高考化学一轮教师用书专题3 第9讲 从铝土矿到铝合金 Word版含答案.docx

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高考化学一轮教师用书专题3第9讲从铝土矿到铝合金Word版含答案

第9讲　从铝土矿到铝合金

目标要求

　1.了解铝及其重要化合物的性质和用途。

2.了解铝及其重要化合物的制备方法。

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）√

题组一　铝的性质及应用

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：

2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO

＋3H2↑

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　AC

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；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．铝是中学化学学习阶段的唯一一种既能与酸（非氧化性酸）反应又能与强碱溶液反应放出H2的金属，就铝的这一特殊性质回答下列问题：

（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________。

（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和氢氧化钠溶液中，产生H2的体积之比是__________________________________________________。

（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的物质的量浓度之比是________。

（4）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，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________（填字母）。

A．5.4gB．3.6gC．2.7gD．1.8g

答案　

（1）1∶1　

（2）1∶3　（3）3∶1　（4）A

解析　

（1）根据化学方程式：

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的量相等，所得H2的量必相等。

（2）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）因为铝足量且产生H2的量相等，根据关系式n（HCl）∶n（NaOH）＝3∶1，又因为两溶液体积相等，故物质的量浓度c（HCl）∶c（NaOH）＝n（HCl）∶n（NaOH）＝3∶1。

（4）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↑

6mol3mol

3mol·L－1×0.1L0.15mol

则Al与NaOH反应生成的H2为0.15mol×2＝0.3mol。

2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

2×27g　　　　　　　　　　　　3mol

5．4g　　　　　　　　　　　　0.3mol

即投入的铝粉为5.4g。

铝与酸或碱反应生成H2的量的关系

2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑

2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

（1）等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液分别反应：

①产生H2的物质的量相等。

②消耗H＋、OH－的物质的量之比为n（H＋）∶n（OH－）＝3∶1。

（2）足量的铝分别与等物质的量的HCl和NaOH反应：

①消耗Al的物质的量之比为1∶3。

②生成H2的物质的量之比为1∶3。

（3）一定量的铝分别与一定量的盐酸、氢氧化钠溶液反应：

若产生氢气的体积比为

＜

＜1，则必定

①铝与盐酸反应时，铝过量而HCl不足。

②铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而NaOH过量。

题组二　氧化铝、氢氧化铝的特性及应用

4．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。

5．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

6．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。

1．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。

2．Al（OH）3的三种制备方法

方法一：

可溶性铝盐溶液与过量氨水反应

反应原理：

Al3＋＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH

方法二：

向可溶性偏铝酸盐溶液中通入过量CO2

反应原理：

AlO

＋2H2O＋CO2===Al（OH）3↓＋HCO

方法三：

相互促进水解法

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．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”

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

（2）Al2O3是两性氧化物，所以可用作耐高温材料（　　）（2018·江苏，3C）

（3）Al2O3熔点高，所以可用作耐高温材料（　　）（2016·江苏，3D）

（4）甲（Al）、乙（HCl）、丙（NaOH）不满足任意两种物质在一定条件下均能发生反应（　　）

（2014·江苏，8A）

（5）在给定条件下，能实现Al2O3

NaAlO2（aq）

Al（OH）3（　　）（2012·江苏，7①）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）√　（4）×　（5）√

2．（2018·江苏，16）以高硫铝土矿（主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金属硫酸盐）为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下：

（1）焙烧过程均会产生SO2，用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为____________。

（2）添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如下图所示。

已知：

多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃

硫去除率＝（1－

）×100%

①不添加CaO的矿粉在低于500℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于________。

②700℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，其主要原因是______________________________________________________________________。

（3）向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由________（填化学式）转化为________（填化学式）。

（4）“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。

Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，理论上完全反应消耗的n（FeS2）∶n（Fe2O3）＝____________________________。

答案　

（1）SO2＋OH－===HSO

（2）①FeS2　②硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中　（3）NaAlO2　Al（OH）3　（4）1∶16

解析　

（2）①由已知多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃，不添加CaO的矿粉在低于500℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于杂质FeS2。

②700℃焙烧时，FeS2中的硫元素生成SO2，添加CaO后，SO2会与CaO、O2反应生成CaSO4而留在矿粉中。

（3）用NaOH溶液碱浸后，Al2O3、SiO2溶解，转化为NaAlO2和Na2SiO3，通入过量CO2后，NaAlO2与CO2反应转化为Al（OH）3。

（4）Fe2O3与FeS2在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，发生反应的化学方程式为16Fe2O3＋FeS2

11Fe3O4＋2SO2↑，可得关系式FeS2～16Fe2O3，则理论上完全反应消耗的n（FeS2）∶n（Fe2O3）＝1∶16。

一、单项选择题

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．A