2020年高中化学 专题2 物质性质的研究 课题一 铝及其化合物的性质教学案 苏教版选修6

2020年高中化学 专题2 物质性质的研究 课题一 铝及其化合物的性质教学案 苏教版选修6

课题一　铝及其化合物的性质 ‎　【学考报告】‎ 知识条目 加试要求 ‎①铝片(条)燃烧的方法 ‎②铝表面氧化膜的作用 b b ‎1．铝的结构与性质 ‎(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)化学性质 写出图中有关反应的化学方程式：‎ ‎①‎ ‎②2Al＋3Cl22AlCl3‎ ‎③‎ ‎④2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑‎ ‎⑤2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe(铝热反应)‎ ‎(3)制备 ‎2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑‎ - 8 -‎ ‎2．铝的化合物的性质 ‎(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 Ⅰ.‎ Ⅱ.Al(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：‎ a．Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O；‎ b．Al(OH)3＋OH－===Al(OH)；‎ c．2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。‎ ‎③制备 Ⅰ.向铝盐中加入氨水，离子方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。‎ Ⅱ.Na[Al(OH)4]溶液中通入足量CO2，离子方程式为Al(OH)＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO。‎ Ⅲ.Na[Al(OH)4]溶液与AlCl3溶液混合：离子方程式为3Al(OH)＋Al3＋===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。‎ - 8 -‎ 点拨一、铝的实验探究现象及解释 实验探 究项目 实验方案设计 现象及解释 铝能与氧气反应 将铝片剪成长5～8 cm，宽0.2～0‎.3 cm的铝条，绕成螺旋状，一端缠绕一根火柴，用坩埚钳夹住铝条另一端，点燃铝条上的火柴，待火柴快燃烧完时，将铝条伸入装有O2的集气瓶中(瓶内盛少量水)，观察现象 ‎1.写出反应的化学方程式：4Al＋3O22Al2O3‎ ‎2．将铝片放到酒精灯火焰上，铝难以燃烧，试分析原因：‎ ‎(1)氧气的浓度较小；(2)反应物的接触面积小 铝表面氧化膜的实验探究 ‎1.取3片铝片，将其中两片铝片用砂纸擦去表面的氧化膜 破坏铝表面氧化膜的方法有：①用砂纸擦；②用NaOH溶液浸泡；③用稀酸浸泡 ‎2.将一片擦去氧化膜的铝片放入20 mL 0.5 mol·L－1的CuSO4溶液中，观察铝片表面现象及其他可能发生的现象 现象：①铝表面有紫红色物质沉积；②产生气泡，并逐渐加快，铝片上下翻滚；③继而产生蓝色沉淀；④混合液温度升高。请用相关方程式解释上述现象。‎ ‎①2Al＋3Cu2＋===2Al3＋＋3Cu ‎②2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑‎ ‎③Cu2＋＋2H2OCu(OH)2＋2H＋‎ ‎3.将一片未擦去氧化膜的铝片放入20 mL 0.5 mol·L－1的CuSO4溶液中，观察铝片表面现象 现象：无明显现象 解释：氧化膜的存在阻碍了铝与盐溶液的反应 ‎4.取上一步中的铝片，用水冲洗后，放入盛有3 mL 6.0 mol·L－1 NaOH溶液的试管中，1～2 min后取出铝片，洗净，放入20 mL 0.5‎ 现象：现象同步骤2‎ 解释：铝片表面的氧化膜被破坏 - 8 -‎ ‎ mol·L－1硫酸铜溶液中 ‎5.将另一擦去氧化膜的铝片放入盛有3 mL浓硝酸的试管中，观察现象。1 min后取出铝片，用水洗净，再放入20 mL 0.5 mol·L－1 CuSO4溶液的试管中 现象：无明显现象 解释：铝在浓硝酸中钝化，表面生成一层致密的氧化物保护膜 铝配合物的生成 ‎1.取两支试管，分别加入1 mL 1.0 mol·L－1 AlCl3溶液 ‎2.在一支试管中逐滴加入6.0 mol·L－1 NaOH溶液，边滴加边振荡试管，观察实验现象 现象：先生成白色沉淀，后溶解 离子反应方程式：Al3＋＋4OH－===Al(OH) ‎3.在另一支试管中滴加2 mL 10% NH‎4F溶液，再滴加1 mL 3.0 mol·L－1氨水，边滴加边振荡试管，观察实验现象 现象：无明显现象 解释：生成了AlF，溶液中无Al3＋‎ 培养明矾晶体 ‎1.向250 mL烧杯中加入120 mL比室温高10～‎20 ℃‎的水，分批加入明矾晶体，用玻璃棒搅拌，至晶体不再溶解为止。待溶液自然冷却到比室温高3～‎5 ℃‎时，将溶液倒入另一只烧杯中，用硬纸板盖好，静置过夜 现象：烧杯中有白色晶体析出 原因：饱和溶液在冷却时析出晶体 ‎2.从烧杯中选取2粒形状规则的小晶体作为晶核，将所选的晶核用细线轻轻系好 现象：取出小晶体，发现晶体变大 原因：饱和溶液在冷却时成为过饱和溶液，有溶质在小晶体上结晶 - 8 -‎ ‎3.把步骤1中配制的明矾溶液倒入另一只烧杯中，注意不要将已结晶出来的明矾倒出，再向溶液中加入适量明矾，加热使其成为比室温高10～‎20 ℃‎的饱和溶液。待溶液开始自然冷却时，将小晶体悬挂在烧杯的中央，用硬纸板盖好烧杯，静置过夜 ‎4.每天把用细线系着的明矾晶体取出，重复步骤3的操作 现象：晶体逐渐长大 原因：不断有明矾晶体析出，并在小晶体上结晶 点拨二、铝热反应实验 ‎1．基本原理 ‎(1)基本原理：‎ 铝是较活泼的金属，在一定条件下能与某些金属氧化物反应，将其中的金属置换出来。‎ ‎(2)铝热反应：‎ ‎①铝热剂：铝粉与金属氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物。‎ ‎②铝热反应：铝热剂在高温条件下的反应。‎ ‎③铝热法：铝热剂发生铝热反应制备金属的方法。‎ ‎④铝热反应的应用：‎ A．焊接钢轨；B.冶炼难熔金属(如Fe、Cr、V、Mn等)。‎ ‎2．实验记录与结论 ‎(1)实验准备：‎ 将两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，在其中一只纸漏斗的底部剪一个小孔，用水润湿，再与另一个纸漏斗套在一起，有孔的纸漏斗置于内层(使纸漏斗每边都有4层)，架在铁架台的铁圈上，其下方放置盛有细沙的蒸发皿或铁盘。‎ ‎(2)实验现象：当反应被引发后，反应剧烈进行，放出大量的热，发出耀眼的白光和美丽的焰火；从漏斗底部流出火红的液滴，在坩埚内的沙中冷却为黑色固体，该固体可被磁铁吸引。‎ ‎(3)实验结论：铝在高温下能将氧化铁中的铁置换出来，并放出大量的热。‎ 该反应的化学方程式为2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3。‎ ‎(4)注意事项：‎ ‎①该实验中镁条的作用是通过其燃烧放出的热量引发铝热反应；氯酸钾的作用是作氧化剂，使伸入混合物内部的镁条继续燃烧。‎ - 8 -‎ ‎②因铝热反应非常剧烈，操作时应注意防止烫伤，最好带上石棉手套和防护眼罩，并移开附近的易燃物。‎ ‎[典例剖析]‎ 某学校研究性学习小组设计实验探究铝等金属的性质：将一小片久置铝片投入浓氯化铜溶液中，铝表面很快出现一层海绵状暗红色物质，接下来铝片上产生大量气泡，触摸容器知溶液温度迅速上升，收集气体，检验其具有可燃性。若用同样的铝片投入同浓度的硫酸铜溶液中，在短时间内铝片无明显变化。‎ ‎(1)铝与氯化铜溶液能迅速反应，而与同浓度的硫酸铜溶液在短时间内不反应的原因可能是________。(填序号)‎ A．铝与Cl－反应，铝与SO不反应 B．氯化铜溶液酸性比同浓度的硫酸铜溶液酸性强 C．硫酸铜水解生成硫酸使铝钝化 D．氯离子能破坏氧化铝表面薄膜，而硫酸根离子不能 E．生成氯化铝溶于水，而生成硫酸铝不溶于水 ‎(2)铝片表面出现的暗红色物质是____________________________。‎ ‎(3)放出的气体是________，请从有关物质的浓度、能量、是否有电化学作用等分析开始阶段产生气体的速率不断加快的原因是____________________‎ ‎______________________________________________________________。‎ ‎(4)某同学通过一定的实验操作，也能使铝片与硫酸铜溶液反应加快，他采取的措施可能是____________________________________。‎ A．用砂纸擦去铝片表面的氧化膜后投入硫酸铜溶液中 B．把铝片投入热氢氧化钠溶液中一段时间后，取出洗涤，再投入硫酸铜溶液中 C．向硫酸铜溶液中滴加氢氧化钠溶液，再投入铝片 D．在铝片上捆上几枚铜钉后投入同浓度的硫酸铜溶液中 ‎(5)除去氧化铝的铝片与镁片为电极，在X电解质溶液中构成原电池，列表如下：‎ 选项 铝电极 电解质 负极反应 正极反应 A 负极 NaOH ‎2Al－6e－＋8OH－===2Al(OH) ‎6H2O＋6e－===‎ ‎6OH－＋3H2↑‎ B 负极 稀盐酸 ‎2Al－6e－===2Al3＋‎ ‎6H＋＋6e－===3H2↑‎ - 8 -‎ C 正极 浓硝酸 Mg－2e－===Mg2＋‎ ‎2NO＋4H＋＋2e－===2NO2↑＋2H2O 其中正确的是________(填序号)，由此推知，金属作电极不仅与本身性质相关，而且与________有关。‎ 解析　(1)同浓度的氯化铜溶液和硫酸铜溶液，阳离子相同，阴离子不同，前者能与铝反应而后者不能，说明是阴离子的影响。在硫酸铜溶液与铝片反应的试管里加入少量氯化铜溶液，若反应加快了，说明上述推断正确。(2)由暗红色可判断是铜单质。(3)产生大量气泡，温度迅速上升，气体具有可燃性，可知铝与H＋反应生成H2。(4)由(1)中选项D可知，使铝能与铜反应的关键是去除氧化膜。(5)在碱性溶液中，铝的活动性强于镁，铝作负极。在酸性溶液中，镁的活动性强于铝，镁作负极。由于铝与浓硝酸钝化，在浓硝酸中，镁作负极。‎ 答案　(1)D　(2)Cu　(3)H2　①随着反应进行生成铝离子浓度增大，水解程度增大，产生H＋的浓度增大，②该反应放热，升高温度反应加快，③铜与铝构成原电池，加快铝溶解　(4)A、B　(5)A　电解质性质 ‎[跟踪训练]‎ 某课外小组对一些金属单质和化合物的性质进行探究。‎ 下表为“铝与氯化铜溶液反应”实验报告的一部分：‎ 实验步骤 实验现象 将打磨过的铝片(过量)放入一定浓度的CuCl2溶液中 产生气泡，析出疏松的红色固体，溶液逐渐变为无色 反应结束后分离出溶液备用 红色固体用蒸馏水洗涤后，置于潮湿空气中 一段时间后固体由红色变为绿色[设其主要成分为Cu2(OH)2CO3]‎ ‎(1)按反应类型各写出一个实验中发生反应的化学方程式(是离子反应的只写离子方程式)‎ 置换反应___________________________________________________；‎ 化合反应___________________________________________________。‎ ‎(2)用石墨作电极，电解上述实验分离出的溶液，两极产生气泡。持续电解，在阴极附近的溶液中还可以观察到的现象是___________________________。‎ 解释此现象的离子方程式是_______________________________________‎ ‎_______________________________________________________________。‎ - 8 -‎ 解析　(1)由CuCl2溶液中Cu2＋的水解使溶液呈酸性，所以会有2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，也有2Al＋3Cu2＋===2Al3＋＋3Cu；单质铜在潮湿空气中由红色变为绿色，化学方程式可写成：2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3。‎ ‎(2)用石墨作电极，电解AlCl3溶液，电解的化学方程式为2AlCl3＋6H2O2Al(OH)3↓＋3H2↑＋3Cl2↑；持续电解，电解水，阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－从而使阴极区OH－浓度增大，所以会看到有白色沉淀生成，后沉淀逐渐溶解至消失。‎ 答案　(1)2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑(或2Al＋3Cu2＋===2Al3＋＋3Cu)　2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3‎ ‎(2)生成白色沉淀，后沉淀逐渐溶解至消失　Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，Al(OH)3＋OH－===Al(OH) - 8 -‎