资源描述
第二节
铝及其化合物
1.了解铝的主要性质及应用。
2.了解铝的重要化合物的主要性质及应用。
…………………………[循着图示·想一想]……………………
………………………………[特色特性·记一记]………………………………
1．特殊的性质：Al2O3、Al(OH)3具有两性。
2．特殊的转化：Al3＋Al(OH)3AlO
3．必记六反应：
(1)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
(2)Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O
(3)AlCl3＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4Cl
(4)Al(OH)3＋3HCl===AlCl3＋3H2O
(5)Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O
(6)NaAlO2＋2H2O＋CO2===Al(OH)3↓＋NaHCO3
考点一 含量丰富的金属单质——铝
[教材知识层面]
1．铝的原子结构
铝位于元素周期表中第三周期ⅢA族，原子结构示意图为 ，最外层有3个电子，在化学反应中易失去电子而表现为＋3价，铝在地壳中含量丰富，仅次于氧，自然界中的铝全部以化合态形式存在。
2．铝的性质
(1)物理性质：
状态
色泽
密度
熔点
硬度
导电、导热性
延展性
固态
银白色
2.7 g·cm－3
660.4 ℃
较小
很好
良好
(2)化学性质：
写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：
②2Al＋3Cl2△,2AlCl3
④2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
⑤2Al＋Fe2O3高温,2Fe＋Al2O3
3．铝的应用
(1)制备：
电解熔融Al2O3：2Al2O3电解,4Al＋3O2↑
(2)用途：
①纯铝用作导线。
②铝合金制备汽车、飞机、生活用品等。
[高考考查层面]
命题点 铝与酸、碱的反应及计算
铝分别与盐酸、NaOH溶液反应的化学方程式为：
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的实质是：A 失3e－,A，所以不论是Al与酸还是与碱反应，Al与产生H2的关系均是：2Al～3H2。
(1)等量铝分别与足量盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为＝。
(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，产生氢气的体积比为＝。
(3)一定量的铝分别和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＜＜，则必定是：
①铝与盐酸反应时，铝过量而盐酸不足；
②铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而氢氧化钠过量。
[典题示例]
1．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－1HCl B．4 mol·L－1HNO3
C．8 mol·L－1NaOH D．18 mol·L－1H2SO4
解析：选A 18 mol·L－1H2SO4为浓H2SO4与Mg、Al反应不产生H2；Mg、Al与稀HNO3反应生成NO而不是H2；Mg与盐酸反应产生H2，而Mg与NaOH不反应，等质量的Al分别与足量的HCl和NaOH溶液反应，产生H2的量相等。故A项产生H2的量最多。
2．等体积、等物质的量浓度的硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中，各加等质量的铝，生成氢气的体积比为5∶6(相同条件下)，则甲、乙两烧杯中的反应情况可能是( )
A．甲、乙中都是铝过量
B．甲中铝过量、乙中碱过量
C．甲中酸过量、乙中铝过量
D．甲中酸过量，乙中碱过量
解析：选B 若酸、碱过量，生成H2的体积比为1∶1，若铝均过量，生成H2的体积比为2∶3，可知反应情况甲中铝过量，乙中碱过量。
[考点达标层面]
1．判断下列描述的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)(2014·福建高考)铝罐可久盛食醋。( )
(2)(2014·江苏高考)Al、盐酸、NaOH溶液三者之间两两均能发生反应。( )
(3)(2014·北京高考)Al溶于NaOH溶液中产生气体的离子方程式为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑。( )
(4)(2014·全国卷Ⅱ)铝与Fe2O3发生铝热反应后固体物质增重。( )
(5)(2014·安徽高考)常温下，相同的铝片中分别加入足量的浓、稀硝酸，浓硝酸中铝片先溶解完。( )
(6)(2012·广东高考)工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al。( )
(7)铝制品在空气中能稳定存在是因为铝不活泼。( )
(8)(2011·安徽高考)铝箔插入稀硝酸中无现象，说明铝箔表面被HNO3氧化，形成致密的氧化膜。( )
答案：(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)√ (7)× (8)×
2．将5.4 g Al投入200.0 mL 2.0 mol·L－1的某溶液中有氢气产生，充分反应后有金属剩余。该溶液可能是( )
A．HNO3溶液 B．Ba(OH)2溶液
C．H2SO4溶液 D．HCl溶液
解析：选D 首先换算成物质的量，Al为0.2 mol，溶液中的溶质为0.4 mol。A选项中硝酸与铝反应不生成氢气；B选项中n(OH－)＝0.8 mol，与铝反应剩余OH－；C、D选项中n(H＋)分别为0.8 mol、0.4 mol，根据反应2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑可知C选项中H＋有剩余，D选项中铝有剩余。
考点二 铝的重要化合物——氧化铝、氢氧化铝
[教材知识层面]
1．氧化铝
(1)化学性质：
属于两性氧化物，写出下列反应的离子方程式：
(2)用途：
熔点很高，是一种较好的耐火材料，天然产刚玉的成分是Al2O3，还可制作各种宝石。
2．氢氧化铝
(1)白色胶状不溶于水的固体，有较强的吸附性。
(2)化学性质：
反应的化学方程式分别为：
①Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O；
②Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O；
③2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。
(3)制备：
①向铝盐溶液中加入氨水，离子方程式为
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。
②向偏铝酸盐溶液中通入足量CO2，离子方程式为
AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO。
3．明矾净水原理
明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O，其净水的原理涉及的离子方程式表示为Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋。
[高考考查层面]
命题点1 从铝土矿中提取Al2O3的方法
铝土矿的主要成分是Al2O3，含有的杂质是Fe2O3和SiO2，由于Al2O3具有两性，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。
方案一：碱溶法
方案二：酸溶法
[典题示例]
1．工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下：
下列叙述正确的是( )
A．试剂X可以是氢氧化钠溶液，也可以是盐酸
B．反应①过滤后所得沉淀为氢氧化铁
C．图中所有转化反应都不是氧化还原反应
D．反应②的化学方程式为
NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3
解析：选D 从工艺流程图上看出，加入的试剂X能将铝土矿中的Al2O3转化为溶液，且向该溶液中通入过量Y，可得到Al(OH)3沉淀和NaHCO3，故X为NaOH溶液，Y为CO2。反应①为：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O。SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。故反应①过滤后得到的沉淀为Fe2O3，A、B错误；图中转化关系中由Al2O3冶炼铝属于氧化还原反应，C错误。
2．工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3·xH2O、Fe2O3、SiO2等)提取纯Al2O3作冶炼铝的原料，提取时操作过程如下图，指出图中操作错误的是( )
A．④⑤ B．③④
C．②⑤ D．①②
解析：选A 由流程图可知，反应③得到的滤液为NaAlO2溶液，加入过量盐酸后得到AlCl3而不是Al(OH)3沉淀，应通入过量CO2，操作④错误；Al(OH)3在常温干燥条件下并不发生分解，故操作⑤需要加热，⑤错误。
命题点2 氢氧化铝的制备
[典题示例]
1．用含有少量Mg的Al片制取纯净的Al(OH)3，下列操作中最恰当的组合是( )
①加盐酸溶解 ②加NaOH溶液 ③过滤 ④通入过量CO2生成Al(OH)3 ⑤加盐酸生成Al(OH)3 ⑥加过量氨水生成Al(OH)3
A．①⑥③ B．①③⑥③
C．②③④③ D．②③⑤③
解析：选C 2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑，Mg和NaOH溶液不反应，过滤后向NaAlO2溶液中通入过量CO2生成Al(OH)3沉淀，再过滤就可得到Al(OH)3。
2．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 g70%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 gAl(OH)3
乙：铝→加H2SO4溶液→加NaOH溶液→W2 gAl(OH)3
丙：→W3 gAl(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________________________________________________________________________。
解析：n(NaOH)＝＝6 mol，n(H2SO4)＝＝2.5 mol，
甲方案：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
6 mol ⇒ 6 mol
AlO ＋ H＋＋H2O===Al(OH)3↓
过量2.5×2 mol ⇒5 mol
因此，甲方案最多制得5 mol Al(OH)3。
乙方案：2Al＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2↑
2.5 mol ⇒ ×2.5 mol
Al2(SO4)3＋6NaOH===2Al(OH)3↓＋Na2SO4
×2.5 mol 过量 ⇒×2.5 mol
因此，乙方案最多制得 mol Al(OH)3。
丙方案：2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
5 mol⇒ mol
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
6 mol ⇒ 6 mol
Al3＋ ＋ 3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓
mol 过量 ⇒ mol
因此，丙方案最多制得 mol Al(OH)3。
故W3＞W1＞W2。
答案：(1)丙方案 (2)W3＞W1＞W2
[方法技巧]
Al(OH)3的三种制备方法
方法一：可溶性铝盐溶液与过量氨水反应
反应原理：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH
方法二：向可溶性偏铝酸盐溶液中通入过量CO2
反应原理：AlO＋2H2O＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO
方法三：相互促进水解法
命题点3 含铝化合物间的转化关系及应用
1．Al3＋、AlO、Al(OH)3的转化关系
2．可溶性铝盐与强碱(如NaOH)溶液反应，铝元素的存在形式
3．应用
(1)判断离子共存问题：
Al3＋与OH－及AlO、CO、S2－等弱酸根阴离子或AlO与H＋、HCO以及弱碱阳离子Al3＋、Fe3＋等因生成沉淀或发生相互促进的水解反应而不能大量共存。
(2)鉴别(利用滴加试剂顺序不同，现象不同)：
①向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液，先产生白色沉淀，后沉淀溶解。
②向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液，开始无明显现象，后产生白色沉淀，沉淀不溶解。
(3)分离提纯：
①利用Al能溶于强碱溶液，分离Al与其他金属的混合物。
②利用Al2O3能与强碱溶液反应，分离Al2O3与其他金属氧化物。
③利用Al(OH)3能与强碱溶液反应，分离Al3＋与其他金属阳离子。
[典题示例]
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
解析：选B 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．下列各组物质，不能按 (“―→”表示反应一步完成)关系转化的是( )
选项
a
b
c
A
Al2O3
NaAlO2
Al(OH)3
B
AlCl3
Al(OH)3
NaAlO2
C
Al
Al(OH)3
Al2O3
D
MgCl2
Mg(OH)2
MgO
解析：选C 各选项中物质间的转化为：A项，Al2O3NaAlO2Al(OH)3Al2O3；B项，AlCl3Al(OH)3NaAlO2AlCl3；D项，MgCl2Mg(OH)2MgOMgCl2；C项中，Al不能一步转化成Al(OH)3。
[考点达标层面]
1．判断下列描述的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)(2014·江苏高考)氢氧化铝具有弱碱性，可用于制胃酸中和剂。( )
(2)(2014·重庆高考)明矾用作净水剂不涉及化学变化。( )
(3)(2014·江苏高考)向NaAlO2溶液中通入过量CO2制Al(OH)3的离子方程式：
CO2＋AlO＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO。( )
(4)(2014·福建高考)Al(OH)3既能与稀硫酸反应又能与NaOH溶液反应。( )
(5)(2013·海南高考)明矾的化学式为Al2(SO4)3·12H2O。( )
(6)(2013·江苏高考)明矾溶于水产生Al(OH)3胶体的离子方程式：Al3＋＋3H2O===Al(OH)3↓＋3H＋。( )
(7)(2013·大纲卷)明矾溶液中滴入Ba(OH)2溶液使SO恰好完全沉淀的离子方程式：2Ba2＋＋3OH－＋Al3＋＋2SO===2BaSO4↓＋Al(OH)3↓。( )
(8)(2012·江苏高考)下列物质的转化在给定条件下能够实现：Al2O3NaAlO2(aq)Al(OH)3。( )
答案：(1)√ (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)× (7)× (8)√
2．(2015·保定市高三模拟)某同学通过系统实验探究铝及其化合物的性质，操作正确且能达到目的的是( )
A．向氯化铝溶液中滴加过量氨水，最终得到澄清溶液
B．等质量的铝粉分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应制得等质量的氢气
C．常温下铝与浓硝酸反应制得大量的NO2
D．AlCl3溶液加热蒸干得到无水氯化铝晶体
解析：选B Al(OH)3不溶于氨水，A错误；常温下铝与浓HNO3发生“钝化”，C错误；蒸发AlCl3溶液促进AlCl3的水解得到Al(OH)3，D错误。
考点三 Al(OH)3沉淀的图像分析
[考点精析]
1．四个基本图像
(1)可溶性铝盐溶液与NaOH溶液反应的图像：
操作
向可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量
向NaOH溶液中逐滴加入可溶性铝盐溶液至过量
现象
立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失
无沉淀(有但即溶)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失
图像
离子方程式
Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O
Al3＋＋4OH－=== AlO＋2H2O
3AlO＋Al3＋＋
6H2O===4Al(OH)3↓
(2)偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像：
操作
向偏铝酸盐溶液中逐滴加入稀盐酸至过量
向稀盐酸中逐滴加入偏铝酸盐溶液至过量
现象
立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失
无沉淀(有但即溶)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失
图像
离子方程式
AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓
Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
AlO＋4H＋=== Al3＋＋2H2O
Al3＋＋3AlO＋
6H2O===4Al(OH)3↓
2.拓展图像
(1)向AlCl3溶液中逐滴加入氨水或NaAlO2溶液至过量，图像如图1所示。
(2)向NaAlO2溶液中逐滴加入AlCl3溶液或通入CO2至过量，图像如图2所示。
(3)向MgCl2、AlCl3和盐酸的混合溶液(即将Mg、Al溶于过量盐酸所得的溶液)中逐滴滴入NaOH溶液至过量，图像如图3所示。
(4)向MgCl2、AlCl3混合溶液中先加入NaOH溶液，后加入盐酸(NaOH与盐酸的物质的量浓度相等)，沉淀图像如图4所示。
[考项集训]
1．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，下图[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( )
解析：选D 向混合溶液中逐滴滴入NaOH溶液，反应情况分为三个阶段：第一阶段为OH－＋H＋===H2O，此时无沉淀产生；第二阶段有白色沉淀产生，反应的离子方程式为Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓；第三阶段滴加NaOH溶液至过量，沉淀逐渐溶解最后完全消失，反应的离子方程式为Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O，结合反应方程式及浓度关系可知三个阶段消耗NaOH物质的量之比为1∶3∶1。
2．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
解析：选B 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。
3．(2015·黄冈高三检测)某无色稀溶液X中，可能含有下表所列离子中的某几种。
阴离子
CO、SiO、AlO、Cl－
阳离子
Al3＋、Fe3＋、Mg2＋、NH、Na＋
现取该溶液适量，向其中加入某试剂Y，产生沉淀的物质的量(n)与加入试剂体积(V)的关系如图所示。
(1)若Y是盐酸，则oa段转化为沉淀的离子(指来源于X溶液的，下同)是________，ab段发生反应的离子是________，bc段发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(2)若Y是NaOH溶液，则X中一定含有的阳离子是__________，其物质的量之比为__________，ab段反应的离子方程式为_______________________________________。
解析：溶液为无色，说明溶液X中不含Fe3＋；若Y为盐酸，由图像的特点判断溶液X中一定含有AlO、SiO、CO，其中oa段发生的反应为：AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓，SiO＋2H＋===H2SiO3↓，故转化为沉淀的离子为SiO、AlO；ab段发生的反应为：CO＋H＋===HCO，HCO＋H＋===H2O＋CO2↑，但仅有CO来源于X溶液；bc段发生的反应为：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。若Y为NaOH溶液，由图像特点判断溶液中一定含有Mg2＋、Al3＋、NH。其中oa段发生反应为：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓；ab段发生的反应为：NH＋OH－===NH3·H2O；bc段发生的反应为：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O，n(Al3＋)∶n(Mg2＋)∶n(NH)＝1∶(4－1×3)×∶2＝2∶1∶4。
答案：(1)SiO、AlO CO Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O (2)Al3＋、Mg2＋、NH 2∶1∶4 NH＋OH－===NH3·H2O
以“铝土矿中提炼Al2O3”为载体串联铝元素的单质及其化合物的性质
高考载体(2013·大纲卷)
铝土矿的主要成分是Al2O3、Fe2O3和SiO2等。从铝土矿中提炼Al2O3的流程如下：
[知识串联设计]
(1)写出反应1的化学方程式_____________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)滤液Ⅱ中含有NaAlO2，通入气体A后得到Al(OH)3沉淀。气体A是________________________________________________________________________。
(3)往NaAlO2溶液中通入过量CO2时得到的盐是Na2CO3还是NaHCO3？反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(4)反应之中能否用盐酸代替气体A？若使用过量盐酸，则反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
(5)煅烧B的化学方程式为_________________________________________________。
(6)铝在生产生活中的用途非常广泛，请列举一例并说明利用了铝的何种性质？________________________。
(7)电解氧化铝制铝的化学方程式为________________________________________。
电解时为什么要加入冰晶石？___________________________________________。
(8)铝锅不宜长时间存放酸性或碱性食物的原因是什么？
________________________________________________________________________。
试分别写出Al与盐酸、NaOH溶液反应的离子方程式：___________________________，
________________________________________________________________________。
答案：(1)Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O、
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(2)CO2
(3)得到NaHCO3 AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO
(4)不能 AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O
(5)2Al(OH)3Al2O3＋3H2O
(6)铝的用途广泛，如：用铝合金可以制造飞机、汽车等(利用铝的密度小)；可以制导线(利用铝的导电性)；可以制炊具(利用铝的导热性)；可以冶炼难熔金属(利用铝的还原性)等
(7)2Al2O34Al＋3O2↑
由于Al2O3的熔点很高，直接加热使其熔化需要消耗大量能量，在氧化铝中添加冰晶石(Na3AlF6)，能使氧化铝熔化温度降低，从而减少了电解过程中能量的消耗
(8)铝锅表面的氧化物膜及铝均能与酸、碱反应而被腐蚀
2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
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