶解，但氢氧化镁不能与过量的NaOH溶液反应。

本课归纳总结
1.合金是指由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.合金属于混合物，其硬度一般大于它的成分金属，其熔点一般低于它的成分金属。

3.钢是用量最大，用途最广的合金，它可分为碳素钢
和合金钢；其次是铝合金。

4.Al是活泼的金属，它能与O2、H＋反应，还能与强碱溶液反应。

5.Al2O3、Al(OH)3是两性物质。

6.Al2O3是冶炼铝的原料，也是较好的耐火材料。

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1.下列物质中，不属于合金的是( )
A.硬铝B．黄铜
C．钢铁D．水银
答案 D
解析水银是金属汞，是单质，不是合金。

2.根据下列金属的熔、沸点：
判断其中不能形成合金的是( )
A.Cu与Na B．Fe与Cu
C.Fe与Al D．Al与Na
答案 A
解析两种金属要形成合金，需在熔化状态时相互混合，熔化时的温度需达到两种金属中熔点最高的金属的熔点，但又不能超出成分金属的最低沸点的温度，选项中的Cu与Na不符合形成合金的要求。

3.要除去Fe2O3中混有的Al2O3，最好的方法是( )
A.用盐酸洗涤过滤B．加热用H2还原
C.加热用CO还原D．用NaOH洗涤、过滤
答案 D
解析Fe2O3和Al2O3难溶于水，但Fe2O3和Al2O3都和盐酸反应，反应后不能起到除杂的目的，故A不可以；根据Fe2O3和Al2O3的化学性质，氧化铁能被氢气或一氧化碳还原得到铁，不能除去氧化铝，故B和C不可以；Fe2O3不与氢氧化钠溶液反应，而Al2O3能和氢氧化钠溶液反应，Al2O3＋2OH－===2AlO－2＋H2O，过滤得到Fe2O3，故D最好。

4.下列关于合金的说法不正确的是( )
A.青铜是一种铜的合金
B.合金中可以含有非金属元素
C.硬铝比纯铝的硬度低
D.储氢合金是一类能大量吸收H2的材料
答案 C
解析合金的硬度一般比成分金属硬度大，C错误。

5.铁是人类较早使用的金属之一。

据有关报道，目前已能冶炼出纯度高达99.9999%的铁。

纯铁的实际使用范围有限，人们大量使用的是铁的合金。

钢铁是铁碳合金的总称，其强度高、价格便宜、应用广泛。

以下关于不锈钢和普通钢的认识中，你认为正确的是 ( )
A.它们的组成元素是相同的
B.耐腐蚀的性能不同
C.它们都属于钢，因此物理性质是一样的
D.构成普通钢和不锈钢的主要元素都是铁，因此它们的化学性质完全相同
答案 B
解析不锈钢是在普通钢的基础上，加入Ni、Cr等多种元素炼制成的钢材，它在空气中能保持金属光泽，也就是具有不生锈的特性。

铬元素的加入使不锈钢表面形成致密且坚固的氧化膜，防止内部铁与外部物质接触。

镍元素的加入，使不锈钢在多种酸、碱、盐的水溶液中也能具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性。

综上所述，不锈钢具有优良的性能，在很多方面不同于普通钢，故B正确。

6.将某铁铝合金样品均分成两份，一份加入足量盐酸，另一份加入足量NaOH溶液，同温同压下产生气体的体积之比为3∶2，则样品中铁、铝的物质的量之比为( )
A.3∶2 B．2∶1
C．3∶4 D．4∶3
答案 C
解析有关反应的离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑、2Al ＋2OH－＋2H2O===2AlO－2＋3H2↑。

铁铝合金与盐酸混合时，Fe和Al都参加反应放出H2，而与NaOH 溶液混合时，Fe不参加反应，Al参加反应。

设Fe的物质的量为x，Al的物质的量为y，则两种情况下生成的H2的物质的量分别为x＋1.5y和1.5y，由(x＋1.5y)∶1.5y＝3∶2解之得x∶y ＝3∶4。

7.某镁铝合金共21 g，将其加入到1 L 5 mol·L－1的盐酸中，共收集到标准状况下的气体22.4 L。

(1)关于合金的下列说法正确的有________。

a.合金只能由两种或两种以上的金属组成
b.合金的硬度一般比其组成成分金属的硬度大
c.镁铝熔成合金的过程是一个化学过程
d.合金的熔点一般比其组成成分的熔点低
e.合金具备金属的特性
(2)该合金中镁、铝的质量分别为________、________。

(3)反应中共消耗盐酸________mol。

(4)向反应后的溶液中逐滴加入5 mol·L－1的NaOH溶液，若要使沉淀恰好达到最大值，需要加入NaOH________L。

(5)再加入NaOH溶液至足量，沉淀减少________g。

最后剩余的沉淀是________，其质
- 11 - 量是________g 。

答案 (1)bde (2)12 g 9 g (3)2 (4)1
(5)26 Mg(OH)2 29
解析 (1)合金是由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，a 错误，e 正确；合金的硬度一般大于其成分金属，b 正确；合金的形成过程中没有新物质生成，是物理变化，c 错误；合金的熔点一般低于其成分金属，d 正确。

(2)设合金中含有Mg 的物质的量为x ，含有Al 的物质的量为y 。

Mg ＋ 2HCl===MgCl 2＋H 2↑
1 mol
2 mol 22.4 L
x 2x 22.4x L
2Al ＋ 6HCl===2AlCl 3＋3H 2↑
2 mol 6 mol 67.2 L
y 3y 33.6y L
⎩⎪⎨⎪⎧ 24x ＋27y ＝2122.4x ＋33.6y ＝22.4
x ＝12mol y ＝13 mol
m (Mg)＝12 mol×24 g·mol －1＝12 g
m (Al)＝13
mol×27 g·mol －1＝9 g 。

(3)消耗n (HCl)＝2x ＋3y ＝2×12 mol ＋3×13
mol ＝2 mol 。

(4)当沉淀达到最大值时，n (NaOH)＝n (HCl)＝1 L×5 mol·L －1＝5 mol ，V (NaOH)＝5 mol
5 mol·L
－1＝1 L 。

(5)加入足量NaOH 溶液时，Al(OH)3全部溶解，m [Al(OH)3]＝n [Al(OH)3]×78 g·mol －1＝13 mol×78 g·mol －1＝26 g ，沉淀减少26 g ，剩余的沉淀是Mg(OH)2，m [Mg(OH)2]＝n [Mg(OH)2]×58 g·mol －1＝12
mol×58 g·mol －1＝29 g 。