北京专用高考化学一轮复习第7讲铝及其化合物.ppt

,教材研读,考点突破,栏目索引,第,7,讲铝及其化合物,一、铝的性质及应用,1.铝的结构和存在,铝位于元素周期表,第三周期A族,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,化合态,形式存在。,2.金属铝的物理性质,铝是,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。,教材研读,3.金属铝的化学性质,写出图中有关反应的化学方程式:,(1),(2)2Al+3Cl,2,2AlCl,3,(3),(4)2Al+2NaOH+2H,2,O,2NaAlO,2,+3H,2,(5)2Al+Fe,2,O,3,Al,2,O,3,+2Fe(铝热反应),4.铝热反应,(1)原理,铝将金属氧化物中化合态的金属还原为金属单质,如Fe,2,O,3,+2Al,2Fe+Al,2,O,3,等。,(2)实验装置,(3)反应现象及结论,镁条剧烈燃烧,放出大量的热,引发混合物剧烈反应,纸漏斗的下部被烧,穿,有熔融物落入沙中;待熔融物冷却后,除去外层熔渣,可以发现落下的,是铁珠。,(4)应用,a.野外焊接钢轨;b.冶炼高熔点金属。,注意,(1)铝热反应是在高温干态下进行的置换反应,铝只能与排在金,属活动性顺序中铝后的金属的氧化物反应。,(2)铝热反应常出现在推断题中。,(3)铝热反应不能用来冶炼大量的金属铁、铜等(要考虑冶炼成本)。,自测1,判断正误,正确的划“”,错误的划“”。,(1)铝在自然界中有游离态和化合态两种形式(),(2)Al在空气中性质稳定,因而具有很强的抗腐蚀性(),(3)MgO与Al粉的混合物也可称为铝热剂(),(4)Mg是活泼金属,而Al是两性金属(),自测2,依据Al单质的性质,思考并回答下列问题。,(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,较强的抗腐蚀性能?,。,(2)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?,。,(3)铝与酸、碱反应的实质是什么?氧化剂是什么?,。,答案,(1)铝在常温下迅速被氧气氧化,形成一层致密的氧化膜,保护铝,不再被氧化,因而铝制品通常具有较强的抗腐蚀性能,(2)不恰当。金属性是指元素的原子失电子的能力,非金属性是指元素,的原子得电子的能力。铝不论是与酸反应还是与碱反应,都会失去电,子,因而铝具有较强的金属性,(3)铝与酸、碱反应的实质都是:,Al,3+,2H,+,H,2,只不过,碱中的H,+,来源于水的电离。氧化剂分别为酸和水,二、铝的重要化合物,1.氧化铝,(1)化学性质(用离子方程式或化学方程式表示),两性氧化物,(2)用途,熔点很高,是一种较好的,耐火材料,还可制作各种宝石。,2.氢氧化铝,3.常见的铝盐,自测3,判断正误,正确的划“”,错误的划“,”。,(1)用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热,熔,化后的液态铝滴落下来,说明金属铝的熔点较低,(,),(2)AlCl,3,溶液中加入过量稀氨水:Al,3+,+4NH,3,H,2,O,Al,+4N,+2H,2,O,(,),(3)Al片溶于NaOH溶液中,产生气体:2Al+2OH,-,+2H,2,O,2Al,+3H,2,(),(4)向明矾溶液中滴加Ba(OH),2,溶液,恰好使S,沉淀完全:2Al,3+,+3S,+3,Ba,2+,+6OH,-,2Al(OH),3,+3BaSO,4,(,),(5)0.10 molL,-1,的氨水与AlCl,3,溶液发生反应的离子方程式为Al,3+,+3OH,-,Al(OH),3,(,),(6)明矾溶于水产生Al(OH),3,胶体:Al,3+,+3H,2,O,Al(OH),3,+3H,+,(,),(7)新制的氧化铝可溶于氢氧化钠溶液:Al,2,O,3,+2OH,-,2Al,+H,2,O,(),自测4,铝是一种应用广泛的金属,工业上用Al,2,O,3,和冰晶石(Na,3,AlF,6,)混,合熔融电解制得。铝土矿的主要成分是Al,2,O,3,和SiO,2,。从铝土矿中提炼,Al,2,O,3,的流程如下:,回答下列问题:,(1)写出反应1的化学方程式,。,(2)滤液中加入CaO生成的沉淀是,反应2的离子方程式为,。,(3)电解制铝的化学方程式是,以,石墨为电极,阳极产生的混合气体的成分是,。,答案,(1)2NaOH+SiO,2,Na,2,SiO,3,+H,2,O、2NaOH+Al,2,O,3,2NaAlO,2,+H,2,O,(2)CaSiO,3,2Al,+CO,2,+3H,2,O,2Al(OH),3,+C,(合理即可),(3)2Al,2,O,3,(熔融),4Al+3O,2,O,2,、CO,2,(CO),解析,(3)以石墨为电极,阳极发生的反应为2O,2-,-4e,-,O,2,O,2,可与石墨反应产生CO,2,和CO气体。,考点突破,考点一铝与酸、碱的反应及其计算,考点三与Al(OH),3,相关问题的处理(教师用书专用),考点二,“,铝三角,”,转化关系的应用,1.,铝与非氧化性酸溶液反应生成H,2,和铝盐(Al,3+,),与氧化性酸溶液反应不,生成H,2,且在冷浓HNO,3,、冷浓H,2,SO,4,中发生钝化。,2.,铝与强碱溶液反应生成H,2,和偏铝酸盐(Al,)。,3.铝与酸或碱溶液反应生成H,2,的量的计算,铝分别与盐酸、氢氧化钠溶液反应的原理:,2Al+6HCl,2AlCl,3,+3H,2,2Al+2NaOH+2H,2,O,2NaAlO,2,+3H,2,。,涉及量时主要有以下三种情况:,(1)等量铝分别与足量盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生氢气的体积比为,=11。,考点一,铝与酸、碱的反应及其计算,(2)足量的铝分别与等体积等物质的量浓度的盐酸、NaOH溶液反应,产,生氢气的体积比为,=13。,(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,若产生氢气,的体积比为,1,则必定是:,铝与盐酸反应时,铝过量而盐酸不足。,铝与氢氧化钠溶液反应时,铝不足而氢氧化钠过量。,典例1,铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al,2,O,3,含SiO,2,和,Fe,2,O,3,等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下:,注:SiO,2,在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。,(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为,。,(2)向“过滤”所得滤液中加入NaHCO,3,溶液,溶液的pH,(填“增大”“不变”或“减小”)。,(3)“电解”是电解熔融Al,2,O,3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因,是,。,(4)“电解”是电解Na,2,CO,3,溶液,原理如图所示。阳极的电极反应式,为,阴极产生的物质A的化学式为,。,(5)铝粉在1 000 时可与N,2,反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH,4,Cl固,体并充分混合,有利于AlN的制备,其主要原因是,。,答案,(1)Al,2,O,3,+2OH,-,2Al,+H,2,O,(2)减小,(3)石墨电极被阳极上产生的O,2,氧化,(4)4C,+2H,2,O-4e,-,4HC,+O,2,H,2,(5)NH,4,Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al,2,O,3,薄膜,解析,(1)Al,2,O,3,是两性氧化物,能与强碱反应生成Al,和H,2,O。,(2)“碱溶”时,NaOH溶液应过量,则在“过滤”所得滤液中一定含有,过量的NaOH,当加入NaHCO,3,溶液时,HC,+OH,-,C,+H,2,O,使,c,(OH,-,)减小,故pH减小。,(3)电解熔融Al,2,O,3,时,阳极反应式为2O,2-,-4e,-,O,2,O,2,会与石墨发生化,学反应,从而消耗石墨。,(4)阳极应是H,2,O电离出的OH,-,放电,生成O,2,和H,+,在Na,2,CO,3,溶液充足的条,件下,H,+,与C,反应生成HC,故阳极的电极反应式为:4C,+2H,2,O-4e,-,4HC,+O,2,;阴极的电极反应式为4H,2,O+4e,-,2H,2,+4OH,-,所,以物质A为H,2,。,(5)铝粉表面有Al,2,O,3,薄膜,阻碍反应的进行,而添加少量NH,4,Cl固体,NH,4,Cl分解生成的HCl能与Al,2,O,3,反应,破坏Al,2,O,3,薄膜,有利于Al和N,2,反应。,1-1,铝是中学化学学习阶段中唯一一种既能与酸(非氧化性酸)反应又,能与强碱溶液反应放出H,2,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H,2,的,体积之比是,。,(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,在相同状况下,产生H,2,的体积之比是,。,(3)足量的两份铝分别投入到等体积、一定物质的量浓度的盐酸、氢氧,化钠溶液中,二者产生的H,2,相等,则HCl和NaOH的物质的量浓度之比是,。,(4)甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 molL,-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,测得生成的气体在相同状况,下的体积比为,V,(甲),V,(乙)=12,则加入铝粉的质量为,。,A.5.4 gB.3.6 gC.2.7 gD.1.8 g,答案,(1)11(2)13(3)31(4)A,解析,(1)根据化学方程式:2Al+6HCl,2AlCl,3,+3H,2,、2Al+2NaOH,+2H,2,O,2NaAlO,2,+3H,2,得Al与H,2,的关系式均为2Al3H,2,故只要参,加反应的Al的量相等,所得H,2,的量必相等。,(2)因为在反应中Al过量,产生的H,2,由HCl和NaOH的量决定。根据关系,式:6HCl3H,2,、2NaOH3H,2,可知,当HCl、NaOH物质的量相等时,产生H,2,的体积比为13。,(3)因为铝足量且产生H,2,相等,则,n,(HCl),n,(NaOH)=31,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)=31。,(4),V,(甲),V,(乙)=12,说明此时投入的铝粉对盐酸来说是过量的,而对,NaOH来说是不足的。,2Al+6HCl,2AlCl,3,+3H,2,6 mol3 mol,3 molL,-1,0.1 L0.15 mol,则Al与NaOH反应生成的H,2,为0.15 mol,2=0.3 mol。,2Al+2NaOH+2H,2,O,2NaAlO,2,+3H,2,2,27 g3 mol,5.4 g0.3 mol,即投入的铝粉为5.4 g。,1-2,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 molL,-1,盐酸B.4 molL,-1,HNO,3,溶液,C.8 molL,-1,NaOH溶液D.18 molL,-1,H,2,SO,4,溶液,A,答案,A将镁、铝混合物加入HNO,3,和浓H,2,SO,4,中都不产生H,2,;加入,NaOH溶液中,只有Al与之反应生成H,2,而镁不反应;加入盐酸中,镁、铝,都与盐酸反应生成H,2,所以放出H,2,的量最多的是盐酸。,1.“铝三角”转化关系,考点二,“,铝三角,”,转化关系的应用,途径一:Al,3+,Al(OH),3,不宜用强碱。,途径二:Al,Al(OH),3,不宜用强酸。,途径三:Al,3+,+3Al,+6H,2,O,4Al(OH),3,。,(2)判断离子共存问题,Al,3+,与OH,-,、Al,、C,、S,2-,等不能大量共存;Al,与H,+,、HC,、Fe,3+,等不能大量共存。,(3)鉴别AlCl,3,和NaOH溶液(利用滴加顺序不同,现象不同),向AlCl,3,溶液中滴加NaOH溶液的现象为:先产生白色沉淀,后沉淀溶解。,向NaOH溶液中滴加AlCl,3,溶液的现象为:开始无明显现象,后产生白,色沉淀。,2.“铝三角”的应用,(1)制取Al(OH),3,(4)分离、提纯,利用Al能溶于强碱溶液,分离Al与其他金属。,利用Al,2,O,3,能与强碱溶液反应,分离Al,2,O,3,与其他金属氧化物。,利用Al(OH),3,能与强碱溶液反应,分离Al,3+,与其他金属阳离子。,特别提示,(1)当溶液中有多种离子存在时,要考虑离子之间的反应顺,序,如向含有H,+,、N,、Mg,2+,、Al,3+,的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,时,NaOH先与H,+,反应,然后与Al,3+,、Mg,2+,反应生成沉淀,再与N,反应,最,后与Al(OH),3,沉淀反应。,(2)Al,与HC,的反应不属于双水解反应,而是HC,电离出的H,+,与Al,发生反应:Al,+HC,+H,2,O,Al(OH),3,+C,。,典例2,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,A,答案,AAl与稀硝酸反应生成NO气体,D项不符合题意;由2Al+2,NaOH+2H,2,O,2NaAlO,2,+3H,2,2Al+3H,2,SO,4,Al,2,(SO,4,),3,+3H,2,2Al,+6HCl,2AlCl,3,+3H,2,可知,消耗溶质物质的量最少的是NaOH溶液,A项符合题意。,2-1,下图表示AlCl,3,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.线表示Al,3+,的物质的量的变化,B.,x,表示AlCl,3,的物质的量,C.线表示Al(OH),3,的物质的量的变化,D.线表示Al,的物质的量的变化,B,答案,BAlCl,3,溶液与NaOH溶液混合有两种方式:(1)向AlCl,3,溶液中缓,慢滴加NaOH溶液,则发生反应Al,3+,+3OH,-,Al(OH),3,、Al(OH),3,+OH,-,Al,+2H,2,O;(2)向NaOH溶液中滴加AlCl,3,溶液,则发生反应:Al,3+,+4,OH,-,Al,+2H,2,O、3Al,+Al,3+,+6H,2,O,4Al(OH),3,。按方式(1),混合,则Al,3+,减少的物质的量与Al(OH),3,增加的物质的量之比为11,Al,(OH),3,减少的物质的量与Al,增加的物质的量之比为11,符合图像,所,以表示Al,3+,的物质的量的变化,、表示Al(OH),3,的物质的量的变,化,表示Al,的物质的量的变化。若按方式(2)混合,则OH,-,减少的物,质的量与Al,增加的物质的量之比为41,不符合图像。,2-2,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,计了如下两种实验方案:,方案一:Al,Al,2,(SO,4,),3,Al(OH),3,方案二:Al,NaAlO,2,Al(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,请写出有关反应的,化学方程式:,。,答案,(1)方案二较好第二步操作很难控制试剂用量,(2)2Al+3H,2,SO,4,Al,2,(SO,4,),3,+3H,2,、2Al+2NaOH+2H,2,O,2NaAlO,2,+3H,2,、Al,2,(SO,4,),3,+6NaAlO,2,+12H,2,O,8Al(OH),3,+3Na,2,SO,4,解析,(1)制取Al(OH),3,时,一般不用强酸或强碱溶液,因为Al(OH),3,能溶,于强酸和强碱,酸或碱的用量不好控制。(2)从节约药品的角度考虑,可,将,的Al与H,2,SO,4,反应生成Al,2,(SO,4,),3,将,的Al与NaOH反应生成NaAlO,2,然后将Al,2,(SO,4,),3,和NaAlO,2,混合制得Al(OH),3,。,1.铝盐与强碱溶液反应生成Al(OH),3,沉淀的计算,计算方法如下:,(1)Al,3+,+3OH,-,Al(OH),3,(生成沉淀),(2)Al(OH),3,+OH,-,Al,+2H,2,O(沉淀溶解),(3)Al,3+,+4OH,-,Al,+2H,2,O(无沉淀生成),分析以上三个反应方程式,所得Al(OH),3,沉淀的物质的量与,n,(Al,3+,)、,n,(OH,-,)的关系为:,当0,3时,所得沉淀的物质的量:,n,Al(OH),3,=,n,(OH,-,);,当,4时,所得沉淀的物质的量:,n,Al(OH),3,=0;,考点三与Al(OH),3,相关问题的处理(教师用书专用),当3,4时,所得沉淀的物质的量:,n,Al(OH),3,=4,n,(Al,3+,)-,n,(OH,-,)。,可用数轴表示如下:,2.有关Al(OH),3,的图像分析,典例3,向20 mL某物质的量浓度的AlCl,3,溶液中滴入2 molL,-1,NaOH溶,液时,得到的Al(OH),3,沉淀的质量与所滴加NaOH溶液的体积(mL)关系如,图所示,试回答下列问题:,(1)图中,A,点表示的意义是,。,(2)图中,B,点表示的意义是,。,(3)上述两步用总的离子方程式可表示为,。,(4)假定溶液中有Al(OH),3,沉淀0.39 g,则此时用去NaOH溶液的体积为,。,答案,(1)滴入15 mL NaOH溶液时AlCl,3,完全转化为Al(OH),3,沉淀,质量,为0.78 g,(2)滴入20 mL NaOH溶液时,生成的Al(OH),3,沉淀完全溶解,(3)Al,3+,+4OH,-,Al,+2H,2,O,(4)17.5 mL或7.5 mL,解析,(4)当有0.39 g Al(OH),3,沉淀生成时,有两种情况:AlCl,3,过量,加入,的NaOH使Al,3+,部分转化成沉淀,依据Al,3+,+3OH,-,Al(OH),3,计算可知,用去NaOH溶液 7.5 mL;NaOH过量,Al,3+,全部参加反应生成Al(OH),3,沉,淀后又部分溶解,计算可得用去NaOH溶液 17.5 mL。,3-1,将一定质量的镁铝混合物投入200 mL稀硫酸中,固体全部溶解后,向所得溶液中加入5 mol/L的NaOH溶液,生成沉淀的物质的量与加入,NaOH溶液的体积的关系如下图所示:,则下列说法不正确的是,(),A.镁和铝的总质量为9 g,B.最初20 mL NaOH溶液用于中和过量的硫酸,C.硫酸的物质的量浓度为2.5 mol/L,D.生成的氢气在标准状况下的体积为11.2 L,D,答案,D由图像知,n,Mg(OH),2,=0.15 mol,n,Al(OH),3,=0.35 mol-0.15,mol=0.2 mol,则,m,(Mg)=0.15 mol,24 g/mol=3.6 g,m,(Al)=0.2 mol,27 g/,mol=5.4 g,所以镁和铝的总质量为9 g;最初20 mL NaOH溶液用于中和,过量的硫酸;当沉淀达到最大值时,溶液中的溶质只有Na,2,SO,4,则有,n,(Na,+,)=,2,n,(S,),即,n,(NaOH)=2,n,(H,2,SO,4,),所以,硫酸的物质的量浓度为,=2.5 mol/L;0.15 mol Mg反应生成的氢气在标准状况下的,体积为3.36 L,0.2 mol Al反应生成的氢气在标准状况下的体积为6.72 L,所以生成的氢气在标准状况下的体积为10.08 L,故选D项。,3-2某混合溶液中可能含有HCl、MgCl,2,、AlCl,3,、NH,4,Cl、Na,2,CO,3,、,KCl中的一种或几种物质,往该溶液中逐滴加入NaOH溶液,产生沉淀的,物质的量(,n,)与加入的NaOH溶液体积(,V,)的关系如图所示。回答下列问,题:,(1)溶液中一定含有的溶质是,一定不含有,的溶质是,(填化学式)。,(2)溶液中可能含有的溶质是,(填名称),判断该物质是否存在的,实验方法是,现象是,。,(3)分别写出,AB,段、,BC,段发生反应的离子方程式:,AB,段为,;,BC,段为,。,答案,(1)HCl、AlCl,3,、NH,4,ClMgCl,2,、Na,2,CO,3,(2)氯化钾焰色反应透过蓝色钴玻璃观察火焰颜色是否为紫色,(3)Al,3+,+3OH,-,Al(OH),3,N,+OH,-,NH,3,H,2,O,解析,首先分析图像中的拐点、斜线及水平线所表示的化学意义。,OA,段是NaOH溶液中和盐酸;加入过量NaOH溶液,沉淀全部溶解,说明,无MgCl,2,有AlCl,3,;,BC,段是NaOH溶液与NH,4,Cl反应,故原溶液中一定含有,AlCl,3,、HCl和NH,4,Cl,一定无MgCl,2,;又因为HCl与Na,2,CO,3,不能大量共存,所以一定无Na,2,CO,3,;原溶液中可能含有KCl,可用焰色反应进行检验。,