资源简介

(共38张PPT)
第二节
金属材料
第2课时
铝和铝合金 新型合金
第三章
01
通过对可乐罐的解剖，在实验探究中感受铝的存在，认识铝、氧化铝的化学性质及其相互之间的转化，认识两性氧化物。
03
了解新型合金，感受化学科学对创造更多新材料以满足人类生活需要和促进科技发展的重要作用，培养学生的社会责任意识。
02
通过可乐罐罐体、罐盖性能差异的对比，认识合金元素种类和配比对性能的影响，拓展合金的用途，强化性能决定用途的观念。
学 习 目 标
Al
教学重点
教学难点
性质决定用途的观念
铝、氧化铝与碱的反应
Al
宏微结合，探本质
环节一
深度探究，散思维
环节三
实验体验，强认知
环节二
拓展应用，显价值
环节四
教 学 环 节
环节一：宏微结合，探本质
外 层（涂料）
中 层（铝）
内 层（环氧树脂薄膜）
可乐罐罐体由几层材料构成？
【展示】
环节一：宏微结合，探本质
【提问】
为什么可乐罐用铝制不用铁制？
铁皮盒
铝皮盒
铝更轻，且不容易生锈
because
环节一：宏微结合，探本质
【提问】
铝比铁活泼，为什么铝不容易生锈？
物质 Al Al2O3
熔点/℃ 660 2054
【回顾】
铝片表面有一层致密的氧化物薄膜，阻止了铝生锈。
4Al + 3O2 = 2Al2O3
环节一：宏微结合，探本质
【实验】
设计实验验证：“加热铝箔”
实验现象：
铝箔软化未滴落，有一层膜兜着熔化的铝，用镊子将膜撕开，观察到铝流出后又迅速被膜兜住。
实验说明：
铝表面氧化膜的存在以及可以快速的生长。
环节一：宏微结合，探本质
【展示】
扫描电镜下Al2O3 和Fe2O3、Fe3O4的表面形态
氧化铝是一层致密的氧化膜，氧气很难穿过致密的氧化膜与铝继续反应；而氧化铁疏松多孔，氧气能够穿过疏松的氧化膜继续反应。
结构
性质
决定
环节一：宏微结合，探本质
【展示】
地壳中含量最高的金属：铝（Al）
制取铝：
环节一：宏微结合，探本质
“马路边边”串串店用的铝锅
铝制导线
铝箔食品包装
铝：银白色轻金属固体
熔点：660℃
沸点：2327℃
铝液密度：2.303 g/cm
性能：延展性、导电性、导热性
【活动】
总结物理性质
环节二：实验体验，强认知
【提问】
为什么可乐罐内层不是铝直接跟可乐结合，而是需要加一层环氧树脂薄膜呢？
猜测：铝会溶解到可乐中
测得可乐的pH为2.4
环节二：实验体验，强认知
【实验】
实验操作：
往可乐罐底里加入5mL盐酸，刚开始没有反应，20秒后开始产生气泡。
你能写出过程中的方程式吗？
实验结论：
说明一开始是氧化铝与酸反应，无明显现象；而后才是铝与盐酸反应产生气泡，这就是为什么在可乐罐内层加一层环氧树脂薄膜的原因。
环节二：实验体验，强认知
你能写出过程中的方程式吗？
Al、Al2O3都能与NaOH反应生成偏铝酸钠（NaAlO2）。
【任务】
打磨用的砂纸是将刚玉磨料牢固地粘在基体上。
插播一句：
环节二：实验体验，强认知
Al2O3难溶于水的白色固体，无臭、无味、质极硬
熔点：2054℃
沸点：2980℃
【小结】
氧化铝即为刚玉，自然界中红宝石、蓝宝石的主成份皆为氧化铝。
红宝石即红刚玉，是铬（主要为Cr O ）含量≥0.1%的刚玉，主要成分是氧化铝（Al O ），一般呈红色故得名。
蓝宝石（Sapphire）是除红宝石之外的刚玉宝石的通称，主要成分是氧化铝（Al O ）。蓝宝石可以有粉红、黄、绿、白等颜色，甚至在同一颗石有多种颜色，其中蓝色的蓝宝石是由于其中混有少量钛（Ti）和铁（Fe）杂质所致，
环节二：实验体验，强认知
两性氧化物
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。
铝制品应该如何保存？
【小结】
生活小妙招
环节二：实验体验，强认知
酸碱盐都可以直接侵蚀铝的保护膜，破坏铝制品本身，所以铝制品不可长期存放酸碱性溶液。
刷铝制品的餐具也不能用钢丝球，会将表面的氧化膜擦掉，短时间会看到光亮干净，过一段时间又会变得灰蒙。
【讲解】
环节三：深度探究，散思维
【提问】
视频中NaOH溶解可乐罐体后，有黑色不溶物沉降在底部，这个黑色的
不溶物可能是什么呢？
分组讨论设计方案探究：
环节三：深度探究，散思维
【实验】
讨论猜测：
可能是可乐罐中的其他金属，如Fe，可设计实验用酸将黑色不溶物溶解，
再用H2O2溶液、KSCN溶液检验。
实验操作
取黑色不溶物水洗后加入稀硫酸，再依次滴加H2O2溶液、KSCN溶液。
实验现象
固体溶解，加入H2O2溶液、KSCN溶液后，溶液呈血红色。
实验结论
黑色罐体含有Fe，可乐罐是铝合金。
反应原理
Fe+2H+=Fe2++H2↑ ; Fe2++H2O2+H+=Fe3++H2O ; Fe3++SCN-=Fe(SCN)3
环节三：深度探究，散思维
三种铝合金
整个罐头大约95.5%是铝
罐体和罐底采用3004铝合
罐盖采用5182铝合金
拉环采用5042铝合金
Si Fe Mg Mn Cu Cr Al
0.2-0.3 0.35-0.7 0.8-5.0 0.2-1.5 0.15-0.25 0.1 余量
合金元素的种类不同，配比不同，性能和用途就不同。
【讲解】
环节三：深度探究，散思维
【提问】
为什么可乐罐用铝合金，而不用不锈钢呢？
常见包装材料
塑料
纸
玻璃
易拉罐的可乐含气比塑料瓶足，铝比钢冲拔性能好，也就是更方便做好罐子。并且质轻、无毒无味、延展性好、在大气和水中化学性质稳定、有光泽、不易生锈。但酸碱盐中不耐腐蚀，要涂料和镀层才能做食品容器。
陶瓷
金属
玻璃
环节三：深度探究，散思维
可乐的铝合金可以做飞机外壳吗？
【提问】
讨论：
硬度不够大，不能做飞机的外壳，除非改变合金元素的组成和配比来改变铝合金的性能。
添加4%Cu、0.5%Mg、0.5%Mn、0.7%Si的铝合金，称为硬铝，是制造飞机的理想材料。
偏铝酸钠（NaAlO2）？
白色结晶性粉末，极易溶于水，水溶液呈碱性
熔点：1650 C
密度：3.24g/cm3
NaAlO2+HCl+H2O=Al(OH)3↓+NaCl
Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O
【实验探究】
1.与强酸（如盐酸）反应。反应先生成白色沉淀，后沉淀消失
2.与弱酸（如CO2）反应生成Al(OH)3沉淀：
①CO2过量：AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-
②CO2少量：2AlO2-+CO2+3H2O=2Al(OH)3↓+CO32-
【延伸】
环节三：深度探究，散思维
环节三：深度探究，散思维
氢氧化铝Al(OH)3
【延伸】
既能与酸反应生成盐和水又能与强碱反应生成盐和水，因此它是一种两性氢氧化物。由于又显一定的酸性，所以又可称之为铝酸（H3AlO3）。但实际与碱反应时生成的是四羟基合铝酸盐（[Al(OH)4]-）。因此通常把它视作一水合偏铝酸（HAlO2·H2O）。
两性氢氧化物
密度：2.40g/cm3
熔点：300℃
外观：白色非晶形的粉末
Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2O
Al(OH)3＋OH－=AlO2－＋2H2O
强酸
强碱
不与弱酸弱碱反应
环节三：深度探究，散思维
【延伸】
Al(OH)3不稳定，受热易分解
2Al(OH)3 Al2O3＋3H2O
Al2(SO4)3 + 6NH3·H2O = Al(OH)3↓ + 3(NH4)2SO4
Al盐制得Al(OH)3
★
白色胶状沉淀
明矾：KAl(SO4)2·12H2O，名为：（十二水合硫酸铝钾），无色晶体，可溶于水。常用作净水剂，原因是能在水中生成Al(OH)3胶体,可以吸附悬浮在水中的杂质形成絮状不溶物沉降下来。
Al盐——明矾（油条，米粉、净水）
★
KAl(SO4)2 K＋＋Al3＋＋2 SO42－
Al3＋＋3H2O Al(OH)3(胶体) + 3H＋
环节三：深度探究，散思维
【延伸】
环节四：拓展应用，显价值
新型合金——1.储氢合金
大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料，如Ti Fe合金、La- Ni合金等。
【展示】
环节四：拓展应用，显价值
新型合金——1.储氢合金
【展示】
环节四：拓展应用，显价值
新型合金——2.钛合金
【展示】
钛合金：指的是多种用钛与其他金属制成的合金金属。
强度高、耐蚀性好、耐热性高
钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。医用钛合金可用作植入人体的植入物。
环节四：拓展应用，显价值
新型合金——3.形状记忆合金
【展示】
通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应的由两种以上金属元素所构成的材料。
迄今为止，人们发现具有形状记忆效应的合金有50多种。 人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作。发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开，恢复抛物面形状。
环节四：拓展应用，显价值
铝型材表面处理
喷砂（哑光珍珠银面）
抛光（形成镜面）
拉丝（缎面效果）
电镀（覆盖一层其他金属）
喷涂（覆盖其他非金属涂层）
【展示】
环节四：拓展应用，显价值
稀土金属
【展示】
又称稀土元素，是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称。稀土一般是以氧化物状态分离出来，又很稀少，因而得名稀土。主要用于冶金、石油化工、玻璃陶瓷、荧光和电子材料等工业
环节四：拓展应用，显价值
【总结】
环节四：拓展应用，显价值
【总结】
环节四：拓展应用，显价值
【练习】
1．化学与工业、生活密切相关，下列说法错误的是（ ）
A．水果罐头中常加入维生素C作抗氧化剂
B．氯气、臭氧、二氧化氯都可用于自来水的消毒
C．氯气能使湿润的有色布条褪色，因此氯气有漂白性
D．高温下铝粉与氧化铁的反应可用来焊接钢轨
2．将一块铝箔用砂纸仔细打磨后，用坩埚钳夹住放在酒精灯火焰上加热至熔化，发现熔化的铝并不燃烧，也不滴落，移去酒精灯，待固体冷却后将其投入氢氧化钠溶液，固体最终消失并有气体生成。关于这一实验的下列叙述正确的是（ ）
A．该实验说明金属铝密度小、熔点低，化学性质稳定
B．加热不燃烧说明铝制品性质稳定，可长期存放各种物质
C．不滴落是因为Al表面生成了Al2O3，Al2O3熔点远高于金属铝，可做耐火材料
D．Al和Al2O3都可以和酸反应，也可以和氢氧化钠溶液反应，都具有两性
C
氯气能与水反应生成HClO，HClO具有强氧化性能漂白有色布条
C
铝是活泼的金属
加热时铝更易被氧化生成氧化铝
Al和Al2O3都可以和酸反应，也可以和氢氧化钠溶液反应，但只有Al2O3具有两性，铝的两性为金属性和非金属性，不是酸性和碱性，所以说铝不是两性金属
环节四：拓展应用，显价值
【练习】
3．下列关于镁、铝单质的说法不正确的是（ ）
A．常温下镁、铝遇浓硫酸均发生钝化
B．等物质的量镁、铝与足量的稀硫酸反应，铝生成氢气多
C．可以用氢氧化钠溶液除去镁中的铝单质
D．常温下铝能与空气中的氧气反应生成一层致密的氧化膜
4．某同学在实验室处理铝粉和氧化铁粉末的混合物制备单质铁和铝，转化关系如图所示：
下列说法正确的是（ ）
A．试剂X可能为盐酸 B．a、b、c都既能与酸反应又能与碱反应
C．b→c→Al的反应条件分别为加热、电解 D．d→Fe过程一定为置换反应
C
A
常温下镁遇浓硫酸不发生钝化
环节四：拓展应用，显价值
【练习】
5．工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下：下列叙述正确的是（ ）
A．按上述流程，试剂X可以是氢氧化钠溶液
B．反应①过滤后所得沉淀为氢氧化铁
C．图中所有的转化反应都不是氧化还原反应
D．反应②的离子方程式为
A
环节四：拓展应用，显价值
6．粉煤灰是火电厂的大宗固废。以某电厂的粉煤灰为原料(主要含SiO2、Al2O3和CaO等)提铝的工艺流程如下：
“浸渣”的主要成分除残余Al2O3外，还有 。
实验测得，3.0g粉煤灰(Al2O3的质量分数为30%)经浸出、干燥后得到3.0g“浸渣”(Al2O3的质量分数为8%)，Al2O3的浸出率为 。
SiO2和CaSO4
84%
5.0g粉煤灰Al2O3的质量为5.0g×30%=1.5g，3.0g“浸渣”Al2O3的质量为3.0g×8%=0.24g，则Al2O3的浸出率为
×100%=84%。
【练习】

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