第二章第二节铝及其化合物.docx
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第二章第二节铝及其化合物
第二节 铝及其化合物
[考纲展示] 1.了解铝的主要性质及应用。
2.了解铝的重要化合物的主要性质及应用
考点1|镁、铝单质的性质及其应用
固本探源
1.铝的结构和存在
铝位于元素周期表第三周期ⅢA族,原子结构示意图为。
铝是地壳中含量最丰富(或最多)的金属元素。
自然界中的铝全部以化合态存在。
2.物理性质
银白色,有金属光泽的固体,有良好的导电性、导热性和延展性,密度较小,质地柔软。
3.化学性质
写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式:
4.铝与镁的性质比较
铝
镁
与非金属反应
能被Cl2、O2氧化
2Mg+O2
2MgO
3Mg+N2
Mg3N2
与水反应
反应很困难
能与沸水反应Mg+2H2O
Mg(OH)2+H2↑
与碱反应
能溶于强碱溶液
不反应
与某些氧
化物反应
能与Fe2O3、MnO2、
Cr2O3等金属氧化
物发生铝热反应
能在CO2中燃烧:
2Mg+CO2
2MgO+C
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。
典例引领
[典例1] (2013·山东高考)足量下列物质与相同质量的铝反应,放出氢气且消耗溶质物质的量最少的是( )
A.氢氧化钠溶液 B.稀硫酸
C.盐酸D.稀硝酸
[拓展延伸]
例题中改为相同质量的镁,其他不变,则正确选项为________。
考点精析
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。
题组强化
●题组1—镁、铝性质的比较
1.镁铝合金Mg17Al12是一种潜在的储氢材料。
该合金在一定条件下完全吸氢的化学方程式为Mg17Al12+17H2===17MgH2+12Al。
得到的混合物Y(17MgH2+12Al)在6mol/L盐酸中可完全释放出氢气。
下列有关说法正确的是( )
A.该镁铝合金的熔点介于金属镁和金属铝的熔点之间
B.该合金中镁元素呈负价,铝元素呈正价
C.制备该合金应在氮气保护下,将一定比例的Mg、Al单质在一定温度下进行熔炼
D.1molMg17Al12完全吸氢后得到的混合物Y与足量6mol/L的盐酸反应可生成52molH2
2.(2016·洛阳质检)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
3.将等物质的量的镁和铝混合,取等质量该混合物四份,分别加到足量的下列溶液中,充分反应后,放出氢气最多的是( )
A.3mol·L-1HClB.4mol·L-1HNO3
C.8mol·L-1NaOHD.18mol·L-1H2SO4
[规律方法]
Mg、Al化学性质的特殊性
(1)活泼金属与酸反应是金属的通性,而铝不但能与酸(H+)反应,还能够与强碱溶液反应,表现为特殊性,2Al+2OH-+2H2O===2AlO
+3H2↑。
但Al与弱碱溶液(如氨水)不反应。
(2)铝热反应
铝和某些金属氧化物反应,将该金属从氧化物中置换出来,同时放出大量的热,这种反应称为铝热反应,可用于焊接金属、冶炼高熔点贵重金属。
注意:
Al与MgO不能发生铝热反应。
(3)Mg在CO2中能够燃烧,所以Mg着火不能用干粉灭火器和泡沫灭火器。
●题组2—Al与酸、碱反应的定量考查
4.将一定量的镁铝合金样品分成两等份,一份加入到足量的NaOH溶液中,充分反应后,收集到标准状况下气体6.72L;另一份加入到足量稀盐酸中,充分反应后,收集到标准状况下气体11.2L。
则原合金样品中镁的质量为
( )
A.4.8gB.6g
C.9.6gD.12g
5.agMg、Al合金完全溶解在c1mol/L、V1LHCl溶液中,产生bgH2。
再向反应后的溶液中加入c2mol/L、V2LNaOH溶液,恰好使沉淀达到最大值,且沉淀质量为dg。
下列关系错误的是( )
A.与金属反应后剩余盐酸中HCl为(c1V1-b)mol
B.c1=
C.铝失去电子的物质的量为bmol
D.d=a+17b
[规律方法]
(1)电子守恒:
2Al
3H2,尽管反应物的用量不同,产物形式也不相同,但转移电子由Al所决定,故二者产生氢气相等。
(2)质量守恒:
固体增加质量为OH-的质量。
考点2|铝的重要化合物
固本探源
1.氧化铝
(1)物理性质:
白色固体,难溶于水,有很高的熔点,常用作耐火材料。
天然刚玉的成分是Al2O3,还可制作各种宝石。
(2)化学性质
2.氢氧化铝
(1)物理性质
白色胶状不溶于水的固体,有较强的吸附性。
(2)化学性质(用化学方程式表示)
②受热分解:
2Al(OH)3
Al2O3+3H2O。
(3)制备
①向可溶性铝盐溶液中加入氨水,离子方程式为Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
。
②向NaAlO2溶液中通入足量CO2,离子方程式为AlO
+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
。
③NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合:
3AlO
+Al3++6H2O===4Al(OH)3↓。
3.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构成的复盐。
(2)明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O,它是无色晶体,可溶于水,水溶液pH<7(填“<”、“>”或“=”)。
明矾可以净水,其净水的原理是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。
典例引领
[典例2] 某混合溶液中可能含有HCl、MgCl2、AlCl3、NH4Cl、Na2CO3、KCl中的几种物质,往该溶液中逐滴加入NaOH溶液,产生沉淀的物质的量(n)与加入的NaOH溶液体积(V)的关系如图所示。
回答下列问题:
(1)溶液中一定含有的溶质是____________________(填化学式)。
(2)溶液中一定不含有的溶质是________________(填化学式)。
(3)溶液中可能含有的溶质是________(填名称),判断该物质是否存在的实验方法是________,现象是___________________。
(4)分别写出AB段、BC段发生的离子方程式:
①AB段为___________;
②BC段为______________。
【解题导引】
(1)所给物质中的离子能与OH-反应的有哪些?
其顺序是什么?
【提示】 H+、Al3+(Mg2+)、NH
;顺序为H+>Al3+(Mg2+)>NH
。
(2)图中哪些点或线对判断有何帮助?
【提示】 沉淀不立即产生(A点),说明有HCl;B~C段说明有NH4Cl;D点说明沉淀完全溶解,无MgCl2。
【解析】 首先分析图像,找出图像中的转折点、斜线及水平线,结合题意可知OA段是NaOH溶液与HCl中和,加入过量NaOH溶液,沉淀全部溶解,说明无MgCl2,所以沉淀只有Al(OH)3,BC段是NaOH溶液与NH4Cl反应,所以溶液中一定含有HCl、AlCl3、NH4Cl,一定无MgCl2;因为HCl、AlCl3与Na2CO3不能大量共存,所以一定无Na2CO3;可能含KCl,鉴别碱金属元素可利用焰色反应进行鉴别。
【答案】
(1)HCl、AlCl3、NH4Cl
(2)MgCl2、Na2CO3
(3)氯化钾 焰色反应 透过蓝色钴玻璃观察焰色反应是否为紫色
(4)①Al3++3OH-===Al(OH)3↓
②NH
+OH-===NH3·H2O
考点精析
1.有关Al(OH)3沉淀的图像
(1)可溶性铝盐溶液与NaOH溶液反应的图像
操作
向可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量
向NaOH溶液中逐滴加入可溶性铝盐溶液至过量
现象
立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失
无沉淀(有但即溶)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失
图像
离子
方程式
Al3++3OH-===
Al(OH)3↓
Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O
Al3++4OH-===AlO
+2H2O
3AlO
+Al3++6H2O===4Al(OH)3↓
(2)偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像
操作
向偏铝酸盐溶液中逐滴加入稀盐酸至过量
向稀盐酸中逐滴加入偏铝酸盐溶液至过量
现象
立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失
无沉淀(有但即溶)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失
图像
离子
方程式
AlO
+H++H2O===Al(OH)3↓
Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O
AlO
+4H+===Al3++2H2O
Al3++3AlO
+6H2O===4Al(OH)3↓
2.四个拓展图像
(1)向AlCl3溶液中逐滴加入氨水或NaAlO2溶液至过量,图像如图1所示。
(2)向NaAlO2溶液中逐滴加入AlCl3溶液或通入CO2至过量,图像如图2所示。
图1 图2
(3)向MgCl2、AlCl3和盐酸的混合溶液(即将Mg、Al溶于过量盐酸所得的溶液)中逐滴滴入NaOH溶液至过量,图像如图3所示。
(4)向MgCl2、AlCl3混合溶液中先加入NaOH溶液,后加入盐酸(NaOH与盐酸的物质的量浓度相等),沉淀图像如图4所示。
图3 图4
题组强化
●题组1—Al2O3、Al(OH)3的两性
1.下列说法不正确的是( )
A.(2014·四川高考)AlCl3溶液中加入过量稀氨水:
Al3++4NH3·H2O===AlO
+4NH
+2H2O
B.(2014·四川高考)氢氧化铝可作胃酸的中和剂
C.(2014·江苏高考)向NaAlO2溶液中通入过量CO2制Al(OH)3:
CO2+AlO
+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
D.(2014·福建高考)常温下,Al(OH)3既能与NaOH溶液反应又能与稀硫酸反应
2.下列各项操作中,不发生“先产生沉淀,然后沉淀又溶解”现象的是
( )
①向饱和碳酸钠溶液中通入过量的CO2;
②向NaAlO2溶液中逐滴加入过量的稀盐酸;
③向AlCl3溶液中逐滴加入过量稀氢氧化钠溶液;
④向硅酸钠溶液中逐滴加入过量的盐酸
A.①② B.①③
C.①④D.②③
3.下列五种化合物:
①Mg(HCO3)2、②Al(OH)3、③NaAlO2、④(NH4)2CO3、⑤Al2O3。
既能与盐酸反应,又能与NaOH溶液反应的是( )
A.②B.②③
C.①②④⑤D.①②③④⑤
[归纳总结]
常见的既能与酸反应又能与碱反应的物质
(1)金属单质:
Al等;
(2)两性氧化物:
Al2O3等;(3)两性氢氧化物:
Al(OH)3等;(4)弱酸的铵盐:
(NH4)2CO3、CH3COONH4、(NH4)2S等;(5)弱酸的酸式盐:
NaHCO3、KHS、NaHSO3等;(6)氨基酸等。
●题组2—有关Al(OH)3的图像分析与计算
4.已知室温下,Al(OH)3的Ksp或溶解度远大于Fe(OH)3。
向浓度均为0.1mol·L-1的Fe(NO3)3和Al(NO3)3混合溶液中,逐滴加入NaOH溶液。
下列示意图表示生成Al(OH)3的物质的量与加入NaOH溶液的体积的关系,合理的是
( )
A B
C D
5.(2014·安徽高考)室温下,在0.2mol·L-1Al2(SO4)3溶液中,逐滴加入1.0mol·L-1NaOH溶液,实验测得溶液pH随NaOH溶液体积变化曲线如右图,下列有关说法正确的是( )
A.a点时,溶液呈酸性的原因是Al3+水解,离子方程式为:
Al3++3OH-Al(OH)3
B.a~b段,溶液pH增大,Al3+浓度不变
C.b~c段,加入的OH-主要用于生成Al(OH)3沉淀
D.d点时,Al(OH)3沉淀开始溶解
6.把由NaOH、MgCl2、AlCl3三种固体组成的混合物溶于足量水后有1.16g白色沉淀,在所得的悬浊液中逐滴加入1mol·L-1HCl溶液,加入HCl溶液的体积V与生成沉淀的质量m的关系如图所示。
请完成下列问题:
(1)原混合物中的MgCl2的质量为________,AlCl3的质量为________,NaOH的质量为________。
(2)Q点所表示的HCl溶液的体积是________。
【答案】
(1)1.9g 2.67g 5.2g
(2)130mL
考点3|“铝三角”转化及其应用
固本探源
Al3+、Al(OH)3、AlO
之间的转化关系
写出上述转化的离子方程式:
(1)①Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
;
②Al3++3AlO
+6H2O===4Al(OH)3↓;
③Al3++3OH-===Al(OH)3↓。
(2)Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O。
(3)Al3++4OH-===AlO
+2H2O。
(4)AlO
+4H+===Al3++2H2O。
(5)①AlO
+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
;
②AlO
+H++H2O===Al(OH)3↓。
(6)Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O。
典例引领
[典例3] (2013·大纲全国卷节选)铝土矿的主要成分是Al2O3和SiO2等。
从铝土矿中提炼Al2O3的流程如下:
(1)写出反应1的化学方程式______________。
(2)滤液Ⅰ中加入CaO生成的沉淀是________,反应2的离子方程式为
____________________________。
【解题导引】
(1)如何将SiO2从混合物中分离出来?
【提示】 Al2O3、SiO2均能与NaOH溶液反应,形成滤液Ⅰ;加入CaO后SiO
形成CaSiO3沉淀通过过滤分离出来。
(2)气体A是CO2,还是NH3?
为什么不选用HCl?
【提示】 AlO
在酸性环境中不能存在,故通CO2。
HCl与AlO
反应不易控制量,会造成Al元素的损失。
【解析】
(1)在加入NaOH溶液时,Al2O3和SiO2都能与NaOH反应,分别生成NaAlO2和Na2SiO3。
(2)加入CaO后,SiO
与Ca2+结合生成难溶物CaSiO3;滤液Ⅱ中主要含有AlO
,通入CO2后生成沉淀Al(OH)3,煅烧后生成Al2O3。
【答案】
(1)2NaOH+SiO2===Na2SiO3+H2O、2NaOH+Al2O3===2NaAlO2+H2O
(2)CaSiO3 2AlO
+CO2+3H2O===2Al(OH)3↓+CO
考点精析
“铝三角”关系的应用
1.制取Al(OH)3
(1)Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
;
(2)AlO
+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
。
2.判断离子共存问题
Al3+与OH-、AlO
、CO
、S2-等弱酸阴离子或AlO
与H+、HCO
以及弱碱阳离子Al3+、Fe3+等因生成沉淀或发生水解相互促进的反应而不能大量共存。
3.鉴别(利用滴加试剂顺序不同,现象不同)
(1)向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液,先产生白色沉淀,后沉淀溶解。
(2)向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液,开始无明显现象,后产生白色沉淀,沉淀不溶解。
4.分离提纯
(1)利用Al能溶于强碱溶液,分离Al与其他金属的混合物。
(2)利用Al2O3能与强碱溶液反应,分离Al2O3与其他金属氧化物。
(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。
题组强化
●题组1—“铝三角”关系的应用
1.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,再将沉淀用适量盐酸溶解
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
2.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.①⑥⑤③ B.②③④③
C.②③⑤③D.①③⑤③
3.下列各组物质,前者逐滴滴加到后者中直至过量,先出现白色沉淀,后来沉淀又消失的是( )
A.H2SO4滴入NaAlO2溶液中
B.Ba(OH)2溶液滴入Al2(SO4)3溶液中
C.Al2(SO4)3溶液滴入NaOH溶液中
D.氨水滴入Al2(SO4)3溶液中
4.常温下,下列各组离子在指定溶液中能大量共存的是( )
A.无色溶液中:
ClO-、MnO
、Al3+、K+
B.1.0mol·L-1的NaAlO2溶液中:
Cl-、HCO
、K+、Ca2+
C.在强碱性环境中:
AlO
、SiO
、Na+、K+
D.能使甲基橙显红色的溶液中:
NH
、AlO
、Na+
●题组3—“铝三角”应用于铝土矿中Al2O3的提纯
5.(2016·广州模拟)某地煤矸石经预处理后含SiO2(63%)、Al2O3(25%)、Fe2O3(5%)及少量钙镁的化合物等,一种综合利用煤矸石的工艺流程如图所示。
(1)写出“酸浸”过程中主要反应的离子方程式:
______________________________________________________________、
______________________________________________________________。
(2)“酸浸”时铝浸出率的影响因素可能有________、________(写出2个)。
(3)物质X的化学式为________。
“碱溶”时反应的离子方程式为
________________________________________________________。
(4)已知Fe3+开始沉淀和沉淀完全的pH分别为2.1和3.2,Al3+开始沉淀和沉淀完全的pH分别为4.1和5.4。
为了获得Al(OH)3产品,从煤矸石的盐酸浸取液开始,若只用CaCO3一种试剂,后续的操作过程是__________________________________。
(5)以煤矸石为原料还可以开发其他产品,例如在煤矸石的盐酸浸取液除铁后,常温下向AlCl3饱和溶液中不断通入HCl气体,可析出大量AlCl3·6H2O晶体。
结合化学平衡移动原理解释析出晶体的原因:
___________________。
【答案】
(1)Al2O3+6H+===2Al3++3H2O
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O
(2)盐酸的浓度 反应温度 煤矸石的颗粒大小 是否充分搅拌 反应时间(任写2个)
(3)CO2 Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O
(4)加入CaCO3调节pH到3.2,过滤除去Fe(OH)3,再加入CaCO3调节pH到5.4,过滤得到Al(OH)3
(5)AlCl3饱和溶液中存在溶解平衡AlCl3·6H2O(s)Al3+(aq)+3Cl-(aq)+6H2O(l),通入HCl气体使溶液中的c(Cl-)增大,平衡向析出固体的方向移动,从而析出AlCl3·6H2O晶体
6.某研究性学习小组用不纯的氧化铝(杂质为Fe2O3)为原料,设计了冶炼铝的以下工艺流程(部分反应产物没有标出):
(1)试剂X的化学式为________,反应Ⅰ的离子方程式是
_________________________________________________。
实验室配制480mL1mol·L-1X的溶液必须用到玻璃仪器除烧杯、玻璃棒、试剂瓶、胶头滴管外,还有________。
常用来可以标定所配X的溶液浓度是否准确的实验名称是____________。
(2)通入过量的M、N化学式分别为________、________,反应Ⅱ、Ⅳ的离子方程式分别是____________________、_______________。
(3)按照方案设计,试剂Z的作用是调节溶液的pH为3.1,以生成沉淀b[Fe(OH)3]。
试剂Z可选用________(填字母)。
A.Al2O3 B.H2SO4 C.NaOH D.Al(OH)3
(4)从实际工业的角度,你认为方案________更合理,理由是________。
【答案】
(1)NaOH Al2O3+2OH-===2AlO
+H2O
500mL容量瓶 酸碱中和滴定
(2)CO2 NH3 AlO
+2H2O+CO2===Al(OH)3↓+HCO
Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
(3)AD (4)一 步骤少,较简单
课堂小结
(教师用书独具)
第一条:
铝及其化合物转化图
第二条:
重要知识萃取
1.牢记1种地壳中含量最多的金属元素:
Al。
2.熟记2种两性化合物:
Al2O3、Al(OH)3。
3.掌握3种制备Al(OH)3的方法
(1)Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
;
(2)AlO
+CO2(足量)+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
;
(3)Al3++3AlO
+6H2O===4Al(OH)3↓。
4.掌握6个离子方程式
(1)2Al+6H+===2Al3++3H2↑;
(2)2Al+2OH-+2H2O===2AlO
+3H2↑;
(3)Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O;
(4)Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O;
(5)Al3++3OH-===Al(OH)3↓;
(6)Al3++4OH-===AlO
+2H2O。
分层限时跟踪练(九)
(限时:
45分钟)
1.(2014·北京高考)下列金属中,表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化的是( )
A.K B.Na
C.Fe D.Al
2.用坩埚钳夹住一小块刚用酸充分处理过的铝箔,在酒精灯上加热至熔化,发现熔化的铝并不滴落。
下列关于上述实验现象