考点08 金属材料 铝及其化合物（考点归纳）——2023年高中化学学业水平考试专项精讲+测试（人教版2019必修1+必修2）

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考点08  金属材料  铝及其化合物1．了解常见铁合金的种类、性能及其在生产、生活中的应用。2．掌握铝及其氧化物的性质，了解铝合金的性能及其在生产、生活中的应用。3．了解一些新型合金的应用。考点一　铁合金[来源:学科网ZXXK]1．合金(1)概念：由两种或两种以上的金属与金属(或非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。(2)性能特征：合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，在许多方面不同于各成分金属。①合金的硬度及机械性能一般大于成分金属。②合金的熔点多数低于成分金属。(3)影响性能的因素由于所添加合金元素的种类、含量和形成合金的条件不同，则使合金的组成结构不同，进而使合金具有的性能不同。2．铁合金(1)生铁和钢的比较 生铁钢含碳量2%～4.3%0.03%～2%性能特征硬度大、抗压、性脆、可铸造成型[来源:Zxxk.Com]有良好的延展性、机械性能好、可以锻轧和铸造主要应用制造机座、管道等制造机械和交通工具等(2)钢的分类其中不锈钢是一种重要的合金钢，合金元素主要是铬和镍，在大气中比较稳定，不易生锈，抗蚀能力强，常用于制造医疗器械、厨房用具和餐具，以及地铁列车的车体等。考点二　铝的存在、制备和性质1．铝的存在及制备(1)铝是地壳中含量最多的金属元素，主要是以化合态存在。(2)工业上主要从铝土矿中获取金属铝，铝土矿主要成分是Al2O3。工业制铝的反应为：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。2．铝的性质(1)铝与氧气的反应为4Al＋3O2===2Al2O3。铝的性质活泼，但是铝在空气中却能稳定存在，是因为铝和氧气反应生成的致密的氧化铝薄膜，可阻止内部金属继续与氧气接触反应。(2)铝与非氧化性强酸(如稀H2SO4)溶液反应的离子方程式为：2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。(3)常温下，铝遇浓硫酸、浓硝酸发生钝化现象。(4)铝与强碱溶液反应的化学方程式为：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。离子方程式为：2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑。(5)铝热反应(铝与氧化铁)的化学方程式：2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe，可用于焊接铁轨。考点三　重要的含铝化合物的性质1．.氧化铝氧化铝是两性氧化物(既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水)。(1)与盐酸溶液反应的化学方程式为：Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O。离子方程式为：Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O。(2)与NaOH溶液反应的化学方程式为：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O。离子方程式为：Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O。2．氢氧化铝Al(OH)3是两性氢氧化物。(1)与盐酸溶液反应的化学方程式为：Al(OH)3＋3HCl===AlCl3＋3H2O。离子方程式为：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。(2)与NaOH溶液反应的化学方程式为：Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O。离子方程式为：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。(3)受热分解的反应方程式为：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。(4)制备：实验室常用铝盐与足量氨水反应制Al(OH)3。其化学方程式为：Al2(SO4)3＋6NH3·H2O===2Al(OH)3↓＋3(NH4)2SO4。离子方程式为：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。3．明矾明矾是十二水合硫酸铝钾[KAl(SO4)2·12H2O]，明矾常用作净水剂，是因为明矾溶于水，在天然水中铝离子水解生成氢氧化铝胶体，离子方程式为Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H+。而氢氧化铝胶体具有吸附性，可以和水中的泥沙形成絮状不溶物沉降下来，使水澄清。考点四　铝合金1．形成：铝中加入其他元素(如铜、镁、硅、锰、锌及稀土元素等)经熔合形成铝合金。2．性能：密度小、强度高、塑性好、易于成型、具有较强的抗腐蚀能力等。3．应用：是制造炊具、门窗、飞机和宇宙飞船外壳的原料。【温馨提示】 (1)活泼金属与酸反应是金属的通性，而铝不仅能与酸(H＋)反应，还能够与碱溶液反应，表现出特殊性：2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑。(2)铝制品不宜长时间盛放咸菜等腌制食品，原因是氯化钠溶液中的氯离子会破坏氧化膜的结构。考点五　新型合金种类储氢合金钛合金耐热合金形状记忆合金应用用于以H2为燃料的汽车制造耐压球壳制造喷气式飞机发动机叶片制造航天器天线考向一  合金【例1】下列生活物品中所涉及的合金材料属于新型合金的是(    )选项ABCD物品下水井盖锅新能源汽车飞机材料生铁不锈钢储氢合金硬铝【解析】C【解析】A项，生铁是常见的铁合金，不属于新型合金，A错误；B项，不锈钢是常见的铁合金，不属于新型合金，B错误；C项，储氢合金是由两种特定金属构成的合金，属于新型合金，C正确；D项，硬铝是常见的铝合金，不属于新型合金，D错误；故选C。【例2】钢铁是铁和碳的合金的总称，其强度高、价格便宜、应用广泛。在以下关于不锈钢和普通钢的认识中，你认为正确的是(　　)A．它们的组成元素是相同的B．耐腐蚀的性能不同C．它们都属于钢，因此物理性质相同D．构成普通钢和不锈钢的主要元素都是铁，因此它们的化学性质相同【答案】B  【解析】不锈钢是在普通钢的基础上加入Cr、Ni等多种元素炼成的钢材，它具有在常温下、空气中不易生锈的特点，B项正确。【例3】青铜是人类最早使用的合金。下列关于合金的说法不正确的是(    )A．目前世界上使用量最大的合金是铝合金B．合金具有许多优良的物理、化学或机械性能C．稀土金属对改善合金的性能作用非常大D．储氢合金、钛合金、耐热合金和形状记忆合金能满足某些尖端技术的需要【答案】A【解析】A项，目前世界上使用量最大的合金是钢铁，不是铝合金，故A符合题意；B项，合金是指在一种金属中加热熔合其它金属或非金属而形成的具有金属特性的物质，合金的颜色比纯金属的颜色鲜艳，抗腐蚀能力更强，故合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，故B不符合题意；C项，稀土金属被称为“冶金工业的维生素”，在合金中加入稀土金属，使合金具有更优良的性能，对改善合金的性能作用非常大，故C不符合题意；D项，储氢合金是一种新型合金，一定条件下能吸收氢气，一定条件能放出氢气，循环寿命性能优异，并可被用于大型电池，尤其是电动车辆、混合动力电动车辆；钛合金、耐热合金和形状记忆合金主要应用于卫星、航空航天、生物工程和电子工业等，这些合金能满足某些尖端技术的需要，故D不符合题意；故选A。考向二  铝【例4】常温下，下列物质可以用铝制容器盛装的是(　　)A.氢氧化钠溶液       B.稀硫酸        C.浓盐酸    D.浓硝酸【答案】D　【解析】铝制容器表面有一层致密的氧化膜，能够阻止内部金属被腐蚀。但这层氧化膜能溶解在酸或强碱中，故这些物质不能用于铝制容器盛装。在常温下铝在浓硝酸或浓硫酸中发生钝化，所以可以用来盛装浓硝酸。【例5】Al在空气中能够稳定存在的原因是(    )A．Al的活泼性差 B．Al表面有致密的氧化膜C．Al与氧气不反应 D．Al的还原性差【答案】B【解析】A项，铝是一种比较活泼的金属，A错误；B项，铝能与空气中的氧气迅速反应，在表面形成一层致密的氧化物保护薄膜，这是铝在空气中能稳定存在的主要原因，B正确；C项，常温下，铝在空气中易与氧气反应生成氧化铝，C错误；D项，铝最外层有三个电子，易失电子，还原性很强，D错误；故选B。【例6】下列各组物质，不能按(“→”表示反应一步完成)关系转化的是(　　)选项abcAAl2O3NaAlO2Al(OH)3BAlCl3Al(OH)3NaAlO2CAlAl(OH)3Al2O3DMgCl2Mg(OH)2MgO【答案】C【解析】Al2O3与过量NaOH反应生成NaAlO2，NaAlO2与AlCl3反应生成Al(OH)3，Al(OH)3受热分解得Al2O3，A符合；AlCl3与少量NaOH反应生成Al(OH)3，Al(OH)3与NaOH反应生成NaAlO2，NaAlO2和过量盐酸反应生成AlCl3，B符合；Al不能一步生成Al(OH)3，C不符合；MgCl2与NaOH反应生成Mg(OH)2，Mg(OH)2受热分解得MgO，MgO和盐酸反应生成MgCl2，D符合。1．在生活、生产中，目前用量最大，用途最广的合金是(　　)A．钛合金    B．铜    C．钢    D．硬铝【答案】C【解析】钢是对含碳量质量百分比0.03%-2%之间的铁碳合金，是目前世界上用量最大的合金，故选C。2．下列所用材料不属于合金的是(　　)            A. 家用的铝窗            B. 建筑用的钢筋          C. 铸造用的黄铜          D. 温度计用的水银【答案】D  【解析】A项，家用的铝窗含有的元素有铝、铜、硅、镁、锌、锰等，所以是合金，故A不选；B项，钢筋中含有铁、碳等元素，所以建筑用的钢筋是合金，故B不选；C项，黄铜中含有铜和锌，所以铸造用的黄铜是合金，故C不选；D项，水银是单质，所以温度计用的水银不是合金，故D选；故选D。3．某种钢铁材料含碳为2.4%，这种材料是(   )A．生铁    B．特种钢    C．碳素钢    D．高碳钢【答案】A【解析】生铁的含碳量为2％～4.3％，这种含碳量为2.4％的钢铁材料是生铁。钢(不论是特种钢，还是普通钢)含碳量在0.03％～2％之间。故选A。4．常温下，将铝片投入浓H2SO4中，下列说法正确的是(    )A．铝被钝化 B．不发生反应 C．产生大量SO2 D．产生大量H2【答案】A【解析】浓硫酸具有强氧化性，与铝发生钝化反应，铝表面产生一层致密的氧化薄膜，阻碍反应的进行，故A正确。5．下列有关金属及其合金的说法正确的是(   )A．钢的含碳量比生铁高B．不锈钢是一种合金钢，只含金属元素C．常温下，铝不易与空气中的氧气反应，因此日常用的铝制品不需要特殊保护D．储氢材料镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物【答案】D【解析】A项，生铁的含碳量比钢高，A错误；B项，不锈钢是一种合金钢，不锈钢中含碳量较低，最大不超过1.2%，除含有金属元素外，还含有非金属元素，B错误；C项，铝为活泼金属，与氧气反应生成致密的氧化铝，保护内部铝不被腐蚀，日常生活中，不宜用钢丝球擦洗铝制品表面，C错误；D项，储氢材料是一种能可逆地吸收和释放氢气的材料，镧镍合金能大量吸收H2形成金属氧化物，D正确；故选D。6．下列有关铝及其化合物的性质说法，正确的是(    )A．Al2O3熔点高，可用作耐高温材料B．氧化铝坩埚可用于熔融NaOH实验C．铝在空气中不易被氧化，是因为其性质不活泼D．把氯化铝溶液滴入浓氢氧化钠溶液中，立即产生大量白色沉淀【答案】A【解析】A项，Al2O3熔点高，高温不易分解，可做耐高温材料，A正确；B项，氧化铝可以和氢氧化钠发生反应Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O，B错误；C项，铝在空气中易形成一层致密的氧化膜，阻止反应继续进行，不是铝的性质不活泼，C错误；D项，氯化铝溶液滴入浓氢氧化钠溶液中，一开始氢氧化钠过量，发生AlCl3＋4NaOH == NaAlO＋3NaCl＋2H2O，一开始不出现沉淀，D错误；故选A。7．下列关于铝的叙述中正确的是(　　)A．铝还原性强且亲氧性强，所以可通过铝热反应冶炼高熔点金属B．铝在空气中极易锈蚀，所以铝制品的使用时间很短C．铝能耐稀硫酸腐蚀，所以运送稀硫酸可用铝制槽车D．铝的导电性比铜、银更强，所以常用以制造电线、电缆【答案】A【解析】铝在空气中形成致密的氧化膜，保护内层铝不被氧化，B错；铝能被稀硫酸腐蚀，C错；铝的导电性不如铜、银，D错。8．下列离子方程式书写错误的是(　　)A．氯化铝溶液与少量NaOH溶液反应： Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓B．Al(OH)3溶于NaOH溶液中：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2OC．NaAlO2溶液中通入过量的CO2：2AlO＋CO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋COD．Al2O3粉末溶于NaOH溶液中：Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O【答案】C【解析】NaAlO2与过量CO2反应，应生成NaHCO3，C不正确。9．下列各组离子能在同一溶液里大量共存的是(　　)A．Na＋、Al3＋、Cl－、AlO        B．K＋、H＋、SO、AlOC．Na＋、Al3＋、NO、OH－           D．K＋、Na＋、AlO、CO【答案】D【解析】Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓，A不正确；H＋＋AlO＋H2O===Al(OH)3↓，B不正确；Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，C不正确。10．阅读材料，回答下列问题。材料：近年来，科技人员研究得到一种新型材料——泡沫铝。它是把发泡剂加到熔融或固体粉末的铝合金中而制成的，其优点是硬度高，密度小(约为0.16克/厘米3～0.5克/厘米3)，比木材还轻，可浮于水面，又有很大刚性，且隔音、保温，是一种良好的建筑材料和轻质材料，可大批量投放市场。(1)铝制成铝箔作食品包装，是利用它的哪一性质(_____)。A．金属光泽      B．延展性     C．导电性        D．导热性(2)铝在空气中会被氧化生成一层致密的氧化膜(氧化物)而对铝起保护作用，但这层氧化膜(氧化物)遇到强酸或强碱都会溶解，请写出：其与盐酸反应的离子方程式：____________________________________。与氢氧化钠溶液反应的化学方程式：______________________________。(3)等质量的两份铝分别与足量的盐酸、氢氧化钠溶液反应，相同条件下所得H2的体积之比____________。(4)足量的两份铝分别投入到等体积、一定物质的量浓度的HCl、NaOH溶液中，二者产生的H2相等，则HCl和NaOH的物质的量浓度之比是____________。(5)甲、乙两烧杯中各盛有100mL3mol·L-1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，相同条件下测得生成的气体体积比为V(甲)：V(乙)＝1：2，则加入铝粉的质量为___________。A．5.4g      B．3.6g      C．2.7g      D．1.8g【答案】(1)B  (2)Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O  Al2O3＋2NaOH=2NaAlO2＋H2O  (3)1：1  (4)3：1  (5)A【解析】(1)铝制成铝箔作食品包装，是利用了铝的延展性，答案选B；(2)氧化铝为两性氧化物，可与酸、碱反应生成盐和水，其与盐酸反应的离子方程式为Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O，与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为Al2O3＋2NaOH=2NaAlO2＋H2O；(3)等质量的两份铝分别与足量的盐酸、氢氧化钠溶液反应，由于在反应中铝失去电子的物质的量相等，所以根据电子得失守恒可知相同条件下所得H2的体积之比为1:1；(4)铝与盐酸、氢氧化钠溶液反应的方程式分别是2Al+6HCl＝2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，因此当二者产生的H2相等时，HCl和NaOH的物质的量浓度之比是6:2=3:1；(5)铝粉和盐酸反应方程式为2Al+6HCl＝2AlCl3+3H2↑，铝粉和NaOH反应方程式为2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+3H2↑，根据方程式关系可判断消耗等量的铝，需要盐酸的物质的量比NaOH多，但反应中V(甲)：V(乙)=1：2，可知盐酸完全参与反应，盐酸的物质的量是0.3mol，根据H守恒可知V(甲)=0.15mol，则V(乙)=0.3mol，因此根据对应方程式可知n(Al)=0.2mol，则加入铝粉的质量为5.4克，故选A。