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课时13铝及其化合物1金属铝与酸、碱反应的本质及定量计算。(1)铝与酸、碱反应的实质是什么?氧化剂是什么?(2)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的体积之比是多少?为什么?(3)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的体积之比是多少?为什么?(4)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多少?为什么?(5)甲、乙两烧杯中各盛有100mL3mol·L-1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.1.8g【答案】(1)铝与酸反应的实质是AlAl3+、2H+H2；与碱反应的实质是Al和H2O反应生成Al(OH)3和H2、Al(OH)3再与OH-反应生成Al-2O；氧化剂分别为酸和水。(2)1∶1；根据化学方程式：2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑得Al与H2的关系式均为2Al~3H2，故只要参加反应的Al相等，所得H2的体积必相等。(3)1∶3；因为在反应中Al过量，产生的H2由HCl和NaOH的量决定，根据化学反应中的关系式：6HCl~3H2、2NaOH~3H2，当HCl、NaOH物质的量相等时，二者产生H2的体积比为1∶3。(4)3∶1；因为铝足量且产生H2相等，根据(3)中的关系式n(HCl)∶n(NaOH)=3∶1，又因为两溶液体积相等，故物质的量浓度c(HCl)∶c(NaOH)=n(HCl)∶n(NaOH)=3∶1。(5)A【解析】(5)生成的气体体积比为V(甲)∶V(乙)=1∶2，说明铝与盐酸反应时铝过量，铝和NaOH反应时NaOH过量，根据关系式：2Al~6HCl~3H22630.1mol0.3mol0.15mol2Al~2NaOH~3H22230.2mol0.2mol0.3mol故铝的物质的量为0.2mol，m(Al)=5.4g。2(2014·新课标Ⅰ卷)下列反应中，反应后固体物质增重的是()A.氢气通过灼热的CuO粉末B.二氧化碳通过Na2O2粉末C.铝与Fe2O3发生铝热反应D.将锌粒投入Cu(NO3)2溶液【答案】B【解析】氢气能夺取CuO中的氧，使固体质量减小，A项错误；Na2O2粉末能夺取二氧化碳中相当于CO的成分形成Na2CO3，固体质量增加，B项正确；铝与Fe2O3发生铝热反应生成铁和氧化铝，反应前后均是固体，固体质量不变，C项错误；锌粒投入Cu(NO3)2溶液，相对原子质量较大的锌置换出相对原子质量较小的铜，固体质量减小，D项错误。3.用一张已除去表面氧化膜的铝箔紧紧包裹在试管外壁(如右图)，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【答案】D【解析】过程中发生了两个反应，第一个反应是铝与硝酸汞反应置换出汞；第二个反应是铝和汞形成原电池，铝很容易被空气中的氧气氧化生成氧化铝，反应放热。4.(2013·山东高考)足量下列物质与相同质量的铝反应，放出氢气且消耗溶质物质的量最少的是()A.氢氧化钠溶液B.稀硫酸C.盐酸D.稀硝酸【答案】A【解析】Al与稀硝酸反应不产生氢气，D项错；Al与A、B、C反应的关系式为2Al~2NaOH、2Al~3H2SO4、2Al~6HCl，由此可知消耗NaOH的物质的最少，A项正确。5.(2015·上海徐汇二模)将表面已完全钝化的铝条插入下列溶液中，不会发生反应的是()A.稀硝酸B.硝酸铜C.稀盐酸D.氢氧化钠【答案】B【解析】表面已完全钝化的铝条的表面物质是氧化铝，氧化铝属于两性氧化物，能溶于强酸、强碱溶液，但和硝酸铜不反应，故选B。6.(2013·重庆高考)合金是建造航空母舰的主体材料，航母升降机可由铝合金制造。(1)铝元素在周期表中的位置为。工业炼铝的原料由铝土矿提取而得，提取过程中通入的气体为。(2)Al-Mg合金焊接前用NaOH溶液处理Al2O3膜，其化学方程式为。焊接过程中使用的保护气为(填化学式)。【答案】(1)第3周期ⅢA族CO2(2)Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2OAr【解析】(1)Al在周期表中的第3周期ⅢA族；将NaAlO2转化为Al(OH)3，通入的气体是CO2。(2)Al2O3为两性氧化物，与NaOH溶液反应生成NaAlO2和H2O；由于Mg与O2、N2、CO2在高温下剧烈反应，故Al-Mg合金焊接用Ar作保护气。7工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，杂质为Fe2O3和SiO2)为原料冶炼铝的工艺流程之一如下图。下列叙述不正确的是()A.沉淀甲为SiO2B.生成沉淀乙的反应为Fe3++3OH-Fe(OH)3↓C.溶液乙中含有Al-2OD.反应③为2Al-3O+CO2+3H2O2Al(OH)3↓+C2-3O【答案】D【解析】由分离流程可知，SiO2和盐酸不反应，先加过量盐酸，沉淀甲为SiO2，溶液甲为氯化铝和氯化铁的混合液，再加过量的NaOH溶液，生成沉淀乙为Fe(OH)3，溶液乙中含NaAlO2，向偏铝酸钠溶液中通入过量的二氧化碳可以生成Al(OH)3沉淀，则沉淀丙为Al(OH)3，Al(OH)3加热分解可以得到氧化铝，电解氧化铝生成Al。反应③通入的是过量的二氧化碳，则生成的产物是氢氧化铝和碳酸氢钠，正确的离子方程式为Al-2O+CO2+2H2OAl(OH)3↓+HC-3O。8(2014·江苏高考)烟气脱硫能有效减少二氧化硫的排放。实验室用粉煤灰(主要含Al2O3、SiO2等)制备碱式硫酸铝[Al2(SO4)x(OH)6-2x]溶液，并用于烟气脱硫研究。(1)酸浸时反应的化学方程式为；滤渣Ⅰ的主要成分为(填化学式)。(2)加CaCO3调节溶液的pH至3.6，其目的是中和溶液中的酸，并使Al2(SO4)3转化为Al2(SO4)x(OH)6-2x。滤渣Ⅱ的主要成分为(填化学式)；若溶液的pH偏高，将会导致溶液中铝元素的含量降低，其原因是(用离子方程式表示)。(3)上述流程中经完全热分解放出的SO2量总是小于吸收的SO2量，其主要原因是；与吸收SO2前的溶液相比，热分解后循环利用的溶液的pH将(填“增大”、“减小”或“不变”)。【答案】(1)Al2O3+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2OSiO2(2)CaSO43CaCO3+2Al3++3S2-4O+3H2O2Al(OH)3+3CaSO4+3CO2↑(3)溶液中的部分S2-3O被氧化成S2-4O减小【解析】(1)粉煤灰中的Al2O3能与H2SO4反应生成Al2(SO4)3，而SiO2不能与H2SO4反应，因而滤渣Ⅰ为SiO2。(2)滤液为Al2(SO4)3，与CaCO3反应生成微溶物CaSO4，因而滤渣Ⅱ为CaSO4；溶液中存在Al3++3H2OAl(OH)3+3H+、CaCO3+2H+Ca2++H2O+CO2↑，溶液的pH偏高，碱性增强，会促进Al3+水解，铝元素容易转化为Al(OH)3沉淀而导致溶液中铝元素含量降低。(3)SO2在水中溶解度较大且SO2溶于水生成H2SO3，且加热时部分H2SO3会被氧化为酸性更强的H2SO4，因而比吸收SO2前酸性增强，pH减小。9.下列物质既能跟稀硫酸反应，又能跟氢氧化钠溶液反应的是()①NaHCO3②(NH4)2SO3③Al2O3④Al(OH)3⑤AlA.①②③④⑤B.①③④⑤C.③④⑤D.②③④⑤【答案】A【解析】NaHCO3属于酸式盐，既能与酸反应，又能与碱反应；(NH4)2SO3与硫酸反应生成SO2，与氢氧化钠溶液反应生成氨气；Al2O3、Al(OH)3与稀硫酸反应生成硫酸铝和水，与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水；Al与稀硫酸反应生成硫酸铝和氢气，与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气。10.下列各组物质的无色溶液，不用其他试剂即可鉴别的是(填序号)。①NaOH、AlCl3②NaHCO3、H2SO4③NaAlO2、NaHSO4④Na2CO3、HCl⑤Na2CO3、NaHCO3、Ca(OH)2【答案】①③④【解析】①③④中相互滴加其现象不同：①中当刚滴入就出现白色沉淀，其滴入的是NaOH，当刚滴入没有出现白色沉淀，其滴入的是AlCl3；③中当刚滴入就出现白色沉淀，其滴入的是NaHSO4，当刚滴入没有出现白色沉淀，其滴入的是NaAlO2；④中当刚滴入就有气体放出，其滴入的是Na2CO3，当刚滴入没有气体放出，其滴入的是HCl；②中无论怎么滴加，均立即有气体放出；⑤中两两混合，无现象的是Na2CO3与NaHCO3，再用余下的Ca(OH)2与Na2CO3、NaHCO3混合，其现象一致，无法鉴别。11.(2015·广东汕头期末)高纯度氧化铝有广泛的用途，某研究小组用以下流程制取高纯度氧化铝。根据上述流程图回答下列问题：(1)“除杂”操作是加入过氧化氢后，用氨水调节溶液的pH约为8.0，以除去硫酸铵溶液中的少量Fe2+。写出除去Fe2+的过程中发生的主要反应的离子方程式：。(2)检验上述流程中“过滤”后杂质是否除尽的实验方法是。(3)配制硫酸铝溶液时，需用硫酸酸化，其目的是。(4)“结晶”操作中，母液经蒸发浓缩至溶液表面刚出现薄层晶体即停止加热，然后冷却结晶，得到铵明矾晶体(含结晶水)。母液不能蒸干的原因是。(5)铵明矾晶体的化学式为NH4Al(SO4)2·12H2O，在0.1mol·L-1铵明矾的水溶液中，浓度最大的离子是，浓度最小的离子是。【答案】(1)2Fe2++H2O2+4NH3·H2O2Fe(OH)3↓+4N4H(2)取少许滤液于试管中，加几滴KSCN溶液，若溶液不变红色，则杂质已除尽(3)抑制Al3+水解(4)减少可溶性杂质的析出及Al3+水解(5)S2-4OOH-【解析】(1)H2O2溶液具有强氧化性，可以氧化亚铁离子生成铁离子，铁离子在氨水存在的条件下生成氢氧化铁沉淀。(2)由工艺流程可知，加入过氧化氢将溶液中Fe2+氧化为Fe3+，加入氨水调节溶液pH，使Fe3+转化为Fe(OH)3，过滤后的滤液中可能含有Fe3+，取少许滤液于试管中，加几滴KSCN溶液，若溶液不变红色，则杂质已除尽。(3)由于铝离子在溶液中能够发生水解生成氢氧化铝，所以加入硫酸酸化，抑制铝离子的水解。(4)由于蒸干会析出可溶性杂质，且使Al3+水解程度增大，所以母液不能蒸干。(5)铵明矾晶体的化学式为NH4Al(SO4)2·12H2O，在0.1mol·L-1铵明矾的水溶液中，未水解前c(Al3+)=c(N4H)=0.1mol·L-1，由于铵根和铝离子均水解，水解结合水电离出的氢氧根，故水解后浓度均小于0.1mol·L-1，c(S2-4O)=0.2mol·L-1。12.下列化学实验操作正确的是()A.将一块带有氧化膜的铝片浸入到浓烧碱溶液中，当恰好全部反应时，将生成的溶液加热蒸干，可以得到纯净的NaAlO2B.向NaAlO2溶液中加入适量的AlCl3溶液，将所得沉淀过滤、洗涤、加热灼烧，得到纯净的化合物Al(OH)3C.将铝块放入过量盐酸中，待反应结束加热溶液至无液体，其剩余固体为AlCl3D.向AlCl3溶液中加入足量氨水，将所得沉淀过滤、洗涤、充分灼烧，不能得到纯净的Al2O3【答案】A【解析】B项，在灼烧条件下Al(OH)3分解为Al2O3和H2O，得到的是Al2O3；C项，AlCl3水解：AlCl3+3H2OAl(OH)3+3HCl，HCl挥发，蒸干得到Al(OH)3；D项可以得到纯净的Al2O3。13.下列离子方程式不正确的是()A.铝片碱洗时常有气泡产生：2Al+2OH-+2H2O2Al-2O+3H2↑B.Al2O3溶于氨水：Al2O3+2OH-2Al-2O+H2OC.AlCl3