53铝及其化合物.docx
- 文档编号:8509247
- 上传时间:2023-01-31
- 格式:DOCX
- 页数:22
- 大小:458.10KB
53铝及其化合物.docx
《53铝及其化合物.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《53铝及其化合物.docx(22页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
53铝及其化合物
第五单元金属元素
5.3铝及其化合物
【知识结构】
【考点诠释】
1.铝单质
(1)镁、铝单质比较
金属
镁
铝
原子结构
原子结构
示意图
原子半径
Mg>Al
单
质
晶体结构
均是金属晶体,金属键Al>Mg
物理
性质
镁和铝都是密度较小、熔点较低、硬度较小的银白色金属,但镁和铝相比较,铝的硬度比镁的稍大,熔点和沸点都是铝比镁的高
活泼性
较活泼:
Mg-2e→Mg2+
较活泼:
Al-3e→Al3+
抗腐
蚀性
在空气中都能跟氧气反应,表面覆盖一层致密而坚硬的氧化物薄膜,都具有抗腐蚀性能
与O2反应
2Mg+O2
2MgO
4Al+3O2
2Al2O3
与H2O反应
Mg+2H2O(沸水)→Mg(OH)2+H2↑
镁与冷水不反应,与沸水能反应,生成的溶液能使酚酞变红。
2Al+6H2O(沸水)→2Al(OH)3+3H2↑
铝与冷水不反应,与沸水缓慢反应,生成的溶液不能使酚酞变红。
与酸反应
Mg+2H+→Mg2++H2↑(快)
2Al+6H+→Al3++3H2↑(比镁慢)
在冷浓硫酸、冷浓硝酸中钝化
与碱反应
不反应
2Al+2OH-+2H2O→2AlO2-+3H2↑
表现了铝的非金属性
与氧化物反应
2Mg+CO2
2MgO+C
2Al+Fe2O3
Al2O3+2Fe
结论
镁、铝均为较活泼的金属,但金属性:
镁>铝
解释
核电荷数镁小于铝,而原子半径镁大于铝,故核对最外层的电子引力镁小于铝,即Al比Mg难失电子,金属性弱于Mg
主要用途
镁合金汽车、飞机制造、
照明弹等
铝合金汽车、船舶、飞机制造、
防锈油漆、导线、电缆等
(2)铝的存在与制备
①在自然中只有以化合态存在,地壳中元素含量是第三,金属元素第一。
在自然里含铝的化合物有:
长石、云母、高岭石、铝土矿。
铝土矿、明矾主要成分的化学式分别是:
Al2O3、KAl(SO4)2·12H2O。
②铝的冶炼
(3)铝的“毛刷”实验
将铝片放在10%的氢氧化钠溶液中稍加热,除去氧化膜,约1分钟后取出,用蒸馏水将表面冲洗干净。
将铝片放入20%的氯化汞或硝酸汞溶液中3分钟,用滤纸将其表面吸干,暴露在空气中。
不久,铝表面生成毛刷状的铝毛。
原因是生成的汞在铝的表面阻止铝片表面生成致密的氧化物保护膜,使内部的铝不断被氧化成毛刷状的白色氧化铝,说明铝在常温下易于与O2反应,铝的化学性质活泼。
(4)铝热反应
①概念:
铝与某些金属(活泼性比铝弱)氧化物(如Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)在高温条件下发生的反应。
②铝热剂:
铝与某些金属(活泼性比铝弱)氧化物(如Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)的混合物
③铝热法冶炼难熔金属的原理:
铝有很强的还原性,在高温下可将难熔金属从其氧化物中还原出来;反应放出大量的热,使还原出来的金属熔化,因而易于与渣分离。
④铝热反应中铝的作用:
还原剂。
⑤铝热反应中镁条的作用:
制造高温条件。
⑥铝热反应中氯酸钾的作用:
制造氧气利于镁条燃烧。
⑦铝热反应在工业上的应用:
冶炼难熔化金属;野外焊接钢轨。
⑧铝热反应的实验:
A、取一张圆形滤纸,倒入氧化铁粉沫,再倒入铝粉。
B、将两者混合均匀。
用两张圆形滤纸,分别折叠成漏斗状,将其中一个取出,在底部剪一个孔,用水润湿,再跟另一个漏斗套在一起,使四周都有四层。
C、架在铁圈上,下面放置盛沙的蒸发皿,把混合均匀的5g氧化铁粉沫和2g铝粉放在纸漏斗中,上面加少量氯酸钾,并在混合物中间插一根镁条,点燃镁条,观察发生的现象。
D、可以看到镁条剧烈燃烧,放出一定的热量,使三氧化二铁粉沫和铝粉在较高的温度下发生剧烈的反应,放出大量的热,同时纸漏斗被烧穿,有熔溶物落入沙中,待熔溶物冷却后,除去外层溶渣,仔细观察,可以看到,落下的是铁珠。
(5)铝与碱溶液反应
铝与碱溶液反应这是铝所表现的非金属性,也是铝的特殊性。
铝与碱溶液反应的实质是铝先与水反应生成氢氧化铝,氢氧化铝具有两性而溶于强碱溶液,促进铝进一步与水反应。
铝与碱溶液反应实际是分两步进行:
2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2↑2Al(OH)3+2NaOH→2NaAlO2+4H2O
此反应中,铝是还原剂,水是氧化剂,还原剂与氧化剂之比是1:
3,氢氧化钠仅仅是起碱的作用,溶解氢氧化铝。
因此铝与氢氧化钠溶液反应的电子转移可表示如下:
2.铝的氧化物
(1)氧化铝、氧化镁的比较
MgO
Al2O3
结构
离子晶体、离子键强
离子晶体、离子键强
物理
性质
白色粉未,难熔
熔点:
MgO>Al2O3
白色粉未,难熔。
刚玉:
天然氧化铝晶体,硬度大,仅次于金刚石
化
学性
质
水
MgO+H2O(热)→Mg(OH)2(微弱)
与水不反应
H+
MgO+2H+→Mg2++H2O
Al2O3+6H+→2Al3++3H2O
OH-
不反应
Al2O3+2OH-→2AlO2-+H2O
只溶于强碱,不溶于弱碱
类别
碱性氧化物
两性氧化物
主要用途
耐火材料,制备镁盐
耐火材料,制备铝盐,冶炼原料
工业制法
煅烧MgCO3
提取铝土矿
(2)工业提取铝土矿的流程图
3.铝的氢氧化物
(1)Mg(OH)2与Al(OH)3的比较
Mg(OH)2
Al(OH)3
物理性质
白色固体,不溶于水,
溶于水的部分可使酚酞变红
白色胶状,不溶于水,
有很强的吸附性
化
学性
质
热稳定性
不稳定性
Mg(OH)2
MgO+H2O
不稳定性
2Al(OH)3
Al2O3+3H2O
H+
Mg(OH)2+2H+→Mg2++H2O
Al(OH)3+3H+→Al3++3H2O
OH-
不溶碱
Al(OH)3+OH-→AlO2-+2H2O
不溶弱碱,如氨水
类别
碱性
两性
实验室
制备
Mg2++2OH-→Mg(OH)2↓
Mg2++2NH3·H2O→
Mg(OH)2↓+2NH4+
Al3++3NH3·H2O→Al(OH)3↓+3NH4+
不用强碱
AlO2-+CO2+2H2O→Al(OH)3↓+HCO3-
不用强酸
3AlO2-+Al3+++6H2O→4Al(OH)3↓
(2)两性氢氧化物
两性氢氧化物,它既能跟强酸反应生成盐和水,又能与强碱反应生成盐和水。
氢氧化铝呈两性的原因是因为氢氧化铝在水溶液中存在两种电离:
电离程度相当微弱,不能用酸碱指示剂加以检验。
只有当加入酸或强碱时,大量的H+或OH-才能破坏氢氧化铝的电离平衡,使电离平衡向右或向左移动,使Al(OH)3按酸式或碱式电离并反应生成铝盐或偏铝酸盐。
所以氢氧化铝既具有酸性又具有碱性。
氢氧化铝可看成是一元弱酸或三元弱碱。
4.含铝的盐
(1)铝盐(仅存在于酸性环境)
①铝盐溶液发生水解反应,使溶液呈酸性:
Al3++3H2O
Al(OH)3+3H+。
②与强碱的反应
A、若将强碱溶液逐滴滴加到铝盐溶液中直至过量:
发生的反应为:
Al3++3OH-→Al(OH)3↓Al(OH)3+OH-→AlO2-+2H2O
产生的现象是:
先产生白色沉淀→白色沉淀开始溶解→白色沉淀全部溶解
计算时要分三种情况讨论:
设溶液中含amolAl3+,加入的NaOH为bmol,则有:
(i)当b=3a时,生成沉淀量最大,产物为Al(OH)3,
m=78ag或m=26bg;
(ii)当b≥4a时,沉淀全部溶解,产物为AlO2-,m=0;
(iii)当3a<b<4a时,沉淀部分溶解,
产物为Al(OH)3和AlO2-,m=(4a-b)×78g
图像如右图所示:
m=(4a-b)×78中的4a是使Al3+生成沉淀再溶解生成AlO2-所需OH-的物质的量,b是在整个反应中所加入的OH-的物质的量,(4a-b)是使铝盐中的部分Al3+生成Al(OH)3沉淀的物质的量。
B、若将铝盐溶液逐滴滴加到强碱溶液中直至过量:
发生的反应:
Al3++4OH-→AlO2-+2H2OAl3++3AlO2-+6H2O→4Al(OH)3↓
产生的现象是:
滴下瞬间生成白色沉淀但立即溶解→出现白色沉淀→白色沉淀逐渐增多
计算时也要分三种情况讨论:
设溶液中NaOH为bmol,加入的Al3+为amol,则有:
(i)当a≤b/4时,无沉淀存在,产物为AlO2-,m=0;
(ii)a>b/4时,开始有沉淀出现,
产物为Al(OH)3和AlO2-,m=78(4a-b)g;
(iii)当a≥b/3时,沉淀量最大,产物为Al(OH)3,
m=26bg。
图像如右图所示。
③与弱碱(氨水)发生反应:
Al3++3NH3·H2O→Al(OH)3↓+3NH4+,沉淀不溶。
④双水解:
铝盐溶液与CO32-、CO32-、HS-、S2-、AlO2-相遇发生双水解反应。
如Al2(SO4)3溶液与Na2S、NaHCO3、NaAlO2溶液反应的离子方程式:
3S2-+2Al3++6H2O→3H2S↑+2Al(OH)3↓3AlO2-+Al3++6H2O→4Al(OH)3↓
Al3++3HCO3-→Al(OH)3↓+3CO2↑(泡沫灭火器原理)
(2)偏铝酸盐(仅存在于碱性环境)
①偏铝酸盐溶液发生水解反应,溶液呈碱性:
AlO2-+2H2O
Al(OH)3+OH-
②偏铝酸盐与强酸反应
A、若将强酸溶液逐滴加入到偏铝酸盐溶液中直至过量
发生的反应为:
AlO2-+H++H2O→Al(OH)3↓Al(OH)3+3H+→Al3++3H2O
产生的现象是:
生成白色沉淀并逐渐增多→白色沉淀开始溶解→白色沉淀完全溶解
计算时分三种情况讨论:
设溶液中有amolAlO2-,加入盐酸为bmol,则有:
(i)当a=b时,沉淀量最大,产物为Al(OH)3,
沉淀m=78ag或m=78bg;
(ii)当b≥4a时,无沉淀存在,产物为Al3+,无Al(OH)3,
m=0,AlO2-+4H+=Al3++2H2O;
(iii)当a<b<4a时,沉淀部分溶解,
产物既有Al(OH)3又有Al3+,m=(4a-b)×26g
图像如右图所示。
B、若将偏铝盐溶液逐滴滴加到强酸溶液中直至过量:
发生的反应为:
AlO2-+4H+→Al3++2H2O3AlO2-+Al3++6H2O→4Al(OH)3↓
产生的现象是:
瞬间生成白色沉淀立即溶解→产生白色沉淀→白色沉淀逐渐增多
计算时分三种情况讨论:
设溶液中有bmolHCl,加入NaAlO2为amol,则有
(i)当a≤b/4时,无沉淀生成,m=0,产物为Al3+;
(ii)当a>b/4时,开始有沉淀出现,产物为Al(OH)3,
m=26(4a-b)g;
(iii)当a≥b时,沉淀量最大,产物为Al(OH)3,m=78bg。
图像如右图所示。
③与弱酸(如CO2)发生反应:
2AlO2-+CO2(少量)+3H2O→2Al(OH)3↓+CO32-
AlO2-+CO2(过量)+2H2O→Al(OH)3↓++HCO3-
④双水解:
偏铝酸盐溶液与Fe3+、Al3+、NH4+等离子均能发生又水解反应。
⑤Al3+、Al(OH)3、AlO2-相互依存的三角关系:
(3)明矾
明矾的化学式为:
KAl(SO4)2·12H2O(十二水硫酸铝钾)是一种复盐,在日常生活中明矾用于净水。
因为Al3+很容易水解,生成胶状的氢氧化铝Al(OH)3:
Al3++3H2O
Al(OH)3(胶体)+3H+,氢氧化铝胶体的吸附能力很强,可以吸附水里悬浮的杂质,并形成沉淀,使水澄清。
所以,明矾是一种较好的净水剂。
在制作某些传统食品时也用到它,营养学家指出铝元素的安全摄入量为每千克体重0.7mg。
复盐:
由两种或两种以上阳离子和一种阴离子组成的化合物。
是一种纯净物,能于水后能电离出简单盐类所具有的离子。
KAl(SO4)2·12H2O→K++Al3++2SO42-+12H2O
【例题精析】
【例1】双羟基铝碳酸钠是医疗上常用的一种抑酸剂,其化学式是NaAl(OH)2CO3。
关于该物质的说法正确的是
A.该物质属于两性氢氧化物
B.该物质是Al(OH)3和Na2CO3的混合物
C.1molNaAl(OH)2CO3最多可消耗3molH+
D.该药剂不适合于胃溃疡患者服用
【考点分析】这是一题有关铝化合物的信息题,要求结合已有的知识预测其性质。
【思维点悟】双羟基铝碳酸钠属于盐类,A错误;它是一种化合物,属于纯净物,不是混合物,B错误;1molNaAl(OH)2CO3最多可消耗4molH+,C错误;由于能与胃酸反应放出CO2气体,故不适合于胃溃疡患者服用。
【正确答案】D
【例2】用铝、稀硫酸、NaOH溶液制取Al(OH)3,甲、乙、丙三位同学分别用不同的方法制备:
若要制取1molAl(OH)3甲、乙、丙需要H2SO4和NaOH的物质的量分别为多少?
由此评价三种方案的优劣。
【考点分析】本题考查三种不同方法制备氢氧化铝的原理,分析三种不同方法所需相同原料的物质的量比,由此作出方案的选择。
【思维点悟】上述制备氢氧化铝的方案中涉及的化学反应分别为
甲:
2Al+3H2SO4④Al2(SO4)3+3H2↑,Al2(SO4)3+6NaOH→2Al(OH)3↓+6NaCl;
乙:
2Al+2NaOH+2H2O→2NaAlO2+3H2↑,2NaAlO2+2H2O+H2SO4→Na2SO4+2Al(OH)3↓;
丙:
最后一步反应为Al2(SO4)3+6NaAlO2+12H2O→3Na2SO4+8Al(OH)3↓。
由方程式知:
三种方案需酸和碱的量分别为:
由上可知,每一种方案消耗H+和OH-的物质的量是相同的。
需消耗原料丙是最少的,甲是最多的,因此最好的方案是丙,最差的方案是甲。
【正确答案】甲、乙、丙三种方案消耗酸和碱的物质的量的比是:
12:
4:
3
【例3】等体积、等物质的量浓度的硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中,各加入等质量的铝,生成氢气的体积比为5:
6,则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是
A.甲、乙中都是铝过量B.甲中铝过量,乙中碱过量
C.甲中酸过量,乙中铝过量D.甲中酸过量,乙中碱过量
【考点分析】此题是根据铝与酸、碱反应产生氢气的体积比确定哪一个反应物过量
【思维点悟】铝与硫酸、氢氧化钠溶液反应的化学方程式为:
2Al+3H2SO4→Al2(SO4)3+3H2↑
2Al+2NaOH+2H2O→2NaAlO2+3H2↑,从这两个方程式可知,等质量的铝若全部反应,则无论与硫酸还是氢氧化钠反应,生成的氢气都一样,应该是1:
1,题目告诉我们铝与硫酸、氢氧化钠溶液反应生成的氢气的体积比是5:
6,说明H2的物质的量之比也是5:
6,参加反应的铝的物质的量之比也是5:
6。
说明与硫酸反应的铝有剩余,硫酸不足,与碱反应的碱过量,铝完全反应。
所以,甲乙烧杯中的反应情况分别是:
甲中铝过量,乙中碱过量。
【正确答案】B
【例4】
(1)分别取Wg,Na、Mg、Al与足量的盐酸反应,在相同条件下产生H2的体积比是。
(2)分别取0.1mol、Na、Mg、Al与足量的盐酸反应,在相同条件下产生H2的体积比是.
(3)若产生相同物质的量的H2,所需Na、Mg、Al的质量比是,物质的量之比是.
(4)若将0.2mol金属Na、Al、Fe分别投入10ml1mol/L盐酸中,在标准状况下产生H2的体积大小顺序是
【考点分析】本题考查等质量或者等物质的量的金属与过量的酸或不足量的酸反应产生H2的量比。
【思维点悟】金属与酸反应产生H2是一个氧化还原反应,因此求H2的量比,可以用电子得失守恒法。
产生氢气的量正比于反应中转移的电子数,产生氢气的量比就等于反应中电子的转移数之比。
(1)等质量的Na、Mg、Al与足量的盐酸反应,失去的电子数之比为:
,也即产生的H2的量比;
(2)0.1mol、Na、Mg、Al与足量的盐酸反应,失去的电子数分别为:
0.1mol、0.2mol、0.3mol,产生H2的量比为0.1:
0.2:
0.3=1:
2:
3;(3)产生相同物质的量的H2,即相同的电子数的Na、Mg、Al的质量比,1mole的Na、Mg、Al质量分别为:
23、24/2、27/3,质量比为:
23:
12:
9,1mole的Na、Mg、Al的物质的量为:
1mol、1/2mol、1/3mol,物质的量比为:
1:
1/2:
1/3=6:
3:
2;(4)0.2mol金属Na、Al、Fe分别投入10ml1mol/L盐酸中,盐酸不足,Al、Fe产生H2相同,过量的Na还能与水反应,产生的H2最多。
所以VNa>Val=VFe。
【正确答案
(1)
∶
∶
(2)1∶2∶3(3)23∶12∶96∶3∶2(3)VNa>VAl=VFe
【例5】在下列给定条件的水溶液中,一定能大量共存的离子组是
A.能与铝反应生成H2的溶液:
Ca2+、NH4+、HCO3-、Cl-
B.pH=0的溶液中:
Ca2+、Al3+、ClO-、Cl-
C.能使pH试纸变深蓝色的溶液中:
Na+、AlO2-、S2-、CO32-
D.室温下,由水电离得到的c(H+)和c(OH-)的乘积为1×10-24的无色溶液中,
NH4+、A13+、SO42-、NO3-
【考点分析】这是一个离子共存题,主要考查Al3+和AlO2―在溶液中的离子反应情况。
【思维点悟】A、能与铝反应生成H2的溶液可能呈中酸性,也可能呈碱性,HCO3-均不能存在,NH4+在碱性溶液中不能存在。
(2)B、pH=0的溶液是一个酸性溶液,ClO-不可能存在。
C、是一个碱性溶液,只有弱酸的酸式根和弱碱金属阳离子不共存,Na+是强碱阳离子,所以能共存;D的溶液可能是碱性也可能是酸性,碱性溶液中,NH4+、A13+不能存在;所以只有C一定能共存。
【正确答案】C
【例6】某同学研究铝及其化合物的性质时设计了如下两个实验方案:
方案①:
2.7gAl
X溶液
Al(OH)3沉淀
方案②:
2.7gAl
Y溶液
Al(OH)3沉淀
NaOH溶液和稀盐酸的浓度均是3mol/L,右图是向X溶液和Y溶液中分别加入NaOH溶液和稀盐酸时产生沉淀的物质的量与加入盐酸和氢氧化钠溶液体积之间的关系,下列说法正确的是
A.X溶液溶质为AlCl3,Y溶液溶质为NaAlO2
B.b曲线表示的是向X溶液中加入NaOH溶液
C.在O点时两方案中所得溶液浓度相等
D.a、b曲线表示的反应都是氧化还原反应
【考点分析】
【思维点悟】A、分析两方案及加入物质量的关系,Al的物质的量为0.1mol,HCl和NaOH的物质的量为0.3mol,方案①2Al+6HCl→2AlCl3+3H2↑,0.1molAl与0.3molHCl恰好完全反应,X溶液为AlCl3溶液,方案②中2Al+2NaOH+2H2O→2NaAlO2+3H2↑,0.1molAl与0.3molNaOH反应,NaOH剩余,Y溶液的溶质为NaAlO2和NaOH,A错误;B、分析图象,b曲线开始没有产生沉淀,应该是向NaAlO2和NaOH混合溶液中加入HCl,B错误;C、O点表示两曲线沉淀量相同时,沉淀量也最大,溶质只有NaCl,溶液浓度相等,C正确;D、a、b曲线发生的都是复分解反应,D错误。
【正确答案】C
【拓展训练】
1.现有铝和过氧化钠的同体混合物样品,加入稀盐酸使混合物完全溶解,所得溶液中
c(Al3+):
c(H+):
(Cl-)=1:
2:
8,则原固体混合物中铝元素与氧元素的质量比为
A.3:
4B.9:
32C.9:
16D.9:
8
2.下列图象正确的是
3.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
4.实验室制备硝酸铝晶体[Al(NO3)3·9H2O]可使用下列方法:
下列说法或反映上述有关反应的离子方程式错误的是
A.制备过程中加HNO3应该过量,以防止蒸发时Al(NO3)3水解
B.不直接用铝片跟稀硝酸反应制硝酸铝主要是因为铝在稀硝酸中发生钝化
C.2Al+2OH-+2H2O→2AlO
+3H2↑
D.3H++Al(OH)2→Al3++3H2O
5.把一块镁铝合金投入到1mol/L盐酸中,待合金完全溶解后,再往溶液里加入1mol/LNaOH溶液,生成沉淀的物质的量随加入NaOH溶液体积变化的关系如右图所示,下列说法中错误的是
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 53 及其 化合物
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)