高考化学提优辅导九铝及其重要化合物 教师版.docx
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高考化学提优辅导九铝及其重要化合物教师版
考点一 铝的性质及应用
【知识梳理】
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:
①Al+O2(=====)Al2O3
②2Al+3Cl2点燃(=====)2AlCl3
③Al2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑
④2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑
⑤2Al+Fe2O3高温(=====)Al2O3+2Fe(铝热反应)
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(=====)2MgO
3Mg+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+C
5.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。
【深度思考】
1.铝的化学性质活泼,为什么日常生活中广泛使用的铝制品通常具有较好的抗腐蚀性能?
答案 铝在常温下迅速被氧气氧化,形成一层致密的氧化膜,保护铝不再被氧化,因而铝制品通常具有较强的抗腐蚀性能。
2.金属铝是活泼的金属,能与酸反应,为什么能用铝槽储运浓H2SO4或浓HNO3?
答案 常温下浓H2SO4、浓HNO3能使铝钝化(在表面形成一层致密的氧化膜),阻止反应继续进行。
3.Al既能溶于强酸,又能溶于强碱,所以说“Al既有金属性,又有非金属性”你认为这种说法是否恰当?
为什么?
题组一 铝的化学性质及应用
1.1989年世界卫生组织把铝确定为食品污染源之一,加以控制使用,铝在下列应用时应加以控制的是
①制铝合金 ②制电线 ③制炊具 ④明矾净水 ⑤明矾和苏打制食品膨松剂 ⑥用氢氧化铝凝胶制胃舒平药品 ⑦银色漆颜料 ⑧制易拉罐 ⑨包装糖果和小食品
A.全部B.③⑤⑧⑨C.⑥⑧⑨D.③④⑤⑥⑧⑨
答案 D解析 “D”中所涉及的铝易进入食品、饭、水等,并被人体吸收,所以要加以控制。
2.下列关于铝的叙述中正确的是( )
A.铝还原性强且亲氧性强,所以可通过铝热反应冶炼高熔点金属
B.铝在空气中极易锈蚀,所以铝制品的使用时间很短
C.铝能耐稀硫酸腐蚀,所以运送稀硫酸可用铝制槽车
D.铝的导电性比铜、银更强,所以常用以制造电线、电缆
答案 A解析 铝在空气中形成致密的氧化膜,保护内层不被氧化,B错;铝不能耐稀硫酸腐蚀,C错;铝的导电性不如铜、银,D错。
3.常温下把铝粉加入下列物质中,能产生氢气的是( )
A.硫酸钠溶液B.稀硝酸C.浓硫酸D.氯化铵溶液
答案 D解析 硫酸钠溶液呈中性,与Al不反应,A项不能产生H2;稀硝酸具有强氧化性,B项不能产生H2;常温下铝粉在浓硫酸中钝化,C项不能产生H2;D项中NH4(+)水解,溶液呈酸性,加入铝粉时,Al与H+反应产生H2。
题组二 对比掌握铝、镁的性质
4.镁、铝都是较活泼的金属,下列描述中正确的是( )
A.高温下,镁、铝在空气中都有抗腐蚀性
B.镁、铝都能跟稀盐酸、稀硫酸、强碱反应
C.镁在点燃条件下可以与二氧化碳反应,铝在一定条件下可以与氧化铁发生氧化还原反应
D.铝热剂是镁条、铝粉和氧化铁的混合物
答案 C解析 在常温下,镁和铝在空气里都能与氧气反应,生成一层致密而坚固的氧化物薄膜,这层氧化物薄膜能够阻止金属的继续氧化,所以镁和铝都有抗腐蚀的性能,但是在高温下能与氧气剧烈反应,放出大量热,A错;镁能跟酸反应,不能跟碱反应,B错;铝热剂是铝粉和氧化铁的混合物。
在进行铝热反应时,为了引燃,在铝热剂上放供氧剂(氯酸钾),中间插一根镁条,是引燃用的,D错。
5.将等物质的量的镁和铝混合,取等质量该混合物四份,分别加到足量的下列溶液中,
充分反应后,放出氢气最多的是( )
A.3mol·L-1HClB.4mol·L-1HNO3
C.8mol·L-1NaOHD.18mol·L-1H2SO4
答案 A解析 在镁、铝混合物中加入HNO3和浓H2SO4都不产生H2;加入NaOH溶液,只有Al与之反应生成H2,而镁不反应;加入盐酸,镁、铝都与盐酸反应生成H2,所以放出H2的量最多。
【规律总结】
熟记铝、镁的特殊化学性质
(1)活泼金属与酸反应是金属的通性,而铝不但能与酸(H+)反应,还能够与碱溶液反应,表现为特殊性。
2Al+2OH-+2H2O===2AlO2(-)+3H2↑。
(2)铝热反应
铝和某些金属氧化物反应,将其从氧化物中置换出来,同时放出大量的热,这种反应称为铝热反应,可用于焊接金属、冶炼高熔点贵重金属。
注意 Al与MgO不能发生铝热反应。
(3)Mg在CO2中能够燃烧,所以活泼金属着火不能用干冰灭火器和泡沫灭火器。
题组三 从定性和定量的角度理解铝与酸、碱反应的实质
6.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)铝与酸、碱反应的实质是什么?
氧化剂是什么?
答案 铝与酸、碱反应的实质都是:
0(Al)失3e-(――→)Al3+,2H+得2e-(――→)H2,只不过碱中的
H+来源于水的电离,氧化剂分别为酸和水。
(2)区别镁和铝最好的方法是取少量试样,然后( )
A.投入沸水中B.投入冷水中C.投入盐酸D.投入NaOH溶液中
答案 D
(3)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________。
答案 1∶1解析 根据化学方程式:
2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+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必相等。
(4)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________。
答案 1∶3解析 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,故当HCl、NaOH物质的量相等时,二者产生H2的体积比为1∶3。
(5)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________。
答案 3∶1解析 因为铝足量且产生H2相等,根据关系式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。
(6)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.1.8g
答案 A
解析 其反应原理分别为2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑。
可见当参加反应的HCl和NaOH的物质的量一样多时,产生H2的体积比是1∶3,而题设条件体积比为1∶2,说明此题投入的铝粉对盐酸来说是过量的,而对于NaOH来说是不足的。
2Al+6HCl === 2AlCl3+3H2↑
6mol3mol
3mol·L-1×0.1L0.15mol
则Al与NaOH反应生成的H2为0.15mol×2=0.3mol。
2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑
2×27g3mol
5.4g0.3mol
即投入的铝粉为5.4g。
【规律总结】
(1)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VNaOH(H2)(VHCl(H2))=1∶1。
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VNaOH(H2)(VHCl(H2))=1∶3。
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3
(1) (1),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”。 考点二 铝的重要化合物 【知识梳理】 1.氧化铝 (1)物理性质: 白色固体,难溶于水,有很高的熔点。 (2)化学性质两性氧化物—Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O(――→) 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 ①两性氢氧化物—Al(OH)3+NaOH===NaAlO2+2H2O(――→) 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↓+3NH4(+)。 ②NaAlO2溶液中通入足量CO2,离子方程式为AlO2(-)+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO3(-)。 ③NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合: 3AlO2(-)+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pH<7(填“<”、“>”或“=”)。 明矾可以净水,其净水的原理是Al3++3H2OAl(OH)3(胶体)+3H+,Al(OH)3胶体吸附水中杂质形成沉淀而净水。 【深度思考】 1.明矾的净水作用与液氯对自来水的消毒作用原理是否相同? 答案 不同。 明矾净水只能除去水中的悬浮杂质,不能杀菌消毒,而液氯只能杀菌消毒,不能沉淀悬浮的杂质。 2.在做铝的燃烧实验时,用坩锅钳夹住一小块铝箔,在酒精灯上加热至其熔化,会看到的现象是铝箔熔化,失去光泽,但熔化的铝并不滴落。 原因是_________________。 答案 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Al2O2包裹着,所以熔化的铝不易滴下 【典例分析】 题组一 Al2O3、Al(OH)3溶于酸或碱相关考查 1.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.稀盐酸C.硝酸铜D.氢氧化钠 答案 C解析 钝化的实质是Fe、Al在浓H2SO4或浓HNO3作用下其表面被氧化成一层致密的氧化物保护膜。 由于铝的氧化物Al2O3,是一种两性氧化物,既可与强酸反应,又可与强碱反应,故A、B、D三项皆不符合题意,只有C选项中的Cu(NO3)2不与Al2O3反应,故不可能与钝化的铝条发生反应。 2.铝、氧化铝、氢氧化铝和可溶性铝盐与过量强碱溶液的反应,其生成物有一定的规律,下列说法中正确的是( ) A.都有H2O生成B.都有H2生成 C.都有AlO2(-)生成D.都有Al3+生成 答案 C 题组二 两性物质及其应用 3.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( ) ①NaHCO3 ②(NH4)2SO3 ③Al2O3 ④Al(OH)3⑤Al A.全部B.只有①③④⑤ C.只有③④⑤D.只有②③④⑤ 答案 A 解析 弱酸的酸式盐、弱酸弱碱盐、Al、Al2O3、Al(OH)3等物质既可与强酸反应又可与强碱反应,故选A。 4.小苏打、胃舒平、达喜都是常用的中和胃酸的药物。 (1)小苏打片每片含0.5gNaHCO3,2片小苏打片和胃酸完全中和,被中和的H+是________mol。 (2)胃舒平每片含0.245gAl(OH)3。 中和胃酸时,6片小苏打片相当于胃舒平________片。 (3)达喜的化学成分是铝和镁的碱式盐,其化学式为Al2Mg6(OH)16CO3·4H2O。 1mol达喜分别与足量的盐酸和NaOH溶液反应,消耗盐酸和NaOH的物质的量之比为________。 答案 (1)0.012 (2)3.8 (3)9∶2 解析 (1)2片小苏打所含NaHCO3的质量为1g,其物质的量为84g·mol-1(1g)=0.012mol,由HCO3(-)+H+===CO2↑+H2O,可知n(H+)=0.012mol。 (2)6片小苏打的物质的量为84g·mol-1(3g),即中和的H+为84(3)mol,而每片的Al(OH)3的物质的量为78g·mol-1(0.245g),由Al(OH)3+3H+===Al3+3H2O,所以Al(OH)3的片数为×3mol(0.245)=3.8片。 (3)Al2Mg6(OH)16CO3·4H2O与足量的盐酸反应时,最终产物为AlCl3和MgCl2,依据电荷守恒和原子守恒可得如下关系式: Al2Mg6(OH)16·4H2O~2AlCl3+6MgCl2~18HCl 因而1mol达喜消耗HCl的最大物质的量为18mol。 由于Al(OH)3可溶于NaOH,生成NaAlO2,Mg(OH)2不溶于NaOH,且溶解度比MgCO3的小,故达喜与足量NaOH反应后的最终产物为NaAlO2、Mg(OH)2和Na2CO3。 依据钠原子守恒可知1mol达喜消耗NaOH的最大量为4mol。 题组三 关于Al(OH)3的制备的最佳途径 5.Al(OH)3是治疗胃酸过多的药物胃舒平的主要成分。 某课外兴趣小组用铝、稀硫酸、烧碱为原料,制备一定量的Al(OH)3。 他们分别设计了两种实验方案: 方案一: AlH2SO4(――→)Al2(SO4)3NaOH(――→)Al(OH)3 方案二: AlNaOH(――→)NaAlO2H2SO4(――→)Al(OH)3 (1)从节约药品的角度思考,你认为哪一种方案较好? ________,方案一和方案二共同存在的问题是___________________________________________________。 (2)请用相同的原料设计一个更为节约药品的方案,并写出有关反应的化学方程式: _____________________________________________________________________。 答案 (1)方案二较好 第二步操作很难控制试剂用量 (2)2Al+3H2SO4===Al2(SO4)3+3H2↑;2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑; Al3++3AlO2(-)+6H2O===4Al(OH)3↓ 6.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NaOH溶液(铝→加H2SO4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________。 答案 (1)丙 (2)W3>W1>W2 (3)520g 【规律总结】 (1)中学学习阶段接触到的既能与酸反应又能与碱反应的物质有: 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。 特别提醒 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。 (2)离子守恒法在解有关离子反应计算题时的应用技巧: 在离子反应中,元素的种类不变,同种元素对应离子反应前后的物质的量守恒;在复杂离子反应或多步离子反应中,运用离子守恒的思路,选取具有守恒特征的某一离子,找出其在始态和终态物质中的等量关系,即可迅速求解。 考点三 用数形结合思想理解Al3+、Al(OH)3、AlO2(-)之间转化关系 【知识梳理】 1.Al3+、Al(OH)3、AlO2(-)之间的转化关系 写出上述转化的离子方程式。 答案 (1)①Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH4(+)②Al3++3AlO2(-)+6H2O===4Al(OH)3↓ ③Al3++3OH-===Al(OH)3↓ (2)Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O (3)Al3++4OH-===AlO2(-)+2H2O(4)AlO2(-)+4H+===Al3++2H2O (5)①AlO2(-)+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO3(-)②AlO2(-)+H++H2O===Al(OH)3↓ (6)Al(OH)3+OH-===AlO2(-)+2H2O 2.与Al(OH)3沉淀生成有关的计算及图像分析 (1)把强碱溶液逐滴加入到铝盐(Al3+)溶液中至过量 ①现象: 先有白色沉淀产生,然后沉淀逐渐溶解。 ②有关反应: A→B: Al3++3OH-===Al(OH)3↓B→D: Al(OH)3+OH-===AlO2(-)+2H2O ③图像 ④有关计算 a.根据AlCl3和NaOH的量计算生成Al(OH)3的量 b.根据AlCl3和Al(OH)3的量计算需要NaOH的量 NaOH的量 n(NaOH) 当NaOH不足时 n(NaOH)=3n 当NaOH过量时 n(NaOH)=3n(Al3+)+{n(Al3+)-n}=4n(Al3+)-n (2)把铝盐(Al3+)溶液逐滴加入到强碱溶液中至过量 ①现象: 先无明显现象,然后逐渐产生大量的白色沉淀。 ②有关反应: A→B: Al3++4OH-===AlO2(-)+2H2OB→C: Al3++3AlO2(-)+6H2O===4Al(OH)3↓ ③图像 (3)把强酸溶液逐滴加入到AlO2(-)溶液中至过量 ①现象: 先生成白色沉淀,随后沉淀逐渐溶解。 ②有关反应: A→B: AlO2(-)+H++H2O===Al(OH)3↓B→D: Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O ③图像 ④有关计算 a.根据NaAlO2和HCl计算生成Al(OH)3的量 b.根据Al(OH)3和NaAlO2的量计算需要加入HCl的量 HCl的量 n(HCl) 当HCl不足时 n(HCl)=n 当HCl过量时 n(HCl)=n(AlO2(-))+3{n(AlO2(-))-n}=4n(AlO2(-))-3n (4)向强酸溶液中逐滴加入AlO2(-)溶液至过量 ①现象: 先无明显现象,反应一段时间后逐渐产生白色沉淀。 ②有关反应: A→B: 4H++AlO2(-)===Al3++2H2OB→C: Al3++3AlO2(-)+6H2O===4Al(OH)3↓ ③图像 (5)向明矾溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液至过量 ①现象: 先有白色沉淀生成,然后部分沉淀溶解。 ②有关反应: O→A: 2KAl(SO4)2+3Ba(OH)2===2Al(OH)3↓+3BaSO4↓+K2SO4 A→B: 2Al(OH)3+K2SO4+Ba(OH)2===BaSO4↓+2KAlO2+4H2O ③图像 (6)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: 开始出现白色沉淀⇒后沉淀量增多⇒沉淀部分溶解 ②有关反应: O→A: Al3++3OH-===Al(OH)3↓,Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓ A→B: Al(OH)3+OH-===AlO2(-)+2H2O ③图像 【典例分析】 题组一 Al3+、AlO2(-)溶液加碱或酸反应现象的应用 1.向一定量的下列物质的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,这种物质是A.MgSO4B.NaAlO2C.AlCl3D.FeCl3 答案 C 2.下列各项操作中,不发生“先产生沉淀,然后沉淀又溶解”现象的是( ) ①向饱和碳酸钠溶液中通入过量的CO2 ②向NaAlO2溶液中逐滴加入过量的稀盐酸 ③向AlCl3溶液中逐滴加入过量稀氢氧化钠溶液 ④向硅酸钠溶液中逐滴加入过量的盐酸 A.①②B.①③C.①④D.②③ 答案 C解析 ①中Na2CO3与CO2、H2O反应生成NaHCO3,由于Na2CO3的溶解度比NaHCO3的大,因而只会产生沉淀;②NaAlO2中加入稀盐酸,开始产生白色沉淀Al(OH)3,当盐酸过量时,Al(OH)3又溶于盐酸;③向AlCl3溶液中加入NaOH溶液开始产生白色沉淀Al(OH)3,当NaOH过量时,Al(OH)3又溶于NaOH;④只会生成H2SiO3沉淀。 3.下列各组物质的无色溶液,不用其他试剂即可鉴别的是________。 ①NaOH、AlCl3 ②NaHCO3、H2SO4 ③NaAlO2、NaHSO4④Na2CO3、HCl ⑤Na2CO3、NaHCO3、Ca(OH)2 答案 ①③④解析 都使用互滴法,两次操作应产生不同的现象。 ①向含Al3+的溶液中滴加NaOH溶液,先生成白色沉淀,后沉淀又逐渐溶解; 向NaOH溶液中滴加含Al3+的溶液,开始无沉淀产生,后产生白色沉淀,且沉淀不溶解。 两次现象不同,可以鉴别。 ②不论是NaHCO3滴入H2SO4中还是H2SO4滴入NaHCO3中都会立即产生气泡,现象相同,无法鉴别。 ③NaHSO4===Na++H++SO4(2-),溶液显强酸性。 向NaAlO2溶液中滴加NaHSO4: 开始出现白色沉淀后消失; 向NaHSO4溶液中滴加NaAlO2溶液: 开始无现象,后出现白色沉淀。 现象不同,可以鉴别。 ④向Na2CO3溶液中滴加盐酸: 开始无现象,后
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