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第三章　铁　金属材料
第二节　金属材料
第1课时　常见的合金及应用
目
录
知识点二　铝、铝合金与新型合金
课时作业
知识点一　合金与铁合金
即时演练
1.宏观辨识与微观探析:结合实例认识常见合金,了解合金的概念并能联系纯金属与合金的微观结构解释二者性能的差异。2.科学探究与创新意识:通过实验探究铝和氧化铝的性质及转化,认识两性氧化物,体会实验对认识和研究物质性质的重要作用。3.科学态度与社会责任:能说明常见元素及其化合物的应用对社会发展的价值、对环境的影响。
核心素养发展目标
一
知识点一　合金与铁合金
1.合金
概念 由两种或两种以上的______(或____________)熔合而成的具有____特性的物质
性能 硬度 硬度一般____它的成分金属
熔点 熔点一般____它的成分金属
与纯金属材料相比,合金具有许多优良的物理、化学或机械性能
纯金属
金属和非金属
金属
高于
低于
2.铁合金
(1)生铁和钢
分类 含碳量 性能
生铁 一般为2%~4.3% 硬度大、抗压,性脆、可以铸造成型
钢 0.03%~2% 具有良好的延展性,机械性能好,可以锻轧和铸造
(2)用量最大、用途最广的合金——钢
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)生铁和钢中含量最多的成分都是铁。(　 　)
(2)已知铜的熔点为1 083 ℃,钠的沸点为882.9 ℃,铜与钠不能形成合金。(　 　)
(3)钢的含碳量越低,韧性越好,硬度越低。(　 　)
(4)不锈钢是最常见的合金钢,其化学性质稳定,遇盐酸不反应。(　 　)
基础诊断
√
√
√
×
关于合金的理解
(1)合金是混合物,但不是其成分的简单混合,而是经高温熔合形成。
(2)并不是所有金属均可熔合形成合金,合金中各成分金属的熔点应相差不大。
(3)合金中一定含有金属元素,可能含有非金属元素,如生铁中含有铁、碳元素。
(4)一般来说,合金中各成分金属仍保持其原有的化学性质。
(5)常温下,大多数合金呈固态,但钠钾合金呈液态,常用作原子反应堆的导热剂。
归纳提升
D
1.合金的应用促进了人类社会的发展。下列物品的主要成分不属于合金的是(　 　)
A.三星堆青铜面具 B.“蛟龙”号潜水器耐压外壳 C.双鱼纹铜镜 D.塑料管材
解析:青铜的主要成分为铜锡合金,A不符合题意;潜水器耐压外壳为钛合金,B不符合题意;双鱼纹铜镜由铜合金制成,C不符合题意;塑料属于有机物,不属于合金,D符合题意。
2.合金是一类用途广泛的金属材料,下列关于合金的说法正确的是(　 　)
A.铜铝合金的硬度比铜和铝的都大,熔点比铜和铝的都低
B.合金只能由两种或两种以上的金属组成
C.合金的制备过程发生的是化学变化
D.铁合金不能与酸反应
解析:合金是一种金属熔合其他金属或非金属形成的具有金属特性的混合物,合金中可以含有非金属元素,如生铁为铁与碳的合金,故B不符合题意;合金的制备过程通常没有新物质生成,是物理变化,故C不符合题意;铁合金中含有铁,能够与盐酸等反应生成盐和氢气,故D不符合题意。
A
3.下列有关钢的说法错误的是(　 　)
A.钢和生铁均属于合金
B.与生铁相比,钢的含碳量更高
C.不锈钢的合金元素主要是Ni和Cr
D.稀土元素可增加钢的韧性与耐热性
解析:钢和生铁均为铁与碳的混合物,均属于合金,A正确;钢的含碳量为0.03%~2%,生铁的含碳量一般为2%~4.3%,生铁含碳量更高,B错误;不锈钢的主要成分是铁,还含有碳、铬和镍等元素,C正确;在钢中加入稀土元素,可以增加钢的塑性、韧性、耐磨性、耐热性和抗氧化性等,D正确。
B
二
知识点二　铝、铝合金
与新型合金
1.铝和铝合金
(1)铝是地壳中含量最多的金属元素。
(2)常温下,铝能与空气中的氧气发生反应,表面生成一层致密的______薄膜,对内部金属起着保护作用。
(3)铝合金是目前用途广泛的合金之一,如硬铝(含Cu、Mg、Mn、Si)的密度小、强度高,具有较强的抗腐蚀能力,是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
氧化铝
2.铝与氧化铝的性质
(1)铝、氧化铝与稀盐酸反应
实验 操作
实验 现象 刚开始没有气泡,一段时间后,铝片逐渐溶解,有________冒出,将点燃的木条放在试管口有____声
实验结论 铝表面的______和铝均能与盐酸发生反应
化学方程式 _______________________________、_________________________
无色气泡
爆鸣
保护膜
Al2O3+6HCl 2AlCl3+3H2O
2Al+6HCl 2AlCl3+3H2↑
(2)铝、氧化铝与NaOH溶液反应
实验 操作
实验 现象 开始没有气泡,一段时间后,铝片逐渐溶解,有________冒出,将点燃的木条放在试管口有____声 立即有________冒出,铝片逐渐溶解,将点燃的木条放在试管口有____声
无色气泡
爆鸣
无色气泡
爆鸣
实验 结论 铝、氧化铝均能与NaOH溶液反应
化学方 程式 ________________________________________________、___________________________________________
2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑
Al2O3+2NaOH+3H2O 2Na[Al(OH)4]
(3)两性氧化物
既能与__反应生成一种盐和水,又能与__反应生成一种盐和水的氧化物。如Al2O3等,其与强酸、强碱反应的离子方程式为Al2O3+6H+ 2Al3++ 3H2O,Al2O3+2OH-+3H2O 2[Al(OH)4]-。
酸
碱
3.新型合金
分解
形成
快
管道疏通剂又称管道疏通颗粒,主要是针对厨卫管道内的堵塞疏通。管道疏通剂大致分为两类,一类是固体,主要成分是苛性钠、铝粉;另一类是液体,物理形态是凝胶,主要成分是表面活性剂。
问题探究
(1)固体管道疏通剂的主要成分是苛性钠、铝粉,写出使用时发生反应的离子方程式。
提示:2Al+2OH-+6H2O 2[Al(OH)4]-+3H2↑
(2)甲、乙两烧杯中各盛有等体积等物质的量浓度的盐酸和NaOH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V(甲)︰V(乙)=1︰2,则盐酸和NaOH溶液哪一个完全反应 并说明原因。
提示:盐酸。由2Al+6HCl 2AlCl3+3H2↑;2Al+2NaOH+6H2O
2Na[Al(OH)4]+3H2↑,可知当Al完全反应,产生H2的体积比是1︰1,当参加反应的HCl和NaOH的物质的量一样多时,产生H2的体积比是1︰3,而题设条件体积比为1︰2,说明此题对加入的等质量铝粉而言,盐酸不足,NaOH过量。
归纳提升
铝与盐酸、NaOH溶液反应的定量关系
2Al+6H+ 2Al3++3H2↑
2Al+2OH-+6H2O 2[Al(OH)4]-+3H2↑
(1)等量的铝分别与足量的盐酸和NaOH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NaOH溶液反应,还原剂都是铝,还原产物都是氢气,故产生氢气的体积比为VHCl(H2)︰VNaOH(H2)=1︰1。
(3)足量的铝分别与等物质的量的盐酸和NaOH溶液反应,产生氢气的体积比为VHCl(H2)︰VNaOH(H2)=1︰3。
(4)一定量的铝分别与一定量的盐酸和NaOH溶液反应,若产生氢气的体积比为1︰3D
1.下列关于新型合金材料的说法不正确的是(　 　)
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
解析:镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物,是目前解决氢气的储存和运输问题的材料,故A正确;钛合金与人体有很好的相容性,且性质稳定,抗腐蚀性强,可作人造骨骼,故B正确。
2.辽宁省是中国铝矿分布最多的省份之一,辽宁铝矿主要属于铝土矿,含有高比例的氧化铝,是中国铝产业的重要支撑。下列说法错误的是(　 　)
A.氧化铝属于两性氧化物
B.镁铝合金硬度高于纯铝
C.氧化铝熔点高,可用作耐火材料
D.炼铝过程中,铝元素被氧化
解析:氧化铝既能与酸反应生成盐和水,又能与碱反应生成盐和水,属于两性氧化物,A正确;合金的硬度通常高于其纯金属,镁铝合金的硬度高于纯铝,B正确;氧化铝熔点高,化学性质稳定,常用作耐火材料(如耐火砖、坩埚等),C正确;炼铝过程中铝元素化合价降低被还原,而非被氧化,D错误。
D
3.有a g、b g两份铝粉,分别置于足量的NaOH溶液和盐酸中,在相同条件下,收集到H2的体积相同。下列有关叙述一定正确的是(　 　)
A.a=b
B.a>b
C.c(NaOH)=c(HCl)
D.消耗的n(NaOH)与消耗的n(HCl)相等
A
解析:铝与酸、碱反应的化学方程式:2Al+6HCl 2AlCl3+ 3H2↑, 2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑,相同条件下收集的氢气体积相同,转移电子数相等,消耗的Al质量相等,即a=b,A正确,B错误;消耗的酸、碱的物质的量不等,因为溶液体积未知,无法判断物质的量浓度是否相等,C错误;根据化学方程式分析可知,消耗的n(HCl)>n(NaOH),D错误。
三
即时演练
A
1.合金的应用促进了人类社会的发展。下列物质的主要材料不属于合金的是(　 　)
A.石墨烯柔性显示屏 B.青铜印章 C.生铁水井盖 D.不锈钢锅
解析:A项,石墨烯柔性显示屏的主要材料是石墨烯,石墨烯是碳的单质,不属于合金;B项,青铜是铜锡合金,属于合金材料;C项,生铁水井盖是由生铁铸造的,属于合金;D项,不锈钢是铁、铬、镍等组成的合金,属于合金。
A
2.化学与社会、生活、科技密切相关。下列说法正确的是(　 　)
A.Ti Fe合金室温下能吸收氢气形成金属氢化物,可作储氢材料
B.钠、钾化学性质活泼,故钠钾合金可作核反应堆的传热介质
C.生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金,生铁的含碳量比钢的含碳量低
D.铝制品表面的氧化膜可以起到保护作用,因此铝制餐具可以用来存放酸性或碱性食物
解析:TiFe合金能大量吸收H2形成金属氢化物,将这些金属氢化物加热,它们又会分解,将储存在其中的氢释放出来,可作储氢材料,A正确;钠钾合金用作核反应堆传热介质是因为其低熔点、高导热性等物理性质,而非化学性质活泼,B错误;生铁的含碳量(一般为2%~4.3%)高于钢(0.03%~2%),C错误;铝的氧化膜(Al2O3)是两性氧化物,会与酸或碱反应而被破坏,因此铝制餐具不能存放酸性或碱性食物,D错误。
D
3.下列实验对应的现象不合理的是 (　 　)
A.发出耀眼白光
B.一段时间后有气泡冒出
C.有银白色固体析出
D.一段时间后有气体生成
解析:铝片在氧气中燃烧,会发出耀眼白光,同时生成白色固体氧化铝,A正确;未打磨的铝片表面有氧化铝薄膜,氧化铝会与NaOH溶液反应(无气体),待氧化铝反应完后,铝与NaOH溶液反应生成氢气,因此一段时间后有气泡冒出,B正确;铜的金属活动性比银强,铜能与AgNO3溶液发生置换反应,生成银白色的银单质,会观察到有银白色固体析出,C正确;金属钠与Al2(SO4)3溶液中的水反应立即生成NaOH和氢气,同时NaOH会与Al3+反应生成Al(OH)3沉淀,因此,现象应为立即产生气体和白色沉淀,D错误。
4.金属材料对于促进生产发展、改善人类生活发挥了巨大作用,回答相关问题。
(1)合金是被广泛应用的金属材料,下列说法错误的是____(填字母)。
A.在我国使用最早的合金是青铜
B.稀土金属可用于生产合金
C.合金的熔点一定比各成分金属的高
D.合金硬度小,用纯铝制造飞机外壳
解析:在我国使用最早的合金是青铜,A正确;稀土金属能提高合金的性能,可用于生产合金,B正确;合金的熔点大多数比各成分金属的低,但汞合金的熔点高于汞,C错误;合金硬度大,硬铝常用于制造飞机外壳而不是纯铝,D错误。
CD
(2)我国晋代《抱朴子》中描述了“以曾青涂铁,铁赤色如铜”,用单线桥法表示该反应电子转移的方向和数目。
解析: “以曾青涂铁,铁赤色如铜”是铁置换出铜的反应,用单线桥法表
示该反应为 。
答案:
(3)高温下可用铝粉和氧化铁通过置换反应生成的液态铁来焊接铁轨,其化学方程式为_______________________________,反应中还原剂是____(填化学式,下同),被还原的物质是______。
解析:高温下可用铝粉和氧化铁通过置换反应生成的液态铁来焊接铁轨,其化学方程式为2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe。该反应中Al失电子化合价升高,作还原剂;Fe2O3中Fe化合价降低得电子被还原为Fe。
2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe
Al
Fe2O3
(4)向充满CO2的铝质薄罐中加入足量的浓NaOH溶液,立即密封罐口,一会儿听到罐内发出“咔、咔”的响声,薄罐变瘪,再过一会儿薄罐又鼓胀起来。请用离子方程式解释薄罐鼓胀起来的原因:______________________ __________________。
解析:向充满CO2的铝质薄罐中加入足量的浓NaOH溶液,CO2与NaOH溶液反应气体减少导致薄罐变瘪;随后Al与NaOH反应产生的氢气使薄罐又鼓胀起来,反应的离子方程式为2Al+2OH-+6H2O 2[Al(OH)4]-+3H2↑。
2Al+2OH-+6H2O 2[Al(OH)4]-+3H2↑
四
课时作业18
D
(选择题1~12题,每题3分,13~14题,每题12分)
1.材料的应用促进了人类社会的发展。下列材料不属于合金的是(　 　)
A.曾侯乙编钟用的青铜
B.飞机外壳用的硬铝
C.地铁列车的车体用的不锈钢
D.大理石质浮雕
解析:A项,青铜是铜与锡的合金,属于合金材料;B项,硬铝是铝与铜、镁等元素的合金,属于合金材料;C项,不锈钢是铁与铬、镍等元素的合金,属于合金材料;D项,大理石质浮雕主要成分为CaCO3,属于非金属材料,不属于合金。
A
2.下列有关物质用途的说法中,不正确的是(　 　)
A.铝制餐具适合于蒸煮和存放碱性食物
B.纯铝的硬度和强度较小,不适合制造机器零部件
C.TiFe合金和LaNi合金可用作储氢材料
D.铝合金是用来制造飞机和宇宙飞船的理想材料
解析:铝在碱性条件下会发生反应,生成Na[Al(OH)4]和氢气,因此铝制餐具不适合蒸煮和存放碱性食物,A错误;纯铝硬度低、强度差,无法满足机器零部件对材料性能的要求,B正确;TiFe合金和LaNi合金因能可逆吸收或释放氢气,被广泛用作储氢材料,C正确;铝合金具有密度小、耐腐蚀等特性,是制造飞机和航天器的理想材料,D正确。
3.储氢合金是一种新型合金。下列关于储氢合金的说法错误的是 (　 　)
A.储氢合金是一类能够大量吸收氢气,并与氢气结合成金属氢化物的新型合金材料
B.储氢合金具有储氢量大、能耗低、使用方便的特点
C.储氢合金具有很强的捕捉氢的能力,氢分子在合金中先分解成单个的原子,氢原子进入合金原子的缝隙中,并与合金生成金属氢化物
D.储氢合金形成的金属氢化物性质稳定,高温条件下也不易分解
解析:储氢合金形成的金属氢化物既容易形成,加热又容易分解,室温下吸、放氢的速率快,故D错误。
D
B
4.化学与科技、社会、生产有着重要联系,下列说法正确的是(　 　)
A.生铁和钢是两种铁碳合金,生铁的抗压性能和机械性能更好,适合锻轧和铸造
B.我国研制的某种超级钢具有优异的强度和延展性,应用时能够实现钢板的轻薄化
C.不锈钢是一种合金钢,不含碳元素,不易生锈
D.不锈钢的主要元素是铬和镍,可用于生产餐具、医疗器材等
解析:生铁和钢都是铁碳合金,生铁含碳量高,硬而脆,抗压强度可能较高,但整体机械性能(如韧性、延展性)不如钢,生铁适合铸造,不适合锻轧,钢机械性能更好,适合锻轧,A错误;不锈钢含碳元素,C错误;不锈钢中含铁、铬、镍等元素,主要元素是铁,因其具有良好的耐腐蚀性,可用于生产餐具、医疗器材等,D错误。
5.下列有关Al2O3的说法错误的是 (　 　)
A.Al2O3不溶于水,不与水反应,所以它不是Al(OH)3对应的氧化物
B.铝能在空气中稳定存在是因为其表面覆盖着一层氧化铝保护膜,能防止内部金属被氧化
C.Al2O3是一种高熔点物质,是一种较好的耐火材料
D.Al2O3是一种两性氧化物,既能与强酸反应,也能与强碱反应
A
解析:Al2O3虽然不溶于水,但是2Al(OH)3 Al2O3+3H2O,Al2O3和Al(OH)3中Al的化合价相同,所以Al2O3是Al(OH)3对应的氧化物,A错误;铝能在空气中稳定存在是因为其表面覆盖着一层氧化铝保护膜,氧化膜比较致密,能防止内部金属被氧化,B正确;Al2O3熔点高达2 000 ℃以上,是一种高熔点物质,可以作较好的耐火材料,C正确;Al2O3属于两性氧化物,既能与强酸反应,也能与强碱反应,D正确。
D
6.下列有关Al与NaOH溶液反应的说法正确的是(　 　)
A.Al是还原剂,NaOH及H2O均是氧化剂
B.还原产物是H2,且由H2O还原所得的H2与NaOH还原所得的H2物质的量之比为2︰1
C.反应中1 mol Al失去 mol电子
D.此反应中,只有水是氧化剂,NaOH既不是氧化剂也不是还原剂
解析:铝与NaOH溶液发生反应的实质为2Al+6H2O 2Al(OH)3+3H2↑、
NaOH+Al(OH)3 Na[Al(OH)4],分析化合价,Al的化合价升高,Al作还原剂,H2O作氧化剂,NaOH既不是氧化剂也不是还原剂,A错误,D正确;根据铝与NaOH溶液反应实质,NaOH既不是氧化剂也不是还原剂,氢气中的氢元素只来自H2O,B错误;反应中Al的化合价由0价→+3价,因此1 mol Al参与反应失去3 mol电子,C错误。
7.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.Mg(Al):NaOH溶液
C.NaHCO3(Na2CO3):澄清石灰水
D.FeCl3(FeCl2):Cl2
解析:Al2O3是两性氧化物,NaOH溶液和Al2O3反应得到可溶的Na[Al(OH)4],过滤可以除去杂质,A正确;Al与NaOH溶液反应而Mg不与NaOH溶液反应,可以除去杂质,B正确;Na2CO3和NaHCO3都会和澄清石灰水反应,不能用澄清石灰水除NaHCO3中的Na2CO3杂质,C错误;Cl2和FeCl2反应生成FeCl3,可以除去杂质,D正确。
C
8.工业上以某种氧化铝矿石(含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下:
下列说法正确的是(　 　)
A.试剂X既可以是强酸,也可以是强碱
B.CO2可以用稀硫酸或稀盐酸代替
C.反应Ⅱ的离子方程式为[Al(OH)4]-+CO2 Al(OH)3↓+HC
D.工业上还可采用Fe还原Al2O3的方法制Al,成本更低
C
解析:Al2O3与过量的NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4],Fe2O3不反应,过滤后向溶液中通入过量CO2,生成Al(OH)3沉淀和NaHCO3,Al(OH)3加热分解产生Al2O3,电解生成Al。Fe2O3和Al2O3均可以与酸反应,因此试剂X不可以是强酸,A错误;过量的稀硫酸或稀盐酸会使得Al(OH)3沉淀溶解,故不能用稀硫酸或稀盐酸代替CO2,B错误;反应Ⅱ通入过量的CO2,生成Al(OH)3沉淀和NaHCO3,离子方程式为[Al(OH)4]-+CO2 Al(OH)3↓ +HC,C正确;Fe的金属性比Al弱,工业上不可采用Fe还原Al2O3的方法制Al,D错误。
9.兰尼镍是常用的金属催化剂,可大大提高氧化剂与氢气的反应速率,它的高化学活性源于镍的还原性和其特殊的多孔结构。已知相同条件下Ni的还原性与Fe相当,制备工艺如图所示。下列推断正确的是 (　 　)
A.Ar可用空气代替
B.“浸出”时发生的反应为2Al+4NaOH 2Na[Al(OH)4]+3H2↑
C.用铝与镍制成合金后再用NaOH溶液将铝溶解,目的是使镍具有更大的表面积
D.兰尼镍的保存和普通镍一样,因为常温下都不易与空气反应
C
解析:由于镍与铝高温条件下均能与空气反应,故Ar不可用空气代替,A错误;镍铝合金加入NaOH溶液,铝反应生成Na[Al(OH)4]和氢气:2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑,B错误;用铝与镍制成合金后,再用NaOH溶液将铝溶解,目的是得到具有多孔结构和更大表面积的镍,C正确;兰尼镍可大大提高氧化剂与氢气的反应速率,它的高化学活性源于镍的还原性和其特殊的多孔结构,而普通镍的还原性与铁相当,易被空气中的氧气氧化,故兰尼镍的保存和普通镍不同,D错误。
10.液体铝钠合金可用于核反应堆的载热介质,下列说法不正确的是(　 　)
A.自然界中没有游离的钠和铝
B.若铝钠合金投入水中无固体剩余,则二者的物质的量:n(Al)≤n(Na)
C.铝钠合金投入CuCl2溶液中,有Cu(OH)2沉淀,也可能有铜析出
D.相同质量不同组成的铝钠合金投入足量盐酸中,若放出的H2越多,则铝的质量分数越小
D
解析:钠和铝均为活泼金属,在自然界中均以化合态存在,没有游离态,A正确;铝钠合金投入水中,钠先与水反应:2Na+2H2O 2NaOH+H2↑,铝再与反应生成的NaOH反应:2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑,
无固体剩余要求铝完全反应,则根据方程式分析可知需n(Al)≤n(Na),B正确;铝钠合金投入CuCl2溶液中,钠与水反应生成NaOH,NaOH与Cu2+反应生成Cu(OH)2沉淀,若铝过量或反应条件允许,铝可能直接还原Cu2+析出铜,故可能有铜析出,C正确;由反应:2Na+2HCl 2NaCl+H2↑,得1 mol
Na(质量为23 g)生成0.5 mol H2,由反应:2Al+6HCl 2AlCl3+3H2↑,得
1 mol Al(质量为27 g)生成1.5 mol H2,由此可知相同质量的Al和Na,Al生成的H2更多,因此,相同质量不同组成的铝钠合金中,铝的质量分数越大,与足量盐酸反应放出的H2越多,D错误。
11.甲、乙两个烧杯中分别盛有100 mL 4.0 mol·L-1的盐酸和100 mL 4.0 mol·L-1 NaOH溶液,向两个烧杯中均加入5.4 g铝粉,在相同状况下产生气体的体积比为(　 　)
A.1︰1 B.2︰3
C.3︰2 D.3︰1
B
解析:甲、乙两烧杯中含HCl、NaOH的物质的量都为0.4 mol,根据化学方程式:2Al+6HCl 2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]
+3H2↑可知,5.4 g(即0.2 mol)Al分别与HCl和NaOH溶液反应时,HCl量不足而NaOH过量,故Al与盐酸反应生成0.2 mol H2,与NaOH溶液反应生成0.3 mol H2,相同状况下其体积比为2︰3。
12.10.2 g某镁铝合金完全溶于稀硫酸中,生成氢气的体积为11.2 L(标准状况下)。设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法错误的是(　 　)
A.合金中镁与铝的物质的量之比为1︰1
B.10.2 g镁铝合金完全溶于稀硫酸时,转移电子数为1.0NA
C.再取等质量的该合金溶于足量NaOH溶液中,生成氢气的体积为4.48 L(标准状况下)
D.该合金中铝的质量分数约为52.9%
C
解析:镁与铝均能与稀硫酸反应生成氢气,反应方程式为Mg+H2SO4
MgSO4+H2↑, 2Al+3H2SO4 Al2(SO4)3+3H2↑,设镁的物质的量为x,铝的物质的量为y,质量关系:24 g·mol-1×x+27 g·mol-1×y=10.2 g,生成氢气的物质的量:=0.5 mol,氢气的物质的量关系:x+y=0.5 mol,联立解得x=0.2 mol,y=0.2 mol,物质的量之比为1︰1,A不符合题意;生成0.5 mol氢气,H元素由+1价降低为0价,共转移1 mol电子,即转移电子数为1.0NA,B不符合题意;等质量的该合金溶于足量NaOH溶液中时,仅铝能与NaOH溶液反应,化学方程式为2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4] +3H2↑,生成氢气的物质的量为×0.2 mol=0.3 mol,标准状况下体积为0.3
mol×22.4 L·mol-1=6.72 L,而非4.48 L,C符合题意;铝的质量为0.2 mol×27 g·mol-1=5.4 g,质量分数为×100%≈52.9%,D不符合题意。
13.(12分)用铁、铝的混合物进行如下实验。
(1)气体A的名称是____。
(2)过滤用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和____。
(3)溶液B中溶质的化学式为________________。
(4)固体C与稀硫酸反应的离子方程式为______________________。
氢气
漏斗
Na[Al(OH)4]
Fe+2H+ Fe2++H2↑
解析:将Fe和Al的混合物加入足量NaOH溶液中,发生反应:2Al+2NaOH+ 6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑,而Fe不反应,过滤后得到的气体A为H2、溶液B为Na[Al(OH)4]溶液和固体C为未反应的Fe。Fe与稀硫酸的反应为Fe+H2SO4 FeSO4+H2↑,生成的气体A为H2和溶液D为FeSO4溶液,FeSO4溶液中通入足量氯气发生反应:2Fe2++Cl2 2Fe3++2Cl-,得到溶液E。
(5)取2 mL溶液D于试管中,然后滴入NaOH溶液,并放置一段时间,此过程中观察到的现象是_____________________________________________;此过程涉及的氧化还原反应的化学方程式为______________________ _______________。
解析:溶液D为FeSO4溶液,取2 mL于试管中,然后滴入NaOH溶液,会发生反应:Fe2++2OH- Fe(OH)2↓,但Fe(OH)2不稳定,易被空气中的氧气氧化为红褐色的Fe(OH)3,反应为4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3,故观察到的现象是先生成白色沉淀,迅速变为灰绿色,最后变为红褐色。
先生成白色沉淀,迅速变为灰绿色,最后变为红褐色
4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3
(6)溶液E中存在的金属离子为______(填离子符号),检验该金属离子的方法为____________________________________________________________ __________。
解析:检验Fe3+的方法为取少量溶液E于试管中,滴加KSCN溶液,若溶液变为红色,则说明含有Fe3+。
Fe3+
取少量溶液E于试管中,滴加KSCN溶液,若溶液变为红色,则说明含有Fe3+
14.(12分)明矾[化学式为KAl(SO4)2·12H2O]在造纸等方面应用广泛。工业上以废弃薄罐(主要成分为Al和Fe)为原料制备明矾的工艺流程如图所示。
已知:pH约为3.7时,铁元素在溶液中主要以Fe(OH)3形式存在。
回答下列问题。
(1)“酸溶”后溶液中主要的金属离子有__________、Fe3+。
解析:加入过量稀硫酸“酸溶”的目的是将铝、铁转化为Al2(SO4)3、FeSO4及Fe2(SO4)3,则“酸溶”后溶液中主要的金属离子有Al3+、Fe2+和Fe3+。
(2)加入H2O2的目的是____________________________________。
解析:H2O2将“酸溶”后溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,便于后续除去铁元素。
Fe2+、Al3+
将“酸溶”后溶液中的Fe2+氧化为Fe3+
(3)“调pH”约为3.7,滤渣②的主要成分是____________(填化学式)。
解析: “调pH”约为3.7的目的是除去铁元素,调pH后,溶液中的Fe3+会沉淀为Fe(OH)3,而Al3+仍留在溶液中,过滤后,滤渣②的主要成分是Fe(OH)3。
(4)“沉铝”中加入NaHCO3的目的是将Al3+转化为Al(OH)3沉淀的同时生成CO2气体,该反应的离子方程式为__________________________ __________。
解析: Al3+和HC反应生成Al(OH)3沉淀和CO2,离子方程式为Al3++
3HC Al(OH)3↓+3CO2↑。
Fe(OH)3
Al3++3HC
Al(OH)3↓
+3CO2↑
(5)“操作”包括蒸发浓缩、冷却结晶、____、洗涤、____,可得到明矾晶体。
解析:将溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,可得到明矾晶体。
过滤
干燥
(6)在绿色发展理念下,某工厂用a kg废弃薄罐(含Al 5.4%)制备KAl(SO4)2·12H2O[已知KAl(SO4)2·12H2O的相对分子质量为474],最终
得到产品的质量为b kg,则该产品的产率为______________(用分数表示)。
×100%
解析:根据题目可知,废弃薄罐中铝的质量为mAl=a×5.4% kg=0.054a kg=54a g,铝的物质的量为nAl= mol=2a mol,每摩尔KAl(SO4)2·12H2O含1摩尔Al,因此理论上明矾的物质的量为n明矾=2a mol,理论产量为m理论=n明矾×474 g/mol=2a×474 g=948a g,实际产量为b kg,因此产率=×100%。
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本课结束第二节　金属材料
第1课时　常见的合金及应用
1.宏观辨识与微观探析:结合实例认识常见合金,了解合金的概念并能联系纯金属与合金的微观结构解释二者性能的差异。2.科学探究与创新意识:通过实验探究铝和氧化铝的性质及转化,认识两性氧化物,体会实验对认识和研究物质性质的重要作用。3.科学态度与社会责任:能说明常见元素及其化合物的应用对社会发展的价值、对环境的影响。
知识点一　合金与铁合金
1.合金
概念 由两种或两种以上的纯金属(或金属和非金属)熔合而成的具有金属特性的物质
性能 硬度 硬度一般高于它的成分金属
熔点 熔点一般低于它的成分金属
与纯金属材料相比,合金具有许多优良的物理、化学或机械性能
2.铁合金
(1)生铁和钢
分类 含碳量 性能
生铁 一般为2%~4.3% 硬度大、抗压,性脆、可以铸造成型
钢 0.03%~2% 具有良好的延展性,机械性能好,可以锻轧和铸造
(2)用量最大、用途最广的合金——钢
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)生铁和钢中含量最多的成分都是铁。(　√　)
(2)已知铜的熔点为1 083 ℃,钠的沸点为882.9 ℃,铜与钠不能形成合金。 (　√　)
(3)钢的含碳量越低,韧性越好,硬度越低。 (　√　)
(4)不锈钢是最常见的合金钢,其化学性质稳定,遇盐酸不反应。 (　×　)
关于合金的理解
(1)合金是混合物,但不是其成分的简单混合,而是经高温熔合形成。
(2)并不是所有金属均可熔合形成合金,合金中各成分金属的熔点应相差不大。
(3)合金中一定含有金属元素,可能含有非金属元素,如生铁中含有铁、碳元素。
(4)一般来说,合金中各成分金属仍保持其原有的化学性质。
(5)常温下,大多数合金呈固态,但钠钾合金呈液态,常用作原子反应堆的导热剂。
1.合金的应用促进了人类社会的发展。下列物品的主要成分不属于合金的是 (　D　)
A.三星堆青铜面具 B.“蛟龙”号潜水器耐压外壳 C.双鱼纹铜镜 D.塑料管材
解析:青铜的主要成分为铜锡合金,A不符合题意;潜水器耐压外壳为钛合金,B不符合题意;双鱼纹铜镜由铜合金制成,C不符合题意;塑料属于有机物,不属于合金,D符合题意。
2.合金是一类用途广泛的金属材料,下列关于合金的说法正确的是(　A　)
A.铜铝合金的硬度比铜和铝的都大,熔点比铜和铝的都低
B.合金只能由两种或两种以上的金属组成
C.合金的制备过程发生的是化学变化
D.铁合金不能与酸反应
解析:合金是一种金属熔合其他金属或非金属形成的具有金属特性的混合物,合金中可以含有非金属元素,如生铁为铁与碳的合金,故B不符合题意;合金的制备过程通常没有新物质生成,是物理变化,故C不符合题意;铁合金中含有铁,能够与盐酸等反应生成盐和氢气,故D不符合题意。
3.下列有关钢的说法错误的是(　B　)
A.钢和生铁均属于合金
B.与生铁相比,钢的含碳量更高
C.不锈钢的合金元素主要是Ni和Cr
D.稀土元素可增加钢的韧性与耐热性
解析:钢和生铁均为铁与碳的混合物,均属于合金,A正确;钢的含碳量为0.03%~2%,生铁的含碳量一般为2%~4.3%,生铁含碳量更高,B错误;不锈钢的主要成分是铁,还含有碳、铬和镍等元素,C正确;在钢中加入稀土元素,可以增加钢的塑性、韧性、耐磨性、耐热性和抗氧化性等,D正确。
知识点二　铝、铝合金与新型合金
1.铝和铝合金
(1)铝是地壳中含量最多的金属元素。
(2)常温下,铝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,对内部金属起着保护作用。
(3)铝合金是目前用途广泛的合金之一,如硬铝(含Cu、Mg、Mn、Si)的密度小、强度高,具有较强的抗腐蚀能力,是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。
2.铝与氧化铝的性质
(1)铝、氧化铝与稀盐酸反应
实验 操作
实验 现象 刚开始没有气泡,一段时间后,铝片逐渐溶解,有无色气泡冒出,将点燃的木条放在试管口有爆鸣声
实验 结论 铝表面的保护膜和铝均能与盐酸发生反应
化学 方程式 Al2O3+6HCl2AlCl3+3H2O、2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑
(2)铝、氧化铝与NaOH溶液反应
实验 操作
实验 现象 开始没有气泡,一段时间后,铝片逐渐溶解,有无色气泡冒出,将点燃的木条放在试管口有爆鸣声 立即有无色气泡冒出,铝片逐渐溶解,将点燃的木条放在试管口有爆鸣声
实验 结论 铝、氧化铝均能与NaOH溶液反应
化学方 程式 2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑、Al2O3+2NaOH+3H2O2Na[Al(OH)4]
(3)两性氧化物
既能与酸反应生成一种盐和水,又能与碱反应生成一种盐和水的氧化物。如Al2O3等,其与强酸、强碱反应的离子方程式为Al2O3+6H+2Al3++3H2O,Al2O3+2OH-+3H2O2[Al(OH)4]-。
3.新型合金
管道疏通剂又称管道疏通颗粒,主要是针对厨卫管道内的堵塞疏通。管道疏通剂大致分为两类,一类是固体,主要成分是苛性钠、铝粉;另一类是液体,物理形态是凝胶,主要成分是表面活性剂。
(1)固体管道疏通剂的主要成分是苛性钠、铝粉,写出使用时发生反应的离子方程式。
提示:2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑
(2)甲、乙两烧杯中各盛有等体积等物质的量浓度的盐酸和NaOH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V(甲)︰V(乙)=1︰2,则盐酸和NaOH溶液哪一个完全反应 并说明原因。
提示:盐酸。由2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑;2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑,可知当Al完全反应,产生H2的体积比是1︰1,当参加反应的HCl和NaOH的物质的量一样多时,产生H2的体积比是1︰3,而题设条件体积比为1︰2,说明此题对加入的等质量铝粉而言,盐酸不足,NaOH过量。
铝与盐酸、NaOH溶液反应的定量关系
2Al+6H+2Al3++3H2↑
2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑
(1)等量的铝分别与足量的盐酸和NaOH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NaOH溶液反应,还原剂都是铝,还原产物都是氢气,故产生氢气的体积比为VHCl(H2)︰VNaOH(H2)=1︰1。
(3)足量的铝分别与等物质的量的盐酸和NaOH溶液反应,产生氢气的体积比为VHCl(H2)︰VNaOH(H2)=1︰3。
(4)一定量的铝分别与一定量的盐酸和NaOH溶液反应,若产生氢气的体积比为1︰31.下列关于新型合金材料的说法不正确的是(　D　)
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
解析:镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物,是目前解决氢气的储存和运输问题的材料,故A正确;钛合金与人体有很好的相容性,且性质稳定,抗腐蚀性强,可作人造骨骼,故B正确。
2.辽宁省是中国铝矿分布最多的省份之一,辽宁铝矿主要属于铝土矿,含有高比例的氧化铝,是中国铝产业的重要支撑。下列说法错误的是(　D　)
A.氧化铝属于两性氧化物
B.镁铝合金硬度高于纯铝
C.氧化铝熔点高,可用作耐火材料
D.炼铝过程中,铝元素被氧化
解析:氧化铝既能与酸反应生成盐和水,又能与碱反应生成盐和水,属于两性氧化物,A正确;合金的硬度通常高于其纯金属,镁铝合金的硬度高于纯铝,B正确;氧化铝熔点高,化学性质稳定,常用作耐火材料(如耐火砖、坩埚等),C正确;炼铝过程中铝元素化合价降低被还原,而非被氧化,D错误。
3.有a g、b g两份铝粉,分别置于足量的NaOH溶液和盐酸中,在相同条件下,收集到H2的体积相同。下列有关叙述一定正确的是(　A　)
A.a=b
B.a>b
C.c(NaOH)=c(HCl)
D.消耗的n(NaOH)与消耗的n(HCl)相等
解析:铝与酸、碱反应的化学方程式:2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑,相同条件下收集的氢气体积相同,转移电子数相等,消耗的Al质量相等,即a=b,A正确,B错误;消耗的酸、碱的物质的量不等,因为溶液体积未知,无法判断物质的量浓度是否相等,C错误;根据化学方程式分析可知,消耗的n(HCl)>n(NaOH),D错误。
1.合金的应用促进了人类社会的发展。下列物质的主要材料不属于合金的是 (　A　)
A.石墨烯柔性显示屏 B.青铜印章 C.生铁水井盖 D.不锈钢锅
解析:A项,石墨烯柔性显示屏的主要材料是石墨烯,石墨烯是碳的单质,不属于合金;B项,青铜是铜锡合金,属于合金材料;C项,生铁水井盖是由生铁铸造的,属于合金;D项,不锈钢是铁、铬、镍等组成的合金,属于合金。
2.化学与社会、生活、科技密切相关。下列说法正确的是(　A　)
A.Ti-Fe合金室温下能吸收氢气形成金属氢化物,可作储氢材料
B.钠、钾化学性质活泼,故钠钾合金可作核反应堆的传热介质
C.生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金,生铁的含碳量比钢的含碳量低
D.铝制品表面的氧化膜可以起到保护作用,因此铝制餐具可以用来存放酸性或碱性食物
解析:Ti-Fe合金能大量吸收H2形成金属氢化物,将这些金属氢化物加热,它们又会分解,将储存在其中的氢释放出来,可作储氢材料,A正确;钠钾合金用作核反应堆传热介质是因为其低熔点、高导热性等物理性质,而非化学性质活泼,B错误;生铁的含碳量(一般为2%~4.3%)高于钢(0.03%~2%),C错误;铝的氧化膜(Al2O3)是两性氧化物,会与酸或碱反应而被破坏,因此铝制餐具不能存放酸性或碱性食物,D错误。
3.下列实验对应的现象不合理的是 (　D　)
A.发出耀眼白光
B.一段时间后有气泡冒出
C.有银白色固体析出
D.一段时间后有气体生成
解析:铝片在氧气中燃烧,会发出耀眼白光,同时生成白色固体氧化铝,A正确;未打磨的铝片表面有氧化铝薄膜,氧化铝会与NaOH溶液反应(无气体),待氧化铝反应完后,铝与NaOH溶液反应生成氢气,因此一段时间后有气泡冒出,B正确;铜的金属活动性比银强,铜能与AgNO3溶液发生置换反应,生成银白色的银单质,会观察到有银白色固体析出,C正确;金属钠与Al2(SO4)3溶液中的水反应立即生成NaOH和氢气,同时NaOH会与Al3+反应生成Al(OH)3沉淀,因此,现象应为立即产生气体和白色沉淀,D错误。
4.金属材料对于促进生产发展、改善人类生活发挥了巨大作用,回答相关问题。
(1)合金是被广泛应用的金属材料,下列说法错误的是CD(填字母)。
A.在我国使用最早的合金是青铜
B.稀土金属可用于生产合金
C.合金的熔点一定比各成分金属的高
D.合金硬度小,用纯铝制造飞机外壳
(2)我国晋代《抱朴子》中描述了“以曾青涂铁,铁赤色如铜”,用单线桥法表示该反应电子转移的方向和数目。
答案:
(3)高温下可用铝粉和氧化铁通过置换反应生成的液态铁来焊接铁轨,其化学方程式为2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe,反应中还原剂是Al(填化学式,下同),被还原的物质是Fe2O3。
(4)向充满CO2的铝质薄罐中加入足量的浓NaOH溶液,立即密封罐口,一会儿听到罐内发出“咔、咔”的响声,薄罐变瘪,再过一会儿薄罐又鼓胀起来。请用离子方程式解释薄罐鼓胀起来的原因:2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑。
解析:(1)在我国使用最早的合金是青铜,A正确;稀土金属能提高合金的性能,可用于生产合金,B正确;合金的熔点大多数比各成分金属的低,但汞合金的熔点高于汞,C错误;合金硬度大,硬铝常用于制造飞机外壳而不是纯铝,D错误。(2)“以曾青涂铁,铁赤色如铜”是铁置换出铜的反应,用单线桥法表示该反应为。(3)高温下可用铝粉和氧化铁通过置换反应生成的液态铁来焊接铁轨,其化学方程式为2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe。该反应中Al失电子化合价升高,作还原剂;Fe2O3中Fe化合价降低得电子被还原为Fe。(4)向充满CO2的铝质薄罐中加入足量的浓NaOH溶液,CO2与NaOH溶液反应气体减少导致薄罐变瘪;随后Al与NaOH反应产生的氢气使薄罐又鼓胀起来,反应的离子方程式为2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑。
课时作业18
(总分:60分)
(选择题1~12题,每题3分,13~14题,每题12分)
1.材料的应用促进了人类社会的发展。下列材料不属于合金的是(　D　)
A.曾侯乙编钟用的青铜
B.飞机外壳用的硬铝
C.地铁列车的车体用的不锈钢
D.大理石质浮雕
解析:A项,青铜是铜与锡的合金,属于合金材料;B项,硬铝是铝与铜、镁等元素的合金,属于合金材料;C项,不锈钢是铁与铬、镍等元素的合金,属于合金材料;D项,大理石质浮雕主要成分为CaCO3,属于非金属材料,不属于合金。
2.下列有关物质用途的说法中,不正确的是(　A　)
A.铝制餐具适合于蒸煮和存放碱性食物
B.纯铝的硬度和强度较小,不适合制造机器零部件
C.Ti-Fe合金和La-Ni合金可用作储氢材料
D.铝合金是用来制造飞机和宇宙飞船的理想材料
解析:铝在碱性条件下会发生反应,生成Na[Al(OH)4]和氢气,因此铝制餐具不适合蒸煮和存放碱性食物,A错误;纯铝硬度低、强度差,无法满足机器零部件对材料性能的要求,B正确;Ti-Fe合金和La-Ni合金因能可逆吸收或释放氢气,被广泛用作储氢材料,C正确;铝合金具有密度小、耐腐蚀等特性,是制造飞机和航天器的理想材料,D正确。
3.储氢合金是一种新型合金。下列关于储氢合金的说法错误的是 (　D　)
A.储氢合金是一类能够大量吸收氢气,并与氢气结合成金属氢化物的新型合金材料
B.储氢合金具有储氢量大、能耗低、使用方便的特点
C.储氢合金具有很强的捕捉氢的能力,氢分子在合金中先分解成单个的原子,氢原子进入合金原子的缝隙中,并与合金生成金属氢化物
D.储氢合金形成的金属氢化物性质稳定,高温条件下也不易分解
解析:储氢合金形成的金属氢化物既容易形成,加热又容易分解,室温下吸、放氢的速率快,故D错误。
4.化学与科技、社会、生产有着重要联系,下列说法正确的是 (　B　)
A.生铁和钢是两种铁碳合金,生铁的抗压性能和机械性能更好,适合锻轧和铸造
B.我国研制的某种超级钢具有优异的强度和延展性,应用时能够实现钢板的轻薄化
C.不锈钢是一种合金钢,不含碳元素,不易生锈
D.不锈钢的主要元素是铬和镍,可用于生产餐具、医疗器材等
解析:生铁和钢都是铁碳合金,生铁含碳量高,硬而脆,抗压强度可能较高,但整体机械性能(如韧性、延展性)不如钢,生铁适合铸造,不适合锻轧,钢机械性能更好,适合锻轧,A错误;不锈钢含碳元素,C错误;不锈钢中含铁、铬、镍等元素,主要元素是铁,因其具有良好的耐腐蚀性,可用于生产餐具、医疗器材等,D错误。
5.下列有关Al2O3的说法错误的是 (　A　)
A.Al2O3不溶于水,不与水反应,所以它不是Al(OH)3对应的氧化物
B.铝能在空气中稳定存在是因为其表面覆盖着一层氧化铝保护膜,能防止内部金属被氧化
C.Al2O3是一种高熔点物质,是一种较好的耐火材料
D.Al2O3是一种两性氧化物,既能与强酸反应,也能与强碱反应
解析:Al2O3虽然不溶于水,但是2Al(OH)3Al2O3+3H2O,Al2O3和Al(OH)3中Al的化合价相同,所以Al2O3是Al(OH)3对应的氧化物,A错误;铝能在空气中稳定存在是因为其表面覆盖着一层氧化铝保护膜,氧化膜比较致密,能防止内部金属被氧化,B正确;Al2O3熔点高达2 000 ℃以上,是一种高熔点物质,可以作较好的耐火材料,C正确;Al2O3属于两性氧化物,既能与强酸反应,也能与强碱反应,D正确。
6.下列有关Al与NaOH溶液反应的说法正确的是(　D　)
A.Al是还原剂,NaOH及H2O均是氧化剂
B.还原产物是H2,且由H2O还原所得的H2与NaOH还原所得的H2物质的量之比为2︰1
C.反应中1 mol Al失去 mol电子
D.此反应中,只有水是氧化剂,NaOH既不是氧化剂也不是还原剂
解析:铝与NaOH溶液发生反应的实质为2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2↑、NaOH+Al(OH)3Na[Al(OH)4],分析化合价,Al的化合价升高,Al作还原剂,H2O作氧化剂,NaOH既不是氧化剂也不是还原剂,A错误,D正确;根据铝与NaOH溶液反应实质,NaOH既不是氧化剂也不是还原剂,氢气中的氢元素只来自H2O,B错误;反应中Al的化合价由0价→+3价,因此1 mol Al参与反应失去3 mol电子,C错误。
7.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) (　C　)
A.Fe2O3(Al2O3):NaOH溶液
B.Mg(Al):NaOH溶液
C.NaHCO3(Na2CO3):澄清石灰水
D.FeCl3(FeCl2):Cl2
解析:Al2O3是两性氧化物,NaOH溶液和Al2O3反应得到可溶的Na[Al(OH)4],过滤可以除去杂质,A正确;Al与NaOH溶液反应而Mg不与NaOH溶液反应,可以除去杂质,B正确;Na2CO3和NaHCO3都会和澄清石灰水反应,不能用澄清石灰水除NaHCO3中的Na2CO3杂质,C错误;Cl2和FeCl2反应生成FeCl3,可以除去杂质,D正确。
8.工业上以某种氧化铝矿石(含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下:
下列说法正确的是 (　C　)
A.试剂X既可以是强酸,也可以是强碱
B.CO2可以用稀硫酸或稀盐酸代替
C.反应Ⅱ的离子方程式为[Al(OH)4]-+CO2Al(OH)3↓+HC
D.工业上还可采用Fe还原Al2O3的方法制Al,成本更低
解析:Al2O3与过量的NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4],Fe2O3不反应,过滤后向溶液中通入过量CO2,生成Al(OH)3沉淀和NaHCO3,Al(OH)3加热分解产生Al2O3,电解生成Al。Fe2O3和Al2O3均可以与酸反应,因此试剂X不可以是强酸,A错误;过量的稀硫酸或稀盐酸会使得Al(OH)3沉淀溶解,故不能用稀硫酸或稀盐酸代替CO2,B错误;反应Ⅱ通入过量的CO2,生成Al(OH)3沉淀和NaHCO3,离子方程式为[Al(OH)4]-+CO2 Al(OH)3↓+HC,C正确;Fe的金属性比Al弱,工业上不可采用Fe还原Al2O3的方法制Al,D错误。
9.兰尼镍是常用的金属催化剂,可大大提高氧化剂与氢气的反应速率,它的高化学活性源于镍的还原性和其特殊的多孔结构。已知相同条件下Ni的还原性与Fe相当,制备工艺如图所示。下列推断正确的是 (　C　)
A.Ar可用空气代替
B.“浸出”时发生的反应为2Al+4NaOH2Na[Al(OH)4]+3H2↑
C.用铝与镍制成合金后再用NaOH溶液将铝溶解,目的是使镍具有更大的表面积
D.兰尼镍的保存和普通镍一样,因为常温下都不易与空气反应
解析:由于镍与铝高温条件下均能与空气反应,故Ar不可用空气代替,A错误;镍铝合金加入NaOH溶液,铝反应生成Na[Al(OH)4]和氢气:2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑,B错误;用铝与镍制成合金后,再用NaOH溶液将铝溶解,目的是得到具有多孔结构和更大表面积的镍,C正确;兰尼镍可大大提高氧化剂与氢气的反应速率,它的高化学活性源于镍的还原性和其特殊的多孔结构,而普通镍的还原性与铁相当,易被空气中的氧气氧化,故兰尼镍的保存和普通镍不同,D错误。
10.液体铝钠合金可用于核反应堆的载热介质,下列说法不正确的是(　D　)
A.自然界中没有游离的钠和铝
B.若铝钠合金投入水中无固体剩余,则二者的物质的量:n(Al)≤n(Na)
C.铝钠合金投入CuCl2溶液中,有Cu(OH)2沉淀,也可能有铜析出
D.相同质量不同组成的铝钠合金投入足量盐酸中,若放出的H2越多,则铝的质量分数越小
解析:钠和铝均为活泼金属,在自然界中均以化合态存在,没有游离态,A正确;铝钠合金投入水中,钠先与水反应:2Na+2H2O2NaOH+H2↑,铝再与反应生成的NaOH反应:2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑,无固体剩余要求铝完全反应,则根据方程式分析可知需n(Al)≤n(Na),B正确;铝钠合金投入CuCl2溶液中,钠与水反应生成NaOH,NaOH与Cu2+反应生成Cu(OH)2沉淀,若铝过量或反应条件允许,铝可能直接还原Cu2+析出铜,故可能有铜析出,C正确;由反应:2Na+2HCl2NaCl+H2↑,得1 mol Na(质量为23 g)生成0.5 mol H2,由反应:2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑,得1 mol Al(质量为27 g)生成1.5 mol H2,由此可知相同质量的Al和Na,Al生成的H2更多,因此,相同质量不同组成的铝钠合金中,铝的质量分数越大,与足量盐酸反应放出的H2越多,D错误。
11.甲、乙两个烧杯中分别盛有100 mL 4.0 mol·L-1的盐酸和100 mL 4.0 mol·L-1 NaOH溶液,向两个烧杯中均加入5.4 g铝粉,在相同状况下产生气体的体积比为 (　B　)
A.1︰1 B.2︰3
C.3︰2 D.3︰1
解析:甲、乙两烧杯中含HCl、NaOH的物质的量都为0.4 mol,根据化学方程式:2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑可知,5.4 g(即0.2 mol)Al分别与HCl和NaOH溶液反应时,HCl量不足而NaOH过量,故Al与盐酸反应生成0.2 mol H2,与NaOH溶液反应生成0.3 mol H2,相同状况下其体积比为2︰3。
12.10.2 g某镁铝合金完全溶于稀硫酸中,生成氢气的体积为11.2 L(标准状况下)。设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法错误的是 (　C　)
A.合金中镁与铝的物质的量之比为1︰1
B.10.2 g镁铝合金完全溶于稀硫酸时,转移电子数为1.0NA
C.再取等质量的该合金溶于足量NaOH溶液中,生成氢气的体积为4.48 L(标准状况下)
D.该合金中铝的质量分数约为52.9%
解析:镁与铝均能与稀硫酸反应生成氢气,反应方程式为Mg+H2SO4MgSO4+H2↑, 2Al+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2↑,设镁的物质的量为x,铝的物质的量为y,质量关系:24 g·mol-1×x+27 g·mol-1×y=10.2 g,生成氢气的物质的量:=0.5 mol,氢气的物质的量关系:x+y=0.5 mol,联立解得x=0.2 mol,y=0.2 mol,物质的量之比为1︰1,A不符合题意;生成0.5 mol氢气,H元素由+1价降低为0价,共转移1 mol电子,即转移电子数为1.0NA,B不符合题意;等质量的该合金溶于足量NaOH溶液中时,仅铝能与NaOH溶液反应,化学方程式为2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑,生成氢气的物质的量为×0.2 mol=0.3 mol,标准状况下体积为0.3 mol×22.4 L·mol-1=6.72 L,而非4.48 L,C符合题意;铝的质量为0.2 mol×27 g·mol-1=5.4 g,质量分数为×100%≈52.9%,D不符合题意。
13.(12分)用铁、铝的混合物进行如下实验。
(1)气体A的名称是氢气。
(2)过滤用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和漏斗。
(3)溶液B中溶质的化学式为Na[Al(OH)4]。
(4)固体C与稀硫酸反应的离子方程式为Fe+2H+Fe2++H2↑。
(5)取2 mL溶液D于试管中,然后滴入NaOH溶液,并放置一段时间,此过程中观察到的现象是先生成白色沉淀,迅速变为灰绿色,最后变为红褐色;此过程涉及的氧化还原反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3。
(6)溶液E中存在的金属离子为Fe3+(填离子符号),检验该金属离子的方法为取少量溶液E于试管中,滴加KSCN溶液,若溶液变为红色,则说明含有Fe3+。
解析:将Fe和Al的混合物加入足量NaOH溶液中,发生反应:2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑,而Fe不反应,过滤后得到的气体A为H2、溶液B为Na[Al(OH)4]溶液和固体C为未反应的Fe。Fe与稀硫酸的反应为Fe+H2SO4FeSO4+H2↑,生成的气体A为H2和溶液D为FeSO4溶液,FeSO4溶液中通入足量氯气发生反应:2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-,得到溶液E。(5)溶液D为FeSO4溶液,取2 mL于试管中,然后滴入NaOH溶液,会发生反应:Fe2++2OH-Fe(OH)2↓,但Fe(OH)2不稳定,易被空气中的氧气氧化为红褐色的Fe(OH)3,反应为4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,故观察到的现象是先生成白色沉淀,迅速变为灰绿色,最后变为红褐色。(6)检验Fe3+的方法为取少量溶液E于试管中,滴加KSCN溶液,若溶液变为红色,则说明含有Fe3+。
14.(12分)明矾[化学式为KAl(SO4)2·12H2O]在造纸等方面应用广泛。工业上以废弃薄罐(主要成分为Al和Fe)为原料制备明矾的工艺流程如图所示。
已知:pH约为3.7时,铁元素在溶液中主要以Fe(OH)3形式存在。
回答下列问题。
(1)“酸溶”后溶液中主要的金属离子有Fe2+、Al3+、Fe3+。
(2)加入H2O2的目的是将“酸溶”后溶液中的Fe2+氧化为Fe3+。
(3)“调pH”约为3.7,滤渣②的主要成分是Fe(OH)3(填化学式)。
(4)“沉铝”中加入NaHCO3的目的是将Al3+转化为Al(OH)3沉淀的同时生成CO2气体,该反应的离子方程式为Al3++3HCAl(OH)3↓+3CO2↑。
(5)“操作”包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,可得到明矾晶体。
(6)在绿色发展理念下,某工厂用a kg废弃薄罐(含Al 5.4%)制备KAl(SO4)2·12H2O[已知KAl(SO4)2·12H2O的相对分子质量为474],最终得到产品的质量为b kg,则该产品的产率为×100%(用分数表示)。
解析:(1)加入过量稀硫酸“酸溶”的目的是将铝、铁转化为Al2(SO4)3、FeSO4及Fe2(SO4)3,则“酸溶”后溶液中主要的金属离子有Al3+、Fe2+和Fe3+。(2)H2O2将“酸溶”后溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,便于后续除去铁元素。(3)“调pH”约为3.7的目的是除去铁元素,调pH后,溶液中的Fe3+会沉淀为Fe(OH)3,而Al3+仍留在溶液中,过滤后,滤渣②的主要成分是Fe(OH)3。(4)Al3+和HC反应生成Al(OH)3沉淀和CO2,离子方程式为Al3++3HCAl(OH)3↓+3CO2↑。(5)将溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,可得到明矾晶体。(6)根据题目可知,废弃薄罐中铝的质量为mAl=a×5.4% kg=0.054a kg=54a g,铝的物质的量为nAl= mol=2a mol,每摩尔KAl(SO4)2·12H2O含1摩尔Al,因此理论上明矾的物质的量为n明矾=2a mol,理论产量为m理论=n明矾×474 g/mol=2a×474 g=948a g,实际产量为b kg,因此产率=×100%。

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