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2019-2020年高考化學一輪復習 課時18 鋁及其化合物考點過關 鋁的化學性質(zhì) 【基礎梳理】 鋁元素是地殼中含量　　　　的金屬。常溫下，鋁被空氣里的氧氣氧化，在表面生成　　　　　　　　薄膜，阻止內(nèi)部的金屬繼續(xù)與氧氣反應。常溫下，鋁、鐵遇濃硫酸、濃硝酸發(fā)生　　　　。 1. 鋁與非金屬單質(zhì)反應 4Al+3O2　　　　(現(xiàn)象:在氧氣中劇烈燃燒、在空氣中加熱鋁片卷曲不　　　　) 2. 鋁與酸、堿溶液的反應的離子方程式 2Al+6H+　　　　　　　 2Al+2OH-+2H2O　　　　　　　 注意:等量的鋁分別和足量的鹽酸、氫氧化鈉反應生成的氫氣　　　　。 微課1　鋁熱反應 鋁粉和氧化鐵粉末的混合物稱為鋁熱劑，鋁熱反應可用于焊接鋼軌。實驗裝置圖見右圖。鋁熱反應先點燃鎂條，KClO3是助燃劑。 2Al+Fe2O32Fe+Al2O3(現(xiàn)象: 火星四射、熔鐵滴落) 鋁熱反應還可用于冶煉Ni、Mn、V等難熔金屬。如: 10Al+3V2O55Al2O3+6V 等。 【典型例題】 (xx上海浦東一模)稱取兩份鋁粉，第一份加入足量濃氫氧化鈉溶液，第二份加入足量鹽酸，如要放出等量的氣體，兩份鋁粉的質(zhì)量之比為 (　　) A. 1∶3　　　B. 3∶1 C. 1∶1 D. 4∶3 [答案]　C [解析]　由反應:2Al+6H+2Al3++3H2↑ 和 2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2↑，等量的鋁分別與足量的鹽酸和氫氧化鈉反應，生成的氫氣是一樣多的。 (xx山東理綜)足量下列物質(zhì)與相同質(zhì)量的鋁反應，放出氫氣且消耗溶質(zhì)物質(zhì)的量最少的是 (　　) A. 氫氧化鈉溶液　　　B. 稀硫酸 C. 鹽酸 D. 稀硝酸 [答案]　A [解析]　Al與稀硝酸反應不產(chǎn)生氫氣，D項錯;Al與A、B、C反應的關系式為2Al~2NaOH，2Al~3H2SO4，2Al~6HCl，由此可知與NaOH反應時，溶質(zhì)消耗最少，A項正確。 　 鋁與酸、堿反應生成H2的量的關系 鋁與酸、堿反應的化學方程式分別如下: 2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑ 2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑ 從化學方程式可以看出: (1)等量鋁分別與足量鹽酸和氫氧化鈉溶液反應，產(chǎn)生氫氣體積比:=。 (2)足量的鋁分別與等物質(zhì)的量的鹽酸和氫氧化鈉反應，產(chǎn)生氫氣的體積比:=。 　　(3)一定量的鋁分別與一定量的鹽酸和氫氧化鈉反應，產(chǎn)生氫氣的體積比為<<，則必定是:①鋁與鹽酸反應時，鋁過量而鹽酸不足;②鋁與氫氧化鈉反應時，鋁不足而氫氧化鈉過量。解題時應充分利用上述過量關系。 鋁的重要化合物 【基礎梳理】 1. Al2O3與Al(OH)3 (1)氧化鋁白色固體，熔點　　　　(2 045 ℃)，難溶于水，是　　　　性氧化物。 (2)氫氧化鋁是兩性氫氧化物。氫氧化鋁的電離方程式: 堿式電離: 　　　　　　　　　　　; 酸式電離:　　　　　　　　　　　　。 氫氧化鋁受熱分解:　　　　　　　　　　　　。 (3)Al2O3與 Al(OH)3的比較 化合物 氧化鋁(Al2O3) 氫氧化鋁[Al(OH)3] 物理性質(zhì) 白色固體、熔點高 白色膠狀物質(zhì)，難溶于水 化學性質(zhì) 與酸反應 Al2O3+6H+　　　 Al(OH)3+3H+　　　　 與堿反應 Al2O3+2OH-　　　 Al(OH)3+OH-　　　 加熱 2Al(OH)3　　　　　 制備方法 Al(OH)3加熱分解: 2Al(OH)3 Al2O3+3H2O Al3+與氨水反應:Al3++NH3H2OAl(OH)3+3N Al溶液中通入CO2氣體:Al+CO2+2H2OAl(OH)3↓+HC AlCl3溶液中滴加NaAlO2 溶液:Al3++3Al+6H2O4Al(OH)3↓ 主要用途 作耐火材料、冶煉鋁的原料 制藥、凈水作用 　　2. Al3+、Al、Al(OH)3之間的轉(zhuǎn)化 相關的離子方程式: ①Al(OH)3+3H+　　　　　　　 ②Al3++3OH-(少量)　　　 Al3++3NH3H2O　　　　　　　　 Al3++3Al+6H2O　　　 ③Al3++4OH-(過量)　　　　　　　 ④Al+4H+(過量)　　　　　　　 ⑤Al(OH)3+OH-　　　 ⑥Al+H+(少量)+H2O　　　 2Al+CO2+3H2O　　　　　　　　 (或Al+CO2+2H2O　　　　　　　　　) 3. 明礬 明礬[KAl(SO4)212H2O]是含有結(jié)晶水的硫酸鉀和硫酸鋁的復鹽，電離方程式為 KAl(SO4)212H2OK++Al3++2S+12H2O。Al3+容易水解，生成膠狀的氫氧化鋁Al(OH)3:Al3++3H2OAl(OH)3(膠體)+3H+，氫氧化鋁膠體的吸附能力很強，可以吸附水里懸浮的雜質(zhì)，并形成沉淀，使水澄清。所以，明礬是一種較好的凈水劑。 微課2　從鋁土礦冶煉金屬鋁的工藝流程 鋁是地殼中含量最多的金屬元素，在自然界主要以化合態(tài)形式存在于氧化鋁中。鋁土礦的主要成分是Al2O3，此外還含有少量SiO2、Fe2O3等雜質(zhì)，冶煉金屬鋁很重要的一個過程是Al2O3的提純。(以堿溶法為主) 堿溶法 【典型例題】 一、 鋁的重要化合物的性質(zhì) 下列有關制取Al(OH)3的離子方程式不正確的是 (　　) A. 向AlCl3溶液中滴加過量NaOH溶液:Al3++3OH-Al(OH)3↓ B. 向NaAlO2溶液中通入過量的CO2氣體:Al+CO2+2H2OAl(OH)3↓+HC C. 向AlCl3溶液中滴加NaAlO2溶液:Al3++3Al+6H2O4Al(OH)3↓ D. 向氯化鋁溶液中滴加過量氨水:Al3++3NH3H2OAl(OH)3↓+3N [答案]　A [解析]　向AlCl3溶液中滴加過量NaOH溶液生成NaAlO2，離子方程式應為Al3++4OH-Al+2H2O。 題組訓練： 1. 下列物質(zhì)中既能跟稀硫酸反應，又能跟氫氧化鈉溶液反應的是 (　　) ①NaHCO3　 ②(NH4)2SO3　 ③Al2O3　 ④Al(OH)3　 ⑤Al A. ①②③④⑤ B. ①③④⑤ C. ③④⑤ D. ②③④⑤ [答案]　A [解析]　NaHCO3屬于酸式鹽，既能與酸反應，又能與堿反應。(NH4)2SO3與硫酸反應生成SO2 ，與氫氧化鈉溶液反應生成氨氣。Al2O3、Al(OH)3與稀硫酸反應生成硫酸鋁和水，與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和水。Al與稀硫酸反應生成硫酸鋁和氫氣，Al與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣。所以選A。 2. 下列各組物質(zhì)的無色溶液，不用其他試劑即可鑒別的是　　　　。 ①NaOH、AlCl3?、贜aHCO3、H2SO4?、跱aAlO2、NaHSO4 ④Na2CO3、HCl?、軳a2CO3、NaHCO3、Ca(OH)2 [答案]　①③④ [解析]?、僦蠳aOH與AlCl3相互滴加的現(xiàn)象不同，當剛滴入就出現(xiàn)白色沉淀，其滴入的是NaOH，當剛滴入沒有出現(xiàn)白色沉淀，其滴入的是AlCl3。③中當剛滴入就出現(xiàn)白色沉淀，其滴入的是NaHSO4 ，當剛滴入沒有出現(xiàn)白色沉淀，其滴入的是NaAlO2 。④中當剛滴入就有氣體放出，其滴入的是Na2CO3 ，反之當剛滴入沒有氣體放出，其滴入的是HCl。②中無論怎么滴加，均出現(xiàn)氣體放出。⑤中兩兩混合，無現(xiàn)象的是Na2CO3與NaHCO3，再用余下的Ca(OH)2分別與Na2CO3、NaHCO3混合，其現(xiàn)象一致，無法鑒別。 3. (xx福建卷)常溫下，下列各組物質(zhì)中，Y既能與X反應又能與Z反應的是 (　　) X Y Z ① NaOH溶液 Al(OH)3 稀硫酸 ② KOH溶液 SiO2 濃鹽酸 ③ O2 N2 H2 ④ FeCl3溶液 Cu 濃硝酸 A. ①③ B. ①④ C. ②④ D. ②③ [答案]　B [解析]　 ①中Y是兩性氫氧化物，常溫下既能與NaOH溶液反應又能與稀硫酸反應;②中SiO2不能與濃鹽酸反應;③中N2與O2在高溫或者放電的條件下反應生成NO;N2與H2在高溫高壓、催化劑的條件下反應生成NH3;④中在常溫下，2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2，4HNO3(濃)+CuCu(NO3)2+2NO2↑+2H2O，B項正確。 4. 下列說法錯誤的是 (　　) A. Al2O3的熔點很高，可用于制造耐火材料 B. 無色溶液中可能大量存在Al3+、N、Cl-、S2- C. 常溫下，鋁遇濃硫酸會鈍化，可用鋁槽車運輸濃硫酸 D. AlCl3溶液中加入過量稀氨水的離子方程式:Al3++3NH3H2OAl(OH)3↓+3N [答案]　B [解析]　Al3+、S2-發(fā)生水解互促反應不能大量共存，B項錯誤;氫氧化鋁不能與過量氨水反應，AlCl3中加入過量氨水，反應的離子方程式為Al3++3OAl(OH)3↓+3N，D項正確。 二、 實驗探究 (xx江蘇卷)煙氣脫硫能有效減少二氧化硫的排放。實驗室用粉煤灰(主要含Al2O3、SiO2等)制備堿式硫酸鋁[Al2(SO4)x(OH)6-2x]溶液，并用于煙氣脫硫研究。 (1)酸浸時反應的化學方程式為 　; 濾渣Ⅰ的主要成分為　　　　(填化學式)。 (2)加CaCO3調(diào)節(jié)溶液的pH至3.6，其目的是中和溶液中的酸，并使Al2(SO4)3轉(zhuǎn)化為Al2(SO4)x(OH)6-2x。濾渣Ⅱ的主要成分為　　　　(填化學式);若溶液的pH偏高，將會導致溶液中鋁元素的含量降低，其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　(用離子方程式表示)。 (3)上述流程中經(jīng)完全熱分解放出的SO2量總是小于吸收的SO2量，其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　;與吸收SO2前的溶液相比，熱分解后循環(huán)利用的溶液的pH將　　　　(填“增大”、“減小”或“不變”)。 [答案]　(1)Al2O3+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2O　SiO2 (2)CaSO4　3CaCO3+2Al3++3S+3H2O2Al(OH)3+3CaSO4+3CO2↑ (3)溶液中的部分S被氧化成S　減小 [解析]　(1)粉煤灰中的Al2O3能與H2SO4反應生成Al2(SO4)3，而SiO2不能與H2SO4反應，因而濾渣Ⅰ為SiO2。(2)濾液為Al2(SO4)3，與CaCO3反應生成微溶物CaSO4，因而濾渣Ⅱ為CaSO4。溶液中存在Al3++3H2OAl(OH)3+3H+，CaCO3+2H+Ca2++H2O+CO2↑，溶液的pH偏高，堿性增強，會促進Al3+水解，鋁元素容易轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀而導致溶液中鋁元素含量降低。(3)+4價S具有較強還原性，溶液中的S容易被氧化為S。SO2在水中溶解度較大且SO2溶于水生成H2SO3，且加熱時部分H2SO3會被氧化為酸性更強的H2SO4，因而比吸收SO2前酸性增強，pH減小。 某同學欲探究食品添加劑銨明礬NH4Al(SO4)212H2O高溫分解的情況。 (1)預測產(chǎn)物:下列關于氣體產(chǎn)物的預測不合理的是　　　　(填字母)。 A. NH3、N2、SO2、H2O　　B. NH3、SO3、H2O C. NH3、SO2、H2O D. NH3、N2、SO3、SO2、H2O (2)定性檢驗:取一定量銨明礬，設計下列實驗探究產(chǎn)物。 ①按圖示組裝儀器后，首先檢查整套裝置的氣密性，操作是　　　　　　　　　　　　。 ②夾住止水夾K1，打開止水夾K2，用酒精噴燈充分灼燒。實驗過程中，裝置A和導管中未見紅棕色氣體;試管C中的品紅溶液褪色;在支口處可檢驗到NH3，方法是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;在裝置A與B之間的T形導管中出現(xiàn)白色固體，該白色固體可能是　　　　(任填一種物質(zhì)的化學式)。 ③分析得出裝置A試管中殘留的白色固體是兩性氧化物，寫出它溶于NaOH溶液的離子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　。 ④為了防止倒吸，實驗結(jié)束時必須先　　　　(填字母)，然后熄滅酒精噴燈。 A. 取出燒杯中的導管　　　B. 打開止水夾K1 C. 關閉止水夾K2 (3)分析和結(jié)論:實驗證明氣體產(chǎn)物是(1)D中的5種氣體。相同條件下測得生成N2和SO2的體積比是定值，V(N2)∶V(SO2)=　　　　。 [答案]　(1)C (2)①關閉支口開關K1并打開K2，將最后的導管通入水中，微熱大試管，若看到從導管中出現(xiàn)氣泡，且停止加熱后在導管中上升一段水柱，則證明氣密性好?、诖蜷_K1，用蘸有濃鹽酸的玻璃棒靠近支口，出現(xiàn)白煙　(NH4)2SO4或(NH4)2SO3或SO3(酸式鹽及以上物質(zhì)的混合物也可) ③Al2O3+2OH-2Al+H2O?、蹷(或C或BC) (3)1∶3 [解析]　(1)C只有硫元素化合價發(fā)生了變化，其他元素的化合價沒有發(fā)生變化，不可能發(fā)生。(2)①在組裝好實驗裝置后，應該先檢查裝置的氣密性，該裝置氣密性檢查的方法可以是:關閉支口開關K1并打開K2，將最后的導管通入水中，微熱大試管，若看到從導管中出現(xiàn)氣泡，且停止加熱后在導管中上升一段水柱，則證明氣密性好。②打開K1，用蘸有濃鹽酸的玻璃棒靠近支口，若出現(xiàn)白煙，說明在支口處可檢驗到NH3。但不能用潤濕的紫色石蕊試紙檢驗，產(chǎn)物可能有SO2，會干擾實驗。(3)根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)守恒可以得出。 2N~N2，若N2為a mol，則轉(zhuǎn)移電子數(shù)為a mol6=6a mol S~SO2，若SO2為b mol，則轉(zhuǎn)移電子數(shù)為b mol2=2b mol 6a=2b =。 三、 從鋁土礦冶煉鋁 工業(yè)上從鋁土礦(主要成分是Al2O3xH2O、SiO2、Fe2O3等)提取純Al2O3作冶煉鋁的原料，提取時操作過程如下圖所示，圖中操作錯誤的是 (　　) A. ④⑤ 　 B. ③④ 　 C. ②⑤ 　 D. ①② [答案]　A [解析]　NaAlO2溶液中加入過量鹽酸，得不到Al(OH)3沉淀，所以第④步錯誤，應該通入CO2氣體。Al(OH)3沉淀干燥不會發(fā)生分解，或者不完全分解，只有加熱灼燒，才能得到干燥的Al2O3，第⑤步錯誤。第①步灼燒也顯多余。 鋁是用途廣泛的金屬材料，目前工業(yè)上主要用鋁土礦(主要成分含氧化鋁、氧化鐵)來制取鋁，其常見的過程如下: 請回答下列問題: (1)沉淀B的化學式是　　　　，沉淀E的化學式是　　　　。 (2)寫出①過程中發(fā)生反應的離子方程式: 　　　　　　　　　　　　　。 (3)操作Ⅱ是　　　　(填操作名稱);要通過操作Ⅳ獲得純凈Al2O3，必須進行洗滌，簡述洗滌沉淀的操作要點:　 　。 (4)生產(chǎn)過程中，除水和CO2可以循環(huán)使用外，還可循環(huán)使用的物質(zhì)有　　　　、　　　　(填化學式)。 (5)電解Al2O3制取Al的化學方程式為 　　　　　　　　　　　　　　　。 [答案]　(1)Fe2O3　CaCO3 (2)2OH-+Al2O32Al+H2O (3)過濾　將沉淀轉(zhuǎn)入過濾器中，加水至浸沒沉淀，讓水自然流盡后重復操作23次 (4)NaOH　CaO (5)2Al2O34Al+3O2↑ [解析]　由轉(zhuǎn)化關系，溶液D中有氫氧化鈉生成，同時有碳酸鈣生成。所以沉淀B中含有Fe2O3 ，沉淀E為CaCO3 。從偏鋁酸鈉溶液中制備氫氧化鋁，通入CO2，然后過濾。洗滌沉淀的操作要點:將沉淀轉(zhuǎn)入過濾器中，加水至浸沒沉淀，讓水自然流盡后重復操作23次?？裳h(huán)使用的物質(zhì)有:水、CO2、NaOH、CaO。最后電解熔融氧化鋁制備鋁。 四、 有關鋁的計算 將0.1 mol鎂、鋁混合物溶于100 mL 2 molL-1 H2SO4溶液中，然后再滴加1 molL-1 NaOH溶液。請回答: (1)若在滴加NaOH溶液的過程中，沉淀質(zhì)量m隨加入NaOH溶液的體積V變化如下圖所示。當V1=160時，則金屬粉末中n(Mg)=　　　　 mol，V2=　　　　。 (2)若在滴加NaOH溶液過程中，欲使Mg2+、Al3+剛好沉淀完全，則滴入NaOH溶液的體積V(NaOH)=　　　　 mL。 (3)若混合物仍為0.1 mol，其中Mg的物質(zhì)的量分數(shù)為a，用100 mL 2 molL-1硫酸溶解此混合物后，再加入450 mL 1 molL-1 NaOH溶液，所得沉淀中無Al(OH)3。滿足此條件的a的取值范圍是　　　　。 [答案]　0.06　440　(2)400　(3)≤a<1 [解析]　(1)由圖像可知:V1 mL的NaOH溶液是與過量H2SO4反應的，則與Mg、Al反應的H2SO4的物質(zhì)的量為0.2 mol-=0.12 mol。 假設n(Mg)=x mol，n(Al)=y mol，則 解得:x=0.06，y=0.04。 當加入V2 mL NaOH溶液時，得到Mg(OH)2沉淀和NaAlO2， 關系式分別為Mg2+~2OH-，Al3+~4OH-。所以，V2=160 mL+103 mLL-1=440 mL。 (2)當Mg2+、Al3+剛好沉淀完全時，溶液中只有Na2SO4，關系式為2NaOH~H2SO4，所以，V(NaOH)==400 mL。 (3)當所得沉淀中無Al(OH)3時，NaOH溶液過量，反應后生成的溶質(zhì)為Na2SO4、NaAlO2。則根據(jù)Na元素守恒: n(NaOH)=0.45 L1 molL-1≥0.1 L2 molL-12+0.1(1-a)mol，解得a≥，則滿足此條件的a的取值范圍是 ≤a<1。 在Al2(SO4)3和MgSO4混合溶液中，滴加NaOH溶液的體積與生成沉淀的物質(zhì)的量的關系如下圖所示，則原混合溶液中Al2(SO4)3與MgSO4的物質(zhì)的量之比為 (　　) A. 6∶1　　B. 3∶1　　C. 2∶1　　D. 1∶2 [答案]　D [解析]　設c(NaOH)=1 molL-1，則有 V[NaOH(aq)]為50~60 mL時: 　　Al(OH)3+OH-Al+2H2O 0.01 mol　0.01 mol V[NaOH(aq)]為0~50 mL時: Mg2+　+　2OH-Mg(OH)2↓ 0.01 mol　0.02 mol Al3+　+　3OH-Al(OH)3↓ 0.01 mol　0.03 mol　0.01 mol 故==，D正確。 　 Al(OH)3沉淀生成的計算 1. 強堿與Al3+反應生成Al(OH)3沉淀的定量計算規(guī)律 可溶性鋁鹽與強堿溶液混合時，二者相對量的大小會影響產(chǎn)物的生成 強堿不足量時(反應①):Al3++3OH-Al(OH)3↓; 強堿足量時(反應②):Al(OH)3+OH-Al+2H2O;　　 綜合上述兩式可得(反應③): Al3++4OH-Al+2H2O。 設Al3+、OH-的物質(zhì)的量分別為n(Al3+)、n(OH-)，最終生成Al(OH)3的物質(zhì)的量為n[Al(OH)3]。借助數(shù)軸討論如下圖所示: 2. 強酸與Al反應生成Al(OH)3沉淀的定量計算規(guī)律 強酸不足量時(反應①):Al+H++H2OAl(OH)3↓; 強酸足量時(反應②):Al(OH)3+3H+Al3++3H2O; 綜合上述兩式可得(反應③): Al+4H+Al3++2H2O。 設Al、H+的物質(zhì)的量分別為n(Al)、n(H+)，最終生成Al(OH)3的物質(zhì)的量為n[Al(OH)3]。借助數(shù)軸討論如下圖所示: