第十讲 铝及其重要化合物

[考纲要求]　了解铝及其重要化合物的主要性质和应用。

考点一　铝的性质及应用

1．铝的结构和存在

铝位于元素周期表          ，原子结构示意图为。铝元素在地壳中含量丰富，仅次于硅。自然界中的铝全部以          存在。

2．金属铝的物理性质

色有金属光泽的固体，有良好的      、        和传热性等，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：

①Al

②2Al＋3Cl22AlCl3

③Al

④2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

⑤2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe(铝热反应)

4．对比记忆镁的化学性质

纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。

深度思考

1．铝的化学性质活泼，为什么日常生活中广泛使用的铝制品通常具有较好的抗腐蚀性能？

2．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?

3．实验室能否用硫化物与铝盐溶液混合制取Al2S3？用离子方程式说明原因。

4．Al既能溶于强酸，又能溶于强碱，所以说“Al既有金属性，又有非金属性”你认为这种说法是否恰当？为什么？

题组一　铝的化学性质及应用

1．19年世界卫生组织把铝确定为食品污染源之一，加以控制使用，铝在下列应用时应加以控制的是    ①制铝合金　②制电线　③制炊具　④明矾净水　⑤明矾和苏打制食品膨松剂　⑥用氢氧化铝凝胶制胃舒平药品　⑦银色漆颜料　⑧制易拉罐　⑨包装糖果和小食品

A．全部          B．③⑤⑧⑨      C．⑥⑧⑨          D．③④⑤⑥⑧⑨

2．下列关于铝的叙述中正确的是                                        (　　)

A．铝还原性强且亲氧性强，所以可通过铝热反应冶炼高熔点金属

B．铝在空气中极易锈蚀，所以铝制品的使用时间很短

C．铝能耐稀硫酸腐蚀，所以运送稀硫酸可用铝制槽车

D．铝的导电性比铜、银更强，所以常用以制造电线、电缆

3．常温下把铝粉加入下列物质中，能产生氢气的是                        (　　)

A．硫酸钠溶液          B．稀       C．浓硫酸        D．氯化铵溶液

题组二　对比掌握铝、镁的性质

4．镁、铝都是较活泼的金属，下列描述中正确的是                        (　　)

A．高温下，镁、铝在空气中都有抗腐蚀性

B．镁、铝都能跟稀盐酸、稀硫酸、强碱反应

C．镁在点燃条件下可以与二氧化碳反应，铝在一定条件下可以与氧化铁发生氧化还原反应

D．铝热剂是镁条、铝粉和氧化铁的混合物

5．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．3 mol·L－1 HCl      B．4 mol·L－1 HNO3  C．8 mol·L－1 NaOH  D．18 mol·L－1 H2SO4

熟记铝、镁的特殊化学性质

(1)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===2AlO＋3H2↑。

(2)铝热反应

铝和某些金属氧化物反应，将其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。

(3)Mg在CO2中能够燃烧，所以活泼金属着火不能用干冰灭火器和泡沫灭火器。

题组三　从定性和定量的角度理解铝与酸、碱反应的实质

6．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)区别镁和铝最好的方法是取少量试样，然后                            (　　)

A．投入沸水中          B．投入冷水中   C．投入盐酸      D．投入NaOH溶液中

(3)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________。

(4)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________。

(5)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________。

(6)甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·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        A．5.4 g          B．3.6 g          C．2.7 g          D．1.8 g

(1)铝与酸、碱反应生成H2的量的关系

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Al与酸、碱反应时生成H2的实质都是AlAl3＋，所以无论与酸还是与碱反应，Al与H2的关系都是2Al～3H2。

①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。

②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。

③一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。解题时应充分利用上述过量关系。

(2)铝的这种既能与酸(非氧化性酸)又能与强碱反应产生H2的性质常作为推断题的“题眼”。

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

两性氧化物—

2．氢氧化铝

(1)物理性质

色胶状不溶于水的固体，有较强的        。

(2)化学性质(用化学方程式表示)

Al(OH)3的电离方程式为

①两性氢氧化物—

②受热分解：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。

(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：

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               ，它是无色晶体，   溶于水，水溶液pH    7(填“<”、“>”或“＝”)。明矾可以净水，其净水的原理是                               ，Al(OH)3胶体吸附水中杂质形成沉淀而净水。

深度思考

1．明矾的净水作用与液氯对自来水的消毒作用原理是否相同？

2．在做铝的燃烧实验时，用坩锅钳夹住一小块铝箔，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_________________。

题组一　Al2O3、Al(OH)3溶于酸或碱相关考查

1．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          B．稀盐酸          C．铜          D．氢氧化钠

2．铝、氧化铝、氢氧化铝和可溶性铝盐与过量强碱溶液的反应，其生成物有一定的规律，下列说法中正确的是                                            (　　)

A．都有H2O生成      B．都有H2生成     C．都有AlO生成      D．都有Al3＋生成

题组二　两性物质及其应用

3．下列物质中既能跟稀硫酸反应，又能跟氢氧化钠溶液反应的是            (　　)

①NaHCO3　②(NH4)2SO3　③Al2O3　④Al(OH)3    ⑤Al

A．全部              B．只有①③④⑤     C．只有③④⑤          D．只有②③④⑤

4．小苏打、胃舒平、达喜都是常用的中和胃酸的药物。

(1)小苏打片每片含0.5 g NaHCO3,2片小苏打片和胃酸完全中和，被中和的H＋是________ mol。

(2)胃舒平每片含0.245 g Al(OH)3。中和胃酸时，6片小苏打片相当于胃舒平________片。

(3)达喜的化学成分是铝和镁的碱式盐，其化学式为Al2Mg6(OH)16CO3·4H2O。1 mol达喜分别与足量的盐酸和NaOH溶液反应，消耗盐酸和NaOH的物质的量之比为________。

题组三　关于Al(OH)3的制备的最佳途径

5．Al(OH)3是治疗胃酸过多的药物胃舒平的主要成分。某课外兴趣小组用铝、稀硫酸、烧碱为原料，制备一定量的Al(OH)3。他们分别设计了两种实验方案：

方案一：AlAl2(SO4)3Al(OH)3     方案二：AlNaAlO2Al(OH)3

(1)从节约药品的角度思考，你认为哪一种方案较好？________，方案一和方案二共同存在的问题是___________________________________________________。

(2)请用相同的原料设计一个更为节约药品的方案，并写出有关反应的化学方程式：_____________________________________________________________________。

6．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：350 g 70% H2SO4溶液，NaOH固体240 g，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→W1 g Al(OH)3

乙：铝→加H2SO4溶液→加NaOH溶液→W2 g Al(OH)3

丙：→W3 g Al(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________。

(1)中学学习阶段接触到的既能与酸反应又能与碱反应的物质有：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)离子守恒法在解有关离子反应计算题时的应用技巧：在离子反应中，元素的种类不变，同种元素对应离子反应前后的物质的量守恒；在复杂离子反应或多步离子反应中，运用离子守恒的思路，选取具有守恒特征的某一离子，找出其在始态和终态物质中的等量关系，即可迅速求解。

考点三　用数形结合思想理解Al3＋、Al(OH)3、AlO之间转化关系

1．Al3＋、Al(OH)3、AlO之间的转化关系

写出上述转化的离子方程式。

2．与Al(OH)3沉淀生成有关的计算及图像分析

(1)把强碱溶液逐滴加入到铝盐(Al3＋)溶液中至过量

①现象：先有白色沉淀产生，然后沉淀逐渐溶解。

②有关反应：A→B：                              B→D：

③图像

④有关计算

a．根据AlCl3和NaOH的量计算生成Al(OH)3的量

b．根据AlCl3和Al(OH)3的量计算需要NaOH的量

①现象：先无明显现象，然后逐渐产生大量的白色沉淀。

②有关反应：

A→B：                                    B→C：

③图像

(3)把强酸溶液逐滴加入到AlO溶液中至过量

①现象：先生成白色沉淀，随后沉淀逐渐溶解。

②有关反应：A→B：                           B→D：

③图像

④有关计算

a．根据NaAlO2和HCl计算生成Al(OH)3的量

b．根据Al(OH)3和NaAlO2的量计算需要加入HCl的量

①现象：先无明显现象，反应一段时间后逐渐产生白色沉淀。

②有关反应：A→B：                           B→C：

③图像

(5)向明矾溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液至过量

①现象：先有白色沉淀生成，然后部分沉淀溶解。

②有关反应：

O→A：

A→B：

③图像

(6)往等物质的量的AlCl3、MgCl2混合溶液中加入NaOH溶液至过量

①现象：开始出现白色沉淀⇒后沉淀量增多⇒沉淀部分溶解

②有关反应：O→A：

A→B：

③图像

题组一　Al3＋、AlO溶液加碱或酸反应现象的应用

1．向一定量的下列物质的溶液中逐滴加入氢氧化钠溶液，先生成白色沉淀，后沉淀逐渐溶解，这种物质是                                                (　　)

A．MgSO4          B．NaAlO2        C．AlCl3          D．FeCl3

2．下列各项操作中，不发生“先产生沉淀，然后沉淀又溶解”现象的是        (　　)

①向饱和碳酸钠溶液中通入过量的CO2　②向NaAlO2溶液中逐滴加入过量的稀盐酸　③向AlCl3溶液中逐滴加入过量稀氢氧化钠溶液　④向硅酸钠溶液中逐滴加入过量的盐酸

A．①②          B．①③          C．①④          D．②③

3．下列各组物质的无色溶液，不用其他试剂即可鉴别的是________。

①NaOH、AlCl3　②NaHCO3、H2SO4　③NaAlO2、NaHSO4④Na2CO3、HCl　⑤Na2CO3、NaHCO3、Ca(OH)2

4．某晶体由两种阳离子、一种阴离子和结晶水组成，取少量该晶体进行如下实验：

①将晶体置于试管中加热，试管口有液体生成；②待试管冷却后，加水使固体全部溶解；

③向试管中逐滴加入Ba(OH)2溶液至过量，同时加热，沉淀的物质的量先增多后减少，但最终仍有沉淀未溶解，在此过程中还有刺激性气味气体生成。

根据以上实验判断，该晶体是                                        (　　)

A．KAl(SO4)2·12H2O        B．NH4Al(SO4)2·12H2O

C．(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O     D．KCl·MgCl2·6H2O

Al(OH)3是两性氢氧化物，可溶于酸或强碱。加强碱或强酸先生成白色沉淀，然后沉淀又溶解的现象是推断Al3＋或AlO的“突破口”。

题组二　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，在自然界主要以化合态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。

5．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：______________________________________________________。

6．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。

(2)步骤②中不用氨水沉淀Fe3＋的原因：___________________________________。

7．从铝土矿(主要成分是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)中提取氧化铝的两种工艺流程如下：

请回答下列问题：

(1)流程甲加入盐酸后生成Al3＋的离子方程式为_____________________________

_____________________________________________________________________。

(2)流程乙加入烧碱后生成SiO的离子方程式为___________________________。

(3)验证滤液B中含Fe3＋，可取少量滤液并加入________(填试剂名称)。

(4)滤液E、K中溶质的主要成分是__________(填化学式)，写出该溶液的一种用途：_____________________________________________________________________。

(5)已知298 K时，Mg(OH)2的溶度积常数Ksp＝5.6×10－12，取适量的滤液B，加入一定量的烧碱达到沉淀溶解平衡，测得pH＝13.00，则此温度下残留在溶液中的c(Mg2＋)＝__________。

题组三　Al3＋、Al(OH)3、AlO三者之间关系的定量分析

8．向物质的量浓度均为1 mol·L－1的AlCl3和盐酸的混合溶液中逐滴滴入NaOH溶液，如图中[n表示Al(OH)3的物质的量、V表示NaOH溶液的体积]能正确表示这个反应过程的是                                                        

9．向30 mL 1 mol·L－1的AlCl3溶液中逐渐加入浓度为4 mol·L－1的NaOH溶液，若产生0.78 g白色沉淀，则加入的NaOH溶液的体积可能为                    (　　)

A．3 mL          B．7.5 mL          C．15 mL          D．17.5 mL

10．某溶液中可能含有H＋、NH、Mg2＋、Al3＋、Fe3＋、CO、

SO、NO中的几种。①若加入锌粒，产生无色无味的气体；

②若加入NaOH溶液，产生白色沉淀，且产生的沉淀量与加入NaOH的物质的量之间的关系如图所示。则下列说法正确的是                        

A．溶液中的阳离子只有H＋、Mg2＋、Al3＋      B．溶液中n(NH)＝0.2 mol

C．溶液中一定不含CO，可能含有SO和NO  D．n(H＋)∶n(Al3＋)∶n(Mg2＋)＝1∶1∶1

巩固基础：

1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”

(1)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    

(2)加入铝粉能产生H2的溶液中，可能存在大量的Na＋、Ba2＋、AlO、NO  

 (3)如图所示，①AlCl3溶液、②浓氨水，①中有白色沉淀生成      

(4)新制的氧化铝可溶于氢氧化钠溶液：Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O         

(5)Al2O3NaAlO2(aq) Al(OH)3                                

(6)AlCl3溶液中滴加NaOH后铝的存在形式：

2．向m g镁和铝的混合物中加入适量的稀硫酸，恰好完全反应生成标准状况下的气体b L。向反应后的溶液中加入c mol·L－1氢氧化钾溶液V mL，使金属离子刚好沉淀完全，得到的沉淀质量为n g。再将得到的沉淀灼烧至质量不再改变为止，得到固体p g。则下列关系不正确的是                        (　　)

A．c＝          B．p＝m＋      C．n＝m＋17Vc          D. m3． 20 g由两种金属粉末组成的混合物，与足量的盐酸充分反应后得到11.2 L氢气(标准状况)，这种金属混合物的组成可能是                (　　)

A．Mg和Al      B．Al和Fe        C．Fe和Zn          D．Zn和Cu

4．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0.1 mol·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

(　　)

5．实验室采用MgCl2、AlCl3的混合溶液与过量氨水反应制备MgAl2O4，主要流程如下：

(1)为使Mg2＋、Al3＋同时生成沉淀，应先向沉淀反应器中加入________(填“A”或“B”)，再滴加另一反应物。

(2)无水AlCl3(183 ℃升华)遇潮湿空气即产生大量白雾，实验室可用下列装置制备。

装置B中盛放饱和NaCl溶液，该装置的主要作用是______________。F中试剂的作用是________________。用一件仪器装填适当试剂后也可起到F和G的作用，所装填的试剂为__________。下载本文