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2019-2020年高中化學 4.1《鎂和鋁》教案 舊人教版必修2 [引入]一、金屬的通論 1人類已發(fā)現(xiàn)的一百多種元素中，金屬元素大約占4/5 。 2 在常溫下，除Hg是液體外，其余金屬都是固體。（非金屬常溫下有固體、液體、氣體） 3大多數(shù)呈銀白色（少數(shù)特殊顏色）、有金屬光澤。（粉末狀態(tài)無光澤、顯暗灰色或黑色） 4一般硬度較大、熔點較高；但硬度、熔點、密度等性質(zhì)差別很大。 5大多數(shù)有延展性，其中以金的延展性最好。金屬一般都是電和熱的良導體。其中Ag和Cu的傳熱導電性能最好。其次是Al，因此常用銅和鋁做輸電線。 6在元素周期表中，金屬元素位于每個周期的前部，具有半徑大、最外層電子數(shù)少的特點，因此在化學反應中一般容易失去最外層電子，變成金屬陽離子，表現(xiàn)出還原性。 金屬還原性強弱順序（金屬活動性順序表）： K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb （H）Cu Hg Ag Pt Au [歸納]二、鎂和鋁的物理性質(zhì) 1．共性：均為銀白色；輕金屬；有較強韌性、延展性；熔點均較低；硬度均較??；有良好的導電、導熱性。都具有金屬的通性． 2．差異：鎂在密度、熔點、沸點、硬度上均比鋁要小． [介紹]三、鎂和鋁的原子結(jié)構(gòu) 1． 鎂、鋁分別位于第三周期的ⅡA族和ⅢA族。 原子結(jié)構(gòu)示意圖分別為： 結(jié)構(gòu)相似點：都在第三周期、最外層電子都少于4個 不同點：原子半徑Mg > Al 2在化學反應時，均容易失去最外層電子成為陽離子。體現(xiàn)還原性，是比較活潑的金屬。但由于鎂比鋁的原子半徑大，最外層電子數(shù)少，故原子核對最外層電子引力更小一些，因此鎂的最外層電子更易失去，鎂比鋁更活潑，還原性更強。 （板書）易失電子體現(xiàn)還原性，而還原性Mg > Al Mg — 2e— → Mg2+ Al — 3e— → Al3+ [復習式學習]四、鎂和鋁的化學性質(zhì) 舉例 鎂 鋁 與非金屬反應 與O2反應 與C12反應 與酸反應 與鹽酸反應 與硫酸反應 與水反應 與堿反應 與某些氧化物反應 1 評講中注重突出相似性和不同點。如下為教師準備的資料，可選擇使用。 2 Mg條在空氣中點燃即可燃燒，現(xiàn)象：劇烈燃燒，發(fā)出耀眼白光。 Al只有高溫下才能在空氣中燃燒，在純氧中點燃現(xiàn)象：劇烈燃燒，發(fā)出耀眼白光，并放出大量的熱。 常溫下，鎂和鋁在空氣中能發(fā)生緩慢氧化，所以，都有抗腐蝕的性能。 練習鎂和鋁分別與Cl2 、S 、N2 反應的方程式： 3 鎂和鋁分別與酸反應的離子方程式： 鎂與酸的反應較鋁要劇烈一些。 鋁在濃硫酸、濃硝酸中會出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象（還有鐵）。鈍化本身是化學反應。加熱可消除鈍化現(xiàn)象。裝運濃硫酸、濃硝酸可用鋁制或鐵制容器。 4 鎂與冷水不反應，與沸水能反應，生成的溶液能使酚酞變紅。鋁與冷水不反應，與沸水能緩慢反應，生成的溶液不能使酚酞變紅。方程式： △ △ Mg+2H2O（沸水）==== Mg（OH）2 +H2↑；2Al+6H2O（沸水）====2 Al（OH）3 +3H2↑ 5 一般來說，金屬與酸反應，非金屬與堿反應。如鎂與鹽酸反應、Cl2與NaOH 、S與NaOH、Si與NaOH 等等。 實驗4—2 結(jié)論：鎂不能與堿反應，而鋁能與強堿NaOH溶液反應。 方程式為：2Al + 2H2O + 2NaOH ====2 NaAlO2 + 3H2↑ （介紹NaAlO2 ）該反應類似于Si與NaOH溶液的反應。Si + H2O + 2NaOH ====2 Na2SiO3 + 2H2↑。 鋁既有金屬性也體現(xiàn)出部分非金屬性，具有兩性。根據(jù)鋁元素在周期表 B（硼） 中的位置思考原因。 Mg Al Si Ga（鎵） 由于酸、堿、鹽等可直接腐蝕鋁制品，所以鋁制餐具不宜蒸煮或長時間存放酸性、堿性或咸味事物。 6 鎂與CO2反應現(xiàn)象：劇烈燃燒，生成白色固體，瓶的內(nèi)壁有黑色固體生成。該反應說明CO2不支持燃燒的說法是相對的；金屬不僅可以置換出金屬，還可以置換出非金屬。 實驗4—4 鋁熱反應 Mg條和KClO3 ——引燃劑 反應放熱，放出的熱使反應繼續(xù)，且使生成的鐵被熔化成液態(tài)。 反應原理：活潑金屬能將不活潑金屬從它們的氧化物中置換出來。 鋁熱劑：鋁粉和某些金屬氧化物（Fe2O3 、V2O3 、MnO2等）組成的混合物 應用：焊接鋼軌、冶煉難熔金屬 [介紹] 五、合金 人類歷史上使用最早的合金是青銅。世界上最常見、用量最大的合金是鋼。 合金是由兩種或兩種以上的金屬（或金屬跟非金屬）熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。 合金的物理、化學和機械性能一般優(yōu)于各成分金屬。 合金的硬度一般比各成分的大；合金的熔點一般比各成分的低。 [歸納] 六、用途 鎂和鋁的最重要的用途是制造合金。另外鋁還用于制導線和電纜、鋁箔、鋁熱反應等。 第二課時 [介紹]七、鋁的重要化合物 1 鎂和鋁在自然界中的存在形式均為化合態(tài)。其中鋁在地殼中的含量占第三位，在金屬中為第一位。 2氧化鋁(Al2O3)：白色、熔點高（20500C），可做耐火材料（如耐火坩堝、耐火管、耐高溫的實驗儀器等），也是冶煉金屬鋁的原料。 自然界中存在一種純凈無色的氧化鋁晶體叫剛玉，硬度僅次于金剛石。裝飾品藍寶石、紅寶石都是混有雜質(zhì)的剛玉。 Al2O3是典型的兩性氧化物： 與強酸反應的離子方程式： 與強堿反應的離子方程式： 3 氫氧化鋁（Al（OH）3 ） 幾乎不溶的白色膠狀物質(zhì)，具有吸附性。 制取方法：鋁鹽和氨水反應 [實驗4——5] 離子方程式： Al（OH）3 受熱易分解（難溶堿受熱均分解），方程式： [實驗4—6] Al（OH）3 中加酸、加堿的實驗。結(jié)論：典型的兩性氫氧化物 方程式分別為： 解釋為什么氫氧化鋁既可與酸反應又可與堿反應。 H2O + AlO2— + H+ ≒ Al（OH）3 ≒ Al3+ + 3OH— 酸式電離 堿式電離 從酸的角度看是一元弱酸、從堿的角度看是三元弱堿 Al（OH）3 不能與弱酸、弱堿反應。 4 硫酸鋁鉀（KAl（SO4）2 ） 它的結(jié)晶水合物的分子式KAl（SO4）212H2O俗稱明礬，為無色晶體，易溶于水，水溶液顯酸性。原因：KAl（SO4）2 ==== K+ + Al3+ + 2SO42— ； Al3+ + 3 H2O ≒ Al（OH）3 + 3 H+ 明礬常用做凈水劑。 [練習] [練習] 1把燃著的鎂條放入下列氧化中，不能發(fā)生反應的是 A．N2 B．CO2 C．Cl2 D．He 2鎂粉中混進少量鋁粉，將粉除去，可選用物試劑是 A．鹽酸 B．硫酸銅溶液 C．氫氧化鈉溶液 D．水 3將少量CO2通入NaAlO2溶液中出現(xiàn)渾濁，寫出反應的化學方程式和離子方程式： 4 思考既能與酸反應又能與堿反應的物質(zhì)有 既能與酸反應又能與堿反應的物質(zhì) 1兩性物質(zhì)：Al —— Al2O3 —— Al（OH）3 2 某些單質(zhì)：S + 2H2SO4（濃） == 3SO2↑ + 2H2O 3S + 6NaOH == 2Na2S + Na2SO3 + 3 H2O Si + 4HF == SiF4 + 2H2↑ Si + H2O + 2NaOH ====2 Na2SiO3 + 2H2↑ 3 多元弱酸的酸式鹽：NaHCO3 、NaHS 4 弱酸的銨鹽：（NH4.）2CO3 、 5 某些酸：H2S H2S + H2SO4（濃） == 4SO2↑ + 4H2O H2S + 2NaOH == Na2S + 4H2O Al3+ 、Al（OH）3、AlO2—間的轉(zhuǎn)化 4OH— 3OH一或3NH3H2O OH— Al3+ Al（OH）3 AlO2— 3H+ H+ + H2O或CO2 +H2O 4H+ 1轉(zhuǎn)化間的離子方程式： Al3+ + 3OH一=== Al(OH)3↓ Al(OH)3 + OH一 === A1O2-+ H2O Al3+ + 4OH一=== A1O2- + 2H2O AlO2— + H+ + H2O === Al(OH)3↓ Al(OH)3 + 3H+ === Al3+ + 3H2O A1O2一 + 4H+ === Al3+ + 2H2O Al3+ + 3A1O2一 + 6H2O === 4Al(OH)3↓ 2由于氫氧化鋁既可溶于強酸又可溶于強堿，所以制備氫氧化鋁宜采用以下途徑： ①可溶性鋁鹽(Al3+)與氨水反應（不能用強堿） ②偏鋁酸鹽(A1O2-)與二氧化碳反應 ③利用Al3+和A1O2-在溶液中可發(fā)生相互促進的水解反應。 3試劑的滴加順序與實驗現(xiàn)象 在化學反應中，由于反應物的相互滴加順序不同，而導致產(chǎn)生不同的實驗現(xiàn)象，這種情況在中學化學中是很常見的。下面舉與本節(jié)有關的例子結(jié)合圖像加以說明。 a．向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液至過量，生成的沉淀與滴加的溶液體積間關系 b．向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液至過量，生成的沉淀與滴加的溶液體積間關系 c．向NaAlO2溶液中滴加鹽酸至過量，生成的沉淀與滴加的溶液體積間關系 d．向鹽酸滴加NaAlO2溶液至過量，生成的沉淀與滴加的溶液體積間關系 教師資料 1 向100 mL 2 molL-的AlCl3溶液中，逐滴加入NaOH溶液100 mL時產(chǎn)生沉淀為7．8 g，則加入NaOH溶液的物質(zhì)的量濃度是 A．1 molL- B．1．5 molL- C．3 molL- D．7 molL- 2 用鋁箔包裝0．1 mol金屬鈉，用針扎出一些小孔，放入水中，完全反應后，用排水集氣法收集產(chǎn)生的氣體，則收集到的氣體為(標準狀況) A．O2和H2的混合氣體 B．1．12 L H2 C．大于1．12 L H2 D．小于1．12 L氣體 3 兩個燒杯加入同體積的濃度為2mol／L的H2SO4，置于天平兩端，調(diào)平天平后分別加入10．8 g的A1和Mg，則反應完畢后，天平 A．可能加Mg一端下傾 B．可能加Al一端下傾 C．可能仍保持天平平衡 D．無法判斷 4 向含有a mol A1C13的溶液中加入含b mol KOH的溶液，生成沉淀的物質(zhì)的量可能是 ①a mol②b mol③mol④mol⑤0 mol ⑥(4a-6)tool A．①②④⑤⑥ B①③④⑤⑥ C①②③⑤⑥ D．①③⑤ 5 下列各金屬的混合物2．5 g和足量的鹽酸反應，放出的H2在標準狀況下體積為2．24 L，其中可能的是 A．Zn和Fe B．Mg和Zn C．Al和Mg D．Cu和Fe 6 Na、Mg、Al三種金屬各0．2 mol，分別與100 mL 1mol／L的HCl溶液反應，放出H2的量是 A．Mg最多 B．Al最多 C．Na最多 D．一樣多 7 把鋁粉和Fe3O4粉末配成鋁熱劑并分成兩份，第一份在高溫下恰好完全反應，然后將生成物與足量鹽酸充分反應；第二份直接加入足量的氫氧化鈉溶液使之充分反應，前后兩種情況下生成的氣體在相同狀況下的體積比是 A．3：4 B 4：3 C．3：8 D．8；3 8某無色透明溶液，其中的溶質(zhì)可能由H+、Ba2+、Mg2+、OH—、SO32-、 Cl一、CO2-3、NO3-中的若干離子組成，它能與鋁作用產(chǎn)生氫氣(無其他氣體)，試分析該溶液中可能大量存在的離子成分． 9 準確稱取6 g鋁土礦樣品(含A12O3、Fe2O3、SiO2)放人盛有100 mL某濃度硫酸溶液的燒杯中，充分反應后過濾，向濾液中加入10 mol／L的NaOH溶液，產(chǎn)生的沉淀質(zhì)量m與加入的NaOH溶液的體積V的關系如圖所示： 請?zhí)羁栈卮穑?1)H2SO4溶液的物質(zhì)的量濃度為____； (2)若a=2．3，用于沉淀Fe3+消耗NaOH的體積是_____ mL，鋁土礦中各組成成分的質(zhì)量分數(shù)：A12O3為____， (3)當生成AlO2-時，可能存在___________。 10 現(xiàn)有200 mL MgCl2和A1C13的混合溶液，其中 c(Mg2+)=0．2 mol／L，c(C1-)=1．3 mol／L，要使Mg2+轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2，并使Mg2+、Al3+分離開來，至少用4 mol／L NaOH溶液多少毫升? 鋁人類的好伴侶——鋁 一、鋁的誕生與發(fā)展史 1854年，法國化學家德維爾把鋁礬土、木炭、食鹽混合，通入氯氣后得到了金屬鋁。這時的鋁十分珍貴，據(jù)說，在一次宴會上，法國皇帝拿破侖獨自用鋁制的刀叉，而其他人都用銀制的餐具。泰國當時的國王曾用過鋁制的表鏈， 1889年，倫敦化學會還把鋁和金制的花瓶和杯子作為貴重的禮物送給門捷列夫。 1886年，美國的豪爾和法國的海朗特，分別獨立地電解熔融的鋁礬土和冰晶石的混合物制得了金屬鋁，奠定了今天大規(guī)模生產(chǎn)鋁的基礎。 近一個世紀的歷史進程中，鋁的產(chǎn)量急劇上升，到了20世紀60年代，鋁在全世界有色金屬產(chǎn)量上超過了銅而位居首位，這時的鋁已不單屬于皇家貴族所有，它的用途涉及到許多領域，大至國防、航天、電力、通訊等，小到鍋碗瓢盆等生活用品。它的化合物用途非常廣泛，不同的含鋁化合物在醫(yī)藥、有機合成、石油精煉等方面發(fā)揮著重要的作用。 　二、鋁及其合金 　純的鋁很軟，強度不大，有著良好的延展性，可拉成細絲和軋成箔片，大量用于制造電線、電纜、無線電工業(yè)以及包裝業(yè)。它的導電能力約為銅的三分之二，但由于其密度僅為銅的三分之一，因而，將等質(zhì)量和等長度的鋁線和銅線相比，鋁的導電能力約為銅的二倍，且價格較銅低，所以，野外高壓線多由鋁做成，節(jié)約了大量成本，緩解了銅材的緊張。 鋁的導熱能力比鐵大三倍，工業(yè)上常用鋁制造各種熱交換器、散熱材料等，家庭使用的許多炊具也由鋁制成。與鐵相比，它還不易銹蝕，延長了使用壽命。 鋁粉具有銀白色的光澤，常和其它物質(zhì)混合用作涂料，刷在鐵制品的表面，保護鐵制品免遭腐蝕，而且美觀。由于鋁在氧氣中燃燒時能發(fā)出耀眼的白光并放出大量的熱，又常被用來制造一些爆炸混合物，如銨鋁炸藥等。 冶金工業(yè)中，常用鋁熱劑來熔煉難熔金屬。如鋁粉和氧化鐵粉混合，引發(fā)后即發(fā)生劇烈反應，交通上常用此來焊接鋼軌，煉鋼工業(yè)中鋁常用作脫氧劑，光潔的鋁板具有良好的光反射性能，可用來制造高質(zhì)量的反射鏡、聚光碗等。鋁還具有良好的吸音性能，根據(jù)這一特點，一些廣播室，現(xiàn)代化大建筑內(nèi)的天花板等有的采用了鋁。 純的鋁較軟，1906年，德國冶金學家維爾姆在鋁中加入少量鎂、銅，制得了堅韌的鋁合金，后來，這一專利為德國杜拉公司收買，所以鋁又有“杜拉鋁”之稱，在以后幾十年的發(fā)展過程中，人們根據(jù)不同的需要，研制出了許多鋁合金，在許多領域起著非常重要的作用。 在某些金屬中加入少量鋁，便可大大改善其性能。如青銅鋁(含鋁4％～15％)，該合金具有高強度的耐蝕性，硬度與低碳鋼接近，且有著不易變暗的金屬光澤，常用于珠寶飾物和建筑工業(yè)中，制造機器的零件和工具，用于酸洗設備和其它與稀硫酸、鹽酸和氫氟酸接觸的設備，制作電焊機電刷和夾柄；重型齒輪和蝸輪，金屬成型模、機床導軌、不發(fā)生火花的工具、無磁性鏈條、壓力容器、熱交換器、壓縮機葉片、船舶螺旋漿和錨等。 在鋁中加入鎂，便制得鋁鎂合金，其硬度比純的鎂和鋁都大許多，而且保留了其質(zhì)輕的特點，常用于制造飛機的機身，火箭的箭體，制造門窗、美化居室環(huán)境，制造船舶。 三、含鋁化合物 鋁在地殼中的含量很高，僅次于氧和硅而居第三位，主要以鋁硅酸鹽礦石存在，還有鋁土礦和冰晶石。氧化鋁為一種白色無定形粉末，它有多種變體。剛玉由于含有不同的雜質(zhì)而有多種顏色。例如含微量 Cr(Ⅲ)的呈紅色，稱為紅寶石；含有Fe(Ⅱ)， Fe(Ⅲ)或Ti(Ⅳ)的稱為藍寶石。 氫氧化鋁可用來制備鋁鹽、吸附劑、媒染劑和離子交換劑，也可用作瓷釉、耐火材料、防火布等原料，其凝膠液和干凝膠在醫(yī)藥上用作酸藥，有中和胃酸和治療潰瘍的作用，用于治療胃和十二脂腸潰瘍病以及胃酸過多癥。 偏鋁酸鈉常用于印染織物，生產(chǎn)湖藍色染料，制造毛玻璃、肥皂、硬化建筑石塊。此外它還是一種較好的軟水劑、造紙的填料、水的凈化劑，人造絲的去光劑等。 無水氯化鋁是石油工業(yè)和有機合成中常用的催化劑；例如：芳烴的烷基化反應，也稱為傅列德爾一克拉夫茨烷基化反應，在無水三氯化鋁催化下，芳烴與鹵代烴(或烯烴和醇)發(fā)生親電取代反應，生成芳烴的烷基取代物。六水合氯化鋁可用于制備除臭劑、安全消毒劑及石油精煉等。 冰晶石即六氟合鋁酸鈉，在農(nóng)業(yè)上常用作殺蟲劑}硅酸鹽工業(yè)中用于制造玻璃和搪瓷的乳白劑。 由明礬石經(jīng)加熱萃取而制得的明礬是一種重要的凈水劑、媒染劑，醫(yī)藥上用作收斂劑。硝酸鋁可用來鞣革和制白熱電燈絲，也可用作媒染劑}硅酸鋁常用于制玻璃、陶瓷、油漆的顏料以及油漆、橡膠和塑料的填料等，硅鋁凝膠具有吸濕性，常被用作石油催化裂化或其他有機合成的催化劑載體。 硫糖鋁又名胃潰寧，學名蔗糖硫酸酯堿式鋁鹽，它能和胃蛋白酶絡合，直接抑制蛋白分解活性，作用較持久，并能形成一種保護膜，對胃粘膜有較強的保護作用和制酸作用，幫助粘膜再生，促進潰瘍愈合，毒性低，是種良好的胃腸道潰瘍治療劑。 四、“鋁”的危害 在鋁制品及其鹽的使用過程中，如果使用不當也會產(chǎn)生一些副作用。有資料報道，鋁鹽可能導致人的記憶力喪失。澳大利亞一個私營研究團體說：廣泛使用鋁鹽凈化水可能導致腦損傷，造成嚴重的記憶力喪失，這是早老性癡呆癥特有的癥狀。研究人員對老鼠的實驗表明，混在飲水中的微量鋁進入老鼠的腦中并在那里逐漸積累，給它們喝一杯經(jīng)鋁鹽處理過的水后，它們腦中的含鋁量就達到可測量的水平。 世界衛(wèi)生組織提出人體每天的攝鋁量不應超過每千克體重1毫克，一般情況下，一個人每天攝取的鋁量絕不會超過這個量，但是，經(jīng)常喝鋁鹽凈化過的水，吃含鋁鹽的食物，如油條、粉絲、涼粉、油餅、易拉罐裝的軟飲料等，或是經(jīng)常食用鉛制炊具炒出的飯菜，都會使人的攝鋁量增加，從而影響腦細胞功能，導致記憶力下降，思維能力遲鈍。 鋁及其化合物對人類的危害與其貢獻相比是無法相提并論的，只要人們切實注意，揚長避短，它對人類社會將發(fā)揮出更為重要的作用。