铝及其重要化合物.pdf

第 11 讲铝及其重要化合物 考纲要求了解铝、镁及其重要化合物的主要性质和应用。 考点一铝、镁的性质及应用 1铝的结构和存在 铝位于元素周期表第三周期A 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： _ 。 _ 。 _ 。 _ 。 答案 4Al 3O2= 2Al2O3 2Al Fe2O3= 高温 2Fe Al2O3 2Al 6H =2Al 33H 2 2Al 2OH 2H 2O=2AlO 23H2 4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。 5对比记忆镁的化学性质 铝镁 与非金属反应能被 Cl2、O2氧化 2MgO2= 点燃 2MgO 3MgN2= 点燃 Mg3N2 与水反应反应很困难 能与沸水反应Mg 2H2O= Mg(OH)2H2 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、MnO 2、 Cr2O3等金 属氧化物发生铝热反应 能在 CO2中燃烧： 2Mg CO2= 点燃 2MgO C 单质的性质、用途和制法 (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)Mg 粉与浓 NH4Cl 溶液反应放出H2和 NH3() (4)冶炼铝时常用焦炭作还原剂() (5)1molAl 与足量的硫酸或足量的氢氧化钠溶液反应转移电子数相同() (6)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() (7)相同质量的镁条分别在足量的CO2和 O2中完全燃烧，所得固体的质量相同 () (8)工业上制造镁粉时，可将镁蒸气在N2中冷却 ( ) 答案(1)×(2)×(3)(4)×(5)(6)×(7)×(8)× 依据 Mg、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)铝与酸、碱反应的实质是什么？氧化剂是什么？ (3)镁在空气中充分燃烧，所得固体产物可能有_(用化学式表示 )。 (4)工业冶炼金属铝的化学方程式是_ _ ，反应中 每生成 1mol 铝，转移电子_mol 。 (5)将 Al 和 Na 的单质同时加入到一定量的水中，充分反应后， 发现既无沉淀生成又无残留金 属存在，请用两个化学反应方程式表示其变化： _ ， _ 。 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)铝与酸、 碱反应的实质都是Al 0 失3e Al 3，2H 得2e H2，只不过碱中的 H 来源于水的电离。 氧化剂分别为酸和水。 (3)MgO 、Mg3N2、C (4)2Al2O3(熔融 )= 电解 冰晶石 4Al 3O2 3 (5) 2Na 2H2O=2NaOH H2 2Al 2NaOH2H2O=2NaAlO 23H2 1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() A3mol · L 1HCl B4mol · L 1HNO 3 C8mol · L 1NaOH D18mol · L 1H 2SO4 答案A 解析在镁、铝混合物中加入HNO 3和浓 H2SO4都不产生 H2；加入 NaOH 溶液，只有Al 与 之反应生成H2，而镁不反应；加入盐酸，镁、铝都与盐酸反应生成H2，所以放出H2的量最 多。 2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 )12，则加入铝粉的质量为 _(填字母 )。 A5.4gB3.6gC2.7gD1.8g 答案(1)11(2)13(3)31(4)A 解析(1)根据化学方程式：2Al 6HCl=2AlCl 3 3H2 、2Al 2NaOH2H2O=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、 2NaOH3H2， 故当 HCl 、 NaOH 物质的量相等时， 二者产生 H2的体积比为13。 (3)因为铝足量且产生H2的量相等， 根据关系式 n(HCl) n(NaOH) 31，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)31。 (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13， 而题设条件体积比为12，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 6mol 3mol 3mol · L 1× 0.1L 0.15mol 则 Al 与 NaOH 反应生成的H2为 0.15mol×20.3mol。 2Al 2NaOH 2H2O=2NaAlO23H2 2×27g3mol 54g0.3mol 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=2AlCl33H2 2Al 2NaOH 2H2O=2NaAlO23H2 (1)等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液分别反应： 产生 H2的物质的量相等。 消耗 H 、OH 的物质的量之比为n(H )n(OH)31。 (2)足量的铝分别与等物质的量的HCl 和 NaOH 反应： 消耗 Al 的物质的量之比为13。 生成 H2的物质的量之比为13。 (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 3 VHClH2 VNaOHH2 1，则必定 铝与盐酸反应时，铝过量而HCl 不足。 铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而NaOH 过量。 考点二铝的重要化合物 1氧化铝 (1)物理性质：白色固体，难溶于水，熔点很高。 (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) Al(OH)3的电离方程式为 写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式： Al(OH) 33H =Al33H 2O。 Al(OH) 3OH =AlO 22H2O。 2Al(OH) 3= Al2O33H2O。 (3)制备 向铝盐中加入氨水，离子方程式为Al 33NH 3· H2O=Al(OH)3 3NH 4。 NaAlO 2溶液中通入足量 CO2，离子方程式为AlO 2CO2 2H2O=Al(OH)3 HCO 3。 NaAlO2溶液与 AlCl 3溶液混合： 3AlO 2 Al 36H 2O=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组成的复盐。 (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(填“”“ ” 或“” )7。明矾可以净水， 其净水的原理是Al 33H 2OAl(OH)3(胶体 )3H ，Al(OH) 3 胶体吸附水中杂质形成沉淀而净水。 (3)明矾溶液与Ba(OH)2溶液反应的离子方程式： Al 3恰好完全沉淀 2Al 33SO2 4 3Ba 26OH =2Al(OH)3 3BaSO4。 SO 2 4 恰好完全沉淀 Al 32SO2 4 2Ba 24OH=AlO 22BaSO4 2H2O。 镁、铝重要化合物的性质及应用 (1)MgO 、Al2O3的熔点很高，可制作耐高温材料 () (2)AlCl3与过量 NaOH 溶液反应生成 NaAlO 2，但与过量氨水反应却生成 Al(OH) 3( ) (3)中国古代利用明矾溶液的酸性清除铜镜表面的铜锈() 解析明矾溶液中的Al 3水解呈酸性，能溶解铜锈 Cu2(OH)2CO3。 (4)氢氧化铝、 NaHCO3、Na2CO3均可作胃酸的中和剂 (×) 解析Na2CO3不能用作胃酸的中和剂。 (5)明矾水解时能生成具有吸附性的Al(OH)3胶粒，可用于净水和消毒 (×) 解析Al(OH) 3只能用于净水，不具有杀菌、消毒的功能。 (6)下列物质的转化在给定条件下能够实现： Al2O3 NaOH aq NaAlO2(aq) CO2 Al(OH)3() (7)AlO 2、CO 2 3 在溶液中不能大量共存(×) 解析AlO 2、CO 2 3 在溶液中水解均呈碱性，能大量共存。 (8)MgCl2、 AlCl3溶液分别加热蒸发、灼烧，最终所得固体产物分别是 MgO 和 Al2O3() 题组一Al 3、AlO 2反应判断 1(离子大量共存 )常温下，下列各组离子在指定溶液中能大量共存的是() A中性溶液中：Cl 、Mg2、Al3、K B1.0mol ·L 1 的 NaAlO 2溶液中： Cl 、HCO 3、K 、Ca2 C在强碱性环境中：AlO 2、SiO 2 3 、Na 、K D0.1mol ·L 1 明矾溶液中：NH 4、AlO 2、 HCO 3、 Na 答案C 解析A 项， Al 3易水解，在中性溶液中水解生成 Al(OH) 3 沉淀； B 项， HCO 3AlO 2 H2O=Al(OH)3CO 2 3 ；D 项， Al 3与 AlO 2、HCO 3因发生双水解反应不能大量共存。 2(离子方程式的书写)下列反应中的离子方程式书写正确的是() A向氯化铝溶液中滴加过量氨水：4NH3· H2OAl 3=AlO 24NH 42H2O BNH4Al(SO4)2溶液中滴加少量 NaOH 溶液： NH 4OH =NH 3· H2O C 向明矾溶液中加入过量的Ba(OH)2溶液： Al 32SO2 4 2Ba 24OH=2BaSO 4 AlO 2 2H2O D向 NaAlO2溶液中通入足量 CO2：2AlO 2CO23H2O=2Al(OH)3 CO 2 3 答案C 解析A 项，氨水不能溶解Al(OH) 3；B 项， NH 4、Al 3同时存在时， Al3与 OH先反应； D 项，通足量CO2时，应生成HCO 3。 1离子共存问题 (1)Al 3 水解呈酸性，与OH 、AlO 2、CO 2 3(HCO 3)、S 2等不能大量共存。 (2)AlO 2水解呈碱性，与 H 、HCO 3、Al 3、Fe3等不能大量共存。 2含 Al 3的溶液与碱反应的先后顺序 当溶液中有多种离子时，要考虑离子之间的反应顺序，如向含有H 、NH 4、Mg 2、 Al3的 混合溶液中逐滴加入NaOH 溶液， NaOH 先与 H 反应，再与Mg 2、 Al3反应生成沉淀，再 与 NH 4反应，最后才溶解 Al(OH) 3沉淀。 题组二制备 Al(OH) 3的最佳途径 3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() 加盐酸溶解加烧碱溶液溶解过滤通入过量CO2生成 Al(OH) 3沉淀 加入盐 酸生成 Al(OH) 3沉淀 加入过量烧碱溶液 AB CD 答案B 解析若先用盐酸溶解， Mg 、 Al 均溶解，制取 Al(OH) 3的步骤较多； 从 NaAlO2制备 Al(OH)3， 加盐酸不容易控制量的多少。故B 项操作步骤为最佳顺序。 4若甲、 乙、丙三位同学用规定的药品制备Al(OH)3。规定必用的药品如下： 350g70%H 2SO4 溶液， NaOH 固体 240g，足量铝屑、水(不能用其他药品)。 甲、乙、丙用各自设计的方案制得Al(OH) 3的质量分别是 W1、W2、W3。三种实验方案如下： 甲：铝加NaOH 溶液加H2SO4溶液 W1gAl(OH) 3 乙：铝加H2SO4溶液加NaOH 溶液 W2gAl(OH) 3 丙： 铝加 H2SO4溶液 铝加 NaOH溶液 W3gAl(OH) 3 试回答： (1)从充分利用原料、降低成本和提高产率等因素分析，实验方案最合理的是_。 (2)三位学生制得的Al(OH)3，W1、W2、W3其质量由大到小的顺序是 _。 (3)制得 Al(OH)3的最大质量是 _。 答案(1)丙(2)W3W1W2(3)520g 方法一：可溶性铝盐溶液与过量氨水反应 反应原理： Al 33NH 3· H2O=Al(OH)33NH 4 方法二：向可溶性偏铝酸盐溶液中通入过量CO2 反应原理： AlO 2 2H2OCO2=Al(OH)3HCO 3 方法三：相互促进水解法 考点三用数形结合思想理解“铝三角” 1Al 3、Al(OH) 3、AlO 2之间的转化关系 写出实现上述各步转化的离子方程式。 答案(1)Al 3 3NH 3· H2O=Al(OH)3 3NH 4 Al 33AlO 26H2O=4Al(OH)3 Al 33OH=Al(OH) 3 (2)Al(OH)33H =Al3 3H 2O (3)Al 3 4OH =AlO 22H2O (4)AlO 24H =Al3 2H2O (5) AlO 2CO22H2O=Al(OH)3 HCO 3 AlO 2H H 2O=Al(OH)3 (6)Al(OH)3OH =AlO 22H2O 2与 Al(OH)3沉淀生成有关的图像分析 (1)可溶性铝盐溶液与NaOH 溶液反应的图像(从上述转化关系中选择符合图像变化的离子方 程式，下同 ) 操作 可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH 溶 液至过量 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无沉淀 (有但即溶 )出现沉淀渐多 渐少消失最多沉淀不消失 图像 方程式序号 AB：(1) BD ：(6) AB：(3) BC：(1) (2)偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像 操作 偏铝酸盐溶液中逐滴加入稀盐酸至 过量 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 无沉淀出现沉淀渐多最多沉淀 不消失 图像 方程式序号 AB：(5) BC：(2) AB ：(4) BC：(1) 1下列各组物质的无色溶液，不用其他试剂即可鉴别的是_(填序号 )。 NaOH、AlCl 3 NaHCO 3、 H2SO4 NaAlO 2、NaHSO4 Na2CO3、HClNa2CO3、 NaHCO3、Ca(OH)2 答案 解析都使用互滴法，两次操作应产生不同的现象。 向含 Al 3的溶液中滴加 NaOH 溶液：先生成白色沉淀，后沉淀又逐渐溶解；向NaOH 溶液 中滴加含Al 3的溶液：开始无沉淀产生，后产生白色沉淀，且沉淀不溶解。两次现象不同， 可以鉴别。 不论是 NaHCO3溶液滴入 H2SO4溶液中还是H2SO4溶液滴入 NaHCO3溶液中都会立即产生 气泡，现象相同，无法鉴别。 NaHSO4=Na H SO2 4 ，溶液显强酸性。 向 NaAlO 2溶液中滴加 NaHSO4：开始出现白 色沉淀，后沉淀逐渐溶解；向NaHSO4溶液中滴加NaAlO 2溶液：开始无现象，后出现白色 沉淀。现象不同，可以鉴别。 向 Na2CO3溶液中滴加盐酸：开始无现象，后产生气泡；向盐酸中滴加Na2CO3溶液：立即 产生气泡。现象不同，可以鉴别。 无论是NaHCO3溶液还是Na2CO3溶液，加入到Ca(OH)2溶液中都会产生白色沉淀，无法 鉴别。 2H 、Al3、Al(OH) 3、NH 4竞争 OH 能力顺序 向 HCl、 MgCl 2、AlCl3、 NH4Cl 溶液中 (假 设各 1mol)，逐滴加入NaOH 溶液，沉淀的物质的量随NaOH 溶液体积变化的图像如下。(假 设 Mg 2、Al3结合 OH能力相同 ) 分析图像的变化情况，回答下列问题： (1)H 、Al3、Al(OH) 3、NH 4四种微粒与 OH 反应的先后顺序依次为 _。 (2)依次写出各阶段的离子方程式： OA：_ 。 AB ：_ 。 BC：_ 。 CD：_ 。 答案(1)H 、Al3、NH 4、Al(OH)3 (2) H OH=H 2O Al 33OH=Al(OH) 3， Mg 22OH=Mg(OH) 2 NH 4 OH =NH3· H2O Al(OH) 3OH =AlO 22H2O 3OH 、 CO2 3 、AlO 2、Al(OH)3竞争 H 的顺序 向 NaOH 、Na 2CO3、NaAlO2溶液中 (假设 各 1mol)，逐滴加入HCl 溶液，产生沉淀的物质的量随HCl 溶液体积变化的图像如下： 分析图像的变化情况，回答下列问题： (1)OH 、 CO 2 3 、 HCO 3、 AlO 2、 Al(OH)3 这 五 种 微 粒 与H 反 应 的 先 后 顺 序 依 次 为 _ 。 (2)依次写出各阶段的离子方程式： OA：_ 。 AB ：_ 。 BC：_ 。 CD：_ 。 答案(1)OH 、AlO 2、CO 2 3 、HCO 3、Al(OH)3 (2) OH H=H 2O AlO 2H H 2O=Al(OH)3 CO 2 3 H =HCO 3，HCO 3H =CO 2 H2O Al(OH) 33H =Al33H 2O 与铝离子有关的离子反应的一般规律 (1)当溶液中有多种离子时，要考虑离子之间的反应顺序，如向含有H 、 NH 4、Mg 2、Al3 的混合溶液中逐滴加入NaOH 溶液， OH 先与 H反应，再与 Mg 2、 Al3反应生成沉淀，再 与 NH 4反应，最后才溶解 Al(OH) 3沉淀。 (2)AlO 2与 HCO 3的反应不属于水解相互促进的反应， 而是 HCO 3电离出的 H 与 AlO 2发生的 反应： AlO 2HCO 3H2O=Al(OH)3CO 2 3 。 题组一涉及 Al(OH) 3沉淀的图像原理分析 1Al 3、AlO 2形成 Al(OH)3图像的综合分析 如图表示AlCl 3溶液与 NaOH 溶液相互滴加过 程中微粒的量的关系曲线。下列判断错误的是() A线表示Al 3的物质的量的变化 Bx 表示 AlCl3的物质的量 C线表示Al(OH)3的物质的量的变化 D线表示AlO 2的物质的量的变化 答案B 解析AlCl 3溶液与 NaOH 溶液混合有两种方式： 向 AlCl 3溶液中缓慢滴加 NaOH 溶液， 开始 有沉淀生成， 后沉淀溶解， 且生成沉淀与沉淀溶解消耗的NaOH 的物质的量之比为31，显 然符合题意，则x 表示 NaOH 的物质的量， B 项错误；另一种方式是向NaOH 溶液中缓慢滴