3.2.2 铝和铝合金 课件 2023-2024学年高一上学期化学人教版（2019）必修第一册

第二节 金属材料 3.2.2 铝和铝合金 第三章 铁 金属材料 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 学习目标 1、认识铝合金的组成、性能与应用的联系，掌握铝及其氧化铝的性质 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 1、铝是地壳中含量较高的金属元素，在金属活动性中，铝比铁更活泼，但为什么生活中总感觉铁制品比铝制品更容易生锈，铝制品不易生锈? 铝被氧化后在表明生成一层致密的氧化层，阻止铝继续被氧化，因此铝具有良好的抗腐蚀性。而铁被氧化后，在表面形成疏松多孔的铁锈，能吸收水分和二氧化碳以及氧气，加速内部铁的持续氧化 铝锅 铁锅 思考 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 一、铝和铝合金 (1)存在 铝是地壳中含量最多的金属元素，在自然界以化合态形式存在 1、铝 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 单质铝具有金属的一般物理性质，是银白色固体、密度小、质软、熔点较低、具有良好的导电(仅次于金银铜)性、导热性和延展性银白色金属 (2)铝的物理性质 飞机外壳 “亚洲第一环”直径为5米的铝合金特大环 神七的铝制“外衣” 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master ①铝的原子结构示意图: 易失电子，具有较强的还原性） (3)铝的化学性质 ②金属活动顺序: K Ca Na Mg Zn Fe Sn Pb H Cu Hg … Al Al是金属性较强具有较强的还原性，化学性质活泼的金属 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master ③和非金属单质反应 (以O2为例) a.铝是一种活泼金属，在常温下就能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜并牢固地覆盖在铝表面，防止铝进一步被氧化，因此铝在空气中表现出良好的抗腐蚀性 4Al+3O2 = 2Al2O3 b、加热时，铝粉可在空气中燃烧，放出大量热，化学方程式： 4Al+3O2 = 2Al2O3 ∆ 【现象】铝箔熔化，表面失去光泽，熔化的铝并不滴落，好象有一层膜(氧化铝薄膜)兜着 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 铁与氧气反应生成的铁锈比较疏松，不能阻止内部的铁与氧气的进一步反应，所以铁会因生锈而报废；铝和氧气反应表面生成一层致密的氧化铝薄膜，这层膜能防止内部金属进一步被氧化，故铝制品在空气中能稳定存在。 思考 2、常温下，铁和铝都能与氧气反应，为什么铁会因生锈报废，而铝制品却能稳定存在？ 【注意】①活泼的金属在空气中易与氧气反应，生有一层致密氧化物(膜)，从而保护内层金属不被继续氧化，如镁和铝等。而有的氧化膜疏松，不能保护内层金属，如铁和钠等。 ②铁在高温下形成致密保护膜，俗称“烤蓝”;铁或铝遇到浓H2SO4或浓HNO3时，迅速反应生成致密氧化膜，称为钝化。 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master ④和酸反应 【实验3-4】在一支试管，加入5mL盐酸，再向试管中放入一小块铝片。观察现象。过一段时间后，将点燃的木条放在试管口，你观察到什么现象？ 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 实验 现象 方程式 实验结论 铝片逐渐溶解，慢慢的有无色气泡冒出；将点燃的木条放在试管口有爆鸣声 Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑ 为什么不马上产生气泡？ Al2O3＋6HCl=2AlCl3＋3H2O 2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑ 铝表面的氧化膜(Al2O3)和铝均能与盐酸发生反应 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 思考 3、为什么铝锅不能存放碱性溶液的？ 【实验3-5】在两支试管中分别加入少量的 NaOH溶液，然后向其中一支试管中放入一小块铝片，向另一支试管中放入用砂纸仔细打磨过(除去表面的氧化膜)的一小块铝片。观察现象。过一段时间后，将点燃的木条分别放在两支试管口， 你观察到什么现象？ 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master ⑤和强碱反应 实验 现象 方程式 实验结论 试管①中一开始无气泡产生，一段时间后，铝片溶解，有无色气泡冒出。 试管②中铝片溶解，立即产生无色气泡，将点燃的木条放在试管口，都有爆鸣声。 Al2O3＋2NaOH＋3H2O=2Na[Al(OH)4] ( Al2O3＋2OH-＋3H2O=2[Al(OH)4]- ) (四羟基合铝酸钠) (2Al＋2OH－＋6H2O=2[Al(OH)4]-＋3H2↑) 2Al＋2NaOH＋6H2O= 2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ (四羟基合铝酸根) Al2O3和铝均能与NaOH溶液发生反应 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 2Al＋6H２O=2Al(OH)3＋3H2↑ Al(OH)3 ＋ NaOH = Na[Al(OH)4] ★铝与氢氧化钠溶液反应本质的分析 氧化剂：H2O 还原剂：Al 2Al＋2NaOH＋6H2O= 2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master ⑥铝、氧化铝的性质总结 铝表面有某种物质，能与盐酸和氢氧化钠溶液反应，但不能产生气体；表面的物质反应完全之后，内部的铝能与盐酸和氢氧化钠溶液继续反应生成可燃性气体。 铝既能与稀盐酸反应又能与NaOH溶液反应，都生成___和氢气。 氧化铝既能与稀盐酸反应又能与NaOH溶液反应，都生成___和水。 盐 盐 Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O 2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑ 2Al＋2OH－＋6H2O=2[Al(OH)4]-＋3H2↑ Al2O3＋2OH-＋3H2O=2[Al(OH)4]- 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氢氧化物，叫做两性氢氧化物，如Al(OH)3、Be(OH)2、Zn(OH)2、Cr(OH)3等 像Al2O3这类既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物，叫做两性氧化物，如Al2O3、BeO、Cr2O3、ZnO等 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 4、为什么铝制餐具不适宜用来蒸煮或长时间盛放酸性、碱性食物？ 由于铝和氧化铝均能跟酸、碱反应，因此铝制餐具不宜用来蒸煮或长期存放酸性、碱性食物。 5、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。上述实验过程中发生的离子反应有______________________________________________________________ _________________________________________________________。 ①CO2＋2OH－=CO32-＋H2O、②Al2O3＋2OH－＋3H2O=2[Al(OH)4]－ ③2Al＋2OH－＋6H2O=2[Al(OH)4]－＋3H2↑ 思考 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 6、铝锅对人体有害吗? 铝不是人体必需的元素，而铝锅对人体有无危害，主要取决于铝锅的使用方式以及使用频率。通常情况下，在蒸煮料理时使用铝锅，基本上对于人体并无危害。但长期使用铝锅可能造成铝元素在体内滞留，当累积到一定程度后，对人体具有一定程度的危害，可能引起机体缺钙、过早衰老、消化功能紊乱、贫血、肝肾损伤等一系列负面影响。 思考 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 【几点强调】 ①铝制品耐用是因为表面有致密的氧化铝保护膜，Al2O3是两性氧化物，既可以与酸反应又可以与碱反应，所以铝制品不宜盛放显酸性或碱性的物质 ②含氯化钠的物质不能用铝制品盛放。这是因为铝制品表面虽然有致密的氧化膜保护层，但若遇到氯化钠溶液，其中的氯离子会破坏氧化膜的结构，加速铝制品的腐蚀。因此，铝制品不宜用来长时间盛放咸菜等腌制食品 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master ⑦铝与酸、碱液反应生成H2的量的关系 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 铝反应完，酸碱有剩 铝有剩，酸碱反应完 铝和酸反应，铝有剩酸反应完，铝和碱反应，铝反应完，碱有剩 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 1、称取两份铝粉，第一份加入足量的浓NaOH溶液，第二份加入足量的盐酸，如果放出等体积的气体(在同温、同压下)，则两份铝粉的质量之比为(　　) A.1∶2 B.1∶3 C.3∶2 D.1∶1 2、甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·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比为1∶2，则加入的铝粉质量为(　　) A.5.4 g B.3.6 g C.2.7 g D.1.8 g D 【练一练】 A 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 三、新型合金 近年来，为满足某些尖端技术发展的需要，人们又设计和 合成了许多新型合金。如：用于贮氢的新型合金Ti­Fe合金和La­Ni合金；钛合金、耐热合金和形状记忆合金等广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。 储氢合金 记忆合金 钛合金 耐热合金 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master Al2O3是一种白色难熔的固体,不溶于水，可作耐火材料(熔点2050℃) (天然产物称作刚玉) 价值连城的宝石 含有杂质的刚玉 2、氧化铝 (1)物理性质 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 23 (2)化学性质 氧化铝既能与稀盐酸(酸)反应又能与NaOH(强碱)溶液反应，都生成盐和水 Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O 2Al＋2OH－＋6H2O=2[Al(OH)4]-＋3H2↑ 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master (3)氧化铝的用途 耐火坩埚 (不能加热碱性物质) 耐火砖 轴承 ①耐(火)热材料 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master ②制铝原料： 液态Al2O3被电解生成铝和氧气，氧化铝是冶炼铝的主要原料。 2Al2O3(熔融) = 4Al + 3O2↑ 电解 冰晶石 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 【注意】 ①冶炼铝只能电解熔融的氧化铝，不能有水，冰晶石的作用是作为助熔剂，能够降低氧化铝的熔点，使其在较低的温度下熔化，从而节约能源并提高生产效率 ②耐火坩埚的成分是氧化铝，不能加热碱性物质 ③氧化铝跟水不发生反应，不能用氧化铝直接合成氢氧化铝。 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 3、下列关于除杂试剂的选择不正确的是(括号中的物质为杂质) （ ） A．Fe2O3(Al2O3)：NaOH溶液 B．Cl2(HCl)：饱和食盐水 C．NaHCO3(Na2CO3)：澄清石灰水 D．FeCl3(FeCl2)：Cl2 4、下列关于铝单质的叙述中，正确的是（ ） A．铝和NaOH溶液反应：Al＋2OH-＋2H2O=[Al(OH)4]-＋H2↑ B．铝制品在空气中有很强的抗腐蚀性是因为铝的化学性质很稳定 C．不能用铝制的器皿来盛放酸梅汤或碱水是因为铝会和酸或碱反应 D．用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热， 熔化后的液态铝会滴落下来，是因为金属铝的熔点较低 C 【练一练】 C 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 5、下列物质中，既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应的是 ( ) ①NaHCO3 ②Al ③Al2O3 ④Na2CO3 ⑤(NH4)2SO3 A．①②③⑤ B．②③④ C．①③④⑤ D．①②④ A 【练一练】 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 由于纯铝的硬度和强度都比较小，不适合作为生产生活中的材料使用，生活中使用较多的是具有不同组成和性质的铝合金。 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 4、铝合金 成分 性能 铝 铝合金 铝是地壳中含量最多的金属元素，铝合金的种类很多，它们在汽车、船舶、飞机等制造业上以及在日常生活里的用途很广 Al 强度和硬度较小，不适合制造机械零件等 ①熔点为564℃，比纯铝或硅的熔点低，而且它在凝固时收缩率又很小。因而，这种合金适合铸造。②强度和硬度都比纯铝大，几乎相当于钢材，且密度较小 ①铝硅合金(含Si质量分数为13.5％) ②硬铝(含Cu 4％、Mg 0.5％、Mn 0.5％、Si 0.7％)(均为质量分数) 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 1、储氢合金 一类能够大量吸收氢气并与氢气结合成金属氢化物的材料。该材料受热又会分解放出氢气，常见的储氢合金是Ti- Fe、La-Ni等。 常温、常压 吸收H2 升温或减压释放H2 储氢合金 金属氢化物 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 钛合金人造骨骼 钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。 2、其他新型合金 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 四、用途广泛的稀土元素 1、稀土元素 ①镧系元素(57～71号元素)及钇和钪，共17种元素为稀土元素 ②我国拥有丰富的稀土资源，现已查明的世界稀土资源中，80%分布在我国，并且品种齐全 ①稀土金属有着广泛的用途，它既可以单独使用，也可用于生产合金。在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能。因而，稀土元素又被称为冶金工业的维生素 ②稀土金属可用于制造引火合金、永磁材料、超导材料和发光材料等。稀土金属除广泛应用在冶金、石油化工、材料工业、医药及农业领域外，还逐渐深入到许多现代科技领域 (2)用途 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 6．合金的应用极大地促进了人类社会的发展。下列不属于合金的 是( ) A．狗头兽首铜像 B．柔性显示屏(基础材料：石墨烯) C．流通硬币 D．潜水器外壳(钛、铝等) B 【练一练】 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 7、我国“蛟龙”号载人潜水器已成功下潜至海中7 062.68米处。“蛟龙”号载人潜水器的外壳是耐超高压的钛合金，下面有关合金的说法正确的是( ) A.钛合金是一种新型金属单质 B.钛合金熔点比钛金属高 C.钛合金的硬度与钛单质相同 D.青铜、合金钢和硬铝都是合金 8、下列关于新型合金材料说法不正确的是( ) A.镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物，可作储氢材料 B.钛合金生物相容性好，强度大，可作人造骨骼 C.形状记忆合金可在使合金发生形变的作用力消失后恢复原状 D.利用合金的熔点低于成分金属这一特点可制得耐热合金 D 【练一练】 D 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master 9、 用铁、铝的混合物进行如下实验： (1)操作X的名称是_____。 (2)①、②的离子方程式为________________________________， 过滤 2Al+2OH－+2H2O=2AlO2-+3H2↑ 【练一练】 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master ____________________。 (3)A与Cl2混合光照可能发生爆炸，生成_____(填化学式)，A在该反应中作为_______(填“氧化剂”或“还原剂”)。 Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑ HCl 还原剂 【练一练】 化学Master 『人教版高中化学课本同步知识讲解』 化学Master 化学Master Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $$