資源簡介

(共38張PPT)
第二節
金屬材料
第2課時
鋁和鋁合金 新型合金
第三章
01
通過對可樂罐的解剖，在實驗探究中感受鋁的存在，認識鋁、氧化鋁的化學性質及其相互之間的轉化，認識兩性氧化物。
03
了解新型合金，感受化學科學對創造更多新材料以滿足人類生活需要和促進科技發展的重要作用，培養學生的社會責任意識。
02
通過可樂罐罐體、罐蓋性能差異的對比，認識合金元素種類和配比對性能的影響，拓展合金的用途，強化性能決定用途的觀念。
學 習 目 標
Al
教學重點
教學難點
性質決定用途的觀念
鋁、氧化鋁與堿的反應
Al
宏微結合，探本質
環節一
深度探究，散思維
環節三
實驗體驗，強認知
環節二
拓展應用，顯價值
環節四
教 學 環 節
環節一：宏微結合，探本質
外 層（涂料）
中 層（鋁）
內 層（環氧樹脂薄膜）
可樂罐罐體由幾層材料構成？
【展示】
環節一：宏微結合，探本質
【提問】
為什么可樂罐用鋁制不用鐵制？
鐵皮盒
鋁皮盒
鋁更輕，且不容易生銹
because
環節一：宏微結合，探本質
【提問】
鋁比鐵活潑，為什么鋁不容易生銹？
物質 Al Al2O3
熔點/℃ 660 2054
【回顧】
鋁片表面有一層致密的氧化物薄膜，阻止了鋁生銹。
4Al + 3O2 = 2Al2O3
環節一：宏微結合，探本質
【實驗】
設計實驗驗證：“加熱鋁箔”
實驗現象：
鋁箔軟化未滴落，有一層膜兜著熔化的鋁，用鑷子將膜撕開，觀察到鋁流出后又迅速被膜兜住。
實驗說明：
鋁表面氧化膜的存在以及可以快速的生長。
環節一：宏微結合，探本質
【展示】
掃描電鏡下Al2O3 和Fe2O3、Fe3O4的表面形態
氧化鋁是一層致密的氧化膜，氧氣很難穿過致密的氧化膜與鋁繼續反應；而氧化鐵疏松多孔，氧氣能夠穿過疏松的氧化膜繼續反應。
結構
性質
決定
環節一：宏微結合，探本質
【展示】
地殼中含量最高的金屬：鋁（Al）
制取鋁：
環節一：宏微結合，探本質
“馬路邊邊”串串店用的鋁鍋
鋁制導線
鋁箔食品包裝
鋁：銀白色輕金屬固體
熔點：660℃
沸點：2327℃
鋁液密度：2.303 g/cm
性能：延展性、導電性、導熱性
【活動】
總結物理性質
環節二：實驗體驗，強認知
【提問】
為什么可樂罐內層不是鋁直接跟可樂結合，而是需要加一層環氧樹脂薄膜呢？
猜測：鋁會溶解到可樂中
測得可樂的pH為2.4
環節二：實驗體驗，強認知
【實驗】
實驗操作：
往可樂罐底里加入5mL鹽酸，剛開始沒有反應，20秒后開始產生氣泡。
你能寫出過程中的方程式嗎？
實驗結論：
說明一開始是氧化鋁與酸反應，無明顯現象；而后才是鋁與鹽酸反應產生氣泡，這就是為什么在可樂罐內層加一層環氧樹脂薄膜的原因。
環節二：實驗體驗，強認知
你能寫出過程中的方程式嗎？
Al、Al2O3都能與NaOH反應生成偏鋁酸鈉（NaAlO2）。
【任務】
打磨用的砂紙是將剛玉磨料牢固地粘在基體上。
插播一句：
環節二：實驗體驗，強認知
Al2O3難溶于水的白色固體，無臭、無味、質極硬
熔點：2054℃
沸點：2980℃
【小結】
氧化鋁即為剛玉，自然界中紅寶石、藍寶石的主成份皆為氧化鋁。
紅寶石即紅剛玉，是鉻（主要為Cr O ）含量≥0.1%的剛玉，主要成分是氧化鋁（Al O ），一般呈紅色故得名。
藍寶石（Sapphire）是除紅寶石之外的剛玉寶石的通稱，主要成分是氧化鋁（Al O ）。藍寶石可以有粉紅、黃、綠、白等顏色，甚至在同一顆石有多種顏色，其中藍色的藍寶石是由于其中混有少量鈦（Ti）和鐵（Fe）雜質所致，
環節二：實驗體驗，強認知
兩性氧化物
既能與酸反應生成鹽和水，又能與堿反應生成鹽和水的氧化物，叫做兩性氧化物。
鋁制品應該如何保存？
【小結】
生活小妙招
環節二：實驗體驗，強認知
酸堿鹽都可以直接侵蝕鋁的保護膜，破壞鋁制品本身，所以鋁制品不可長期存放酸堿性溶液。
刷鋁制品的餐具也不能用鋼絲球，會將表面的氧化膜擦掉，短時間會看到光亮干凈，過一段時間又會變得灰蒙。
【講解】
環節三：深度探究，散思維
【提問】
視頻中NaOH溶解可樂罐體后，有黑色不溶物沉降在底部，這個黑色的
不溶物可能是什么呢？
分組討論設計方案探究：
環節三：深度探究，散思維
【實驗】
討論猜測：
可能是可樂罐中的其他金屬，如Fe，可設計實驗用酸將黑色不溶物溶解，
再用H2O2溶液、KSCN溶液檢驗。
實驗操作
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。
實驗現象
固體溶解，加入H2O2溶液、KSCN溶液后，溶液呈血紅色。
實驗結論
黑色罐體含有Fe，可樂罐是鋁合金。
反應原理
Fe+2H+=Fe2++H2↑ ; Fe2++H2O2+H+=Fe3++H2O ; Fe3++SCN-=Fe(SCN)3
環節三：深度探究，散思維
三種鋁合金
整個罐頭大約95.5%是鋁
罐體和罐底采用3004鋁合
罐蓋采用5182鋁合金
拉環采用5042鋁合金
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
合金元素的種類不同，配比不同，性能和用途就不同。
【講解】
環節三：深度探究，散思維
【提問】
為什么可樂罐用鋁合金，而不用不銹鋼呢？
常見包裝材料
塑料
紙
玻璃
易拉罐的可樂含氣比塑料瓶足，鋁比鋼沖拔性能好，也就是更方便做好罐子。并且質輕、無毒無味、延展性好、在大氣和水中化學性質穩定、有光澤、不易生銹。但酸堿鹽中不耐腐蝕，要涂料和鍍層才能做食品容器。
陶瓷
金屬
玻璃
環節三：深度探究，散思維
可樂的鋁合金可以做飛機外殼嗎？
【提問】
討論：
硬度不夠大，不能做飛機的外殼，除非改變合金元素的組成和配比來改變鋁合金的性能。
添加4%Cu、0.5%Mg、0.5%Mn、0.7%Si的鋁合金，稱為硬鋁，是制造飛機的理想材料。
偏鋁酸鈉（NaAlO2）？
白色結晶性粉末，極易溶于水，水溶液呈堿性
熔點：1650 C
密度：3.24g/cm3
NaAlO2+HCl+H2O=Al(OH)3↓+NaCl
Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O
【實驗探究】
1.與強酸（如鹽酸）反應。反應先生成白色沉淀，后沉淀消失
2.與弱酸（如CO2）反應生成Al(OH)3沉淀：
①CO2過量：AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-
②CO2少量：2AlO2-+CO2+3H2O=2Al(OH)3↓+CO32-
【延伸】
環節三：深度探究，散思維
環節三：深度探究，散思維
氫氧化鋁Al(OH)3
【延伸】
既能與酸反應生成鹽和水又能與強堿反應生成鹽和水，因此它是一種兩性氫氧化物。由于又顯一定的酸性，所以又可稱之為鋁酸（H3AlO3）。但實際與堿反應時生成的是四羥基合鋁酸鹽（[Al(OH)4]-）。因此通常把它視作一水合偏鋁酸（HAlO2·H2O）。
兩性氫氧化物
密度：2.40g/cm3
熔點：300℃
外觀：白色非晶形的粉末
Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2O
Al(OH)3＋OH－=AlO2－＋2H2O
強酸
強堿
不與弱酸弱堿反應
環節三：深度探究，散思維
【延伸】
Al(OH)3不穩定，受熱易分解
2Al(OH)3 Al2O3＋3H2O
Al2(SO4)3 + 6NH3·H2O = Al(OH)3↓ + 3(NH4)2SO4
Al鹽制得Al(OH)3
★
白色膠狀沉淀
明礬：KAl(SO4)2·12H2O，名為：（十二水合硫酸鋁鉀），無色晶體，可溶于水。常用作凈水劑，原因是能在水中生成Al(OH)3膠體,可以吸附懸浮在水中的雜質形成絮狀不溶物沉降下來。
Al鹽——明礬（油條，米粉、凈水）
★
KAl(SO4)2 K＋＋Al3＋＋2 SO42－
Al3＋＋3H2O Al(OH)3(膠體) + 3H＋
環節三：深度探究，散思維
【延伸】
環節四：拓展應用，顯價值
新型合金——1.儲氫合金
大量吸收H2，并與H2結合成金屬氫化物的材料，如Ti Fe合金、La- Ni合金等。
【展示】
環節四：拓展應用，顯價值
新型合金——1.儲氫合金
【展示】
環節四：拓展應用，顯價值
新型合金——2.鈦合金
【展示】
鈦合金：指的是多種用鈦與其他金屬制成的合金金屬。
強度高、耐蝕性好、耐熱性高
鈦合金主要用于制作飛機發動機壓氣機部件，其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件。醫用鈦合金可用作植入人體的植入物。
環節四：拓展應用，顯價值
新型合金——3.形狀記憶合金
【展示】
通過熱彈性與馬氏體相變及其逆變而具有形狀記憶效應的由兩種以上金屬元素所構成的材料。
迄今為止，人們發現具有形狀記憶效應的合金有50多種。 人造衛星上龐大的天線可以用記憶合金制作。發射人造衛星之前，將拋物面天線折疊起來裝進衛星體內，火箭升空把人造衛星送到預定軌道后，只需加溫，折疊的衛星天線因具有“記憶”功能而自然展開，恢復拋物面形狀。
環節四：拓展應用，顯價值
鋁型材表面處理
噴砂（啞光珍珠銀面）
拋光（形成鏡面）
拉絲（緞面效果）
電鍍（覆蓋一層其他金屬）
噴涂（覆蓋其他非金屬涂層）
【展示】
環節四：拓展應用，顯價值
稀土金屬
【展示】
又稱稀土元素，是元素周期表ⅢB族中鈧、釔、鑭系17種元素的總稱。稀土一般是以氧化物狀態分離出來，又很稀少，因而得名稀土。主要用于冶金、石油化工、玻璃陶瓷、熒光和電子材料等工業
環節四：拓展應用，顯價值
【總結】
環節四：拓展應用，顯價值
【總結】
環節四：拓展應用，顯價值
【練習】
1．化學與工業、生活密切相關，下列說法錯誤的是（ ）
A．水果罐頭中常加入維生素C作抗氧化劑
B．氯氣、臭氧、二氧化氯都可用于自來水的消毒
C．氯氣能使濕潤的有色布條褪色，因此氯氣有漂白性
D．高溫下鋁粉與氧化鐵的反應可用來焊接鋼軌
2．將一塊鋁箔用砂紙仔細打磨后，用坩堝鉗夾住放在酒精燈火焰上加熱至熔化，發現熔化的鋁并不燃燒，也不滴落，移去酒精燈，待固體冷卻后將其投入氫氧化鈉溶液，固體最終消失并有氣體生成。關于這一實驗的下列敘述正確的是（ ）
A．該實驗說明金屬鋁密度小、熔點低，化學性質穩定
B．加熱不燃燒說明鋁制品性質穩定，可長期存放各種物質
C．不滴落是因為Al表面生成了Al2O3，Al2O3熔點遠高于金屬鋁，可做耐火材料
D．Al和Al2O3都可以和酸反應，也可以和氫氧化鈉溶液反應，都具有兩性
C
氯氣能與水反應生成HClO，HClO具有強氧化性能漂白有色布條
C
鋁是活潑的金屬
加熱時鋁更易被氧化生成氧化鋁
Al和Al2O3都可以和酸反應，也可以和氫氧化鈉溶液反應，但只有Al2O3具有兩性，鋁的兩性為金屬性和非金屬性，不是酸性和堿性，所以說鋁不是兩性金屬
環節四：拓展應用，顯價值
【練習】
3．下列關于鎂、鋁單質的說法不正確的是（ ）
A．常溫下鎂、鋁遇濃硫酸均發生鈍化
B．等物質的量鎂、鋁與足量的稀硫酸反應，鋁生成氫氣多
C．可以用氫氧化鈉溶液除去鎂中的鋁單質
D．常溫下鋁能與空氣中的氧氣反應生成一層致密的氧化膜
4．某同學在實驗室處理鋁粉和氧化鐵粉末的混合物制備單質鐵和鋁，轉化關系如圖所示：
下列說法正確的是（ ）
A．試劑X可能為鹽酸 B．a、b、c都既能與酸反應又能與堿反應
C．b→c→Al的反應條件分別為加熱、電解 D．d→Fe過程一定為置換反應
C
A
常溫下鎂遇濃硫酸不發生鈍化
環節四：拓展應用，顯價值
【練習】
5．工業上用鋁土礦(主要成分為Al2O3，含Fe2O3雜質)為原料冶煉鋁的工藝流程如下：下列敘述正確的是（ ）
A．按上述流程，試劑X可以是氫氧化鈉溶液
B．反應①過濾后所得沉淀為氫氧化鐵
C．圖中所有的轉化反應都不是氧化還原反應
D．反應②的離子方程式為
A
環節四：拓展應用，顯價值
6．粉煤灰是火電廠的大宗固廢。以某電廠的粉煤灰為原料(主要含SiO2、Al2O3和CaO等)提鋁的工藝流程如下：
“浸渣”的主要成分除殘余Al2O3外，還有 。
實驗測得，3.0g粉煤灰(Al2O3的質量分數為30%)經浸出、干燥后得到3.0g“浸渣”(Al2O3的質量分數為8%)，Al2O3的浸出率為 。
SiO2和CaSO4
84%
5.0g粉煤灰Al2O3的質量為5.0g×30%=1.5g，3.0g“浸渣”Al2O3的質量為3.0g×8%=0.24g，則Al2O3的浸出率為
×100%=84%。
【練習】

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