浙江高考一轮 专题3 第1单元 从铝土矿到铝合金加试要求.docx
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浙江高考一轮专题3第1单元从铝土矿到铝合金加试要求
专题3 从矿物到基础材料
第一单元 从铝土矿到铝合金(加试要求)
浙江考试标准
知识条目
必考要求
加试要求
(1)地壳中铝的含量及存在形式,铝合金
a
(2)从铝土矿中获得铝的方法
b
(3)铝的重要性质(跟酸、碱反应,铝热反应,钝化现象)
b
(4)两性氧化物、两性氢氧化物的概念,Al2O3、Al(OH)3的重要性质,铝及其重要化合物之间的转化关系
c
(5)明矾的组成及净水原理
b
考点1|铝的主要性质的应用及其重要化合物
[基础知识自查]
1.铝的性质
(1)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
。
铝元素在地壳中含量丰富,仅次于氧、硅。
自然界中的铝全部以化合态存在。
(2)物理性质
铝是银白色有金属光泽的固体,有良好的导电、导热和延展性,密度较小,质地柔软。
(3)化学性质
写出①~②的化学方程式和③~④的离子方程式。
①4Al+3O2
2Al2O3。
②2Al+Fe2O3
2Fe+Al2O3。
③2Al+6H+===2Al3++3H2↑。
④2Al+2OH-+2H2O===2AlO
+3H2↑。
其中反应②称为铝热反应,此反应体现了铝有较强的还原性。
(4)铝合金
2.铝的重要化合物
Ⅰ.氧化铝——两性氧化物
(1)物理性质:
白色固体,难溶于水,熔沸点很高。
(2)化学性质(书写离子方程式)
(3)用途:
是一种比较好的耐火材料,还可制作各种宝石。
Ⅱ.氢氧化铝——两性氢氧化物
(1)化学性质
写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式。
①Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O;
②Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O;
③2Al(OH)3
Al2O3+3H2O。
(2)制备
a.向铝盐中加入足量氨水,离子方程式为
Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
;
b.向偏铝酸盐中通入足量CO2,离子方程式为
AlO
+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
。
Ⅲ.明矾
(1)化学式为KAl(SO4)2·12H2O。
(2)电离方程式为KAl(SO4)2===K++Al3++2SO
。
(3)应用:
净水;净水原理为明矾电离出的Al3+在水中水解生成Al(OH)3胶体,吸附水中悬浮物而沉淀,使水净化,其离子方程式为Al3++3H2OAl(OH)3(胶体)+3H+。
3.以铝土矿制备铝的工艺流程
[核心要点提升]
1.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。
2.铝及其化合物的转化关系及应用
(1)Al3+、AlO
、Al(OH)3的转化关系:
(2)可溶性铝盐与强碱(如NaOH溶液)反应,铝元素的存在形式:
(3)应用:
①制取Al(OH)3。
Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
;
AlO
+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
。
②判断离子共存问题:
Al3+与OH-及AlO
、CO
、S2-等弱酸根阴离子或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反应而不能大量共存。
③鉴别(利用滴加顺序不同,现象不同)。
a.向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液,先产生白色沉淀,后沉淀溶解。
b.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。
a.利用Al能溶于强碱溶液,分离Al与其他金属的混合物。
b.利用Al2O3能与强碱溶液反应,分离Al2O3与其他金属氧化物。
3.从铝土矿冶炼金属铝的流程
铝是地壳中含量最多的金属元素,在自然界主要以化合态形式存在于氧化铝中。
铝土矿的主要成分是Al2O3,此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质,冶炼金属铝很重要的一个过程是Al2O3的提纯。
由于Al2O3是两性氧化物,而杂质SiO2是酸性氧化物,Fe2O3是碱性氧化物,因而可设计出两种提纯氧化铝的方案。
方案一:
碱溶法
方案二:
酸溶法
【特别提醒】
(1)制取Al(OH)3,一般不用强酸或强碱溶液,因为强酸、强碱能溶解生成的Al(OH)3,而又无法控制酸碱的用量,一般使用氨水或CO2制取。
(2)AlO
与HCO
不能大量共存,原因是AlO
能与HCO
电离出的H+发生反应:
AlO
+HCO
+H2O===Al(OH)3↓+CO
,而不能认为是AlO
与HCO
发生相互促进的水解反应。
(3)既能与盐酸反应又能与NaOH溶液反应的物质有①Al、Al2O3、Al(OH)3等,②多元弱酸的酸式盐(如NaHCO3、KHS、KHSO3、NaH2PO4等),③弱碱弱酸盐(如CH3COONH4等)。
[典型例题讲解]
(2016·浙江金、丽、衢十二校二模)某化学兴趣小组利用废弃铝矿(含CuO、Al2O3及SiO2),模拟工业上提取铝的工艺,设计了如图所示的简单操作流程:
铝 矿
滤渣溶液
已知:
部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表:
沉淀物
Fe(OH)3
Fe(OH)2
Al(OH)3
开始沉淀
2.3
7.5
3.4
完全沉淀
3.2
9.7
4.4
回答下列问题:
(1)滤渣主要成分的化学式为__________________________。
(2)灼烧Al(OH)3时,用到多种硅酸盐质的仪器,除玻璃棒、酒精灯、泥三角外,还有________(填仪器名称)。
(3)溶液Y中要加入稍过量原料A,原料A的化学式是_________________。
(4)操作流程中③的离子方程式为____________________。
(5)铝电池性能优越,AlAg2O电池可用作水下动力电源,其原理如下图所示:
【导学号:
81640050】
请写出该电池正极反应式____________________。
【解析】 铝矿中加入过量硫酸,CuO、Al2O3反应溶解,加入过量铁粉,除去溶液中的Cu2+,过滤,滤渣的主要成分为Cu、Fe、SiO2,溶液X中含有Al3+、Fe2+,再加入过量H2O2,将Fe2+氧化为Fe3+,通过调节pH,使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀而除去,溶液Y含有Al3+,加入氨水,将Al3+转化为Al(OH)3沉淀,Al(OH)3加热分解得到氧化铝,电解熔融氧化铝得到金属铝。
(1)根据上面的分析可知,滤渣主要成分的化学式为Cu、Fe、SiO2。
(2)灼烧固体用到的硅酸盐质的仪器有玻璃棒、酒精灯、泥三角、坩埚。
(3)原料A为NH3·H2O。
(4)操作流程中③是H2O2将Fe2+氧化成Fe3+,反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O。
(5)AlAg2O电池中,Al作负极,Ag2O作正极,Ag2O在正极发生还原反应生成银,在碱性电解质中,正极反应式为Ag2O+2e-+H2O===2Ag+2OH-。
【答案】
(1)Cu、Fe、SiO2
(2)坩埚 (3)NH3·H2O
(4)2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O
(5)Ag2O+2e-+H2O===2Ag+2OH-
实验室可用铝屑、氨水、氢氧化钠溶液、稀硫酸等来制备氢氧化铝,某同学设计了三种实验方案:
方案①
Al→Al3+→Al(OH)3
方案②
Al→AlO
→Al(OH)3
方案③
→Al(OH)3
(1)用方案①制备Al(OH)3时使用的药品最好是铝屑、稀硫酸和氨水,不用氢氧化钠代替氨水的原因是_________________________________;
写出该方案中有关的离子方程式___________________________。
(2)用方案②来制备Al(OH)3时,必须注意________的用量,以防止生成的Al(OH)3溶解。
(3)三种方案中,你认为最好的是________(填序号),原因是_______________。
【解析】 分析本题应从Al(OH)3的两性着手,过量的强酸、强碱均会降低Al(OH)3的产率,而Al3+与AlO
反应制取氢氧化铝,则不存在该问题,故方案③最好。
【答案】
(1)若用NaOH溶液沉淀Al3+,终点不易控制,因为Al(OH)3会溶于过量的NaOH溶液,从而影响Al(OH)3的生成量 2Al+6H+===2Al3++3H2↑,Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
(2)稀硫酸
(3)③ 药品用量最少,操作最为简单
(1)根据电荷守恒书写Al3+与AlO
反应的离子方程式Al3++3AlO
+6H2O===4Al(OH)3↓。
(2)Al与强碱溶液反应生成H2是Al的特殊性质,常常用作解题的突破口。
[题组对点训练]
1.下列说法正确的是( )
A.铝制品在空气中能稳定存在是因为铝不活泼
B.浓HNO3、浓硫酸能用铝制器皿盛装是因为铝与浓HNO3、浓硫酸不反应
C.铝与NaOH溶液反应中NaOH为氧化剂
D.铝与Fe2O3发生铝热反应是利用了Al的还原性比Fe强
D [A项,铝制品在空气中稳定存在的原因是形成了一层钝化膜保护内部金属;B项,浓HNO3、浓硫酸用铝制器皿盛装是因为铝遇浓HNO3、浓硫酸钝化,不是不反应;C项,铝与NaOH溶液反应,H2O为氧化剂。
]
2.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
A [根据Al与NaOH溶液、稀硫酸、盐酸反应的化学方程式,确定存在的定量关系,分析消耗各种物质的物质的量的关系。
NaOH溶液、稀硫酸、盐酸与金属铝反应时,存在关系:
2Al~2NaOH,2Al~3H2SO4,2Al~6HCl,因此等物质的量的Al与上述物质反应时,消耗NaOH的物质的量最少。
Al与稀硝酸反应,生成硝酸铝、NO和H2O,得不到H2。
]
3.以Al2O3为原料制取氢氧化铝,最好的方法是( )
A.将Al2O3溶于水
B.将Al2O3先溶于盐酸中,之后滴加氢氧化钠溶液
C.将Al2O3先溶于盐酸中,之后滴加氨水
D.将Al2O3先溶于NaOH溶液中,之后滴加盐酸
C [Al2O3难溶于水,A错;可将Al2O3先溶于盐酸,之后再用滴加氨水的方法,因过量NaOH会使Al3+转化为AlO
,所以B错、C对;将Al2O3先溶于NaOH溶液,再滴加盐酸,盐酸能和Al(OH)3反应,D错。
]
4.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
B [B项,加入过量氨水,Fe3+、Al3+均沉淀且均不溶于氨水,无法除去杂质。
]
5.工业上用某种氧化铝矿石(含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图所示:
对上述流程中的判断正确的是( )
A.试剂X可以为氨水,沉淀中含有铁的化合物
B.CO2可以用H2SO4溶液或稀盐酸代替
C.反应Ⅱ为CO2+AlO
+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
D.工业上还可采用Fe还原Al2O3的方法制Al,成本更低
C [A项,氨水为弱碱不能溶解Al2O3;B项,用强酸代替CO2,易造成Al(OH)3的溶解,进而造成Al的损失;D项,Fe不能还原Al2O3。
]
考点2|氢氧化铝沉淀图象分析
[基础知识自查]
1.把强碱溶液逐滴加入到铝盐(Al3+)溶液中至过量
(1)现象:
先有白色沉淀产生,然后沉淀逐渐溶解。
(2)图象
(3)有关反应:
(写出相关离子方程式)
A→B:
Al3++3OH-===Al(OH)3↓。
B→D:
Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O。
2.把铝盐(Al3+)溶液逐滴加入到强碱溶液中至过量
(1)现象:
先无明显现象,反应一段时间后逐渐产生大量的白色沉淀。
(2)图象
(3)有关反应:
(写出相关离子方程式)
A→B:
Al3++4OH-===AlO
+2H2O。
B→C:
Al3++3AlO
+6H2O===4Al(OH)3↓。
3.往AlCl3、MgCl2混合溶液中加入NaOH溶液至过量
(1)现象:
开始出现白色沉淀,后沉淀量增多,最后沉淀部分溶解。
(2)图象[n(Al3+)∶n(Mg2+)=1∶1]:
(3)有关反应:
(写出相关离子方程式)
O→A:
Al3++3OH-===Al(OH)3↓,
Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
A→B:
Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O。
4.把强酸溶液逐滴加入到AlO
溶液中至过量
(1)现象:
先生成白色沉淀,然后沉淀逐渐溶解。
(2)图象
(3)有关反应:
(写出相关离子方程式)
A→B:
AlO
+H++H2O===Al(OH)3↓。
B→D:
Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O。
5.向强酸溶液中逐滴加入AlO
溶液至过量
(1)现象:
先无明显现象,反应一段时间后逐渐产生白色沉淀。
(2)图象
(3)有关反应:
(写出相关离子方程式)
A→B:
4H++AlO
===Al3++2H2O
B→C:
Al3++3AlO
+6H2O===4Al(OH)3↓
[核心要点提升]
1.有关Al(OH)3图象问题解题技巧
(1)关于图象题的分析思路:
①看面:
弄清纵、横坐标的含义。
②看线:
弄清线的变化趋势,每条线都代表着一定的化学反应过程。
③看点:
弄清曲线上拐点的含义,如与坐标轴的交点、曲线的交点、折点、最高点与最低点等。
曲线的拐点代表着一个反应过程的结束和开始。
(2)两个注意点:
①分析图象或作图时不仅要注意加入的酸或碱的强弱,还要注意所加入的量和滴加的顺序,因为滴加的顺序不同,产生的现象可能不同。
②若产生的沉淀有多种,则应仔细分析相关量间的关系,要特别关注沉淀是否同步生成,沉淀物是否溶于所加入的过量试剂中,同时要注意横、纵坐标的意义。
2.四个拓展图象
(1)向AlCl3溶液中逐滴加入氨水或NaAlO2溶液至过量,图象如图1所示。
(2)向NaAlO2溶液中逐滴加入AlCl3溶液或通入CO2至过量,图象如图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,图象如图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),沉淀图象如图4所示。
图3 图4
[典型例题讲解]
(2017·台州模拟)某溶液中可能含有大量的Mg2+、Al3+、H+、Cl-和少量OH-,向该溶液中逐滴加入0.5mol·L-1NaOH溶液,生成沉淀的质量和加入NaOH溶液的体积之间的关系如图所示,则可判断原溶液中一定大量含有的离子是______________________,一定不含有的离子是________________________。
【解析】 由图可以看出,当加入NaOH溶液时,立即就有沉淀产生,可确定原溶液中无H+;产生的沉淀有部分可以溶解,可证明原溶液中一定有Mg2+和Al3+,故原溶液中不含OH-,根据溶液呈电中性,则一定还含有Cl-。
【答案】 Mg2+、Al3+、Cl- H+、OH-
现有AlCl3和MgSO4的混合溶液,向其中不断加入NaOH溶液,得到的沉淀的量与加入NaOH溶液的体积的关系如图所示,原溶液中Cl-、SO
的物质的量之比为( )
【导学号:
81640051】
A.1∶3B.2∶3
C.6∶1D.3∶1
【解析】 分析图象可知图线下降的AB段为NaOH溶解Al(OH)3的过程,而产生Al(OH)3与溶解Al(OH)3消耗的NaOH的物质的量之比为3∶1,故生成Al(OH)3沉淀需消耗0.3L的NaOH溶液,生成Mg(OH)2需消耗0.1L的NaOH,所以n(Al3+)∶n(Mg2+)=2∶1,故n(Cl-)∶n(SO
)=6∶1。
【答案】 C
明确AB段的含义是解题的关键,解题过程要熟练掌握Al3++3OH-===Al(OH)3↓和Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O两过程消耗NaOH的量之比为3∶1。
[题组对点训练]
1.向物质的量比为1∶1的HCl和AlCl3混合溶液中逐滴加入一定浓度的NaOH溶液[n表示生成沉淀的物质的量,V表示NaOH溶液的体积]能正确表示这个反应过程的是( )
A B
C D
D [向混合溶液中逐滴滴入NaOH溶液,反应情况分为三个阶段:
第一阶段为OH-+H+===H2O,此时无沉淀产生;第二阶段有白色沉淀产生,反应的离子方程式为Al3++3OH-===Al(OH)3↓;第三阶段滴加NaOH溶液至过量,沉淀逐渐溶解最后完全消失,反应的离子方程式为Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O,结合反应方程式及浓度关系可知三个阶段消耗NaOH物质的量之比为1∶3∶1。
]
2.在某无色溶液中缓慢地滴入NaOH溶液直至过量,产生沉淀的质量与加入的NaOH溶液体积的关系如图所示,由此确定,原溶液中含有的阳离子是( )
A.Mg2+、Al3+、Fe2+ B.H+、Mg2+、Al3+
C.H+、Ba2+、Al3+D.只有Mg2+、Al3+
B [开始无沉淀,说明含有H+,后来沉淀部分溶解,说明含有Al3+和Mg2+。
]
3.(2017·湖州模拟)如图所示是向MgCl2和AlCl3的混合溶液中加入一定量NaOH溶液,紧接着再加入一定量稀盐酸,生成沉淀的物质的量y与加入溶液的体积x的关系图。
(1)N点时溶液中的溶质为______________________(填化学式)。
(2)所加NaOH溶液和稀盐酸的浓度是否相等________(填“是”或“否”)。
(3)原混合溶液中c(MgCl2)∶c(AlCl3)等于________。
【解析】 在MgCl2和AlCl3的混合溶液中加入NaOH溶液,首先发生反应:
Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓、Al3++3OH-===Al(OH)3↓,至N点时Mg2+、Al3+恰好完全沉淀,溶液中的溶质为NaCl;接着Al(OH)3开始溶解:
Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O,至x=6时(M点)Al(OH)3恰好完全溶解,x在6~8时沉淀量不变,说明M点时仍在加入NaOH溶液;x=8时(P点),又开始产生沉淀:
AlO
+H++H2O===Al(OH)3↓,说明加入的盐酸与NaOH反应后有剩余,至x=9时(F点),AlO
恰好完全转化为Al(OH)3沉淀,用去盐酸1mL,又知在NM段,溶解Al(OH)3需要1mLNaOH溶液,故c(NaOH)=c(HCl);那么沉淀Al3+需要消耗3mLNaOH溶液,则沉淀Mg2+所消耗的NaOH溶液为2mL,因此c(MgCl2)∶c(AlCl3)=1∶1。
【答案】
(1)NaCl
(2)是 (3)1∶1
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