2018届一轮复习人教版铝及其化合物学案

2018届一轮复习人教版铝及其化合物学案

考点一　金属铝及其化合物 ‎[考试标准]‎ 知识条目 必考要求 加试要求 ‎1.地壳中铝的含量及存在形式，铝合金 a ‎2.铝的重要性质(跟酸、碱反应，铝热反应，钝化现象)‎ b ‎3.铝片(条)燃烧的方法 b ‎4.铝表面氧化膜的作用 b ‎5.两性氧化物、两性氢氧化物的概念，Al2O3、Al(OH)3的重要性质，铝及其重要化合物之间的转化关系 c ‎6.明矾的组成及净水原理 b ‎(一)铝 ‎1.铝的结构和存在 铝位于元素周期表第3周期ⅢA族，原子结构示意图为。铝是地壳中含量最多的金属元素。自然界中的铝全部以化合态的形式存在。‎ ‎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、导电性和导热性等，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(是离子方程式的写离子方程式)‎ ‎①‎ ‎②2Al＋3Cl22AlCl3‎ ‎③‎ ‎④2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑‎ ‎⑤2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe(铝热反应)‎ ‎4.铝合金的性能和用途 ‎(1)金属铝与其他金属(或非金属)熔合形成铝合金。铝合金具有密度小，强度高，塑性好等优点。‎ ‎(2)铝及其合金优良的物理性质决定其重要用途，请把以下左栏列举的铝的重要用途与右栏列举的有关铝的性质用线连起来：‎ ‎(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 ‎①‎ ‎②受热分解：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。‎ ‎(3)制备 ‎①向铝盐中加入氨水，离子方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。‎ ‎②NaAlO2溶液中通入足量CO2，离子方程式为AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO。‎ ‎③NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合：3AlO＋Al3＋＋6H2O===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(SO4)2·12H2O，它是无色晶体，可溶于水，水溶液pH<(填“<”、“>”或“＝”)7。明矾可以净水，其净水的原理是Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋，Al(OH)3胶体吸附水中杂质形成沉淀而净水。‎ ‎4.Al3＋、Al(OH)3、AlO之间的转化关系 写出实现上述各步转化的离子方程式。‎ 答案　(1)①Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH ‎②Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓‎ ‎③Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓‎ ‎(2)Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O ‎(3)Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O ‎(4)AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O ‎(5)①AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO ‎②AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓‎ ‎(6)Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O 正误辨析 正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”‎ ‎(1)铝制餐具可长时间存放碱性或酸性食物(×)‎ ‎(2)铝在空气中耐腐蚀，所以铝不是活泼金属(×)‎ ‎(3)铝热反应可以冶炼某些熔点高的金属(√)‎ ‎(4)铝与酸反应都可以放出H2(×)‎ ‎(5)氢氧化铝具有弱碱性，可用于制胃酸中和剂(√)‎ ‎(6)明矾用作净水剂不涉及化学变化(×)‎ ‎(7)氧化铝的熔点很高，可用作耐火材料(√)‎ 题组一　铝的性质、用途判断 ‎1.下列关于铝单质的叙述中正确的是(　　)‎ A.由于铝在空气中不会锈蚀，所以铝制品的使用寿命都很长 B.由于铝具有强还原性，所以常用铝来冶炼某些高熔点金属 C.常温下，铝被浓硫酸钝化，所以可用浓硫酸除去铝表面的铜镀层 D.由于铝的导电性能比铜强，所以常用铝制造电线、电缆 答案　B 解析　铜在加热的条件下才能与浓硫酸反应，加热时浓硫酸能与铝反应；铜的导电性能比铝强。‎ ‎2.下列关于铝的性质的说法中错误的是(　　)‎ A.铝的表面能形成致密的氧化膜，因此铝难被腐蚀 B.铝能溶解于冷的浓硝酸，被氧化成硝酸铝 C.铝能溶解于NaOH溶液，生成偏铝酸钠和氢气 D.铝能在氯气中燃烧，生成三氯化铝 答案　B 解析　铝极易和氧气反应生成致密的氧化物薄膜而阻止铝进一步被氧化，故A正确；常温下，铝和浓硝酸、浓硫酸发生钝化而生成一层致密的氧化物薄膜，阻止其进一步被氧化，故B错误；铝能和强酸、强碱反应，能和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，故C正确；氯气具有强氧化性，能氧化具有还原性的物质，所以铝在氯气中燃烧生成氯化铝，故D正确。‎ ‎3.(2016·杭州西湖高级中学高二5月月考)下图是铝在氧气中燃烧的实验，铝条点燃后，为维持燃烧继续，正确的操作是(　　)‎ A.铝条应始终置于集气瓶瓶口位置 B.迅速将铝条插入集气瓶接近瓶底位置 C.将铝条从瓶口位置慢慢伸向瓶底位置 D.铝条应不断上下移动 答案　C ‎4.(2016·绍兴3月选考模拟)下列物质不能与Al发生铝热反应的是(　　)‎ A.Fe2O3 B.MnO2 C.WO3 D.MgO 答案　D ‎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，表现出特殊性：‎ ‎2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑。‎ ‎2.常温下，能用铝制容器盛放浓硫酸、浓硝酸的原因是二者能使铝发生“钝化”，而不是铝与浓硫酸、浓硝酸不反应。‎ ‎3.铝制品不宜长时间盛放咸菜等腌制食品，原因是氯化钠溶液中的氯离子会破坏氧化膜的结构。‎ 题组二　铝与酸、碱反应的定量判断与计算 解题指导 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2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。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2Al～3H2。‎ ‎(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＝。‎ ‎(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＝。‎ ‎(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<<，则必定是a.铝与盐酸反应时，铝过量而盐酸不足；b.铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而氢氧化钠过量。解题时应充分利用上述过量关系。‎ ‎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，根据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________。‎ ‎(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和氢氧化钠溶液中，产生H2的体积之比是___________________________________________________________________。‎ ‎(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________。‎ ‎(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________(填字母)。‎ A.5.4 g B.3.6 g C.2.7 g D.1.8 g 答案　(1)1∶1　(2)1∶3　(3)3∶1　(4)A 解析　(1)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)因为在反应中Al过量，产生的H2的量由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)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)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　　　===　　　2AlCl3＋3H2↑‎ ‎ 6 mol 3 mol ‎ 3 mol·L－1×0.1 L 0.15 mol 则Al与NaOH反应生成的H2为0.15 mol×2＝0.3 mol。‎ ‎2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑‎ ‎2×27 g 3 mol ‎5.4 g 0.3 mol 即投入的铝粉为5.4 g。‎ 题组三　Al2O3和Al(OH)3的两性及其应用 ‎6.(2016·宁波效实中学期中)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H2SO4或浓HNO3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Al2O3‎ 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(NO3)2不与Al2O3反应，故不可能与钝化的铝条发生反应。‎ ‎7.下列各项不能用互滴法鉴别的是(　　)‎ A.AlCl3　NaOH　MgCl2　NaCl B.NaAlO2　NaHSO4　BaCl2　MgCl2‎ C.AlCl3　NaOH　H2SO4　KCl D.NaHCO3　H2SO4　NaCl　KCl 答案　D ‎1.含铝杂质的提纯方法归类 利用Al、Al2O3、Al(OH)3可溶于强碱溶液的特性，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)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。‎ ‎2.利用Al(OH)3的两性，可以用NaOH溶液检验Al3＋的存在，可以鉴别Al3＋和Mg2＋；也可以用互滴法鉴别Al3＋与OH－，AlO与H＋。‎ 题组四　Al(OH)3的制备 ‎8.利用下述操作步骤：①加盐酸溶解　②加烧碱溶液溶解 ‎③过滤　④通入过量CO2生成Al(OH)3沉淀　⑤加盐酸生成Al(OH)3沉淀，由含少量铁粉的铝粉制取纯净的氢氧化铝，最恰当的组合是(　　)‎ A.②③④③ B.②③⑤③‎ C.①③④③ D.②⑤③④‎ 答案　A 解析　向含少量铁粉的铝粉中加入过量氢氧化钠溶液，由于铁与氢氧化钠不反应，可以除去铁粉；铝与足量氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠，通入过量CO2可使偏铝酸钠转化为氢氧化铝沉淀。‎ ‎9.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：‎ ‎___________________________________________________________________________。‎ 答案　(1)方案二较好　第二步操作很难控制试剂用量 ‎(2)2Al＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2↑、‎ ‎2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑、‎ Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓‎ 制备Al(OH)3的注意事项 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的双水解反应制取。‎ 题组五　有关Al3＋、AlO参与的离子反应 ‎10.(2016·宁波效实中学期中)常温下，下列各组离子在指定溶液中能大量共存的是(　　)‎ A.中性溶液中：Cl－、Mg2＋、Al3＋、K＋‎ B.1.0 mol·L－1的NaAlO2溶液中：Cl－、HCO、K＋、Ca2＋‎ C.在强碱性环境中：AlO、SiO、Na＋、K＋‎ D.0.1 mol·L－1明矾溶液中：NH、AlO、HCO、Na＋‎ 答案　C 解析　A项，Al3＋易水解，在中性溶液中水解生成Al(OH)3沉淀；B项，HCO＋AlO＋H2O===Al(OH)3↓＋CO；D项，Al3＋与AlO、HCO因发生双水解反应不能大量共存。‎ ‎11.按要求写离子反应方程式 ‎(1)向NH4Al(SO4)2溶液中滴加NaOH溶液。‎ ‎①少量NaOH溶液 Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓；‎ ‎②物质的量之比1∶4混合 NH＋Al3＋＋4OH－===NH3·H2O＋Al(OH)3↓；‎ ‎③过量NaOH溶液 NH＋Al3＋＋5OH－===NH3·H2O＋AlO＋2H2O。‎ ‎(2)向含有NaOH、NaAlO2、Ca(OH)2的混合液中逐渐通入CO2气体，按先后顺序写出反应的离子方程式。‎ 答案　Ca2＋＋2OH－＋CO2===CaCO3↓＋H2O；‎ ‎2OH－＋CO2===CO＋H2O；‎ ‎2AlO＋CO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO；‎ CO＋CO2＋H2O===2HCO；‎ CaCO3＋CO2＋H2O===Ca2＋＋2HCO。‎ ‎1.离子共存问题 ‎(1)Al3＋水解呈酸性，与OH－、AlO、CO(HCO)、S2－等不能大量共存。‎ ‎(2)AlO水解呈碱性，与H＋、HCO、Al3＋、Fe3＋等不能大量共存。‎ ‎2.含Al3＋的溶液与碱反应的先后顺序 当溶液中有多种离子时，要考虑离子之间的反应顺序，如向含有H＋、NH、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反应，最后才溶解Al(OH)3沉淀。‎ ‎3.由于AlO与HCO不能大量共存，所以当向含OH－、AlO的混合液中通入CO2时，首先OH－先与CO2反应生成CO，过后AlO和CO2反应生成Al(OH)3和CO，最后CO再与CO2反应生成HCO。‎ 题组六　Al(OH)3沉淀图像的综合分析 解题指导 ‎1.可溶性铝盐溶液与NaOH溶液反应的图像 操作 可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量 NaOH溶液中逐滴加入可溶性铝盐溶液至过量 现象 立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失 无沉淀(有但即溶)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失 图像 离子方程式 Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓‎ Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O Al3＋＋4OH－===‎ AlO－2＋2H2O ‎3AlO＋Al3＋＋6H2O===4Al(OH)3↓‎ ‎2.偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像 操作 偏铝酸盐溶液中逐滴加入稀盐酸至过量 稀盐酸中逐滴加入偏铝酸盐溶液至过量 现象 立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失 无沉淀→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失 图像 离子 方程式 AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓‎ Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O Al3＋＋3AlO＋‎ ‎6H2O===4Al(OH)3↓‎ ‎12.下列曲线图(纵坐标为沉淀的量，横坐标为加入物质的量)与对应的选项相符合的是(　　)‎ A.①为向1 L浓度均为0.1 mol·L－1的Ba(OH)2、NaAlO2混合溶液中加入0.1 mol·L－1的稀H2SO4‎ B.②为向1 L浓度分别为0.1 mol·L－1和0.3 mol·L－1的AlCl3、NH4Cl的混合溶液中加入0.1 mol·L－1的稀NaOH溶液 C.③为向烧碱溶液中滴加明矾溶液 D.④为向AlCl3溶液中滴加过量氨水 答案　A 解析　A项，Ba(OH)2和NaAlO2中加入稀H2SO4，发生的反应依次为Ba2＋＋2OH－＋2H＋＋SO===BaSO4↓＋2H2O、AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓、Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O，所以加1 L稀H2SO4时，Ba(OH)2反应完，再加0.5 L稀H2SO4时AlO参加反应，再加1.5 L稀H2SO4时，Al(OH)3全部溶解，正确；B项，向1 L浓度分别为0.1 mol·L－1和0.3 mol·L－1的AlCl3、NH4Cl的混合溶液中加入0.1 mol·L－1的NaOH溶液，发生的反应依次是Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓、OH－＋NH===NH3·H2O、Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O，所以沉淀Al3＋和溶解Al(OH)3所用NaOH的量之比为3∶1，而图像上看到的是1∶1，错误；C项，向烧碱溶液中滴加明矾溶液，发生的反应依次是Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O、Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓，错误；D项，AlCl3溶液中滴加过量氨水，沉淀不会溶解，错误。‎ ‎13.如图所示是向MgCl2和AlCl3的混合溶液中加入一定量NaOH溶液，紧接着再加入一定量稀盐酸，生成沉淀的物质的量y与加入溶液的体积x的关系图。根据图示判断，‎ 下列结论中不正确的是(　　)‎ A.N点溶液中的溶质只有NaCl B.M点之前加入的是NaOH溶液，M点之后加入的是盐酸 C.c(NaOH)＝c(HCl)‎ D.原混合溶液中c(MgCl2)∶c(AlCl3)＝1∶1‎ 答案　B 解析　在MgCl2和AlCl3的混合溶液中加入NaOH溶液，首先发生反应：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓、Al3＋＋3OH===Al(OH)3↓，至N点时Mg2＋、Al3＋恰好完全沉淀，溶液中的溶质只有NaCl；接着Al(OH)3开始溶解：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O，至x＝6时(M点)Al(OH)3恰好完全溶解，x在6～8之间时沉淀量不变，说明M点时仍在加入NaOH溶液；x＝8时(P点)，又产生沉淀：AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓，说明加入的盐酸与NaOH反应后有剩余，至x＝9时(F点)，AlO恰好完全转化为Al(OH)3沉淀，用去盐酸1 mL，又知在NM段，溶解Al(OH)3需要1 mL NaOH溶液，故c(NaOH)＝c(HCl)；那么沉淀Al3＋需要消耗3 mL NaOH溶液，则沉淀Mg2＋所消耗的NaOH溶液为2 mL，因此c(MgCl2)∶c(AlCl3)＝1∶1。‎ 题组七　有关明矾与Ba(OH)2反应的定性、定量分析 ‎14.向含有1.0 mol明矾的溶液中滴入Ba(OH)2溶液，回答下列问题。‎ ‎(1)当n[Ba(OH)2]＝1.5 mol时，化学方程式：‎ ‎2KAl(SO4)2＋3Ba(OH)2===3BaSO4↓＋2Al(OH)3↓＋K2SO4。‎ ‎(2)再加入0.5 mol Ba(OH)2，发生反应的离子方程式：‎ Al(OH)3＋OH－＋SO＋Ba2＋===AlO＋BaSO4↓＋2H2O。‎ ‎(3)当n[Ba(OH)2]＝2.0 mol时，发生反应的化学方程式：KAl(SO4)2＋2Ba(OH)2===2BaSO4↓＋KAlO2＋2H2O。‎ ‎(4)分别画出沉淀的物质的量、沉淀质量的变化图像。‎ 答案 ‎①‎ ‎②‎ ‎15.如图是在明矾溶液中滴入氢氧化钡溶液，下列说法错误的是(　　)‎ A.OA段的反应离子方程式：2Al3＋＋3SO＋3Ba2＋＋6OH－===2Al(OH)3↓＋3BaSO4↓‎ B.AB段的离子方程式只有：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O C.A点的沉淀为Al(OH)3和BaSO4的混合物 D.B点溶液为KAlO2溶液 答案　B 解析　向明矾溶液里滴加氢氧化钡溶液，开始到生成沉淀的物质的量最大时：2Al3＋＋3SO＋3Ba2＋＋6OH－===2Al(OH)3↓＋3BaSO4↓；继续加氢氧化钡，当硫酸根离子恰好沉淀完全时，发生KAl(SO4)2＋2Ba(OH)2===2BaSO4↓＋KAlO2＋2H2O，A项，OA段生成沉淀的物质的量最大，反应离子方程式：2Al3＋＋3SO＋3Ba2＋＋6OH－===2Al(OH)3↓＋3BaSO4↓，正确；B项，AB段氢氧化铝溶解，钡离子与硫酸根离子生成沉淀，则离子方程式：SO＋Ba2＋＋Al(OH)3＋OH－===AlO＋BaSO4↓＋2H2O，错误；C项，OA段生成沉淀的物质的量最大，沉淀为Al(OH)3和BaSO4的混合物，正确；D项，AB段氢氧化铝溶解，B点溶液为KAlO2溶液，正确。‎ 考点二　从铝土矿中提取金属铝 ‎[考试标准]‎ 知识条目 必考要求 加试要求 从铝土矿中获得铝的方法 b 铝是地壳中含量最多的金属元素，在自然界主要以化合态的形式存在于氧化铝中。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。由于Al2O3是两性氧化物，而杂质SiO2是酸性氧化物，Fe2O3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的反应的离子方程式。‎ 答案　①Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O，‎ SiO2＋2OH－===SiO＋H2O ‎③AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO，‎ SiO＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2HCO ‎(2)步骤③中不用盐酸(或H2SO4)酸化的理由是 ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　因为AlO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、②两步骤中可能发生的反应的离子方程式。‎ 答案　①Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O，‎ Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O ‎②Al3＋＋4OH－===AlO＋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 题组一　提取金属铝的原理 ‎1.在铝土矿制备金属铝的三个主要操作：①酸化、②灼烧、③电解中，没有发生过的化学反应类型是(　　)‎ A.氧化还原反应 B.复分解反应 C.分解反应 D.置换反应 答案　D 解析　①酸化发生的反应是NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3，属于复分解反应；②灼烧发生的反应是2Al(OH)3Al2O3＋3H2O，属于分解反应；③电解发生的反应是2Al2O34Al＋3O2↑，属于氧化还原反应，也属于分解反应。‎ ‎2.电解法炼铝时，冰晶石的作用是(　　)‎ A.助熔剂 B.催化剂 C.还原剂 D.氧化剂 答案　A 题组二　对铝土矿提取铝工艺流程的理解 ‎3.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下：‎ 下列叙述正确的是(　　)‎ A.试剂X可以是氢氧化钠溶液，也可以是盐酸 B.反应①、过滤后所得沉淀为氢氧化铁 C.图中所示转化反应都不是氧化还原反应 D.反应②的化学方程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3‎ 答案　D 解析　由后续流程可知，反应①中试剂X的作用是将铝元素转移到溶液中，从而与Fe2O3分离，由于Al2O3属于两性氧化物，而Fe2O3属于碱性氧化物，所以应选用氢氧化钠溶液溶解Al2O3，A、B均错误；流程最后一步电解Al2O3制取Al时，元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，C项错误；由反应①分析，溶液乙的溶质是NaAlO2；反应②的产物是Al(OH)3和NaHCO3，说明通入的物质Y是CO2，根据元素守恒，反应②的化学方程式NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3，D项正确。‎ ‎4.(2016·绍兴4月选考模拟)铝土矿中的主要成分是Al2O3，还含有少量Fe2O3等杂质。工业上从铝土矿中提取铝的工艺流程如下图所示。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)“操作1”、“操作2”相同，操作的名称为________________________________________________________________________，‎ 实验室进行此项操作使用的玻璃仪器有 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)向NaAlO2溶液中通入了一种过量气体，这种气体是下列中的________(填字母)。‎ a.HCl b.NH3‎ c.CO2 d.O2‎ ‎(3)NaAlO2溶液中通入过量气体的目的是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)冶炼铝需要纯度较高的氧化铝，检验得到的氧化铝中不含Fe2O3的化学方法是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(5)工业常在溶解之前将铝土矿粉碎，其目的是 ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　(1)过滤　漏斗、烧杯、玻璃棒　(2)c ‎(3)使AlO完全转化为Al(OH)3沉淀 ‎(4)取样品加入足量的稀盐酸溶解，滴加KSCN溶液，不变血红，证明不含Fe2O3‎ ‎(5)使铝土矿与NaOH充分接触，提高反应速率和原料的利用率 课时训练 ‎1.用含有Al2O3、SiO2和少量FeO·xFe2O3的铝灰制备Al2(SO4)3·18H2O，工艺流程如下(部分操作和条件略)：‎ Ⅰ.向铝灰中加入过量稀H2SO4，过滤：‎ Ⅱ.向滤液中加入过量KMnO4溶液，调节溶液的pH约为3；‎ Ⅲ.加热，产生大量棕色沉淀，静置，上层溶液呈紫红色；‎ Ⅳ.加入MnSO4至紫红色消失，过滤；‎ Ⅴ.浓缩、结晶、分离，得到产品。‎ ‎(1)H2SO4溶解Al2O3的离子方程式是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)将MnO氧化Fe2＋的离子方程式补充完整：‎ MnO＋Fe2＋＋________===Mn2＋＋Fe3＋＋________‎ ‎(3)已知：‎ 生成氢氧化物沉淀的pH Al(OH)3‎ Fe(OH)2‎ Fe(OH)3‎ 开始沉淀时 ‎3.4‎ ‎6.3‎ ‎1.5‎ 完全沉淀时 ‎4.7‎ ‎8.3‎ ‎2.8‎ 注：金属离子的起始浓度为0.1 mol·L－1‎ 根据表中数据解释步骤Ⅱ的目的_______________________________________________。‎ ‎(4)已知：一定条件下，MnO可与Mn2＋反应生成MnO2。‎ ‎①向Ⅲ的沉淀中加入浓HCl并加热，能说明沉淀中存在MnO2的现象是_____________。‎ ‎②Ⅳ中加入MnSO4的目的是__________________________________________________。‎ 答案　(1)Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O ‎(2)5　8　H＋　5　4　H2O ‎(3)pH约为3时，Fe2＋和Al3＋不能形成沉淀，将Fe2＋氧化为Fe3＋，可使铁元素完全沉淀 ‎(4)①生成黄绿色气体　②除去过量的MnO 解析　(1)H2SO4溶解Al2O3的离子方程式为Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O，在操作Ⅰ中，FeO·xFe2O3也同时被溶解，滤液中含有Al3＋、Fe2＋、Fe3＋等。‎ ‎(2)步骤Ⅰ所得溶液中会有过量H2SO4，故反应在酸性条件下进行，由氧化还原反应中得失电子守恒可知MnO和Fe2＋的化学计量数之比为1∶5，然后观察配平。得MnO＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O。‎ ‎(3)步骤Ⅱ中，加入过量KMnO4溶液目的是把Fe2＋氧化成易除去的Fe3＋。调节pH约为3，由表中数据分析，可知该条件使Fe3＋完全沉淀而Al3＋不被沉淀，从而达到分离Fe3＋和Al3＋的目的。‎ ‎(4)①联想Cl2的实验室制法，很容易分析实验设计的意图，即通过是否产生Cl2来判断沉淀中有无MnO2。②操作Ⅳ中加入MnSO4，紫红色消失，说明过量的MnO因加入MnSO4而被转化成MnO2沉淀，然后过滤除去，保证产品的纯度。‎ ‎2.Ⅰ.工业上用铝土矿(主要成分是Al2O3·H2O、Al2O3·3H2O以及少量Fe2O3、SiO2等)提取纯Al2O3作冶炼铝的原料。提取的操作过程可用以下流程图表示：‎ ‎(1)写出滤液(A)中一种溶质与过量NaOH溶液反应进入滤液(B)的离子方程式：________________________________________________________________________。‎ ‎(2)若步骤①中没有过滤操作而直接进入步骤②，对后面操作将产生的影响：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ Ⅱ.[2014·天津理综，7(3)]已知 化合物 MgO Al2O3‎ MgCl2‎ AlCl3‎ 类型 离子化合物 离子化合物 离子化合物 共价化合物 熔点/℃‎ ‎2 800‎ ‎2 050‎ ‎714‎ ‎191‎ 工业制镁时，电解MgCl2而不电解MgO的原因是 ‎________________________________________________________________________；‎ 制铝时，电解Al2O3而不电解AlCl3的原因是 ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　Ⅰ.(1)Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O ‎(2)①中的不溶物(SiO2)在操作②中会被氢氧化钠溶液溶解，最后所得Al2O3中将含有SiO2‎ Ⅱ.MgO的熔点高，熔融时耗费更多资源，增加生产成本 AlCl3是共价化合物，熔融态不导电 ‎3.工业上用铝土矿(主要成分Al2O3、Fe2O3)提取氧化铝作冶炼铝的原料，提取的操作过程如下图所示。‎ ‎(1)写出步骤①中发生反应的化学方程式：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)写出滤液(甲)中一种溶质与过量NaOH溶液反应进入滤液(乙)所发生反应的离子方程式：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)写出步骤③中生成Al(OH)3沉淀的化学方式：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　(1)Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O ‎(2)Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O ‎(3)NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3‎ ‎4.明矾石的主要成分是K2SO4·Al2(SO4)3·2Al2O3·6H2O，此外还含有少量Fe2O3杂质。‎ 利用明矾石制备氢氧化铝的流程如下：‎ 已知焙烧过程中发生的反应为2Al2(SO4)3＋3S2Al2O3＋9SO2↑。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)“溶解”时反应的离子方程式为________________________________________________________________________。‎ ‎(2)调节pH后过滤、洗涤Al(OH)3沉淀，证明已洗涤干净的实验操作和现象是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)“废渣”、“母液”中可回收的物质分别是____________。‎ 答案　(1)Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O ‎(2)取最后一次洗涤液于试管中，滴加BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，则已洗涤干净 ‎(3)Fe2O3　K2SO4、Na2SO4‎ 解析　(1)“溶解”时与氢氧化钠反应的是氧化铝，反应生成偏铝酸钠和水。(2)洗涤Al(OH)3沉淀时是洗去残留在表面的硫酸钠和硫酸钾，可以取最后的洗涤液用氯化钡或硝酸钡溶液检验是否含有硫酸根的方法进行判断。(3)要仔细分析各步转化中的化学反应，明矾石脱水后加硫黄焙烧时，硫酸铝被还原而硫酸钾、氧化铁没变，加氢氧化钠溶解时，氧化铝反应掉，硫酸钾也溶解在溶液中，氧化铁就留在废渣中，氢氧化铝沉淀后，母液中是硫酸钾和硫酸钠，所以废渣中可以回收的是氧化铁，母液中可以回收的硫酸钾和硫酸钠。‎ ‎5.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)CaSiO3　AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO ‎(3)浓H2SO4　12HF＋3Na2CO3＋2Al(OH)3===2Na3AlF6＋3CO2＋9H2O ‎(4)2Al2O34Al＋3O2↑　O2、CO2(CO)‎ 解析　(1)在加入NaOH溶液时，Al2O3和SiO2都能与NaOH反应，分别生成NaAlO2和Na2SiO3。(2)加入CaO后，SiO与Ca2＋结合生成难溶物CaSiO3；滤液Ⅱ中主要含有AlO，通入CO2后生成沉淀Al(OH)3，煅烧后生成Al2O3。(3)萤石能与浓硫酸反应生成CaSO4和HF气体；HF、Na2CO3、Al(OH)3三者均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Al2O3制取金属铝，加入的冰晶石为助熔剂；阳极产生的O2能与石墨电极反应生成CO2(可能含有CO)。‎ ‎6.工业上通常以铝土矿(主要成分为Al2O3，含有少量Fe2O3、SiO2等杂质)为原料制备无水氯化铝：2Al2O3＋6Cl24AlCl3＋3O2↑。回答以下问题：‎ ‎(1)为促进反应的进行，实际生产中需加入焦炭，其原因是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)加入焦炭后的化学反应可表示为Al2O3＋C＋Cl2AlCl3＋X↑，试推断气体X的成分：________________________________________________________________________。‎ ‎(3)在提纯AlCl3粗产品时，需加入少量铝粉，可使熔点较低的FeCl3转化为熔点较高的FeCl2，从而避免在AlCl3中混入铁的氯化物，该反应的化学方程式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)以铝土矿为原料可以通过以下途径提纯氧化铝：‎ Al2O3‎ ‎①写出滤液甲中溶质的化学式________________。‎ ‎②写出向滤液乙中加入过量氨水得到Al(OH)3的离子方程式________________________________________________________________________。‎ 答案　(1)碳与O2反应，有利于反应正向进行 ‎(2)CO、CO2或两者的混合物 ‎(3)Al＋3FeCl3===AlCl3＋3FeCl2‎ ‎(4)①NaAlO2、Na2SiO3、NaOH ‎②Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH 解析　(1)碳可以与O2反应，有利于氧化铝和氯气之间的反应正向进行。(2)根据原子守恒，Al2O3、Cl2和C反应会生成AlCl3，还会生成碳的氧化物，气体X可能为CO、CO2或者两者的混合物。(3)金属铝和氯化铁之间的氧化还原反应为Al＋3FeCl3===AlCl3＋3FeCl2。(4)①氧化铝和氢氧化钠发生反应生成偏铝酸钠和H2O，二氧化硅可以和氢氧化钠发生反应生成硅酸钠和H2O，故滤液甲的成分是NaAlO2、Na2SiO3、NaOH；②NaAlO2、Na2SiO3、NaOH的混合溶液中加入过量的稀盐酸，得到的滤液乙是氯化铝、氯化钠、盐酸的混合物，所以向滤液乙中加入氨水，发生反应：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。‎ ‎7.如图是某同学在实验室中进行铝热反应(铝过量)的实验装置，实验中他观察到的现象之一为“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。‎ ‎(1)写出该反应的化学方程式：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)探究铝热反应后固体的性质：‎ 将反应后容器中的固体残余置于烧杯中，加入一定量的稀硝酸，固体完全溶解，反应过程中无气体放出(活泼金属可把稀HNO3还原为NH4NO3)。‎ 在反应后的溶液中缓慢滴加4 mol·L－1的NaOH溶液，产生沉淀的物质的量(mol)与加入NaOH溶液的体积(mL)的关系如图所示：‎ ‎①写出DE段发生反应的离子方程式：________________________________________________________________________。‎ ‎②B与A的差值为________________________________________________________________________。‎ 答案　(1)2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe ‎(2)①NH＋OH－===NH3·H2O　②0.008‎ 解析　(2)根据已知条件有NH4NO3生成，所以依次发生的反应为H＋＋OH－===H2O，Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓，Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，NH＋OH－===NH3·H2O，Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。‎ B与A的差值是溶解的Al(OH)3沉淀的物质的量，根据Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O得，n[Al(OH)3]＝n(OH－)＝(36－34)×10－3 L×4 mol·L－1＝0.008 mol。‎ ‎8.向10 mL 1 mol·L－1 NH4Al(SO4)2溶液中滴加1 mol·L－1的NaOH溶液，沉淀物质的量随NaOH溶液体积的变化示意图如下：‎ ‎(1)NH4Al(SO4)2溶液中所有离子的浓度由大到小的顺序是________，请解释阳离子浓度差异的原因_______________________________________________________________________。‎ ‎(2)写出N点反应的离子方程式 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)若向10 mL 1 mol·L－1 NH4Al(SO4)2溶液中加入20 mL 1.2 mol·L－1 Ba(OH)2溶液，充分反应后，产生沉淀________mol。‎ 答案　(1)c(SO)＞c(NH)＞c(Al3＋)＞c(H＋)＞c(OH－)　由于碱性：氨水＞Al(OH)3，故Al3＋的水解程度大于NH的水解程度，c(NH)＞c(Al3＋)‎ ‎(2)NH＋OH－===NH3·H2O ‎(3)0.022‎ 解析　(1)NH4Al(SO4)2溶液中Al3＋、NH均水解使溶液呈酸性，由于碱性：氨水＞Al(OH)3，所以Al3＋比NH水解程度更大，c(NH)＞c(Al3＋)，故离子浓度由大到小的顺序是c(SO)＞c(NH)＞c(Al3＋)＞c(H＋)＞c(OH－)。‎ ‎(2)N点过程中加入氢氧化钠，沉淀物质的量不变，NH与OH－反应生成NH3·H2O，离子方程式为NH＋OH－===NH3·H2O。‎ ‎(3)10 mL 1 mol·L－1 NH4Al(SO4)2溶液中Al3＋物质的量为0.01 mol，NH的物质的量为0.01 mol，SO的物质的量为0.02 mol,20 mL 1.2 mol·L－1 Ba(OH)2溶液中Ba2＋物质的量为0.024 mol，OH－为0.048 mol，‎ 由SO＋Ba2＋===BaSO4↓，可知SO不足，故可以得到0.02 mol BaSO4，‎ Al3＋　＋　3OH－　===　Al(OH)3↓‎ ‎0.01 mol　 0.03 mol　　 0.01 mol 反应剩余OH－为0.048 mol－0.03 mol＝0.018 mol，‎ NH　＋　OH－　===　NH3·H2O ‎0.01 mol　 0.01 mol 反应剩余OH－为0.018 mol－0.01 mol＝0.008 mol，‎ Al(OH)3　＋　OH－===AlO＋2H2O ‎0.008 mol　　 0.008 mol 故得到Al(OH)3沉淀为0.01 mol－0.008 mol＝0.002 mol，则最终得到固体为0.02 mol＋0.002 mol＝0.022 mol。‎