1、第二节 铝及其重要化合物第二章金属元素及其化合物铝与酸、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 2Al6HCl=2AlCl33H2、2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2。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AlAl3，所以无论与酸还是与碱反应，Al与H2的关系都是2Al3H2。(1)等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气体积比为11。(2)足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠反应，产生氢气的体积比为13。(3)一定量的铝分别与一定量的等物质的量的盐酸和氢氧化钠反应，产生氢气的体积比为则必定是铝与盐酸反应
2、时，铝过量而盐酸不足；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。【例1】等量镁铝合金粉末分别与下列4种过量的溶液充分反应，放出氢气最多的是()A2 molL1 H2SO4溶液B18 molL1 H2SO4溶液C6 molL1 KOH溶液D3 molL1 HNO3溶液解析：Mg、Al都可与稀H2SO4反应放出H2，但遇浓H2SO4或浓HNO3时Al在常温下发生钝化，Mg虽常温下与浓H2SO4或浓HNO3反应，但不产生H2。与KOH只有Al反应。Mg、Al都与稀HNO3反应，但HNO3为强氧化性酸，都不会产生H2。答案：A针对训练1(双选)将2.7 g Al与100
3、mL 2mol/L H2SO4溶液充分反应后，再慢慢滴入25 mL 4 mol/L NaOH溶液，其结果是()A所得溶液的pH7B溶液中有较多Al(OH)3沉淀C取少量所得溶液，加NaHCO3，无明显现象发生D另取少量所得溶液，加入几滴浓NaOH溶液，有沉淀产生解析：先求出各物质的物质的量，然后按照反应先后写出反应式，根据反应式求解。特别注意反应的先后，NaOH遇到H2SO4和Al2(SO4)3，先发生酸碱中和反应，然后才有沉淀反应。答案：AD铝三角及应用1“铝三角”转化关系。特别提醒离子之间的反应顺序当溶液中有多种离子时，要考虑离子之间的反应顺序，如含有H、NH、Mg2、Al3的混合溶液中逐
4、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反应，最后才溶解Al(OH)3沉淀。一般是按生成水、沉淀、气体的顺序反应。【例2】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：AlAl2(SO4)3Al(OH)3方案二：AlNaAlO2Al(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：_。解析：(1)假设以制备1 mol Al(
5、OH)3为例，方案一要消耗1 mol Al,1.5 mol H2SO4,3 mol NaOH；方案二要消耗1 mol Al，0.5 mol H2SO4,1 mol NaOH，易得方案二消耗的酸和碱的用量比方案一要少些；由于Al(OH)3能溶于强酸和强碱，故无论是方案一还是方案二的第二步都很难控制加入NaOH或H2SO4的用量使其恰好沉淀，实际一般使Al3变为Al(OH)3加过量的氨水较好，使AlO 变为Al(OH)3通入过量的CO2比较好；(2)先用Al与硫酸反应 制 备 Al2(SO4)3、Al与 NaOH反 应 制 备 NaAlO2，再 利 用Al2(SO4)36NaAlO212H2O=8
6、Al(OH)33Na2SO4。答案：(1)方案二较好 第二步操作很难控制试剂用量(2)2Al3H2SO4=Al2(SO4)33H2；2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2；Al2(SO4)36NaAlO212H2O=8Al(OH)33Na2SO4针对训练2向30 mL 1 molL1的AlCl3溶液中逐渐加入浓度为4 molL1的NaOH溶液，若产生0.78 g白色沉淀，则加入的NaOH溶液的体积可能为()A3 mL B7.5 mLC15 mL D17.5 mL解 析：(1)当 加 入 的 NaOH较 少 时，AlCl3过 量，根 据NaOH进行计算，当产生0.78 g沉淀也就是0.0
7、1 mol的Al(OH)3时，需要NaOH的量是0.03 mol也就是7.5 mL。(2)当加入的NaOH较多时，0.03 mol的AlCl3首先消耗0.09 mol的NaOH，然后继续滴加NaOH会继续跟生成的Al(OH)3反应，使氢氧化铝减少，当Al(OH)3减少到0.78 g时，又消耗NaOH的量为0.02 mol共消耗NaOH为0.11 mol。答案：B铝及其化合物的有关图像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：OA：Al33OH=Al(OH)3，AB：Al(OH)3OH=AlO 2H2O。(3)图像：2把铝盐
8、(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：OA：Al34OH=AlO 2H2O，AB：Al33AlO 6H2O=4Al(OH)3。(3)图像：(4)根据Al3和OH的量计算生成Al(OH)3的量。3在AlO 溶液中逐滴加入强酸至过量。(1)现象：先生成白色沉淀，随后沉淀逐渐溶解。(2)有关反应：OA：AlO HH2O=Al(OH)3，AB：Al(OH)33H=Al33H2O。(3)图像：(4)根据AlO 和H计算生成Al(OH)3的量。(3)图像：5NaAlO2溶液中逐滴加入AlCl3。(1)现象：产生白色沉淀。(2)有关反
9、应：OA：3AlO Al36H2O=4Al(OH)3。(3)图像：6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：OA：2KAl(SO4)23Ba(OH)2=2Al(OH)33BaSO4K2SO4，AB：2Al(OH)3 K2SO4 Ba(OH)2=BaSO42KAlO24H2O。(3)图像：7向Mg2与Al3的酸性溶液中逐滴加入强碱溶液。(1)现象：无明显现象出现沉淀渐多最多减少不变。(2)有关反应：OA：HOH=H2O，AB：Al33OH=Al(OH)3，Mg22OH=Mg(OH)2，BC：Al(OH)3OH=AlO 2H2O。
10、(3)图像：【例3】向0.1 L浓度均为0.1 mol/L的NaOH和NaAlO2混合溶液中逐滴加入同浓度的盐酸。下列图像正确的是()解析：往混合液中滴加盐酸，NaOH首先反应，然后NaAlO2与HCl反应产生Al(OH)3，最后Al(OH)3溶解变为AlCl3，有关方程式为：NaOHHCl=NaClH2O，NaAlO2HCl H2O=Al(OH)3 NaCl，Al(OH)3 3HCl=AlCl33H2O，结合数值关系，可知B正确。答案：B针对训练3某无色溶液中，已知含有H、Mg2、Al3等阳离子，逐滴加入NaOH(溶液)，则消耗NaOH(溶液)体积(x轴)和生成沉淀量(y轴)之间的函数关系，
11、可用下图表示，则下列图中正确的是()解析：溶液中存在H、Mg2、Al3这三种阳离子的时候，向溶液中滴加NaOH，NaOH先与H反应，此时不产生沉淀，当H反应完后，NaOH与Mg和Al反应生成Mg(OH)2和Al(OH)3，沉淀量开始逐步增加，当Mg2、Al3沉淀完全后，NaOH继续与生成的Al(OH)3反应，生成可溶性的NaAlO2，沉淀量开始减少。答案：B实验课题：铝土矿冶炼金属铝的流程1实验目的。探究用铝土矿冶炼金属铝的过程中需注意的问题。2实验原理。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。可以设计两种实验方案以
12、除去杂质。方案一先加酸过滤后除去SiO2和不溶性的杂质，然后加入过量的NaOH使Al3转化成易溶的AlO，过滤除去难溶的Fe(OH)3；再通入CO2制得Al(OH)3，然后灼烧得到Al2O3，电解Al2O3可得Al。流程图如下：方案二先加NaOH使Al2O3变成可溶性的NaAlO2，过滤除去Fe2O3及其他难溶性的杂质，然后向滤液中通入CO2制得Al(OH)3，然后灼烧得到Al2O3，电解Al2O3可得Al。流程图如下：【例4】(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。铝土矿的主要成分是Al2O3和SiO2等。从铝土矿中提炼Al
13、2O3的流程如下：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_。解析：(1)反应1为“碱溶”，发生的反应为：杂质反应2NaOH SiO2=Na2SiO3 H2O，主 要 反 应 2NaOHAl2O3=2NaAlO2H2O；(2)滤液I的主要成分是NaAlO2和Na2SiO3，加入生石灰发生的反应：CaO
14、H2O=Ca(OH)2和Ca(OH)2 Na2SiO3=CaSiO32NaOH，即沉淀为CaSiO3。滤液II的主要成分是NaAlO2，通入的气体A是CO2，少量时生成Al(OH)3和Na2CO3，过量时生成Al(OH)3和NaHCO3，题干没明确给出用量，两者任写一个即可，注意写离子方程式；(3)根据生成物可以作为建筑材料以及加入C能和CaF2发生反应，可知C是浓硫酸，反应的方程式为CaF2H2SO4(浓)CaSO42HF，再写HF与Na2CO3、Al(OH)3三者混合制备Na3AlF6，这是一个非氧化还原反应，据原子个数守恒可配平；(4)电解法制铝是电解熔融的Al2O3，由于Al2O3熔点
15、高(2 000以上)，加入冰晶石(Na3AlF6)做助溶剂，使其在1 000左右即可熔化，节约能源，阳极产生的气体是O2，部分O2在此温度下会与石墨反应变为CO2(或CO)。针对训练4铝是一种重要的金属，在生产、生活中具有许多重要的用途，下图是从铝土矿中制备铝的工艺流程：已知：铝土矿的主要成分是Al2O3，此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质；溶液中的硅酸钠与偏铝酸钠反应，能生成硅铝酸盐沉淀，化学反应方程式为：2Na2SiO32NaAlO22H2O=Na2Al2Si2O84NaOH。回答下列问题：(1)写出向铝土矿中加入足量氢氧化钠溶液操作中发生反应的离子方程式：_。(2)滤 渣 A的 主
16、 要 成 分 为 _；滤 渣 A的 用 途 是_(只写一种)；实验室过滤时使用玻璃棒，其作用是_。(3)在工艺流程第三步中，选用二氧化碳作酸化剂的原因是_。(4)若将铝溶解，下列试剂中最好选用_(填编号)，理由是_。A浓硫酸 B稀硫酸 C稀硝酸解析：(1)铝土矿中加入足量氢氧化钠，是为了溶解铝土矿中的Al2O3与SiO2，使Al和Si分别转化为可溶的NaAlO2和Na2SiO3 进入溶液。(2)滤渣的主要成分为不溶于NaOH的Fe2O3和硅酸钠与偏铝酸钠反应生成的Na2Al2Si2O8沉淀，用途可以作为炼铁的原料，或者作生产硅酸盐产品的原料。(3)在工艺流程第三步中，选用二氧化碳作酸化剂的原因是过量二氧化碳可以将NaAlO2完全转化为Al(OH)3，而且还不溶解Al(OH)3。答案：(1)Al2O32OH=2AlO H2O，SiO22OH=SiOH2O(2)Fe2O3、Na2Al2Si2O8作炼铁的原料(或作生产硅酸盐产品的原料)引流(3)经过足量氢氧化钠溶液的溶解，大部分铝元素均以NaAlO2 的形式存在于滤液中，通入过量二氧化碳可以将NaAlO2完全转化为Al(OH)3(4)B铝与浓硫酸在常温下发生钝化，加热溶解会产生有毒气体SO2，原料利用率低；稀硝酸能溶解铝但会产生NO气体，污染空气，硝酸利用率低；而铝与稀硫酸反应速率较快，产生的H2对空气无污染
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