高考化学复习铝及其化合物讲义新人教版必修1 18页

铝及其重要化合物 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 铝 镁 与非金属反应 能被Cl2、O2氧化 ‎2Mg＋O22MgO ‎3Mg＋N2Mg3N2‎ 与水反应 反应很困难 能与沸水反应Mg＋2H2OMg(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、M nO2、Cr2O3等金属氧化物发生铝热反应 能在CO2中燃烧：2Mg＋CO22MgO＋C ‎5.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。‎ 题组一　对比掌握铝、镁的性质 ‎1．镁、铝单质的化学性质以相似为主，但也存在某些重大差异性，下列物质能用于证明二者存在较大差异性的是(　　)‎ ‎①CO2　②盐酸　③NaOH溶液　④水 A．①④ B．②③ C．①③ D．②③④‎ 答案　C 解析　Al能与NaOH溶液反应而Mg不能；Mg能在CO2中燃烧而Al不能。‎ ‎2. 下列说法错误的是(　　)。‎ A．铝与Fe2O3发生铝热反应后固体物质增重(2014·全国新课标，‎9C)‎ B．Al片溶于NaOH溶液，产生气体：2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑(2014·北京理综，9D)‎ C．工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al(2012·广东理综，10B)‎ D．铝制容器可盛装浓H2SO4(2010·重庆理综，‎8A)‎ 解析　铝与Fe2O3发生铝热反应：2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe，反应前后固体物质的质量不变。‎ 答案　A 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，表现出特殊性：‎ ‎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等。‎ 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。‎ 题组二　铝与酸或碱反应的定量分析 ‎1．(2013·山东理综，9)足量下列物质与相同质量的铝反应，放出氢气且消耗溶质物质的量最少的是(　　)。‎ A．氢氧化钠溶液　 B．稀硫酸 C．盐酸　 D．稀硝酸 解析　A项，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，1 mol Al消耗1 mol NaOH；B项，2Al＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2↑，1 mol Al消耗1.5 mol H2SO4；C项，2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，1 mol Al消耗3 mol HCl；D项，Al和稀硝酸反应不放H2。综上所述，符合题意的是A项。‎ 答案　A ‎2．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________。‎ 答案　1∶1‎ 解析　根据化学方程式：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑得Al与H2的关系式均为2Al～3H2，故只要参加反应的Al的量相等，所得H2的量必相等。‎ ‎(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、氢氧化钠溶液中，产生H2的体积之比是________。‎ 答案　1∶3‎ 解析　因为在反应中Al过量，产生的H2由HCl和NaOH的量决定。根据化学反应中的关系式：6HCl～3H2、2NaOH～3H2，故当HCl、NaOH物质的量相等时，二者产生H2的体积比为1∶3。‎ ‎(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________。‎ 答案　3∶1‎ 解析　因为铝足量且产生H2相等，根据关系式n(HCl)∶n(NaOH)＝3∶1，又因为两溶液体积相等，故物质的量浓度c(HCl)∶c(NaOH)＝n(HCl)∶n(NaOH)＝3∶1。‎ ‎(4)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 答案　A 解析　其反应原理分别为2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。可见当参加反应的HCl和NaOH的物质的量一样多时，产生H2的体积比是1∶3，而题设条件体积比为1∶2，说明此题投入的铝粉对盐酸来说是过量的，而对于NaOH来说是不足的。‎ ‎2Al＋6HCl　　　===　　　2AlCl3＋3H2↑‎ ‎6 mol 3 mol ‎3 mol·L－1×‎0.1 L 0.15 mol 则Al与NaOH反应生成的H2为0.15 mol×2＝0.3 mol。‎ ‎2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑‎ ‎2×‎27 g 3 mol ‎5．‎4 g 0.3 mol 即投入的铝粉为‎5.4 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＝。‎ ‎(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＝。‎ ‎(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”。‎ 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 两性氧化物— ‎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 ‎①— ‎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＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋，Al(OH)3胶体吸附水中杂质形成沉淀而净水。‎ 题组一　Al2O3和Al(OH)3的两性 ‎1．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 答案　B 解析　Al(OH)3不溶于氨水，故向含少量Al3＋的Fe3＋溶液中加入过量氨水时，Fe3＋、Al3＋均转化为氢氧化物沉淀，达不到除杂的目的。‎ ‎2．下列说法不正确的是(　　)。‎ A．AlCl3溶液中加入过量稀氨水：Al3＋＋4NH3·H2O===AlO＋4NH＋2H2O(2014·四川理综，‎3C)‎ B．氢氧化铝可作胃酸的中和剂(2014·四川理综，1D)‎ C．向NaAlO2溶液中通入过量CO2制Al(OH)3：CO2＋AlO＋2H2O===Al(OH)3＋HCO(2014·江苏化学，7D)‎ D．常温下，Al(OH)3既能与NaOH溶液反应又能与稀硫酸反应(2014·福建理综，9①)‎ 解析　Al(OH)3不溶于过量氨水，正确的离子方程式为：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH，A错误。‎ 答案　A 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：‎ ‎①Mg(Al)：加足量NaOH溶液；‎ ‎②Fe2O3(Al2O3)：加足量NaOH溶液；‎ ‎③Mg(OH)2[Al(OH)3]：加足量NaOH溶液；‎ ‎④Mg2＋(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 ‎1．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．①⑥⑤③ B．②③④③‎ C．②③⑤③ D．①③⑤③‎ 答案　B 解析　若先用盐酸溶解，Mg、Al均溶解，制取Al(OH)3的步骤较多；从NaAlO2制备Al(OH)3，若加盐酸不容易控制量的多少。故B项操作步骤为最佳顺序。‎ 题组三　有关Al3＋、AlO的离子反应 ‎1．常温下，下列各组离子在指定溶液中能大量共存的是(　　)‎ A．无色溶液中：ClO－、MnO、Al3＋、K＋‎ B．1.0 mol·L－1的NaAlO2溶液中：Cl－、HCO、K＋、Ca2＋‎ C．在强碱性环境中：AlO、SiO、Na＋、K＋‎ D．能使甲基橙显红色的溶液中：NH、AlO、Na＋‎ 答案　C 解析　A项MnO有颜色，ClO－与Al3＋可发生双水解反应；B项中HCO＋AlO＋H2O===Al(OH)3↓＋CO；D项中，酸性条件下AlO不能大量存在。‎ ‎2．下列离子方程式书写正确的是(　　)‎ A．向氯化铝溶液中通入过量氨气：4NH3＋Al3＋＋2H2O===AlO＋4NH B．将铝片打磨后置于NaOH溶液中：2Al＋2OH－===2AlO＋H2↑‎ 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 答案　C 解析　A项，氨水不能溶解Al(OH)3；B项，氧元素不守恒；D项，通足量CO2时，应生成HCO。‎ ‎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。‎ 三、用数形结合思想理解Al3＋、Al(OH)3、AlO之间的转化关系 ‎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。‎ 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)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图像 ‎③有关反应：‎ A→B：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓‎ B→D：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O ‎(2)把铝盐(Al3＋)溶液逐滴加入到强碱溶液中至过量 ‎①现象：先无明显现象，反应一段时间后逐渐产生大量的白色沉淀。‎ ‎②图像 ‎③有关反应：‎ A→B：Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O B→C：Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓‎ ‎(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，然后沉淀逐渐溶解。‎ ‎②图像 ‎③有关反应：‎ A→B：AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓‎ B→D：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O ‎(4)向强酸溶液中逐滴加入AlO溶液至过量 ‎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图像 ‎③有关反应：‎ A→B：4H＋＋AlO===Al3＋＋2H2O B→C：Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓‎ ‎(5)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，最后沉淀部分溶解。‎ ‎②图像 ‎③有关反应：‎ O→A：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，‎ Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓‎ A→B：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O 思考：‎ 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、NaHSO4　④Na2CO3、HCl　⑤Na2CO3、NaHCO3、Ca(OH)2‎ 答案　①③④‎ 解析　都使用互滴法，两次操作应产生不同的现象。‎ ‎①向含Al3＋的溶液中滴加NaOH溶液：先生成白色沉淀，后沉淀又逐渐溶解；向NaOH溶液中滴加含Al3＋的溶液：开始无沉淀产生，后产生白色沉淀，且沉淀不溶解。两次现象不同，可以鉴别。‎ ‎②不论是NaHCO3滴入H2SO4中还是H2SO4滴入NaHCO3中都会立即产生气泡，现象相同，无法鉴别。‎ ‎③NaHSO4===Na＋＋H＋＋SO，溶液显强酸性。向NaAlO2溶液中滴加NaHSO4：开始出现白色沉淀后沉淀逐渐溶解；向NaHSO4溶液中滴加NaAlO2溶液：开始无现象，后出现白色沉淀。现象不同，可以鉴别。‎ ‎④向Na2CO3溶液中滴加盐酸：开始无现象，后产生气泡；向盐酸中滴加Na2CO3溶液：立即产生气泡。现象不同，可以鉴别。‎ ‎⑤无论是NaHCO3还是Na2CO3加到Ca(OH)2中都会产生白色沉淀，无法鉴别。‎ 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 答案　B 解析　AlCl3溶液与NaOH溶液混合有两种方式：向AlCl3溶液中缓慢滴加NaOH溶液，开始有沉淀生成后沉淀溶解，且生成沉淀与沉淀溶解消耗的NaOH的物质的量之比为3∶1，显然符合题意，则x表示NaOH的物质的量，B项错误；另一种方式是向NaOH溶液中缓慢滴加AlCl3溶液，开始没有沉淀，后有沉淀生成，与本题图示情况不符。‎ ‎2．下列曲线图(纵坐标为沉淀的量，横坐标为加入物质的量)与对应的选项相符合的是(　　)‎ A．向‎1 L浓度均为0.1 mol·L－1的Ba(OH)2、NaAlO2混合溶液中加入0.1 mol·L－1的稀H2SO4‎ B．向‎1 L浓度分别为0.1 mol·L－1和0.3 mol·L－1的AlCl3、NH4Cl的混合溶液中加入0.1 mol·L－1的稀NaOH溶液 C．向烧碱溶液中滴加明矾溶液 D．向AlCl3溶液中滴加过量氨水 答案　A 解析　A项，Ba(OH)2和NaAlO2中加入H2SO4，发生的反应依次为Ba2＋＋2OH－＋2H＋＋SO===BaSO4↓＋2H2O、AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓、Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O，所以加‎1 L H2SO4时，Ba(OH)2反应完，再加‎0.5 L H2SO4时AlO参加反应，再加‎1.5 L H2SO4时，Al(OH)3全部溶解，A正确；B项，向‎1 L浓度分别为0.1 mol·L－1和0.3 mol·L－1的AlCl3、NH4Cl的混合溶液中加入0.1 mol·L－1的NaOH溶液，发生的反应依次是Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓、OH－＋NH===NH3·H2O、Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O，所以沉淀Al3＋和溶解Al(OH)3所用NaOH的量之比为3∶1，而图像上看到的是1∶1，B错误；C项，向烧碱溶液中滴加明矾溶液，发生的反应依次是Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O、Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓，C错误；D项，AlCl3溶液中滴加过量氨水，沉淀不会溶解，D错误。‎ ‎　突破Al(OH)3沉淀图像三个秘诀 ‎1．明晰横、纵坐标含义，然后通过曲线变化特点分析反应原理。‎ ‎2．掌握Al3＋、Al(OH)3、AlO三者之间的转化比例：‎ Al3＋Al(OH)3Al4OH－4H＋O ‎3．明晰Al3＋溶液中加碱(OH－)的几种常见变形图像，如：‎ 图A中，n(H＋)∶n(Al3＋)＝2∶1。‎ 图B中，若已知原溶液中含有Mg2＋。则可推出：‎ n(Mg2＋)∶n(Al3＋)＝1∶1。‎ 图C中，若已知原溶液中含有H＋和Mg2＋，则可推导出：n(H＋)∶n(Al3＋)∶n(Mg2＋)＝2∶1∶1。‎ 题组二　Al3＋形成Al(OH)3的简单计算 ‎1．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 答案　B 解析　解法一：把该题的信息转化为图像，用图像法求解，如图所示：‎ 当生成沉淀0.01 mol时需NaOH 0.03 mol或0.11 mol，显然B项符合题意。‎ 解法二：已知n(AlCl3)＝0.03 mol，n[Al(OH)3]＝0.01 mol，由沉淀的物质的量小于氯化铝的物质的量可推知此题可能有两个答案：一是氢氧化钠不足，二是氢氧化钠过量。‎ 当碱的量不足时，则V(NaOH)＝L＝0.007 ‎5 L＝7.5 mL；当碱过量时，则V(NaOH)＝L＝0.027 ‎5 L＝27.5 mL。‎ ‎2．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∶3 B．2∶‎3 C．6∶1 D．3∶1‎ 答案　C 解析　OA上升的直线表示Al(OH)3和Mg(OH)2一起沉淀，AB下降的直线表示Al(OH)3沉淀溶解，B点表示Al(OH)3完全溶解。AB段完全溶解Al(OH)3消耗NaOH ‎0.1 L，则Al3＋生成Al(OH)3消耗NaOH ‎0.3 L，沉淀Mg2＋消耗NaOH ‎0.1 L，因而n(AlCl3)∶n(MgSO4)＝2∶1，所以，n(Cl－)∶n(SO)＝6∶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＋)