高中化学必修一第3章 第1节 第3课时.docx
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高中化学必修一第3章第1节第3课时
第3课时 铝与氢氧化钠溶液的反应
一 铝与氢氧化钠溶液的反应
实验操作
实验现象
反应的化学方程式
试管中有气泡冒出，铝片逐渐溶解，且刚开始反应较慢，后来渐渐加快。
点燃的木条放在试管口时气体燃烧
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
试管中有气泡冒出，铝片逐渐溶解，且刚开始反应较慢，后来渐渐加快。
点燃的木条放在试管口时气体燃烧
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
归纳总结
1.铝既能与盐酸反应又能与氢氧化钠溶液反应。
2.反应原理
（1）铝与盐酸反应：
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，
Al是还原剂，HCl是氧化剂。
（2）铝跟氢氧化钠溶液的反应是分步进行的：
①2Al＋6H2O===2Al（OH）3＋3H2↑；
②Al（OH）3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O；
总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，
Al是还原剂，H2O是氧化剂。
3.“量”的关系
（1）等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，消耗HCl和NaOH的物质的量之比为3∶1。
（2）等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生H2的体积比为1∶1。
（3）足量的铝分别与等物质的量浓度、等体积的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生H2的体积比为1∶3。
1.铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应，当两个反应放出的气体在相同状况下体积相等时，反应中消耗的HCl和NaOH的物质的量之比为（ ）
A.1∶1B.2∶1C.3∶1D.1∶3
答案 C
解析 由铝与盐酸的反应方程式：
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，铝与氢氧化钠溶液的反应方程式：
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，可知生成等量氢气需两者物质的量之比为n（HCl）∶n（NaOH）＝3∶1。
理解感悟 本题中是铝与盐酸、氢氧化钠溶液的反应，反应中铝是还原剂，所以生成等量的H2时，消耗铝的质量相等，即生成等物质的量的AlCl3和NaAlO2，所以根据氯元素和钠元素守恒得到所需HCl与氢氧化钠的物质的量之比为3∶1。
2.在铝制易拉罐中收集满CO2气体，然后向其中倒入10mL浓NaOH溶液，并迅速用胶带将易拉罐口封住，能够观察到的实验现象是易拉罐突然变瘪了，经过一段时间后，又可以观察到的现象是________________________________________________。
试解释易拉罐变瘪的原因：
___________________________________；
并解释后一现象的原因：
______________________________________。
写出反应过程中的两个离子方程式：
_________________________________________；
________________________________________________________________________。
答案 易拉罐又鼓起来 易拉罐中的CO2与浓NaOH溶液反应，致使易拉罐内气压降低，从而使易拉罐被大气压压瘪 浓NaOH溶液与易拉罐（Al）反应产生H2，随着易拉罐内H2量的增多，易拉罐内气压增大，又会鼓起 CO2＋2OH－===CO
＋H2O 2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO
＋3H2↑
解析 易拉罐的瘪与鼓与其中的气压有关，开始时NaOH溶液吸收了CO2气体，后来Al与NaOH溶液反应产生H2，气体压强增大，又会鼓起。
二 物质的量在化学方程式计算中的应用
1.化学方程式是表示物质间发生化学反应的式子，它必须遵循质量守恒定律，即在反应前后质量守恒、原子种类和数目守恒。
在化学方程式中，可反映出物质的质量关系、粒子数目关系、物质的量关系等。
例如：
2Na ＋ 2H2O===2NaOH＋H2↑
质量之比46g36g80g2g
计量数之比2221
扩大NA倍2NA2NA2NANA
物质的量之比2mol2_mol2_mol1_mol
结论：
化学方程式中各物质的化学计量数之比，等于粒子数目之比，等于物质的量之比，在同一条件下也等于气体体积之比。
2.根据化学方程式进行计算的基本步骤
（1）设：
设所求物质的物质的量为n（B）[或质量为m（B），或气体在标准状况下的体积为V（B）等]。
（2）写：
写出相关的化学方程式。
（3）标：
在有关物质的化学式下面标出已知量和未知量。
（4）列：
列出所求物质的数学表达式。
（5）解：
根据比例式求解。
（6）答：
简明地写出答案。
归纳总结
根据化学方程式计算需注意的问题
（1）书写格式规范化：
在计算过程中应注意表达格式的规范化：
各物理量、物质的名称、公式等尽量用符号表示，且数据的运算要公式化并带单位。
（2）单位运用对应化：
一般来说，在一个题目中如果都用统一的单位，不会出现错误，但如果题目所给的两个量单位不一致，若换算成同一个单位，有时显得很繁琐，这时只要做到两个量的单位“上下一致，左右相当”即可。
3.向500mLNaOH溶液中投入10.8gAl，二者恰好完全反应后，计算：
（1）参加反应的NaOH的物质的量和溶液的物质的量浓度。
（2）生成标准状况下H2的体积。
答案
（1）参加反应的NaOH的物质的量为0.4mol，NaOH溶液的物质的量浓度为0.8mol·L－1。
（2）生成标准状况下H2的体积为13.44L。
解析 设参加反应的NaOH的物质的量为n，生成标准状况下H2的体积为V
2Al ＋ 2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
54g2mol67.2L
10.8gnV
则
＝
，解得：
n＝0.4mol，
c（NaOH）＝
＝0.8mol·L－1，
＝
，解得：
V＝13.44L。
4.把铁、铝混合物1.1g溶于200mL5mol·L－1盐酸中，反应后盐酸的浓度变为4.6mol·L－1（溶液体积变化忽略不计）。
求：
（1）反应中消耗HCl的物质的量；
（2）该混合物中铝、铁的物质的量。
答案
（1）消耗HCl的物质的量为0.08mol。
（2）铝、铁的物质的量分别为0.02mol，0.01mol。
解析
（1）消耗HCl的物质的量为0.2L×5mol·L－1－0.2L×4.6mol·L－1＝0.08mol。
（2）设Al、Fe的物质的量分别为x、y。
2Al ＋ 6HCl===2AlCl3＋3H2↑，
2mol6mol
x3x
Fe ＋ 2HCl===FeCl2＋H2↑
1mol2mol
y2y
得x＝0.02mol，y＝0.01mol。
理解感悟 在根据化学方程式进行计算时，如果是氧化还原反应，则可以利用得失电子守恒关系进行计算。
如在本题中，参加反应的盐酸（实际上是H＋）的物质的量等于铁、铝在反应中失去电子的物质的量之和，据此列出恒等关系式求解，更为简单。
1.铝（或氧化铝）既能与酸反应，又能与碱反应，因此，铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性、碱性或咸的食物。
2.物质的量应用化学方程式计算的依据是参加反应的各物质的物质的量之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。
物质的量又可将物质的质量、物质的量浓度、气体体积联系起来融入计算之中。
1.对于铝和烧碱溶液的反应，下列说法不正确的是（ ）
A.铝是还原剂
B.H2O是氧化剂
C.该反应说明所有金属都能与碱反应
D.铝与碱或酸反应能产生氢气
答案 C
2.将铝投入到一定量的NaOH溶液中，充分反应后，有2mol的电子发生转移，则参加反应的铝的物质的量为（ ）
A.
molB.1mol
C.2molD.
mol
答案 D
解析 铝在参加反应时1molAl可失去3mol电子，因此有2mol电子转移时需Al的物质的量为
mol。
3.标准状况下，3.25g锌与足量的盐酸反应生成xL氢气，下列比例式正确的是（ ）
A.Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑
1mol1mol
3.25gxL
B.Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑
65g22.4L
3.25gxL
C.Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑
1mol2g
0.05molxL
D.Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑
65g2g
3.25gxL
答案 B
解析 比例式应注意单位要“上下一致，左右相当”。
4.某无色溶液加入铝可以生成H2，则在该溶液中一定能大量存在的离子组是（ ）
A.K＋、Cu2＋、NO
、Cl－
B.K＋、Na＋、Br－、Cl－
C.K＋、Ca2＋、HCO
、Cl－
D.Na＋、Mg2＋、Br－、SO
答案 B
解析 A项Cu2＋显蓝色，不符合题意；所有离子与H＋和OH－均不反应，B项符合题意：
C项HCO
与酸和碱均反应，一定不能大量存在，不符合题意；D项Mg2＋与OH－不能大量共存，各离子与H＋不反应，D项不一定能大量共存，不符合题意。
5.如图是某学校实验室从化学试剂商店买回来的氢氧化钠试剂标签上的部分内容。
某同学从该试剂瓶中取出24.0g固体，配成1L溶液，请计算：
氢氧化钠 化学纯（CP）
500g,品名：
氢氧化钠
化学式：
NaOH
相对分子质量：
40
（1）所得氢氧化钠溶液的物质的量浓度为________。
（2）从所得氢氧化钠溶液中取出200mL于一烧杯中，投入足量的金属铝，完全反应后，产生的气体在标准状况下的体积为________。
答案
（1）0.6mol·L－1
（2）4.032L
解析 n（NaOH）＝
＝
＝0.6mol，
c（NaOH）＝
＝
＝0.6mol·L－1。
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2mol22.4L×3
0.6mol·L－1×0.2LV
V＝
＝4.032L。
40分钟课时作业
[经典基础题]
题组一 铝与NaOH、HCl溶液反应的定性规律
1.有关Al与NaOH溶液反应的说法中，正确的是（ ）
A.铝是还原剂，其氧化产物是H2
B.NaOH是氧化剂，其还原产物是H2
C.铝是还原剂，H2O和NaOH都是氧化剂
D.H2O是氧化剂，Al被氧化
答案 D
解析 Al与NaOH溶液的反应过程如下：
2Al＋6H2O===2Al（OH）3＋3H2↑，Al（OH）3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O。
H2O中的氢元素由＋1价变为0价，H2O得电子，是氧化剂，H2是还原产物；Al元素的化合价由0价变为＋3价，化合价升高被氧化，Al是还原剂，NaAlO2是氧化产物。
2.除去镁粉中的少量铝粉，可选用（ ）
A.硫酸B.水
C.盐酸D.氢氧化钠溶液
答案 D
解析 铝与NaOH溶液反应，而镁不反应。
3.用等质量的金属钠进行下列实验，产生氢气最多的是（ ）
A.将钠放入足量的稀盐酸中
B.将钠放入足量的稀硫酸中
C.将钠放入足量的硫酸氢钠溶液中
D.将钠用铝箔包好，并刺穿一些小孔，放入足量的水中
答案 D
解析 A、B、C三项中都是钠与酸或水反应放出氢气；而D项中除了Na与水反应放出H2外，铝还会与生成的NaOH溶液反应放出一定量的氢气。
4.某无色溶液放入铝片后有氢气产生，在该溶液中下列离子一定可以大量存在的是（ ）
A.HCO
B.Mg2＋
C.Cl－D.CO
答案 C
解析 该溶液能与铝反应放出氢气，说明该溶液可能呈酸性，也可能呈碱性。
A项中HCO
不能在酸性或碱性溶液中大量存在；B项中Mg2＋不能在碱性溶液中大量存在；D项中CO
不能在酸性溶液中大量存在。
题组二 铝与NaOH、H＋反应的定量计算
5.将5.4gAl投入到200mL2.0mol·L－1的某溶液中有氢气产生，充分反应后有金属剩余，该溶液可能为（ ）
A.NaOH溶液B.Ba（OH）2溶液
C.H2SO4溶液D.HCl溶液
答案 D
解析 5.4gAl的物质的量为
＝0.2mol，
0.2molAl能分别与0.2molNaOH、0.1molBa（OH）2、0.3molH2SO4、0.6molHCl完全反应放出H2，只有盐酸的量不足。
6.在500mLNaOH溶液中加入足量铝粉，反应完全后共收集到标准状况下的气体33.6L，该NaOH溶液的浓度为（ ）
A.1mol·L－1B.2mol·L－1
C.1.5mol·L－1D.3mol·L－1
答案 B
解析 2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
2mol67.2L
n（NaOH）33.6L
n（NaOH）＝
＝1mol，
c（NaOH）＝
＝2mol·L－1。
7.质量比为2∶3的金属铝分别与足量稀硫酸和NaOH溶液反应，则产生H2的体积比是（ ）
A.1∶2B.1∶3
C.2∶3D.3∶2
答案 C
解析 因为稀硫酸和NaOH溶液是足量的，因此铝无论是与H2SO4反应生成H2，还是与NaOH溶液反应生成H2，H2的量都是由铝的量决定的。
8.等体积、等物质的量浓度的盐酸、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3∶4，则甲、乙两烧杯中的反应情况可能是（ ）
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、乙中都是铝不足
答案 B
解析 若Al与盐酸和NaOH溶液反应消耗Al的质量相同，则反应放出H2的体积相等。
实际放出H2的体积比为3∶4，证明盐酸消耗Al少，而NaOH溶液消耗铝多，由反应2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑可知：
由于盐酸和NaOH的物质的量相等，铝与盐酸反应，铝过量，铝与NaOH溶液反应，铝不足。
题组三 物质的量在化学方程式计算中的应用
9.将amol钠和amol铝一同投入mg足量水中，所得溶液密度为dg·mL－1，该溶液中溶质质量分数为（ ）
A.
%B.
%
C.
%D.
%
答案 C
解析 本题既考查Na与H2O的反应，又考查Al与NaOH的反应，用关系式法来进行计算。
由：
2Na ～ 2NaOH ～ H2↑
amolamola/2mol
2Al ～ 2NaOH ～ 2NaAlO2 ～ 3H2↑
amolamolamol3a/2mol
得溶液的质量为50a＋m－（
＋
a）×2＝46a＋m
所以w（NaAlO2）＝
×100%＝
%。
10.铁粉可与高温水蒸气反应，若反应后得到的干燥固体质量比反应前铁粉的质量增加了32g，则参加反应的铁粉的物质的量是（ ）
A.0.5molB.1molC.1.5molD.2mol
答案 C
解析
3Fe＋4H2O（g）
Fe3O4＋4H2 Δm
3mol64g
n（Fe）32g
＝
，解得n（Fe）＝1.5mol。
[能力提升题]
11.某无色透明溶液能与金属铝反应放出H2。
试判断下列离子：
Mg2＋、Cu2＋、Ba2＋、H＋、Ag＋、SO
、SO
、HCO
、OH－、NO
，哪些能大量存在于此溶液中？
（1）当生成Al3＋时，能大量存在的是_________________________________________。
（2）当生成AlO
时，能大量存在的是______________________________________。
答案
（1）H＋、Mg2＋、SO
（2）OH－、Ba2＋、NO
解析 无色溶液则一定无Cu2＋，当生成Al3＋时，为强酸性溶液，且反应放出H2，阴离子只能有SO
，则一定无SO
、HCO
、NO
、OH－、Ba2＋、Ag＋。
当生成AlO
时，为碱性溶液，阳离子只能有Ba2＋，则一定无Mg2＋、Ag＋、HCO
、H＋、SO
、SO
。
12.把足量的铁粉投入到硫酸和硫酸铜的混合溶液中，充分反应后，剩余金属粉末的质量与原加入铁粉的质量相等，则原溶液中H＋与SO
的物质的量浓度之比为（ ）
A.1∶4B.2∶7
C.1∶2D.3∶8
答案 A
解析 设原溶液中H2SO4和CuSO4的物质的量分别为x、y。
Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑ Δm（固体质量减少）
56g1mol56g
x56x
Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu Δm（固体质量增加）
56g1mol64g8g
y8y
因为固体在反应前后质量相等，所以Δm（减）＝Δm（增）
56x＝8y，
＝
＝
＝
，则
＝
＝
。
13.某学习小组用下图所示装置测定铝镁合金中铝的质量分数和铝的相对原子质量。
（1）A中试剂为________。
（2）实验前，先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻，其目的是
________________________________________________________________________。
（3）将药品和水装入各仪器中，连接好装置后，需进行的操作还有：
①记录C的液面位置；②将B中剩余固体过滤、洗涤、干燥、称重；③待B中不再有气体产生并恢复至室温后，记录C的液面位置；④由A向B中滴加足量试剂；⑤检查气密性，上述操作的顺序是________（填序号）；记录C的液面位置时，除视线平视外，还应___________________________________。
（4）B中发生反应的化学方程式为_________________________________________________
________________________________________________________________________。
（5）若实验用铝镁合金的质量为ag，测得氢气体积为bmL（已换算为标准状况），B中剩余固体的质量为cg，则铝的相对原子质量为________。
（6）实验过程中，若未洗涤过滤所得的不溶物，则测得铝的质量分数将________（填“偏大”、“偏小”或“不受影响”）。
答案
（1）NaOH溶液
（2）除去铝镁合金表面的氧化膜
（3）⑤①④③② 使D和C中的液面相平
（4）2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
（5）
（6）偏小
解析
（1）铝镁合金中二者与酸都反应，但铝与碱反应而镁不与碱反应，所以A中的试剂应选择NaOH溶液。
（2）实验之前，将合金在稀酸中浸泡片刻，其目的是除去合金表面的氧化物保护膜。
（3）实验装置包括反应装置和排液量气装置，注意气密性检查应该在装药品之前。
（5）铝的相对原子质量可利用产生的氢气求解，M＝
＝
＝
。
（6）如果在实验过程中未洗涤固体，则残留物质量偏大，铝的质量偏小，则测得铝的质量分数结果偏小。
14.为确定某铝热剂（含氧化铁和铝）的组成，分别进行下列实验：
（1）若取ag样品，向其中加入足量的NaOH溶液，测得生成的气体（标准状况，下同）体积为bL。
反应的化学方程式是___________________________________；
样品中铝的质量为________g。
（2）另取ag样品将其点燃，恰好完全反应，该反应的化学方程式是2Al＋Fe2O3
2Fe＋Al2O3，氧化铁与铝的质量比是________。
（3）待
（2）中反应产物冷却后，加入足量盐酸，测得生成的气体体积为cL，该气体与
（1）中所得气体的体积比c∶b＝________。
答案
（1）2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
（2）80∶27 （3）2∶3
解析
（1）铝热剂中的铝与NaOH反应，铝与氢气的关系式为
2Al ～ 3H2
（2×27）g（3×22.4）L
m（Al）bL
所以：
m（Al）＝
g＝
g。
（2）根据反应：
2Al＋Fe2O3
2Fe＋Al2O3，氧化铁与铝的质量比为m（Fe2O3）∶m（Al）＝160∶54＝80∶27。
（3）在铝热反应后的生成物中加入足量盐酸，Al2O3、Fe均与盐酸发生反应，但只有盐酸与Fe反应时才放出气体：
Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑。
要知道放出多少气体，必须知道铁的质量或Fe2O3的质量，但题目要求的是Al与NaOH溶液、Fe与盐酸产生H2体积比，只要知道铝热剂中Al与Fe的物质的量之比即可求出。
2Al ～ Fe2O3 ～ 2Fe
3H22H2
bc
故b∶c＝3∶2。
15.铝镁合金已成为飞机制造、化工生产等行业的重要材料。
某研究性学习小组的同学，为测定某含镁3%～5%的铝镁合金（不含其他元素）中镁的质量分数，设计下列实验方案进行探究，填写下列空白。
[实验方案] 将铝镁合金与足量稀硫酸溶液反应，测定生成气体在通常状况下（约20℃，1.01×105Pa）的体积。
[问题讨论]
（1）同学们拟选用下列实验装置完成实验：
①你认为最简易的装置其连接顺序是
A接（ ）（ ）接（ ）（ ）接（ ）（ ）。
（填接口字母，可不填满）
②实验开始时，先打开分液漏斗上口的玻璃塞，再轻轻打开其活塞，一会儿后稀硫酸也不能顺利滴入锥形瓶。
请你帮助分析原因
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）仔细分析实验装置后，同学们经讨论认为以下两点会引起较大误差：
稀硫酸滴入锥形瓶中，即使不生成氢气，也会将瓶内空气排出，使所测氢气体积偏大；实验结束时，连接广口瓶和量筒的导管中有少量水存在，使所测氢气体积偏小。
于是他们设计了如图所示的实验装置。
（碱式滴定管上的刻度数值上小下大）
①装置中导管a的作用是
________________________________________________________________________。
②实验前后碱式滴定管中液面读数分别为V1mL、V2mL。
则产生氢气的体积为________mL。
答案
（1）①E D G ②铝、镁与稀硫酸反应放热且生成气体，使锥形瓶中气体压强变大
（2）①使分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等，打开分液漏斗活塞时稀硫酸能顺利滴下；可以消除由于加入稀硫酸引起的氢气体积误差 ②V1－V2
解析 实验中通过测定气体体积来确定样品中各组分的质量分数，所以装置的连接顺序为A、E、D、G；稀硫酸不能滴入的原因是产生的氢气使锥形瓶内的压强增大从而大于外界大气压所致；导管a的作用是平衡气压，使液体能够顺利滴下，同时消除
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