1、镁、铝及其化合物铝化合物的性质1.KAl(SO4)212H2O(明矾)是一种复盐,在造纸等方面应用广泛。实验室中,采用废易拉罐(主要成分为Al,含有少量的Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如下图所示。回答下列问题:(1)为尽量少引入杂质,试剂应选用_(填标号)。a.HCl溶液b.H2SO4溶液c.氨水d.NaOH溶液(2)易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为_。(3)沉淀B的化学式为_;将少量明矾溶于水,溶液呈弱酸性,其原因是_。【解析】(1)废易拉罐中含有Al、Fe、Mg,只有Al可以与强碱反应,所以用NaOH溶液溶解。(2)Al与NaOH溶液反应方程式为2Al+2NaOH+6H2O2NaAl
2、(OH)4+3H2。(3)滤液A中的溶质主要是NaAl(OH)4,加入NH4HCO3溶液,生成沉淀B是Al(OH)3;明矾溶于水,溶液呈弱酸性的原因是Al3+水解。答案:(1)d(2)2Al+2NaOH+6H2O2NaAl(OH)4+3H2 (3)Al(OH)3 Al3+水解使溶液中H+浓度增大【归纳提升】含铝杂质的提纯方法归类利用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)2Al(OH)3:加足量NaOH溶液;(4)Mg2+(Al3+):加过量N
3、aOH溶液,过滤,再加酸充分溶解。铝的冶炼2.(2017江苏高考改编)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下:注:SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为_。(2)向“过滤”所得滤液中加入NaHCO3溶液,溶液的pH_(填“增大”“不变”或“减小”),发生反应的化学方程式是_。(3)“电解”是电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是_,应该采取的措施是_。(4)电解熔融Al2O3制备铝不用氯化铝的原因是_(5)铝粉在1 000 时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添
4、加少量NH4Cl固体并充分混合,有利于AlN的制备,其主要原因是_。【解析】(1)Al2O3为两性氢氧化物,在NaOH溶液中会溶解生成NaAl(OH)4。(2)加入的NaHCO3与过量的NaOH反应,导致溶液的pH减小。酸性HC Al(OH)3,根据强酸制取弱酸的原理得NaAl(OH)4+NaHCO3Al(OH)3+Na2CO3+H2O。(3)电解Al2O3时生成O2,O2会氧化石墨。应定期补充石墨。(4)氯化铝是共价化合物,熔融氯化铝以分子的形式存在。(5)NH4Cl水解显酸性,H+可以去除铝表面的氧化膜,使得Al更易与N2反应。答案:(1)Al2O3+ 2OH-+3H2O2Al(OH)4-
5、(2)减小NaAl(OH)4+NaHCO3Al(OH)3+Na2CO3+H2O(3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化定期补充石墨(4)氯化铝是共价化合物,熔融氯化铝以分子的形式存在(5) NH4Cl水解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜【归纳提升】铝土矿冶炼金属铝的方法及步骤1.碱溶法2.酸溶法3.铝土矿冶炼铝的解题模板铝的转化及图象3.向MgSO4、(NH4)2SO4和Al2(SO4)3的混合溶液中,逐滴加入NaOH溶液。下列图象中,能正确表示上述反应的是(x轴表示加入NaOH溶液的体积,y轴表示反应生成沉淀的质量)()【解析】选C。加入NaOH溶液首先发生反应:Mg2+2OH-Mg
6、(OH)2、Al3+3OH-Al(OH)3,则沉淀的质量逐渐增大;当Mg2+、Al3+完全沉淀后发生反应:N+OH-NH3H2O,沉淀的质量保持不变;当N完全反应后发生反应:Al(OH)3+OH-Al(OH)4-,沉淀的质量减少,由于Mg(OH)2不与NaOH反应,故最后沉淀的质量为一定值。4.(2020牡丹江模拟)明矾KAl(SO4)212H2O是一种复盐,在造纸等方面应用广泛。采用废易拉罐制备明矾的过程如图所示。下列叙述错误的是()A.上述流程中可用NaHSO4代替NaHCO3B.从废易拉罐中可回收的金属元素有Al、FeC.合理处理废易拉罐有利于环境保护和资源再利用D.“沉淀”反应的金属离
7、子为Fe3+【解析】选A。废易拉罐中加入稀硫酸、微热、过滤,得到含有铝离子、亚铁离子和铁离子的溶液,加入过氧化氢,可氧化亚铁离子生成铁离子,调节溶液pH=3.7可生成氢氧化铁沉淀,在滤液中加入碳酸氢钠溶液,通过双水解反应可生成氢氧化铝,过滤,加入稀硫酸、硫酸钾,可得到明矾,据此分析解答。A.上述流程中如果用NaHSO4代替NaHCO3,硫酸氢钠电离出的氢离子会抑制铝离子水解生成氢氧化铝沉淀的反应,A错误;废易拉罐中加入稀硫酸、微热、过滤,得到含有铝离子、亚铁离子和铁离子的溶液,说明含有Fe、Al,则从废易拉罐中可回收的金属元素有Al、Fe,B正确;由题目可知,采用废易拉罐制备明矾,有利于环境保
8、护和资源再利用,C正确;加入过氧化氢,将亚铁离子氧化生成铁离子,调节溶液pH=3.7可生成氢氧化铁沉淀,D正确。【加固训练】1.以Al2O3为原料制取氢氧化铝,最好的方法是()A.将Al2O3溶于水B.将Al2O3先溶于盐酸中,之后滴加氢氧化钠溶液C.将Al2O3先溶于盐酸中,之后滴加氨水D.将Al2O3先溶于NaOH溶液中,之后滴加盐酸【解析】选C。Al2O3不溶于水,A不能制得Al(OH)3,B、C、D中方法均能制得Al(OH)3,但B中加NaOH、D中加盐酸的量不好控制,过量后均能使Al(OH)3溶解,而C中氨水不能使Al(OH)3溶解,是制取Al(OH)3的最好方法。2.相同质量的下列
9、物质分别与等浓度的NaOH溶液反应,至体系中均无固体物质,消耗碱量最多的是()A.AlB.Al(OH)3C.AlCl3D.Al2O3【解析】选A。假设上述四种物质均为1 g,则物质的量分别为 mol、 mol、 mol、 mol,完全溶解转化为NaAl(OH)4时,所需NaOH的物质的量分别为 mol、 mol、4 mol= mol,2 mol= mol,选A。【归纳提升】1.突破Al(OH)3沉淀图象的三个秘诀(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、Al(OH)4-三者之间的转化比例:(3)明晰Al3+溶液中加碱(OH-)的几种常见变形
10、图象,如:图A中,n(H+)n(Al3+)=21。图B中,若已知原溶液中含有Mg2+。则可推出:n(Mg2+)n(Al3+)=11。图C中,若已知原溶液中含有H+和Mg2+,则可推导出:n(H+)n(Al3+)n(Mg2+)=211。2.可溶性铝盐与强碱反应的计算规律(1)求产物Al(OH)3的量当n(OH-)3n(Al3+)时,nAl(OH)3=n(OH-);当3n(Al3+)n(OH-)4n(Al3+)时,nAl(OH)3=4n(Al3+)-n(OH-);当n(OH-)4n(Al3+)时,nAl(OH)3=0,无沉淀。(2)求反应物碱的量若碱不足(Al3+未完全沉淀):n(OH-)=3nAl(OH)3;若碱使生成的Al(OH)3部分溶解:n(OH-)=4n(Al3+)-nAl(OH)3。