[考纲要求] 了解铝及其重要化合物的主要性质和应用。
知识点一 铝的化学性质
1．铝与氧气反应
用坩埚钳夹住一小块铝箔，在酒精灯上加热至之熔化，会看到的现象是
________________________________________________________________________ _______________，原因是_______________________________________________ ________________________________________________________________________， 反应的化学方程式是______________________________________________________。 2．铝与酸的反应
铝与稀硫酸反应的离子方程式为：___________________________________________。 3．铝与强碱的反应
铝与NaOH溶液反应的离子方程式为：_______________________________________ ________________________________________________________________________。 4．铝热反应
Al与Fe2O3共热的化学方程式为：_________________________________________ ________________________________________________________________________。 问题思考
1．铝是活泼金属，为什么铝制品常用来作为各种材料、具有一定的防腐蚀能力？
2．铝与酸、碱反应的实质是什么？氧化剂是什么？
知识点二 铝的重要化合物 1．氧化铝和氢氧化铝的比较
问题思考
3．既能与酸反应，又能与碱反应的氧化物，一定是两性氧化物吗？
2．常见的铝盐
(1)硫酸铝钾是由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的复盐。
(2)明矾的化学式为：________________，它是____色晶体，____溶于水，水溶液pH____7(填“<”、“>”或“＝”)。明矾可以净水，其净水的原因是：___________________
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
一、铝与酸、碱的反应 1．等质量的两份铝分别与足量的盐酸、氢氧化钠溶液反应，所得H2的体积之比是多少？为什么？
2．足量的两份铝分别投入到等体积、等物质的量浓度的盐酸、氢氧化钠溶液中，产生H2的体积关系是什么？为什么？
3．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的物质的量浓度是什么关系？为什么？
典例导悟1 (2011·太原调研)等体积、等物质的量浓度的硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中，各加等质量的铝，生成氢气的体积比为5∶6，则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是( )
A．甲、乙中都是铝过量 B．甲中铝过量、乙中碱过量 C．甲中酸过量、乙中铝过量 D．甲中酸过量、乙中碱过量 听课记录：
－
变式演练 甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·L1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，则加入铝粉的质量为( )
A．5.4 g B．3.6 g C．2.7 g D．1.8 g 二、Al(OH)3沉淀生成的计算
＋－
1．Al3与OH反应生成Al(OH)3沉淀的定量计算规律
可溶性铝盐与强碱溶液混合时，二者相对量的大小要影响产物的生成：
强碱不足量时(反应①)：____________________________________________________； 强碱足量时(反应②)：______________________________________________________； 综合上述两式可得(反应③)：________________________________________________。
＋－＋－
设Al3、OH的物质的量分别为n(Al3)、n(OH)，最终生成Al(OH)3的质量为m[Al(OH)3]，借助数轴讨论如图所示：
2．强酸与AlO2反应的定量计算规律
强酸不足量时(反应①)：___________________________________________________； 强酸足量时(反应②)：_____________________________________________________； 综合上述两式可得(反应③)：________________________________________________。 结果如下：
－
典例导悟2 实验室用铝屑、烧碱和稀H2SO4为原料制取一定量的Al(OH)3。可分别用如下的转化关系表示两种方法：
①Al――→Al3――→Al(OH)3
＋
H2SO4NaOH
NaOH
②Al――→AlO2――→Al(OH)3
(1)上述哪一种方法比较节约试剂？(提示：试从每生产 2 mol Al(OH)3所耗费的试剂用量予以说明)
(2)从操作难易的角度分析，上述两种方法存在的明显缺点是什么？若原料相同，请设计一种更为节约试剂的方法(以方程式表示，并说明其可以最节约试剂的根据)。
－
H2SO4
题组一 Al及其化合物的性质
1．判断正误
(1)铝制容器可盛装浓H2SO4( ) (2010·重庆理综－8A)
－－
(2)用氢氧化钠溶液除去铝表面的氧化膜：Al2O3＋2OH===2AlO2＋H2O( ) (2010·江苏－3B)
＋＋＋
(3)用氨水鉴别Al3、Mg2、Ag( ) (2010·天津理综－3A)
＋－－2＋
(4)向明矾溶液中加入过量的氢氧化钡溶液：Al3＋2SO24＋2Ba＋4OH===2BaSO4↓＋－
AlO2＋2H2O( )
(2010·四川理综－9A)
(5)Y(即Al)的最高价氧化物的水化物能溶于稀氨水( ) (2010·上海－20C)
2．(2008·广东，6)相同质量的下列物质分别与等浓度的NaOH溶液反应，至体系中均无固体物质，消耗碱量最多的是( )
A．Al B．Al(OH)3 C．AlCl3 D．Al2O3 3．(2009·上海，15)镁和铝分别与等浓度、等体
积的过量稀硫酸反应，产生气体的体积(V)与时间(t)关系如上图。反应中镁和铝的( ) A．物质的量之比为3∶2 B．质量之比为3∶2 C．摩尔质量之比为2∶3 D．反应速率之比为2∶3
4．(2009·四川理综，11)向m g镁和铝的混合物中加入适量的稀硫酸，恰好完全反应生成
－
标准状况下的气体b L。向反应后的溶液中加入c mol·L1氢氧化钾溶液V mL，使金属离子刚好沉淀完全，得到的沉淀质量为n g。再将得到的沉淀灼烧至质量不再改变为止，得到固体 p g。则下列关系不正确的是( )
1 000 bVc
A．c＝ B．p＝m＋ 11.2 V125
517
C．n＝m＋17Vc D.m 5．[2010·山东理综－29(1)]对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。以下为铝材表面处理的一种方法： ①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，其原因是____________________(用离子方程式表示)。为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的________。 a．NH3 b．CO2 c．NaOH d．HNO3 ②以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为________。取少量废电解液，加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是________________________________________________________________________。 6．(2009·福建理综，24)从铝土矿(主要成分是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)中提取氧化铝的两种工艺流程如下： 请回答下列问题： ＋ (1)流程甲加入盐酸后生成Al3的离子方程式为________________________________ ________________________________________________________________________。 － (2)流程乙加入烧碱后生成SiO23的离子方程式为____________________________ ________________________________________________________________________。 (3)验证滤液B中含Fe3，可取少量滤液并加入________(填试剂名称)。 (4)滤液E、K中溶质的主要成分是__________(填化学式)，写出该溶液的一种用途： ________________________________________________________________________。 －－ (5)已知298 K时，Mg(OH)2的溶度积常数Ksp＝5.6×1012 mol3·L3，取适量的滤液B， ＋ 加入一定量的烧碱达到沉淀溶解平衡，测得pH＝13.00，则此温度下残留在溶液中的c(Mg2)＝__________。 ＋－ 题组二 Al3、AlO2、Al(OH)3相互转化的图象 7．(2010·南京模拟)将物质X逐渐加入(或通入)Y溶液中，生成沉淀的量与加入X的物质的量关系如图所示，符合图示情况的是( ) ＋ X Y A CO2 Ca(OH)2 B HCl NaAlO2 C NaOH AlCl3 D AlCl3 NaOH 题组一 铝的性质 1．若在加入铝粉能放出氢气的溶液中，分别加入下列各组离子，可能大量共存的是( ) ＋－－＋ A．NH4 NO3 CO23 Na ＋＋＋－ B．Na Ba2 Mg2 HCO3 －＋＋－ C．NO3 Ca2 K Cl －＋－＋ D．NO3 K AlO2 H 2．(2011·合肥统考)将总物质的量为n mol的钠和铝(其中钠的物质的量分数为x )投入到一定量的水中充分反应，金属没有剩余，共收集到标准状况下的气体V L。下列关系式中正确的是( ) V A．x＝ B．0 C．V＝33.6n(1－x) D．11.2n A．1∶1 B．9∶8 C．3∶4 D．4∶3 － 4．(2011·湖北黄冈模拟)两个烧杯中加入同体积浓度均为2 mol·L1的H2SO4，置于天平两端，调平天平后分别加入10.8 g的Al和Mg，则反应完毕后，天平( ) A．可能加Mg的一端下倾 B．可能加Al的一端下倾 C．不可能保持平衡 D．无法判断 5．用含少量镁粉的铝粉制取纯净的氢氧化铝，下述操作步骤中最恰当的组合是( ) ①加盐酸溶解；②加烧碱溶液溶解；③过滤；④通入过量CO2生成Al(OH)3沉淀；⑤加入盐酸生成Al(OH)3沉淀；⑥加入过量烧碱溶液 A．①⑥⑤③ B．②③④③ C．②③⑤③ D．①③⑤③ 题组二 铝的重要化合物 －－ 6．(1)将350 mL 1 mol·L1 NaOH溶液逐滴滴入100 mL 1 mol·L1 AlCl3溶液中。 －－ (2)将100 mL 1 mol·L1 AlCl3溶液逐滴滴入350 mL 1 mol·L1 NaOH溶液中，结果是( ) A．现象相同，生成Al(OH)3的量相同 B．现象不同，生成Al(OH)3的量相同 C．现象相同，生成Al(OH)3的量不同 D．现象不同，生成Al(OH)3的量不同 7．(2009·江苏，5)化学在生产和日常生活中有着重要的应用。下列说法不正确的是( ) A．明矾水解形成的Al(OH)3胶体能吸附水中悬浮物，可用于水的净化 B．在海轮外壳上镶入锌块，可减缓船体的腐蚀速率 C．MgO的熔点很高，可用于制作耐高温材料 D．电解MgCl2饱和溶液，可制得金属镁 8．下列各反应的离子方程式中，错误的是( ) ＋＋ A．硫酸铝溶液中加入过量的氨水：Al3＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4 ＋－＋ B．铁片放入过量的稀硝酸中：3Fe＋8H＋2NO3===3Fe2＋2NO2↑＋4H2O －－ C．将铝片放入过量NaOH溶液中：2Al＋2OH＋2H2O===2AlO2＋3H2↑ －＋＋ D．偏铝酸钠与过量盐酸反应：AlO2＋4H===Al3＋2H2O 9．下列操作所得物质为纯净物的是( ) A．将一块带有氧化膜的铝片与过量的浓NaOH溶液完全反应后，取澄清溶液将其蒸干，得纯净的NaAlO2固体 B．向NaAlO2溶液中加入过量的AlCl3溶液，将所得沉淀过滤洗涤，加热灼烧去掉水分，可得纯净的Al(OH)3固体 C．把铝块与适量的稀盐酸完全反应，将所得溶液蒸干，可得AlCl3固体 D．把AlCl3溶液与足量氨水反应，将沉淀过滤、洗涤、灼烧去掉水分可得Al2O3固体 10.A、B、C、D、E五种化合物均含有某种短周期常见元素，它们的转化关系如图所示，其中A为澄清溶液，C为难溶于水的白色固体，E则易溶于水，若取A溶液灼烧，焰色反应为紫色(透过蓝色钴玻璃)。 (1)写出化学式：A______，B______，C________， D________，E________。 (2)写出下列反应的离子方程式： A―→B：________________________________________________________________； A―→D：________________________________________________________________。 题组三 实验探究 11．(2010·南京模拟)电解法冶炼铝的原料是Al2O3，可由自然界中铝土矿获得，其生产过程可表示为：铝土矿(主要成分Al2O3，杂质SiO2、Fe2O3)―→Al(OH)3―→Al2O3―→Al。 从铝土矿到Al(OH)3的转化有两种方案： 方案1： 过量HCl过量NaOHCO2 铝土矿――→滤液――→滤液――→ AlOH3 ①过滤②过滤③过滤方案2： 过量NaOHHCl氨水 铝土矿――→滤液――→滤液――→AlOH3 ④过滤⑤过滤⑥过滤 (1)过滤①、②的滤渣成分分别是________(填字母代号，下同)；过滤④、⑤的滤渣成分分别是__________。 A．Al2O3 B．SiO2 C．Fe2O3 D．Al(OH)3 E．H2SiO3 F．Fe(OH)3 (2)“Al(OH)3―→Al”的一般的生产方法是__________(填字母代号)。 A．蒸发 B．灼烧 C．热还原 D．溶解 E．过滤 F．电解 学案14 铝及其重要化合物 【课前准备区】 知识点一 1．铝箔熔化，失去光泽，但熔化的铝并不滴落 铝箔加热时与O2发生反应生成氧化膜，使内部的铝被Al2O3包裹着，所以熔化的铝不易滴下 4Al＋3O2=====2Al2O3 ＋＋ 2．2Al＋6H===2Al3＋3H2↑ －－ 3．2Al＋2OH＋2H2O===2AlO2＋3H2↑。 4．2Al＋Fe2O3=====Al2O3＋2Fe 知识点二 1. 与酸 ＋＋3＋3＋AlAl(OH)2O3＋6H===2Al＋3H2O 3＋3H===Al＋3H2O 化反应 学与碱 －－－－AlO＋2OH===2AlO＋HO Al(OH)＋OH===AlO232232＋2H2O 性反应 质 △加热 不分解 2Al(OH)=====Al2O3＋3H2O 3 ＋＋2.(2)KAl(SO4)2·12H2O 白 易 < Al3＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H，Al(OH)3胶体吸附水中杂质形成沉淀而净水 问题思考 1．因为铝易与空气中的氧气反应生成保护膜，保护着内部金属不易被腐蚀。 0 △ 高温 2．铝与酸、碱反应的实质都是：Al ――→Al，2H――→H2，只不过碱中的H来源于水的电离，氧化剂分别为酸和水。 3．不一定是。两性氧化物是指既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物。所以，判断两性氧化物不仅要看与酸、碱的反应，还要看生成物的类型。 【课堂活动区】 一、1.1∶1(或相等) 根据方程式：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑得Al与H2的关系式均为2Al～3H2，故只要参加反应的Al相等，所得H2必相等。 2．1∶3 因为在反应中Al过量，产生的H2由HCl和NaOH的量决定。根据化学反应中的关系式：6HCl～3H2；2NaOH～3H2，故当HCl、NaOH物质的量相等时，二者产生H2的体积比为1∶3。 3．3∶1 因为铝足量且产生H2相等，根据2中的关系式n(HCl)∶n(NaOH)＝3∶1，又因为二溶液体积相等，故物质的量浓度c(HCl)∶c(NaOH)＝n(HCl)∶n(NaOH)＝3∶1。 ＋－ 二、1.Al3＋3OH===Al(OH)3↓ －－ Al(OH)3＋OH===AlO2＋2H2O ＋－－ Al3＋4OH===AlO2＋2H2O －＋ 2．AlO2＋H＋H2O===Al(OH)3↓ ＋＋ Al(OH)3＋3H===Al3＋3H2O －＋＋ AlO2＋4H===Al3＋2H2O 典例导悟 1．B [由题意知n(H2SO4)＝n(NaOH)，设均为1 mol。当Al均不足，H2SO4和NaOH均过量时，生成H2相等，即1∶1；当Al均过量时分别生成2 g和3 g H2，即体积比2∶3。因 失3e － 3＋ ＋ 得2e － ＋ 525 >＝，故甲中铝过量，乙中铝不足(即碱过量)。] 637.5 2．(1)②法比①法节约试剂。每制备 2 mol Al(OH)3 ①法消耗 2 mol Al,3 mol H2SO4,6 mol NaOH，②法消耗2 mol Al，2 mol NaOH，1 mol H2SO4，所以②法比较节约试剂。 (2)由于Al(OH)3既能与H2SO4反应又能与NaOH反应所以在上述两种方法中第二步骤操作的用量都难以控制。 2Al＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2↑ 2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑ Al2(SO4)3＋6NaAlO2＋12H2O===8Al(OH)3↓＋3Na2SO4 故每生成2 mol Al(OH)3，需要2 mol Al，0.75 mol H2SO4，1.5 mol NaOH，可见比①②两法更节约试剂。 解析 (1)反应过程中所涉及的化学方程式为： ①2Al＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2↑ Al2(SO4)3＋6NaOH===2Al(OH)3↓＋3Na2SO4 ②2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑ 2NaAlO2＋2H2O＋H2SO4===2Al(OH)3↓＋Na2SO4 由化学方程式可分别得出两种方法的关系式： ①法2Al～3H2SO4～6NaOH～2Al(OH)3 ②法2Al～2NaOH～H2SO4～2Al(OH)3 所以制备2 mol Al(OH)3①法消耗2 mol Al,3 mol H2SO4, 6mol NaOH； ②法消耗2 mol Al,2 mol NaOH, 1mol H2SO4。 故②法比较节约试剂 ＋－ (2)根据Al3＋3AlO2＋6H2O===4Al(OH)3↓ 可采用以下转化关系： 0.5 mol Al 0.75 mol H2SO4 →2 mol Al(OH)3 1.5 mol Al――→1.5 mol AlO2 1.5 mol NaOH － ――→ ＋ 0.5 mol Al3 变式演练 A [其反应原理分别为：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2 ＋3H2↑。可见当参加反应的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，说明此题投入的铝粉对盐酸来说是过量的，而对于NaOH来说是不足的。 2Al＋6HCl === 2AlCl3＋3H2↑ 6 mol 3 mol － 3 mol·L1×0.1 L 0.15 mol 则Al与NaOH反应生成的H2为0.15 mol×2＝0.3 mol。 2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑ 2×27 g 3 mol 5．4 g 0.3 mol 即投入的铝粉为5.4 g。] 【课后练习区】 高考集训 1．(1)√ (2)√ (3)× (4)√ (5)× 2．A 3.A 4.C －－ 5．①2Al＋2OH＋2H2O===2AlO2＋3H2↑ b －＋ ②2Al＋3H2O－6e===Al2O3＋ 6H －＋＋ HCO3与H反应使H浓度降低，产生Al(OH)3沉淀 － 解析 碱洗时，部分除去了氧化膜的Al与NaOH溶液反应放出了H2，若将溶液中AlO2 转化为Al(OH)3沉淀应向溶液中通入CO2，加HNO3，如若过量会造成沉淀溶解。铝作阳极 －＋ 失去电子最终形成Al2O3，所以阳极电极反应式为：2Al＋3H2O－6e===Al2O3＋6H，在废 ＋ 电解液中加入NaHCO3，会使溶液中H浓度降低而生成Al(OH)3沉淀。 6．(1)Al2O3＋6H===2Al3＋3H2O －－ (2)SiO2＋2OH===SiO23＋H2O (3)硫氰化钾(或苯酚溶液等合理答案均可) (4)NaHCO3 制纯碱(或做发酵粉等合理答案均可) －－ (5)5.6×1010 mol·L1 解析 铝土矿中的成分能与HCl反应的有Al2O3、Fe2O3、MgO，不反应的是SiO2，所以 ＋＋＋＋－－ 固体A为SiO2，滤液B中有Al3、Fe3、Mg2，再加入过量烧碱，Al3＋4OH===AlO2＋ ＋－＋－ 2H2O，Fe3＋3OH===Fe(OH)3↓，Mg2＋2OH===Mg(OH)2↓，沉淀C为Fe(OH)3、Mg(OH)2混合物，滤液D为NaAlO2、NaOH(过量)，NaAlO2能与CO2反应，NaAlO2＋2H2O＋CO2===Al(OH)3↓＋NaHCO3，滤液E为NaHCO3，沉淀F为Al(OH)3，Al(OH)3灼烧得到Al2O3。铝土矿中能与NaOH溶液反应的有Al2O3、SiO2，其余均不反应，所以固体X为Fe2O3、MgO，Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O，SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。(5)题中应用Ksp的有关 Ksp＋－－－－＋－ 计算，Ksp＝c(Mg2)·c2(OH)，c(OH)＝1.0×101 mol·L1，所以c(Mg2)＝2L1－ mol· cOH － 5.6×1012－10－＝ mol·L1。 －12＝5.6×101.0×10 7．C [A项，由Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O，CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2 可知，其图象应为图1；B项，由HCl＋NaAlO2＋H2O===Al(OH)3↓＋NaCl，Al(OH)3＋3HCl===AlCl3＋3H2O可知其图象应为图2；D项，由AlCl3＋4NaOH===NaAlO2＋3NaCl＋2H2O,3NaAlO2＋AlCl3＋6H2O===4Al(OH)3↓＋3NaCl可知，其图象应为图3。 ＋ ＋ 图1 图2 图3] 考点集训 1．C 2．D [该题中涉及的化学方程式为：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。由题意，金属没有剩余可知x必大于或等于0.5，即0.5≤x<1。 nx×1＋n－nx×3 根据电子得失守恒得：×22.4＝V(H2)，当x＝0.5时，V(H2)＝22.4n，当x 2 ＝1时，V(H2)＝11.2n，则11.2n 4．A [此题未说明稀H2SO4的体积，分下列三种情况讨论：(1)加入稀H2SO4过量，Al、Mg都已反应完毕，按化学反应方程式计算，加入Al、Mg每端增加的质量： 2Al＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2↑ Δm 54g 6 g 48 g 10．8 g m(Al) m(Al)＝9.6 g Mg＋H2SO4===MgSO4＋H2↑ Δm 24 g 2 g 22 g 10．8 g m(Mg) m(Mg)＝9.9 g 加入Mg的一端增加的质量多，往下倾。 (2)加入稀H2SO4对Al和Mg都不足，两金属都有剩余。因稀H2SO4都完全反应，且加稀H2SO4物质的量一定，则产生的H2的量也相同，故天平保持平衡。 (3)若加入H2SO4的量能使Mg完全反应，反应放出H2后，溶液增重9.9 g，不能使Al完全反应，Al有剩余，加入Al的一端增加的质量小于9.6 g，故天平向加入Mg的一端下倾。] 5．B 6.B 7.D 8.B 9.D 10．(1)KAlO2 Al(OH)3 Al2O3 AlCl3 NaAlO2 (2)AlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO3 －＋＋ AlO2＋4H===Al3＋2H2O 解析 本题的突破口应在B、C两物质上，只要推断出B、C，其他物质的推断就很容易了。在短周期元素的化合物中，既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应的，必为两性物质，又因为B――→C，故可知C为Al2O3，B为Al(OH)3，依次推出D是AlCl3，A与过量CO2反应生成Al(OH)3，且A溶液的焰色反应为紫色，则A为KAlO2，E为NaAlO2。相应的化学反应方程式也不难写出。 11．(1)B、F C、E (2)B、F △ －－ 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容