2019高中化学专题3第一单元第二课时铝的氧化物与氢氧化物从铝土矿中提取铝讲义苏教版

2019高中化学专题3第一单元第二课时铝的氧化物与氢氧化物从铝土矿中提取铝讲义苏教版

铝的氧化物与氢氧化物　从铝土矿中提取铝1．什么叫氧化物？提示：由两种元素组成，其中一种元素是氧的化合物。2．什么是酸性氧化物？什么是碱性氧化物？并举出常见实例。提示：(1)酸性氧化物是指能和碱反应生成盐和水的氧化物，如CO2、P2O5等。(2)碱性氧化物是指能和酸反应生成盐和水的氧化物，如CaO、Fe2O3等。3．写出金属铝分别与盐酸、NaOH溶液及发生铝热反应的化学方程式。提示：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，2Al＋Fe2O3高温,2Fe＋Al2O3[新知探究]探究1　氧化铝与两性氧化物(1)氧化铝与酸、碱反应的化学方程式。①与稀H2SO4反应：Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O②与NaOH溶液反应：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O(2)两性氧化物。既可以与酸反应也可以与碱反应生成盐和水的氧化物。探究2　氧化铝的用途(1)硬度高，硬度仅次于金刚石的物质是刚玉，其主要成分为α－氧化铝。(2)熔、沸点都很高，可用于制造耐火材料。探究3　氢氧化铝与两性氢氧化物(1)实验探究Al(OH)3的制取及其性质：实验步骤实验现象产生白色胶状沉淀，加入盐酸后，沉淀溶解产生白色胶状沉淀，加入NaOH溶液后，沉淀溶解反应的化学方程式AlCl3＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4Cl、Al(OH)3＋3HCl===AlCl3＋3H2OAlCl3＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4ClAl(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O实验结论Al(OH)3既可与强酸反应又可以与强碱反应n(2)两性氢氧化物：既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的氢氧化物。(3)由NaAlO2制取Al(OH)3：NaAlO2的水溶液能与CO2反应生成Al(OH)3化学方程式为：NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3。探究4　明矾与复盐(1)复盐：由两种或两种以上阳离子和一种阴离子组成的盐。如明矾，化学式为KAl(SO4)2·12H2O。(2)明矾的净水原理：[必记结论]1．“铝三角”转化关系(1)Al3＋―→Al(OH)3：①可溶性铝盐溶液与少量的NaOH溶液反应：Al3＋＋3OH－(少量)===Al(OH)3②可溶性铝盐溶液与氨水反应：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3＋3NH(2)Al(OH)3―→Al3＋：Al(OH)3溶于强酸溶液：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O(3)Al3＋―→AlO：可溶性铝盐溶液与过量的强碱溶液反应：Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O(4)AlO―→Al3＋：可溶性偏铝酸盐溶液与足量的强酸溶液反应：AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O(5)AlO―→Al(OH)3：①可溶性偏铝酸盐溶液与少量强酸溶液反应：AlO＋H＋(少量)＋H2O===Al(OH)3②可溶性偏铝酸盐溶液中通入CO2：2AlO＋CO2(少量)＋3H2O===2Al(OH)3＋CO，AlO＋CO2(过量)＋2H2O===Al(OH)3＋HCOn(6)Al(OH)3―→AlO：Al(OH)3溶于强碱溶液：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O2．“铝三角”关系的应用(1)制取Al(OH)3：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH；AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO。(2)离子共存的判断：Al3＋与OH－、AlO、CO、HCO等在溶液中不能大量共存；AlO与H＋、Al3＋、Fe3＋、Mg2＋等在溶液中不能大量共存。[成功体验]1．以氧化铝为原料制取氢氧化铝，最好的方法是(　　)A．将氧化铝溶于水B．将氧化铝先溶于盐酸中，之后滴加氨水C．将氧化铝先溶于盐酸中，之后滴加氢氧化钠溶液D．将氧化铝先溶于氢氧化钠溶液中，之后滴加盐酸解析：选B　以Al2O3为原料制取Al(OH)3有两条途径：Al2O3Al3＋Al(OH)3；Al2O3AlOAl(OH)3。因Al(OH)3可溶于强酸、强碱，故应选用Al3＋与弱碱反应或AlO与弱酸反应。2．(好题共享·选自人教版教材P63·T5)在溶液中不能与Al3＋大量共存的离子是(　　)A．Cl－　　　　　　　　　B．OH－C．H＋D．Na＋解析：选B　Al3＋能与OH－反应，易生成Al(OH)3难溶物：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，若OH－过量则生成AlO：Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O，即OH－不能与Al3＋大量共存。[新知探究]探究1　铝在自然界中的存在形式。(1)含量：铝元素是地壳中含量最多的金属元素。(2)存在：地壳中铝以化合态存在于铝土矿中，铝土矿的主要成分是Al2O3。探究2　铝土矿制备铝的工艺流程及发生的化学反应。(1)流程及反应上述过程中发生反应的化学方程式分别为：①Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O；n②CO2＋NaAlO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3；③2Al(OH)3Al2O3＋3H2O；④3Al2O34Al＋3O2↑。(2)电解氧化铝时冰晶石的作用由于氧化铝的熔点很高，直接加热使其熔化需要消耗很大的能量。在实际生产中，向氧化铝中添加冰晶石(Na3AlF6)，使氧化铝熔融温度降低，从而减少了冶炼过程中的能量消耗。[必记结论](1)从铝土矿[Al2O3(含Fe2O3、SiO2杂质)]中提取Al2O3的两个流程：流程一：流程二：(2)工业上电解熔融MgCl2制镁，而不采用熔融的MgO，是因为MgO的熔点高、能耗大；电解法制铝是采用高熔点的Al2O3，而不用熔点低很多的AlCl3，是因为AlCl3在熔融状态时，不电离、不导电。[成功体验]3．从铝土矿制备铝所涉及的下列有关反应中，属于氧化还原反应的是(　　)A．铝土矿溶于NaOH溶液中B．NaAlO2溶液的酸化C．灼烧氢氧化铝固体D．电解熔融的氧化铝解析：选D　从铝土矿制备铝所涉及的反应中，只有电解熔融的氧化铝涉及到元素化合价的改变，2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑，属于氧化还原反应。———————————————[关键语句小结]————————————————n1．两性氧化物是指既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的氧化物，氧化铝是典型的两性氧化物。例如：Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O，Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O。2．两性氢氧化物是指既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的氢氧化物，氢氧化铝是典型的两性氢氧化物。例如：Al(OH)3＋3HCl===AlCl3＋3H2O，Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O。3．工业上采用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝，反应方程式为：2Al2O34Al＋3O2↑。　　[例1]　下列物质中既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应的是(　　)①Na2CO3　　　　　②Al(OH)3③NH4HCO3④Al2O3A．①②④B．②③④C．②④D．①②③④解析：选B　Na2CO3只能与盐酸反应；Al2O3和Al(OH)3是两性化合物，既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应；NH4HCO3与盐酸反应放出CO2，与NaOH溶液反应放出NH3。既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应的物质有Al、Al2O3、Al(OH)3、弱酸的酸式盐、弱酸的铵盐等。例1中等物质的量的Al(OH)3与Al2O3分别与物质的量浓度相同的NaOH溶液反应，消耗NaOH溶液的体积之比为________；若分别与物质的量的浓度相同的HCl溶液反应，消耗HCl溶液的体积之比为________。解析：Al(OH)3、Al2O3与NaOH反应的化学方程式分别为：Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2OAl2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O可得，消耗的NaOH溶液的体积之比为1∶2。Al(OH)3、Al2O3与HCl反应的化学方程式分别为：2Al(OH)3＋6HCl===2AlCl3＋3H2OAl2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O可得，消耗HCl溶液的体积之比为1∶2。答案：1∶2　1∶2n(1)可溶性铝盐(如AlCl3)溶液与碱(如NaOH)溶液的反应：实验操作向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液向AlCl3溶液中滴加氨水实验现象生成白色沉淀，且沉淀逐渐增多，一段时间后又逐渐减少，直至全部消失生成白色沉淀，但沉淀立即消失，一段时间后沉淀又逐渐增多生成白色沉淀，且沉淀逐渐增多，并不消失图像(2)可溶性偏铝酸盐(如NaAlO2)溶液与酸(如HCl)溶液的反应：实验操作向NaAlO2溶液中滴加HCl溶液向HCl溶液中滴加NaAlO2溶液向NaAlO2溶液中通入CO2实验现象生成白色沉淀，且沉淀逐渐增多，一段时间后又逐渐减少，直至全部消失生成白色沉淀，但沉淀立即消失，一段时间后沉淀又逐渐增多生成白色沉淀，且沉淀逐渐增多图像　　[例2]　把NaOH、MgCl2、AlCl3三种固体组成的混合物溶于足量水后，产生1.16g白色沉淀，再向所得浊液中逐滴加入1.00mol·L－1盐酸，加入盐酸的体积与生成沉淀的关系如图所示。(1)A点的沉淀物的化学式为________________________________________________，理由________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)写出A点至B点发生反应的离子方程式________________________________________________________________________。(3)原混合物中MgCl2的质量是________g，AlCl3n的质量是________g，NaOH的质量是________g。(4)C点盐酸的体积为________mL。解析：(1)加入10.0mL盐酸后沉淀才增加，说明加入10.0mL盐酸正好把过量的NaOH中和掉，故A点的沉淀物只有Mg(OH)2。(2)A―→B，AlO刚好生成Al(OH)3，反应为AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓。(3)n(MgCl2)＝n[Mg(OH)2]＝＝0.02mol，m(MgCl2)＝0.02mol×95g·mol－1＝1.90g。n(AlCl3)＝n(AlO)＝n(HCl)10.0～30.0＝1.00mol·L－1×(30.0mL－10.0mL)×10－3L·mL－1＝0.02mol，m(AlCl3)＝0.02mol×133.5g·mol－1＝2.67g。n(NaOH)＝2n(MgCl2)＋4n(AlCl3)＋1.00mol·L－1×0.01L＝0.13mol，m(NaOH)＝0.13mol×40.0g·mol－1＝5.20g。(4)从B―→C，加入的盐酸刚好把Mg(OH)2、Al(OH)3溶解掉，则n(HCl)＝n(NaOH)＝0.13mol。V(盐酸)＝＝0.13L＝130mL。答案：(1)Mg(OH)2　因为加入10.0mL盐酸恰好中和过量NaOH，再加盐酸沉淀增多，说明AlO转化为Al(OH)3，故A点沉淀为Mg(OH)2(2)AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓(3)1.90　2.67　5.20　(4)130(1)解答图像计算题，必须抓住有关化学反应原理和有关物质的性质，结合图像的特点，综合分析逐步计算求解。其关键是抓住图像的四点(原点、交点、转折点、终点)，数形结合，分析计算。(2)在铝盐和强碱溶液及偏铝酸盐和强酸溶液反应的图像中，只要沉淀的量没有达到最大值，则产生的沉淀对应的碱或酸的量都有不足和过量两种情况，计算时要注意分类讨论。1．在H2SO4酸化过的Al2(SO4)3溶液中滴加NaOH溶液，生成沉淀W(g)与所加NaOH溶液体积V的关系如图，其中正确的是(　　)解析：选D　NaOH溶液先与H2SO4反应，没有沉淀生成，然后与Al2(SO4)3溶液反应，生成Al(OH)3沉淀与溶解Al(OH)3沉淀所用NaOH的物质的量之比为3∶1。[例3]　某混合物A，含有KAl(SO4)2、Al2O3和Fe2O3n，在一定条件下可实现如下图所示的物质之间的变化(已知Fe2O3不溶于水和强碱溶液)：据此回答下列问题：(1)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四步中对于溶液和沉淀的分离采取的方法是________________________________________________________________________。(2)根据上述框图反应关系，写出下列B、E所含物质的化学式：固体B____________；溶液E____________。(3)写出②、④两个化学反应方程式②________________________________________________________________________；④________________________________________________________________________。解析：本题利用三种物质的性质，首先利用Al2O3、Fe2O3不溶于水把它们与KAl(SO4)2分离开。再利用Al2O3的两性将Fe2O3与Al2O3分离。再利用Al3＋和AlO的性质分别与氨水和盐酸反应转化为Al(OH)3，最终得Al2O3。答案：(1)过滤　(2)Al2O3　K2SO4、NH3·H2O和(NH4)2SO4　(3)②Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH　④2Al(OH)3Al2O3＋3H2O2．下图是工业上冶炼铝的工艺流程图：写出有关的化学反应方程式：①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________；③________________________________________________________________________；④________________________________________________________________________。解析：Al2O3NaAlO2Al(OH)3Al2O3铝。答案：①Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O②CO2＋2H2O＋NaAlO2===Al(OH)3↓＋NaHCO3③2Al(OH)3Al2O3＋3H2O④2Al2O34Al＋3O2↑n[课堂双基落实]1．(2016·沈阳高一检测)用含少量镁的铝片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CO2生成Al(OH)3沉淀　⑤加入盐酸生成Al(OH)3沉淀　⑥加入过量烧碱溶液生成Al(OH)3沉淀A．①⑤⑥③　　　　　　　B．②③⑥③C．②③④③D．②③⑤③解析：选C　步骤⑥中加入过量烧碱将使Al3＋转化为AlO，因此，不能得到Al(OH)3沉淀，选项A、B因步骤⑥而无法制得Al(OH)3。选项C、D两种方案都利用镁不溶于强碱溶液而铝溶于强碱溶液的性质，通过②③步骤经过滤除去杂质镁，然后利用盐酸、CO2和H2O把AlO转化为Al(OH)3沉淀出来，但盐酸过量时能进一步溶解Al(OH)3而CO2和水过量时不能溶解Al(OH)3，且CO2比盐酸便宜得多，故选项C能达到既经济又最大限度地得到产品的目的。2．使溶液中的AlO完全转化成Al(OH)3，应选择的最好试剂是(　　)A．H2SO4B．盐酸C．CO2D．氨水解析：选C　AlO与酸反应可转化为Al(OH)3，而Al(OH)3可溶于强酸，故要制得Al(OH)3，最好选用弱酸。3．下列有关铝土矿中提炼铝的说法不正确的是(　　)A．铝土矿中的铝元素是以化合态存在的，需用化学方法把铝元素变成游离态B．提炼过程中，先将铝土矿净化提取氧化铝，再进行冶炼C．可用常见的还原剂把氧化铝中的铝还原出来D．冶炼铝的方法同工业冶炼钠、镁相似，可用电解法解析：选C　铝是活泼金属，常见的还原剂不能还原Al2O3，只能用电解熔融氧化铝实现。4.将物质X逐滴加入Y溶液中，生成沉淀的物质的量(n2)与所加X的物质的量(n1)的关系如图所示，符合该图所示情况的是下表中的(　　)ABCDXNaOHAlCl3HClNaAlO2YAlCl3NaOHNaAlO2HCl解析：选C　滴入X立即有沉淀产生，可排除B、D两项，而向AlCl3n溶液中滴加NaOH溶液时，产生沉淀消耗的NaOH溶液与溶解沉淀消耗的NaOH溶液的物质的量之比为3∶1，故排除A项，C正确。5．有四种含有铝元素的化合物A、B、C、D，且能发生下列反应：①A＋NaOH―→D＋H2O，②BA＋H2O，③C＋NaOH(适量)―→B＋NaCl，④在D溶液中滴入盐酸后有沉淀生成，盐酸过量沉淀又溶解生成C.则A、B、C、D的化学式分别是A__________，B__________，C________________________________________________________________________，D________。解析：含有铝元素的化合物加热能分解的只有Al(OH)3，根据②BA＋H2O推出B为Al(OH)3，A为Al2O3，再由①A＋NaOH―→D＋H2O推出D为NaAlO2，由③C＋NaOH(适量)―→B＋NaCl推出C为AlCl3。答案：Al2O3　Al(OH)3　AlCl3　NaAlO2