铝及铝合金
常州市三河口高级中学 张丽群
【学习目标】
知识与技能：通过实验了解铝的性质，知道铝及其合金在生活生产中的应用。
过程与方法：能利用类比方法推测铝的性质，知道铝与其他金属单质的相似与不同；认识物质转化中伴随有能量变化；感知所学知识在生产生活中的应用，能运用所学性质解释其应用。
情感态度与价值观：通过实验探究，激发学生学习化学的兴趣、了解学习化学的现实意义。
【学习重点】
铝与氢氧化钠的反应、铝热反应
【学习难点】
铝与氢氧化钠的反应
【教学过程】：
【投影1】汽车、飞机、火箭图。
【转】汽车、飞机、火箭的外壳都用到的一种金属材料——铝——铝被誉为“会飞的金属” 。
【问题2】生活中铝及其合金应用也很广泛，你能列举及应用吗？
【投影2】涉及铝的用途的图片
（1）密度小 飞行器材料、汽车材料 炊具——导热（2）
（3）能导电 电缆 铝的用途 建筑材料——轻 强度大
（4）银白色 涂料 包装材料——延展性（5）
【转】铝真的是一种实用的金属。今天让我们一起走进铝的世界。
【板书】铝的性质和用途
【问题2】从铝的这些用途里你总结出铝的哪些性质？
【板书】一、铝的物理性质
【讲解】
（1）铝的密度很小，仅为2.7g/cm3，虽然它比较软，但可制成各种铝合金,这些铝合金广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。此外，宇宙火箭、航天飞机、人造卫星也使用大量的铝及其合金，我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”的外壳用铝合金制成，导弹的用铝量占总质量的10~50%，美国阿波罗2号飞船使用的金属材料中，铝和铝合金占75%。铝因此被美誉为“会飞的金属”。
（2）铝是热的良导体，它的导热能力比铁大3倍，工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料和炊具等。
（3）铝的导电性仅次于银、铜，虽然它的导电率只有铜的2/3，但密度只有铜的1/3，所以输送同量的电，铝线的质量只有铜线的一半。
（4）铝粉具有银白色光泽，常用来做涂料，俗称银粉、银漆，以保护铁制品不被腐蚀，而且美观。
（5）铝有较好的延展性，仅次于金和银，在100℃～150℃时可制成薄于0.01mm的铝箔。
【投影2】总结：铝的物理性质（各项用途分析完后投影上呈现的是铝的各项物理性质）：
银白色固体，有金属光泽，密度较好，质软，有较好的延展性和导电、导热性。
刚才分析的铝的用途中基本都是利用了铝的物理性质，我们不仅要问：铝有哪些化学性质？这些性质有哪些实际的应用呐？这是本堂课要研究的重点内容。（3分钟）
【板书】二、铝的化学性质
【投影3】金属活动性顺序表
【问题3】通过初中的学习大家应该知道铝是一种较活泼的金属，推测它应该具有哪些化学性质呐？请大家边回忆边填写有关的化学方程式。请一位同学上黑板板演有关的化学方程式。
【学生可能的回答】铝和氧气，（铝和氯气反应也可能提到，肯定，但不做延伸）
铝和酸反应
铝和硫酸铜溶液反应
铝和水反应？也有可能提到，是否考虑用视频实验代替？
【学生活动】（1）评价方程式书写的情况；（2）交流，补充反应和性质
【问题引导】铝的实际性质和大家预测的是否一样呐？我们需要做实验确认。实验前，让我们先对反应现象做出预测，带着思考做实验效果会更好。我们先来预测铝和氧气的实验，你准备如何操作，预计会看到怎样的实验现象？记录在实验分析和记录的表格的第一行相关栏目中。
实验内容 |
实验操作 |
预测现象 |
观察到的现象 |
对实验现象的思考 |
铝和氧气 |
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【转】到底孰真孰假？实验为我们揭开谜底。
【教师演示实验1】铝箔放在酒精灯上灼烧
汇报现象：只软化，没有发生燃烧现象。
【问题4】为什么没有出现我们预期的实验现象？是铝不能燃烧吗？？（表面有一层致密的氧化膜）
【视频实验1】铝粉，放在酒精灯上灼烧。
【实验现象】铝粉在空气中就能剧烈燃烧，发出耀眼白光。
【投影】结论：铝箔在空气中难以燃烧，是因为它容易和氧气化合产生在其表面生成致密的氧化膜，阻碍反应进一步进行；而当条件允许时，铝仍然可以在空气中燃烧且放出大量的热。铝在常温下能与氧气反应在表面生成致密的氧化膜，这层氧化膜对铝有保护作用
【投影5】资料卡：（1）铝的熔点、沸点、着火点
物质 |
熔点 |
着火点 |
沸点 |
Al |
660.4℃ |
550℃ |
2467 ℃ |
Al2O3 |
2050℃ |
—— |
3000℃ |
（2）酒精灯的火焰温度 （内焰温度更高。一般酒精灯焰心的平均温度为432.3度，内焰的平均温度为665.5度,外焰的平均温度为519.9度.）
【问题5】有没有实验能让大家看到铝片表面生成氧化铝呢？别着急，我们一起来看一个铝毛实验。
【视频实验2】铝毛实验（铝片表面长出白毛，用温度计测量温度计温度升高）
【问题6】实验现象说明了什么问题？（反应了，放热了）
【问题7】铝与氧气反应的这个性质能有什么实际用途呐？
【投影6】铝与氧气反应的实际应用的图片（1）铝的表面因有致密的氧化物保护膜，不易受到腐蚀，常被用来制造化学反应器、医疗器械、冷冻装置、石油精炼装置、石油和天然气管道等。
（2）铝在氧气中燃烧能放出大量的热和耀眼的光，常用于制造爆炸物、燃烧物和照明物。
（3）铝与氧气的放热反应还能被用作制造海水航标灯的铝-空气电池。
【学以致用】
【资料卡】
火箭的固体燃料
铝粉12%，高氯酸铵74%，高聚合粘合剂12%
每个火箭助推器591t，能产生1.15×107N，只要2分钟，就可以使2000t的航天飞机，在132s内达到700m/s的飞行速度。
【讲解】像哥伦比亚号航天飞机用铝和NH4ClO4的混合物做固体燃料，加热铝粉使其被氧气氧化，放出大量的热，促使NH4ClO4受热分解，产生巨大的推动力。（13分钟）
【转】刚才同学们预测了铝可以和硫酸铜溶液反应，这是用铝条和硫酸铜溶液反应做出来的铜树（展示课前做好的实验）。说明铝作为活泼金属，可以置换相对不活泼的金属。
【投影7】铝是活泼金属，可以置换相对不活泼的金属。
金属活动顺序表
【问题8】铝能置换铁吗？（能）试着写出铝与氧化铁反应的化学方程式。
【学生板书】2Al + Fe2O3 = Al2O3 + 2Fe
下面我们用实验模拟一下铝和氧化铁的反应。
【演示实验2】铝热反应
【实验现象】火花四溅，有熔融态的铁流出。
【小结】这个反应放出大量的热，因此称为铝热反应。铝热反应放出大量的热量可使铁发生融化，因此可以用于野外焊接钢轨。下面我们来看一个焊接钢轨的视频。
【观看视频】野外焊接钢轨
【知识拓展】利用铝热反应放出的大量能量，将钢筋熔断，还能进行建筑物的定向爆破。
【投影8】定向爆破图片或视频
另外将这个原理应用在工业生产上，可以用来冶炼钒、铬、锰等金属。
【练习】Al与MnO2反应的化学方程式。
4Al + 3MnO2 = 2Al2O3 + 3Mn（23分钟）
【转】同学们还预测了铝可以和酸反应，下面大家动手实验试一试。
【学生实验1】铝和酸的反应（铝片、4mol/L稀盐酸，浓硫酸（教师演示））
实验内容 |
实验操作 |
预测现象 |
观察到的现象 |
对实验现象的思考 |
铝和酸 |
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汇报实验现象：
（1）产生气体，金属不断溶解
（2）一段时间后再观察，盐酸的反应速率明显超过硫酸，试管壁发热发烫——不识铝的真面目，只怨观察不够细
（3）用浓硫酸的没有观察到明显的实验现象。
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初期现象 |
一段时间后 |
4mol/L的HCl溶液 |
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18mol/L硫酸 |
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【问题9】从实验中你得出什么结论？
【总结】（1）氧化铝能与稀盐酸反应生成盐和水
铝与稀盐酸发生反应置换氢气，同时放出热量。
【学以致用】
【投影9】（2）铝与浓硫酸、浓硝酸产生钝化现象。钝化的原因不是不反应，而是表面的铝反应后产生致密的氧化膜阻止了反应的继续发生。因此可以用铝槽车运输浓硫酸、浓硝酸。（33分钟）
【学生实验2】铝粉与氢氧化钠溶液的反应。
【实验现象】放出气体，反应放热。
【实验分析】刚才通过实验我们知道铝单质可以和氢氧化钠溶液反应是个放热反应，而且实验现象剧烈并且有气泡产生，可生成一种钠盐，叫偏铝酸钠。我们来尝试写出反应的化学方程式：
Al + NaOH = NaAlO2 + ？
【问题11】氧元素如何平衡呐？（反应物加水）
Al + NaOH +H2O = NaAlO2 + ？
【问题12】反应中铝元素由0价升高到+3价，那产生的是什么气体呢？请讨论确定一下。（氢气）
【问题13】用实验如何证明产生的是氢气呐？
【演示实验4】氢气的爆鸣实验。
完成铝与氢氧化钠反应的化学方程式
2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2
【学以致用】
【投影13】管道通的说明书：
【问题14】这盒“管道通”，内有一袋白色固体颗粒（氢氧化钠）和一袋银灰色铝粉。为什么这两种化学物质的混合能疏通管道呢？
【投影14】资料卡：（1）下水管里的淤积物主要为油污、食物残渣、毛发等。（2）氢氧化钠是强碱，能去除油污，腐蚀毛发一类的东西。
【学生活动】思考，讨论，结合投影回答问题。
【小结】根据学生回答，教师补充，总结为什么铝和氢氧化钠混合能够疏通管道。（1）NaOH具有强碱性腐蚀油垢、毛发和残渣（2）该反应放热，加速反应（3）产生气体物利用压强疏通杂物。
【问题15】通过本节课的学习，你懂得了什么？
【投影15】课堂总结
【课堂总结】性质 用途 物质转化 能量转化
【问题解决】
铝使用不当也会产生一些副作用。有资料报道：铝盐可能导致人的记忆力丧失，严重的记忆力丧失，这是早老性痴呆症特有的症状。世界卫生组织提出人体每天的摄铝量不应超过每千克体重1毫克。
铝制炊具使用时不能用钢丝球擦，不能长期存放酸性、碱性以及咸的食物，为什么？
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