1、专题3 从矿物到基础材料第一单元 从铝土矿到铝合金第2课时 铝的提取及铝的化合物课时作业01课前自主学习02课堂互动探究03随堂基础巩固一、从铝土矿中提取铝1铝的存在铝元素是地壳中含量最多的金属元素，占地壳总量的7.73%。地壳中铝以态存在于铝土矿中，铝土矿的主要成分是。化合Al2O32铝的提取工艺流程有关化学反应方程式：碱溶：Al2O32NaOH=2NaAlO2H2O。酸化：NaAlO2CO22H2O=NaHCO3Al(OH)3。灼烧：。电解：。2Al(OH)3=Al2O33H2O2Al2O3=通电 4Al3O2二、氧化铝1物理性质白色固体，溶于水，熔点。2化学性质Al2O3 是一种性氧化物
2、。Al2O3 与盐酸反应的化学方程式为，离子方程式为。Al2O3 与 NaOH 溶液反应的化学方程式为，离子方程式为。难很高两Al2O36HCl=2AlCl33H2OAl2O36H=2Al33H2OAl2O32NaOH=2NaAlO2H2OAl2O32OH=2AlO2 H2O3用途Al2O3 是冶炼铝的原料，也是一种比较好的耐火材料，可用来制造耐火坩埚、耐火管和耐高温的实验仪器等。三、氢氧化铝1物理性质Al(OH)3 是一种色状的固体，几乎不溶于水，但能凝聚水中的悬浮物，并能吸附色素。白胶2化学性质(1)Al(OH)3 既能跟溶液起反应，又能跟溶液起反应，是一种氢氧化物。Al(OH)3 与强酸
3、、强碱反应的离子方程式分别为。强酸强碱两性Al(OH)33H=Al33H2O，Al(OH)3OH=AlO2 2H2O(2)Al(OH)3 的热稳定性：Al(OH)3 加热时易分解，反应的化学方程式为。3制法实验室可以用铝盐(如硫酸铝)与氨水反应制取 Al(OH)3，化学方程式为。2Al(OH)3=Al2O33H2OAl2(SO4)36NH3H2O=2Al(OH)33(NH4)2SO44用途(1)利用其吸附性，能凝聚水中的悬浮物，可用来净水。(2)利用其碱性，可用做胃酸中和剂。四、硫酸铝钾KAl(SO4)21电离方程式为。2十二水合硫酸铝钾化学式为 ，俗名 ，是一种无色晶体，易溶于水，可用做净水
4、剂，原因是 KAl(SO4)2可与水反应生成 Al(OH)3 胶体，Al(OH)3 可以和悬浮于水中的泥沙形成絮状不溶物沉降下来，使水澄清。KAl(SO4)2=KAl32SO24KAl(SO4)212H2O明矾2氢氧化铝两性的应用由于氢氧化铝溶于强酸、强碱，因此为使含铝元素的盐中铝元素完全转化为氢氧化铝沉淀，应尽量避免使用强酸或强碱。通常可以用下列反应制取氢氧化铝：Al33NH3H2O=Al(OH)33NH4AlO2 CO22H2O=Al(OH)3HCO33AlO2 Al36H2O=4Al(OH)3二、“铝三角”及其各物质间的转化1Al3Al(OH)3(1)可溶性铝盐与少量 NaOH 溶液反应
5、：Al33OH(少量)=Al(OH)3(2)可溶性铝盐与氨水反应：Al33NH3H2O=Al(OH)33NH42Al(OH)3Al3Al(OH)3 溶于强酸溶液：Al(OH)33H=Al33H2O3Al3AlO2可溶性铝盐与过量的强碱反应：Al34OH(过量)=AlO2 2H2O4AlO2 Al3偏铝酸盐溶液与足量的盐酸反应：AlO2 4H=Al32H2O5AlO2 Al(OH)3(1)偏铝酸盐溶液中加少量盐酸：AlO2 H(少量)H2O=Al(OH)3(2)偏铝酸盐溶液中通入 CO2：2AlO2 CO2(少量)3H2O=2Al(OH)3CO23AlO2 CO2(过量)2H2O=Al(OH)3
6、HCO36Al(OH)3AlO2Al(OH)3 溶于强碱溶液：Al(OH)3OH=AlO2 2H2O1用氨水和 NaOH 溶液分别与可溶性铝盐反应可以制备Al(OH)3，哪一种方法更好？提示：由于 Al(OH)3 能溶解在 NaOH 溶液中，加入 NaOH溶液的量不易控制，若加入太多，则得不到 Al(OH)3 沉淀，若加入太少，则溶液中生成 Al(OH)3 的量也少。Al(OH)3 不溶于氨水，反应易控制，故用氨水更好。2能用氨水除去 AlCl3 溶液中少量的 MgCl2 吗？提示：MgCl2 与氨水反应生成的 Mg(OH)2 沉淀也不溶于氨水，所以用氨水不能除去 AlCl3 溶液中少量的 M
7、gCl2。【例 1】A、B、C、D、E 五种化合物，均含有同种常见元素，它们的转化关系如图所示，其中 A 为澄清溶液，C 为难溶的白色固体，E 易溶于水，若取 A 溶液灼烧，焰色反应为浅紫色(透过蓝色钴玻璃)。请回答下列问题：(1)写出化学式：A_，B_，C_，D_，E_。(2)写出下列反应的离子方程式：AB：_；BD：_；CE：_。KAlO2Al(OH)3 Al2O3 AlCl3NaAlO2AlO2 CO22H2O=Al(OH)3HCO3Al(OH)33H=Al33H2OAl2O32OH=2AlO2 H2O【思路分析】解答此类题目，需掌握“铝三角”之间的转化关系，能够熟练书写这些物质间反应的
8、化学方程式，此外还应注意以下两点：(1)Al2O3、Al(OH)3 具有两性，它们可溶于强酸或强碱溶液，而不能溶于弱酸或弱碱溶液。(2)注意在不同条件下，铝元素的存在形式：强酸性条件下，Al3可以大量存在；强碱性条件下，AlO2 可以大量存在；而Al(OH)3 只能存在于中性或弱酸或弱碱性条件下。【解析】以物质 B 作为突破口，B 既能与 NaOH 溶液反应，又能与盐酸反应，且能受热分解生成固体，故 B 为 Al(OH)3，C 为 Al2O3，则 D 为 AlCl3，E 为 NaAlO2，A 与过量 CO2 反应生成 B，且焰色反应为浅紫色，A 为 KAlO2。(双选)用硫酸、NaOH 溶液和
9、金属铝为原料制取 Al(OH)3，甲、乙、丙三位同学制备的途径分别如下：甲：AlH2SO4Al2(SO4)3NaOHAl(OH)3乙：AlNaOHNaAlO2H2SO4Al(OH)3丙：AlH2SO4Al2SO43AlNaOHNaAlO2Al(OH)3若要得到等量的 Al(OH)3，则()A三者消耗原料相同 B甲消耗的原料最多C乙消耗原料最少D丙消耗原料最少解析：假设均制取 1 mol Al(OH)3：甲中 1 mol Al 与 1.5 mol H2SO4 反应得到 0.5 mol Al2(SO4)3,0.5 mol Al2(SO4)3 与 3 mol NaOH 反应得到 1 mol Al(O
10、H)3；乙中 1 mol Al 与 1 mol NaOH反应得到 1 mol NaAlO2,1 mol NaAlO2 与 0.5 mol H2SO4 反应得到 1 mol Al(OH)3；丙中 0.25 mol Al 与 0.375 mol H2SO4 反应得到 0.125 mol Al2(SO4)3,0.75 mol Al 与 0.75 mol NaOH 反应得到0.75 mol NaAlO2，0.125 mol Al2(SO4)3 和 0.75 mol NaAlO2 反应可得到 1 mol Al(OH)3。故甲消耗的原料最多，丙消耗的原料最少。BDa当 n(OH)/n(Al3)3 时，OH
11、全部反应，Al3剩余，反应按式进行，mAl(OH)326n(OH)。b当 n(OH)/n(Al3)4 时，Al3全部反应，OH剩余，反应按式进行，mAl(OH)30。c当 3n(OH)/n(Al3)4 时，按反应和式进行，mAl(OH)34n(Al3)n(OH)78。2强酸与 AlO2 反应的定量计算规律强酸不足量时：AlO2 HH2O=Al(OH)3强酸足量时：Al(OH)33H=Al33H2O综合上述两式可得：AlO2 4H=Al32H2O结果如下：a当 nHnAlO2 1 时，H全部反应，AlO2 剩余，反应按式进行，mAl(OH)378n(H)。b当 nHnAlO2 4 时，AlO2
12、全部反应，H剩余，反应按式进行，mAl(OH)30。c当 1 nHnAlO2 nAl(OH)3，则会有两种情况。CD【解析】首先写出有关反应的化学方程式，根据所给的数据找出已知量和未知量的关系。解法一：根据 Al3的物质的量与沉淀 Al(OH)3 的物质的量可推测 KOH 的两种情况：加入氢氧化钾不足量时，n(KOH)3nAl(OH)333.9 g78 gmol10.15 mol，c(KOH)0.15 mol0.1 L 1.5 molL1。当 KOH 过量时，n(KOH)4n(Al3)nAl(OH)30.4 mol0.05 mol0.35 mol，c(KOH)0.35 mol0.1 L 3.5
13、 molL1。解法二：用图象法求解，如图所示，当生成沉淀 0.05 mol时，需 KOH 0.15 mol；需 KOH 0.35 mol。故选 CD。向含有 a mol AlCl3 的溶液中加入含 b mol KOH 的溶液，生成沉淀的物质的量可能是()a mol b mol a3 mol b3 mol 0 mol(4ab)molABCDB解析：a mol AlCl3 完全转化为 Al(OH)3 时所需 KOH 的物质的量为 3a mol，且沉淀的物质的量最大值为 a mol。故有可能出现。当 b3a 时，KOH 不足，此时 nAl(OH)313n(KOH)b3 mol，故可能，不可能；当 3
14、ab4a 时：Al3 3OH=Al(OH)3a mol 3a mol a molAl(OH)3 OH=AlO2 2H2O(b3a)mol(b3a)mol剩余沉淀为：a mol(b3a)mol(4ab)mol，故可能。故正确答案为 B。2.偏铝酸盐与酸反应的现象及图象【例 3】向 20 mL 某浓度的 AlCl3 溶液中滴加 2 mol/L 的NaOH 溶液时，所得的沉淀质量与加入 NaOH 溶液的体积之间的关系如下图所示：(1)图中 A 点表示的意义是_。(2)最大沉淀量为_g。(3)B 点表示的意义是_。(4)所用 AlCl3 溶液的物质的量浓度是_。(5)当所得沉淀量为 0.39 g 时，
15、用去 NaOH 溶液的体积是_mL 或_mL。AlCl3 与 NaOH恰好完全反应，得到最大沉淀量0.78Al(OH)3 与 NaOH 恰好完全反应生成 NaAlO2，沉淀完全溶解0.5 molL17.517.5【思路分析】解答图象计算题，必须抓住图象的四点，(原点、交点、转折点、终点)，数形结合并运用物质的性质和化学原理，进行分析计算。【解析】本题是 AlCl3与 NaOH 反应与图象相结合的问题，考查了大家对图象的解读能力，分析问题能力、计算能力等。本题解决的关键是明确 NaOH 溶液逐滴加入到 AlCl3溶液中的反应情况：开始 AlCl3 与 NaOH 反应生成 Al(OH)3 沉淀，N
16、aOH 的量逐渐增多，Al(OH)3 的量逐渐增大，当将 AlCl3 恰好完全沉淀时，Al(OH)3 沉淀达到最大量，随后再加 NaOH，沉淀量又逐渐减少直至消失。由于 AB 消耗的氢氧化钠为 0.01 mol，则 n(AlCl3)0.01 mol，A 处生成 Al(OH)3 0.78 g，所用 AlCl3 的物质的量浓度为 0.5 molL1。(5)当 NaOH 溶液不足时，生成 0.39 g Al(OH)3 所需 NaOH的物质的量为 0.015 mol，当 NaOH 溶液过量时，还剩余 0.39 g Al(OH)3 共消耗 NaOH 0.035 mol，NaOH 溶液的体积分别为 7.5
17、 mL 和 17.5 mL。有一透明溶液，可能含有 Al3、Fe3、K、NH4、Mg2和Cu2等离子中的一种或几种。现加入 Na2O2 粉末只有无色无味的气体放出，并同时析出白色沉淀。加入 Na2O2 的量与生成白色沉淀的量之间的关系用下图来表示。试推断：(1)原溶液中一定含有。(2)一定不含有。(3)可能含有。(4)为了进一步确定可能含有的离子，应增加的实验操作为。Al3和 Mg2Fe3、NH4、Cu2K焰色反应解析：向溶液里加入过氧化钠粉末，会发生 Na2O2 和 H2O的反应，生成 NaOH 和 O2。因题目中没有刺激性气味气体产生，说明原溶液中不含有 NH4。又因生成的沉淀是白色的，所
18、以原溶液中不含有 Fe3和 Cu2。根据图中曲线的变化，表明随 Na2O2的加入(即 NaOH 的形成)，白色沉淀逐渐增多，后来又逐渐减少，最后保持不变，说明原溶液中一定含有 Al3和 Mg2。K可能存在，可通过焰色反应来检验。【例 4】工业上用铝土矿(主要成分为 Al2O3，含 SiO2、Fe2O3 等杂质)冶炼铝的主要流程如下：下列叙述中错误的是()A操作增大 NaOH 溶液用量可提高 Al2O3 的浸取率B操作、为过滤，操作为灼烧C通入过量 CO2 发生反应的离子方程式为 2AlO2 CO23H2O=2Al(OH)3CO23D加入冰晶石的目的是降低 Al2O3 的熔融温度【思路分析】根据
19、含铝化合物的性质、题中信息分析流程中物质间的转化情况。C【解析】操作增大 NaOH 溶液用量可以使铝土矿中的氧化铝充分溶解，从而提高 Al2O3 的浸取率，A 项正确；操作、为过滤，操作为灼烧，B 项正确；向偏铝酸钠溶液中通入过量 CO2 后生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，离子方程式为 AlO2 CO22H2O=Al(OH)3HCO3，C 项不正确；加入冰晶石的目的是降低 Al2O3 的熔融温度，D 项正确。工业上用铝土矿(主要成分为 Al2O3，含 Fe2O3 等杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图所示：下列对上述流程的判断中正确的是()A试剂 X 为稀硫酸B 反 应 中 生 成 Al(OH)3 的
20、 反 应 为 CO2 AlO2 2H2O=Al(OH)3HCO3C流程中涉及反应的反应类型有复分解、分解、置换反应DAl2O3 熔点很高，工业上还可采用电解熔融 AlCl3 冶炼AlB解析：分离氧化铝和氧化铁，不能用酸，因为二者都可与酸反应，试剂 X 应为 NaOH 溶液，A 项错误；溶液乙为偏铝酸钠溶液，Y 为二氧化碳，反应为 CO2AlO2 2H2O=Al(OH)3HCO3，B 项正确；流程中涉及反应的反应类型没有置换反应，C 项错误；氯化铝在熔融状态下不导电，D 项错误。1下列关于铝及其化合物的说法中不正确的是()A铝既可用于食品包装，也可用于建筑材料B氧化铝既可以用来冶炼铝，也可用作耐
21、火材料C氢氧化铝既可以用于制备治疗胃酸过多的药物，也可用来制备一些铝盐D明矾既能用来净水，也可用作消毒剂D解析：明矾溶于水时电离出铝离子，铝离子与水反应生成的氢氧化铝胶体具有吸附性，可用作净水剂，但明矾不具有强氧化性，不能用作消毒剂，D 项错误。2欲从氯化镁固体中除去少量氯化铝杂质，可能进行下列操作：加入过量氨水；加入过量氢氧化钠溶液；加入过量盐酸；加入过量硫酸；溶解；过滤；蒸发结晶。正确的操作顺序应是()A BCDB解析：取固体加水溶解后，先用过量 NaOH 溶液将 Mg2和Al3分别转化为 Mg(OH)2 沉淀和 AlO2，然后过滤得 Mg(OH)2固体，再用盐酸将 Mg(OH)2 转化为
22、 MgCl2，最后对 MgCl2 溶液进行蒸发结晶得 MgCl2 固体。3下列物质中既能跟稀盐酸反应，又能跟氢氧化钠溶液反应且属于两性化合物的是()NaHCO3(NH4)2S Al2O3 Al(OH)3 AlABCD全部A解析：题中 5 种物质均既能与稀盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应。如 NaHCO3 与盐酸反应生成氯化钠、水、二氧化碳气体，与氢氧化钠溶液反应生成正盐(碳酸钠)和水；(NH4)2S与盐酸反应生成 H2S 气体和氯化铵，与氢氧化钠溶液反应生成硫化钠和氨水；Al2O3、Al(OH)3 都是两性物质，Al 在金属中也具有特殊性，既能与强酸反应又能与强碱溶液反应。但是两性物质必须是既
23、与酸反应生成盐和水，又与碱反应生成盐和水，符合条件的只有氧化铝和氢氧化铝。4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图。对上述流程的判断正确的是()A试剂 X 可以为氨水，沉淀中含有铁的化合物BCO2 可以用稀硫酸或稀盐酸代替C反应的离子方程式为CO2AlO2 2H2O=Al(OH)3HCO3D工业上还可采用 Fe 还原 Al2O3 的方法制 Al，成本更低C解析：氨水不能与氧化铝反应，试剂 X 应是强碱溶液，A 项错误；根据 Al(OH)3 的制备原理可知，CO2 不能用稀硫酸或稀盐酸代替；Al 比 Fe 活泼，故不能采用 Fe 还原 Al2O3 的方法制 A
24、l，D 项错误。5在 MgCl2 和 AlCl3 的混合溶液中，逐滴加入 NaOH 溶液直至过量。经测定，加入的 NaOH 的物质的量(mol)和所得沉淀的物质的量(mol)的关系如图所示。(1)写出 DC 段发生反应的离子方程式：。(2)原 溶 液 中Mg2 、Al3 的 物 质 的 量 浓 度 之 比为。(3)图中 C 点表示当加入mol NaOH 时，Al3已经，Mg2已经。(4)图中线段 OAAB。Al(OH)3OH=AlO2 2H2O210.8全部转化成 NaAlO2全部转化成 Mg(OH)2 沉淀71解析：在 MgCl2 和 AlCl3 的混合溶液中逐滴加入 NaOH 溶液时先生成
25、氢氧化镁和氢氧化铝沉淀，根据图像可知沉淀的物质的量最大是 0.3 mol，此时 Mg2、Al3刚好沉淀完全。继续滴加氢氧化钠溶液时氢氧化铝溶解：Al(OH)3OH=AlO2 2H2O，最终得到的沉淀是 0.2 mol 的氢氧化镁，因此氢氧化铝的物质的量是 0.1 mol。(1)DC 段反应的离子方程式为 Al(OH)3OH=AlO2 2H2O。(2)根据原子守恒可知原溶液中 Mg2、Al3的物质的量浓度之比为 0.20.121。(3)生成 0.2 mol 氢氧化镁和 0.1 mol 氢氧化铝消耗的氢氧化钠的物质的量是 0.2 mol20.1 mol30.7 mol，根据化学方程式 Al(OH)3 OH=AlO2 2H2O 可知溶解氢氧化铝消耗氢氧化钠 0.1 mol，则图中 C 点表示当加入 0.8 mol NaOH 时，Al3已经全部转化成NaAlO2，Mg2已经全部转化成 Mg(OH)2 沉淀。(4)根据(3)中分析可知题图中线段 OAAB0.70.171。