【步步高】第三章铝及其重要化合物导学案

第2讲 铝及其重要化合物

[考纲要求] 了解铝及其重要化合物的主要性质和应用。

考点一 铝的性质及应用

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：

②2Al ＋3Cl 2=====点燃

2AlCl 3

④2Al ＋2NaOH ＋2H 2O===2NaAlO 2＋3H 2↑ ⑤2Al ＋Fe 2O 3=====高温

Al 2O 3＋2Fe(铝热反应) 4． 对比记忆镁的化学性质

5． 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． 判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”

(1)铝在自然界中有游离态和化合态两种形式

( ) (2)Mg 、Al 在空气中性质稳定，因而都具有很强的抗腐蚀性 ( ) (3)MgO 与Al 粉的混合物也可称为铝热剂 ( ) (4)Mg 是活泼金属，而Al 是两性金属

( )

答案 (1)× (2)×

(3)× (4)×

2． 依据Mg 、Al 单质的性质，思考回答下列问题。

(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)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？

答案 不恰当。金属性是指元素的原子失电子的能力，非金属性是指元素的原子得电子的能力。铝不论是与酸反应还是与碱反应，都是失去3e －

，化合价升高为＋3价，均是还原剂，因而铝具有较强的金属性。

(3)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：Al 0

――→失3e －

Al 3＋，2H ＋――→得2e －

H 2，只不过碱中的H ＋

来源于水的电离。氧化剂分别为酸和水。

(4)镁在空气中充分燃烧，所得固体产物可能有哪些：________________(用化学式表示)。 答案 MgO 、Mg 3N 2、C

题组一 对比掌握铝、镁的性质

1．镁、铝单质的化学性质以相似为主，但也存在某些重大差异性，下列物质能用于证明二者存在较大差异性的是()

①CO2②盐酸③NaOH溶液④水

A．①④B．②③C．①③D．②③④

答案 C

解析Al能与NaOH溶液反应而Mg不能；Mg能在CO2中燃烧，而Al不能。2．镁、铝都是较活泼的金属，下列描述中正确的是() A．铝的导电性比铜、银更强，所以常用以制造电线、电缆

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

解析铝的导电性比铜、银的弱，A错；镁能跟酸反应，不能跟碱反应，B错；铝热剂是铝粉和Fe、V、Cr、Mn等难熔金属的氧化物的混合物，在进行铝热反应时，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。

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NH＋4水解，溶液呈酸性，加入铝粉时，Al与H＋反应产生H2。

归纳总结

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===2AlO－2＋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。

题组二铝与酸或碱反应的定量分析

4．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．3 mol·L－1 HCl B．4 mol·L－1 HNO3

C．8 mol·L－1 NaOH D．18 mol·L－1 H2SO4

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。

5．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)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的量相等，所得H2的量必相等。

(2)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。

(3)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。

(4)甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·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．5.4 g B．3.6 g C．2.7 g D．1.8 g

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 === 2AlCl 3＋3H 2↑ 6 mol

3 mol 3 mol·L －

1×0.1 L

0.15 mol

则Al 与NaOH 反应生成的H 2为0.15 mol ×2＝0.3 mol 。 2Al ＋2NaOH ＋2H 2O===2NaAlO 2＋3H 2↑ 2×27 g 3 mol 5．4 g 0.3 mol 即投入的铝粉为5.4 g 。 思维建模

(1)铝与酸、碱反应生成H 2的量的关系

铝与酸、碱反应的化学方程式分别为2Al ＋6HCl===2AlCl 3＋3H 2↑、2Al ＋2NaOH ＋2H 2O===2NaAlO 2＋3H 2↑。从化学方程式可以看出Al 与酸、碱反应时生成H 2的实质都是Al ――→失3e －

Al 3＋，所以无论与酸还是与碱反应，Al 与H 2的关系都是2Al ～3H 2。 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V HCl (H 2)V NaOH (H 2)＝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

V HCl (H 2)

V NaOH (H 2)＝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13<

V HCl (H 2)

V NaOH (H 2)<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H 2的性质常作为推断题的“题眼”。

考点二 铝的重要化合物

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

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

②受热分解：2Al(OH)3=====△

Al 2O 3＋3H 2O 。

(3)制备:①向铝盐中加入氨水，离子方程式为Al 3＋

＋3NH 3·H 2O===Al(OH)3↓＋3NH ＋

4。

②NaAlO 2溶液中通入足量CO 2，离子方程式为AlO －

2＋CO 2＋2H 2O===Al(OH)3↓＋HCO －

3。

③NaAlO 2溶液与AlCl 3溶液混合：3AlO －

2＋Al 3＋

＋6H 2O===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(SO 4)2·12H 2O ，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Al 3＋

＋3H 2O Al(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，用坩埚钳夹住一小块铝箔，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O 2发生反应生成熔点很高的Al 2O 3薄膜，使内部的铝被Al 2O 3包裹着，所以熔化的铝不易滴下

3． 中学学习阶段接触到许多既能与酸反应又能与碱反应的物质，除了Al 及其重要化合物

外，你还知道哪些？

答案 ①弱酸的铵盐，如：NH 4HCO 3、CH 3COONH 4、(NH 4)2S 等；②弱酸的酸式盐，如：NaHCO 3、KHS 、NaHSO 3；③氨基酸。

题组一 Al 2O 3和Al(OH)3的两性

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H 2SO 4或浓HNO 3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Al 2O 3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(NO 3)2不与Al 2O 3反应，故不可能与钝化的铝条发生反应。

2． 某氧化物X 难溶于水，能与烧碱反应，生成易溶于水的化合物Y ，将少量Y 溶液滴入盐

酸中无沉淀生成，则X 是 ( )

A ．SiO 2

B ．Al 2O 3

C ．MgO

D ．CuO

答案 B

解析 C 项MgO 不能溶于烧碱，不正确；少量Y 滴入盐酸不能形成沉淀，Al 2O 3符合题意，A 项不正确，B 项正确；D 项CuO 不能溶于烧碱，不正确。 题组二 制备Al(OH)3的最佳途径

3． 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CO 2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 ．①⑥⑤③ B ．②③④③ C ．②③⑤③

D ．①③⑤③

答案 B

解析 若先用盐酸溶解，Mg 、Al 均溶解，制取Al(OH)3的步骤较多；从NaAlO 2制备Al(OH)3，若加盐酸不容易控制量的多少。故B 项操作步骤为最佳顺序。

4． 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：350 g 70% H 2SO 4

溶液，NaOH 固体240 g ，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W 1、W 2、W 3。三种实验方案如下：

甲：铝→加NaOH 溶液→加H 2SO 4溶液→W 1 g Al(OH)3 乙：铝→加H 2SO 4溶液→加NaOH 溶液→W 2 g Al(OH)3 丙：

????

?铝→加H 2SO 4溶液铝→加NaOH 溶液→W 3 g Al(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，W 1、W 2、W 3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)520 g

反思归纳

制取Al(OH)3一般不用强酸或强碱，因为强酸、强碱都能溶解生成的Al(OH)3，而不易控制酸、碱的用量。一般用氨水或CO2制取，也可用Al3＋、AlO－2的双水解反应制取。

考点三用数形结合思想理解Al3＋、Al(OH)3、AlO－2之间的转化关系

1．Al3＋、Al(OH)3、AlO－2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↓＋3NH＋4

②Al3＋＋3AlO－2＋6H2O===4Al(OH)3↓

③Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓

(2)Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O

(3)Al3＋＋4OH－===AlO－2＋2H2O

(4)AlO－2＋4H＋===Al3＋＋2H2O

(5)①AlO－2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO－3

②AlO－2＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓

(6)Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2O

2．与Al(OH)3沉淀生成有关的图像分析

(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－===AlO－2＋2H2O

③图像

(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，反应一段时间后逐渐产生大量的白色沉淀。

②有关反应：

A→B：Al3＋＋4OH－===AlO－2＋2H2O

B→C：Al3＋＋3AlO－2＋6H2O===4Al(OH)3↓

③图像

(3)把强酸溶液逐滴加入到AlO－2溶液中至过量

①现象：先生成白色沉淀，然后沉淀逐渐溶解。

②有关反应：

A→B：AlO－2＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓

B→D：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O

③图像

(4)向强酸溶液中逐滴加入AlO－2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＋＋AlO－2===Al3＋＋2H2O

B→C：Al3＋＋3AlO－2＋6H2O===4Al(OH)3↓

③图像

(5)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－===AlO－2＋2H2O

③图像

题组一Al3＋、AlO－2溶液加碱或酸反应现象的应用

1．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CO2②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。

2．下列各组物质的无色溶液，不用其他试剂即可鉴别的是________。

①NaOH、AlCl3②NaHCO3、H2SO4③NaAlO2、NaHSO4④Na2CO3、HCl⑤Na2CO3、

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＋＋SO2－4，溶液显强酸性。向NaAlO2溶液中滴加NaHSO4：开始出

现白色沉淀后沉淀逐渐溶解；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，后产生气泡；

向盐酸中滴加Na2CO3溶液：立即产生气泡。

⑤无论是NaHCO3还是Na2CO3加到Ca(OH)2中都会产生白色沉淀，无法区别。

题组二有关Al3＋、AlO－2的离子反应

3．常温下，下列各组离子在指定溶液中能大量共存的是() A．无色溶液中：ClO－、MnO－4、Al3＋、K＋

B．1.0 mol·L－1的NaAlO2溶液中：Cl－、HCO－3、K＋、Ca2＋

C．在强碱性环境中：AlO－2、SiO2－3、Na＋、K＋

D．能使甲基橙显红色的溶液中：NH＋4、AlO－2、Na＋

答案 C

解析A项MnO－4有颜色，ClO－与Al3＋可发生双水解反应；B项中HCO－3＋AlO－2＋H2O===Al(OH)3↓＋CO2－3；D项中，酸性条件下AlO－2不存在。

4．下列离子方程式书写正确的是() A．向氯化铝溶液中通入过量氨气：4NH3＋Al3＋＋2H2O===AlO－2＋4NH＋4

B．将铝片打磨后置于NaOH溶液中：2Al＋2OH－===2AlO－2＋H2↑

C．向明矾溶液中加入过量的Ba(OH)2溶液：Al3＋＋2SO2－4＋2Ba2＋＋4OH－===2BaSO4↓＋AlO－2＋2H2O

D．向NaAlO2溶液中通入足量CO2：2AlO－2＋CO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO2－3

答案 C

解析A项，氨水不能溶解Al(OH)3；B项，氧元素不守恒；D项，通足量CO2时，应生成HCO－3。

反思归纳

1．离子共存问题

(1)Al3＋与OH－、AlO－2、CO2－3(HCO－3)、S2－等不能大量共存。

(2)AlO－2与H＋、HCO－3、Al3＋、Fe3＋等不能大量共存。

2．离子反应先后顺序问题

当溶液中有多种离子时，要考虑离子之间的反应顺序，如向含有H＋、NH＋4、Mg2＋、Al3＋的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液，NaOH先与H＋反应，再与Mg2＋、Al3＋反应生成沉淀，再与NH＋4反应，最后才溶解Al(OH)3沉淀。

3．Al及其化合物的除杂归类事例

(1)Mg(Al)：加足量NaOH溶液；

(2)Fe2O3(Al2O3)：加足量NaOH溶液；

(3)Mg(OH)2[Al(OH)3]：加足量NaOH溶液；

(4)Mg2＋(Al3＋)：加过量NaOH溶液，过滤，再加酸充分溶解。

题组三Al3＋、Al(OH)3、AlO－2三者之间关系的定量分析

5．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－2的物质的量的变化

答案 B

解析AlCl3溶液与NaOH溶液混合有两种方式：向AlCl3溶液中缓慢滴加NaOH溶液，开始有沉淀生成后沉淀溶解，且生成沉淀与沉淀溶解消耗的NaOH的物质的量之比为3∶1，显然符合题意，则x表示NaOH的物质的量，B项错误；另一种方式是向NaOH 溶液中缓慢滴加AlCl3溶液，开始没有沉淀，后有沉淀生成，与本题图示情况不符。6．向物质的量浓度均为1 mol·L－1的AlCl3和盐酸的混合溶液中逐滴滴入NaOH溶液，下图[n表示Al(OH)3的物质的量、V表示NaOH溶液的体积]能正确表示这个反应过程的是

()

答案 D

解析向混合溶液中逐滴滴入NaOH溶液，反应情况分为三个阶段：第一阶段为OH－＋H＋===H2O，此时无沉淀产生；第二阶段有白色沉淀产生，反应的离子方程式为Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓；第三阶段滴加NaOH溶液至过量，沉淀逐渐溶解最后完全消失，反应的离子方程式为Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2O，结合反应方程式及浓度关系可知三个阶段消耗NaOH物质的量之比为1∶3∶1。

7．向30 mL 1 mol·L－1的AlCl3溶液中逐渐加入浓度为4 mol·L－1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() A．3 mL B．7.5 mL

C．15 mL D．17.5 mL

答案 B

解析 解法一：把该题的信息转化为图像，用图像法求解，如图所示：

当生成沉淀0.01 mol 时需NaOH 0.03 mol 或0.11 mol ，显然B 项符合题意。

解法二：已知n (AlCl 3)＝0.03 mol ，n [Al(OH)3]＝0.01 mol ，由沉淀的物质的量小于氯化铝的物质的量可推知此题可能有两个答案：一是氢氧化钠不足，二是氢氧化钠过量。 当碱的量不足时，则V (NaOH)＝0.01×3

4 L ＝0.007

5 L ＝7.5 mL ；当碱过量时，则V (NaOH)

＝

0.03×4－0.01

4

L ＝0.027 5 L ＝27.5 mL 。

方法指导

可溶性铝盐与强碱反应的计算规律

(1)求产物Al(OH)3的量

①当n (OH －)≤3n (Al 3＋)时，n [Al(OH)3]＝13

n (OH －

)；

②当3n (Al 3＋

)

)<4n (Al 3＋

)时，n [Al(OH)3]＝4n (Al 3＋

)－n (OH －

)；

③当n (OH －

)≥4n (Al 3＋

)时，n [Al(OH)3]＝0，无沉淀。

(2)求反应物碱的量

①若碱不足(Al 3＋

未完全沉淀)，

n (OH －

)＝3n [Al(OH)3]；

②若碱使生成的Al(OH)3部分溶解， n (OH －

)＝4n (Al 3＋

)－n [Al(OH)3]。

考点四 以“化工生产流程”为载体考查Mg 、Al 的性质

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Al 2O 3，此外还含有少量SiO 2、Fe 2O 3等杂质，冶炼金属铝很重要的一个过程是Al 2O 3的提纯。由于Al 2O 3是两性氧化物，而杂质SiO 2是酸性氧化物，Fe 2O 3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：碱溶法 讨论回答下列问题：

(1)写出①、③两步骤中可能发生反应的离子方程式。

答案①Al2O3＋2OH－===2AlO－2＋H2O，SiO2＋2OH－===SiO2－3＋H2O

③AlO－2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO－3，SiO2－3＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2HCO－3

(2)步骤③中不用盐酸(或H2SO4)酸化的理由是________________________________

________________________________________________________________________。

答案因为AlO－2与酸反应生成的Al(OH)3具有两性，可溶于强酸，不易控制酸的量；

CO2廉价而且生成的副产物NaHCO3用途广泛，经济效益好

(3)步骤④中得到较纯的Al2O3，可能含有________杂质，在电解时它不会影响铝的纯度

的原因：________________________________________________________________。

答案SiO2由于SiO2的熔点很高，在加热到1 000 ℃左右时不会熔化，因而不影响铝的纯度

方案二：酸溶法

讨论回答下列问题：

(1)写出①、②中可能发生反应的离子方程式。

答案①Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O，Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O

②Al3＋＋4OH－===AlO－2＋2H2O，Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓

(2)步骤②中不用氨水沉淀Fe3＋的原因：____________________________________。

答案Al(OH)3只能溶于强碱，不能溶于氨水，用氨水不能将Fe(OH)3和Al(OH)3分离

1．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：

对上述流程中的判断正确的是()

A．试剂X可以为氨水，沉淀中含有铁的化合物

B．CO2可以用H2SO4溶液或稀盐酸代替

C．反应Ⅱ中的反应为CO2＋AlO－2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO－3

D．工业上还可采用Fe还原Al2O3的方法制Al，成本更低

答案 C

解析A项试剂X应为强碱溶液，使Al2O3溶解；B项若用强酸代替CO2，强酸过量时，Al(OH)3会溶解，不能保证生成Al(OH)3沉淀；D项因Al比Fe活泼，不能用Fe臵换Al。2．MgSO4·7H2O是一种重要的化工原料。某研究性学习小组设计了利用菱镁矿石(主要成分是MgCO3，并含有MnCO3、SiO2杂质)制取MgSO4·7H2O的实验，流程如下。

(1)第①步研磨的目的是____________________，所得滤液主要含__________________、

__________________等溶质。

(2)第②步反应的离子方程式为___________________________________________。

(3)第③步浓缩结晶后，要经过________、洗涤、干燥等步骤才可得到MgSO4·7H2O，洗

涤沉淀的基本操作是__________________________________________________。

(4)若制得MgSO4·7H2O质量为82.00 g，测得MnO2质量为1.74 g，且测得第①步滤渣质

量为4.70 g，忽略各物质在溶液中的溶解损失，可计算出菱镁矿石中MgCO3的质量分数为____________________。

答案(1)使溶解充分并加快溶解速率MgSO4MnSO4

(2)Mn2＋＋ClO－＋H2O===MnO2↓＋Cl－＋2H＋

(3)过滤将沉淀置于过滤器中，加蒸馏水至刚好浸没沉淀，待水流尽，重复2～3次

(4)80%

解析(1)研磨可增大固体的表面积，使溶解物充分溶解并使溶解速率加快。菱镁矿石与稀硫酸反应，MgCO3、MnCO3会转变为MgSO4、MnSO4。(2)根据流程图，加入NaClO 溶液，MnSO4转变为MnO2。根据得失电子守恒和元素守恒即可写出第②步反应的离子方程式：Mn2＋＋ClO－＋H2O===MnO2↓＋Cl－＋2H＋。(3)第③步浓缩结晶后要经过过滤、洗涤、干燥才能得到MgSO4·7H2O晶体。洗涤沉淀时要注意加水不能过多，且不能用玻璃棒搅拌，还要重复2～3次。(4)根据题中信息可求得MgCO3、MnCO3的质量分别是

28.00 g、2.30 g，则菱镁矿石中MgCO3的质量分数为

28.00 g

28.00 g＋2.30 g＋4.70 g

×100%＝

80%。

反思归纳

解答化工流程题的基本方法

(1)明确目的，提取有用信息

通过阅读题头，明确生产目的——制备什么物质，找到制备物质时所需的原料及所含杂质，提取出所给的相关信息——化学反应方程式、物质的稳定性和溶解性等。

(2)分析流程，弄清各步作用

对比分析流程图中的一种物质(原料)与最后一种物质(产品)，找出原料与产品之间的关系，联系问题有针对性地思考：原料转化为产品的过程中依次进行了什么反应？每一步除目标物质外还产生了什么杂质或副产物？杂质是否要除去，采用什么操作方法除去？

(3)看清问题，准确规范作答

这一步很关键，答题时要看清问题，不能答非所问，要注意语言表达的科学性和准确性，如分清是要求回答实验操作名称还是具体操作步骤。

探究高考明确考向

1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”

(1)向明矾溶液中滴加Ba(OH)2溶液，恰好使SO2－4沉淀完全：2Al3＋＋3SO2－4＋3Ba2＋＋6OH

－===2Al(OH)

3

↓＋3BaSO4↓(×)

(2013·海南，10B) 解析明矾溶液中，Al3＋和SO2－4个数比为1∶2，SO2－4完全沉淀时，Al3＋应转化为AlO－2。

(2)0.10 mol·L－1的氨水与AlCl3溶液发生反应的离子方程式为Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓

(×)

(2013·福建理综，8A) 解析NH3·H2O是弱电解质，不能拆分。

(3)0.1 mol·L－1 NaAlO2溶液中：H＋、Na＋、Cl－、SO2－4能大量共存(×)

(2013·江苏，3D) 解析AlO－2与H＋不能大量共存，错误。

(4)氯化铝是一种电解质，可用于电解法制铝(×)

(2013·江苏，4D) 解析AlCl3是共价化合物，熔融状态不导电，错误。

(5)明矾溶于水产生Al(OH)3胶体：Al3＋＋3H2O===Al(OH)3↓＋3H＋(×)

(2013·江苏，8B) 解析Al(OH)3胶体不是沉淀，不能加沉淀符号，错误。

(6)向NaAlO2溶液中滴加NaHCO3溶液，有沉淀和气体生成(×)

(2013·重庆理综，2C) 解析向NaAlO2溶液中滴加NaHCO3溶液，仅有沉淀生成，方程式为AlO－2＋HCO－3＋H2O===Al(OH)3↓＋CO2－3。

(7)如图所示，①AlCl3溶液、②浓氨水，①中有白色沉淀生成(√)

(2012·北京理综，10C改编) 解析浓氨水中挥发出NH3，NH3与AlCl3溶液反应生成Al(OH)3白色沉淀。

(8)新制的氧化铝可溶于氢氧化钠溶液：Al2O3＋2OH－===2AlO－2＋H2O (√)

(2012·海南，12D) 2．(2013·山东理综，9)足量下列物质与相同质量的铝反应，放出氢气且消耗溶质物质的量最少的是() A．氢氧化钠溶液B．稀硫酸

C．盐酸D．稀硝酸

答案 A

解析A项，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，1 mol Al消耗1 mol NaOH；B 项，2Al＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2↑，1 mol Al消耗 1.5 mol H2SO4；C项，2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，1 mol Al消耗3 mol HCl；D项，Al和稀硝酸反应不放H2。综上所述，符合题意的是A项。

3．(2012·安徽理综，13)已知室温下，Al(OH)3的K sp或溶解度远大于Fe(OH)3。向浓度均为

0.1 mol·L－1的Fe(NO3)3和Al(NO3)3混合溶液中，逐滴加入NaOH溶液。下列示意图表

示生成Al(OH)3的物质的量与加入NaOH溶液的体积的关系，合理的是

()

答案 C

解析解答本题时应特别注意，难溶物的K sp越大，在溶液中越难形成沉淀；Al(OH)3能溶于过量的NaOH溶液。由于Al(OH)3的K sp比Fe(OH)3的K sp大，故在混合液中加入NaOH溶液时，先生成Fe(OH)3沉淀，而不生成Al(OH)3沉淀，当Fe(NO3)3反应完全后再生成Al(OH)3沉淀，继续加入NaOH溶液，Al(OH)3沉淀又溶解，故只有C图像符合题意。

4．[2013·重庆理综，8(1)]合金是建造航空母舰的主体材料。

航母升降机可由铝合金制造。

①铝元素在周期表中的位置_____________________________________________，

工业炼铝的原料由铝土矿提取而得，提取过程中通入的气体为______________。

②Al-Mg合金焊接前用NaOH溶液处理Al2O3膜，其化学方程式为

____________________。焊接过程中使用的保护气为__________________(填化学式)。

答案①第三周期第ⅢA族CO2

②Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O Ar(其他合理答案均可)

5．(2013·大纲全国卷，29)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)电解法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

________。

答案(1)2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O、2NaOH＋Al2O3===2NaAlO2＋H2O

(2)CaSiO32AlO－2＋CO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO2－3(或AlO－2＋CO2＋

2H2O===Al(OH)3↓＋HCO－3)

(3)浓H 2SO 4 12HF ＋3Na 2CO 3＋2Al(OH)3===2Na 3AlF 6＋3CO 2＋9H 2O (4)2Al 2O 3=====高温

电解，Na 3

AlF 6

4Al ＋3O 2↑ O 2、CO 2(CO)

解析 结合Al 2O 3、SiO 2与NaOH 溶液反应后产物的性质来分析流程图一，根据萤石和纯碱为原料制取冰晶石来分析流程图二，充分利用质量守恒等来书写方程式。

(1)在加入NaOH 溶液时，Al 2O 3和SiO 2都能与NaOH 反应，分别生成NaAlO 2和Na 2SiO 3。

(2)加入CaO 后，SiO 2－

3与Ca 2＋

结合生成难溶物CaSiO 3；滤液Ⅱ中主要含有AlO －

2，通入

CO 2后生成沉淀Al(OH)3，煅烧后生成Al 2O 3。(3)萤石能与浓硫酸反应生成CaSO 4和HF 气体；HF 、Na 2CO 3、Al(OH)3三者没有发生氧化还原反应，根据质量守恒定律可写出化学方程式。(4)电解Al 2O 3制取金属铝，加入的冰晶石为助熔剂；阳极产生的O 2能与石墨电极反应生成CO 2(可能含有CO)。

练出高分

1． 近年来，科学家正在探索利用铝粉作为新能源的可能性，以期铝能成为一种石油的取代

物。假如铝作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，关于其有利因素的下列说法，你认为哪项是错误的

( )

A ．铝质轻，便于运输、贮存，且安全

B ．铝燃烧时放出的热量大，且燃烧后产物对环境的污染容易得到有效的控制

C ．在地球上，铝矿资源比较丰富

D ．现代电冶铝的工业技术已为铝作为新能源奠定了重要基础 答案 D

解析 电冶铝时要消耗大量的电能，D 项错误。 2． 下列叙述正确的是

( )

A ．铝制容器可盛装热的浓硫酸

B ．镁的金属性比铝的金属性强

C ．氢氧化铝能溶于过量氨水

D ．镁在空气中燃烧生成的固体只有MgO 答案 B

解析 铝与热的浓硫酸发生反应；氢氧化铝不能溶于氨水；镁在空气中燃烧生成的固体有MgO 、Mg 3N 2和C 。

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

( )

①NaHCO 3 ②(NH 4)2SO 3 ③Al 2O 3 ④Al(OH)3 ⑤Al A ．全部

B ．只有①③④⑤

C ．只有③④⑤

D ．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．相同质量的下列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．Al B．Al(OH)3

C．AlCl3D．Al2O3

答案 A

解析假设上述四种物质均为1 g，则物质的量分别为1

27mol，

1

78mol，

1

133.5mol，

1

102

mol，完全溶解转化为NaAlO2时，所需NaOH的物质的量分别为1

27mol、1

78mol，(1

133.5

×4) mol＝

1

33.4mol，(

1

102×2) mol＝

1

51mol，所以选A。

5．有一块镁铝合金，其中镁与铝的质量比是8∶9。加入足量稀H2SO4使其完全溶解后，再加入NaOH溶液，生成沉淀的质量随NaOH溶液体积变化的曲线如下图，其中正确的是

()

答案 A

解析镁与铝的质量比是8∶9，则物质的量之比是1∶1，NaOH溶液过量后Al(OH)3完全溶解，只有Mg(OH)2，B错；等物质的量的Mg(OH)2与Al(OH)3的质量之比是58∶78，即剩余的Mg(OH)2的质量小于沉淀最大质量的1/2，排除C、D，故选A。

6．甲、乙两烧杯中分别装有相同体积、相同pH的氨水和NaOH溶液，各加入10 mL 0.1 mol·L －1 AlCl

3

溶液，两烧杯中都有沉淀生成。下列判断正确的是() A．甲中沉淀一定比乙中的多

B．甲中沉淀可能比乙中的多

C．甲中沉淀一定比乙中的少

D．甲中和乙中的沉淀一定一样多

答案 B

解析①若AlCl3过量，由于相同体积、相同pH的氨水比NaOH提供的OH－物质的量大，所以甲比乙生成的Al(OH)3沉淀多；②若AlCl3电离出的Al3＋与氨水或NaOH溶液电离出的OH－恰好完全反应，生成沉淀相等；③若AlCl3少量，由于在NaOH溶液中生成的Al(OH)3可继续与NaOH反应而溶解，乙中的沉淀量小于甲。

7．某溶液中可能含有H＋、NH＋4、Mg2＋、Al3＋、Fe3＋、CO2－3、SO2－4、NO－3中的几种。①若