青岛二中届高考化学一轮大复习知识细练专题3 第9讲 从铝土矿到铝合金.docx

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青岛二中届高考化学一轮大复习知识细练专题3第9讲从铝土矿到铝合金

第9讲　从铝土矿到铝合金

目标要求　1.结合真实情景中的应用实例或通过实验探究,了解铝及其重要化合物的性质和用途。

2.结合实例认识金属性质的多样性，了解通过化学反应可以探索物质，实现物质的转化，认识物质及其转化在自然资源综合利用和环境保护中的重要作用。

一、铝的结构和性质

1．铝的结构和存在

铝位于元素周期表第3周期ⅢA族，原子结构示意图为。

铝是地壳中含量最多的金属元素。

自然界中的铝全部以化合态的形式存在。

2．金属铝的物理性质

银白色有金属光泽的固体，有良好的延展性、导电性和导热性等，密度较小，质地柔软。

3．金属铝的化学性质

写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：

①________________________________________________________________________。

②________________________________________________________________________。

③________________________________________________________________________。

④________________________________________________________________________。

答案　①4Al＋3O2

2Al2O3

②2Al＋Fe2O3

2Fe＋Al2O3

③2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑

④2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO

＋3H2↑

4．铝的制备

（1）铝土矿

Al2O3

（2）2Al2O3（熔融）

4Al＋3O2↑

5．铝的用途

纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。

问题思考

依据Al单质的性质，思考回答下列问题：

（1）铝的化学性质活泼，为什么日常生活中广泛使用的铝制品通常具有较强的抗腐蚀性能？

（2）铝与氢氧化钠溶液反应时，反应机理是怎样的？

请用双线桥法标出该反应电子转移的方向与数目。

答案　

（1）铝在常温下迅速被氧气氧化，形成一层致密的氧化膜，保护铝不再被氧化，因而铝制品通常具有较强的抗腐蚀性能。

（2）铝先与强碱溶液中的水反应生成H2和Al（OH）3，Al（OH）3可溶于NaOH生成NaAlO2和H2O，反应中Al为还原剂，水为氧化剂。

二、铝的重要化合物

1．氧化铝和氢氧化铝（两性）

名称

氧化铝（Al2O3）

氢氧化铝[Al（OH）3]

物理性质

白色固体，熔点很高

白色胶状物质，难溶于水

化学性质

与酸反应

Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O

Al（OH）3＋3H＋===Al3＋＋3H2O

与碱反应

Al2O3＋2OH－===2AlO

＋H2O

Al（OH）3＋OH－===AlO

＋2H2O

加热

不分解

2Al（OH）3

Al2O3＋3H2O

制备方法

Al（OH）3加热分解

①Al3＋与氨水反应

②AlO

溶液中通入CO2

③可溶性铝盐和偏铝酸盐混合

主要用途

①作耐火材料

②冶炼铝的原料

①制药　②净水作用

氢氧化铝的电离：

H＋＋AlO

＋H2OAl（OH）3Al3＋＋3OH－

酸式电离　　　　　　　　　　　　碱式电离

2．常见的铝盐——明矾

（1）明矾的化学式为KAl（SO4）2·12H2O，属于复盐。

（2）明矾净水的原理

明矾溶于水时发生电离，电离方程式为KAl（SO4）2===K＋＋Al3＋＋2SO

，其中Al3＋发生水解反应，产生Al（OH）3（胶体），其吸附能力很强，可以吸附水中的杂质并形成沉淀，使水澄清。

问题思考

中学化学学习阶段接触到许多既能与酸反应又能与碱反应的物质，除了Al及其重要化合物外，你还知道哪些？

答案　①弱酸的铵盐，如：

NH4HCO3、CH3COONH4、（NH4）2S等；②弱酸的酸式盐，如：

NaHCO3、KHS、NaHSO3等；③氨基酸。

（1）铝在自然界中有游离态和化合态两种形式（　　）

（2）MgO与Al粉的混合物也可称为铝热剂（　　）

（3）冶炼铝时常用焦炭作还原剂（　　）

（4）铝与少量NaOH溶液反应得到铝盐，与足量NaOH溶液反应生成偏铝酸盐（　　）

（5）Al2O3的熔点高，可作耐高温材料，实验室可用氧化铝坩埚熔化NaOH、Na2CO3固体等（　　）

（6）明矾可作净水剂，起到杀菌消毒的作用（　　）

（7）AlO

、HCO

在水溶液中因发生双水解反应而不能大量共存（　　）

（8）AlO

与NH

在水溶液中因发生双水解反应不能大量共存（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）×　（6）×　（7）×　（8）√

1．下列说法错误的是（　　）

A．铝与Fe2O3发生铝热反应后固体物质增重

B．铝箔在Cl2中燃烧可制备无水AlCl3

C．工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al

D．铝制容器可盛装浓H2SO4

答案　A

解析　铝与Fe2O3发生铝热反应：

2Al＋Fe2O3

Al2O3＋2Fe，反应前后固体物质的质量不变。

2．下列关于铝单质的叙述中，正确的是（　　）

A．不能用铝制的器皿来盛放酸梅汤或碱水是因为铝会和酸或碱反应

B．铝制品在空气中有很强的抗腐蚀性是因为铝的化学性质很稳定

C．铝和NaOH溶液反应：

Al＋2OH－===AlO

＋2H2↑

D．用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热，熔化后的液态铝会滴落下来，是因为金属铝的熔点较低

答案　A

解析　A项，无论是铝还是其氧化物都能与酸和碱反应，正确；B项，铝表面形成致密的氧化膜，错误；C项，电荷、电子均不守恒，正确的离子方程式为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO

＋3H2↑，错误；D项，打磨后的铝箔在酒精灯上灼烧表面生成Al2O3，高熔点的Al2O3兜住了熔融的液态铝，不会滴落，错误。

3．下列除去杂质的方法不正确的是（　　）

A．镁粉中混有少量铝粉：

加入过量烧碱溶液充分反应，过滤、洗涤、干燥

B．用过量氨水除去Fe3＋溶液中的少量Al3＋

C．Al（OH）3中混有少量Mg（OH）2：

加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤，向滤液中通入过量CO2后过滤

D．MgO中混有少量Al2O3：

加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤、洗涤、干燥得到MgO

答案　B

解析　Al（OH）3不溶于氨水，故向含少量Al3＋的Fe3＋溶液中加入过量氨水时，Fe3＋、Al3＋均转化为氢氧化物沉淀，达不到除杂的目的。

4．用含少量镁粉的铝粉制取纯净的氢氧化铝，下列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．①⑥⑤③B．②③④③

C．②③⑤③D．①③⑤③

答案　B

5．工业上以铝土矿（主要成分是氧化铝，含氧化铁杂质）为原料冶炼铝的工艺流程如下：

下列叙述正确的是（　　）

A．反应①中试剂X是氢氧化钠溶液

B．试剂Y是HCl，它与AlO

反应生成氢氧化铝

C．图中所示转化反应中包含2个氧化还原反应

D．将X与Y试剂进行对换，最终可以达到相同结果

答案　A

解析　B项，若试剂Y是HCl，它与AlO

反应生成Al3＋，错误；C项，图中所示转化只有一步是氧化还原反应2Al2O3

4Al＋3O2↑，错误；D项，试剂X为氢氧化钠，滤渣C为氧化铁，滤液A为偏铝酸钠和氢氧化钠混合溶液，通入过量二氧化碳气体，发生反应：

NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al（OH）3↓＋NaHCO3，不能对换，错误。

含铝杂质的提纯方法归类

利用Al、Al2O3、Al（OH）3可溶于强碱的特性，可除去许多物质中的含铝杂质，如：

（1）Mg（Al）：

加足量NaOH溶液。

（2）Fe2O3（Al2O3）：

加足量NaOH溶液。

（3）Mg（OH）2[Al（OH）3]：

加足量NaOH溶液。

（4）Mg2＋（Al3＋）：

加过量NaOH溶液，过滤，再加酸充分溶解。

1．本质

利用铝的还原性，将难熔金属从其氧化物中置换出来：

2mAl＋3MnOm

mAl2O3＋3nM。

2．反应特点

在高温下进行，反应迅速，放出大量的热。

新生成的金属单质呈液态且易与Al2O3分离。

3．装置

4．现象

（1）镁带剧烈燃烧，放出大量的热，并发出耀眼的白光，氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应。

（2）纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。

5．应用

（1）在生产上，可用于焊接钢轨等。

（2）在冶金工业上用于冶炼难熔金属。

6．铝热剂

（1）在铝热反应中，反应混合物（铝粉、金属氧化物）称为铝热剂。

（2）能与Al组成铝热剂的金属氧化物常见的有Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、MnO2、V2O5等。

铝热反应的本质是利用铝的还原性，将难熔金属从其氧化物中置换出来，关于铝热反应思考下列问题：

（1）是否所有的金属氧化物都能和铝发生铝热反应？

答案　否，判断铝热反应能否发生，应看金属的活动性。

例如MgO和Al不能发生铝热反应。

（2）在铝热反应中，镁条、KClO3的作用是___________________________________。

答案　引燃、助燃作用

（3）做铝热反应时，应注意哪些事项？

答案　①要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防止高温物质从四周溅出，同时损坏纸漏斗。

②蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人。

③实验装置不要距人群太近，应远离易燃物。

1．铝热反应的本质是利用铝的还原性，将难熔金属从其氧化物中置换出来，关于铝热反应解答下列问题：

（1）用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有________。

A．KClB．KClO3C．MnO2D．Mg

（2）用等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物在一定条件下与Al粉进行铝热反应。

①引发铝热反应的操作是_________________________________________________。

②产物中单质是________（写名称）。

（3）取少量

（1）中铝热反应所得的固体混合物，将其溶于足量稀H2SO4，滴加KSCN溶液无明显现象，________（填“能”或“不能”）说明固体混合物中无Fe2O3，理由是_________（用离子方程式说明）。

答案　

（1）BD　

（2）①加少量KClO3，插上镁条并将其点燃　②铁　（3）不能　Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋

解析　

（1）做铝热反应的实验时，需要KClO3作助燃剂，且用镁条引燃。

（2）在混合物上加少量KClO3固体并插上Mg条，点燃Mg条后放出热量，使KClO3固体分解放出O2，进一步加剧Mg的燃烧，可在短时间内使混合物温度迅速升高，引发反应。

MgO不能与铝发生铝热反应，所以产物中单质为Fe。

（3）反应后固体混合物中若有Fe2O3，因发生反应：

Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，Fe3＋转化为Fe2＋，KSCN溶液不会变血红色。

2．粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。

现进行如下实验：

①取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成；

②另取20gA全部溶于0.15L6.0mol·L－1盐酸中，得溶液C；

③将①中得到的单质B和溶液C反应，放出1.12L（标况）气体，同时生成溶液D，还残留有固体物质B；

④用KSCN溶液检验时，溶液D不变血红色。

请回答下列问题：

（1）①中引发铝热反应的实验操作是____________________________，产物中的单质B是________。

（2）②中所发生的各反应的化学方程式是_____________________________________

________________________________________________________________________。

（3）③中所发生的各反应的离子方程式是________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）若溶液D的体积仍视为0.15L，则该溶液中c（Mg2＋）为__________，c（Fe2＋）为__________。

答案　

（1）加少量KClO3，插上镁条并将其点燃　Fe

（2）Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O、

MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O

（3）Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋

（4）0.67mol·L－1　2.3mol·L－1

解析　

（1）铝热反应是指单质Al和某些金属氧化物发生的反应，反应过程中放出大量热，但该反应需要在较高的温度才能引发。

在混合物上加少量KClO3固体并插上Mg条，点燃Mg条后放出热量，使KClO3固体分解放出O2，进一步加剧Mg的燃烧，可在短时间内使混合物温度迅速升高，引发反应。

发生的反应为Fe2O3＋2Al

Al2O3＋2Fe，所以产物中单质B为Fe。

（2）Fe2O3和MgO都是碱性氧化物，能和酸反应生成盐和水：

Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O、MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O。

（3）混合物中只有Fe2O3能和Al发生铝热反应，生成Fe单质。

C溶液中有反应生成的FeCl3，还有未反应的HCl。

发生的离子反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。

（4）假设步骤②用去的20g固体中，MgO的物质的量为x，则Fe2O3的物质的量也为x，则40g·mol－1×x＋160g·mol－1×x＝20g，解得：

x＝0.1mol。

根据MgO～MgCl2的关系，则溶液中MgCl2的浓度为0．1mol÷0.15L≈0.67mol·L－1。

步骤④说明溶液中没有Fe3＋，也就是溶质为FeCl2和MgCl2。

根据Cl－不变的关系，可知MgCl2和FeCl2的总的物质的量等于

＝0.45mol，所以，FeCl2的浓度为

≈2.3mol·L－1。

1．（高考选项组合）下列说法正确的是（　　）

A．向硫酸铝溶液中滴加碳酸钠溶液的离子方程式：

2Al3＋＋3CO

===Al2（CO3）3↓（2017·海南，6C）

B．泡沫灭火器灭火是利用了Al2（SO4）3和小苏打的反应（2016·全国卷Ⅲ，7A）

C．铝与Fe2O3发生铝热反应，反应后固体物质增重（2014·新课标全国卷Ⅱ，9C）

D．氯化铝溶液滴入浓NaOH溶液中，产生大量白色沉淀（2015·全国卷Ⅱ，13C）

答案　B

解析　A项，Al3＋与CO

在溶液中会发生双水解反应，生成Al（OH）3和CO2，错误；C项，铝与氧化铁反应，反应前后都是固体，质量不变，错误；D项，忽视了NaOH可能过量，Al（OH）3能溶于过量NaOH溶液，错误。

2．（2018·海南，10改编）絮凝剂有助于去除工业和生活废水中的悬浮物。

下列物质可作为絮凝剂的是（　　）

A．CoC2O4·2H2OB．CaSO4·2H2O

C．Pb（CH3COO）2·3H2OD．KAl（SO4）2·12H2O

答案　D

3．（高考选项组合）下列说法或性质对应用途正确的是________。

A．氢氧化铝可用于中和过多胃酸（2018·全国卷Ⅱ，7C）

B．KAl（SO4）2·12H2O溶于水可形成Al（OH）3胶体（2018·江苏，6B）

C．Al2O3是两性氧化物，可用作耐高温材料（2018·江苏，3C）

D．给定条件转化：

　Al（s）

NaAlO2（aq）

Al（OH）3（s）（2018·江苏，9B）

答案　AB

4．（2016·海南，14）KAl（SO4）2·12H2O（明矾）是一种复盐，在造纸等方面应用广泛。

实验室中，采用废易拉罐（主要成分为Al，含有少量的Fe、Mg杂质）制备明矾的过程如下图所示。

回答下列问题：

（1）为尽量少引入杂质，试剂①应选用________（填标号）。

a．HCl溶液b．H2SO4溶液

c．氨水d．NaOH溶液

（2）易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为__________________________________。

（3）沉淀B的化学式为_________________________________________________________；

将少量明矾溶于水，溶液呈弱酸性，其原因是_____________________________________。

答案　

（1）d　

（2）2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

（3）Al（OH）3　Al3＋水解，使溶液中H＋浓度增大

解析　

（1）易拉罐的主要成分为Al，含有少量的Fe、Mg杂质，试剂①的作用是将Al溶解并除去Fe、Mg杂质，HCl溶液和H2SO4溶液均可溶解Al及Fe、Mg杂质，会引入Fe2＋、Mg2＋，氨水不溶解Al；NaOH溶液可溶解Al，但不溶解Fe、Mg杂质，故d项符合。

（2）选用NaOH溶液溶解易拉罐，主要发生反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。

（3）滤液A中铝元素以AlO

形式存在，与溶液中HCO

发生反应：

AlO

＋HCO

＋H2O===Al（OH）3↓＋CO

，故沉淀B为Al（OH）3，明矾溶于水时，KAl（SO4）2===K＋＋Al3＋＋2SO

，Al3＋＋3H2OAl（OH）3＋3H＋，使溶液呈弱酸性。

5．[2017·天津，7Ⅰ

（1）

（2）]某混合物浆液含Al（OH）3、MnO2和少量Na2CrO4。

考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置，使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用。

回答Ⅰ中的问题。

固体混合物分离利用的流程图

Ⅰ.固体混合物的分离和利用（流程图中的部分分离操作和反应条件未标明）

（1）反应①所加试剂NaOH的电子式为___________________________________，

B→C的反应条件为________，C→Al的制备方法称为________。

（2）该小组探究反应②发生的条件。

D与浓盐酸混合，不加热，无变化；加热有Cl2生成，当反应停止后，固体有剩余，此时滴加硫酸，又产生Cl2。

由此判断影响该反应有效进行的因素有（填序号）________。

a．温度　　　b．Cl－的浓度　　　c．溶液的酸度

答案　

（1）

　加热（或煅烧）　电解法

（2）ac

解析　

（1）由题给流程图知，溶液A中含有的溶质为偏铝酸钠、铬酸钠和NaOH，通入CO2得到的沉淀B为Al（OH）3，Al（OH）3受热分解可得到固体C（Al2O3），电解熔融的Al2O3可得到Al；固体D为MnO2，MnO2可与浓盐酸在加热的条件下生成Cl2。

NaOH的电子式为

。

B→C的反应条件为加热（或煅烧），C→Al的制备方法称为电解法。

（2）由题意“反应②发生的条件。

D与浓盐酸混合，不加热，无变化，加热有Cl2生成”说明温度对反应有影响；当反应停止后，滴加硫酸，提供H＋，故反应又开始产生Cl2。

由此判断H＋对反应有影响。

综上所述，故选ac。

1．（2020·深圳中学月考）下列除杂质的方法不正确的是（　　）

A．镁粉中混有少量铝粉：

加入过量烧碱溶液充分反应，过滤、洗涤、干燥

B．FeCl3溶液中混有少量AlCl3：

加入过量的氨水，过滤洗涤沉淀，将沉淀再用适量盐酸溶解

C．Fe2O3中混有少量Al2O3：

加入过量NaOH溶液充分反应，过滤、洗涤、干燥

D．Al（OH）3中混有少量Mg（OH）2：

加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤，向滤液中通入过量CO2后过滤

答案　B

解析　Al与NaOH溶液反应，而Mg不能，则除去镁粉中混有少量铝粉的方法为加入过量烧碱溶液充分反应，过滤、洗涤、干燥，所以A选项是正确的；加入过量氨水，二者均转化为沉淀，则FeCl3溶液中混有少量AlCl3，不能选加入过量氨水，故B错误；Fe2O3中混有少量Al2O3，加入足量烧碱溶液，Al2O3变成偏铝酸钠，而Fe2O3不发生反应，再通过过滤、洗涤、干燥，可以得到纯净的Fe2O3，所以C选项是正确的；加入足量烧碱溶液，氢氧化镁不反应，氢氧化铝溶解，过滤，向滤液中通入过量CO2后过滤、洗涤、干燥，得到氢氧化铝，所以D选项是正确的。

2．（2020·深圳月考）下列物质中既能跟稀硫酸反应，又能跟氢氧化钠溶液反应的是（　　）

①NaHCO3　②（NH4）2SO3　③Al2O3　④Al（OH）3　⑤Al

A．③④⑤B．①③④⑤

C．②③④⑤D．①②③④⑤

答案　D

解析　NaHCO3属于弱酸的酸式盐，既能与稀硫酸反应生成CO2气体，又能与氢氧化钠反应，生成碳酸钠，故①正确；（NH4）2SO3属于弱酸弱碱盐，既能与稀硫酸反应生成SO2气体，又能与碱反应生成NH3，故②正确；Al2O3属于两性氧化物，既能与稀硫酸反应生成Al3＋，又能与氢氧化钠反应生成AlO

，故③正确；Al（OH）3属于两性氢氧化物，既能与稀硫酸反应生成Al3＋，又能与氢氧化钠反应生成AlO

，故④正确；金属铝既能与稀硫酸反应生成Al3＋和氢气，又能与氢氧化钠反应生成AlO

和氢气，故⑤正确。

3．（2019·山西大学附中模拟）下列各组物质能相互反应得到Al（OH）3的是（　　）

A．铝跟NaOH溶液

B．Al（NO3）3跟过量的NaOH溶液

C．Al2O3和热水

D．Al2（SO4）3溶液跟过量的氨水

答案　D

解析　铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气，得不到氢氧化铝，故A错误；硝酸铝与过量的氢氧化钠反应生成偏铝酸钠，得不到氢氧化铝，故B错误；氧化铝不溶于水，与热水也不反应，得不到氢氧化铝，故C错误；硫酸铝与过量氨水反应生成氢氧化铝和硫酸铵，能够得到氢氧化铝，故D正确。

4．（2019·宁夏石嘴山市第三中学模拟）下列说法正确的是（　　）

A．HCO

和AlO

可以共存，因为它们不会发生双水解

B．AlO

和NH

会发生双水解，但是可以大量共存

C．CO2通入含有AlO

的溶液中可以反应，说明酸性H2CO3大于Al（OH）3

D．AlO

和Al3＋不能共存，是因为会发生归中反应

答案　C

解析　HCO

和AlO

在溶液中会反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸根离子，所以HCO

和AlO

不能大量共存，故A错误；AlO

和NH

发生双水解反应，不能大量共存，故B错误；因为酸性H2CO3大于Al（OH）3，所以CO2通入含有AlO

的溶液中可以反应生成氢氧化铝沉淀，故C正确；AlO

和Al3＋不能大量共存，因为会发生双水解反应，故D错误。

5．（2019·邵阳市邵东县第一中学模拟）铝、铍（Be）及其化合物具有相似的化学性质。

已知BeCl2＋Na2BeO2＋2H2O===2NaCl＋2Be（OH）2↓能完全进行，则下列推断正确的是（　　）

A．Be（OH）2既能溶于盐酸，又能溶于NaOH溶液

B．BeCl2水溶液的导电性