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2012届高考化学导学案专题复习：铝及其化合物 第7讲：铝及其化合物【内容与解析】本节课要复习的内容是铝作为金属的通性以及它的两个特性，Al2O3、Al（OH）3的两性与Al（OH）3分解的性质。铝的通性就是指的是铝能与非金属单质、酸、盐溶液反应。铝的特性中是铝能与NaOH反应以及铝能与比它稳定的金属氧化物发生铝热反应。Al2O3、Al（OH）3的两性就是指这两种物质能与酸碱反应生成盐与水。Al（OH）3的热稳定差。加热时能分解。【教学目标与解析】1教学目标（1）.Al2O3、Al(OH)3的两性及Al3、Al(OH)3、AlO2间的转化关系。（2）结合Al(OH)3的制备实验、计算及在生产生活中的应用进行综合考查。2目标解析（1）.Al2O3、Al(OH)3的两性及Al3、Al(OH)3、AlO2间的转化关系。就是指Al2O3、Al(OH)3既能与酸也能与碱反应生成盐与水，再一个就是氢氧化铝在加热的时候会分解。（2）结合Al(OH)3的制备实验、计算及在生产生活中的应用进行综合考查。就是指Al33NH3 H2O=Al(OH)33NH4 AlO2CO22H2O=Al(OH)3HCO3【问题诊断分析】本节的复习学习是高中知识的重要组成部分，本节中难在铝的两性上，再就是铝热反应与镁铝合金的计算问题。其重点是化学方程式与离子方程式的书写。【复习过程】一、铝的性质和用途 金属铝呈银白色，硬度小，密度小，熔点较高，和镁类似，铝的主要用途是制造铝合金，铝优良的导电性和密度小，使铝大量用来制作导线。铝元素位于元素周期表的第三周期第A族，化学性质比较活泼，在反应中多被氧化为Al3，如：铝可以在纯氧中燃烧：4Al3O2=点燃2Al2O3；铝与盐酸反应：2Al6HCl=2AlCl33H2；铝溶于NaOH溶液的反应：2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2；用镁条引燃铝粉和Fe2O3的混合物：2AlFe2O3=高温2FeAl2O3，这一反应也被称作铝热反应。二、铝的重要化合物1氧化铝氧化铝属于离子化合物，室温下，它是一种白色固体，熔点很高。氧化铝是冶炼铝的原料，也是一种较好的耐火材料。氧化铝属于典型的两性氧化物，与酸、强碱都能反应，请写出下列反应的化学方程式：氧化铝溶于盐酸：Al2O36HCl=2AlCl33H2O。氧化铝与烧碱溶液反应：Al2O32NaOH=2NaAlO2H2O。电解熔融的氧化铝：2Al2O3=电解4Al3O2。2氢氧化铝可溶性铝盐和氨水反应可制得Al(OH)3，它是一种难溶于水的白色胶状物质，具有较强的吸附能力。Al(OH)3受热易分解，是一种典型的两性氢氧化物。Al33OH?Al(OH)3?HAlO2H2O；Al(OH)3与盐酸反应：Al(OH)33H=Al33H2O；Al(OH)3与NaOH溶液反应：Al(OH)3OH=AlO22H2O； Al(OH)3受热分解的化学方程式：2Al(OH)3=Al2O33H2O。3明矾：KAl(SO4)2 12H2O明矾易 溶于水，完全电离：KAl(SO4)2=KAl32SO24，其水溶液因Al3水解而显酸性。三、Al3、Al(OH)3、AlO2间的转化关系 据下图写出下列转化的离子方程式：(1)Al3Al(OH)3 Al33NH3 H2O=Al(OH)33NH4；Al33AlO26H2O=4Al(OH)3； Al33OH=Al(OH)3。(2)Al(OH)3Al3 Al(OH)33H=Al33H2O。(3)Al3AlO2 Al34OH=AlO22H2O。(4)AlO2Al3 AlO24H=Al32H2O。(5)AlO2Al(OH)3NaAlO2溶液中通少量CO2：2AlO2CO23H2O=2Al(OH)3CO23。NaAlO2溶液中通入足量CO2：AlO2CO22H2O=Al(OH)3HCO33AlO2Al36H2O=4Al(OH)3；AlO2HH2O=Al(OH)3。(6)Al(OH)3AlO2Al(OH)3OH=AlO22H2O。网络构建铝及其重要化合物的转化关系热点1铝的性质1.位置和结构在元素周期表中的第三周期、A族，原子结构示意图为： 2化学性质(1)跟非金属反应常温下被O2氧化，生成致密氧化物保护膜。在纯氧或高温下剧烈燃烧，发出白光。4Al3O2 2Al2O3 2Al3S Al2S3(制备Al2S3的方法)(2)跟水反应困难(3)跟酸反应：常温下在浓H2SO4、浓HNO3中发生钝化。与非氧化性酸反应产生H2，如2Al6HCl=2Al Cl33H2。(4)跟强碱溶液反应：可简写为：2Al2 NaOH2H2O=2NaAlO23H2。(5)跟某些氧化物反应铝热反应2AlFe2O3 2FeAl2O3此反应放出大量的热，用于冶炼高熔点的金属或焊接金属。3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：2Al6HCl=2AlCl33H22Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2(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：VHCl H2 VNaOH H2 1：1。(2)足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠反应，产生氢气的体积比为：VHCl H2 VNaOH H2 1：3。(3)一定量的铝分别和一定量的盐酸和氢氧化钠反应若产生氢气的体积比为13 VHCl H2 VNaOH H2 11，则必定是：铝与盐酸反应时，铝过量而盐酸不足。 铝与氢氧化钠反应时，铝不足而氢氧化钠过量。【例1】 将5.4 g Al投入200.0 mL 2.0 mol/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( )AHNO3溶液 BBa(OH)2溶液 CH2SO4溶液 DHCl溶液解析 n(溶质)0.2 L2.0 mol/L0.4 mol。设酸为n元酸，若充分反应，有H2放出后金属有剩余，则5.4 g27 g/mol3 0.4 mol n 解得n 1.5，即n1。由于Al与HNO3作用不放出H2，故若为酸，则为盐酸；若为碱，则由2Al2OH2H2O=2AlO23H2知，0.4 mol OH需0.4 mol Al，Al不可能剩余。综上分析，正确答案为D。变式1 甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol L1的盐酸和氢氧化钠溶液，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1：2，则加入铝粉的质量为( )A5.4 g B3.6 g C2.7 g D1.6 g解析：根据铝与盐酸和铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式判断。若在含等物质的量的HCl和NaOH溶液中加入足量的铝粉，则产生的氢气体积比为1：3；若在含足量的HCl和NaOH溶液中分别加入等量的铝粉，则产生的氢气体积比为1：1。而题中实际为1：2，说明铝粉的量相对盐酸是过量的，而对NaOH是不足的。与前者反应的铝粉是2.7 g，而与后者反应的铝粉应为5.4 g，故选A。热点2铝的重要化合物1.氧化铝(典型的两性氧化物)(1)物理性质：白色难溶固体，可做耐火材料。(2)化学性质：Al2O36H=2Al33H2O Al2O32OH=2AlO2H2O2氢氧化铝(典型的两性氢氧化物)(1)物理性质：不溶于水的白色胶状物质，Al(OH)3胶体能凝聚水中悬浮物，吸附色素。(2)化学性质：A l(OH)33H=Al33H2O Al(OH)3OH=AlO22H2O 2Al(OH)3 = Al2O33H2O(3)制备： 因Al2O3不能与水化合，故不能用Al2O3直接制取Al(OH)3用铝盐(Al3)制取Al(OH)3加入氨水至沉淀完全，一般不用NaOH等强碱。Al33NH3 H2O=Al(OH)33NH4用铝屑、烧碱、稀H2SO4制取Al(OH)3法一：Al Al3 Al(OH)3； 法二： Al AlO2 Al(OH)3；每制取1 mol Al(OH)3，方法一耗H和OH各3 mol；方法二耗H和OH各1 mol；方法三耗H和OH各3/4 mol。故方法三最节省原料。3硫酸铝钾(1)硫酸铝钾由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成，电离时能产生两种阳离子。(2)明矾可作净水剂 。(3)硫酸铝钾具有Al3、SO24的性质。4“铝三角”及其应用(1)“铝三角”是指Al3、Al(OH)3、AlO2相互转化的三角关系(右图所示)。(2)应用制取Al(OH)3Al33NH3 H2O=Al(OH)33NH4 AlO2CO22H2O=Al(OH)3HCO3Al33AlO26H2O=4Al(OH)3离子共存问题a与Al3不能大量共存的离子有OH、S2、AlO2、HCO3、ClO、CO23等。例如：Al33ClO3H2O=Al(OH)33HClO Al33HCO3=Al(OH)33CO2。b与AlO2不能大量共存的离子有H、NH4、Al3、Fe3、HCO3、HSO3等。例如：AlO2NH4H2O=Al(OH)3NH3 3AlO2Fe36H2O=3Al(OH)3Fe(OH)3AlO2HCO3H2O=Al(OH)3CO23。【例2】 将氯化铝溶液和氢氧化钠溶液等体积混合，得到的沉淀物中含铝元素的质量与溶液中含铝元素的质量相等，则原氯化铝溶液与氢氧化钠溶液的物质的量浓度之比可能是( )1:3 2:3 1:4 2:7A B C D解析 沉淀物可以肯定是Al(OH)3，而溶液中的铝元素可能有两种存在形式。(1)若AlCl3过量，而NaOH的量不足，溶液中的铝元素应是以Al3形 式存在。AlCl33NaOH=Al(OH)33NaCl1 mol 3 mol 1 mol依据题意知溶液中还有1 mol AlCl3，c(AlCl3):c(NaOH)(11):32:3。(2)若AlCl3量不足，NaOH过量时，溶液中的铝元素以AlO2形式存在。AlCl33NaOHAl(OH)31 mol 3 mol 1 mol依题意溶解了0.5 mol Al(OH)3，设此时又消耗了NaOH的物质的量为n(NaOH)，Al(OH)3NaOH=NaAlO22H2O1 105 mol n(N aOH)n(NaOH)0.5 mol， c(AlCl3):c( NaOH)1:(30.5)2:7。答案 D变式2 铝是一种重要的金属。(1)铝在元素周期表中的位置是_。(2)生产中曾用铝热反应焊接钢轨，铝与氧化铁发生反应的化学方程式为_。(3)铝与NaOH溶液反应的离子方程式为：_；同温同压下，在浓度和体积均为100 mL 2 mol/L的盐酸及NaOH溶液中各加入等质量的Al，产生气体的体积比为5:6，则所加Al的质量为_。(4)以上述所得AlCl3溶液为原料制取无水AlCl3，先制得AlCl3 6H2O晶体，主要操作包括_，在干燥的HCl气流中加热AlCl3 6H2O晶体，能进一步制取无水AlCl3，其原因是(结合离子方程式简要说明)_解析：(3)2Al6HCl=2AlCl33H2，2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，由上述两个方程式可以看出，当盐酸与NaOH的物质的量相同时，产生H2的体积为1:3，现为5:6 1:3，故加入的Al相对盐酸过量，对NaOH不足。0.2 mol的HCl需Al的质量为1327 g/mol0.2 mol1.8 g，对应5份H2，当H2为6份时，铝的质量为651.8 g2.16 g即为所求。答案：(1)第3周期A族(2)2AlFe2O3 Al2O32Fe(3)2Al2OH2H2O=2AlO23H2 2.16 g(4)加热浓缩，冷却结晶，过滤 Al33H2O?Al(OH)33H，在干燥的HCl气流中，抑制AlCl3的水解，且带走AlCl3 6H2O晶体受热产生的水蒸气，故能得到AlCl3热点3有关氢氧化铝沉淀的计算1.铝盐与强碱的反应(以AlCl3与NaOH的反应为例)向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液时，发生的反应依次为：Al33OH=Al(OH)3 Al(OH)3OH=AlO22H2O生成的Al(OH)3与加入的NaOH的物质的量关系可用图象表示为(1)根据AlCl3和NaOH的物质的量计算生成的Al(OH)3的物质的量，结合反应的化学方程式及图象可知：当n(OH):n(Al3)3时， nAl(OH)313n(OH)。当3 n(OH):n(Al3) 4时，nAl(OH)3n(Al3)n(OH)3n(Al3)4n(Al3)n(OH)。当n(OH)?n(Al3)4时，nAl(OH)30。(2)根据Al(OH)3和AlCl3的物质的量，计算需要的NaOH的物质的量。由图象可以看出，AlCl3和生成的Al(OH)3为一定值时，加入的NaOH有两种情况：当NaOH不足时，n(NaOH)3nAl(OH)3。当NaOH过量时，n(NaOH)3n(Al3)n(Al3)nAl(OH)34n(Al3)nAl(OH)3。2偏铝酸盐与强酸的反应(以NaAlO2和盐酸的反应为例)向NaAlO2溶液中滴加稀盐酸时，发生的反应依次为：AlO2HH2O=Al(OH)3 Al(OH)33H=Al33H2O生成的Al(OH)3与加入的盐酸的物质的量的关系可用图象表示为：(1)根据NaAlO2和HCl的物质的量计算生成Al(OH)3的量结合反应的化学方程式及图象可知：当n(H):n(AlO2)1 时，nAl(OH)3n(H)。当1 n(H)?n(AlO2) 4时，nAl(OH)3n(AlO2)13n(H)n(AlO2)134n(AlO2)n(H)。当n(H):n(AlO2)4时，nAl(OH)30。(2)根据Al(OH)3和NaAlO2的物质的量计算需要的HCl的物质的量由图象可以看出，NaAlO2和生成的Al(OH)3为一定值时，加入的盐酸有两种情况：当盐酸不足时，n(HCl)nAl(OH)3。当盐酸过量时，n(HCl)n(AlO2)3n(AlO2)nAl(OH)34n(AlO2)3nAl(OH)3。 【例3】 在50 mL b mol/L的AlCl3溶液中加入50 mL a mol/L NaOH溶液。(1)当a3b时，生成Al(OH)3沉淀的物质的量为_。(2)当a、b满足_条件时，无沉淀产生。(3)当a、b满足_条件时，先有沉淀生成，后又有部分沉淀溶解，此时Al(OH)3的质量为_。解析 (1)依题意知，在AlCl3溶液中加入NaOH溶液有如下两反应发生：AlCl33NaOH=Al(OH)33NaClAlCl34NaOH=NaAlO23NaCl2H2O根据以上两反应可以看出：当a3b时只发生第一个反应，此时NaOH不足量，产生沉淀的量取决于NaOH，nAl(OH)313n(NaOH)0.05 a3 mol。(2)如果无沉淀生成，Al元素全部以AlO2形式存在，n(AlCl3):n(NaOH)1:4，即 a:b4:1，整理得a4b。(3)此种情况应当是两个反应均发生，铝元素以Al(OH)3和AlO2两种形式存在。符合关系：14 n AlCl3 n NaOH 13，即：14 ba 13，整理得：3b a 4b或a4 b a3。求沉淀的量方法很多。法一：联立方程法。设反应中，AlCl3物质的量为x，则Al(OH)3为x，NaOH为3x，反应中AlCl3物质的量为y，NaOH为4y，xy0.05b mol，3x4y0.05a mol.解得x(0.2b0.05a) mol0.05(4ba) mol。mAl(OH)378 g/mol0.05(4ba) mol3.9(4ba) g。法二：守恒法。此种条件下，溶液中的离子有：Na、Cl、AlO2。n(AlO2)n(Na)n(Cl)0.05a mol0.053b mol nAl(OH)3n(Al3)总n(AlO2)0.05b mol(0.05a mol0.15b mol)(0.2b0.05a) mol0.05(4ba) mol。mAl(OH)378 g/mol0.05(4ba) mol3.9(4ba) g。答案 (1)0.05a3 mol (2)a4b (3)a4 b a3或3b a 4b 3.9(4ba) g变式3 现有甲、乙两瓶无色溶液，已知它们可能是AlCl3溶液和NaOH溶液。现做如下实验：取440mL甲溶液与120mL乙溶液反应，产生1.56g沉淀；取120mL甲溶液与440mL乙溶液反应，也产生1.56g沉淀；取120mL甲溶液与400mL乙溶液反应，则产生3.12g沉淀；通过必要的计算和推理判定：(1)甲溶液为_溶液，其物质的量浓度是_mol L1；乙溶液为_溶液，其物质的量浓度是_mo l L1。(2)写出实验的有关离子方程式：_解析：由两步实验操作可知，甲溶液应为AlCl3溶液，乙溶液为NaOH溶液，由步操作所给量值可求出NaOH溶液物质的量浓度：1.56g78g mol130.12L0.5mol L1，再由中所给数据，(依据铝原子守恒)求AlCl3。设AlCl3溶液物质的量浓度为x，012x1.56g78g mol1(0.44L0.5mol L130.12x)则x0.5mol L1。答案：(1)AlCl3 0.5 NaOH 0.5 (2)Al3 3OH=Al(OH)3 Al(OH)3OH=AlO22H2O有关氢氧化铝沉淀的图象1在可溶性铝盐中逐滴加入NaOH溶液至过量。现象：立即产生白色沉淀渐多最多渐少消失Al33OH=Al(OH)3 Al(OH3)OH=AlO22H2O 总反应：Al34OH=A lO22H2O2在偏铝酸盐溶液中逐滴加入稀盐酸至过量。现象：立即产生白色沉淀渐多最多渐少消失AlO2HH2O=Al(OH)3 Al(OH)33H=Al33H2O 总反应：A lO24H=Al32H2O3在强碱溶液中逐滴加入铝盐溶液至过量。现象：无明显现象(局部产生白色沉淀，振荡消失)产生白色沉淀渐多最多(不消失)Al34OH=AlO22H2O Al33AlO26H2O=4Al(OH)34在强酸溶液中逐滴加入偏铝酸盐溶液至过量。现象：无明显现象(局部产生白色沉淀，振荡消失)产生白色沉淀渐多最多(不消失)AlO24H=Al32H2O Al33AlO26H2O=4Al(OH)35向Mg2与Al3的酸性溶液中逐滴加入强碱溶液现象：无明显现象出现沉淀渐多最多减少不变HOH=H2O Al33OH=Al(OH)3Mg22OH=Mg(OH)2 Al(OH)3OH=AlO22H2O结论：(1)实验不宜用Al3和强碱溶液、AlO2和强酸溶液反应来制备Al(OH) 3，宜用Al3和NH3 H2O或将CO2气体通入AlO2溶液中制备Al(OH)3。(2)Al3只存在于酸性溶液中，AlO2只存在于碱性溶液中，所以Al3和AlO2不能共存于同一溶液中。(3)Al(OH)3只能溶于强酸 或强碱溶液，不能溶于弱酸或弱碱溶液。特别提醒：(1)解图象试题应注意分析“四点”：“起点”、“折点 ”、“极点”、“终点”，利用原理引路，图文结合，对号入座。(2)当Al3与Mg2或Cu2或Fe3混合在一起，加入过量的NaOH溶液时，生成的沉淀先增大，后减小，但不能减小为0。【考例】 有一镁铝合金，用适量稀硫酸完全溶解，再加入氢氧化钠溶液，析出沉淀的质量与加入氢氧化钠的体积关系如图所示，原合金中镁铝的质量比为( )A4:3 B4:9 C8:9 D20:27解析 假定V(NaOH)单位为L，浓度为1 mol/L，则使Mg2、Al3沉淀需要NaOH 4 mol，将Al(OH)3溶解需要NaOH 1 mol，由方程式：NaOHAl(OH)3=NaAlO22H2O，可知有1 mol Al(OH)3，即1 mol Al3，Al33OH=Al(OH)3，使Al3沉淀 用去NaOH 3 mol，使Mg2沉淀用去NaOH 1 mol，由Mg22OH=Mg(OH)2知，含有Mg2 0.5 mol，即Mg、Al的物质的量分别为0.5 mol、1 mol，镁、铝的质量比为(24 g/mol0.5 mol)?(27 g/mol1 mol)4:9，答案为B。答案 B变式 将一定质量的Mg和Al的混合物投入500mL稀硫酸中，固体全部溶解并产生气体。待反应完全后，向所得溶液中加入NaOH溶液，生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液的体积关系如图所示。则下列说法正确的是 ( )AMg和Al的总质量为8 g B硫酸的物质的量浓度为5 mol/LC生成的H2在标准状况下的体积为11.2 L DNaOH溶液的物质的量浓度为5 mol/L解析：由图象可知，沉淀Mg(OH)2为0.15 mol，Al(OH)3为(0.350.1 5)0.20 mol，则镁和铝的总质量0.15 mol24 g/mol0.20 mol27 g/mol9 g，故A项不正确；由反应关系得：Al(OH)3NaOHNaAlO21 mol 1 mol0.20 mol c(NaOH)(0.24L0.20 L)求得c(NaOH)5 mol/L，即D选项符合题意。答案：D备选习题1.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，不能与碱反应解析：铝为活泼金属，常温下能与O2反应生成致密的氧化层；加热条件下与Cl2剧烈反应；Al、Al2O3既能与酸又能与碱反应。2.用一张已除去表面氧化膜的铝箔紧紧包裹在试管外壁(如图)，将试管浸入硝酸汞溶液中，片刻取出，然后置于空气中，不久铝箔表面生出“白毛”，红墨水柱 右端上升。根据实验现象判断下列说法错误的是( )A实验中发生的反应都是氧化还原反应 B铝是一种较活泼的金属C铝与氧气反应放出大量的热量 D铝片上生成的白毛是氧化铝和氧化汞的混合物解析：本题中涉及的反应有：2Al3Hg(NO3)2=2Al(NO3)33Hg,4Al3O2=2Al2O3，两个反应均为氧化还原反应 ；由题中所述现象“红墨水柱右端上升”，可推知试管中气体体积受热膨胀，意味着铝与氧气反应是放热反应。铝片上生成的“白毛”是氧化铝。3现有Al、Cl2、Al2O3、HCl(aq)、Al(OH)3、NaOH(aq)六种物质，它们之间有如图所示转化关系，图中每条线两端的物质之间都可以发生反应，下列推断不合理的是( )AN一定是HCl(aq) BX可能为Al或Cl2CY一定为NaOH(aq) DQ、Z中的一种必定为Al2O3解析：在Al、Cl2、Al2O3、HCl(aq)、Al(OH)3、NaOH(aq)中，只有NaOH(aq)能与Al、Cl2、Al2O3、HCl(aq)、Al(OH)3五