高中化学铝及其化合物讲义

铝及其化合物一铝的性质及应用1．铝的结构和存在铝位于元素周期表第三周期ⅢA族，原子结构示意图为。铝元素在地壳中含量丰富，仅次于硅。自然界中的铝全部以化合态存在。2．金属铝的物理性质银白色有金属光泽的固体，有良好的延展性、导电性和传热性等，密度较小，质地柔软。3．金属铝的化学性质写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：②2Al＋3Cl2=====点燃2AlCl3④2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑⑤2Al＋Fe2O3=====高温Al2O3＋2Fe(铝热反应)4．铝的用途纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。练习：铝与酸或碱反应的定量分析1.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、铝的物质的量之比为()A．3∶2B．2∶1C．3∶4D．4∶32.把铝粉和Fe3O4粉末配成铝热剂并等分成两份，第一份在高温下恰好完全反应，然后将生成物与足量盐酸充分反应；第二份直接加入足量的氢氧化钠溶液使之充分反应，前后两种情况下生成的气体在相同状况下的体积比是()A．1∶1B．9∶8C．3∶4D．4∶33．铝是中学化学学习阶段的唯一一种既能与酸(非氧化性酸)反应又能与强碱溶液反应放出H2的金属，就铝的这一特殊性质回答下列问题：(1)等质量的两份铝分别与足量的盐酸、氢氧化钠溶液反应，所得H2的体积之比是________。(2)足量的两份铝分别投入到等体积、等物质的量浓度的盐酸、氢氧化钠溶液中，产生H2的体积之比是________。(3)足量的两份铝分别投入到等体积、一定物质的量浓度的HCl、NaOH溶液中，二者产生的H2相等，则HCl和NaOH的物质的量浓度之比是________。(4)甲、乙两烧杯中各盛有100mL3mol·L－1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V(甲)∶V(乙)＝1∶2，则加入铝粉的质量为()A．5.4gB．3.6gC．2.7gD．1.8g4.甲、乙两烧杯中各盛有100mL3mol/L的硫酸和氢氧化钠溶液，向两烧杯中分别加入A克的铝粉，反应结束后测得生成的气体体积为甲:乙＝3:4，下列说法正确的是A．参加反应的H2SO4为0.2molB．参加反应的NaOH约为0.27molC．加入铝粉的质量A＝5.4D．与硫酸反应的铝粉的质量7.2g5.将两份铝分别置于盛有等体积的盐酸、NaOH溶液的两个烧杯中充分反应,测得生成氢气的体积均为3.36L(标准状况),且烧杯中均有固体剩余。下列说法错误的是(不考虑反应前后溶液体积的变化)A.两烧杯中消耗铝的质量相等B.c(HCl)=3c(NaOH)C.溶液的质量均增加2.4gD.所得溶液中溶质的物质的量浓度不等二铝的重要化合物1．氧化铝(1)物理性质：白色固体，难溶于水，有很高的熔点。(2)化学性质2．氢氧化铝(1)物理性质白色胶状不溶于水的固体，有较强的吸附性。(2)化学性质(用化学方程式表示)Al(OH)3的电离方程式为②受热分解：2Al(OH)3=====△Al2O3＋3H2O。(3)制备:①向铝盐中加入氨水，离子方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH＋4。②NaAlO2溶液中通入足量CO2，离子方程式为AlO－2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO－3。③NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合：3AlO－2＋Al3＋＋6H2O===4Al(OH)3↓。3．常见的铝盐(1)硫酸铝钾是由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的复盐。(2)明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O，它是无色晶体，可溶于水，水溶液pH7(填“”、“”或“＝”)。明矾可以净水，其净水的原理是Al3＋＋3H2O⇌Al(OH)3(胶体)＋3H＋，Al(OH)3胶体吸附水中杂质形成沉淀而净水。练习：制备Al(OH)3的最佳途径1．用含少量镁粉的铝粉制取纯净的氢氧化铝，下列操作步骤中最恰当的组合是()①加盐酸溶解②加烧碱溶液溶解③过滤④通入过量CO2生成Al(OH)3沉淀⑤加入盐酸生成Al(OH)3沉淀⑥加入过量烧碱溶液A．①⑥⑤③B．②③④③C．②③⑤③D．①③⑤③2．若甲、乙、丙三位同学用规定的药品制备Al(OH)3。规定必用的药品如下：350g70%H2SO4溶液，NaOH固体240g，足量铝屑、水(不能用其他药品)。甲、乙、丙用各自设计的方案制得Al(OH)3的质量分别是W1、W2、W3。三种实验方案如下：甲：铝→加NaOH溶液→加H2SO4溶液→W1gAl(OH)3乙：铝→加H2SO4溶液→加NaOH溶液→W2gAl(OH)3丙：铝→加H2SO4溶液铝→加NaOH溶液→W3gAl(OH)3试回答：(1)从充分利用原料、降低成本和提高产率等因素分析，实验方案最合理的是________。(2)三位学生制得的Al(OH)3，W1、W2、W3其质量由大到小的顺序是________________________________________________________________________。(3)制得Al(OH)3的最大质量是________。三用数形结合思想理解Al3＋、Al(OH)3、AlO－2之间的转化关系1．Al3＋、Al(OH)3、AlO－2之间的转化关系2．与Al(OH)3沉淀生成有关的图像分析(1)把强碱溶液逐滴加入到铝盐(Al3＋)溶液中至过量①现象：②有关反应：③图像：(2)把铝盐(Al3＋)溶液逐滴加入到强碱溶液中至过量①现象：②有关反应：③图像：(3)把强酸溶液逐滴加入到AlO－2溶液中至过量①现象：②有关反应：③图像：(4)向强酸溶液中逐滴加入AlO－2溶液至过量①现象：②有关反应：③图像：(5)往等物质的量的AlCl3、MgCl2混合溶液中加入NaOH溶液至过量①现象：②有关反应：③图像：(6)其他练习：Al3＋、Al(OH)3、AlO－2三者之间关系的定量分析1．如图表示AlCl3溶液与NaOH溶液相互滴加过程中微粒的量的关系曲线，下列判断错误的是()A．①线表示Al3＋的物质的量的变化B．x表示AlCl3的物质的量C．③线表示Al(OH)3的物质的量的变化D．④线表示AlO－2的物质的量的变化2．向物质的量浓度均为1mol·L－1的AlCl3和盐酸的混合溶液中逐滴滴入NaOH溶液，下图[n表示Al(OH)3的物质的量、V表示NaOH溶液的体积]能正确表示这个反应过程的是()3．向30mL1mol·L－1的AlCl3溶液中逐渐加入浓度为4mol·L－1的NaOH溶液，若产生0.78g白色沉淀，则加入的NaOH溶液的体积可能为()A．3mLB．7.5mLC．15mLD．17.5mL4.等体积的AlCl3和NaOH两种溶液混合后，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是()A.1∶3B.2∶3C.1∶4D.2∶75.将3.9g镁铝合金，投入到500mL2mol/L的盐酸中，合金完全溶解，再加入4mol/L的NaOH溶液，若要生成的沉淀最多，加入的这种NaOH溶液的体积是()A．125mLB．200mLC．250mLD．560mL6.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－1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。7.把由NaOH、AlCl3、MgCl2三种固体组成的混合物溶于足量水中，有0.58g白色难溶物析出，向所得溶液中逐滴加入0.5mol·L－1的盐酸，加入盐酸的体积和生成沉淀的质量如图所示：(1)混合物中NaOH的质量是________g；AlCl3的质量是________g；MgCl2的质量为________g。(2)C点表示盐酸加入的体积为________mL四Al的工业制备铝是地壳中含量最多的金属元素，在自然界主要以化合态形式存在于氧化铝中。铝土矿的主要成分是Al2O3，此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质，冶炼金属铝很重要的一个过程是Al2O3的提纯。由于Al2O3是两性氧化物，而杂质SiO2是酸性氧化物，Fe2O3是碱性氧化物，因而可设计出两种提纯氧化铝的方案。方案一：碱溶法讨论回答下列问题：(1)写出①、③两步骤中可能发生反应的离子方程式。(2)步骤③中不用盐酸(或H2SO4)酸化的理由是________________________________________________________________________________________________________。(3)步骤④中得到较纯的Al2O3，可能含有________杂质，在电解时它不会影响铝的纯度的原因：________________________________________________________________。方案二：酸溶法讨论回答下列问题：(1)写出①、②中可能发生反应的离子方程式。(2)步骤②中不用氨水沉淀Fe3＋的原因：____________________________________。课后练习1．下列物质中既能跟稀硫酸反应，又能跟氢氧化钠溶液反应的是()①NaHCO3②(NH4)2SO3③Al2O3④Al(OH)3⑤AlA．全部B．只有①③④⑤C．只有③④⑤D．只有②③④⑤2．相同质量的下列物质分别与等浓度的NaOH溶液反应，至体系中均无固体物质，消耗碱量最多的是()A．AlB．Al(OH)3C．AlCl3D．Al2O33．甲、乙两烧杯中分别装有相同体积、相同pH的氨水和NaOH溶液，各加入10mL0.1mol·L－1AlCl3溶液，两烧杯中都有沉淀生成。下列判断正确的是()A．甲中沉淀一定比乙中的多B．甲中沉淀可能比乙中的多C．甲中沉淀一定比乙中的少D．甲中和乙中的沉淀一定一样多4.向含有amolAlCl3的溶液中加入含bmolKOH的溶液中，生成沉淀的物质的量可能是（）①amol②bmol③a/3mol④b/3mol⑤0mol⑥(4a-b)molA.①②③④⑤⑥B.①③④⑤⑥C.①②③⑤⑥D.①③⑤5.agMg-Al合金完全溶解在c1mol/L、V1LHCl溶液中，产生bmolH2．再向反应后的溶液中加入c2mol/L、V2LNaOH溶液，恰好使沉淀达到最大值，且沉淀质量为dg．下列关系不正确的是（）A．d=a+34bB．c1V1=c2V2C．Al的质量为（24b-a）/9gD．与金属反应后剩余HCl为（c1V1-2b）mol