高中化学三维设计必修一讲义专题3 第一单元 第一课时 铝及铝合金 铝的氧化物与氢氧化物 Word版含答案.docx

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第一单元

从铝土矿到铝合金

第一课时　铝及铝合金铝的氧化物与氢氧化物

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[课标要求]

1．了解铝的原子结构及物理性质。

2．掌握铝的化学性质。

3．了解铝及铝合金的应用。

4．掌握Al2O3和Al（OH）3的性质。

　1．铝是一种既可以与酸反应又可以与碱溶液反应产生H2的金属。

2．Al2O3是两性氧化物，其与强酸、强碱溶液反应的离子方程式分别为

Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O、

Al2O3＋2OH－===2AlO

＋H2O。

3．Al（OH）3是两性氢氧化物，其与强酸、强碱溶液反应的离子方程式分别为

Al（OH）3＋3H＋===Al3＋＋3H2O、

Al（OH）3＋OH－===AlO

＋2H2O。

1．物理性质

颜色

状态

熔点

密度

导电导热性

延展性

银白色

固体

较低

较小

良好

良好

2．化学性质

铝原子结构示意图为，在化学反应中容易失去最外层上的3个电子，化合价升高，表现出还原性。

（1）铝的性质实验

与铝反

应的物质

实验现象

结论或化学方程式

浓硝酸

无明显现象

铝遇浓硝酸发生钝化

浓硫酸

无明显现象

铝遇浓硫酸发生钝化

盐酸

铝片逐渐溶解，有气泡产生

2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑

氢氧化

钠溶液

铝片逐渐溶解，有气泡产生

2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

（2）铝与氧气的反应

①常温时，与空气中的氧气反应生成致密的氧化膜并牢固地覆盖在铝表面，防止铝进一步被氧化，因此铝在空气中表现出良好的抗腐蚀性。

②加热时，铝粉可在空气中燃烧，放出大量热，化学方程式为4Al＋3O2

2Al2O3。

（3）铝与酸的反应

①与盐酸、稀H2SO4反应

离子方程式：

2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。

②常温下，遇浓硝酸、浓H2SO4时，在表面生成致密的氧化膜而发生钝化。

（4）铝与强碱溶液的反应

与NaOH溶液反应

离子方程式：

2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO

＋3H2↑。

[特别提醒]

因铝既能与强酸反应，又能与强碱溶液反应，铝制品不能用来蒸煮或长期储存酸性或碱性食物。

1．等质量的铝分别与足量的盐酸和NaOH溶液反应，两者生成氢气的量有什么关系？

提示：

产生H2的物质的量相等。

2．足量的铝分别与等浓度、等体积的盐酸和NaOH溶液反应，生成氢气的量有什么关系？

提示：

产生H2的物质的量之比为1∶3。

铝与酸、碱液反应生成H2的量的关系

1．反应原理

2．量的关系

（1）定量关系

（2）铝与盐酸、氢氧化钠溶液反应产生氢气体积关系归纳：

反应物的量

产生H2的体积关系

等量的铝分别与足量盐酸和氢氧化钠溶液反应

＝1∶1

足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应

＝

一定量的铝分别与不足量的盐酸和过量的氢氧化钠溶液反应

<

<1

1．称取两份铝粉，第一份加入足量的NaOH溶液，第二份加入足量的盐酸，若放出的氢气的体积相等（同温同压）。

则两份铝粉的质量比为（　　）

A．1∶2　　　　　　　B．1∶3

C．3∶2D．1∶1

解析：

选D　因NaOH溶液和盐酸都是足量的，若铝与两者反应放出氢气的体积相等，则两份铝的质量相等。

2．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5∶7，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

解析：

选B　因为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，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，而今产生H2的体积比：

<

<1，所以反应的情况为：

铝过量，盐酸不足；铝不足，氢氧化钠过量。

[方法技巧]

　一定量的铝分别和含等物质的量溶质的盐酸和氢氧化钠溶液反应，若产生氢气的体积比为

<

<1，则必定是：

①铝与盐酸反应时，铝过量而盐酸不足；

②铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而氢氧化钠过量。

1．铝热反应实验探究

实验

装置

实验

现象

（1）镁条剧烈燃烧

（2）氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应

（3）反应放出大量的热，并发出耀眼的白光

（4）纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中

实验

结论

在高温下，铝与Fe2O3发生反应，放出大量的热

化学

方程式

2Al＋Fe2O3

Al2O3＋2Fe

2.铝热反应

含义

铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应

原理

Al作还原剂，金属氧化物作氧化剂，用铝将金属氧化物中的金属置换出来

铝热剂

铝粉和某些金属氧化物（Fe3O4、Cr2O3、V2O5等）组成的混合物

引发

操作

在铝热剂上放KClO3，插入镁条并将镁条点燃

反应

特点

在高温下进行，迅速反应并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离

应用

冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等

[特别提醒]

铝热反应可用于焊接铁轨，但工业上不用该方法炼铁，因为铝比铁的冶炼成本更高。

3．铝合金

（1）组成：

铝与其他金属（或非金属）熔合形成合金。

（2）特点：

密度小、强度高、塑性好、抗腐蚀。

（3）用途：

建筑外墙材料，汽车车轮骨架和飞机构件。

4．铝的用途

（1）利用其导电性，制造电线。

（2）利用强的还原性，冶炼熔点高的金属。

1．铝热反应中利用了铝的哪些性质？

提示：

还原性、反应放出大量的热及铝的熔点低。

2．金属铝可用于还原哪些金属？

能否利用铝热反应冶炼镁？

提示：

能冶炼活动性比铝差的难熔金属。

不能利用铝热反应冶炼镁，原因是Mg比Al活泼。

1．铝热反应的特点

（1）高温。

（2）剧烈燃烧，放出大量的热。

（3）新生成的液态金属单质易与Al2O3（固态）分离。

2．铝热反应实验注意问题

（1）镁带要打磨净表面的氧化膜，否则难以点燃。

（2）氧化铁粉末要干燥，铝粉没有被氧化，否则难以反应。

（3）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，以防高温物质从四周溅出。

（4）因为铝热反应是一个放热反应，反应中放出的大量热量能够使铁熔化，所以要垫细沙，这样做的目的一是防止蒸发皿炸裂，二是防止熔融的金属溅出伤人。

（5）实验装置应远离人群和易燃物。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）铝热剂中的氧化剂是铝粉（　　）

（2）铝热剂是纯净物（　　）

（3）铝热反应是放热反应（　　）

（4）通过铝热反应可以在野外焊接钢轨（　　）

答案：

（1）×　

（2）×　（3）√　（4）√

2．下列物质不能与铝发生铝热反应的是（　　）

A．FeO　　　　　　　　B．Cr2O3

C．MgOD．MnO2

解析：

选C　Mg的活动性强于Al，Al不能和MgO反应置换出Mg。

3．下列为铝或铝合金的各种性质：

A：

导电性，B：

导热性，C：

还原性，D：

铝合金密度小、强度大、机械加工性能好，E：

结构紧密、不透光、不透气。

在后面横线上根据相关的性质填写相应的序号。

（1）制造飞机或汽车外壳________。

（2）制造各种日用炊具________。

（3）铝热法冶炼金属________。

（4）制造电线电缆________。

（5）制造包装用的铝箔________。

答案：

（1）D　

（2）B　（3）C　（4）A　（5）E

1．氧化铝

（1）化学性质

①与H2SO4反应的化学方程式：

Al2O3＋3H2SO4===Al2（SO4）3＋3H2O。

②与NaOH反应的化学方程式：

Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O。

③两性氧化物：

既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的氧化物。

④NaAlO2溶液与CO2反应的化学方程式：

NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al（OH）3↓＋NaHCO3。

（2）物理性质与用途

①硬度高，硬度仅次于金刚石的刚玉，其主要成分为α氧化铝，红宝石是含少量铬元素的刚玉，蓝宝石是含少量铁和钛元素的刚玉。

②熔点高，常用于制造耐火材料。

③工业上电解熔融氧化铝制取铝。

[特别提醒]

Al2O3属于两性氧化物而不是碱性氧化物。

2．氢氧化铝

（1）物理性质

①颜色状态：

白色固体。

②溶解性：

难溶于水。

（2）实验室制备

常用可溶性铝盐AlCl3与氨水反应制取Al（OH）3

①化学方程式为AlCl3＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH4Cl。

②离子方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH

。

③现象：

生成白色胶状沉淀，氨水过量时，沉淀不溶解。

（3）化学性质

①氢氧化铝的两性：

与酸反应

与碱反应

实验操作

向盛有Al（OH）3沉淀的试管中加入盐酸

向盛有Al（OH）3沉淀的试管中加入氢氧化钠溶液

现象

试管中白色沉淀溶解

试管中白色沉淀溶解

反应的化学方程式及离子方程式

化学方程式：

Al（OH）3＋3HCl===AlCl3＋3H2O

离子方程式：

Al（OH）3＋3H＋===Al3＋＋3H2O

化学方程式：

Al（OH）3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O

离子方程式：

Al（OH）3＋OH－===AlO

＋2H2O

两性氢氧化物

既可以与酸反应，又可以与碱反应生成盐和水的氢氧化物

②不稳定性：

Al（OH）3受热分解，化学方程式为2Al（OH）3

Al2O3＋3H2O。

3．明矾的净水作用

（1）复盐：

由两种或两种以上阳离子和一种阴离子组成的盐。

明矾是一种复盐，其化学式为KAl（SO4）2·12H2O。

（2）明矾的净水原理

[特别提醒]

Al（OH）3能溶于强酸、强碱溶液，但不溶于弱酸（如H2CO3）、弱碱（如NH3·H2O）。

1．为什么常用氨水与氯化铝溶液反应制取氢氧化铝，而不用氢氧化钠溶液呢？

提示：

因为Al（OH）3为两性氢氧化物，Al（OH）3可溶于NaOH溶液中而生成NaAlO2。

但Al（OH）3不溶于氨水中，故常用氨水与氯化铝反应制取氢氧化铝，而不用NaOH溶液。

2．向AlCl3溶液中滴加少量NaOH溶液，产物是什么？

NaOH过量又生成什么产物？

提示：

NaOH少量时产物是Al（OH）3，反应的化学方程式为AlCl3＋3NaOH===Al（OH）3↓＋3NaCl。

NaOH过量时产物是NaAlO2，反应的化学方程式为AlCl3＋4NaOH===NaAlO2＋3NaCl＋2H2O。

3．向NaAlO2溶液中滴加少量盐酸，产物是什么？

盐酸过量又生成什么产物？

提示：

盐酸少量时产物是Al（OH）3，反应的化学方程式为NaAlO2＋HCl＋H2O===Al（OH）3↓＋NaCl；盐酸过量时产物是AlCl3，反应的化学方程式为NaAlO2＋4HCl===AlCl3＋NaCl＋2H2O。

1．“铝三角”及其转化关系

（1）Al3＋与Al（OH）3的相互转化

①Al3＋转化为Al（OH）3：

Al3＋＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH

；

Al3＋＋3OH－（少量）===Al（OH）3↓。

②Al（OH）3转化为Al3＋：

Al（OH）3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。

（2）Al3＋与AlO

的相互转化

①Al3＋转化为AlO

：

Al3＋＋4OH－（过量）===AlO

＋2H2O。

②AlO

转化为Al3＋：

AlO

＋4H＋（过量）===Al3＋＋2H2O。

（3）AlO

与Al（OH）3的相互转化

①AlO

转化为Al（OH）3：

AlO

＋CO2（过量）＋2H2O===Al（OH）3↓＋HCO

；

2AlO

＋CO2（少量）＋3H2O===2Al（OH）3↓＋CO

。

AlO

＋H＋（少量）＋H2O===Al（OH）3↓。

②Al（OH）3转化为AlO

：

Al（OH）3＋OH－===AlO

＋2H2O。

2．“铝三角”转化关系的应用

（1）制取Al（OH）3：

Al3＋＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH

；

AlO

＋CO2＋2H2O===Al（OH）3↓＋HCO

。

（2）判断离子共存：

Al3＋与OH－、AlO

、CO

、HCO

等在溶液中不能大量共存；AlO

与H＋、Al3＋、Fe3＋等在溶液中不能大量共存。

（3）检验与鉴别

①用过量的NaOH溶液检验Al3＋的存在。

②用过量的NaOH溶液鉴别Al3＋、Mg2＋。

③采用互滴法鉴别Al3＋与OH－，AlO

与H＋。

（4）分离与提纯

①利用Al能溶于强碱溶液，分离Al与其他金属的混合物（如Fe、Al混合物）。

②利用Al2O3能与强碱溶液反应，分离Al2O3与其他金属氧化物（如Fe2O3、Al2O3混合物）。

③利用Al（OH）3能与强碱溶液反应，分离Al3＋与其他金属阳离子（如Al3＋与Mg2＋或Fe3＋）。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）用氢氧化钠溶液可以除去铝片表面的氧化膜（　　）

（2）可以利用Al2O3与水反应制得Al（OH）3（　　）

（3）溶解Al（OH）3的溶液一定是强酸溶液（　　）

（4）强酸性溶液中铝元素以Al3＋形式存在，强碱性溶液中铝元素以AlO

形式存在（　　）

答案：

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）√

2．下列变化不可能通过一步实验直接完成的是（　　）

A．Al（OH）3→Al2O3　　　　B．Al2O3→Al（OH）3

C．Al→AlO

D．Al3＋→Al（OH）3

解析：

选B　Al（OH）3加热分解可直接得Al2O3，Al与强碱溶液反应可得AlO

，Al3＋遇碱可直接得Al（OH）3，Al2O3难溶于水，不能通过一步反应得Al（OH）3，应将Al2O3与酸或碱反应得Al3＋或AlO

，再与碱或酸反应，才能得Al（OH）3。

[三级训练·节节过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．近年来，科学家正在探索利用铝粉作为新能源的可能性，以期望铝能成为一种石油的取代物。

假如铝作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，关于其有利因素的下列说法，你认为错误的是（　　）

A．铝质轻，便于运输、贮存，且安全

B．铝燃烧时放出的热量大，且燃烧后的产物对环境的污染容易得到有效的控制

C．在地球上，铝矿资源比较丰富

D．现代电冶炼铝的工业技术已为铝作为新能源奠定了重要基础

解析：

选D　电冶炼铝本身消耗了大量电能。

2．使溶液中的AlO

完全转化成Al（OH）3，应选择的最佳试剂是（　　）

A．稀硫酸　　　　　　　　B．盐酸

C．CO2D．氨水

解析：

选C　使AlO

转化成Al（OH）3需加酸，若用强酸会使生成的Al（OH）3溶解，最好通入CO2气体。

3．以氧化铝为原料制取氢氧化铝最好的方法是（　　）

A．将氧化铝溶于水

B．将氧化铝先溶于盐酸中，之后滴加氨水

C．将氧化铝先溶于盐酸中，之后滴加氢氧化钠溶液

D．将氧化铝先溶于氢氧化钠溶液之中，之后滴加盐酸

解析：

选B　以Al2O3为原料制取Al（OH）3，有两条途径：

Al2O3

Al3＋

Al（OH）3；

Al2O3

AlO

Al（OH）3。

因Al（OH）3可溶于强酸、强碱，故应选用Al3＋与弱碱反应或AlO

与弱酸反应。

4．下列各组物质的稀溶液相互反应，无论是前者滴入后者，还是后者滴入前者，反应现象相同的是（　　）

A．NaHSO4和Ba（OH）2

B．AlCl3和NaOH

C．NaAlO2和H2SO4

D．Ba（HCO3）2和Ba（OH）2

解析：

选AD　B项中，NaOH溶液滴入AlCl3溶液中，先产生白色沉淀，碱液过量后沉淀又溶解，AlCl3溶液滴入NaOH溶液中，生成的沉淀立即溶解，最后又生成白色沉淀；C项中，稀H2SO4滴入NaAlO2溶液中，先产生白色沉淀，酸过量后沉淀又溶解，NaAlO2溶液滴入稀H2SO4中，生成的沉淀立即溶解，最后又生成白色沉淀；对于A、D两项不管加入试剂的顺序如何，其现象均相同。

5．已知X是某金属单质，X、A、B、C含同一种元素，可发生如下转化：

（1）写出下列物质的化学式：

X________，A________，B________，C________。

（2）写出以下反应的离子方程式：

②________________________________________________________________________；

④________________________________________________________________________。

解析：

金属单质中既可和酸反应，又可和碱反应的只有Al，X是Al，则A是Al2O3，B是NaAlO2，C是AlCl3。

答案：

（1）Al　Al2O3　NaAlO2　AlCl3

（2）2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO

＋3H2↑

Al2O3＋2OH－===2AlO

＋H2O

一、单项选择题

1．下列说法正确的是（　　）

A．Al2O3难溶于水，不跟水反应，所以它不是Al（OH）3对应的氧化物

B．因为Al2O3是金属氧化物，所以它是碱性氧化物

C．Al2O3能跟所有的酸碱溶液反应

D．Al2O3能跟强的酸碱溶液反应

解析：

选D　虽然Al2O3不跟H2O反应，但Al2O3和Al（OH）3中铝元素化合价相同，Al2O3是Al（OH）3对应的氧化物；Al2O3是金属氧化物，不是碱性氧化物，是两性氧化物，能跟强酸强碱反应，与弱酸弱碱不反应。

2．世界卫生组织把铝确定为食品污染源之一，而加以控制使用。

铝在下列应用中应加以控制的是（　　）

①制铝合金　②制电线　③制炊具　④银色漆颜料　

⑤明矾[KAl（SO4）2·12H2O]净水　⑥明矾与苏打制食品膨松剂　⑦易拉罐　⑧用Al（OH）3凝胶制胃舒平药片　⑨包装糖果和小食品

A．③⑤⑧⑨　　　　　　B．⑥⑧⑨

C．③⑤⑨D．③⑤⑥⑦⑧⑨

解析：

选D　本题的突破口是“食品污染源”。

3．下列物质中既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应的是（　　）

①Na2CO3　②Al（OH）3　③NH4HCO3　④Al2O3

A．①②④　　　　　　　　B．②③④

C．②④D．①②③④

解析：

选B　Na2CO3只能与盐酸反应；Al2O3和Al（OH）3既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应；NH4HCO3与盐酸反应放出CO2，与NaOH溶液反应放出NH3。

4．使溶液中的Al3＋完全转化成Al（OH）3，应选择的最好试剂是（　　）

A．H2SO4B．盐酸

C．CO2D．氨水

解析：

选D　Al3＋与碱反应可转化为Al（OH）3，而Al（OH）3可溶于强碱，故要制得Al（OH）3，最好选用弱碱。

5．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．AlB．Al（OH）3

C．AlCl3D．Al2O3

解析：

选A　相同质量时物质的量n（Al）＝1/27,n[Al（OH）3]＝1/78，n（AlCl3）＝1/133.5，n（Al2O3）＝1/102,1molAl消耗1molNaOH,1molAl（OH）3消耗1molNaOH，1molAlCl3消耗4molNaOH,1molAl2O3消耗2molNaOH。

各选项中消耗NaOH分别为A项，1/27mol，B项，1/78mol，C项，4/133.5＝1/33.375mol，D项，1/51mol，数值最大者为A项。

二、不定项选择题

6．下列关于氢氧化铝性质的叙述错误的是（　　）

A．Al（OH）3是两性氢氧化物

B．Al（OH）3是难溶于水的白色胶状物质

C．Al（OH）3能凝聚水中的悬浮物，也能吸附色素

D．Al（OH）3既能溶于NaOH溶液、氨水，又能溶于盐酸

解析：

选D　Al（OH）3难溶于弱碱（如氨水）。

7．在MgO中混有少量的Al2O3杂质，欲将杂质除去可选用的试剂是（　　）

A．稀硫酸B．浓氨水

C．稀盐酸D．氢氧化钠溶液

解析：

选D　MgO不溶于NaOH溶液，Al2O3溶于NaOH溶液。

8．下列各组物质中能发生铝热反应的是（　　）

A．Al粉和FeO粉末

B．木炭粉和CuO粉末

C．Al粉和MnO2粉末

D．Al粉和稀盐酸

解析：

选AC　铝热反应是铝与金属氧化物间的反应，B中无铝粉，错误；D中无金属氧化物，错误。

三、非选择题

9．完成下面有关钠、镁、铝的计算及判断。

（1）分别取ag钠、镁、铝分别与足量盐酸反应，在相同条件下产生氢气的体积比是__________________________。

（2）分别取0.1mol钠、镁、铝与足量盐酸反应，在相同条件下产生氢气的体积比是________________。

（3）若产生相同体积（同温同压）的氢气，所需钠、镁、铝三种金属的物质的量之比是________；质量比是________。

解析：

（1）agNa、Mg、Al的物质的量分别为

mol、

mol、

mol，由三者与足量盐酸反应的化学方程式：

2Na＋2HCl===2NaCl＋H2↑，Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑，2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，可得关系式：

2Na～H2，Mg～H2,2Al～3H2，所以agNa、Mg、Al生成H2的体积之比为

∶

∶

＝

∶

∶

。

解答本题也可由电子守恒知产生氢气的体积之比即为金属转移的电子数之比：

（

×1）∶（

×2）∶（

×3），直接得出答案。

（2）0.1mol钠、镁、铝与足量盐酸反应，转移电子数之比为（0.1mol×1）∶（0.1mol×2）∶（0.1mol×3）＝1∶2∶3，即产生H2体积之比为1∶2∶3。

（3）与前两问恰好反过来，氢气的体积相等，转移的电子数相等，即为金属失去的电子数相等。

答案：

（1）

∶

∶

（2）1∶2∶3

（3）1∶

∶

（或6∶3∶2）　23∶12∶9

10．A、B、C、D、E五种化合物，均含有某种常见元素，它们的转化关系如图所示，其中A为澄清溶液，C为难溶的白色固体，E则易溶于水，若取A溶液灼烧，焰色反应为浅紫色（透过蓝色钴玻璃）。

请回答下列问题：

（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：

____________________________________________________________，

B→D：

________________________________