铝及其重要化合物--一轮复习

第11讲铝及其重要化合物【考纲要求】了解铝﹑镁及其重要化合物的主要性质和应用。一、铝﹑镁的性质及应用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。铝是地壳中含量最多的金属元素。自然界中的铝全部以化合态的形式存在。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、导电性和导热性等，密度较小，质地柔软。3.金属铝的化学性质①与非金属反应与O2反应常温下，形成致密的氧化膜。点燃，4Al＋3O2=====点燃2Al2O3铝在燃烧时，在酒精灯上加热至其熔化，会看到铝箔熔化，失去光泽，但熔化的铝并不滴落。原因是铝箔加热时与O2发生反应生成熔点很高的Al2O3薄膜，使内部的铝被Al2O3包裹着，所以熔化的铝不易滴下。与Cl2反应2Al＋3Cl2=====点燃2AlCl3②与水反应困难③与酸反应氧化性的酸：遇冷的浓硫酸或浓硝酸钝化。非氧化性的酸：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑④与碱反应2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑还原剂：Al氧化剂：H2O实质：2Al＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2↑2Al(OH)3↓＋2NaOH===2NaAlO2＋4H2O⑤铝热反应：2Al＋Fe2O3=====高温Al2O3＋2Fe是一种利用铝的还原性获得高熔点金属单质的方法。4.对比记忆镁的化学性质铝镁与非金属反应能被Cl2、O2氧化2Mg＋O2=====点燃2MgO3Mg＋N2=====点燃Mg3N2与水反应反应很困难能与沸水反应Mg＋2H2O=====△Mg(OH)2＋H2↑与碱反应能溶于强碱溶液不反应与某些氧化物反应能与Fe2O3、MnO2、Cr2O3等金属氧化物发生铝热反应能在CO2中燃烧：2Mg＋CO2=====点燃2MgO＋C5.铝的制备及用途冰晶石—氧化铝融盐电解法电：2Al2O3=====电解4Al＋3O2↑。注：冰晶石：六氟铝酸钠（Na3AlF6）纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。6.典型题铝与酸、碱反应生成H2的量的关系铝与酸、碱反应的化学方程式分别为2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。从化学方程式可以看出Al与酸、碱反应时生成H2的实质都是Al――→失3e－Al3＋，所以无论与酸还是与碱反应，Al与H2的关系都是2Al～3H2。(1)等量铝分别与足量盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气体积比V(H2)HClV(H2)NaOH＝11。(2)足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比V(H2)HClV(H2)NaOH＝13。(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比13V(H2)HClV(H2)NaOH11，则必定是a.铝与盐酸反应时，铝过量而盐酸不足；b.铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而氢氧化钠过量。解题时应充分利用上述过量关系。2.铝的这种既能与酸(非氧化性酸)又能与强碱反应产生H2的性质常作为推断题的“题眼”。二、铝的重要化合物1.氧化铝(1)物理性质：俗称刚玉，白色固体，难溶于水，有很高的熔点，一种较好的耐火材料。(2)化学性质：两性氧化物（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）溶于盐酸：Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O与烧碱溶液反应：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O2.氢氧化铝(1)物理性质：白色胶状沉淀，有较强的吸附性。(2)化学性质：①Al(OH)3的电离方程式为与盐酸反应：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O与NaOH溶液反应：Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2O②受热分解的化学方程式：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＋4②NaAlO2溶液中通入足量CO2，离子方程式为AlO－2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO－3③NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合：3AlO－2＋Al3＋＋6H2O===4Al(OH)3↓3.常见的铝盐明矾：KAl(SO4)2·12H2O无色晶体，可溶于水，KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO2－4，溶液因Al3＋水解而显酸性。明矾可以净水，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。明矾在油条中的作用：明矾和碱反应产生二氧化碳，让面食更蓬松可口。Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑4.典型题a.除杂问题利用Al、Al2O3、Al(OH)3可溶于强碱的特性，可除去许多物质中的含铝杂质，如：(1)Mg(Al)：加足量NaOH溶液；(2)Fe2O3(Al2O3)：加足量NaOH溶液；(3)Mg(OH)2[Al(OH)3]：加足量NaOH溶液；(4)Mg2＋(Al3＋)：加过量NaOH溶液，过滤，再加酸充分溶解。b.离子共存问题(1)Al3＋水解呈酸性，与OH－、AlO－2、CO2－3(HCO－3)、S2－等不能大量共存。(2)AlO－2水解呈碱性，与H＋、HCO－3、Al3＋、Fe3＋等不能大量共存。如：Al3＋＋3H2OAl(OH)3↓＋H＋Al3＋＋3AlO－2＋6H2O===4Al(OH)3↓2Al3＋＋3CO2－3＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3CO2↑Al3＋＋3HCO－3===Al(OH)3↓＋3CO2↑2Al3＋+3S2－+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2S↑如：AlO－2＋2H2OAl(OH)3↓＋OH-AlO－2＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓AlO－2＋HCO－3＋H2O===Al(OH)3↓＋CO2－3Al3＋+3AlO－2+6H2O═4Al(OH)3↓3AlO－2＋Fe3＋＋6H2O===3Al(OH)3↓＋Fe(OH)3↓c.含Al3＋的溶液与碱反应的先后顺序当溶液中有多种离子时，要考虑离子之间的反应顺序，如向含有H＋、NH＋4、Mg2＋、Al3＋的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液，NaOH先与H＋反应，再与Mg2＋、Al3＋反应生成沉淀，再与NH＋4反应，最后才溶解Al(OH)3沉淀。d.明矾溶液与Ba(OH)2溶液反应分析(1)沉淀的物质的量最大(此时Al3＋完全沉淀)2Al3＋＋3SO2－4＋3Ba2＋＋6OH－===2Al(OH)3↓＋3BaSO4↓。(2)沉淀的质量最大(此时SO2－4完全沉淀)Al3＋＋2SO2－4＋2Ba2＋＋4OH－===AlO－2＋2BaSO4↓＋2H2O。e.既能跟酸反应又能跟碱反应的①弱酸弱碱盐②弱酸的酸式盐③氨基酸④两性氧化物等三、用数形结合思想理解“铝三角”1.Al3＋、Al(OH)3、AlO－2之间的转化关系(1)Al3＋―→Al(OH)3①Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH＋4②Al3＋＋3AlO－2＋6H2O===4Al(OH)3↓③Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓(2)Al(OH)3―→Al3＋Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O(3)Al3＋―→AlO－2Al3＋＋4OH－===AlO－2＋2H2O(4)AlO－2―→Al3＋AlO－2＋4H＋===Al3＋＋2H2O(5)AlO－2―→Al(OH)3①通少量CO2：2AlO－2＋CO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO2－3通入足量CO2：AlO－2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO－3②AlO－2＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓(6)Al(OH)3―→AlO－2Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2O2.典型题a.与Al(OH)3沉淀生成有关的图像分析突破的三个秘诀：①明晰横、纵坐标含义，然后通过曲线变化特点分析反应原理。②掌握Al3＋、Al(OH)3、AlO－2三者之间的转化比例：(1)可溶性铝盐溶液与NaOH溶液反应的图像操作可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量NaOH溶液中逐滴加入可溶性铝盐溶液至过量现象立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失无沉淀(有但即溶)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失图像方程式序号AB：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓BD：Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2OAB：Al3＋＋4OH－===AlO－2＋2H2OBC：Al3＋＋3AlO－2＋6H2O===4Al(OH)3↓(2)偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像操作偏铝酸盐溶液中逐滴加入稀盐酸至过量稀盐酸中逐滴加入偏铝酸盐溶液至过量现象立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失无沉淀→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失图像方程式序号AB：AlO－2＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓BC：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2OAB：AlO－2＋4H＋===Al3＋＋2H2OBC：Al3＋＋3AlO－2＋6H2O===4Al(OH)3↓(3)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H＋＋OH－===H2OAl3＋＋3OH－===Al(OH)3↓Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2O结论：(1)不宜用Al3＋和强碱溶液、AlO－2和强酸溶液反应来制备Al(OH)3。(2)Al3＋只存在于酸性溶液中，AlO－2只存在于碱性溶液中，所以Al3＋和AlO－2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。[来b.可溶性铝盐与强碱反应的计算规律(1)求产物Al(OH)3的量①当n(OH－)≤3n(Al3＋)时，n[Al(OH)3]＝13n(OH－)；②当3n(Al3＋)n(OH－)4n(Al3＋)时，n[Al(OH)3]＝4n(Al3＋)－n(OH－)；③当n(OH－)≥4n(Al3＋)时，n[Al(OH)3]＝0，无沉淀。(2)求反应物碱的量①若碱不足(Al3＋未完全沉淀)：n(OH－)＝3n[Al(OH)3]；②若碱使生成的Al(OH)3部分溶解：n(OH－)＝4n(Al3＋)－n[Al(OH)3]。四、化工生产中镁、铝及其化合物的转化关系1.从海水中提取镁的流程(1)流程：(2)主要化学反应：①制石灰乳：CaCO3=====高温CaO＋CO2↑、CaO＋H2O===Ca(OH)2；②沉淀Mg2＋：Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋Ca2＋；③制备MgCl2：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O；④电解MgCl2：MgCl2(熔融)=====电解Mg＋Cl2↑。2.工业炼铝的流程铝是地壳中含量最多的金属元素，在自然界主要以化合态的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①Al2O3＋2OH－===2AlO－2＋H2OSiO2＋2OH－===SiO2－3＋H2O③AlO－2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO－3SiO2－3＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2HCO－3(2)步骤③中不用盐酸(或H2SO4)酸化的理由是因为AlO－2与酸反应生成的Al(OH)3具有两性，可溶于强酸，不易控制酸的量；CO2廉价而且生成的副产物NaHCO3用途广泛，经济效益好(3)步骤④中得到较纯的Al2O3，可能含有SiO2杂质，在电解时它不会影响铝的纯度的原因：由于SiO2的熔点很高，在加热到1000℃左右时不会熔化，因而不影响铝的纯度方案二：酸溶法①Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2OFe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O②Al3＋＋4OH－===AlO－2＋2H2O