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4.铝热反应
(1)原理
铝将金属氧化物中化合态的金属还原为金属单质,如Fe2O3+2Al
2Fe+Al2O3、Cr2O3+2Al
2Cr+Al2O3、3Co3O4+8Al
9Co+4Al2O3等。
(2)实验装置
(3)反应现象及结论
剧烈燃烧,放出大量的热,导致混合物剧烈反应过后,纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中;
待熔融物冷却后,除去外层熔渣,可以发现落下的是铁珠。
(4)应用
①野外焊接钢轨。
②冶炼高熔点金属。
题组一铝的性质及应用
1.通过观察化学实验现象,分析归纳出正确的结论,是学习化学科学最基本的技能之一。
下列由实验现象得出正确结论的是( )
选项
实验现象
结论
A
把相同大小的一块铝和镁分别投入相同浓度的NaOH溶液中:
铝溶解有气泡放出,而镁没有任何变化
由此得出:
铝的金属性比镁强
B
取一块铝箔,用酒精灯点燃:
铝箔只熔化成液体而没有脱落
铝不易燃烧
C
向氯化铵溶液中投入一铝片:
铝片上产生大量气泡
该气体是氨气
D
向氯化铝溶液中逐滴滴加NaOH溶液至过量:
先产生白色沉淀,后沉淀逐渐溶解,最后沉淀完全消失
氢氧化铝能溶于强碱溶液
2.[2015·
西安名校三检]某无色透明溶液与铝反应放出氢气,该溶液中可能含有Mg2+、Cu2+、Ba2+、H+、Ag+、SO
、SO
、HCO
、OH-、NO
十种离子中的若干种,下列推断正确的是( )
A.当溶液中有Al3+生成时,溶液中可能存在:
SO
、NO
、H+、Mg2+
B.当溶液中有Al3+生成时,溶液中一定存在:
H+、SO
;
可能存在Mg2+
C.当溶液中有AlO
生成时,溶液中一定存在:
OH-、Ba2+、NO
D.当溶液中有AlO
生成时,溶液中可能存在:
3.镁、铝单质的化学性质以相似性为主,但也存在某些较大差异性,下列物质能用于证明二者存在较大差异性的是( )
①CO2 ②盐酸 ③NaOH溶液 ④水
A.①④ B.②③
C.①③D.②③④
4.[2016·
洛阳月考]将等物质的量的金属Na、Mg、Al分别与100mL2mol·
L-1的盐酸反应,实验测得生成气体的体积V(已折合为标准状况)与时间t的关系如图所示,则下列说法中错误的是( )
A.x=2.24B.钠的物质的量为0.2mol
C.反应时,Na、Mg、Al均过量D.曲线b为Mg与盐酸反应的图象
题组三铝与酸、碱溶液反应的定量计算
铝的重要化合物
1.氧化铝
(1)物理性质
色态:
白色固体;
硬度:
大;
熔点:
高。
(2)化学性质
①属于两性氧化物,写出下列反应的离子方程式:
②电解
化学方程式为2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑。
(3)用途
熔点很高,是一种较好的耐火材料,天然产刚玉的成分是Al2O3,还可制作各种宝石。
2.氢氧化铝
Al(OH)3是一种难溶于水的白色胶状物质,具有较强的吸附能力。
①两性
Al(OH)3的电离方程式为
Al(OH)3既能溶于强酸又能溶于强碱,且都生成盐和水。
与强酸反应:
Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O,
与强碱溶液反应:
Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O。
②不稳定性
Al(OH)3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
②NaAlO2溶液中通入足量CO2,离子方程式为AlO
+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
③NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合:
离子方程式为3AlO
+Al3++6H2O===4Al(OH)3↓。
3.明矾
明矾的化学式为KAl(SO4)2·
12H2O,可溶于水,电离方程式为KAl(SO4)2===K++Al3++2SO
水溶液的pH<
7(填“>
”“<
”或“=”),原因是Al3++3H2OAl(OH)3+3H+。
明矾可用于净水,其原因是Al3+水解产生Al(OH)3胶体,Al(OH)3胶体可以和悬浮于水中的泥沙形成絮状不溶物而沉降下来,使水澄清。
易错警示
(1)Al2O3、Al(OH)3是中学阶段接触的唯一与碱反应的金属氧化物和氢氧化物,经常应用到除杂、计算题中,所以一定要熟记这两个反应的离子方程式。
(2)Al(OH)3具有两性,能溶于强酸(如盐酸)、强碱(如NaOH溶液),但不溶于弱酸(如H2CO3)、弱碱溶液(如氨水)。
(3)由Al(OH)3的两式电离以及与酸和碱反应的离子方程式可知:
与酸反应时相当于三元碱,与碱反应时相当于一元酸。
(4)明矾净水只能除去水中的悬浮杂质,不能杀菌消毒,与氯气消毒原理不同。
题组一Al2O3和Al(OH)3的两性
5.下列说法中正确的是( )
①熔化固体NaOH的坩埚不能选用Al2O3坩埚 ②用盐酸、氢氧化钠溶液均可除去铝表面的氧化膜 ③向AlCl3溶液中加入过量NaOH溶液,离子方程式为Al3++3OH-===Al(OH)3↓ ④AlCl3溶液中滴入过量的氨水,离子方程式为Al3++3NH3·
⑤向一定量的AlCl3溶液中逐滴加入氢氧化钠溶液,先生成白色沉淀,后沉淀逐渐溶解 ⑥实验室中我们通常用氨水与Al2(SO4)3溶液反应来制取Al(OH)3,一般不用NaOH溶液 ⑦除去氧化铁中氧化铝的方法:
向混合物中加入过量氢氧化钠溶液,充分反应后过滤、洗涤、干燥
A.①②③⑥ B.②③⑥⑦
C.①②④⑤⑥⑦D.全部
6.下列物质中既能与稀硫酸反应,又能与氢氧化钠溶液反应的是( )
①NaHCO3 ②(NH4)2SO3 ③Al2O3 ④Al(OH)3 ⑤Al ⑥NaHSO4 ⑦AlCl3 ⑧Na2SiO3
A.①②③④⑤⑥⑦⑧B.①②③④⑤C.③④⑤⑥⑦D.②⑧
题组二Al(OH)3的制备
7.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.①③⑤③
角度1 铝的重要化合物的性质及其应用
8.下列有关说法中不正确的是( )
A.Al(OH)3在用于治疗胃酸过多类疾病时表现出弱碱性
B.明矾溶于水后可得到少量的有强吸附性的Al(OH)3,故明矾可作净水剂
C.Al(OH)3可用于中和馒头制作过程(如发酵阶段)中产生的酸
D.Al2O3可用于制作耐火材料而Al(OH)3不能
9.下列除杂质的方法不正确的是( )
A.镁粉中混有少量铝粉:
加入过量烧碱溶液充分反应,过滤、洗涤、干燥
B.FeCl3溶液中混有少量AlCl3:
加入过量的氨水,过滤洗涤沉淀,将沉淀再用适量盐酸溶解
C.Fe2O3中混有少量Al2O3:
加入过量NaOH溶液充分反应,过滤、洗涤、干燥
D.Al(OH)3中混有少量Mg(OH)2:
加入足量烧碱溶液,充分反应,过滤,向滤液中通入过量CO2后过滤
10.现有Al、Cl2、Al2O3、HCl(aq)、Al(OH)3、NaOH(aq)6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( )
A.N一定是HCl(aq)B.X可能为Al或Cl2
C.Y一定为NaOH(aq)D.Q、Z中的一种必定为Al2O3
(1)中学学习阶段接触到的既能与强酸反应又能与强碱反应的物质有:
①金属单质:
Al等;
②两性氧化物:
Al2O3等;
③两性氢氧化物:
Al(OH)3等;
④弱酸的铵盐:
(NH4)2CO3、CH3COONH4、(NH4)2S等;
⑤弱酸的酸式盐:
NaHCO3、KHS、NaHSO3等;
⑥氨基酸等。
(2)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,上述物质中只有Al2O3、Al(OH)3、氨基酸是两性物质。
用数形结合思想理解Al3+、Al(OH)3、AlO
之间的转化关系
1.“铝三角”转化关系
2.与Al(OH)3沉淀生成有关的图象分析
1.四个基本图像
(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→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失
图像
离子方程式
Al3++3OH-===Al(OH)3↓
+2H2O
Al3++4OH-===AlO
3AlO
+Al3++6H2O===
4Al(OH)3↓
(2)偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像
偏铝酸盐溶液中逐滴加稀盐酸至过量
稀盐酸中逐滴加偏铝酸盐溶液至过量
AlO
+H++H2O===Al(OH)3Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O↓
+4H+===Al3++2H2OAl3++3AlO
+6H2O===4Al(OH)3↓
2.拓展图像
(1)向MgCl2、AlCl3溶液中(假设各1mol),逐滴加入NaOH溶液,画出沉淀的物质的量随NaOH溶液体积变化的图像。
(2)向HCl、MgCl2、AlCl3、NH4Cl溶液中(假设各1mol),逐滴加入NaOH溶液,画出沉淀的物质的量随NaOH溶液体积变化的图像。
(3)向NaOH、NaAlO2溶液中(假设各1mol),逐滴加入HCl溶液,画出沉淀的物质的量随HCl溶液体积变化的图像。
(4)向NaOH、Na2CO3、NaAlO2溶液中(假设各1mol),逐滴加入HCl溶液,画出沉淀的物质的量随HCl溶液体积变化的图像。
(5)向NaOH、Ca(OH)2、NaAlO2溶液中(假设各1mol),通入CO2气体,画出沉淀的物质的量随CO2通入的变化图像。
反应顺序为
Ca(OH)2+CO2===CaCO3↓+H2O
1mol 1mol 1mol
2NaOH+CO2===Na2CO3+H2O
1mol 0.5mol 0.5mol
2NaAlO2+CO2+3H2O===2Al(OH)3↓+Na2CO3
1mol 0.5mol 1mol 0.5mol
Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3
1mol 1mol
CaCO3+CO2+H2O===Ca(HCO3)2
1mol 1mol
题组一有关Al3+、AlO
的离子反应
11.[2015·
衡水模拟]下列图象表示Al3+与AlO
物质的量变化的曲线,实线表示Al3+,虚线表示AlO
,其中正确的是( )
12.某Na2CO3、NaAlO2的混合溶液中逐滴加入1mol·
L-1的盐酸,测得溶液中的CO
、AlO
、Al3+的物质的量与加入盐酸的体积变化关系如图所示,则下列说法正确的是( )
A.原混合溶液中的CO
与AlO
的物质的量之比为1∶2
B.V1∶V2=1∶5
C.M点时生成的CO2为0.05mol
D.a曲线表示的离子方程式为AlO
+H++H2O===Al(OH)3↓
★总结提升
题组二Al3+、AlO
形成Al(OH)3图象的综合分析
13.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
的物质的量的变化
14.现有AlCl3和MgSO4混合溶液,向其中不断加入NaOH溶液,得到沉淀的量与加入NaOH溶液的体积如下图所示。
原溶液中Cl-与SO
的物质的量之比为( )
A.1∶3B.2∶3C.6∶1D.3∶1
15.将10gFe2O3、SiO2、Al2O3的混合物加入足量的100mLxmol/L稀硫酸中,过滤,然后加入10mol/LNaOH溶液,产生沉淀的质量和加入NaOH溶液的体积关系如图所示。
下列叙述错误的是( )
A.滤出的物质为SiO2
B.可求出x的值
C.可求出Al2O3的质量分数
D.可求出Fe2O3的质量分数
16(2017·
黄冈高三检测)某无色稀溶液X中,可能含有下表所列离子中的某几种。
阴离子
CO
、SiO
、Cl-
阳离子
Al3+、Fe3+、Mg2+、NH
、Na+
现取该溶液适量,向其中加入某试剂Y,产生沉淀的物质的量(n)与加入试剂体积(V)的关系如图所示。
(1)若Y是盐酸,则Oa段转化为沉淀的离子(指来源于X溶液的,下同)是________,ab段发生反应的离子是________,bc段发生反应的离子方程式为_________________________________
_____________________________________________________________。
(2)若Y是NaOH溶液,则X中一定含有的阳离子是________,其物质的量之比为________,ab段反应的离子方程式为______________________________。
热点题型的解题技巧:
以“化工生产流程”为载体考查Mg、
Al及其化合物转化关系
[方法指导]
1.工业冶炼铝的流程
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:
酸溶法
方案二:
碱溶法
注意:
电解Al2O3时,加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度,减少能耗。
冶炼铝时只能电解Al2O3而不能电解AlCl3,因为AlCl3是共价化合物,熔融状态下不导电。
冶炼镁时只能电解MgCl2而不能电解MgO,因为MgO熔点高、耗能高。
[典例] 17.[2013·
大纲全国卷]铝是一种应用广泛的金属,工业上用Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)混合熔融电解制得。
①铝土矿的主要成分是Al2O3和SiO2等。
从铝土矿中提炼Al2O3的流程如下:
②以萤石(CaF2)和纯碱为原料制备冰晶石的流程如下:
回答下列问题:
(1)写出反应1的化学方程式___________________________。
(2)滤液Ⅰ中加入CaO生成的沉淀是________,反应2的离子方程式为____________________。
(3)E可作为建筑材料,化合物C是________,写出由D制备冰晶石的化学方程式____________________。
(4)电解制铝的化学方程式是______________________,以石墨为电极,阳极产生的混合气体的成分是________。
18.[2015·
唐山一模]某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料,主要含有MgCO3、MgSiO3、CaMg(CO3)2、Al2O3和Fe2O3等,回收镁和其中另一种金属单质的工艺流程如下:
沉淀物
Fe(OH)3
Al(OH)3
Mg(OH)2
Ca(OH)2
pH
3.4
5.2
11.2
13.1
部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH见上表,请回答下列问题:
(1)写出碱浸时反应的离子方程式_________________________。
(2)可回收到的金属A的原子结构示意图为________。
(3)“浸出”步骤中,为提高镁的浸出率,可采取的措施有____________________(要求写出两条措施)。
(4)调pH时需要调多次,第一次调pH主要为了除去______________________________________。
(5)MgCl2·
6H2O在HCl氛围中灼烧后可通过________________________(写出化学反应方程式)得到单质Mg。
(6)Mg(ClO3)2在农业上有广泛的用途,可用NaClO3与MgCl2制备,已知四种化合物的溶解度(S)随温度(T)变化曲线如图所示。
①写出反应的化学方程式:
______________。
②将反应物按化学反应方程式计量数比混合制备Mg(ClO3)2,简述可制备Mg(ClO3)2的原因__________________。
19.[2015·
山东高考]某化合物由两种单质直接反应生成,将其加入Ba(HCO3)2溶液中同时有气体和沉淀产生。
下列化合物中符合上述条件的是( )
A.AlCl3B.Na2O
C.FeCl2D.SiO2
20.[2015·
安徽高考]某同学将光亮的镁条放入盛有NH4Cl溶液的试管中,有大量气泡产生。
为探究该反应原理,该同学做了以下实验并观察到相关现象,由此得出的结论不合理的是( )
实验及现象
将湿润的红色石蕊试纸放在试管口,试纸变蓝
反应中有NH3产生
收集产生的气体并点燃,火焰呈淡蓝色
反应中有H2产生
收集气体的同时测得溶液的pH为8.6
弱碱性溶液中Mg也可被氧化
将光亮的镁条放入pH为8.6的NaHCO3溶液中,有气泡产生
弱碱性溶液中OH-氧化了Mg
1D2B3C4C5C6B7B8C9B10B
11B12D13B14C15D16[答案]
(1)SiO
CO
Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O
(2)Al3+、Mg2+、NH
2∶1∶4NH
+OH-===NH3·
H2O
17[答案]
(1)2NaOH+SiO2===Na2SiO3+H2O、2NaOH+Al2O3===2NaAlO2+H2O
(2)CaSiO3 2AlO
+CO2+3H2O===2Al(OH)3↓+CO
(3)浓H2SO4 12HF+3Na2CO3+2Al(OH)3===2Na3AlF6+3CO2+9H2O
(4)2Al2O3
4Al+3O2↑ O2、CO2(CO)
18答案
(1)Al2O3+2OH-===2AlO
+H2O
(2)
(3)升温、搅拌或适当增大酸的浓度(任意两种或其他合理答案即可) (4)Fe3+ (5)MgCl2
Mg+Cl2↑ (6)①2NaClO3+MgCl2===Mg(ClO3)2+2NaCl↓ ②在相同温度下,由于NaCl溶解度较小最先析出,Mg(ClO3)2剩余在溶液中通过蒸发结晶可得(其他合理叙述均可)
19A20D
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