铝及其化合物-提高.doc

1、铝及其化合物铝及其化合物审稿：曹玉婷责 编: 宋杰【学习目标】【学习目标】1、铝的性质；2、铝的重要化合物及其相互转化。【要点梳理】【要点梳理】要点一、铝1铝的原子结构和物理性质：元素符号原子结构原子半径化合价颜色密度(gcm-3)熔点沸点硬度13Al1.4310-10m+3银白色2.70660.42467较软2化学性质Al-3e-=Al3+（1）与非金属反应：a、铝与氧气的反应。【高清课堂：【高清课堂：铝及其化合物】实验探究：加热有氧化膜和无氧化膜的铝箔实验步骤实验现象实验结论（1）用坩埚钳夹住一小块铝箔在酒精灯上加热至熔化， 轻轻晃动， 仔细观察铝箔熔化，失去光泽，熔化的铝并不滴落在常温下

2、，铝能与空气中的氧气反应，生成一层致密的氧化物薄膜。加热时反应加剧，生成白色固体，放出大量的热，4Al+3O22Al2O3铝是一种活泼金属，构成薄膜的 Al2O3的熔点（2050）高于 Al 的熔点（660）（2）另取一块铝箔，用砂纸仔细打磨（或在酸中处理后，用水洗净） ，除去表面的保护膜， 再加热至完全熔化， 观察现象b、与其它非金属反应：2Al+3SAl2S32Al+3Cl22AlCl3（2）与酸反应：（3）与碱反应2Al+2H2O+2NaOH2NaAlO2+3H2 2Al+2H2O+2OH2AlO2+3H2要点诠释：要点诠释：铝是一种较活泼的金属，它并不直接与碱反应，铝与氢氧化钠溶液的反

3、应，实际分两步进行：首先要铝与水反应：2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2由于生成的 Al(OH)3覆盖在 Al 的表面，故看不到 H2的生成；其次是生成的 Al(OH)3是两性氢氧化物，它溶于 NaOH：Al(OH)3+NaOHNaAlO2+2H2O所以铝与 NaOH 溶液反应可以看到有气体产生。将两反应式按+2 合并，即得总反应式：2Al+2H2O+2NaOH 2NaAlO2+3H2。所以在上述反应中 Al 是还原剂，H2O 是氧化剂。其电子转移情况可表示如下：Al 与酸、碱反应产生同量的 H2，消耗 Al 的物质的量之比为 11，消耗盐酸和 NaOH 的物质的量之比为 31。酸、碱、

4、盐可直接侵蚀铝的保护膜（氧化铝也能与酸或碱反应）以及铝制品本身，因此铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性、碱性或咸的食物。铝热反应：Al+MxOyAl2O3+xM铝热反应的应用：冶炼高熔点金属，如 Fe、V、Cr、Mn 等或焊接钢轨。3用途：铝主要用来制轻合金。要点二、铝的化合物1氧化铝（Al2O3）(1)物理性质：白色难熔固体、不溶于水。(2)化学性质：Al2O3是典型的两性氧化物，既能与酸反应又能与强碱溶液反应。与强酸：Al2O3+6H+=2Al3+3H2O与强碱：Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O(3)用途：耐火材料、制取铝的原料。【高清课堂：【高清课堂：铝及其化合物】2氢氧化铝

5、Al(OH)3(1)Al(OH)3的物理性质：Al(OH)3是不溶于水的白色胶状沉淀，是典型的两性氢氧化物，能凝聚水中的悬浮物，又有吸附色素的性能。(2)Al(OH)3的两性：当与强酸反应：Al(OH)3+3H+=Al3+3H2O（加酸促使电离平衡向碱式电离方向移动）当与强碱溶液作用：Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O（加碱促使电离平衡向酸式电离方向移动）(3)Al(OH)3的制取：铝盐与碱反应：用铝盐与可溶性弱碱氨水反应制 Al(OH)3：Al3+3NH3H2O=Al(OH)3+3NH4+说明：制取 Al(OH)3也可用铝盐与强碱作用，但应严格控制加入碱的量，因为强碱过量会使制得的

6、 Al(OH)3转化为偏铝酸盐：Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O。所以，实验室一般不采用这种方法制 Al(OH)3。偏铝酸盐与酸反应：一般用向偏铝酸盐溶液中通入 CO2的方法制取 Al(OH)3。当 CO2不足或适量时：CO2+2AlO2-+3H2O=2Al(OH)3+CO32-，CO2过量时：CO2+AlO2-+2H2O=Al(OH)3+HCO3-。说明：一般不用强酸，因为强酸的量控制不当会使制得的 Al(OH)3溶解：AlO2-+H+H2O=Al(OH)3 Al(OH)3+3H+=Al3+3H2O(4)Al(OH)3的用途：净水。明矾净水原理明矾（KAl(SO4)212H2O）

7、溶于水发生下列反应：KAl(SO4)2=K+Al3+2SO42-Al3+3H2O = 2Al(OH)3（胶体）+3H+Al(OH)3胶体中胶粒有吸附水中悬浮杂质的作用，使其质量增大，沉降水底，达到净化水的目的。要点三、“铝三角”及其之间的相互转化【高清课堂：【高清课堂：铝及其化合物】1Al3+Al(OH)3（1）可溶性铝盐与少量的强碱反应：Al3+3OH(少量)Al(OH)3（2）可溶性铝盐与氨水反应：Al3+3NH3H2OAl(OH)3+3NH4+2Al(OH)3Al3+Al(OH)3+3H+Al3+3H2O3Al3+AlO2可溶性铝盐与过量的强碱反应：Al3+4OH(过量)AlO2+2H2

8、O4AlO2Al3+偏铝酸盐溶液与足量的强酸反应：AlO2+4H+Al3+2H2O5AlO2Al(OH)3（1）偏铝酸钠溶液中加入少量强酸：AlO2+H+(少量)+H2OAl(OH)3（2）偏铝酸钠溶液中通入 CO2：2AlO2+CO2(少量)+3H2O2Al(OH)3+CO32AlO2+CO2(过量)+2H2OAl(OH)3+HCO36Al(OH)3AlO2Al(OH)3溶于强碱溶液：Al(OH)3+OHAlO2+2H2O要点诠释要点诠释： （1）由 Al3+制备 Al(OH)3，宜用 Al3+与氨水反应。一般不用强碱，因为过量的强碱会使 Al(OH)3溶解转化为偏铝酸盐。（2）由 AlO2

9、制备 Al(OH)3，宜用 CO2与 AlO2反应。一般不用强酸，因为过量的强酸会使 Al(OH)3溶解转化为铝盐。要点四、有关 Al(OH)3沉淀的图像分析及有关计算1相关图像（1） NH3H2O 滴入 AlCl3溶液中（2）CO2通入 NaAlO2溶液中Al3+3NH3H2O=Al(OH)3+3NH4+AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3+HCO3-2AlO2-+CO2+3H2O=2Al(OH)3+CO32-（3）NaOH 滴入 AlCl3溶液中Al3+3OH-=Al(OH)3Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O（4）AlCl3滴入 NaOH 溶液中Al3+4OH-=AlO

10、2-+2H2O3AlO2-+Al3+6H2O=4Al(OH)3（5）HCl 滴入 NaAlO2溶液中AlO2-+H+H2O=Al(OH)3Al(OH)3+3H+=Al3+3H2O（6）NaAlO2溶液滴入 HCl 中AlO2-+4H+=Al3+2H2OAl3+3AlO2-+6H2O=4Al(OH)32滴加过程中铝元素的存在形式分析（1）向 1 L 1 mol/L 的 AlCl3溶液中滴加 NaOH 溶液（2）向 1 L 1 mol/L 的 NaAlO2溶液中滴加稀盐酸【典型例题】【典型例题】类型一：铝与 NaOH 溶液的反应例题 1甲、 乙两烧杯中各盛有 100 mL 3 mol/L 的盐酸和

11、 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 12，则加入铝粉的质量为（）A5.4 gB3.6 gC2.7 gD1.8 g【答案】A【解析】2Al+6HCl2AlCl3+3H22Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2由反应方程式可知，若在等物质的量浓度的盐酸和 NaOH 溶液中分别加入足量铝，反应时产生 H2的体积之比 13，现在产生 H2的体积之比为 12，说明铝粉的量相对于盐酸来说是过量的，对于 NaOH 来说是不足量的，所以与盐酸反应的铝粉质量为 2.7 g，与 NaOH 反应的铝粉质量为 5.4 g。【总结升华】因为铝与 NaOH 溶液

12、反应是一个较为特殊的反应，所以当铝与 NaOH 溶液在同一题目中出现时，往往要用到 2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2这一关系来解。举一反三举一反三：【变式 1】取两份等质量的铝粉，分别与足量的盐酸、浓氢氧化钠溶液反应，在相同情况下产生的气体体积之比是（）A11B12C13D32【答案】A【变式 2】下列关于金属元素特征的叙述正确的是（ ）（1）金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性；（2）金属元素在化合物中只显正价；（3）金属性越强的元素相应的离子氧化性越弱；（4）价电子越多的金属原子金属性越强；（5）离子化合物一定含金属元素A、(1)(2)(3)B、(2)(3)C、(1)

13、(4)(5)D、全部【答案】B【解析】(1)对于变价金属中，较低价态的金属离子既有氧化性，又有还原性，如 Fe2+。(2)金属元素的原子只具有还原性，故在化合物中只显正价。(4)金属性的强弱要看失电子的难易。（5）离子化合物不一定含金属元素，如 NH4Cl。类型二：Al2O3、Al(OH)3的性质与制法例题 2既能与盐酸反应又能与氢氧化钠溶液反应的化合物是（）AlNaHCO3Al2O3Mg(OH)2Al(OH)3ABCD【答案】C【解析】注意审题，题目要求是“化合物”，防止错选 A。特别提示：两性物质是指既能与酸反应又能与碱反应生成盐和水的化合物。两性氧化物有 Al2O3、ZnO 等，两性氢氧

14、化物有 Al(OH)3、 Zn(OH)2等。 定义中的酸指非氧化性强酸溶液， 碱指强碱溶液， 其实质是与 H+和 OH反应。弱酸的铵盐如(NH4)2CO3、(NH4)2S 等、弱酸的酸式盐（如 NaHCO3）均既能与强酸（H+）反应又能与强碱（OH）反应，但它们不属于两性物质。举一反三举一反三：【变式 1】氧化铝熔点很高，常用于制造耐火材料，例如制作坩埚，下列操作不能在氧化铝坩埚中进行的是（）A加热使 CuSO45H2O 失水B加热使 KMnO4分解C加热熔化烧碱D加热分解碱式碳酸铜【答案】C类型三：“铝三角”及其转化例题 3向 50 mL 1 molL1的 Al2(SO4)3溶液中加入 10

15、0 mL KOH 溶液，充分反应后得到 3.9 g 沉淀，则KOH 溶液的物质的量浓度可能是（）A1 molL1B3 molL1C1.5 molL1D3.5 molL1【答案】C、D【解析】方法一：根据 Al3+的物质的量与沉淀 Al(OH)3的物质的量比较可推测 KOH 溶液的两种情况：（1）当加入 KOH 不足量时，313.9g(KOH)3 Al(OH) 30.15mol78g molnn ，故10.15mol(KOH)1.5mol L0.1Lc。（2）当加入 KOH 过量时，n (KOH)=4n (Al3+)n Al(OH)3=0.4 mol0.05 mol=0.35 mol。故10.3

16、5mol(KOH)3.5mol L0.1Lc。方法二：用图像法求解，如图所示，用纵坐标表示生成的 Al(OH)3的物质的量，横坐标表示 KOH 的物质的量。当生成沉淀 0.05 mol 时，需 KOH 的物质的量为 0.15 mol 或 0.35 mol。【总结升华】本题易漏选答案 D，原因是未考虑到 3.9 g 沉淀可以是 Al(OH)3被过量的 KOH 溶液溶解了一部分而剩余部分沉淀的情况。举一反三举一反三：【变式 1】等体积的 AlCl3和 NaOH 溶液混合后，沉淀物中含铝的质量与溶液中含铝的质量相等，则 AlCl3和 NaOH 两种溶液的物质的量浓度之比为（ ）A、13B、23C、1

17、4D、27【答案】B、D【解析】AlCl3和 NaOH 溶液混和有沉淀物生成，可能有两种情况：NaOH 不足量，NaOH 部分过量。假设溶液中含有 2mol 的 AlCl3，如果为第一种情况生成 Al(OH)3沉淀的物质的量与未反应的 AlCl3物质的量相等，所以耗 NaOH 3mol。则答案为 B。如果为第二种情况，则生成 1mol 的 Al(OH)3，1mol 的 AlO2-，共消耗NaOH 为 7mol。所以答案为 D。【变式 2】向 50mL1mol/L 的 AlCl3溶液中加入 0.2mol/L 的 NaOH 溶液，生成沉淀 1.56g，需 NaOH 溶液多少 mL?【解析】当 Na

18、OH 不足时：3NaOHAl(OH)3378x1.56解得 x=0.06molV(NaOH)=0.3L=300mL当 NaOH 过量时：Al3+3NaOHAl(OH)31mol3mol78g0.05molyx解得 x=3.9gy=0.15molAl(OH)3NaOH78g1mol(3.9-1.56)gz解得 z=0.03moln(NaOH)=0.15+0.03 =0.18(mol)V(NaOH)=0.9L=900mL另解： nAl(OH)3=4n(Al3+) n(OH-)nAl(OH)3=1.56/78 = 0.02(mol) 0.02 = 40.05 - n(OH-)n(OH-) = 0.1

19、8molV(NaOH)=0.18/0.2 =0.9L=900mL类型四：与 Al(OH)3、Al3+、AlO2有关的图像例题 4把 x 溶液（或气体）慢慢加入（或通入）到一定量的 y 溶液中，产生的沉淀量与加入 x 物质的量的关系如图所示，符合图中曲线的是（ ）A、x 为 CO2，y 为 Ca(OH)2B、x 为 NH3H2O，y 为 AlCl3C、x 为 NaOH，y 为 AlCl3D、x 为 HCl，y 为 NaAlO2【答案】D【解析】CO2通入 Ca(OH)2溶液中可产生碳酸钙沉淀，继续通 CO2沉淀溶解而生成 Ca(HCO3)2溶液。氨水加入 AlCl3溶液产生沉淀，但过量不溶，方程

20、式为：Al3+3NH3H2O=Al(OH)3+3NH4+NaOH 溶液滴加到 AlCl3溶液中生成 Al(OH)3沉淀，继续加入沉淀溶解生成偏铝酸盐。AlCl3+3NaOH=Al(OH)3+3NaCl Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O盐酸加入到 NaAlO2溶液中，先生成 Al(OH)3沉淀，继续加入沉淀溶解生成三价铝盐。HCl+NaAlO2+H2O=Al(OH)3+NaCl Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O从观察方程式的系数，定量角度分析。举一反三举一反三：【变式 1】有一透明溶液，可能含有 Al3+、Fe3+、K+、NH4+、Mg2+和 Cu2+等离子中的一种

21、或几种。现加入Na2O2粉末只有无色无味的气体放出，并同时析出白色沉淀。加入 Na2O2的量与生成白色沉淀的量之间的关系用下图来表示。试推断：（1）原溶液中一定含有_。（2）一定不含有_。（3）可能含有_。（4）为了进一步确定可能含有的离子，应增加的实验操作为_。【答案】 （1）Al3+和 Mg2+（2）Fe3+、NH4+、Cu2+（3）K+（4）焰色反应【解析】向溶液里加入过氧化钠粉末，会发生 Na2O2和 H2O 的反应，生成 NaOH 和 O2。因题目中没有刺激性气味气体产生，说明原溶液中不含有 Fe3+和 NH4+。又因生成的沉淀是白色的，所以原溶液中不含有 Fe3+和 Cu2+。根据

22、图中曲线的变化，表明随 Na2O2的加入（即 NaOH 的形成） ，白色沉淀逐渐增多，后来又逐渐减少，最后保持不变，说明原溶液中一定含有 Al3+和 Mg2+。K+可能存在，可通过焰色反应来检验。规律总结：解答图像计算题，必须抓住有关化学原理和有关物质的性质，结合图像的特点，综合分析逐步计算求解，其关键是抓住图像四点（原点、交点、转折点、终点） ，数形结合，分析计算。【变式 2】 向 20 mL 某物质的量浓度 AlCl3溶液中滴入 2 molL1NaOH 溶液时，得到 Al(OH)3沉淀质量与所滴加 NaOH 溶液的体积（mL）关系如右图所示，试回答下列问题：（1）图中 A 点表示的意义是_。（2）图中 B 点所示的意义是_。（3）上述两反应用总的离子方程式可表示为_。（4）假若溶液中有 Al(OH)3沉淀 0.39 g，则此时用去 NaOH 溶液的体积为_。【答案】 （1）加入 NaOH 溶液 15 mL 时，沉淀达到最多，质量为 0.78 g（2）当 NaOH 溶液达到 20 mL 时，生成的沉淀恰好全部溶液（3）Al3+4OHAlO2+2H2O（4）7.5 mL 或 17.5 mL