2019-2020学年高中化学 专题3 从矿物到基础材料 第1单元 第2课时 铝的氧化物和氢氧化物

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专题三从矿物到基础材料第一单元从铝土矿到铝合金第2课时铝的氧化物和氢氧化物从铝土矿中提取铝1.了解两性氧化物和两性氢氧化物的概念。2.掌握Al2O3和Al(OH)3的性质(重点)。3.了解铝元素在自然界中的主要存在形式。4.了解从铝土矿中冶炼金属铝的过程(重点)。01课前自主梳理02课堂合作探究03演练效果检测课时作业知识点一铝的氧化物与氢氧化物1.氧化铝(1)物理性质:___色___溶于水的固体粉末,熔点___,硬度___。(2)化学性质:――→H2SO4化学方程式:Al2O3+3H2SO4===Al2(SO4)3+3H2O离子方程式:Al2O3+6H+===2Al3++3H2O――→NaOH化学方程式:Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O离子方程式:Al2O3+2OH-===2AlO-2+H2O两性氧化物:既可以与___反应又可以与___反应生成_________的氧化物。白难高大酸碱盐和水2.氢氧化铝(1)物理性质:___色___状___溶于水的物质(2)化学性质――→HCl沉淀溶解,离子方程式为Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O――→NaOH沉淀溶解,离子方程式为Al(OH)3+OH-===AlO-2+2H2O两性氢氧化物:既能与___反应,又能与___反应,生成盐和水的氢氧化物。(3)Al(OH)3的实验室制法:实验室常用向铝盐中加入稍过量的氨水来制取Al(OH)3,其反应的离子方程式为Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH+4。白胶难酸碱3.明矾的净水作用(1)复盐:由两种或两种以上的_________与一种_________组成的盐,如明矾,其化学式为KAl(SO4)2·12H2O,是一种常见的净水剂。(2)净水原理:明矾电离―→KAl(SO4)2===K++Al3++2SO2-4;生成胶体―→Al3++3H2OAl(OH)3(胶体)+3H+;吸附杂质―→Al(OH)3胶体能凝聚水中的悬浮物,从而达到净水的目的。阳离子阴离子4.NaAlO2与Al(OH)3的转化(1)通入少量CO2:2AlO-2+CO2+3H2O===2Al(OH)3↓+CO2-3;通入过量CO2:AlO-2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO-3。(2)加入少量盐酸:AlO-2+H++H2O===Al(OH)3↓;加入过量盐酸:AlO-2+4H+===Al3++2H2O。[自我诊断]1.下列各组反应中能得到Al(OH)3的是()A.Al2O3加到热水中B.向NaAlO2溶液中加入过量盐酸C.将Na投入到NaAlO2溶液中D.在AlCl3溶液中滴几滴NaOH溶液解析:Al2O3不溶于水,A项错误;NaAlO2中加入过量盐酸会得到AlCl3溶液,不能得到Al(OH)3,B错误;Na投入到NaAlO2溶液中发生的反应只有Na与H2O的反应,不会生成Al(OH)3,C项错误;只有D正确,当加入几滴NaOH溶液时发生反应Al3++3OH-===Al(OH)3↓。答案:D知识点二从铝土矿中提取铝1.铝的存在(1)含量:铝元素是地壳中含量______的金属元素。(2)存在:地壳中铝以______态存在于铝土矿中,铝土矿的主要成分是______。2.工艺流程铝土矿――――→①NaOH溶液过滤滤液――→②CO2过滤沉淀――→③灼烧氧化铝(熔融)――→④电解冰晶石铝最多化合Al2O3上述过程中的化学反应方程式为①Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O;②CO2+NaAlO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3;③2Al(OH)3=====△Al2O3+3H2O;④2Al2O3(熔融)=====通电冰晶石4Al+3O2↑。[自我诊断]2.铝土矿的主要成分是Al2O3,还含有少量杂质,要得到高纯度的Al2O3,下列操作顺序正确的是()①加NaOH溶液溶解②通入过量的CO2③过滤④加盐酸酸化⑤灼烧A.①②③⑤B.①③②③⑤C.①③④③⑤D.①④③⑤解析:用NaOH溶液溶解后再酸化,目的是防止残渣中物质溶于酸而引入其他阳离子。用CO2酸化是因为Al(OH)3溶于强酸,且加入盐酸的量难以控制,所以不用盐酸酸化,故选B。答案:B要点一“铝三角”及其之间的相互转化[典例1]已知A为金属单质,在如图所示流程中的各步反应的最后生成物E是白色沉淀。(1)请写出其化学式:A.________、C.________。(2)写出下列各步反应的离子方程式。②____________________________________________________________________;④____________________________________________________________________;⑤____________________________________________________________________。[解析]通常能与NaOH溶液反应的金属单质是Al,从而确定A为Al、B为AlCl3、C为NaAlO2、D为Al2(SO4)3、E为Al(OH)3。[答案](1)AlNaAlO2(2)②2Al+2OH-+2H2O===2AlO-2+3H2↑④Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH+4⑤AlO-2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO-31.Al3+―→Al(OH)3(1)可溶性铝盐与少量NaOH溶液反应:Al3++3OH-===Al(OH)3↓;(2)可溶性铝盐与氨水反应:Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH+4。2.Al(OH)3―→Al3+Al(OH)3溶于强酸溶液:Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O。3.Al3+―→AlO-2可溶性铝盐与过量的强碱溶液反应:Al3++4OH-===AlO-2+2H2O。4.AlO-2―→Al3+偏铝酸钠溶液与足量的盐酸反应:AlO-2+4H+===Al3++2H2O。5.AlO-2―→Al(OH)3(1)偏铝酸钠溶液中加入少量盐酸:AlO-2+H++H2O===Al(OH)3↓;(2)偏铝酸钠溶液中通入CO2:2AlO-2+CO2(少量)+3H2O===2Al(OH)3↓+CO2-3;AlO-2+CO2(过量)+2H2O===Al(OH)3↓+HCO-3。6.Al(OH)3―→AlO-2Al(OH)3溶于强碱溶液:Al(OH)3+OH-===AlO-2+2H2O。1.有如图所示的转化关系:请回答下列问题:(1)写出下列物质的化学式:A.________,C.________,E.________。(2)写出下列各步反应的离子方程式。①_____________________________________________________________________;②_____________________________________________________________________。解析:根据B到A的条件,可知A是氧化物,且A既能与盐酸反应又能与NaOH溶液反应推知其具有两性,所以A是Al2O3。注意NH3·H2O是弱碱不能拆开,过量的NH3·H2O也不能使Al(OH)3沉淀溶解。答案:(1)Al2O3AlCl3Al(OH)3(2)①2Al+2OH-+2H2O===2AlO-2+3H2↑②Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH+4要点二Al3+、Al(OH)3、AlO-2之间的相互转化的图像分析[典例2]将0.1mol的镁、铝混合物溶于100mL2mol·L-1的H2SO4溶液中,然后再滴加1mol·L-1的NaOH溶液。请回答:(1)若在滴加NaOH溶液的过程中沉淀质量m随加入NaOH溶液的体积V变化如图所示。当V1=160mL时,则金属粉末中:n(Mg)=________mol,V2=________mL。(2)若在滴加NaOH溶液过程中,欲使Mg2+、Al3+刚好沉淀完全,则加入NaOH溶液的体积V(NaOH)=________mL。[解析](1)因加入NaOH溶液V1mL后才开始出现沉淀,故原溶液中H2SO4过量。设Mg的物质的量为x,Al的物质的量为y,结合方程式Mg+H2SO4===MgSO4+H2↑、2Al+3H2SO4===Al2(SO4)3+3H2↑、H2SO4+2NaOH===Na2SO4+2H2O,可得关系式①x+y=0.1mol,②x+32y=100mL×10-3L·mL-1×2mol·L-1-160mL×10-3L·mL-1×1mol·L-1×12=0.12mol,联立①②解得x=0.06mol,y=0.04mol。从而不难求得n(Mg)、V2。(2)据反应Mg+H2SO4===MgSO4+H2↑、2Al+3H2SO4===Al2(SO4)3+3H2↑、H2SO4+2NaOH===Na2SO4+2H2O、MgSO4+2NaOH===Mg(OH)2↓+Na2SO4、Al2(SO4)3+6NaOH===2Al(OH)3↓+3Na2SO4,很明显使Mg2+、Al3+刚好沉淀完全,所需NaOH的物质的量恰好是H2SO4物质的量的2倍,即0.4mol,体积为400mL。[答案](1)0.06440(2)400在Al3+、Al(OH)3、AlO-2之间的相互转化反应中,都有特定的数量关系。可用坐标图的形式把其中的关系概括如下:(1)向AlCl3溶液中逐滴滴加NaOH溶液发生反应:Al3++3OH-===Al(OH)3↓Al(OH)3+OH-===AlO-2+2H2O加入的NaOH与生成沉淀的关系如图(1)所示。(2)向NaOH溶液中逐滴滴加AlCl3溶液发生的反应:Al3++4OH-===AlO-2+2H2O3AlO-2+Al3++6H2O===4Al(OH)3↓加入的AlCl3与生成沉淀的关系如图(2)所示。(3)向NaAlO2溶液中逐滴滴加稀盐酸发生的反应是:AlO-2+H++H2O===Al(OH)3↓Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O加入的盐酸与生成沉淀的关系如图(3)所示。(4)向稀盐酸中逐滴滴加NaAlO2溶液发生的反应为:AlO-2+4H+===Al3++2H2OAl3++3AlO-2+6H2O===4Al(OH)3↓加入的NaAlO2与生成的沉淀的关系如图(4)所示。2.如图所示,横坐标为某溶液中加入溶质的物质的量,纵坐标为生成沉淀的量:从A~D中选择符合要求的图像填入相应位置。编号溶液加入的物质图像序号①饱和石灰水通入过量二氧化碳②含少量NaOH的NaAlO2溶液通入过量二氧化碳③含少量NaOH的NaAlO2溶液滴入稀盐酸④MgCl2、AlCl3混合溶液逐滴加入NaOH溶液至过量⑤NaOH溶液逐滴加入AlCl3溶液至过量解析:①先出现浑浊,随后沉淀溶解;②CO2先与NaOH反应生成Na2CO3,再与NaAlO2生成Al(OH)3,再与Na2CO3反应生成NaHCO3;③HCl先与NaOH生成NaCl,再与NaAlO2生成Al(OH)3,再与Al(OH)3反应生成AlCl3;④Mg2+、Al3+与NaOH反应先生成沉淀,NaOH过量时再溶解Al(OH)3;⑤先生成AlO-2,再与Al3+反应生成Al(OH)3沉淀。答案:①B②C③D④A⑤C要点三从铝土矿中提取铝[典例3]工业上用某种氧化铝矿石(含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下:对上述流程中的判断正确的是()A.试剂X可以为氨水,沉淀中含有铁的化合物B.CO2可以用H2SO4溶液或稀盐酸代替C.反应Ⅱ中的离子方程式为CO2+AlO-2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO-3D.工业上还可采用Fe还原Al2O3的方法制Al,成本更低[解析]根据生产流程可以得出试剂X的作用是溶解Al2O3,并分离出Fe2O3,因此X只能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