【精品】高中化學(xué)（大綱版）第二冊(cè) 第四章 幾種重要的金屬 第一節(jié)鎂和鋁(備課資料)

1、備課資料一、為什么整塊金屬不透明但具有金屬光澤而金屬粉末常呈暗灰色或黑色？由于金屬原子以緊密堆積方式排列，最外層電子（價(jià)電子）釋放出做為自由電子。當(dāng)光線投射到其表面時(shí)，自由電子可以吸收所有頻率的光，光線不能透過(guò)，所以金屬不透明。自由電子吸光后，躍遷到高的能級(jí)上去，不穩(wěn)定，很快又躍遷回低能級(jí)，釋放出絕大部分頻率的光，這就使得絕大多數(shù)金屬呈現(xiàn)鋼灰色以至銀白色光澤，而金顯黃色、銅顯紅色、鉍顯淡紅、銫顯淺黃、鉛顯灰藍(lán)則是因?yàn)樗鼈冚^易吸收某些頻率（或波長(zhǎng)）的光。在粉末狀態(tài)時(shí)，金屬的顆粒很小，沒(méi)有規(guī)則晶面，光線入射后不能反射出來(lái)，多呈黑色。比如AgBr制成的底片曝光析出的銀呈黑色。 二、鋁與人體健康由于近

2、代對(duì)鋁的開(kāi)采，煉鋁工業(yè)的發(fā)展、鋁制品的加工使用、酸性降雨的頻繁發(fā)生等造成環(huán)境中鋁含量的增加，致使人體內(nèi)鋁的含量也逐漸增多其對(duì)人體造成的危害，引起了人們的重視。在日常生活中，鋁進(jìn)人人體的渠道主要有： 食物。我國(guó)城鄉(xiāng)居民鋁的食物攝人來(lái)源主要是天然食品、含鋁添加劑食品、茶和含鋁藥劑。在制作油條、粉絲、蛋糕等膨化食品時(shí)，加入了含鋁的膨松劑。鋁制炊具。酸性物質(zhì)溫度升高，會(huì)促進(jìn)鋁制炊具(如鋁鍋、鋁壺等)中鋁的溶出。FFe3+和NaCl對(duì)鋁溶出也有促進(jìn)作用。鋁制易拉罐盛裝的啤酒、飲料等在飲用時(shí)也會(huì)造成鋁進(jìn)人體內(nèi)。飲用水。飲用水中鋁受環(huán)境影響當(dāng)酸雨增多時(shí)，就增加了土壤和沉淀物中鋁的溶出。此外，早期使用明礬凈水

3、，也不可避免地帶進(jìn)鋁。現(xiàn)在常用高嶺土及其制品過(guò)濾水，雖雜質(zhì)被除掉，但鋁卻溶于弱酸性的水(用漂白粉或氯氣消毒的自來(lái)水)。另外市面上使用的混凝劑、高氟地區(qū)除F的鋁劑等，都增加了水中鋁的含量。這樣，鋁就通過(guò)飲用水進(jìn)人人體。 長(zhǎng)期以來(lái)，鋁一直被認(rèn)為是無(wú)毒元素，鋁制炊具、含鋁膨松劑、發(fā)酵粉、凈水劑等的使用，也均未發(fā)現(xiàn)鋁的直接毒性，即鋁無(wú)直接的毒性效應(yīng)。但近幾年的研究表明，鋁可擾亂人體的代謝作用，造成長(zhǎng)期地、緩慢地對(duì)人體健康的危害。 最早發(fā)現(xiàn)鋁毒性是鋁的神經(jīng)毒性，普遍認(rèn)為，鋁主要是對(duì)中樞神經(jīng)損害。老年性癡呆癥的發(fā)生，就與鋁在體內(nèi)的積累有關(guān)。因神經(jīng)元吸收鋁后，鋁進(jìn)入神經(jīng)核后，改變了細(xì)胞的骨架，影響染色體而產(chǎn)

4、生病變，造成蛋白質(zhì)生化代謝的紊亂而致病。 鋁在體內(nèi)還能干擾磷的代謝，因?yàn)殇X在腸道內(nèi)與磷酸鹽類形成不溶性的AlPO4，阻止腸道對(duì)磷的吸收，從而使血液和其他組織內(nèi)磷的總量減少。磷在生物體內(nèi)有舉足輕重的作用，如參與核苷酸、磷脂、蛋白質(zhì)的形成。維護(hù)細(xì)胞的正常結(jié)構(gòu)和功能，參與能量代謝等。磷的減少勢(shì)必會(huì)引起機(jī)體的代謝紊亂，致使疾病發(fā)生。另外，磷減少還影響機(jī)體對(duì)鈣的吸收，因機(jī)體吸收鈣要在有磷的條件下才可進(jìn)行，否則會(huì)產(chǎn)生脫鈣現(xiàn)象，會(huì)出現(xiàn)骨軟化癥，這種骨軟化癥即使補(bǔ)充維生素D也無(wú)濟(jì)于事。 另外，鋁在體內(nèi)的排泄主要是通過(guò)腎臟，鋁在體內(nèi)的蓄積必然要增加腎臟的負(fù)擔(dān)。過(guò)多的鋁對(duì)腎臟會(huì)造成傷害。引起腎功能失調(diào)、腎衰竭和尿

5、毒癥等。 總之，鋁在人體內(nèi)是慢慢蓄積的，其引起的毒性緩慢，且不易察覺(jué)。然而，一旦發(fā)生代謝紊亂的毒性反應(yīng)，則后果嚴(yán)重。因此，鋁毒的防治策略，主要有：引導(dǎo)人們合理開(kāi)發(fā)和利用各種鋁資源，從根本上減少鋁的排放和流失。有節(jié)制地使用鋁制品，避免食物或飲用水與鋁制品之間的接觸或沾染。改良不合理的飲食習(xí)慣，盡量減少鋁的人口途徑，如丟開(kāi)A1(OH)3制劑，改用胃動(dòng)力藥物等。利用現(xiàn)代科技手段設(shè)法消除或減輕鋁毒危害，如改進(jìn)水處理工藝，采用新型產(chǎn)品和高新技術(shù)等。 中學(xué)化學(xué)作者：徐會(huì)斌 三、漫話鎂 鎂是地殼中分布最廣的元素之一。鎂的主要礦物有菱鎂礦(MgCO3)、白云石(CaCO3·MgCO3)、光鹵石(KC

6、l·MgCl2·6H2O)等。鎂的貯量很豐富，約占地殼總質(zhì)量的2.0在所有元素中占第8位，所有金屬元素中占第6位。在海洋中鎂的含量也很高。海水中鎂的平均含量約為0.13。在所有元素中占第3位。若每立方千米海水中含鎂量約13億千克。地球上海洋水總量按約13億km3計(jì)算,則海洋中的鎂資源可以說(shuō)是“取之不盡。用之不竭”的。目前全世界生產(chǎn)的鎂有一半以上從海水中提煉而得。 金屬鎂硬度小，強(qiáng)度也較差，工業(yè)部門中鎂的應(yīng)用幾乎都是用它的合金。鎂的多種合金因其密度小及可加工性強(qiáng)使得它們適于輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。鎂與鋁、鋅或錳等制成的合金是制造飛機(jī)、汽車、攝影器材和光學(xué)儀器的良好材料；鎂鈦合金更是輕合

7、金中的佼佼者用這種合金制造的自動(dòng)鉆探機(jī)經(jīng)受了月球表面白天酷熱(110)和夜晚嚴(yán)寒(120)的考驗(yàn)，取出了月球深部的巖石。利用鎂燃燒時(shí)可發(fā)出耀眼的光，鎂被用在燃燒彈和閃光燈中。幾年前，國(guó)外的研究發(fā)現(xiàn)，蛋殼中含鎂量較多時(shí)，雞蛋不易破碎；在產(chǎn)蛋雞的飼料中添加了適量的鎂鹽，使雞蛋在儲(chǔ)運(yùn)中減少了損失。 人類的生存離不開(kāi)鎂(當(dāng)然是化合態(tài)的鎂)，鎂是人類生命必需的元素之一。成年人體內(nèi)鎂含量約為2025 g，其中70存在于骨骼中，其余分布在軟組織和體液中。骨髓、牙齒中若無(wú)鎂的參與，會(huì)交替地疏松崩塌；人體內(nèi)細(xì)胞膜的形成、核酸的形成、糖類及蛋白質(zhì)的代謝均離不開(kāi)鎂。人體內(nèi)共有1300多種酶，其中325種必須鎂參與，

8、才能發(fā)揮生物催化作用。成人每天需攝取鎂250400 mg。每一種綠色植物中都含有鎂，它是葉綠素的重要組成部分，占葉綠素質(zhì)量的2。食用含鎂較多的食物如綠葉蔬菜、大豆等一般可滿足人體對(duì)鎂的需要。 鎂對(duì)人類某些疾病發(fā)病率的降低，有著重要作用。有人對(duì)比法國(guó)和埃及：法國(guó)人癌癥發(fā)病率為埃及的9倍，其秘密竟在于埃及的土壤中鎂的含量是法國(guó)的6倍。芬蘭某地心臟病發(fā)生率異常大，原因是該地缺鎂。研究表明，長(zhǎng)期飲用過(guò)軟的水(特別是缺鎂)，冠心病的發(fā)病率將顯著增加。 中學(xué)生化學(xué)報(bào)作者：蔣良 四、漫話金屬鋁 鋁是一種用途很廣泛的金屬。從宇宙飛船、人造衛(wèi)星、導(dǎo)彈、火箭、飛機(jī)、艦艇、汽車、電纜到鍋、盆、瓢、勺、紐扣、鉚釘，都

9、是鋁或鋁合金的用武之地。 1824年，丹麥人奧斯臺(tái)德將制得的無(wú)水氯化鋁(AlCl3)用鉀汞齊還原,第一次制得了金屬鋁(不純的)。但是,他這個(gè)研究成果很少為人所知。因此,多年來(lái)一般認(rèn)為第一次制得金屬鋁的是德國(guó)人孚勒。孚勒于1827年用金屬鉀還原他制得的無(wú)水氯化鋁而制得金屬鋁。1854年,法國(guó)人德維爾改進(jìn)了制無(wú)水AlCl3的過(guò)程并改用金屬鈉為還原劑制得較大量并且較純的金屬鋁。1855年，當(dāng)銀光閃閃的鋁標(biāo)本在巴黎博覽會(huì)上公展后立即引起了巨大的反響。隨后，有些國(guó)家開(kāi)始生產(chǎn)金屬鋁,但當(dāng)時(shí)鋁的世界年產(chǎn)量不足l0 t且價(jià)格昂貴也超過(guò)了黃金。銀光閃閃的鋁成為當(dāng)時(shí)的稀世之物，皇家貴族把它加工成首飾和餐具。 18

10、86年，美、法兩個(gè)同齡青年(22歲)霍爾和埃羅,各自首創(chuàng)了，將溶在熔融冰晶石Na3AlF6中的Al2O3電解制取金屬鋁的方法之后,便陸續(xù)建立起來(lái)。到第一次世界大戰(zhàn)前的1913年,世界年鋁產(chǎn)量已達(dá)到80000噸，價(jià)格也降至2.1法郎每公斤。 第一次世界大戰(zhàn)中，德軍使用了一種質(zhì)量輕、構(gòu)架固、容量達(dá)12000多立方米、升力達(dá)13噸，速度為100公里每小時(shí)的先進(jìn)硬式飛艇，這種飛艇能出色完成海上的巡邏。遠(yuǎn)程轟炸和空運(yùn)等任務(wù)，成了交戰(zhàn)對(duì)方的一大強(qiáng)敵。大戰(zhàn)結(jié)束后，英、美科學(xué)家才發(fā)現(xiàn)，這種飛艇的構(gòu)架是用一種加有銅、鎂、錳、硅的鋁合金制成的。這種鋁合金叫硬鋁，又叫杜拉鋁(duralumin)。硬鋁質(zhì)輕而堅(jiān)韌。

11、杜拉鋁的誕生，為剛露頭角的航空工業(yè)插上了奮飛的翅膀。德國(guó)人雷斯涅爾于1912年設(shè)計(jì)出世界上第一架鋁結(jié)構(gòu)飛機(jī)后，軍用飛機(jī)便登上了歷史舞臺(tái)。像德國(guó)的霍克戰(zhàn)斗機(jī)、日本的零式戰(zhàn)斗機(jī)、美國(guó)B一29遠(yuǎn)程轟炸機(jī)等，都是用了鋁作為制作材料的。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為解決飛行過(guò)程中的音障和熱障，人們又相繼推出了鋁鈦合金等新型材料。這些鋁合金材料已被廣泛地應(yīng)用到航天飛機(jī)領(lǐng)域，如用于我國(guó)的第一顆人造地球衛(wèi)星、美國(guó)的“阿波羅11號(hào)”宇宙飛船等。我國(guó)發(fā)射人造地球衛(wèi)星所用的“長(zhǎng)征”系列火箭中，也大量采用了鋁和鋁合金材料作為外殼等部件的結(jié)構(gòu)材料。 由于新型鋁材料具有高強(qiáng)度、高剛度、耐熱又耐疲勞、低比重等優(yōu)點(diǎn)因此被廣泛地應(yīng)

12、用到坦克的制造上。對(duì)榴彈的防護(hù)能力來(lái)說(shuō)，鋁裝甲優(yōu)于鋼裝甲。與同等防護(hù)能力的鋼裝甲相比，鋁裝甲可以減少質(zhì)量60以上。70年代中期，當(dāng)英國(guó)研制出鋼、鋁、陶瓷復(fù)合而成的喬巴姆裝甲后，鋁質(zhì)裝甲便由裝甲運(yùn)輸車發(fā)展到輕型坦克、步兵戰(zhàn)車和中型主戰(zhàn)坦克了。 不僅如此，在由鋼鐵著稱的兵器、艦船制造領(lǐng)域，鋁合金材料已展開(kāi)了激烈的角逐。如美國(guó)的一種榴彈炮，在經(jīng)采用鋁合金材料改良后，其炮身質(zhì)量可由原來(lái)的3.7噸降到1.1噸，射程則可提高3540，實(shí)現(xiàn)了戰(zhàn)時(shí)全炮的空運(yùn)空投。目前由鋁合金制成的一艘航空母艦，僅消耗鋁材l萬(wàn)噸，而過(guò)去的同類航空母艦則需鋼材2萬(wàn)噸。同時(shí)，由于鋁是非磁性金屬，所以艦船上的羅盤可以方便地藏在鋁合金

13、殼里以防外磁場(chǎng)的磁化。 鋁合金也作為汽車的結(jié)構(gòu)材料，汽車的內(nèi)部和外部裝飾、窗子等都可用鋁制成。一輛小汽車如用上50公斤鋁便可使汽車身重降低116公斤，每行駛一千公里可省油8公斤。 從以上對(duì)鋁和鋁合金部分用途的簡(jiǎn)介可見(jiàn)，鋁的工業(yè)用途很大；鋁是一種重要的戰(zhàn)略金屬。 近年來(lái)，科技人員又研究得一種新型材料泡沫鋁。它是由發(fā)泡劑加到熔融或固體粉末的鋁合金中而制成的，其優(yōu)點(diǎn)是硬度高、密度小(約為0.160.5 g·cm3)，比木材還輕，可浮于水面又有很大剛性，且隔音、保溫，是一種良好的建筑材料和輕質(zhì)材料，近幾年就可小批量投放市場(chǎng)。 摘自中學(xué)生化學(xué)報(bào)作者：文尚 田培一綜合能力訓(xùn)練1用很少的HCl處理過(guò)的鋁制空易拉罐充滿CO2后，迅速倒人l0的NaOH溶液l0 mL立即把口密封不一會(huì)兒發(fā)現(xiàn)易拉罐變癟,過(guò)一段時(shí)間又鼓起來(lái),其原因是 。解答：變癟是因?yàn)镃O2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2被吸收,壓力減少的結(jié)果。又鼓起來(lái)的原因是：Al2O3與NaOH反應(yīng)使鋁暴露出來(lái)，鋁與NaOH溶液反應(yīng)產(chǎn)生H2.2工業(yè)上制鎂粉是讓鎂蒸氣在一定環(huán)境中冷卻。根據(jù)鎂的性質(zhì)，冷卻時(shí)應(yīng)選取以下何種環(huán)境 ( ) AN2中 B水中 CCO2中 DHe氣中答案：D30.1mol鎂粉分別在足量的O2、CO2、N2