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④
⑤
4.制备
探究思考
1.金属铝是活泼的金属,能与酸反应,为什么能用铝槽储运浓H2SO4或浓HNO3?
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)铝与酸、碱反应的实质是什么?
氧化剂是什么?
(2)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________。
(3)足量的两份铝分别投入到等体积、等物质的量浓度的盐酸、氢氧化钠溶液中,产生H2的体积之比是________。
(4)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________。
【示例1】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
【示例2】下列说法错误的是( )。
A.Al箔插入稀HNO3中,无现象,说明Al箔表面被HNO3氧化,形成致密的氧化膜
B.工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al
C.日用铝制品表面覆盖着氧化膜,对内部金属起保护作用
D.铝制容器可盛装浓H2SO4
1.下列有关金属铝及其化合物的叙述正确的是( )。
A.铝在常温下不能与氧气反应B.铝不能与氯气反应
C.铝既能溶于酸,又能溶于强碱D.氧化铝只能与酸反应,不能与碱反应
2.世界上一次性建成的最长高速铁路——京沪高铁,列车时速高达380公里,车厢大部分采用铝合金材料制造,这是因为铝合金( )。
A.比纯铝熔点高B.各种成分在自然界中含量丰富,容易获取
C.具有比较活泼的化学性质D.质量轻,强度大,抗腐蚀能力比较强
3.(2013·
南昌调研)ag镁铝合金投入xmL2mol·
L-1的盐酸中,金属完全溶解,再加入ymL1mol·
L-1NaOH溶液,沉淀达到最大值,质量为(a+1.7)g,则下列说法不正确的是( )。
A.镁铝合金与盐酸反应转移电子数为0.1NAB.沉淀为Mg(OH)2和Al(OH)3的混合物
C.x=2yD.a的取值范围为0.9<
a<
1.2
铝的两大特殊反应
1.与碱的反应
活泼金属与酸反应是金属的通性,而铝不但能与酸(H+)反应,还能够与碱溶液反应,表现为特殊性。
2Al+2OH-+2H2O===2AlO2-+3H2↑。
注意 其反应机理应为:
铝先与强碱溶液中的水反应生成H2和Al(OH)3,然后Al(OH)3再与NaOH反应生成H2O和NaAlO2,反应中铝作还原剂,水作氧化剂,NaOH无电子得失。
2.铝热反应
铝和某些金属氧化物反应,将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。
考点二 铝的重要化合物
1.氧化铝
(1)物理性质:
色固体,溶于水,有很高的。
(2)化学性质
与HCl反应
与NaOH反应
2.氢氧化铝
(1)物理性质
白色状不溶于水的固体,有较强的性。
(2)化学性质(用化学方程式表示)
Al(OH)3的电离方程式为
②受热分解:
。
(3)制备
①向铝盐中加入氨水,离子方程式为
②NaAlO2溶液中通入足量CO2,离子方程式为
③NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合:
离子方程式为:
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,它是色晶体,溶于水,水溶液pH7(填“<
”、“>
”或“=”)。
明矾可以净水。
其净水的原理是
1.在做铝的燃烧实验时,用坩埚钳夹住一小块铝箔,在酒精灯上加热至其熔化,会看到的现象是铝箔熔化,失去光泽,但熔化的铝并不滴落。
原因是_________________________________________________________________。
2.完成下列三角转化关系中的代表反应
①_______________________________________________________________
②_______________________________________________________________
③_________________________________________________________________
④________________________________________________________________
⑤_________________________________________________________________
⑥_______________________________________________________________
⑦________________________________________________________________
【示例3】下列说法正确的是( )。
A.氯化铝是一种电解质,可用于电解法制铝
B.明矾化学式:
Al2(SO4)3·
12H2O
C.能实现转化Al2O3
NaAlO2(aq)
Al(OH)3(2012·
江苏化学)
D.新制的氧化铝溶于氢氧化钠溶液的离子方程式为:
Al2O3+2OH-===AlO2-+H2O
【示例4】(2013·
大纲理综,29)铝是一种应用广泛的金属,工业上用Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)混合熔融电解制得。
①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:
②以萤石(CaF2)和纯碱为原料制备冰晶石的流程如下:
回答下列问题:
(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_________________________________________________________________。
(3)E可作为建筑材料,化合物C是________,写出由D制备冰晶石的化学方程式_____________________________________________________________。
(4)电解制铝的化学方程式是_____________________________________,以石墨为电极,阳极产生的混合气体的成分是________________________________________________________________________。
1.化学在工农业生产和日常生活中有着重要的应用。
下列说法中不正确的是( )。
A.明矾水解形成的Al(OH)3胶体能吸附水中悬浮物,可用于水的净化
B.日用铝制品表面覆盖着氧化膜,对内部金属起保护作用
C.用Al(OH)3治疗胃酸过多
D.电解AlCl3饱和溶液,可制得金属铝
2.向30mL1mol·
L-1的AlCl3溶液中逐渐加入浓度为4mol·
L-1的NaOH溶液,若产生0.78g白色沉淀,则加入的NaOH溶液的体积可能为( )。
A.3mLB.7.5mLC.15mLD.17.5mL
3.(2011·
广东,32)由熔盐电解法获得的粗铝含一定量的金属钠和氢气,这些杂质可采用吹气精炼法除去,产生的尾气经处理后可用于钢材镀铝。
工艺流程如下:
(注:
NaCl熔点为801℃;
AlCl3在181℃升华)
(1)精炼前,需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂,防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质,相关的化学方程式为①______________________________________________________和②________________________________。
(2)将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体,杂质随气泡上浮除去。
气泡的主要成分除Cl2外还含有________;
固态杂质粘附于气泡上,在熔体表面形成浮渣,浮渣中肯定存在________。
(3)在用废碱液处理气体A的过程中,所发生反应的离子方程式为_________________________________________________________________。
(4)镀铝电解池中,金属铝为________极,熔融盐电镀液中铝元素和氯元素主要以AlCl4-和Al2Cl7-形式存在,铝电极的主要电极反应式为_________________________________________________________________。
(5)钢材镀铝后,表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀,其原因是_________________________________________________________________。
[总结归纳]
1.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。
特别提醒 两性物质是指既能与酸反应又能与碱反应生成盐和水的化合物,上述物质中只有Al2O3、Al(OH)3、氨基酸是两性物质。
2.氢氧化铝两性的重要应用
(1)用过量NaOH溶液检验Al3+的存在。
(2)用过量NaOH溶液鉴别Al3+和Mg2+。
(3)用互滴法鉴别Al3+与OH-、AlO2-与H+。
(4)用过量NaOH溶液和相应酸溶液分离Al3+与Mg2+、Fe3+等离子或分离MgO、Al2O3。
3.Al(OH)3的三种制备方法
考点三 铝及其化合物转化的图像分析
1.把强碱溶液逐滴加入到铝盐(Al3+)溶液中至过量
(1)现象:
(2)有关反应:
A→B:
B→D:
(3)图像
2.把铝盐(Al3+)溶液逐滴加入到强碱溶液中至过量
B→C:
3.在AlO2-溶液中逐滴加入强酸至过量
4.在强酸溶液中逐滴加入AlO2-溶液至过量
5.向Mg2+与Al3+的酸性溶液中逐滴加入强碱溶液
(2)反应
O→A:
(3)图像[c(Mg2+)=c(Al3+)]
1.如图表示AlCl3溶液与NaOH溶液相互滴加过程中微粒数量的关系曲线。
判断下列说法是否正确
(1)A线表示Al3+的物质的量的变化( )
(2)x表示AlCl3的物质的量( )
(3)C线表示Al(OH)3的物质的量的变化( )
(4)D线表示AlO2-的物质的量的变化( )
2.在Al2(SO4)3和MgSO4的混合溶液中,滴加NaOH溶液,生成沉淀的量与滴入NaOH溶液的体积关系如右图所示,则原混合液中Al2(SO4)3与MgSO4的物质的量浓度之比为________。
【示例5】(2012·
安徽理综,13)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( )。
【示例6】(2009·
上海单科)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∶2B.质量之比为3∶2
C.摩尔质量之比为2∶3D.反应速率之比为2∶3
1.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下图所示,则可判断原溶液中( )。
A.有Mg2+,没有Al3+B.有Al3+,没有Mg2+
C.有Mg2+和Al3+D.有大量的H+、Mg2+和Al3+
2.(2013·
黄冈联考)某同学设计了如下两种制备氢氧化铝的方案:
方案①:
2.7gAl
X溶液―→Al(OH)3沉淀
方案②:
Y溶液―→Al(OH)3沉淀
NaOH溶液和盐酸的浓度均是3mol·
L-1,如图是向X溶液和Y溶液中分别加入NaOH溶液或盐酸时,产生沉淀的物质的量与加入盐酸或氢氧化钠溶液体积之间的关系,下列说法不正确的是( )。
A.Y溶液的溶质为NaAlO2
B.b曲线表示的是向Y溶液中加入盐酸
C.a曲线表示的是向X溶液中加入NaOH溶液
D.在O点时两方案所得溶液浓度相等
3.下列四个图中,横坐标表示加入的物质的量,纵坐标表示生成沉淀的量,从A~D中选择符合各题要求的序号填入表中
溶液
加入的物质
答案序号
AlCl3溶液
通过量的NH3
含少量NaOH的NaAlO2溶液
通过量的CO2
NaAlO2溶液
滴加稀H2SO4至过量
MgCl2和AlCl3的混合液
滴加NaOH溶液至过量
关于图像题的分析思路
(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。
铝与酸、碱反应生成H2量的分析
[方法规律]
铝与酸、碱反应生成H2的量的关系
1.铝与酸、碱反应的化学方程式分别为2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑。
从化学方程式可以看出A1与酸、碱反应时生成H2的实质都是Al
Al3+,2H+
H2,所以无论与酸还是与碱反应,Al与H2的关系都是2Al~3H2。
2.等量铝分别与足量盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生氢气体积比
=1∶1。
3.足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生氢气的体积比
=1∶3。
4.一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生氢气的体积比
<
,则必定是a.铝与盐酸反应时,铝过量而盐酸不足;
b.铝与氢氧化钠反应时,铝不足而氢氧化钠过量。
[当场指导]
【典例】(2013·
安徽九校联考)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V(甲)∶V(乙)=1∶2。
则加入铝粉的质量为( )。
A.5.4gB.3.6gC.2.7gD.1.8g
【应用】将两份铝分别置于盛有等体积的盐酸、NaOH溶液的两个烧杯中充分反应,测得生成的氢气均为3.36L(标准状况),且两个烧杯中均有固体剩余,下列说法中错误的是(不考虑溶液体积的变化)( )。
A.两烧杯中消耗铝的质量相等B.c(HCl)=3c(NaOH)
C.溶液质量均增加2.4gD.所得溶液中溶质的物质的量浓度不相等
限时训练
一、选择题(本题共7个小题,每题6分,共42分,每个小题只有一个选项符合题意。
)
1.下列有关铝及其化合物的叙述正确的是( )。
A.铝粉与氧化镁共热可制取金属镁
B.足量铝分别与含1molHCl、1molNaOH的溶液反应,产生相同量的氢气
C.工业上用电解熔融Al2O3的方法冶炼铝
D.在浓硝酸中加入等体积的浓硫酸后,立即加入铝片,铝片表面发生钝化
淄博模拟)美、德两国成功合成具有化学特性的氢铝化合物(AlH3)n,关于氢铝化合物的推测不正确的是( )。
A.氢铝化合物与水反应生成氢氧化铝和氢气B.氢铝化合物中铝显+3价,氢显-1价
C.铝与水蒸气在高温下反应可生成氢铝化合物D.氢铝化合物具有强还原性
3.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)3C.AlCl3D.Al2O3
4.某溶液既能溶解Al(OH)3,又能溶解Al,但不能溶解Fe,在该溶液中可以大量共存的离子组是( )。
A.K+、Na+、HCO3-、NO3-B.Na+、SO42-、Cl-、S2-
C.NH4+、Mg2+、SO42-、NO3-D.H+、K+、Cl-、Na+
5.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3,含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下:
下列叙述正确的是( )。
A.试剂X可以是氢氧化钠溶液,也可以是盐酸
B.反应①过滤后所得沉淀为氢氧化铁
C.图中所示转化反应都不是氧化还原反应
D.反应②的化学方程式为NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3
6.(2013·
长春调研)3g镁铝合金与100mL稀硫酸恰好完全反应,将反应后的溶液加热蒸干,得到无水硫酸盐17.4g,则原硫酸的物质的量浓度为( )。
A.1mol·
L-1B.1.5mol·
L-1C.2mol·
L-1D.2.5mol·
L-1
7.(2013·
秦皇岛模拟)将铝粉与Fe3O4粉末配制成铝热剂,分成三等份。
①一份直接放入足量的烧碱溶液中,充分反应后放出气体在标准状况下的体积为V1;
②一份在高温下恰好反应完全,反应后的混合物与足量的盐酸反应后,放出的气体在标准状况下的体积为V2;
③一份直接放入足量的盐酸中,充分反应后放出气体在标准状况下的体积为V3。
下列说法正确的是( )。
A.V1=V3>V2B.V2>V1=V3C.V1=V2>V3D.V1>V3>V2
二、非选择题(本题共4个小题,共58分)
8.(15分)某铝合金(硬铝)中含有镁、铜、硅,为了测定该合金中铝的含量,有人设计如下实验:
(1)取样品ag,称取时使用的仪器名称为________。
(2)将样品溶于足量稀盐酸中,过滤,滤液中主要含有________;
滤渣中含有________;
在溶解过滤时使用的主要玻璃仪器有________________________________________________________________________。
(3)往滤液中加入过量NaOH溶液,过滤,写出该步操作中有关的化学方程式___________________________________________________________________________________________________________________________________。
(4)在第(3)步的滤液中通入足量CO2,过滤,将沉淀用蒸馏水洗涤数次后,烘干并灼烧至重量不再减少为止,冷却后称量,质量为bg。
有关反应的化学方程式为____________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(5)该样品中铝的质量分数的表达式为__________________________________
9.(14分)(2013·
银川模拟)某无色稀溶液X中,可能含有下表所列离子中的某几种。
阴离子
CO32-、SiO32-、AlO2-、Cl-
阳离子
Al3+、Fe3+、Mg2+、NH4+、Na+
现取该溶液适量,向其中加入某试剂Y,产生沉淀的物质的量(n)与加入试剂体积(V)的关系如图所示。
(1)若Y是盐酸,则Oa段转化为沉淀的离子(指来源于X溶液的,下同)是___________________________________________,
ab段发生反应的离子是________,bc段发生反应的离子方程式为_________________________________________________________________。
(2)若Y是NaOH溶液,则X中一定含有的离子是________,ab段反应的离子方程式为________________________________________________________
10.(14分)A、B、C、D、E五种化合物均含有某种短周期常见元素,它们的转化关系如图所示,其中A的溶液为澄清溶液,C为难溶的白色固体,E则易溶于水,取A的溶液灼烧,焰色反应为浅紫色(透过蓝色钴玻璃)。
(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→D:
__________________________________________________________。
11.(15分)某课外小组对一些金属单质和化合物的性质进行探究。
(1)下表为“铝与氯化铜溶液反应”实验报告的一部分:
实验步骤
实验现象
将打磨过的铝片(过量)放入
一定浓度的CuCl2溶液中
产生气泡,析出疏松的红色固体,
溶液逐渐变为无色
反应结束后分离出溶液备用
红色固体用蒸馏水洗涤后,
置于潮湿
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- 及其 化合物