311 铝及其重要化合物.docx
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311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ⅢA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:
①________________________________________________________________________;
②________________________________________________________________________;
③________________________________________________________________________;
④________________________________________________________________________。
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
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
深度思考
1.正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”
(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( )
2.镁在空气中充分燃烧,所得固体产物可能有________(用化学式表示)。
题组一 对比掌握铝、镁的性质
1.镁粉是焰火、闪光粉、鞭炮中不可缺少的原料。
工业上制造镁粉是将镁蒸气在某种气体中冷却,有下列气体:
①空气、②CO2、③Ar、④H2、⑤N2,其中可作为冷却气体的是( )
A.①和②B.②和③C.③和④D.④和⑤
2.下列关于铝单质的叙述中正确的是( )
A.由于铝在空气中不会锈蚀,所以铝制品的使用寿命都很长
B.由于铝具有强还原性,所以常用铝来冶炼某些高熔点金属
C.常温下,铝被浓硫酸钝化,所以可用浓硫酸除去铝表面的铜镀层
D.由于铝的导电性能比铜强,所以常用铝制造电线、电缆
题组二 铝与酸或碱反应的计算
3.(2016·河北衡水中学高三模拟)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
4.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)=1∶2,则加入铝粉的质量为________(填字母)。
A.5.4gB.3.6gC.2.7gD.1.8g
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。
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,有很高的熔点。
(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:
①________________________________________________________________________;
②________________________________________________________________________;
③________________________________________________________________________。
(3)制备
①向铝盐中加入氨水,离子方程式为Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
。
②NaAlO2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<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。
(3)明矾溶液与Ba(OH)2溶液反应的离子方程式:
①Al3+恰好完全沉淀
2Al3++3SO
+3Ba2++6OH-===2Al(OH)3↓+3BaSO4↓。
②SO
恰好完全沉淀
Al3++2SO
+2Ba2++4OH-===AlO
+2BaSO4↓+2H2O。
深度思考
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.中学化学学习阶段接触到许多既能与酸反应又能与碱反应的物质,除了Al及其重要化合物外,你还知道哪些?
答案 ①弱酸的铵盐,如:
NH4HCO3、CH3COONH4、(NH4)2S等;②弱酸的酸式盐,如:
NaHCO3、KHS、NaHSO3等;③氨基酸。
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。
题组一 Al2O3和Al(OH)3的两性
1.(2016·日照调研)将表面已完全钝化的铝条,插入下列溶液中,不会发生反应的是( )
A.稀硝酸B.稀盐酸
C.硝酸铜D.氢氧化钠
2.下列除去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.用过量氨水除去Fe3+溶液中的少量Al3+
C.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
D.MgO中混有少量Al2O3:
加入足量烧碱溶液,充分反应,过滤、洗涤、干燥得到MgO
含铝杂质的提纯方法归类
利用Al、Al2O3、Al(OH)3可溶于强碱的特性,可除去许多物质中的含铝杂质,如:
(1)Mg(Al):
加足量NaOH溶液。
(2)Fe2O3(Al2O3):
加足量NaOH溶液。
(3)Mg(OH)2[Al(OH)3]:
加足量NaOH溶液。
(4)Mg2+(Al3+):
加过量NaOH溶液,过滤,再加酸充分溶解。
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( )
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.①⑥⑤③B.②③④③
C.②③⑤③D.①③⑤③
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%H2SO4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:
→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________。
Al(OH)3的三种制备方法
方法一:
可溶性铝盐溶液与过量氨水反应
反应原理:
Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
方法二:
向可溶性偏铝酸盐溶液中通入过量CO2
反应原理:
AlO
+2H2O+CO2===Al(OH)3↓+HCO
方法三:
相互促进水解法
题组三 有关Al3+、AlO
的离子反应
5.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+
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.0.1mol·L-1明矾溶液中:
NH
、AlO
、HCO
、Na+
6.(2016·济宁期中)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·H2O+Al3+===AlO
+4NH
+2H2O
B.NH4Al(SO4)2溶液中滴加少量NaOH溶液:
NH
+OH-===NH3·H2O
C.向明矾溶液中加入过量的Ba(OH)2溶液:
Al3++2SO
+2Ba2++4OH-===2BaSO4↓+AlO
+2H2O
D.向NaAlO2溶液中通入足量CO2:
2AlO
+CO2+3H2O===2Al(OH)3↓+CO
1.离子共存问题
(1)Al3+水解呈酸性,与OH-、AlO
、CO
(HCO
)、S2-等不能大量共存。
(2)AlO
水解呈碱性,与H+、HCO
、Al3+、Fe3+等不能大量共存。
2.含Al3+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
、Mg2+、Al3+的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,NaOH先与H+反应,再与Mg2+、Al3+反应生成沉淀,再与NH
反应,最后才溶解Al(OH)3沉淀。
考点三 用数形结合思想理解“铝三角”
1.Al3+、Al(OH)3、AlO
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)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
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→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
方程式
序号
AB:
(1)③
BD:
(6)
AB:
(3)
BC:
(1)②
(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)②
BC:
(2)
AB:
(4)
BC:
(1)②
深度思考
按要求画出图像。
(1)向MgCl2、AlCl3溶液中(假设各1mol),逐滴加入NaOH溶液,画出沉淀的物质的量随NaOH溶液体积变化的图像。
答案
(2)向HCl、MgCl2、AlCl3、NH4Cl溶液中(假设各1mol),逐滴加入NaOH溶液,画出沉淀的物质的量随NaOH溶液体积变化的图像。
答案
(3)向NaOH、NaAlO2溶液中(假设各1mol),逐滴加入HCl溶液,画出沉淀的物质的量随HCl溶液体积变化的图像。
答案
(4)向NaOH、Na2CO3、NaAlO2溶液中(假设各1mol),逐滴加入HCl溶液,画出沉淀的物质的量随HCl溶液体积变化的图像。
答案
(5)向NaOH、Ca(OH)2、NaAlO2溶液中(假设各1mol),通入CO2气体,画出沉淀的物质的量随CO2通入的变化图像。
答案
解析 反应顺序为
Ca(OH)2+CO2===CaCO3↓+H2O
1mol 1mol 1mol
2NaOH+CO2===Na2CO3+H2O
1mol 0.5mol 0.5mol
2NaAlO2+CO2+3H2O===2Al(OH)3↓+Na2CO3
1mol 0.5mol 1mol 0.5mol
Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3
1mol 1mol
CaCO3+CO2+H2O===Ca(HCO3)2
1mol 1mol
题组一 Al3+、AlO
形成Al(OH)3图像的综合分析
1.如图表示AlCl3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.①线表示Al3+的物质的量的变化
B.x表示AlCl3的物质的量
C.③线表示Al(OH)3的物质的量的变化
D.④线表示AlO
的物质的量的变化
2.某混合溶液中可能含有HCl、MgCl2、AlCl3、NH4Cl、Na2CO3、KCl中的一种或几种物质,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,下同),一定不含有的溶质是________。
(2)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________________________________________________________________________。
(3)分别写出AB段、BC段发生反应的离子方程式:
①AB段为____________________________________________________________;
②BC段为______________________________________________________________。
题组二 Al3+形成Al(OH)3的简单计算
3.(2016·贵州高三模拟)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.7.5mL
C.15mLD.17.5mL
4.现有AlCl3和MgSO4混合溶液,向其中不断加入NaOH溶液,得到沉淀的量与加入NaOH溶液的体积如下图所示。
原溶液中Cl-与SO
的物质的量之比为( )
A.1∶3B.2∶3C.6∶1D.3∶1
可溶性铝盐与强碱反应的计算规律
(1)求产物Al(OH)3的量
①当n(OH-)≤3n(Al3+)时,n[Al(OH)3]=
n(OH-);
②当3n(Al3+)<n(OH-)<4n(Al3+)时,
n[Al(OH)3]=4n(Al3+)-n(OH-);
③当n(OH-)≥4n(Al3+)时,n[Al(OH)3]=0,无沉淀。
(2)求反应物碱的量
①若碱不足(Al3+未完全沉淀):
n(OH-)=3n[Al(OH)3];
②若碱使生成的Al(OH)3部分溶解:
n(OH-)=4n(Al3+)-n[Al(OH)3]。
1.从海水中提取镁的流程
(1)流程:
(2)主要化学反应:
①制石灰乳:
CaCO3
CaO+CO2↑、CaO+H2O===Ca(OH)2;
②沉淀Mg2+:
Mg2++Ca(OH)2===Mg(OH)2↓+Ca2+;
③制备MgCl2:
Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O;
④电解MgCl2:
MgCl2(熔融)
Mg+Cl2↑。
2.工业炼铝的流程
铝是地壳中含量最多的金属元素,在自然界主要以化合态的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
讨论回答下列问题:
(1)写出①、③两步骤中可能发生反应的离子方程式。
(2)步骤③中不用盐酸(或H2SO4)酸化的理由是__________________________________
________________________________________________________________________。
(3)步骤④中得到较纯的Al2O3,可能含有________________杂质,在电解时它不会影响铝的纯度的原因:
_______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
方案二:
酸溶法
讨论回答下列问题:
(1)写出①、②中可能发生反应的离子方程式。
答案 ①Al2O3+6H+===2Al3++3H2O,
Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O。
②Al3++4OH-===AlO
+2H2O,
Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓。
(2)步骤②中不用氨水沉淀Fe3+的原因:
_________________________________________
________________________________________________________________________。
专题训练
题组一 铝的提炼过程
1.铝土矿的主要成分为氧化铝、氧化铁和二氧化硅,工业上经过下列工艺可以冶炼金属铝:
下列说法中错误的是( )
A.①②中除加试剂外,还需要进行过滤操作
B.a、b中铝元素的化合价相同
C.③中需要通入过量的氨气
D.④进行的操作是加热,而且d一定是氧化铝
题组二 对海水提镁流程的理解
2.被称为“国防金属”的镁,60%来自海洋,从海水中提取镁的正确方法是( )
物质
氧化镁
氯化镁
熔点/℃
2852
714
A.海水
Mg(OH)2
Mg
B.海水
MgCl2溶液―→MgCl2(熔融)
Mg
C.海水
Mg(OH)2
MgO
Mg
D.海水
Mg(OH)2
MgCl2溶液―→MgCl2(熔融)
Mg
3.(2016·银川高三质检)从海水中提取镁的工艺流程如图所示:
下列说法错误的是( )
A.用此法提取镁的优点之一是原料来源丰富
B.步骤⑥电解MgCl2时阴极产生氯气
C.步骤⑤可将晶体置于HCl气体氛围中脱水
D.上述工艺流程中涉及化合、分解和复分解反应
1.(高考选项组合题)下列关于铝及其化合物的叙述正确的是( )
A.铝罐可久盛食醋(2014·福建理综,6C)
B.氢氧化铝可作胃酸的中和剂(2014·四川理综,1D)
C.明矾用作净水剂不涉及化学变化(2014·重庆理综,1A)
D.铝与Fe2O3发生铝热反应,反应后固体物质增重(2014·新课标全国卷Ⅱ,9C)
2.(高考选项组合题)下列有关铝及其重要化合物的叙述正确的是( )
A.制备Al(OH)3悬浊液:
向1mol·L-1AlCl3溶液中加过量的6mol·L-1NaOH溶液
B.向Al2(SO4)3溶液中加入过量的NH3·H2O:
Al3++4NH3·H2O===[Al(OH)4]-+4NH
C.用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热,熔化后的液态铝滴落下来,金属铝的熔点较低
D.将AlCl3加入Ba(HCO3)2溶液中同时有气体和沉淀产生
3.(2014·北京
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- 311 铝及其重要化合物 及其 重要 化合物