2021高考化学一轮复习专题4第2讲从铝土矿到铝合金课件苏教版

2021高考化学一轮复习专题4第2讲从铝土矿到铝合金课件苏教版

第 2 讲　从铝土矿到铝合金 - 2 - 考纲要求 : 了解铝及其重要化合物的制备方法 , 掌握其主要性质及其应用。 - 3 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 Al 、 Al 2 O 3 、 Al(OH) 3 的性质 导学诱思 (1) 铝为活泼金属 , 但铝合金门窗及餐具却比较耐腐蚀 , 为什么 ? 　 。   (2) 怎样除去铁粉中的铝粉 ?   　 。   (3) 怎样除去氧化铁中的氧化铝 ?   　 。   答案 : (1) 因为铝制品表面极易形成一层致密的氧化膜 (Al 2 O 3 ) (2) 向混合物中加入过量的氢氧化钠溶液 , 充分反应后过滤、洗涤、干燥 , 即可 (3) 向混合物中加入过量的氢氧化钠溶液 , 充分反应后过滤、洗涤、干燥 , 即可 - 4 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 落实基础 1 . 铝的重要性质 - 5 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 - 6 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 2 .Al 2 O 3 (1) 物理性质 :Al 2 O 3 是高熔点的氧化物 , 常作为 　　　　　　 材料及冶炼金属铝的原料。   (2) 化学性质 ( 用离子方程式表示 ): 3 .Al(OH) 3 (1) 吸附性 :Al(OH) 3 是难溶于水的白色胶状沉淀物质 , 它能 　　　　 水中的悬浮物 , 常用于水的净化 , 并能 　　　　 色素。   (3) 受热分解 : 化学方程式为   　 。   耐火 吸附 吸附 - 7 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 4 . 铝热反应 (1) 实验装置。 (2) 实验现象及结论。 剧烈燃烧 , 放出大量的热 , 导致混合物剧烈反应过后 , 纸漏斗的下部被烧穿 , 有熔融物落入沙中 ; 待熔融物冷却后 , 除去外层熔渣 , 可以发现落下的是铁珠。 - 8 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 易错辨析 判断正误 , 正确的画 “ √ ” , 错误的画 “ ×” 。 (1) 铝合金门窗及餐具坚固耐用 , 所以不易与氧气反应 ( 　　 ) (2) 铝片放入氢氧化钠溶液中的离子方程式 (3) 用盐酸、氢氧化钠溶液均可除去镁、铝表面的氧化膜 ( 　　 ) (4) 铝与少量氢氧化钠溶液反应生成 Al(OH) 3 ( 　　 ) (5) 三氧化二铝与少量氢氧化钠溶液反应生成 Al(OH) 3 ( 　　 ) × × × × × - 9 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 考查角度一 　 铝的化学性质 例 1 将 5.4 g Al 投入 200.0 mL 2.0 mol·L -1 的某溶液中有氢气产生 , 充分反应后有金属剩余。该溶液可能是 ( 　　 ) A.HNO 3 溶液 B.Ba(OH) 2 溶液 C.H 2 SO 4 溶液 D.HCl 溶液 答案 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭 - 10 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 互动探究 (1)5.4 g Al 分别投入过量的 Ba(OH) 2 、 HCl 溶液中 , 生成氢气的质量有何关系 ? 溶液质量分别增加多少 ? (2) 如果质量相等但过量的 Al 分别投入等体积、等物质的量浓度的 Ba(OH) 2 、 HCl 溶液中 , 生成氢气的质量有何关系 ? 答案 : (1) 生成氢气的质量相同。溶液质量均增加 4.8 g 。 Al 完全反应 , 转移的电子数相同 , 生成的 H 2 的质量相同 , 溶液增加的质量也相同。 (2) 生成氢气的质量比为 6 ∶ 1 。由 2OH - ~3H 2 ↑ 和 2H + ~H 2 ↑ 的关系式可得。 - 11 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 方法指导 Al 是我们中学阶段学习的唯一既与 H + 反应也与 OH - 反应的金属 , 它与酸、碱反应既有相同点 , 也有不同点。 相同点 :Al 均被氧化成 +3 价 , 所以 1 mol Al 不论与 H + 反应还是与 OH - 反应均生成 3 g( mol)H 2 。 不同点 :1 mol Al 与 H + 反应消耗 3 mol H + , 而与 OH - 反应只消耗 1 mol OH - , 所以含有等物质的量溶质的 NaOH 溶液和 HCl 溶液分别与足量的铝反应时生成的氢气的物质的量之比为 3 ∶ 1 。 - 12 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 考查角度二 　 Al 、 Al 2 O 3 、 Al(OH) 3 的共性 例 2 除去下列物质中的杂质 ( 括号中为杂质 ) 选用的试剂正确的是 ( 　　 ) A.Fe 2 O 3 (Al 2 O 3 ) 用盐酸 B.Fe(OH) 3 [Al(OH) 3 ] 用氨水 C.Mg(Al) 用纯碱溶液 D.MgCl 2 (AlCl 3 ) 用氢氧化钠溶液和盐酸 答案 解析 解析 关闭 A 选项 ,Fe 2 O 3 、 Al 2 O 3 均与盐酸反应 , 错误 ;B 选项 ,Al(OH) 3 不与氨水反应 , 错误 ;C 选项 ,Na 2 CO 3 不与 Al 反应 , 错误 ;D 选项 , 先加入过量的氢氧化钠溶液 , 过滤、洗涤 , 然后再加入适量盐酸 , 正确。 答案 解析 关闭 D - 13 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 方法指导 (1)Al 、 Al 2 O 3 、 Al(OH) 3 与酸、碱反应的共同点。 Al 、 Al 2 O 3 、 Al(OH) 3 既溶于强酸溶液又溶于强碱溶液 , 与强酸反应均生成 Al 3+ , 且每生成 1 mol Al 3+ 均耗 3 mol H + ; 与强碱反应均生成 , 且每生成 1 mol 均耗 1 mol OH - , 记住上述关系 , 书写有关离子方程式就比较容易。 - 14 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 (2) 注意酸碱性的强弱。 Al 2 O 3 、 Al(OH) 3 与强酸或强碱反应 , 但不溶于 CO 2 水溶液或氨水。 (3) 其他既能与强酸反应又能与强碱反应的物质。 既能与强酸反应又能与强碱反应的物质除 Al 、 Al 2 O 3 、 Al(OH) 3 外 , 还有弱酸酸式盐 ( 如 NaHCO 3 、 KHS 、 KHSO 3 等 ) 、弱酸铵盐 [ 如 (NH 4 ) 2 CO 3 、 NH 4 HCO 3 、 CH 3 COONH 4 、 (NH 4 ) 2 S 等 ] 等。 - 15 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 考查角度三 　 铝热反应 例 3 下列说法中错误的是 　　　　 。   A. 利用铝热反应制备金属铝 B. 铝可用于冶炼某些熔点较高的金属 C. 铁轨焊接时常用到铝热反应 , 铝热反应中放出大量的热足以使铁熔化 D. 铝热反应是炼铁最常用的方法 E.Al 和 MgO 组成铝热剂 , 反应后生成单质镁 答案 解析 解析 关闭 A 选项 , 铝热反应是铝单质与金属氧化物反应生成 Al 2 O 3 , 错误 ;D 选项 , 铝的价格比铁高得多 , 错误 ;E 选项 ,Al 的金属活动性比 Mg 的小 , 错误。 答案 解析 关闭 ADE - 16 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 1 . 下列说法正确的是 　 。   A.Al 2 (SO 4 ) 3 和小苏打反应是泡沫灭火器的灭火原理 B.Al 2 O 3 熔点高 , 可用作耐高温材料 C.Al 2 O 3 和 MgO 均可与 NaOH 溶液反应 D. 用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热 , 熔化后的液态铝滴落下来 , 是因为铝的熔点较低 E. 将浓硝酸滴入用砂纸打磨过的铝条中 , 会产生红棕色气体 F. 将氯化铝溶液滴入浓氢氧化钠溶液中 , 会产生大量白色沉淀 G. 铝与 Fe 2 O 3 发生铝热反应 , 反应后固体质量增加 H. 制备 Al(OH) 3 悬浊液 : 向 1 mol·L -1 AlCl 3 溶液中加过量的 6 mol·L -1 NaOH 溶液 I.2.4 g Mg 与 H 2 SO 4 完全反应 , 转移的电子数为 0.1 N A 答案 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭 - 17 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 2 .(2019 江苏镇江模拟 ) 下列关于铝单质的叙述正确的是 ( 　　 ) 。 A. 由于铝在空气中不会被氧化 , 所以铝制品的使用寿命都很长 B. 由于铝具有较强的还原性 , 所以常用铝来冶炼某些高熔点金属 C. 常温下 , 可用铝制容器盛装浓硫酸 , 说明铝与浓硫酸不反应 D.Al 有良好的导热性 , 可制成铝箔包装物品 答案 解析 解析 关闭 铝的化学性质活泼 , 在空气中与氧气反应生成致密的氧化膜 , 能保护内部金属 , 所以铝制品的使用寿命都很长 ,A 错误 ; 常温下浓硫酸与铝发生钝化反应 ,C 错误 ;Al 有良好的延展性 , 可制成铝箔包装物品 ,D 错误。 答案 解析 关闭 B - 18 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 3 . 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 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭 - 19 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 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 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭 - 20 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 5 .(2019 江苏苏州一模 ) 利用铝热反应可以焊接铁轨。下列说法正确的是 ( 　　 ) 。 A. 铝、氧化铝中铝元素微粒半径 :Al 3+ Al 3+ ,A 正确 ; 铝热反应制得的金属的活泼性小于 Al, 而活泼性 Mg>Al, 故无法用铝热反应提取镁 ,B 错误 ; 铝热反应中一部分化学能转化为热能和光能 ,C 错误 ; 铝热反应发生的根本原因是铝的还原性强于铁的还原性 ,D 错误。 答案 解析 关闭 A - 21 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 Al 3+ 、 Al(OH) 3 、 之间的转化 导学诱思 Al 2 (SO 4 ) 3 与 NaOH 溶液、氨水反应均可生成 Al(OH) 3 沉淀 , 那么在实验室中我们通常用氨水与 Al 2 (SO 4 ) 3 反应来制取 Al(OH) 3 , 为什么一般不用 NaOH 溶液 ? 　 。   答案 : 因为 Al(OH) 3 与过量的 NaOH 反应 - 22 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 - 23 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 2 .Al 3+ 的水解 (1) 明矾净水。 明矾的化学式为 KAl(SO 4 ) 2 ·12H 2 O, 其净水的原理用离子方程式表示为   　 。   (2) 加热铝盐溶液。 加热蒸干灼烧 AlCl 3 溶液最终得到 　 。   Al 2 O 3 - 24 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 × √ √ - 25 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 考查角度一 　 “ 铝三角 ” 的转化及应用 例 1 (1) 向硫酸铝溶液中逐滴滴加氢氧化钠溶液的实验现象 : 　 ,   离子方程式 :   　 。   (2) 向氢氧化钠溶液中逐滴滴加硫酸铝溶液的实验现象 : 　 ,   离子方程式 :   　 。   (3) 怎样除去硫酸镁溶液中的硫酸铝杂质 :   　 。   答案 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭 - 26 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 方法指导 (1)“ 铝三角 ” 的转化。 注意 : ① 能与强酸、强碱反应的物质是 Al 、 Al 2 O 3 、 Al(OH) 3 ,Al 3+ 能与强碱反应不能与强酸反应 , 能与强酸反应不能与强碱反应。 ② Al 3+ 水解使溶液显酸性 , 只能在酸性条件下存在 , 所以与碱、显碱性的盐反应 ; 水解使溶液显碱性 , 只能在碱性条件下存在 , 所以与酸、显酸性的盐反应。 - 27 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 (2) 转化关系中的实质与量。 “ 铝三角 ” 的实质是复分解反应 , 在反应中化合价没有发生变化 , 只是铝的两种离子和 Al(OH) 3 三种物质在酸、碱作用下的相互转化 , 所以在复习时 , 要抓住实质。 书写离子方程式时 , 要利用电荷守恒来记忆 H + 、 OH - 的量 , 如 : - 28 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 考查角度二 　 有关含铝物质的图像分析 例 2 如图表示 AlCl 3 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 Al 3+ 的物质的量的变化 B. x 表示 AlCl 3 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 的物质的量的变化 答案 解析 解析 关闭 AlCl 3 溶液与 NaOH 溶液混合有两种方式 : 向 AlCl 3 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, 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 AlCl 3 溶液 , 开始没有沉淀 , 后有沉淀生成 , 与本题图示情况不符。 答案 解析 关闭 B - 29 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 方法指导 与铝有关的图像很多 , 熟练掌握反应物的定量关系 , 在分析图像时要从起始点、拐点等处入手 , 以图像的变化联系反应 , 理清反应先后顺序 , 再进行量的计算。 (1) 向 AlCl 3 溶液中分别滴加氢氧化钠溶液和氨水。 - 30 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 (2) 向等物质的量浓度的 AlCl 3 、 MgCl 2 的混合溶液中滴加氢氧化钠溶液 ; 向氢氧化钠溶液中逐滴滴加 AlCl 3 溶液。 - 31 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 跟踪训练 1 . 下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 将氯化铝溶液滴入浓氢氧化钠溶液中 , 将产生大量白色沉淀 B.Al 2 O 3 和 MgO 均可与 NaOH 溶液反应 C.AlCl 3 溶液中加入过量稀氨水 : D. 常温下 ,Al(OH) 3 既能与 NaOH 溶液反应又能与稀硫酸反应 答案 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭 - 32 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 答案 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭 - 33 - 必备知识 • 自主预诊 关键能力 • 考向突破 3 .(2019 江苏南通第一中学高三模拟 ) 将一小块铝片加入某浓度的盐酸中 , 铝片完全溶解 , 在所得溶液中继续滴加 NaOH 溶液 , 生成 Al(OH) 3 的量与加入 NaOH 溶液体积的变化关系如图所示 , 下列说法正确的是 ( 　　 ) 。 A. 盐酸与铝片反应后 , 盐酸还有剩余 B. 图中 B 点之前发生的离子反应为 Al 3+ +3OH - ═ Al(OH) 3 ↓ C. AB 段消耗的 NaOH 溶液体积与 BC 段消耗的 NaOH 溶液体积比 ≥ 3 ∶ 1 D. 溶解铝片的盐酸浓度与滴加的 NaOH 溶液浓度相等 答案 解析 解析 关闭 从图像可知 , 刚滴入 NaOH 溶液时 , 不生成沉淀 , 说明盐酸与铝片反应后仍有剩余 ,A 正确 ; B 点之前 , 在 OA 段 , 还发生了 H + +OH - ═ H 2 O 的反应 ,B 错误 ; AB 段生成 Al(OH) 3 , BC 段溶解 Al(OH) 3 , 所以 AB 段消耗的 NaOH 溶液体积与 BC 段消耗的 NaOH 溶液体积比一定等于 3 ∶ 1,C 错误 ; 根据题目提供条件无法判断盐酸与 NaOH 溶液浓度的关系 ,D 错误。 答案 解析 关闭 A - 34 - 从铝土矿中制备铝 近几年高考经常围绕 Al 2 O 3 、 Al(OH) 3 的两性 , 结合物质的分离、提纯及化工工艺考查实验设计、实验评价及反应原理 , 解决此类问题注意抓住 Al 2 O 3 、 Al(OH) 3 的两性和实验分离、提纯的操作 , 选择试剂时要考虑过量试剂对实验的影响。 - 35 - 例 某研究性学习小组用不纯的氧化铝 ( 杂质为 Fe 2 O 3 ) 为原料 , 设计了冶炼铝的以下工艺流程 ( 部分反应产物没有标出 ): (1) 试剂 X 的化学式为 　　 , 反应 Ⅰ 的离子方程式是 　　 。实验室配制 480 mL 1 mol·L -1 X 的溶液必须用到的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒、试剂瓶、胶头滴管外 , 还有 　　　　　　　　　　　 。常用来标定所配 X 的溶液浓度是否准确的实验名称是 　 。   (2) 通入的过量 M 、 N 的化学式分别为 　　　　　　 、 　　　　 , 反应 Ⅱ 、 Ⅳ 的离子方程式分别是 　　　　　　　 、 　   　 。   (3) 按照方案设计 , 试剂 Z 的作用是调节溶液的 pH 为 3.1, 以生成沉淀 b[Fe(OH) 3 ] 。试剂 Z 可选用 　　　　　 ( 填字母 ) 。   A.Al 2 O 3 B.H 2 SO 4 C.NaOH D.Al(OH) 3 (4) 从实际工业的角度 , 你认为方案 　　　　 更合理 , 理由是 　   　 。   答案 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭 对点训练 1 . 用含少量镁粉的铝粉制取纯净的氢氧化铝 , 下述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 解析 解析 关闭 Mg 与 NaOH 不反应 , 可以用 NaOH 溶液分离 Mg 与 Al, 再通入 CO 2 使 NaAlO 2 转化为 Al(OH) 3 沉淀。 答案 解析 关闭 B 2 . 铝是应用广泛的金属。以铝土矿 ( 主要成分为 Al 2 O 3 , 含 SiO 2 和 Fe 2 O 3 等杂质 ) 为原料制备铝的一种工艺流程如下 : 注 :SiO 2 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 Ⅰ ” 所得滤液中加入 NaHCO 3 溶液 , 溶液的 pH 　　　 ( 填 “ 增大 ”“ 不变 ” 或 “ 减小 ”) 。   (3)“ 电解 Ⅰ ” 是电解熔融 Al 2 O 3 , 电解过程中作阳极的石墨易消耗 , 原因是   　 。   (4)“ 电解 Ⅱ ” 是电解 Na 2 CO 3 溶液 , 原理如图所示。阳极的电极反应式为 　　　　　　　　　　　　　　　 , 阴极产生的物质 A 的化学式为 　　　　 。   (5) 铝粉在 1 000 ℃ 时可与 N 2 反应制备 AlN 。在铝粉中添加少量 NH 4 Cl 固体并充分混合 , 有利于 AlN 的制备 , 其主要原因是 　 。 3 . 某课外小组研究铝土矿中 Al 2 O 3 的含量。查阅资料得知 , 铝土矿的主要成分是 Al 2 O 3 , 杂质是 Fe 2 O 3 、 SiO 2 等。从铝土矿中提取 Al 2 O 3 的过程如下 : (1) 第 ① 步中 , 向铝土矿中加入足量盐酸后 , 发生反应的离子方程式是 　 ;   　 。   (2) 步骤 ② 中加氢氧化钠溶液使 Fe(OH) 3 沉淀完全 , 检验 Fe 3+ 是否沉淀完全的操作是   　 。   (3) 步骤 ④ 的化学方程式为   　 。   (4) 将实验过程中所得固体精确称量 , 课外小组发现所得氢氧化铝固体的质量与原铝土矿质量相等 , 则该铝土矿中 Al 2 O 3 的质量分数是 　　　　　　 ( 保留一位小数 ) 。   (5) 请按上图的形式 , 设计另一种提取氧化铝的途径。 解析 : (1) 向铝土矿中加入足量盐酸 , 会溶解氧化铝和氧化铁。 (2) 只要检验滤液乙中是否还有 Fe 3+ 即可。 (3) 难溶性氢氧化物加热易分解生成对应氧化物和水。 (4) 所得氢氧化铝固体的质量与原铝土矿质量相等 , 即铝土矿中 Al 2 O 3 的质量分数和氢氧化铝中 “ 氧化铝 ” 的质量分数是相同的 , 将氢氧化铝写成 Al 2 O 3 · 3H 2 O 的形式 , 铝土矿中 Al 2 O 3 的质量分数是 ×100%≈65.4% 。 (5) 另一种提纯方法可以采用碱溶铝土矿 → 过滤 → 酸溶 → 通入氨气获得 Al(OH) 3 → 加热得氧化铝。