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(xiě)出圖中有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式 1 2 2Al 3Cl22AlCl3 3 4 2Al 2NaOH 2H2O2NaAlO2 3H2 5 2Al Fe2O3Al2O3 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(dòng)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(lái)冶煉大量的金屬鐵 銅等 要考慮冶煉成本 自測(cè)1判斷正誤 正確的劃 錯(cuò)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(cè)2依據(jù)Al單質(zhì)的性質(zhì) 思考并回答下列問(wèn)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(shuō) Al既有金屬性 又有非金屬性 你認(rèn)為這種說(shuō)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(huì)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(guò)堿中的H 來(lái)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(jiàn)的鋁鹽 自測(cè)3判斷正誤 正確的劃 錯(cuò)誤的劃 1 用坩堝鉗夾住一小塊用砂紙仔細(xì)打磨過(guò)的鋁箔在酒精燈上加熱 熔化后的液態(tài)鋁滴落下來(lái) 說(shuō)明金屬鋁的熔點(diǎn)較低 2 AlCl3溶液中加入過(guò)量稀氨水 Al3 4NH3 H2OAl 4N 2H2O 3 Al片溶于NaOH溶液中 產(chǎn)生氣體 2Al 2OH 2H2O2Al 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 3Ba2 6OH 2Al OH 3 3BaSO4 5 0 10mol L 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 3H2OAl 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(cè)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(wèn)題 1 寫(xiě)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(yáng)極產(chǎn)生的混合氣體的成分是 答案 1 2NaOH SiO2Na2SiO3 H2O 2NaOH Al2O32NaAlO2 H2O 2 CaSiO32Al CO2 3H2O2Al OH 3 C 合理即可 3 2Al2O3 熔融 4Al 3O2 O2 CO2 CO 解析 3 以石墨為電極 陽(yáng)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(wèn)題的處理 教師用書(shū)專(zhuān)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 6HCl2AlCl3 3H2 2Al 2NaOH 2H2O2NaAlO2 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 1 1 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 1 3 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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程中作陽(yáng)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(yáng)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1000 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(yáng)極上產(chǎn)生的O2氧化 4 4C 2H2O 4e 4HC O2 H2 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(guò)量 則在 過(guò)濾 所得濾液中一定含有過(guò)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(yáng)極反應(yīng)式為2O2 4e O2 O2會(huì)與石墨發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 從而消耗石墨 4 陽(yáng)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(yáng)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(wèn)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100mL3mol L 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(cè)得生成的氣體在相同狀況 下的體積比為V 甲 V 乙 1 2 則加入鋁粉的質(zhì)量為 A 5 4gB 3 6gC 2 7gD 1 8g 答案 1 1 1 2 1 3 3 3 1 4 A解析 1 根據(jù)化學(xué)方程式 2Al 6HCl2AlCl3 3H2 2Al 2NaOH 2H2O2NaAlO2 3H2 得Al與H2的關(guān)系式均為2Al 3H2 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(guò)量 產(chǎn)生的H2由HCl和NaOH的量決定 根據(jù)關(guān)系式 6HCl 3H2 2NaOH 3H2可知 當(dāng)HCl NaOH物質(zhì)的量相等時(shí) 產(chǎn)生H2的體積比為1 3 3 因?yàn)殇X足量且產(chǎn)生H2相等 則n HCl n NaOH 3 1 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 3 1 4 V 甲 V 乙 1 2 說(shuō)明此時(shí)投入的鋁粉對(duì)鹽酸來(lái)說(shuō)是過(guò)量的 而對(duì) NaOH來(lái)說(shuō)是不足的 2Al 6HCl2AlCl3 3H2 6mol3mol3mol L 1 0 1L0 15mol則Al與NaOH反應(yīng)生成的H2為0 15mol 2 0 3mol 2Al 2NaOH 2H2O2NaAlO2 3H2 2 27g3mol5 4g0 3mol即投入的鋁粉為5 4g 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 3mol L 1鹽酸B 4mol L 1HNO3溶液C 8mol L 1NaOH溶液D 18mol L 1H2SO4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 AlAl OH 3 不宜用強(qiáng)酸 途徑三 Al3 3Al 6H2O4Al OH 3 2 判斷離子共存問(wèn)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(kāi)始無(wú)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(yáng)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 H2OAl 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 2H2O2NaAlO2 3H2 2Al 3H2SO4Al2 SO4 3 3H2 2Al 6HCl2AlCl3 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(guò)程中微粒的量的關(guān)系曲線 下列判斷錯(cuò)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 4OH Al 2H2O 3Al Al3 6H2O4Al 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1 1 Al OH 3減少的物質(zhì)的量與Al增加的物質(zhì)的量之比為1 1 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4 1 不符合圖像 2 2Al OH 3是治療胃酸過(guò)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 AlAl2 SO4 3Al OH 3方案二 AlNaAlO2Al 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(wèn)題是 2 請(qǐng)用相同的原料設(shè)計(jì)一個(gè)更為節(jié)約藥品的方案 請(qǐng)寫(xiě)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 3H2SO4Al2 SO4 3 3H2 2Al 2NaOH 2H2O2NaAlO2 3H2 Al2 SO4 3 6NaAlO2 12H2O8Al 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(wú)沉淀生成 分析以上三個(gè)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 n Al OH 3 n OH 當(dāng) 4時(shí) 所得沉淀的物質(zhì)的量 n Al OH 3 0 考點(diǎn)三與Al OH 3相關(guān)問(wèn)題的處理 教師用書(shū)專(zhuān)用 當(dāng)3 4時(shí) 所得沉淀的物質(zhì)的量 n Al 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20mL某物質(zhì)的量濃度的AlCl3溶液中滴入2mol L 1NaOH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(wèn)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 39g 則此時(shí)用去NaOH溶液的體積為 答案 1 滴入15mLNaOH溶液時(shí)AlCl3完全轉(zhuǎn)化為Al OH 3沉淀 質(zhì)量為0 78g 2 滴入20mLNaOH溶液時(shí) 生成的Al OH 3沉淀完全溶解 3 Al3 4OH Al 2H2O 4 17 5mL或7 5mL解析 4 當(dāng)有0 39gAl OH 3沉淀生成時(shí) 有兩種情況 AlCl3過(guò)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 5mL NaOH過(guò)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 5mL 3 1將一定質(zhì)量的鎂鋁混合物投入200mL稀硫酸中 固體全部溶解后 向所得溶液中加入5mol 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(shuō)法不正確的是 A 鎂和鋁的總質(zhì)量為9gB 最初20mLNaOH溶液用于中和過(guò)量的硫酸C 硫酸的物質(zhì)的量濃度為2 5mol L D 生成的氫氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11 2L D 答案D由圖像知 n Mg OH 2 0 15mol n Al OH 3 0 35mol 0 15mol 0 2mol 則m Mg 0 15mol 24g mol 3 6g m Al 0 2mol 27g mol 5 4g 所以鎂和鋁的總質(zhì)量為9g 最初20mLNaOH溶液用于中和過(guò)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 5mol L 0 15molMg反應(yīng)生成的氫氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為3 36L 0 2molAl反應(yīng)生成的氫氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為6 72L 所以生成的氫氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為10 08L 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(wèn)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(xiě)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(guò)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 NH3 H2O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(guò)量NaOH溶液 沉淀全部溶解 說(shuō)明無(wú)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(wú)MgCl2 又因?yàn)镠Cl與Na2CO3不能大量共存 所以一定無(wú)Na2CO3 原溶液中可能含有KCl 可用焰色反應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)