第3讲 铝及其重要化合物
考点1 基础知识梳理
一、铝
1. 铝的原子结构和存在
铝位于元素周期表① , 原子结构示意图为② 。铝元素在地壳中含量丰富, 仅次于③ 。自然界中的铝全部以④ 态存在。
2. 金属铝的物理性质
⑤ 色金属, 有良好的⑥ 、⑦ 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或离子方程式:
a.
b. ⑨
c.
d.
(1)铝土矿
Al 2O 3;
(2)2Al2O 3(熔融)
二、铝的重要化合物
1. 氧化铝和氢氧化铝(两性)
氢氧化铝的电离:
Al(OH)3
2. 常见的铝盐——明矾
(1)明矾的化学式为, 属于复盐。 (2)明矾净水的原理
明矾溶于水时发生电离, 电离方程式为 , 其中Al 3+发生水解反应, 产生 ,
答案：①第三周期ⅢA 族
②⑧4Al+3O2⑨2Al+3Cl2
2Al 2O 3
2AlCl 3 ⑩2Al+6H+
2Al
2Al 3++3H2↑
+3H2↑
2Al+Fe2O
3
2Fe+Al2O 3
4Al+3O2↑
③氧和硅 ④化合 ⑤银白 ⑥延展性 ⑦导电性
2Al+2OH-+2H2
O
Al(OH)3+3H
+Al 3++3H2O
Al 2O 3+2OH
-
2Al +H2O
Al(OH)3+OH
-
Al +2H2O
H ++Al
+H2O
Al 3++3OH-
KAl(SO4) 2·12H 2
O
KAl(SO4) 2
K ++Al3++2S
Al(OH)3(胶体)
【跟踪练习】
1. 下列说法不正确的是( ) 。 ．．．
A. 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, 金属铝的熔点较低
B. 铝与Fe 2O 3发生铝热反应后固体的质量不变
C. Al片溶于NaOH 溶液中, 产生气体:2Al+2OH-+2H2O →2Al
+3H2↑
D. Al、HCl 、NaOH 中任意两种物质在一定条件下均能发生反应
【解析】打磨后的铝箔在酒精灯上灼烧, 表面生成Al 2O 3薄膜, 高熔点的Al 2O 3薄膜兜住了熔融的液态铝, 故液态铝不会滴落,A 项错误;Al 与Fe 2O 3发生铝热反应生成Fe 和Al 2O 3, 反应前后均是固体, 根据质量守恒定律可知,B 项正确;Al 与NaOH 溶液反应生成NaAlO 2和H 2,C 项正确;Al 既能与HCl 反应又能与NaOH 溶液反应, 且HCl 和NaOH 能发生中和反应,D 项正确。
【答案】A
2. 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, 立刻产生大量白色沉淀 B. Al2O 3和MgO 均可与NaOH 溶液反应
C. AlCl3溶液中加入过量稀氨水:Al3++4NH3·H 2O →Al
+4N
+2H2O
D. 常温下,Al(OH)3既能与NaOH 溶液反应又能与稀硫酸反应
【解析】将AlCl 3溶液滴入NaOH 溶液中, 开始时NaOH 溶液过量, 不会出现白色沉淀, 随着反应不断进行将会有白色沉淀产生,A 项错误;MgO 是碱性氧化物, 不能与NaOH 溶液反应,B 项错误;Al(OH)3不能与氨水反应,AlCl 3中加入过量氨水, 反应的离子方程式为Al 3++3NH3·H 2O →Al(OH)3
↓+3N误;Al(OH)3是两性氢氧化物, 常温下既能与NaOH 溶液反应又能与稀硫酸反应,D 项正确。
,C 项错
【答案】D
3. 科学家发明的透明坚硬的新型材料镁铝氧化物, 可以用作显示器和手机屏幕。下列有关镁和铝的说法正确的是( ) 。
A. 镁的金属性比铝弱
B. 镁和铝的氧化物都可以与盐酸反应 C. 镁和铝原子的最外层电子数都为3
D. 镁和铝的氧化物都可以与氢氧化钠溶液反应 【解析】镁的金属性比铝强,A 项错误; 氧化镁、氧化铝都可以与盐酸反应,B 项正确; 镁和铝原子的最外层电子数分别为2和3,C 项错误; 镁和铝的氧化物中氧化镁是碱性氧化物, 不能与氢氧化钠溶液反应, 氧化铝是两性氧化物, 可以与氢氧化钠溶液反应,D 项错误。
【答案】B 4. 下列变化不可能通过一步反应直接完成的是( ) 。 ．．．
A.Al(OH)3→Al2O 3 B.Al 2O 3→Al(OH)3 C.Al→Al
D.Al 3+→Al(OH)3
【解析】Al(OH)3加热分解可直接得Al 2O 3;Al 与强碱溶液反应可得
Al
;Al 3+与碱反应可生成
Al(OH)3;Al 2O 3难溶于水, 不能通过一步反应得到Al(OH)3, 应将Al 2O 3与酸或碱反应得Al 3+或Al
, 再与碱
或酸反应, 才能得到Al(OH)3。
【答案】B
5. 下列图像中, 纵坐标为沉淀量, 横坐标为某溶液中加入的反应物的物质的量, 选择合适图像对应的序号填空。
(1)向AlCl 3溶液中加入氨水至过量: 。
(2)向AlCl 3溶液中加入NaOH 溶液至过量: 。
(3)向AlCl 3、MgCl 2混合溶液中加入NaOH 溶液至过量: 。 (4)向澄清石灰水中通入过量CO 2:。
(5)向含有少量盐酸的AlCl 3溶液中加入过量NaOH 溶液: 。 (6)向含有少量HCl 的AlCl 3溶液中加入过量氨水: 。
【答案】(1)③ (2)⑥ (3)① (4)② (5)⑤ (6)④
考点2 重难点探究
一、铝与酸、碱反应的定量关系
铝分别与盐酸、NaOH 溶液反应的原理:
2Al+6HCl→2AlCl 3+3H2↑, 2Al+2NaOH+2H2O →2NaAlO 2+3H2↑。 (1)铝与酸或碱溶液反应的实质
Al 与酸、碱溶液反应,
实质上都是
Al 3+,2H
+
, 故铝与酸、碱溶液反应时, 铝与氢气的
关系可利用关系式:2Al~3H2进行计算, 也可以直接利用得失电子守恒灵活计算。
(2)①等量的铝分别与足量盐酸和足量氢氧化钠溶液反应, 产生H 2的体积之比为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H 2的体积之比为1：3。 例题1 甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·L -1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之比为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
【解析】2Al+6HCl→2AlCl 3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O →2NaAlO 2+3H2↑,由化学方程式可知, 若在等物质的量的盐酸和NaOH 溶液中分别加入足量铝, 反应时产生H 2的体积之比为1∶3。现产生H 2的体积之比为1∶2, 说明铝粉的量相对于盐酸来说是过量的, 相对于NaOH 来说是不足的, 所以与盐酸反应的铝粉的质量为2.7 g,与NaOH 反应的铝粉的质量为5.4 g。故加入铝粉的质量为5.4 g。
【答案】A
二、氢氧化铝两性的重要应用 (1)检验与鉴别
①用过量NaOH 溶液检验Al 3+的存在; ②用过量NaOH 溶液鉴别Al 3+和Mg 2+;
③用互滴法鉴别Al 3+与OH -、Al
与H +。
(2)分离
用过量的NaOH 溶液和相应的酸溶液分离Al 3+与Mg 2+、Fe 3+等离子或分离MgO 、Al 2O 3。 (3)Al(OH)3的三种制备方法
例题2 某混合物甲中含有明矾[KAl(SO4) 2·12H 2O]、Al 2O 3和Fe 2O 3。在一定条件下由甲可实现下图所示的物质之间的转化
:
请回答下列问题:
(1)写出A 、B 、D 的化学式:
A ,B ,D 。 (2)试剂a 最好选用(填字母) 。 A.NaOH 溶液 B.稀盐酸 C. 二氧化碳 D. 氨水
(3)写出反应①的离子方程式: (4)固体E 可以作为复合性的化学肥料,E 中所含物质的化学式为 。
【解析】由甲的成分可知B 应为Al 2O 3, 因此反应③是Al 2O 3通过电解而得到D(O2) 和A(Al)。甲加入水得到的溶液为明矾溶液, 溶液中含有Al 3+、K +和S
, 得到的沉淀为Al 2O 3、Fe 2O 3的混合物, 再加入
NaOH 溶液, 则Al 2O 3溶解, 再通入CO 2可以得到Al(OH)3沉淀。试剂a 应该为氨水, 若加入的试剂a 是NaOH 溶液, 则加入的量不好控制, 由此可推知E 为K 2SO 4、(NH4) 2SO 4的混合物。
【答案】(1)Al;Al2O 3;O 2 (2)D
(3)Al2O 3+2OH-→2Al
+H2O
(4)K2SO 4、(NH4) 2SO 4
三、有关氢氧化铝的图像分析 1. 四个基本图像
(1)可溶性铝盐溶液与NaOH 溶液反应的图像
(2)偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像
2.
拓展图像
(1)向AlCl 3溶液中逐滴加入氨水或NaAlO 2溶液至过量, 图像如图①所示。
(2)向NaAlO 2溶液中逐滴加入AlCl 3溶液或通入CO 2至过量, 图像如图②所示。
(3)向MgCl 2、AlCl 3和盐酸的混合溶液(即将Mg 、Al 溶于过量盐酸所得的溶液) 中逐滴滴入NaOH 溶液至过量, 图像如图③所示。
(4)向MgCl 2、AlCl 3混合溶液中先加入过量的NaOH 溶液, 后加入盐酸(NaOH与盐酸的物质的量浓度相等), 图像如图④所示。
例题3 现取该溶液适量, 向其中加入某试剂Y , 产生沉淀的物质的量(n ) 与加入试剂Y 的体积(V ) 的关系如图所示, 下列说法正确的是( ) 。
A. 若Y 是盐酸, 则O a 段转化为沉淀的离子只有Al B. 若Y 是盐酸, 则溶液中可能含有的阳离子是Al 3+
C. 若Y 是NaOH 溶液, 则bc 段反应的离子方程式为Al(OH)3+OH-→Al D. 若Y 是NaOH 溶液, 则X 溶液中只存在四种离子:Al3+、Fe 3+、N
+2H2O
、Cl -
【解析】因溶液是无色的, 所以肯定不含Fe 3+。加入盐酸后能形成的沉淀有Al(OH)3、H 2SiO 3, 前者能溶于过量盐酸而后者不能, 由图像可知溶液中肯定含有Al
、Si
, O a 段发生反应的离子为Al
、
Si ,ab 段发生反应的离子为C
,bc 段则是Al(OH)3的溶解,Al 3+与这三种酸根离子是不共存的,A 、B
与OH -发生
两项均错误。当向溶液中加入NaOH 溶液时, 生成的沉淀为Mg(OH)2、Al(OH)3,ab 段是N
反应,bc 段是溶解生成的Al(OH)3沉淀, 因Mg 2+、Al 3+不能与C 离子只有Cl -, 则C 项正确,D 项错误。
【答案】C
、Si 、Al 共存, 故此时溶液中的阴
【跟踪练习】
1. 某化合物由两种单质直接反应生成, 将其加入Ba(HCO3) 2溶液中同时有气体和沉淀产生。下列化合物中符合上述条件的是( ) 。
A.AlCl 3 B.Na 2O C.FeCl 2 D.SiO 2
【解析】由于Al 3+与
HC
的水解相互促进, 故两者不能大量共存, 发生反应的化学方程式为
Al 3++3HC
→Al(OH)3↓+3CO2↑,并且AlCl 3可由Al 和Cl 2反应得到,A 项正确; 钠与氧气在常温下反应生
成Na 2O,Na 2O 与水反应生成NaOH,NaOH 与Ba(HCO3) 2反应只能生成沉淀,B 项错误; 尽管在Ba(HCO3) 2溶液中加入FeCl 2也有沉淀和气体生成, 但Fe 与Cl 2反应生成的是FeCl 3, 不能生成FeCl 2,C 项错误;SiO 2与Ba(HCO3) 2不反应,D 项错误。
【答案】A
2. 室温下, 在0.2 mol·L -1 Al2(SO4) 3溶液中, 逐滴加入1.0 mol·L -1 NaOH溶液, 实验测得溶液pH 随NaOH 溶液体积变化曲线如图所示, 下列有关说法正确的是( ) 。
A.a 点时, 溶液呈酸性的原因是Al 3+水解, 离子方程式为Al 3++3OH-Al(OH)3
B.a~b段, 溶液pH 增大,Al 3+浓度不变
C.b~c段, 加入的OH -主要用于生成Al(OH)3沉淀 D.d 点时,Al(OH)3沉淀开始溶解 【解析】Al 3+水解的离子方程式为Al 3++3H2O Al(OH)3+3H+,A 项错误;a~b段,Al 3+与OH -作用生成Al(OH)3沉淀,Al 3+浓度不断减小,B 项错误;c 点, 溶液的pH
【答案】C
3. 已知:2NaAlO2+CO2+3H2O →2Al(OH)3↓+Na2CO 3。向含2 mol NaOH、1 mol Ba(OH)2、2 mol NaAlO2的混合溶液中慢慢通入CO 2, 则通入CO 2的量和生成沉淀的量关系正确的是( ) 。
【解析】原溶液中含有4 mol OH-、1 mol Ba2+、2 mol Al
,1 mol CO2消耗2 mol OH-生成1 mol C
,
同时与1 mol Ba2+恰好反应生成1 mol BaCO3, 通入1 mol CO2后又消耗2 mol OH-生成1 mol C
, 此时没
有沉淀,A 项正确; 继续通入1 mol CO2与2 mol Al反应生成2 mol Al(OH)3和1 mol C
, 此时沉淀共3
mol,B 项错误; 继续通入1 mol CO2与1 mol C
反应生成2 mol HC, 无沉淀生成,C 项正确; 再通入1 mol
CO 2与1 mol C
反应生成2 mol HC
, 继续通入1 mol CO2时,CO 2会与1 mol BaCO3反应, 沉淀物质的
量变为2 mol,D项错误。
【答案】AC
4. 将a g镁铝合金投入x mL 2 mol·L -1 盐酸中, 金属完全溶解, 再加入y mL 1 mol·L -1 NaOH溶液, 沉淀的质量达到最大值, 为(a +1.7) g,则下列说法不正确的是( ) 。 ．．．
A. 镁铝合金与盐酸反应转移的电子数为0.1N A
B. 沉淀为Mg(OH)2和Al(OH)3的混合物 C. x=2y
D. a 的取值范围为0. 9
【解析】Mg 、Al 失去电子变为离子, 离子再结合OH -生成沉淀, 则镁铝合金与盐酸反应转移电子的物质的量等于其生成沉淀时结合的OH -的物质的量, 沉淀量最大时得到Mg(OH)2和Al(OH)3的混合物, 则m (OH-)=(a +1.7) g-a g=1.7 g,n (OH-)=0.1 mol,转移电子的总数是0.1N A ,A 、B 两项均正确; 沉淀量最大时, 溶液中n (Na+)=n (Cl-), 此时HCl 和氢氧化钠的物质的量相等, 即2x=y,C 项错误; 转移电子的总数为0.1N A , 若金属全部是镁, 则镁的质量是1.2 g,若金属全部是铝, 则铝的质量是0.9 g,D项正确。
【答案】C 5. 离子液体是一种室温熔融盐, 为非水体系。由有机阳离子、Al 2C 和AlC 组成的离子液体作电解液时,
可在钢制品上电镀铝。
(1)钢制品接电源的, 已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应, 阴极的电极反应式为 。若改用AlCl 3水溶液作电解液, 则阴极产物为 。 (2)为测定镀层厚度, 用NaOH 溶液溶解钢制品表面的铝镀层, 当反应转移6 mol电子时, 所得还原产物的物质的量为 mol 。
(3)用铝粉和Fe 2O 3做铝热反应实验, 需要的试剂还有 。 a.KCl b.KClO 3 c.MnO 2 d.Mg
取少量铝热反应所得的固体混合物, 将其溶于足量稀H 2SO 4中, 滴加KSCN 溶液无明显现象, (填“能”或“ 不能”)说明固体混合物中无Fe 2O 3, 理由是用离子方程式说明) 。
【解析】(1)电镀时, 镀件应连接电源负极, 作阴极, 在阴极上发生还原反应, 结合题中“电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应”可知阴极的电极反应式是4Al 2
C +3e-→
Al+7AlC; 若改用AlCl 3水溶液作电解液, 则阴极反应是水电离出的H +得电子被还原为H 2。
(2)用NaOH 溶解铝镀层时发生反应:2Al+2NaOH+2H2O →2NaAlO 2+3H2↑,H2是还原产物, 当转移6 mol 电子时, 该反应可得到3 mol还原产物。
(3)引发铝粉和Fe 2O 3粉末反应的助燃剂为KClO 3, 然后插入镁条, 点燃镁条即可使铝热反应发生; 混合物中即使含有Fe 2O 3,Fe 2O 3溶于酸后生成的Fe 3+与反应生成的Fe 发生氧化还原反应生成Fe 2+, 再加入KSCN 溶液后溶液也不显红色, 因此不能证明反应后的固体不含Fe 2O 3。
【答案】(1)负;4Al 2C +3e-→Al+7AlC;H 2
(2)3
(3)bd;不能;Fe 2O 3+6H+→2Fe 3++3H2O 、Fe+2Fe3+→3Fe 2+
备考启示1
高考对氧化铝的考查主要集中在氧化铝的两性应用上。题型主要有①从铝土矿中提取出纯净的氧化铝, 之后冶炼铝; ②MgO 中含有Al 2O 3杂质的除杂试剂的选择; ③铝及其化合物之间的转化途径或方程式的书写等。
例题1 (2016年南通质检) 工业上用铝土矿(主要成分为Al 2O 3, 含Fe 2O 3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NaAlO 2+CO2+2H2O →Al(OH)3↓+NaHCO3
【解析】从流程图可以得知反应②生成了NaHCO 3和Al(OH)3, 反应②的化学方程式为NaAlO 2+CO2+2H2O →Al(OH)3↓+NaHCO3, 据此可以推知X 、Y 分别为NaOH 、CO 2, 反应①过滤得到的沉淀是Fe 2O 3,A 、B 两项错误,D 项正确;Al 2O 3电解生成Al 是氧化还原反应,C 项错误。
【答案】D
备考启示2
高考有关铝盐的考查主要有如下题型:①利用铝盐制取氢氧化铝; ②铝盐作为净水剂的原理与应用; ③铝盐与偏铝酸盐的水解问题; ④铝盐涉及的有关图像题, 特别是将离子共存、离子推断等题型融合在图像题中考查。
例题2某溶液中可能含有H +、N 、Mg 2+、Al 3+、Fe 3+、C 、S 、N 中的几种。①若加入锌粒, 产生无色无味的气体; ②若加入NaOH 溶液, 产生白色沉淀, 且产生的沉淀量与加入NaOH 的物质的量之间的关系如图所示。则下列说法正确的是( ) 。
A. 溶液中的阳离子只有H +、Mg 2+、Al 3+
B. 溶液中n (N)=0.2 mol
C. 溶液中一定不含C , 可能含有S 和N
D. n (H+) ∶n (Al3+) ∶n (Mg2+)=1∶1∶1
【解析】由①知溶液中一定含有H +, 一定没有C
像可知溶液中还一定含有N , 且n (N、N ; 由②知溶液中一定含有Mg 2+、Al 3+; 由图)=0.7 mol-0.5 mol=0.2 mol, n (H+)=0.1 mol, n (Al3+)=0.8 mol-0.7 mol=0.1 mol,Al3+、Mg 2+形成沉淀共消耗0.4 mol OH-, 其中沉淀Al 3+消耗 0.3 mol OH-, 沉淀Mg 2+消耗0.1 mol OH-, 根据Mg 2+~2OH-, 可得n (Mg2+)=0.05 mol,故只有B 项正确。
【答案】B
一、选择题(本题包括101. 下列物质属于两性化合物的是( ) 。
A.Al B.Na 2CO 3 C.Al(OH)3 D.(NH4) 2SO 4
【解析】Al 是单质,A 项错误;Na 2CO 3只能与酸反应不能与碱反应, 不是两性化合物,B 项错误;Al(OH)3既能与酸反应生成盐和水, 又能与碱反应生成盐和水, 属于两性氢氧化物,C 项正确;(NH4) 2SO 4不是两性化合物,D 项错误。
【答案】C
2. 将等物质的量的金属Na 、Mg 、Al 分别与100 mL 2 mol·L -1盐酸反应, 实验测得生成气体的体积V (标准状况) 与时间t 的关系如图所示, 则下列说法错误的是( ) 。 ．．
A. x =2.24
B. 钠的物质的量为0.2 mol
C. 反应时,Na 、Mg 、Al 均过量
D. 曲线b 为Mg 与盐酸反应的图像
【解析】A 项, 由题图可以看出, 生成气体的体积相等, 则盐酸完全反应, x =2.24,正确;B 项, 根据生成的H 2为2.24 L, 可知Na 失去了0.2 mol 电子, 则钠的物质的量为0.2 mol, 正确;C 项, 反应时如果钠过量, 则钠会与水反应, 生成的气体大于 2.24 L, 错误;D 项, 根据反应速率可知a 、b 、c 依次是Na 、Mg 、Al 与盐酸反应的图像, 正确。
【答案】C
3. 某溶液能与Al 粉反应放出H 2, 该溶液中可能大量共存的离子组是( ) 。
A.N 、Ba 2+、HC 、Cl - B.K +、Al 3+、S 2-、ClO -
C.Na +、Fe 3+、Cl -、S D.N 、Mg 2+、S 、N
【解析】能与Al 反应放出H 2的溶液, 可能呈强酸性也可能呈强碱性。A 项,HC 不论是在强酸性溶液还是在强碱性溶液中均不能大量存在;B 项,Al 3+与S 2-能发生相互促进的水解反应, 且S 2-与ClO -之间能发生氧化还原反应;C 项, 各离子在酸性条件下能大量共存;D 项, 在碱性溶液中N
在酸性溶液中, 不会产生H 2。
【答案】C
4. 钠铝合金(常温液态) 可作为核反应堆的载热介质。下列说法错误的是( ) 。 ．．
A. 该合金的熔点低于金属钠的熔点
、Mg 2+不能大量存在,
B. 若将钠铝合金投入水中得到无色溶液且无固体剩余, 则n (Na)≥n (Al)
C. 将钠铝合金投入FeCl 3溶液中, 有Fe(OH)3沉淀生成
D. 等质量的钠铝合金中铝的含量越大, 与足量盐酸反应时放出的氢气越少
【解析】合金的熔点比其成分金属的熔点低,A 项正确; 根据反应:2Al+2NaOH+2H2O →2NaAlO 2+3H2↑可知,B 项正确;Na 先与水反应产生NaOH,NaOH 与FeCl 3溶液反应产生Fe(OH)3沉淀,C 项正确; 根据关系式2Na~H2、Al~H2可知, 等质量时铝生成的氢气较多, 故合金中铝的含量越大, 与足量盐酸反应时产生的氢气越多,D 项错误。
【答案】D
5. 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
【解析】根据关系式:2Al~2NaOH,2Al~3H2SO 4,2Al~6HCl可知,A 项正确,B 、C 两项错误;Al 与稀硝酸反应不产生氢气,D 项错误。
【答案】A
6. 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
【解析】利用Al 溶于NaOH 溶液而Mg 不溶于NaOH 溶液可除去Mg 。
【答案】B
7. 下列各组物质, 不能按如图所示．．(“→”表示反应一步完成) 关系转化的是( ) 。
【答案】C
8. 现有含MgCl 2、AlCl 3均为n mol的混合溶液, 向其中滴加NaOH 溶液至过量, 各离子形成沉淀或沉淀的溶解与溶液pH 的关系如下表所示, 则加入NaOH 溶液的物质的量与生成沉淀的物质的量的关系正确的是( ) 。
【解析】通过表中数据分析可知, 向氯化镁和氯化铝的混合溶液中加入氢氧化钠, 从pH=3.56时开始生成氢氧化铝沉淀到溶液的pH=4.89时, 氢氧化铝沉淀完全, 当溶液的pH=8.04时, 氢氧化铝沉淀开始溶解, 到溶液的pH=8.93时, 氢氧化铝继续溶解, 开始生成氢氧化镁沉淀, 沉淀的量增加, 当氢氧化镁沉淀完全时, 氢氧化铝继续溶解, 所以沉淀的物质的量减少, 因此C 项正确。
【答案】C
9. 将10.7 g 由Mg 、Al 和Fe 组成的合金溶于足量的氢氧化钠溶液中, 产生标准状况下3.36 L气体。另取等质量的合金溶于过量盐酸中, 生成标准状况下7.84 L气体, 向反应后的溶液中加入过量NaOH 溶液, 得到沉淀的物质的量为( ) 。
A.0.1 mol B.0.2 mol C.0.25 mol D.0.3 mol
【解析】根据反应:2Al+2NaOH+2H2O →2NaAlO 2 +3H2↑、2Al+6HCl→2AlCl 3+3H2↑、AlCl 3+4NaOH→NaAlO 2+3NaCl+2H2O 、Mg+2HCl→MgCl 2+H2↑、MgCl 2+2NaOH→Mg(OH)2↓+2NaCl、Fe+2HCl→FeCl 2+H2↑、FeCl 2+2NaOH→Fe(OH)2↓+2NaCl可知, 铝与酸或碱反应生成氢气的物质的量相等, 均为0.15 mol, 镁、铁与酸反应均生成+2价化合物和氢气, 所以FeCl 2 和MgCl 2 的物质的量之和为0.2 mol, 所以向反应后的溶液中加入过量的NaOH 溶液, 得到沉淀的物质的量为0.2 mol。
【答案】B
10. 某混合溶液中含溶质X 、Y 各0.1 mol, 向其中滴加0.1 mol·L -1的Z 溶液, 所得沉淀的物质的量如图所示, 则符合条件的X 、Y 、Z 分别是( ) 。
A. 氯化铝、氯化铁、氢氧化钠
B. 氯化铝、氯化镁、氢氧化钠
C. 偏铝酸钠、氯化钡、硫酸
D. 偏铝酸钠、氢氧化钡、硫酸
【解析】A 项, 氯化铝和氢氧化钠、氯化铁和氢氧化钠反应生成沉淀时, 两者的物质的量之比均为1∶3, 与图像不符, 错误;B 项, 氯化铝和氯化镁分别与氢氧化钠反应生成沉淀, 消耗同浓度的NaOH 的体积之比为3∶2, 与图像不符, 错误;C 项, 开始滴入硫酸时会生成氢氧化铝沉淀和硫酸钡沉淀, 若生成最大量沉淀氢氧化铝0.1 mol,需要硫酸0.05 mol;若生成硫酸钡沉淀0.1 mol,需要硫酸0.1 mol,当滴加硫酸的物质的量在0.05~0.1 mol 之间时,Al(OH)3 沉淀开始溶解, 当加入硫酸的物质的量大于0.1 mol 时,Al(OH)3 继续溶解, 与图像不符, 错误;D 项,0.1 mol H2SO 4首先与Ba(OH)2反应生成0.1 mol BaSO4沉淀, 然后0.05 mol H2SO 4与0.1 mol NaAlO2反应生成0.1 mol Al(OH)3沉淀,0.1 mol Al(OH)3与0.15 mol H2SO 4 反应, 沉淀溶解, 与图像符合, 正确。
【答案】D
二、非选择题(本题包括4小题, 共40分)
11. 铝土矿的主要成分是Al 2O 3, 含有Fe 2O 3、SiO 2等杂质, 按下列操作从铝土矿中提取Al 2O 3。
回答下列问题:
(1)写出沉淀物的化学式:a
(2)写出加入过量NaOH 溶液时所发生主要反应的离子方程式:、 。
(3)写出通入气体B(过量) 时溶液C 中发生反应的离子方程式:、 。
(4)气体B 能否改用试剂A 代替? (填“能”或“不能”);原因是。
【解析】(1)根据流程图可知沉淀a 为SiO 2, 沉淀b 为Fe(OH)3, 沉淀f 为Al(OH)3。
(2)滤液b 中含有铁离子和铝离子, 加入过量氢氧化钠溶液后反应的离子方程式为Al 3++4OH-→Al +2H2O,Fe 3++3OH-→Fe(OH)3↓。
(3)根据流程图可知, 溶液c 中含有氢氧化钠和偏铝酸根离子,NaAlO 2溶液与过量的CO 2反应生成Al(OH)3沉淀, 反应的离子方程式为CO 2
+Al+2H2O →Al(OH)3
↓+HC, 过量的CO 2与OH -反应生成HC , 反应的离子方程式为CO 2+OH-→HC 。
(4)气体B 为二氧化碳, 试剂A 为盐酸, 氢氧化铝能够与过量的盐酸反应而溶解, 无法控制加入盐酸的量。
【答案】(1)SiO2;Fe(OH)3;Al(OH)3
(2)Al3++4OH-→Al +2H2O;Fe 3++3OH-→Fe(OH)3↓
(3)CO2+Al+2H2O →Al(OH)3↓+HC;CO 2+OH-→HC
(4)不能; 生成的氢氧化铝能够溶于盐酸
12. 利用铝灰(主要成分为Al 、Al 2O 3、AlN 、FeO 等) 制备铝鞣剂[主要成分为Al(OH)2Cl]的一种工艺如下:
(1)气体A 能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。铝灰在90 ℃时水解生成A 的化学方程式为 。“水解”采用90 ℃而不在室温下进行的原因是 。
(2)“酸溶”时,Al 2O 3发生反应的离子方程式为 。
(3)“氧化”时, 发生反应的离子方程式为 。
(4)“废渣”的成分为(填化学式) 。
(5)采用喷雾干燥而不用蒸发的原因是
【答案】(1)AlN+3H2O Al(OH)3+NH3↑;加快AlN 的水解反应速率, 降低NH 3在水中的溶解度, 促使NH 3逸出
(2)Al2O 3+6H+→2Al 3++3H2O
(3)2Fe2++2H++ClO-→2Fe 3++Cl-+H2O
(4)Fe(OH)3
(5)防止Al(OH)2Cl 水解生成Al(OH)3
13. 将0.1 mol的镁、铝混合物溶于100 mL 2 mol·L -1 H2SO 4溶液中, 然后再滴加1 mol·L -1的NaOH 溶液。请回答下列问题:
(1)若在滴加NaOH 溶液的过程中, 沉淀质量m 随加入NaOH 溶液的体积V 的变化如图所示。当V 1=160 mL时, 金属粉末中n (Mg)= mol, V 2=。
(2)若在滴加NaOH 溶液的过程中, 欲使Mg 2+、Al 3+刚好沉淀完全, 则滴入NaOH 溶液的体积V (NaOH)= mL 。
(3)若混合物仍为0.1 mol,其中镁粉的物质的量分数为a , 用100 mL 2 mol·L -1硫酸溶解此混合物后, 再加入450 mL 1 mol·L -1 NaOH溶液, 所得沉淀中无Al(OH)3。满足此条件的a 的取值范围是 。
【解析】(1)由图像可知V 1 mL的NaOH 溶液是与过量的H 2SO 4反应, 则与Mg 、Al 反应的H 2SO 4的物质的量为0.2 mol-0.16 mol×=0.12 mol。
假设n (Mg)=x mol,n (Al)=y mol。
则可列出方程组
:
, 解得:x =0.06 mol,y =0.04 mol。
当加入V 2 mL NaOH 溶液时, 得到Mg(OH)2沉淀和NaAlO 2, 关系式为Mg 2+~2OH-、Al 3+~4OH-, 所以, V 2
=160 mL+×103 mL·L -1=440 mL。
(2)当Mg 2+、Al 3+刚好沉淀完全时, 溶液中只有Na 2SO 4, 关系式为2NaOH~H2SO 4, 所以, V (NaOH)==400 mL。
(3)当所得沉淀中无Al(OH)3时,NaOH 溶液过量, 反应后生成的溶质为Na 2SO 4、NaAlO 2。则根据Na 元素守恒:n (NaOH)=0.45 L×1 mol·L -1≥0.1 L×2 mol·L-1×2+0.1×(1-a ) mol,解得a ≥, 则满足此条件的a 的取值范围是≤a
【答案】(1)0.06;440
(2)400 (3)≤a
14. 氮化铝(AlN)是一种新型无机非金属材料。为了分析某AlN 样品(样品中的杂质不与氢氧化钠溶液反应) 中 AlN 的含量, 某实验小组设计了如下两种实验方案。
已知:AlN+NaOH+H2O →NaAlO 2+NH3↑
【方案1】取一定量的样品, 用以下装置测定样品中AlN 的纯度(夹持装置已略去) 。
(1)上图装置C 中球形干燥管的作用是。
(2)完成以下实验步骤:组装好实验装置, 首先 , 再加入实验药品。接下来的实验操作是 , 打开分液漏斗活塞, 加入NaOH 浓溶液, 至不再产生气体。打开K 1, 通入氮气一段时间, 测定装置C 反应前后的质量变化。通入氮气的目的是 。
(3)若去掉装置B, 则导致测定结果填“偏高”“偏低”或“无影响”)。由于上述装置还存在缺陷, 导致测定结果偏高, 请提出改进意见: 。
【方案2】按以下步骤测定样品中AlN 的纯度
:
(4)步骤②生成沉淀的离子方程式为。
(5)步骤③的操作是。AlN 的纯度是用含m 1、m 2的代数式表示) 。
【解析】(1)由于氨气极易溶于水, 则上图装置C 中球形干燥管的作用是防止倒吸。
(2)实验步骤如下:组装好实验装置, 首先检查装置的气密性, 再加入实验药品; 接下来的实验操作是关闭K 1, 打开K 2, 并打开分液漏斗活塞, 加入NaOH 浓溶液, 至不再产生气体; 打开K 1, 通入氮气一段时间, 测定装置C 反应前后的质量变化。由于反应中产生的氨气会残留在装置中, 因此通入氮气的目的是把装置中
残留的氨气全部赶入装置C 。
(3)生成的氨气中含有水蒸气, 若去掉装置B, 则装置C 的质量增加, 导致测定结果偏高。由于空气中含有的水蒸气也会进入装置C, 导致测定结果偏高, 因此改进的措施是在装置C 的出口处连接一个干燥装置。
(4)滤液中含有偏铝酸钠, 则步骤②生成沉淀的离子方程式为CO 2+Al+2H2O →HC +Al(OH)3↓。
(5)从溶液中分离出氢氧化铝的实验操作是过滤, 即步骤③的操作是过滤。m 2 g固体的成分是氧化铝, 根据铝原子守恒可知AlN 的纯度是×100%=%。
【答案】(1)防止倒吸
(2)检查装置的气密性; 关闭K 1, 打开K 2; 把装置中残留的氨气全部赶入装置C
(3)偏高; 在装置C 的出口处连接一个干燥装置
(4)CO2+Al+2H2O →HC +Al(OH)3↓
(5)过滤、洗涤;
%
第3讲 铝及其重要化合物
考点1 基础知识梳理
一、铝
1. 铝的原子结构和存在
铝位于元素周期表① , 原子结构示意图为② 。铝元素在地壳中含量丰富, 仅次于③ 。自然界中的铝全部以④ 态存在。
2. 金属铝的物理性质
⑤ 色金属, 有良好的⑥ 、⑦ 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或离子方程式:
a.
b. ⑨
c.
d.
(1)铝土矿
Al 2O 3;
(2)2Al2O 3(熔融)
二、铝的重要化合物
1. 氧化铝和氢氧化铝(两性)
氢氧化铝的电离:
Al(OH)3
2. 常见的铝盐——明矾
(1)明矾的化学式为, 属于复盐。 (2)明矾净水的原理
明矾溶于水时发生电离, 电离方程式为 , 其中Al 3+发生水解反应, 产生 ,
答案：①第三周期ⅢA 族
②⑧4Al+3O2⑨2Al+3Cl2
2Al 2O 3
2AlCl 3 ⑩2Al+6H+
2Al
2Al 3++3H2↑
+3H2↑
2Al+Fe2O
3
2Fe+Al2O 3
4Al+3O2↑
③氧和硅 ④化合 ⑤银白 ⑥延展性 ⑦导电性
2Al+2OH-+2H2
O
Al(OH)3+3H
+Al 3++3H2O
Al 2O 3+2OH
-
2Al +H2O
Al(OH)3+OH
-
Al +2H2O
H ++Al
+H2O
Al 3++3OH-
KAl(SO4) 2·12H 2
O
KAl(SO4) 2
K ++Al3++2S
Al(OH)3(胶体)
【跟踪练习】
1. 下列说法不正确的是( ) 。 ．．．
A. 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, 金属铝的熔点较低
B. 铝与Fe 2O 3发生铝热反应后固体的质量不变
C. Al片溶于NaOH 溶液中, 产生气体:2Al+2OH-+2H2O →2Al
+3H2↑
D. Al、HCl 、NaOH 中任意两种物质在一定条件下均能发生反应
【解析】打磨后的铝箔在酒精灯上灼烧, 表面生成Al 2O 3薄膜, 高熔点的Al 2O 3薄膜兜住了熔融的液态铝, 故液态铝不会滴落,A 项错误;Al 与Fe 2O 3发生铝热反应生成Fe 和Al 2O 3, 反应前后均是固体, 根据质量守恒定律可知,B 项正确;Al 与NaOH 溶液反应生成NaAlO 2和H 2,C 项正确;Al 既能与HCl 反应又能与NaOH 溶液反应, 且HCl 和NaOH 能发生中和反应,D 项正确。
【答案】A
2. 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, 立刻产生大量白色沉淀 B. Al2O 3和MgO 均可与NaOH 溶液反应
C. AlCl3溶液中加入过量稀氨水:Al3++4NH3·H 2O →Al
+4N
+2H2O
D. 常温下,Al(OH)3既能与NaOH 溶液反应又能与稀硫酸反应
【解析】将AlCl 3溶液滴入NaOH 溶液中, 开始时NaOH 溶液过量, 不会出现白色沉淀, 随着反应不断进行将会有白色沉淀产生,A 项错误;MgO 是碱性氧化物, 不能与NaOH 溶液反应,B 项错误;Al(OH)3不能与氨水反应,AlCl 3中加入过量氨水, 反应的离子方程式为Al 3++3NH3·H 2O →Al(OH)3
↓+3N误;Al(OH)3是两性氢氧化物, 常温下既能与NaOH 溶液反应又能与稀硫酸反应,D 项正确。
,C 项错
【答案】D
3. 科学家发明的透明坚硬的新型材料镁铝氧化物, 可以用作显示器和手机屏幕。下列有关镁和铝的说法正确的是( ) 。
A. 镁的金属性比铝弱
B. 镁和铝的氧化物都可以与盐酸反应 C. 镁和铝原子的最外层电子数都为3
D. 镁和铝的氧化物都可以与氢氧化钠溶液反应 【解析】镁的金属性比铝强,A 项错误; 氧化镁、氧化铝都可以与盐酸反应,B 项正确; 镁和铝原子的最外层电子数分别为2和3,C 项错误; 镁和铝的氧化物中氧化镁是碱性氧化物, 不能与氢氧化钠溶液反应, 氧化铝是两性氧化物, 可以与氢氧化钠溶液反应,D 项错误。
【答案】B 4. 下列变化不可能通过一步反应直接完成的是( ) 。 ．．．
A.Al(OH)3→Al2O 3 B.Al 2O 3→Al(OH)3 C.Al→Al
D.Al 3+→Al(OH)3
【解析】Al(OH)3加热分解可直接得Al 2O 3;Al 与强碱溶液反应可得
Al
;Al 3+与碱反应可生成
Al(OH)3;Al 2O 3难溶于水, 不能通过一步反应得到Al(OH)3, 应将Al 2O 3与酸或碱反应得Al 3+或Al
, 再与碱
或酸反应, 才能得到Al(OH)3。
【答案】B
5. 下列图像中, 纵坐标为沉淀量, 横坐标为某溶液中加入的反应物的物质的量, 选择合适图像对应的序号填空。
(1)向AlCl 3溶液中加入氨水至过量: 。
(2)向AlCl 3溶液中加入NaOH 溶液至过量: 。
(3)向AlCl 3、MgCl 2混合溶液中加入NaOH 溶液至过量: 。 (4)向澄清石灰水中通入过量CO 2:。
(5)向含有少量盐酸的AlCl 3溶液中加入过量NaOH 溶液: 。 (6)向含有少量HCl 的AlCl 3溶液中加入过量氨水: 。
【答案】(1)③ (2)⑥ (3)① (4)② (5)⑤ (6)④
考点2 重难点探究
一、铝与酸、碱反应的定量关系
铝分别与盐酸、NaOH 溶液反应的原理:
2Al+6HCl→2AlCl 3+3H2↑, 2Al+2NaOH+2H2O →2NaAlO 2+3H2↑。 (1)铝与酸或碱溶液反应的实质
Al 与酸、碱溶液反应,
实质上都是
Al 3+,2H
+
, 故铝与酸、碱溶液反应时, 铝与氢气的
关系可利用关系式:2Al~3H2进行计算, 也可以直接利用得失电子守恒灵活计算。
(2)①等量的铝分别与足量盐酸和足量氢氧化钠溶液反应, 产生H 2的体积之比为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H 2的体积之比为1：3。 例题1 甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·L -1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之比为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
【解析】2Al+6HCl→2AlCl 3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O →2NaAlO 2+3H2↑,由化学方程式可知, 若在等物质的量的盐酸和NaOH 溶液中分别加入足量铝, 反应时产生H 2的体积之比为1∶3。现产生H 2的体积之比为1∶2, 说明铝粉的量相对于盐酸来说是过量的, 相对于NaOH 来说是不足的, 所以与盐酸反应的铝粉的质量为2.7 g,与NaOH 反应的铝粉的质量为5.4 g。故加入铝粉的质量为5.4 g。
【答案】A
二、氢氧化铝两性的重要应用 (1)检验与鉴别
①用过量NaOH 溶液检验Al 3+的存在; ②用过量NaOH 溶液鉴别Al 3+和Mg 2+;
③用互滴法鉴别Al 3+与OH -、Al
与H +。
(2)分离
用过量的NaOH 溶液和相应的酸溶液分离Al 3+与Mg 2+、Fe 3+等离子或分离MgO 、Al 2O 3。 (3)Al(OH)3的三种制备方法
例题2 某混合物甲中含有明矾[KAl(SO4) 2·12H 2O]、Al 2O 3和Fe 2O 3。在一定条件下由甲可实现下图所示的物质之间的转化
:
请回答下列问题:
(1)写出A 、B 、D 的化学式:
A ,B ,D 。 (2)试剂a 最好选用(填字母) 。 A.NaOH 溶液 B.稀盐酸 C. 二氧化碳 D. 氨水
(3)写出反应①的离子方程式: (4)固体E 可以作为复合性的化学肥料,E 中所含物质的化学式为 。
【解析】由甲的成分可知B 应为Al 2O 3, 因此反应③是Al 2O 3通过电解而得到D(O2) 和A(Al)。甲加入水得到的溶液为明矾溶液, 溶液中含有Al 3+、K +和S
, 得到的沉淀为Al 2O 3、Fe 2O 3的混合物, 再加入
NaOH 溶液, 则Al 2O 3溶解, 再通入CO 2可以得到Al(OH)3沉淀。试剂a 应该为氨水, 若加入的试剂a 是NaOH 溶液, 则加入的量不好控制, 由此可推知E 为K 2SO 4、(NH4) 2SO 4的混合物。
【答案】(1)Al;Al2O 3;O 2 (2)D
(3)Al2O 3+2OH-→2Al
+H2O
(4)K2SO 4、(NH4) 2SO 4
三、有关氢氧化铝的图像分析 1. 四个基本图像
(1)可溶性铝盐溶液与NaOH 溶液反应的图像
(2)偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像
2.
拓展图像
(1)向AlCl 3溶液中逐滴加入氨水或NaAlO 2溶液至过量, 图像如图①所示。
(2)向NaAlO 2溶液中逐滴加入AlCl 3溶液或通入CO 2至过量, 图像如图②所示。
(3)向MgCl 2、AlCl 3和盐酸的混合溶液(即将Mg 、Al 溶于过量盐酸所得的溶液) 中逐滴滴入NaOH 溶液至过量, 图像如图③所示。
(4)向MgCl 2、AlCl 3混合溶液中先加入过量的NaOH 溶液, 后加入盐酸(NaOH与盐酸的物质的量浓度相等), 图像如图④所示。
例题3 现取该溶液适量, 向其中加入某试剂Y , 产生沉淀的物质的量(n ) 与加入试剂Y 的体积(V ) 的关系如图所示, 下列说法正确的是( ) 。
A. 若Y 是盐酸, 则O a 段转化为沉淀的离子只有Al B. 若Y 是盐酸, 则溶液中可能含有的阳离子是Al 3+
C. 若Y 是NaOH 溶液, 则bc 段反应的离子方程式为Al(OH)3+OH-→Al D. 若Y 是NaOH 溶液, 则X 溶液中只存在四种离子:Al3+、Fe 3+、N
+2H2O
、Cl -
【解析】因溶液是无色的, 所以肯定不含Fe 3+。加入盐酸后能形成的沉淀有Al(OH)3、H 2SiO 3, 前者能溶于过量盐酸而后者不能, 由图像可知溶液中肯定含有Al
、Si
, O a 段发生反应的离子为Al
、
Si ,ab 段发生反应的离子为C
,bc 段则是Al(OH)3的溶解,Al 3+与这三种酸根离子是不共存的,A 、B
与OH -发生
两项均错误。当向溶液中加入NaOH 溶液时, 生成的沉淀为Mg(OH)2、Al(OH)3,ab 段是N
反应,bc 段是溶解生成的Al(OH)3沉淀, 因Mg 2+、Al 3+不能与C 离子只有Cl -, 则C 项正确,D 项错误。
【答案】C
、Si 、Al 共存, 故此时溶液中的阴
【跟踪练习】
1. 某化合物由两种单质直接反应生成, 将其加入Ba(HCO3) 2溶液中同时有气体和沉淀产生。下列化合物中符合上述条件的是( ) 。
A.AlCl 3 B.Na 2O C.FeCl 2 D.SiO 2
【解析】由于Al 3+与
HC
的水解相互促进, 故两者不能大量共存, 发生反应的化学方程式为
Al 3++3HC
→Al(OH)3↓+3CO2↑,并且AlCl 3可由Al 和Cl 2反应得到,A 项正确; 钠与氧气在常温下反应生
成Na 2O,Na 2O 与水反应生成NaOH,NaOH 与Ba(HCO3) 2反应只能生成沉淀,B 项错误; 尽管在Ba(HCO3) 2溶液中加入FeCl 2也有沉淀和气体生成, 但Fe 与Cl 2反应生成的是FeCl 3, 不能生成FeCl 2,C 项错误;SiO 2与Ba(HCO3) 2不反应,D 项错误。
【答案】A
2. 室温下, 在0.2 mol·L -1 Al2(SO4) 3溶液中, 逐滴加入1.0 mol·L -1 NaOH溶液, 实验测得溶液pH 随NaOH 溶液体积变化曲线如图所示, 下列有关说法正确的是( ) 。
A.a 点时, 溶液呈酸性的原因是Al 3+水解, 离子方程式为Al 3++3OH-Al(OH)3
B.a~b段, 溶液pH 增大,Al 3+浓度不变
C.b~c段, 加入的OH -主要用于生成Al(OH)3沉淀 D.d 点时,Al(OH)3沉淀开始溶解 【解析】Al 3+水解的离子方程式为Al 3++3H2O Al(OH)3+3H+,A 项错误;a~b段,Al 3+与OH -作用生成Al(OH)3沉淀,Al 3+浓度不断减小,B 项错误;c 点, 溶液的pH
【答案】C
3. 已知:2NaAlO2+CO2+3H2O →2Al(OH)3↓+Na2CO 3。向含2 mol NaOH、1 mol Ba(OH)2、2 mol NaAlO2的混合溶液中慢慢通入CO 2, 则通入CO 2的量和生成沉淀的量关系正确的是( ) 。
【解析】原溶液中含有4 mol OH-、1 mol Ba2+、2 mol Al
,1 mol CO2消耗2 mol OH-生成1 mol C
,
同时与1 mol Ba2+恰好反应生成1 mol BaCO3, 通入1 mol CO2后又消耗2 mol OH-生成1 mol C
, 此时没
有沉淀,A 项正确; 继续通入1 mol CO2与2 mol Al反应生成2 mol Al(OH)3和1 mol C
, 此时沉淀共3
mol,B 项错误; 继续通入1 mol CO2与1 mol C
反应生成2 mol HC, 无沉淀生成,C 项正确; 再通入1 mol
CO 2与1 mol C
反应生成2 mol HC
, 继续通入1 mol CO2时,CO 2会与1 mol BaCO3反应, 沉淀物质的
量变为2 mol,D项错误。
【答案】AC
4. 将a g镁铝合金投入x mL 2 mol·L -1 盐酸中, 金属完全溶解, 再加入y mL 1 mol·L -1 NaOH溶液, 沉淀的质量达到最大值, 为(a +1.7) g,则下列说法不正确的是( ) 。 ．．．
A. 镁铝合金与盐酸反应转移的电子数为0.1N A
B. 沉淀为Mg(OH)2和Al(OH)3的混合物 C. x=2y
D. a 的取值范围为0. 9
【解析】Mg 、Al 失去电子变为离子, 离子再结合OH -生成沉淀, 则镁铝合金与盐酸反应转移电子的物质的量等于其生成沉淀时结合的OH -的物质的量, 沉淀量最大时得到Mg(OH)2和Al(OH)3的混合物, 则m (OH-)=(a +1.7) g-a g=1.7 g,n (OH-)=0.1 mol,转移电子的总数是0.1N A ,A 、B 两项均正确; 沉淀量最大时, 溶液中n (Na+)=n (Cl-), 此时HCl 和氢氧化钠的物质的量相等, 即2x=y,C 项错误; 转移电子的总数为0.1N A , 若金属全部是镁, 则镁的质量是1.2 g,若金属全部是铝, 则铝的质量是0.9 g,D项正确。
【答案】C 5. 离子液体是一种室温熔融盐, 为非水体系。由有机阳离子、Al 2C 和AlC 组成的离子液体作电解液时,
可在钢制品上电镀铝。
(1)钢制品接电源的, 已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应, 阴极的电极反应式为 。若改用AlCl 3水溶液作电解液, 则阴极产物为 。 (2)为测定镀层厚度, 用NaOH 溶液溶解钢制品表面的铝镀层, 当反应转移6 mol电子时, 所得还原产物的物质的量为 mol 。
(3)用铝粉和Fe 2O 3做铝热反应实验, 需要的试剂还有 。 a.KCl b.KClO 3 c.MnO 2 d.Mg
取少量铝热反应所得的固体混合物, 将其溶于足量稀H 2SO 4中, 滴加KSCN 溶液无明显现象, (填“能”或“ 不能”)说明固体混合物中无Fe 2O 3, 理由是用离子方程式说明) 。
【解析】(1)电镀时, 镀件应连接电源负极, 作阴极, 在阴极上发生还原反应, 结合题中“电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应”可知阴极的电极反应式是4Al 2
C +3e-→
Al+7AlC; 若改用AlCl 3水溶液作电解液, 则阴极反应是水电离出的H +得电子被还原为H 2。
(2)用NaOH 溶解铝镀层时发生反应:2Al+2NaOH+2H2O →2NaAlO 2+3H2↑,H2是还原产物, 当转移6 mol 电子时, 该反应可得到3 mol还原产物。
(3)引发铝粉和Fe 2O 3粉末反应的助燃剂为KClO 3, 然后插入镁条, 点燃镁条即可使铝热反应发生; 混合物中即使含有Fe 2O 3,Fe 2O 3溶于酸后生成的Fe 3+与反应生成的Fe 发生氧化还原反应生成Fe 2+, 再加入KSCN 溶液后溶液也不显红色, 因此不能证明反应后的固体不含Fe 2O 3。
【答案】(1)负;4Al 2C +3e-→Al+7AlC;H 2
(2)3
(3)bd;不能;Fe 2O 3+6H+→2Fe 3++3H2O 、Fe+2Fe3+→3Fe 2+
备考启示1
高考对氧化铝的考查主要集中在氧化铝的两性应用上。题型主要有①从铝土矿中提取出纯净的氧化铝, 之后冶炼铝; ②MgO 中含有Al 2O 3杂质的除杂试剂的选择; ③铝及其化合物之间的转化途径或方程式的书写等。
例题1 (2016年南通质检) 工业上用铝土矿(主要成分为Al 2O 3, 含Fe 2O 3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NaAlO 2+CO2+2H2O →Al(OH)3↓+NaHCO3
【解析】从流程图可以得知反应②生成了NaHCO 3和Al(OH)3, 反应②的化学方程式为NaAlO 2+CO2+2H2O →Al(OH)3↓+NaHCO3, 据此可以推知X 、Y 分别为NaOH 、CO 2, 反应①过滤得到的沉淀是Fe 2O 3,A 、B 两项错误,D 项正确;Al 2O 3电解生成Al 是氧化还原反应,C 项错误。
【答案】D
备考启示2
高考有关铝盐的考查主要有如下题型:①利用铝盐制取氢氧化铝; ②铝盐作为净水剂的原理与应用; ③铝盐与偏铝酸盐的水解问题; ④铝盐涉及的有关图像题, 特别是将离子共存、离子推断等题型融合在图像题中考查。
例题2某溶液中可能含有H +、N 、Mg 2+、Al 3+、Fe 3+、C 、S 、N 中的几种。①若加入锌粒, 产生无色无味的气体; ②若加入NaOH 溶液, 产生白色沉淀, 且产生的沉淀量与加入NaOH 的物质的量之间的关系如图所示。则下列说法正确的是( ) 。
A. 溶液中的阳离子只有H +、Mg 2+、Al 3+
B. 溶液中n (N)=0.2 mol
C. 溶液中一定不含C , 可能含有S 和N
D. n (H+) ∶n (Al3+) ∶n (Mg2+)=1∶1∶1
【解析】由①知溶液中一定含有H +, 一定没有C
像可知溶液中还一定含有N , 且n (N、N ; 由②知溶液中一定含有Mg 2+、Al 3+; 由图)=0.7 mol-0.5 mol=0.2 mol, n (H+)=0.1 mol, n (Al3+)=0.8 mol-0.7 mol=0.1 mol,Al3+、Mg 2+形成沉淀共消耗0.4 mol OH-, 其中沉淀Al 3+消耗 0.3 mol OH-, 沉淀Mg 2+消耗0.1 mol OH-, 根据Mg 2+~2OH-, 可得n (Mg2+)=0.05 mol,故只有B 项正确。
【答案】B
一、选择题(本题包括101. 下列物质属于两性化合物的是( ) 。
A.Al B.Na 2CO 3 C.Al(OH)3 D.(NH4) 2SO 4
【解析】Al 是单质,A 项错误;Na 2CO 3只能与酸反应不能与碱反应, 不是两性化合物,B 项错误;Al(OH)3既能与酸反应生成盐和水, 又能与碱反应生成盐和水, 属于两性氢氧化物,C 项正确;(NH4) 2SO 4不是两性化合物,D 项错误。
【答案】C
2. 将等物质的量的金属Na 、Mg 、Al 分别与100 mL 2 mol·L -1盐酸反应, 实验测得生成气体的体积V (标准状况) 与时间t 的关系如图所示, 则下列说法错误的是( ) 。 ．．
A. x =2.24
B. 钠的物质的量为0.2 mol
C. 反应时,Na 、Mg 、Al 均过量
D. 曲线b 为Mg 与盐酸反应的图像
【解析】A 项, 由题图可以看出, 生成气体的体积相等, 则盐酸完全反应, x =2.24,正确;B 项, 根据生成的H 2为2.24 L, 可知Na 失去了0.2 mol 电子, 则钠的物质的量为0.2 mol, 正确;C 项, 反应时如果钠过量, 则钠会与水反应, 生成的气体大于 2.24 L, 错误;D 项, 根据反应速率可知a 、b 、c 依次是Na 、Mg 、Al 与盐酸反应的图像, 正确。
【答案】C
3. 某溶液能与Al 粉反应放出H 2, 该溶液中可能大量共存的离子组是( ) 。
A.N 、Ba 2+、HC 、Cl - B.K +、Al 3+、S 2-、ClO -
C.Na +、Fe 3+、Cl -、S D.N 、Mg 2+、S 、N
【解析】能与Al 反应放出H 2的溶液, 可能呈强酸性也可能呈强碱性。A 项,HC 不论是在强酸性溶液还是在强碱性溶液中均不能大量存在;B 项,Al 3+与S 2-能发生相互促进的水解反应, 且S 2-与ClO -之间能发生氧化还原反应;C 项, 各离子在酸性条件下能大量共存;D 项, 在碱性溶液中N
在酸性溶液中, 不会产生H 2。
【答案】C
4. 钠铝合金(常温液态) 可作为核反应堆的载热介质。下列说法错误的是( ) 。 ．．
A. 该合金的熔点低于金属钠的熔点
、Mg 2+不能大量存在,
B. 若将钠铝合金投入水中得到无色溶液且无固体剩余, 则n (Na)≥n (Al)
C. 将钠铝合金投入FeCl 3溶液中, 有Fe(OH)3沉淀生成
D. 等质量的钠铝合金中铝的含量越大, 与足量盐酸反应时放出的氢气越少
【解析】合金的熔点比其成分金属的熔点低,A 项正确; 根据反应:2Al+2NaOH+2H2O →2NaAlO 2+3H2↑可知,B 项正确;Na 先与水反应产生NaOH,NaOH 与FeCl 3溶液反应产生Fe(OH)3沉淀,C 项正确; 根据关系式2Na~H2、Al~H2可知, 等质量时铝生成的氢气较多, 故合金中铝的含量越大, 与足量盐酸反应时产生的氢气越多,D 项错误。
【答案】D
5. 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
【解析】根据关系式:2Al~2NaOH,2Al~3H2SO 4,2Al~6HCl可知,A 项正确,B 、C 两项错误;Al 与稀硝酸反应不产生氢气,D 项错误。
【答案】A
6. 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
【解析】利用Al 溶于NaOH 溶液而Mg 不溶于NaOH 溶液可除去Mg 。
【答案】B
7. 下列各组物质, 不能按如图所示．．(“→”表示反应一步完成) 关系转化的是( ) 。
【答案】C
8. 现有含MgCl 2、AlCl 3均为n mol的混合溶液, 向其中滴加NaOH 溶液至过量, 各离子形成沉淀或沉淀的溶解与溶液pH 的关系如下表所示, 则加入NaOH 溶液的物质的量与生成沉淀的物质的量的关系正确的是( ) 。
【解析】通过表中数据分析可知, 向氯化镁和氯化铝的混合溶液中加入氢氧化钠, 从pH=3.56时开始生成氢氧化铝沉淀到溶液的pH=4.89时, 氢氧化铝沉淀完全, 当溶液的pH=8.04时, 氢氧化铝沉淀开始溶解, 到溶液的pH=8.93时, 氢氧化铝继续溶解, 开始生成氢氧化镁沉淀, 沉淀的量增加, 当氢氧化镁沉淀完全时, 氢氧化铝继续溶解, 所以沉淀的物质的量减少, 因此C 项正确。
【答案】C
9. 将10.7 g 由Mg 、Al 和Fe 组成的合金溶于足量的氢氧化钠溶液中, 产生标准状况下3.36 L气体。另取等质量的合金溶于过量盐酸中, 生成标准状况下7.84 L气体, 向反应后的溶液中加入过量NaOH 溶液, 得到沉淀的物质的量为( ) 。
A.0.1 mol B.0.2 mol C.0.25 mol D.0.3 mol
【解析】根据反应:2Al+2NaOH+2H2O →2NaAlO 2 +3H2↑、2Al+6HCl→2AlCl 3+3H2↑、AlCl 3+4NaOH→NaAlO 2+3NaCl+2H2O 、Mg+2HCl→MgCl 2+H2↑、MgCl 2+2NaOH→Mg(OH)2↓+2NaCl、Fe+2HCl→FeCl 2+H2↑、FeCl 2+2NaOH→Fe(OH)2↓+2NaCl可知, 铝与酸或碱反应生成氢气的物质的量相等, 均为0.15 mol, 镁、铁与酸反应均生成+2价化合物和氢气, 所以FeCl 2 和MgCl 2 的物质的量之和为0.2 mol, 所以向反应后的溶液中加入过量的NaOH 溶液, 得到沉淀的物质的量为0.2 mol。
【答案】B
10. 某混合溶液中含溶质X 、Y 各0.1 mol, 向其中滴加0.1 mol·L -1的Z 溶液, 所得沉淀的物质的量如图所示, 则符合条件的X 、Y 、Z 分别是( ) 。
A. 氯化铝、氯化铁、氢氧化钠
B. 氯化铝、氯化镁、氢氧化钠
C. 偏铝酸钠、氯化钡、硫酸
D. 偏铝酸钠、氢氧化钡、硫酸
【解析】A 项, 氯化铝和氢氧化钠、氯化铁和氢氧化钠反应生成沉淀时, 两者的物质的量之比均为1∶3, 与图像不符, 错误;B 项, 氯化铝和氯化镁分别与氢氧化钠反应生成沉淀, 消耗同浓度的NaOH 的体积之比为3∶2, 与图像不符, 错误;C 项, 开始滴入硫酸时会生成氢氧化铝沉淀和硫酸钡沉淀, 若生成最大量沉淀氢氧化铝0.1 mol,需要硫酸0.05 mol;若生成硫酸钡沉淀0.1 mol,需要硫酸0.1 mol,当滴加硫酸的物质的量在0.05~0.1 mol 之间时,Al(OH)3 沉淀开始溶解, 当加入硫酸的物质的量大于0.1 mol 时,Al(OH)3 继续溶解, 与图像不符, 错误;D 项,0.1 mol H2SO 4首先与Ba(OH)2反应生成0.1 mol BaSO4沉淀, 然后0.05 mol H2SO 4与0.1 mol NaAlO2反应生成0.1 mol Al(OH)3沉淀,0.1 mol Al(OH)3与0.15 mol H2SO 4 反应, 沉淀溶解, 与图像符合, 正确。
【答案】D
二、非选择题(本题包括4小题, 共40分)
11. 铝土矿的主要成分是Al 2O 3, 含有Fe 2O 3、SiO 2等杂质, 按下列操作从铝土矿中提取Al 2O 3。
回答下列问题:
(1)写出沉淀物的化学式:a
(2)写出加入过量NaOH 溶液时所发生主要反应的离子方程式:、 。
(3)写出通入气体B(过量) 时溶液C 中发生反应的离子方程式:、 。
(4)气体B 能否改用试剂A 代替? (填“能”或“不能”);原因是。
【解析】(1)根据流程图可知沉淀a 为SiO 2, 沉淀b 为Fe(OH)3, 沉淀f 为Al(OH)3。
(2)滤液b 中含有铁离子和铝离子, 加入过量氢氧化钠溶液后反应的离子方程式为Al 3++4OH-→Al +2H2O,Fe 3++3OH-→Fe(OH)3↓。
(3)根据流程图可知, 溶液c 中含有氢氧化钠和偏铝酸根离子,NaAlO 2溶液与过量的CO 2反应生成Al(OH)3沉淀, 反应的离子方程式为CO 2
+Al+2H2O →Al(OH)3
↓+HC, 过量的CO 2与OH -反应生成HC , 反应的离子方程式为CO 2+OH-→HC 。
(4)气体B 为二氧化碳, 试剂A 为盐酸, 氢氧化铝能够与过量的盐酸反应而溶解, 无法控制加入盐酸的量。
【答案】(1)SiO2;Fe(OH)3;Al(OH)3
(2)Al3++4OH-→Al +2H2O;Fe 3++3OH-→Fe(OH)3↓
(3)CO2+Al+2H2O →Al(OH)3↓+HC;CO 2+OH-→HC
(4)不能; 生成的氢氧化铝能够溶于盐酸
12. 利用铝灰(主要成分为Al 、Al 2O 3、AlN 、FeO 等) 制备铝鞣剂[主要成分为Al(OH)2Cl]的一种工艺如下:
(1)气体A 能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。铝灰在90 ℃时水解生成A 的化学方程式为 。“水解”采用90 ℃而不在室温下进行的原因是 。
(2)“酸溶”时,Al 2O 3发生反应的离子方程式为 。
(3)“氧化”时, 发生反应的离子方程式为 。
(4)“废渣”的成分为(填化学式) 。
(5)采用喷雾干燥而不用蒸发的原因是
【答案】(1)AlN+3H2O Al(OH)3+NH3↑;加快AlN 的水解反应速率, 降低NH 3在水中的溶解度, 促使NH 3逸出
(2)Al2O 3+6H+→2Al 3++3H2O
(3)2Fe2++2H++ClO-→2Fe 3++Cl-+H2O
(4)Fe(OH)3
(5)防止Al(OH)2Cl 水解生成Al(OH)3
13. 将0.1 mol的镁、铝混合物溶于100 mL 2 mol·L -1 H2SO 4溶液中, 然后再滴加1 mol·L -1的NaOH 溶液。请回答下列问题:
(1)若在滴加NaOH 溶液的过程中, 沉淀质量m 随加入NaOH 溶液的体积V 的变化如图所示。当V 1=160 mL时, 金属粉末中n (Mg)= mol, V 2=。
(2)若在滴加NaOH 溶液的过程中, 欲使Mg 2+、Al 3+刚好沉淀完全, 则滴入NaOH 溶液的体积V (NaOH)= mL 。
(3)若混合物仍为0.1 mol,其中镁粉的物质的量分数为a , 用100 mL 2 mol·L -1硫酸溶解此混合物后, 再加入450 mL 1 mol·L -1 NaOH溶液, 所得沉淀中无Al(OH)3。满足此条件的a 的取值范围是 。
【解析】(1)由图像可知V 1 mL的NaOH 溶液是与过量的H 2SO 4反应, 则与Mg 、Al 反应的H 2SO 4的物质的量为0.2 mol-0.16 mol×=0.12 mol。
假设n (Mg)=x mol,n (Al)=y mol。
则可列出方程组
:
, 解得:x =0.06 mol,y =0.04 mol。
当加入V 2 mL NaOH 溶液时, 得到Mg(OH)2沉淀和NaAlO 2, 关系式为Mg 2+~2OH-、Al 3+~4OH-, 所以, V 2
=160 mL+×103 mL·L -1=440 mL。
(2)当Mg 2+、Al 3+刚好沉淀完全时, 溶液中只有Na 2SO 4, 关系式为2NaOH~H2SO 4, 所以, V (NaOH)==400 mL。
(3)当所得沉淀中无Al(OH)3时,NaOH 溶液过量, 反应后生成的溶质为Na 2SO 4、NaAlO 2。则根据Na 元素守恒:n (NaOH)=0.45 L×1 mol·L -1≥0.1 L×2 mol·L-1×2+0.1×(1-a ) mol,解得a ≥, 则满足此条件的a 的取值范围是≤a
【答案】(1)0.06;440
(2)400 (3)≤a
14. 氮化铝(AlN)是一种新型无机非金属材料。为了分析某AlN 样品(样品中的杂质不与氢氧化钠溶液反应) 中 AlN 的含量, 某实验小组设计了如下两种实验方案。
已知:AlN+NaOH+H2O →NaAlO 2+NH3↑
【方案1】取一定量的样品, 用以下装置测定样品中AlN 的纯度(夹持装置已略去) 。
(1)上图装置C 中球形干燥管的作用是。
(2)完成以下实验步骤:组装好实验装置, 首先 , 再加入实验药品。接下来的实验操作是 , 打开分液漏斗活塞, 加入NaOH 浓溶液, 至不再产生气体。打开K 1, 通入氮气一段时间, 测定装置C 反应前后的质量变化。通入氮气的目的是 。
(3)若去掉装置B, 则导致测定结果填“偏高”“偏低”或“无影响”)。由于上述装置还存在缺陷, 导致测定结果偏高, 请提出改进意见: 。
【方案2】按以下步骤测定样品中AlN 的纯度
:
(4)步骤②生成沉淀的离子方程式为。
(5)步骤③的操作是。AlN 的纯度是用含m 1、m 2的代数式表示) 。
【解析】(1)由于氨气极易溶于水, 则上图装置C 中球形干燥管的作用是防止倒吸。
(2)实验步骤如下:组装好实验装置, 首先检查装置的气密性, 再加入实验药品; 接下来的实验操作是关闭K 1, 打开K 2, 并打开分液漏斗活塞, 加入NaOH 浓溶液, 至不再产生气体; 打开K 1, 通入氮气一段时间, 测定装置C 反应前后的质量变化。由于反应中产生的氨气会残留在装置中, 因此通入氮气的目的是把装置中
残留的氨气全部赶入装置C 。
(3)生成的氨气中含有水蒸气, 若去掉装置B, 则装置C 的质量增加, 导致测定结果偏高。由于空气中含有的水蒸气也会进入装置C, 导致测定结果偏高, 因此改进的措施是在装置C 的出口处连接一个干燥装置。
(4)滤液中含有偏铝酸钠, 则步骤②生成沉淀的离子方程式为CO 2+Al+2H2O →HC +Al(OH)3↓。
(5)从溶液中分离出氢氧化铝的实验操作是过滤, 即步骤③的操作是过滤。m 2 g固体的成分是氧化铝, 根据铝原子守恒可知AlN 的纯度是×100%=%。
【答案】(1)防止倒吸
(2)检查装置的气密性; 关闭K 1, 打开K 2; 把装置中残留的氨气全部赶入装置C
(3)偏高; 在装置C 的出口处连接一个干燥装置
(4)CO2+Al+2H2O →HC +Al(OH)3↓
(5)过滤、洗涤;
%