铝及其重要化合物

学案9铝及其重要化合物轻松学教材一､铝的性质二､铝及其重要化合物间的转化关系框图中有关反应的化学方程式:①2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑;②2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑;③2Al2O34Al+3O2↑;④Al2O3+6HCl===2AlCl3+3H2O;⑤Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O;⑥AlCl3+3NaOH(NH3·H2O)===Al(OH)3↓+3NaCl(NH4Cl);电解⑦Al(OH)3+3HCl===AlCl3+3H2O;⑧NaAlO2+HCl+H2O===Al(OH)3↓+NaCl[或2NaAlO2+CO2+3H2O===2Al(OH)3↓+Na2CO3或NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3];⑨Al(OH)3+NaOH===NaAlO2+2H2O;⑩AlCl3+3NaAlO2+6H2O===4Al(OH)3↓+3NaCl｡氧化铝的熔点很高,是一种较好的耐火材料｡明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O,常用做净水剂｡实验室中制备Al(OH)3常用Al2(SO4)3溶液和氨水,反应的离子方程式是Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3｡4NH体验热身1.铝分别与足量的盐酸和NaOH溶液反应,当放出的H2在同温同压下相等时,消耗的盐酸与NaOH的物质的量之比为()A.1∶1B.2∶1C.3∶1D.1∶3答案:C解析:根据Al与盐酸和NaOH反应的化学方程式,生成等量的H2消耗的盐酸与NaOH物质的量之比为3∶1｡2.除去MgO中的Al2O3可选用的试剂是()A.NaOH溶液B.硝酸C.稀硫酸D.稀盐酸答案:A解析:MgO和Al2O3都溶于酸,但MgO不溶于碱,而Al2O3溶于碱｡3.下列有关金属铝及其化合物的叙述正确的是()A.铝在常温下不能与氧气反应B.铝不能与氯气反应C.铝既能溶于酸,又能溶于碱D.氧化铝只能与酸反应,不能与碱反应答案:C解析:铝是活泼的金属元素,其单质在一定条件下能与许多非金属单质反应｡既能与酸反应,又能与强碱溶液反应,生成H2｡在常温时与氧气能生成一层致密的氧化膜,阻止铝继续与氧气反应｡铝的氧化物为两性氧化物,既能与酸反应,又能与碱反应,故C项正确｡4.AlCl3和MgCl2的混合溶液中,逐滴加入NaOH溶液,则消耗NaOH溶液的体积(x轴)和生成沉淀的质量(y轴)之间的函数关系可用如图来表示,则下列关系图正确的是()答案:B解析:混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,生成Al(OH)3和Mg(OH)2沉淀,继续滴加,Al(OH)3逐渐溶解,而Mg(OH)2不溶｡5.在含有Ag+､Al3+､Ca2+､Mg2+四种离子的溶液中,逐一加入有关物质,填写下列空白:(1)往混合溶液中加盐酸,生成______沉淀,反应的离子方程式是_______________________｡(2)把实验(1)所得的物质过滤,往滤液中加氨水,使溶液呈碱性,又出现_____色沉淀的是__________________(写名称),反应的离子方程式是________________________________________________________｡AgClAg++Cl-===AgCl↓白氢氧化镁､氢氧化铝23242Mg2NHHOMgOH2NH,33243Al3NHHOAlOH3NH(3)把实验(2)所得物质过滤,往滤液中加碳酸钠溶液,又会出现___色沉淀,反应的离子方程式是___________________｡(4)向实验(2)所得物质的沉淀中加过量的NaOH溶液,所观察到的现象是______________,反应的离子方程式是________________________,不溶的物质是________｡白2233CaCOCaCO部分沉淀溶解()322AlOHOHAlO2HOMg(OH)2解析:Ag+､Al3+､Ca2+､Mg2+共存时,加入盐酸与Ag+反应生成AgCl沉淀,其余三种离子存在于溶液中;加氨水时,Mg2+､Al3+都会生成沉淀,溶液中剩余了Ca2+､,再加Na2CO3溶液,则会生成CaCO3白色沉淀;向(2)所得Mg(OH)2､Al(OH)3沉淀中加NaOH溶液,Al(OH)3会溶解,Mg(OH)2不会溶解｡4NH6.(2009·南京模拟)电解法冶炼铝的原料是Al2O3,可由自然界中铝土矿获得｡其生产过程可表示为:铝土矿(主要成分Al2O3,杂质SiO2､Fe2O3)→Al(OH)3→Al2O3→Al｡从铝土矿到Al(OH)3的转化有两种方案:(1)过滤①②的滤渣成分分别是____________(填字母代号,下同);过滤④⑤的滤渣成分分别是____________｡A.Al2O3B.SiO2C.Fe2O3D.Al(OH)3E.H2SiO3F.Fe(OH)3(2)“Al(OH)3→Al”的一般的生产方法是____________(填字母代号)｡A.蒸发B.灼烧C.热还原D.溶解E.过滤F.电解B､FC､EB､F重点探究金属与酸或碱反应生成H2的量的关系1.金属与酸反应的计算(1)实质:(2)规律①金属与酸反应失去电子的物质的量等于产生氢原子的物质的量｡②相同物质的量的金属与足量酸反应产生H2的物质的量之比等于反应后对应金属呈现的化合价之比｡n2nMnHMH2(3)常用方法①守恒法守恒法是化学计算中常用的方法,包括原子守恒､电荷守恒､电子守恒等｡②平均值法平均值法是混合物组分含量求解的常用方法,可设平均摩尔质量,要注意结合化合价进行转化｡2.铝与酸或碱反应生成H2的量的关系铝分别与盐酸､氢氧化钠溶液反应的原理:2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+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,产生氢气的体积比为1∶3｡【例1】甲､乙两烧杯中各盛有100mL3mol/L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甲∶乙=1∶2,则加入铝粉的质量为()A.5.4gB.3.6gC.2.7gD.1.8gA解析:解答本题的关键是由题给条件判断出哪种物质完全反应并找出计量关系｡等质量的铝粉分别与足量的HCl和NaOH溶液反应,放出H2的体积关系为甲∶乙=1∶1,因2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑,故等物质的量的HCl和NaOH分别与足量的铝粉反应,放出H2的体积关系为甲∶乙=1∶3｡现产生H2的体积比为甲∶乙=1∶2,说明铝粉的量对盐酸来说是过量的,对NaOH来说是不足的,据上述两方程式知,与盐酸反应的铝粉是2.7g,与NaOH反应的铝粉是5.4g,所以投入铝粉的质量为5.4g｡方法归纳:根据铝与强酸溶液反应的关系:2Al+6H+===2Al3++3H2↑2Al+2OH-+2H2O===2AlO-2+3H2↑不难发现如下规律:(1)等物质的量的铝分别与足量的H+和OH-反应时:①生成的H2必然相等;②消耗H+与OH-的物质的量之比为3∶1｡(2)等物质的量的H+和OH-分别与足量铝反应时:①消耗铝的物质的量之比为1∶3;②生成的H2的物质的量之比为1∶3｡类比迁移1.将5.4gAl投入200.0mL2.0mol/L的某溶液中有氢气产生,充分反应后有金属剩余｡该溶液可能为()A.HNO3溶液B.Ba(OH)2溶液C.H2SO4溶液D.HCl溶液答案:D2.将某份铁铝合金样品均分为两份,一份加入足量盐酸,另一份加入足量NaOH溶液,同温同压下产生的气体体积比为3∶2,则样品中铁､铝物质的量之比为()A.3∶2B.2∶1C.3∶4D.4∶3答案:C难点探究关于Al(OH)3的计算及图像分析1.“铝三角”转化关系2.铝盐与强碱溶液作用生成Al(OH)3沉淀的计算及反应关系如下:(1)Al3++3OH-===Al(OH)3↓(生成白色沉淀)2232AlOHOHAlO2HO()沉淀溶解3223Al4OHAlO2HO(,)生成沉淀又恰好完全溶解分析以上三个反应关系式,所得Al(OH)3沉淀的物质的量与n(Al3+)､n(OH-)的关系式:33nOH13,:n[Al(OH)]n(OH);3nAl当≤时所得沉淀的物质的量3333333n(OH)4,:nAl(OH)0;nAln(OH)34,:nAln[Al(OH)]nAl[n(OH)3nAl]4nAln(OH)当≥时所得沉淀的物质的量［］当时所得沉淀的物质的量｡3.图像分析操作可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量偏铝酸盐溶液中逐滴加稀盐酸至过量现象立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失操作NaOH溶液中逐滴加入可溶性铝盐溶液至过量盐酸中逐滴加偏铝酸盐溶液至过量现象无沉淀(有但即溶)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失同左操作可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量偏铝酸盐溶液中逐滴加稀盐酸至过量【例2】向20mLAlCl3溶液中滴入2mol/LNaOH溶液时,得到Al(OH)3沉淀质量与所滴加NaOH溶液体积(mL)关系如图所示:(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)假若溶液中有Al(OH)3沉淀0.39g,则此时用去NaOH溶液体积为_____________________｡表示滴入的NaOH溶液产生沉淀量的最大点表示滴入的NaOH溶液使沉淀恰好完全溶解点322Al4OHAlO2HO7.5mL或17.5mL解析:把NaOH溶液滴入AlCl3溶液中,先产生Al(OH)3沉淀,其质量最大值为A点,然后全部消失溶解(B点)｡其总反应的离子方程式为｡当有0.39gAl(OH)3沉淀生成时,①AlCl3过量,加入NaOH使Al3+部分产生沉淀为0.39g,通过Al3++3OH-===Al(OH)3可知用NaOH溶液7.5mL｡②当NaOH过量时,Al3+全部参加反应生成Al(OH)3沉淀后又部分溶解,用NaOH溶液17.5mL｡322Al4OHAlO2HO【方法归纳】在熟练书写Al､Al2O3､Al3+､Al(OH)3､之间相互转化的方程式的基础上还要注意:(1)Al2O3､Al(OH)3虽然具有两性,但它们只能溶于强酸或强碱,而不能溶于弱酸或弱碱｡(2)氢氧化铝能与强酸､强碱反应,所以在用可溶性铝盐与碱反应制备Al(OH)3时,一般用氨水而不用其他强碱;在用偏铝酸盐与酸反应时,一般用弱酸而不用强酸;另外,还可以用可溶性铝盐与偏铝酸盐的水溶液反应,离子方程式为:｡(3)要注意在不同条件下铝元素的存在形式:强酸性条件下,Al3+可以大量存在;强碱性条件下,可以大量存在｡2AlO()3223Al3AlO6HO4AlOH2AlO类比迁移3.将一定质量的镁､铝合金投入一定浓度的100mL盐酸中,使合金全部溶解,向所得溶液中滴加5.00mol/L的NaOH溶液至过量,生成沉淀的质量与加入NaOH溶液的体积的关系如图所示｡试求:(1)原合金中铝的质量分数｡(2)盐酸的物质的量浓度｡答案:(1)36%(2)8.00mol/L实验探究金属镁和铝在工农业生产以及人们日常生活中有着十分广泛的用途,某化学兴趣小组的同学们决定对镁､铝及其化合物的性质比较展开探究活动,探究过程中发现了一些“异