第7講鋁及其化合物,一、鋁的性質(zhì)及應(yīng)用 1.鋁的結(jié)構(gòu)和存在 鋁位于元素周期表第三周期A族,原子結(jié)構(gòu)示意圖為。鋁元素在地殼中含量豐富,僅次于硅。自然界中的 鋁全部以化合態(tài)形式存在。 2.金屬鋁的物理性質(zhì) 鋁是銀白色有金屬光澤的固體,有良好的延展性、導(dǎo)電性和傳熱性等,密度較小,質(zhì)地柔軟。,教材研讀,3.金屬鋁的化學(xué)性質(zhì) 寫出圖中有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式: (1),(2)2Al+3Cl2 2AlCl3 (3) (4)2Al+2NaOH+2H2O 2NaAlO2+3H2 (5)2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe(鋁熱反應(yīng)) 4.鋁熱反應(yīng) (1)原理 鋁將金屬氧化物中化合態(tài)的金屬還原為金屬單質(zhì),如Fe2O3+2Al, 2Fe+Al2O3等。 (2)實(shí)驗(yàn)裝置 (3)反應(yīng)現(xiàn)象及結(jié)論 鎂條劇烈燃燒,放出大量的熱,引發(fā)混合物劇烈反應(yīng),紙漏斗的下部被燒穿,有熔融物落入沙中;待熔融物冷卻后,除去外層熔渣,可以發(fā)現(xiàn)落下的是鐵珠。,(4)應(yīng)用 a.野外焊接鋼軌;b.冶煉高熔點(diǎn)金屬。 注意(1)鋁熱反應(yīng)是在高溫干態(tài)下進(jìn)行的置換反應(yīng),鋁只能與排在金 屬活動性順序中鋁后的金屬的氧化物反應(yīng)。 (2)鋁熱反應(yīng)常出現(xiàn)在推斷題中。 (3)鋁熱反應(yīng)不能用來冶煉大量的金屬鐵、銅等(要考慮冶煉成本)。,自測1判斷正誤,正確的劃“”,錯誤的劃“”。 (1)鋁在自然界中有游離態(tài)和化合態(tài)兩種形式( ) (2)Al在空氣中性質(zhì)穩(wěn)定,因而具有很強(qiáng)的抗腐蝕性( ) (3)MgO與Al粉的混合物也可稱為鋁熱劑( ) (4)Mg是活潑金屬,而Al是兩性金屬( ),自測2依據(jù)Al單質(zhì)的性質(zhì),思考并回答下列問題。 (1)鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑,為什么日常生活中廣泛使用的鋁制品通常具有較強(qiáng)的抗腐蝕性能? 。 (2)Al既能溶于強(qiáng)酸,又能溶于強(qiáng)堿,所以說“Al既有金屬性,又有非金屬性”,你認(rèn)為這種說法是否恰當(dāng)?為什么? 。 (3)鋁與酸、堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是什么?氧化劑是什么? 。,答案(1)鋁在常溫下迅速被氧氣氧化,形成一層致密的氧化膜,保護(hù)鋁不再被氧化,因而鋁制品通常具有較強(qiáng)的抗腐蝕性能 (2)不恰當(dāng)。金屬性是指元素的原子失電子的能力,非金屬性是指元素的原子得電子的能力。鋁不論是與酸反應(yīng)還是與堿反應(yīng),都會失去電子,因而鋁具有較強(qiáng)的金屬性 (3)鋁與酸、堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)都是: Al3+,2H+ H2,只不過 堿中的H+來源于水的電離。氧化劑分別為酸和水 二、鋁的重要化合物 1.氧化鋁 (1)化學(xué)性質(zhì)(用離子方程式或化學(xué)方程式表示),兩性氧化物 (2)用途 熔點(diǎn)很高,是一種較好的耐火材料,還可制作各種寶石。 2.氫氧化鋁,3.常見的鋁鹽,自測3判斷正誤,正確的劃“”,錯誤的劃“” 。 (1)用坩堝鉗夾住一小塊用砂紙仔細(xì)打磨過的鋁箔在酒精燈上加熱,熔化后的液態(tài)鋁滴落下來,說明金屬鋁的熔點(diǎn)較低( ) (2)AlCl3溶液中加入過量稀氨水:Al3+4NH3H2O Al+4N+2H2O ( ) (3)Al片溶于NaOH溶液中,產(chǎn)生氣體:2Al+2OH-+2H2O 2Al+3H2 ( ) (4)向明礬溶液中滴加Ba(OH)2溶液,恰好使S沉淀完全:2Al3+3S+3 Ba2+6OH- 2Al(OH)3+3BaSO4( ) (5)0.10 molL-1的氨水與AlCl3溶液發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Al3+3OH- Al(OH)3( ),(6)明礬溶于水產(chǎn)生Al(OH)3膠體:Al3+3H2O Al(OH)3+3H+( ) (7)新制的氧化鋁可溶于氫氧化鈉溶液:Al2O3+2OH- 2Al+H2O ( ),自測4鋁是一種應(yīng)用廣泛的金屬,工業(yè)上用Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)混合熔融電解制得。鋁土礦的主要成分是Al2O3和SiO2。從鋁土礦中提煉Al2O3的流程如下: 回答下列問題: (1)寫出反應(yīng)1的化學(xué)方程式。 (2)濾液中加入CaO生成的沉淀是,反應(yīng)2的離子方程式為 。,(3)電解制鋁的化學(xué)方程式是,以石墨為電極,陽極產(chǎn)生的混合氣體的成分是。,答案(1)2NaOH+SiO2 Na2SiO3+H2O、2NaOH+Al2O3 2NaAlO2 +H2O (2)CaSiO32Al+CO2+3H2O 2Al(OH)3+C(合理即可) (3)2Al2O3(熔融) 4Al+3O2O2、CO2(CO) 解析 (3)以石墨為電極,陽極發(fā)生的反應(yīng)為2O2-4e- O2,O2可與石墨反應(yīng)產(chǎn)生CO2和CO氣體。,考點(diǎn)突破,考點(diǎn)一鋁與酸、堿的反應(yīng)及其計(jì)算,考點(diǎn)三與Al(OH)3相關(guān)問題的處理(教師用書專用),考點(diǎn)二“鋁三角”轉(zhuǎn)化關(guān)系的應(yīng)用,1.鋁與非氧化性酸溶液反應(yīng)生成H2和鋁鹽(Al3+),與氧化性酸溶液反應(yīng)不生成H2,且在冷濃HNO3、冷濃H2SO4中發(fā)生鈍化。 2.鋁與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)生成H2和偏鋁酸鹽(Al)。 3.鋁與酸或堿溶液反應(yīng)生成H2的量的計(jì)算 鋁分別與鹽酸、氫氧化鈉溶液反應(yīng)的原理: 2Al+6HCl 2AlCl3+3H2, 2Al+2NaOH+2H2O 2NaAlO2+3H2。 涉及量時(shí)主要有以下三種情況: (1)等量鋁分別與足量鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng),產(chǎn)生氫氣的體積比為=11。,考點(diǎn)一鋁與酸、堿的反應(yīng)及其計(jì)算,(2)足量的鋁分別與等體積等物質(zhì)的量濃度的鹽酸、NaOH溶液反應(yīng),產(chǎn)生氫氣的體積比為=13。 (3)一定量的鋁分別與一定量的鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng),若產(chǎn)生氫氣的體積比為<<1,則必定是: 鋁與鹽酸反應(yīng)時(shí),鋁過量而鹽酸不足。 鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)時(shí),鋁不足而氫氧化鈉過量。,典例1鋁是應(yīng)用廣泛的金屬。以鋁土礦(主要成分為Al2O3,含SiO2和 Fe2O3等雜質(zhì))為原料制備鋁的一種工藝流程如下: 注:SiO2在“堿溶”時(shí)轉(zhuǎn)化為鋁硅酸鈉沉淀。 (1)“堿溶”時(shí)生成偏鋁酸鈉的離子方程式為。 (2)向“過濾”所得濾液中加入NaHCO3溶液,溶液的pH,(填“增大”“不變”或“減小”)。 (3)“電解”是電解熔融Al2O3,電解過程中作陽極的石墨易消耗,原因是。 (4)“電解”是電解Na2CO3溶液,原理如圖所示。陽極的電極反應(yīng)式為,陰極產(chǎn)生的物質(zhì)A的化學(xué)式為。,(5)鋁粉在1 000 時(shí)可與N2反應(yīng)制備AlN。在鋁粉中添加少量NH4Cl固體并充分混合,有利于AlN的制備,其主要原因是。,答案(1)Al2O3+2OH-2Al+H2O (2)減小 (3)石墨電極被陽極上產(chǎn)生的O2氧化 (4)4C+2H2O-4e-4HC+O2H2 (5)NH4Cl分解產(chǎn)生的HCl能夠破壞Al表面的Al2O3薄膜 解析(1)Al2O3是兩性氧化物,能與強(qiáng)堿反應(yīng)生成Al和H2O。 (2)“堿溶”時(shí),NaOH溶液應(yīng)過量,則在“過濾”所得濾液中一定含有過量的NaOH,當(dāng)加入NaHCO3溶液時(shí),HC+OH- C+H2O,使c (OH-)減小,故pH減小。 (3)電解熔融Al2O3時(shí),陽極反應(yīng)式為2O2-4e- O2,O2會與石墨發(fā)生化 學(xué)反應(yīng),從而消耗石墨。,(4)陽極應(yīng)是H2O電離出的OH-放電,生成O2和H+,在Na2CO3溶液充足的條件下,H+與C反應(yīng)生成HC,故陽極的電極反應(yīng)式為:4C+2H2O-4e- 4HC+O2;陰極的電極反應(yīng)式為4H2O+4e- 2H2+4OH-,所 以物質(zhì)A為H2。 (5)鋁粉表面有Al2O3薄膜,阻礙反應(yīng)的進(jìn)行,而添加少量NH4Cl固體,NH4Cl分解生成的HCl能與Al2O3反應(yīng),破壞Al2O3薄膜,有利于Al和N2反應(yīng)。,1-1鋁是中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)階段中唯一一種既能與酸(非氧化性酸)反應(yīng)又能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)放出H2的金屬,就鋁的這一特殊性質(zhì)回答下列問題: (1)等質(zhì)量的兩份鋁分別與足量的鹽酸、氫氧化鈉溶液反應(yīng),所得H2的體積之比是。 (2)足量的兩份鋁分別投入到等體積、等物質(zhì)的量濃度的鹽酸、氫氧化鈉溶液中,在相同狀況下,產(chǎn)生H2的體積之比是。 (3)足量的兩份鋁分別投入到等體積、一定物質(zhì)的量濃度的鹽酸、氫氧化鈉溶液中,二者產(chǎn)生的H2相等,則HCl和NaOH的物質(zhì)的量濃度之比是。 (4)甲、乙兩燒杯中各盛有100 mL 3 molL-1的鹽酸和NaOH溶液,向兩燒杯中分別加入等質(zhì)量的鋁粉,反應(yīng)結(jié)束后,測得生成的氣體在相同狀況,下的體積比為V(甲)V(乙)=12,則加入鋁粉的質(zhì)量為。 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)根據(jù)化學(xué)方程式:2Al+6HCl 2AlCl3+3H2、2Al+2NaOH +2H2O 2NaAlO2+3H2得Al與H2的關(guān)系式均為2Al3H2,故只要參 加反應(yīng)的Al的量相等,所得H2的量必相等。 (2)因?yàn)樵诜磻?yīng)中Al過量,產(chǎn)生的H2由HCl和NaOH的量決定。根據(jù)關(guān)系式:6HCl3H2、2NaOH3H2可知,當(dāng)HCl、NaOH物質(zhì)的量相等時(shí),產(chǎn)生H2 的體積比為13。 (3)因?yàn)殇X足量且產(chǎn)生H2相等,則n(HCl)n(NaOH)=31,又因?yàn)閮扇芤后w積相等,故物質(zhì)的量濃度c(HCl)c(NaOH)=n(HCl)n(NaOH)=31。 (4)V(甲)V(乙)=12,說明此時(shí)投入的鋁粉對鹽酸來說是過量的,而對,NaOH來說是不足的。 2Al+6HCl 2AlCl3+3H2 6 mol3 mol 3 molL-10.1 L0.15 mol 則Al與NaOH反應(yīng)生成的H2為0.15 mol2=0.3 mol。 2Al+2NaOH+2H2O 2NaAlO2+3H2 227 g3 mol 5.4 g0.3 mol 即投入的鋁粉為5.4 g。,1-2將等物質(zhì)的量的鎂和鋁混合,取等質(zhì)量該混合物四份,分別加到足量的下列溶液中,充分反應(yīng)后,放出氫氣最多的是() A.3 molL-1 鹽酸B.4 molL-1 HNO3溶液 C.8 molL-1 NaOH溶液D.18 molL-1 H2SO4溶液,A,答案A將鎂、鋁混合物加入HNO3和濃H2SO4中都不產(chǎn)生H2;加入NaOH溶液中,只有Al與之反應(yīng)生成H2,而鎂不反應(yīng);加入鹽酸中,鎂、鋁都與鹽酸反應(yīng)生成H2,所以放出H2的量最多的是鹽酸。,1.“鋁三角”轉(zhuǎn)化關(guān)系,考點(diǎn)二“鋁三角”轉(zhuǎn)化關(guān)系的應(yīng)用,途徑一:Al3+ Al(OH)3,不宜用強(qiáng)堿。 途徑二:Al Al(OH)3,不宜用強(qiáng)酸。 途徑三:Al3+3Al+6H2O 4Al(OH)3。 (2)判斷離子共存問題 Al3+與OH-、Al、C、S2-等不能大量共存;Al與H+、HC、Fe3+ 等不能大量共存。 (3)鑒別AlCl3和NaOH溶液(利用滴加順序不同,現(xiàn)象不同) 向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液的現(xiàn)象為:先產(chǎn)生白色沉淀,后沉淀溶解。 向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液的現(xiàn)象為:開始無明顯現(xiàn)象,后產(chǎn)生白色沉淀。,2.“鋁三角”的應(yīng)用 (1)制取Al(OH)3,(4)分離、提純 利用Al能溶于強(qiáng)堿溶液,分離Al與其他金屬。 利用Al2O3能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng),分離Al2O3與其他金屬氧化物。 利用Al(OH)3能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng),分離Al3+與其他金屬陽離子。 特別提示(1)當(dāng)溶液中有多種離子存在時(shí),要考慮離子之間的反應(yīng)順 序,如向含有H+、N、Mg2+、Al3+的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液 時(shí),NaOH先與H+反應(yīng),然后與Al3+、Mg2+反應(yīng)生成沉淀,再與N反應(yīng),最 后與Al(OH)3沉淀反應(yīng)。 (2)Al與HC的反應(yīng)不屬于雙水解反應(yīng),而是HC電離出的H+與Al 發(fā)生反應(yīng):Al+HC+H2O Al(OH)3+C。,典例2足量下列物質(zhì)與相同質(zhì)量的鋁反應(yīng),放出氫氣且消耗溶質(zhì)物質(zhì)的量最少的是() A.氫氧化鈉溶液B.稀硫酸 C.鹽酸D.稀硝酸,A,答案AAl與稀硝酸反應(yīng)生成NO氣體,D項(xiàng)不符合題意;由2Al+2NaOH+2H2O 2NaAlO2+3H2,2Al+3H2SO4 Al2(SO4)3+3H2,2Al +6HCl 2AlCl3+3H2可知,消耗溶質(zhì)物質(zhì)的量最少的是NaOH溶液, A項(xiàng)符合題意。,2-1下圖表示AlCl3溶液與NaOH溶液相互滴加過程中微粒的量的關(guān)系曲線,下列判斷錯誤的是() A.線表示Al3+的物質(zhì)的量的變化 B.x表示AlCl3的物質(zhì)的量 C.線表示Al(OH)3的物質(zhì)的量的變化 D.線表示Al的物質(zhì)的量的變化,B,答案BAlCl3溶液與NaOH溶液混合有兩種方式:(1)向AlCl3溶液中緩慢滴加NaOH溶液,則發(fā)生反應(yīng)Al3+3OH- Al(OH)3、Al(OH)3+OH- Al+2H2O;(2)向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液,則發(fā)生反應(yīng):Al3+4 OH- Al+2H2O、3Al+Al3+6H2O 4Al(OH)3。按方式(1) 混合,則Al3+減少的物質(zhì)的量與Al(OH)3增加的物質(zhì)的量之比為11,Al(OH)3減少的物質(zhì)的量與Al增加的物質(zhì)的量之比為11,符合圖像,所 以表示Al3+的物質(zhì)的量的變化,、表示Al(OH)3的物質(zhì)的量的變化,表示Al的物質(zhì)的量的變化。若按方式(2)混合,則OH-減少的物 質(zhì)的量與Al增加的物質(zhì)的量之比為41,不符合圖像。,2-2Al(OH)3是治療胃酸過多的藥物胃舒平的主要成分。某課外興趣小組用鋁、稀硫酸、燒堿為原料,制備一定量的Al(OH)3。他們分別設(shè)計(jì)了如下兩種實(shí)驗(yàn)方案: 方案一:Al Al2(SO4)3 Al(OH)3 方案二:Al NaAlO2 Al(OH)3 (1)從節(jié)約藥品的角度思考,你認(rèn)為哪一種方案較好?,方案一和方案二共同存在的問題是 。 (2)請用相同的原料設(shè)計(jì)一個更為節(jié)約藥品的方案,請寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式: 。,答案(1)方案二較好第二步操作很難控制試劑用量 (2)2Al+3H2SO4 Al2(SO4)3+3H2、2Al+2NaOH+2H2O 2NaAlO2 +3H2、Al2(SO4)3+6NaAlO2+12H2O 8Al(OH)3+3Na2SO4 解析(1)制取Al(OH)3時(shí),一般不用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液,因?yàn)锳l(OH)3能溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿,酸或堿的用量不好控制。(2)從節(jié)約藥品的角度考慮,可將的Al與H2SO4反應(yīng)生成Al2(SO4)3,將的Al與NaOH反應(yīng)生成NaAlO2, 然后將Al2(SO4)3和NaAlO2混合制得Al(OH)3。,1.鋁鹽與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)生成Al(OH)3沉淀的計(jì)算 計(jì)算方法如下: (1)Al3+3OH- Al(OH)3(生成沉淀) (2)Al(OH)3+OH- Al+2H2O(沉淀溶解) (3)Al3+4OH- Al+2H2O(無沉淀生成) 分析以上三個反應(yīng)方程式,所得Al(OH)3沉淀的物質(zhì)的量與n(Al3+)、 n(OH-)的關(guān)系為: 當(dāng)0<3時(shí),所得沉淀的物質(zhì)的量:nAl(OH)3=n(OH-); 當(dāng)4時(shí),所得沉淀的物質(zhì)的量:nAl(OH)3=0;,考點(diǎn)三與Al(OH)3相關(guān)問題的處理(教師用書專用),當(dāng)3<<4時(shí),所得沉淀的物質(zhì)的量:nAl(OH)3=4n(Al3+)-n(OH-)。 可用數(shù)軸表示如下:,2.有關(guān)Al(OH)3的圖像分析,典例3向20 mL某物質(zhì)的量濃度的AlCl3溶液中滴入2 molL-1 NaOH溶液時(shí),得到的Al(OH)3沉淀的質(zhì)量與所滴加NaOH溶液的體積(mL)關(guān)系如圖所示,試回答下列問題: (1)圖中A點(diǎn)表示的意義是 。,(2)圖中B點(diǎn)表示的意義是。 (3)上述兩步用總的離子方程式可表示為。 (4)假定溶液中有Al(OH)3沉淀0.39 g,則此時(shí)用去NaOH溶液的體積為。,答案(1)滴入15 mL NaOH溶液時(shí)AlCl3完全轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀,質(zhì)量為0.78 g (2)滴入20 mL NaOH溶液時(shí),生成的Al(OH)3沉淀完全溶解 (3)Al3+4OH- Al+2H2O (4)17.5 mL或7.5 mL 解析(4)當(dāng)有0.39 g Al(OH)3沉淀生成時(shí),有兩種情況:AlCl3過量,加入的NaOH使Al3+部分轉(zhuǎn)化成沉淀,依據(jù)Al3+3OH- Al(OH)3計(jì)算可知 用去NaOH溶液 7.5 mL;NaOH過量,Al3+全部參加反應(yīng)生成Al(OH)3沉淀后又部分溶解,計(jì)算可得用去NaOH溶液 17.5 mL。,3-1將一定質(zhì)量的鎂鋁混合物投入200 mL稀硫酸中,固體全部溶解后,向所得溶液中加入5 mol/L的NaOH溶液,生成沉淀的物質(zhì)的量與加入NaOH溶液的體積的關(guān)系如下圖所示: 則下列說法不正確的是() A.鎂和鋁的總質(zhì)量為9 g B.最初20 mL NaOH溶液用于中和過量的硫酸 C.硫酸的物質(zhì)的量濃度為2.5 mol/L,D.生成的氫氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11.2 L,D,答案D由圖像知,nMg(OH)2=0.15 mol,nAl(OH)3=0.35 mol-0.15 mol=0.2 mol,則m(Mg)=0.15 mol24 g/mol=3.6 g,m(Al)=0.2 mol27 g/mol=5.4 g,所以鎂和鋁的總質(zhì)量為9 g;最初20 mL NaOH溶液用于中和過量的硫酸;當(dāng)沉淀達(dá)到最大值時(shí),溶液中的溶質(zhì)只有Na2SO4,則有n(Na+)= 2n(S),即n(NaOH)=2n(H2SO4),所以,硫酸的物質(zhì)的量濃度為 =2.5 mol/L;0.15 mol Mg反應(yīng)生成的氫氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的 體積為3.36 L,0.2 mol Al反應(yīng)生成的氫氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為6.72 L,所以生成的氫氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為10.08 L,故選D項(xiàng)。,3-2某混合溶液中可能含有HCl、MgCl2、AlCl3、NH4Cl、Na2CO3、KCl中的一種或幾種物質(zhì),往該溶液中逐滴加入NaOH溶液,產(chǎn)生沉淀的物質(zhì)的量(n)與加入的NaOH溶液體積(V)的關(guān)系如圖所示。回答下列問題: (1)溶液中一定含有的溶質(zhì)是,一定不含有的溶質(zhì)是(填化學(xué)式)。 (2)溶液中可能含有的溶質(zhì)是(填名稱),判斷該物質(zhì)是否存在的,實(shí)驗(yàn)方法是,現(xiàn)象是。 (3)分別寫出AB段、BC段發(fā)生反應(yīng)的離子方程式: AB段為; BC段為。,答案(1)HCl、AlCl3、NH4ClMgCl2、Na2CO3 (2)氯化鉀焰色反應(yīng)透過藍(lán)色鈷玻璃觀察火焰顏色是否為紫色 (3)Al3+3OH- Al(OH)3 N+OH- NH3H2O 解析首先分析圖像中的拐點(diǎn)、斜線及水平線所表示的化學(xué)意義。OA段是NaOH溶液中和鹽酸;加入過量NaOH溶液,沉淀全部溶解,說明無MgCl2,有AlCl3;BC段是NaOH溶液與NH4Cl反應(yīng),故原溶液中一定含有AlCl3、HCl和NH4Cl,一定無MgCl2;又因?yàn)镠Cl與Na2CO3不能大量共存,所以一定無Na2CO3;原溶液中可能含有KCl,可用焰色反應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)。,