1、第一单元 从铝土矿到铝合金,一 铝,二 铝的化合物,教材研读,突破一 铝土矿冶炼金属铝的流程,重难突破,突破二 用数形结合思想理解Al3+、Al(OH)3、Al 三者之间相互转化的关系及相关计算,一、铝 1.存在:铝是地壳中含量 最多 的金属元素,占地壳总质量的7.73%。 由于铝是较活泼的金属,因此以 化合 态存在于自然界,在地 壳中主要存在形式之一是 铝土矿 (主要成分为Al2O3,还有少量杂质)。,教材研读,2.物理性质: 银白 色金属,硬度Al Mg,熔、沸点Al Mg(解释:金属键Al比Mg 强 )。,3.化学性质(能写化学方程式的写出化学方程式) (1)与非金属反应 铝箔在氧气中燃
2、烧: 4Al+3O2 2Al2O3 。常温下,铝在空气中易 与氧气反应形成致密的氧化膜,这就是铝比铁活泼,但不像铁那样容易 被腐蚀的原因。 (2)与盐溶液反应 将擦亮的铝片插入CuSO4溶液中: 2Al+3CuSO4 3Cu+Al2(SO4)3 。,(3)与酸反应 a.铝粉与稀盐酸反应: 2Al+6HCl 2AlCl3+3H2 。 b.铝粉与稀硫酸反应: 2Al+3H2SO4 Al2(SO4)3+3H2 。 c.常温下,铝遇浓硝酸、浓硫酸 钝化 。 (4)与强碱溶液反应 铝粉与NaOH溶液反应: 2Al+2NaOH+2H2O 2NaAlO2+3H2 。该反应中水作 氧化剂 。,除去铝制品表面致
3、密的氧化膜的方法:a.用砂纸打磨或用小刀刮掉;b.加 入酸溶液( 浓硝酸 和 浓硫酸 除外);c.加入强碱溶液;d.加入 含有氯离子的盐溶液。当有氯离子存在时,铝表面的氧化膜易被破坏, 因此铝制容器不能用来腌制咸菜。 (5)与某些金属氧化物反应 铝粉和氧化铁粉末共热: 2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3 。铝粉 与 某些金属氧化物 的反应叫铝热反应。 铝粉,与 某些金属氧化物 组成的混合物叫铝热剂。该反应用于冶炼活 泼性比Al 差 的高熔点金属或焊接金属。 二、铝的化合物 (一)氧化铝,1.物理性质: 白 色固体, 难 溶于水。熔、沸点较高,可作 耐高温 材料。刚玉、蓝宝石和红宝石的主要成
4、分均为 Al2O3 。,2.化学性质:两性氧化物(写出离子方程式) (1)与盐酸反应: Al2O3+6H+ 2Al3+3H2O 。 (2)与NaOH溶液反应: Al2O3+2OH- 2Al +H2O 。,(二)氢氧化铝 1.化学性质(写出离子方程式) (1)两性氢氧化物:电离方程式是 H+Al +H2O Al(OH)3 Al3+3OH- 。 (2)与盐酸反应: Al(OH)3+3H+ Al3+3H2O 。 (3)与NaOH溶液反应: Al(OH)3+OH- Al +2H2O 。Al(OH)3不 溶于弱酸(如H2CO3等)和弱碱(如NH3H2O等)。 (4)不稳定性: 2Al(OH)3 Al2O
5、3+3H2O 。,2.实验室制法 (1)铝盐溶液中加入氨水: Al3+3NH3H2O Al(OH)3+3N 。 (2)偏铝酸盐溶液中通入CO2气体(过量): Al +CO2(过量)+2H2OAl(OH)3+HC 。 (3)铝盐溶液和偏铝酸盐溶液混合: Al3+3Al +6H2O 4Al(OH)3 。,(4)由金属铝制备Al(OH)3的最佳方案是: 。涉及的 化学反应有: 2Al+2OH-+2H2O 2Al +3H2 、 2Al+6H+2Al3+3H2 、 Al3+3Al +6H2O 4Al(OH)3 。,1.既能与稀盐酸反应,又能与NaOH溶液反应的化合物是 ( A ) NaHCO3 Al2O
6、3 Al(OH)3 Al A. B. C. D.,2.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 ( B ) 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 A. B. C. D.,3.下列除杂方法不正确的是 ( B ) A.镁粉中混有少量铝粉:加入过量NaOH溶液充分反应,过滤、洗涤、干 燥 B.用过量氨水除去FeCl3溶液中的少量Al3+ C.Al(OH)3中混有少量Mg(OH)2:加入足量NaOH溶液,充分反应,过滤,向 滤液中通入过量CO2后过滤、洗涤、干燥 D.MgO中混有少量Al2
7、O3:加入足量NaOH溶液,充分反应,过滤、洗涤、 干燥得到MgO,4.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3xH2O,含Fe2O3、SiO2等杂质)提取纯 Al2O3作冶炼铝的原料,其操作流程如图所示,图中操作错误的是 ( A ),A. B. C. D.,突破一 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,在自然界中主要以化合态形式存 在。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。,重难突破,
8、方案一:碱溶法,方案二:酸溶法,典例1 明矾石的主要成分是K2SO4Al2(SO4)32Al2O36H2O,还含有少量 Fe2O3杂质。利用明矾石制备氢氧化铝的流程如下:(1)焙烧炉中发生反应的化学方程式为2Al2(SO4)3+3S 2Al2O3+9SO2,该反应的氧化剂是 ,若生成1 mol Al2O3,则转移的电子数为 。,(2)将标准状况下1.12 L炉气通入100 mL 0.5 molL-1NaOH溶液中,得到 一种酸性溶液,则该溶液中各种离子浓度由大到小的排列顺序为 。 (3)熟料溶解时反应的离子方程式为 。 (4)检验废渣中含有Fe2O3所需的试剂是 。 (5)母液中溶质主要成分的
9、化学式为 ,溶液调节pH后经过 滤、洗涤可得Al(OH)3沉淀,证明沉淀已洗涤干净的实验操作和现象是 。,答案 (1)Al2(SO4)3 3.6121024 (2)c(Na+)c(HS )c(H+)c(S )c(OH-) (3)Al2O3+2OH-+3H2O 2Al(OH)4-或Al2O3+2OH- 2Al +H2O (4)稀盐酸、KSCN溶液(其他合理答案均可) (5)K2SO4、Na2SO4 取最后一次洗涤液少许于试管中,滴加BaCl2溶液, 若无白色沉淀生成,则Al(OH)3沉淀已洗涤干净,解析 (1)根据元素化合价的变化可知Al2(SO4)3为氧化剂,S为还原剂;反 应中单质S中S元素
10、的化合价由0价升高到+4价,3 mol S参加反应转移12 mol电子,同时生成2 mol Al2O3,故生成 1 mol Al2O3时转移的电子数为6 6.021023。 (2)根据(1)中反应方程式可知炉气为SO2,0.05 mol SO2与0.05 mol NaOH 恰好反应生成NaHSO3,在NaHSO3溶液中存在平衡:HS H+S 、 HS +H2O H2SO3+OH-、H2O H+OH-,该溶液显酸性,说明 HS 的电离程度大于HS 的水解程度,因此溶液中各离子浓度大小,关系为:c(Na+)c(HS )c(H+)c(S )c(OH-)。 (3)熟料中能与NaOH溶液反应的为Al2O
11、3。 (4)将废渣先溶于稀盐酸,若存在Fe2O3,则生成FeCl3,再用KSCN溶液检验 Fe3+的存在。 (5)沉淀上附着的杂质可能为K2SO4、Na2SO4,因此可以用BaCl2溶液检验 沉淀是否洗涤干净。,1-1 铝土矿的主要成分中含有氧化铝、氧化铁和二氧化硅等,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 ( C ) 铝土矿 a b c d Al A.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.中需要通入过量的氨气 D.进行的操作是加热,而且d一定是氧化铝,解析 铝土矿中加入盐酸生成Al3+和Fe3+,二氧化硅不溶于盐酸,所以要 过滤,分离出二氧化硅
12、;滤液中加过量NaOH溶液,Al3+转化为Al ,Fe3+转 化为Fe(OH)3沉淀,过滤除去Fe(OH)3沉淀,向滤液中通入过量的二氧化 碳,会生成Al(OH)3沉淀,Al(OH)3受热分解生成Al2O3,最后电解熔融的Al2 O3生成Al。A项,由以上分析可知中除加试剂外,还需要进行过滤操 作,故正确;B项,Al3+、Al 中铝元素的化合价均为+3,故正确;C项,中 需要把Al 转化为Al(OH)3沉淀,要通入过量的二氧化碳:Al +CO2+2H2O Al(OH)3+HC ,故错误;D项,根据上述分析可知中Al(OH)3受热,分解生成Al2O3,故正确。,1-2 A、B、C、D、E五种化合
13、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易 溶于水,取A的溶液灼烧,焰色反应呈浅紫色(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: AB: ; AD: 。,答案 (1)KAlO2 Al(OH)3 Al2O3 AlCl3 NaAlO2 (2)Al +2H2O+CO2 Al(OH)3+HC Al +4H+ Al3+2H2O,解析 在短周期元素形成的化合物中,既能与盐酸反应,又能与NaOH溶 液反应的物质必为两性物质,又因为B受热时转化为C,故可知C为Al2O3, B为Al(OH)3
14、,由此推出D是AlCl3,E为NaAlO2;A与过量CO2反应生成Al (OH)3,且A的溶液的焰色反应呈浅紫色(透过蓝色钴玻璃),则A为KAlO2。,突破二 用数形结合思想理解Al3+、Al(OH)3、Al 三者之间相互转化的关系及相关计算,1.把强碱溶液逐滴加入到铝盐(Al3+)溶液中至过量 (1)现象:开始有白色沉淀产生,到一定量后沉淀逐渐溶解。,(2)图像(3)有关反应 AB:Al3+3OH- Al(OH)3,BD:Al(OH)3+OH- Al +2H2O,(4)有关计算 根据AlCl3和NaOH的量计算生成Al(OH)3的量,根据AlCl3和 Al(OH)3的量计算需要NaOH的量,
15、2.把铝盐(Al3+)溶液逐滴加入到强碱溶液中至过量 (1)现象:开始无明显现象,一段时间后逐渐产生大量的白色沉淀。 (2)图像,(3)有关反应 AB:Al3+4OH- Al +2H2O BC:Al3+3Al +6H2O 4Al(OH)3,3.在偏铝酸盐(Al )溶液中逐滴加入强酸至过量 (1)现象:开始生成白色沉淀,到达一定量后沉淀逐渐溶解。 (2)图像,(3)有关反应 AB:Al +H+H2O Al(OH)3 BD:Al(OH)3+3H+ Al3+3H2O (4)有关计算 根据NaAlO2和HCl的量计算生成Al(OH)3的量,根据Al(OH)3和NaAlO2的量计算需要HCl的量,4.在
16、强酸溶液中逐滴加入偏铝酸盐(Al )溶液至过量 (1)现象:开始无明显现象,反应一段时间后逐渐产生白色沉淀。 (2)图像,(3)有关反应 AB:4H+Al Al3+2H2O BC:Al3+3Al +6H2O 4Al(OH)3,典例2 实验研究发现,硝酸发生氧化还原反应时,硝酸的浓度越小,对应 还原产物中氮元素的化合价越低。现有一定量铝粉和铁粉的混合物与 一定量稀硝酸充分反应,反应过程中无气体放出。在反应结束后的溶液 中,逐滴加入2 molL-1的NaOH溶液,所加NaOH溶液的体积(mL)与产生 沉淀的物质的量(mol)的关系如图所示,下列说法中不正确的是 ( ),A.反应前的溶液中,硝酸的物
17、质的量为0.2 molB.C点对应NaOH溶液的体积为48 mLC.样品中铝粉和铁粉的物质的量之比为53D.D点与F点沉淀物质的量的差为0.02 mol,解析 据题意可知,硝酸与铝粉、铁粉反应后得到:Al(NO3)3、Fe(NO3)3、 NH4NO3、过量HNO3。据线段DE,得n(NH4NO3)=0.012 mol;据线段EF,得 nAl(NO3)3=0.02 mol;据得失电子守恒:N元素由+5价降低到-3价, Al、Fe元素均由0价升高到+3价,则0.012 mol8=0.02 mol3+3nFe(NO3)3,得nFe(NO3)3=0.012 mol;Fe3+和Al3+生成Fe(OH)3
18、、Al(OH)3时共消耗 NaOH溶液48 mL,则C点对应的V(NaOH溶液)=40 mL,则进一步计算出 剩余HNO3的物质的量为0.08 mol。A项,利用氮原子守恒,反应前的溶液 中HNO3的物质的量为0.2 mol,故A正确;由以上分析可知B错误;n(Al),答案 D,n(Fe)=n(Al3+)n(Fe3+)=0.02 mol0.012 mol=53,故C正确;因nAl(OH)3 为0.02 mol,在F点完全溶解,D点与F点沉淀物质的量的差,即溶解的 nAl(OH)3,故D正确。 温馨提示 含Al3+的混合溶液与OH-反应的先后顺序 当溶液中有多种离子时,要考虑离子反应的先后顺序,
19、如向含有H+、N 、Mg2+、Al3+的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,NaOH先与H+反应,再与Al3+、Mg2+反应生成沉淀,之后与N 反应,最后溶解Al(OH)3沉淀。,2-1 常温下,将一定量的钠铝合金置于水中,合金全部溶解,得到20 mL pH=14的溶液,然后用1 molL-1的盐酸滴定,测得生成沉淀的质量与消耗 盐酸的体积的关系如图所示,则下列说法正确的是 ( C ),A.原合金的质量为0.92 g B.产生氢气的体积为896 mL(标准状况下) C.图中m的值为1.56 D.图中V2的值为60,解析 溶液的pH=14,则c(OH-)=1 molL-1,即剩余n(NaOH)=1
20、molL-10.0 2 L=0.02 mol,NaOH被完全中和时消耗盐酸的体积为 =0.02 L=2 0 mL,则V1=20,n(NaAlO2)=1 molL-10.02 L=0.02 mol。根据Na、Al原子 守恒,m(合金)=(0.02+0.02) mol23 gmol-1+0.02 mol27 gmol-1=1.46 g,A 错误;在标准状况下生成H2 mol22.4 Lmol-1=1.12 L,B错 误;mAl(OH)3=0.02 mol78 gmol-1=1.56 g,C正确;V2=(40-V1)3+40=100, D错误。,2-2 将Na2O2逐渐加入含有H+、Mg2+、Al3
21、+、N 的混合液中并微热,产 生沉淀和气体的物质的量(mol)与加入的Na2O2的物质的量(mol)的关系 如图所示,则原溶液中的Mg2+、Al3+、N 的物质的量分别为 ( ),A.2 mol、3 mol、6 mol B.3 mol、2 mol、6 mol C.2 mol、3 mol、4 mol D.3 mol、2 mol、2 mol,解析 由题图可知,nMg(OH)2+nAl(OH)3=5 mol,nMg(OH)2=3 mol, 则nAl(OH)3=2 mol,根据原子守恒可知,n(Al3+)=nAl(OH)3=2 mol,n(Mg2 +)=nMg(OH)2=3 mol;当加入8 mol Na2O2时,N 完全反应,此时产生的 氧气为4 mol,则产生的氨气为6 mol-4 mol=2 mol,故N 的物质的量为2 mol。,答案 D,
