江苏省2020版高考化学新增分大一轮复习专题3常见的金属及其化合物第9讲从铝土矿到铝合金讲义(含解析)苏教版.docx
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1、1第 9 讲 从铝土矿到铝合金考纲要求 了解铝及其重要化合物的主要性质和重要应用。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 3 周期A 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或离子方程式:_。_。_。_。答案 4Al3O 2 2Al2O3= = = = = 2AlFe 2O3 2FeAl 2O3= = = = =高 温 2Al6H =2Al3 3H 22Al2OH 2H 2O=2AlO
2、3H 2 24铝的用途纯铝用作导线,铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。2(1)铝在自然界中有游离态和化合态两种形式( )(2)冶炼铝时常用焦炭作还原剂( )(3)铝与少量 NaOH 溶液反应得到铝盐,与足量 NaOH 溶液反应生成偏铝酸盐( )答案 (1) (2) (3)依据 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强的抗腐蚀性能?(2)Al 既能溶于强酸,又能溶于强碱,有人说“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?(3)铝与氢氧化钠溶液反应时,反应机理是怎样的?请用双线桥法标出该反应电子转移的方向
3、与数目。答案 (1)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)不恰当。金属性是指元素原子的失电子能力,非金属性是指元素原子的得电子能力。铝无论是溶于强酸,还是强碱溶液,都是 Al 失去 3e ,化合价升高(为3 价),均作还原剂,因而铝具有较强的金属性。(3)铝先与强碱溶液中的水反应生成 H2和 Al(OH)3,Al(OH) 3可溶于 NaOH 生成 NaAlO2和H2O,反应中 Al 为还原剂,水为氧化剂。题组一 铝单质的性质及应用1下列关于铝单质的叙述中,正确的是( )A不能用铝制的器皿来盛放酸梅汤或碱水是因为铝会和酸或碱反
4、应B铝制品在空气中有很强的抗腐蚀性是因为铝的化学性质很稳定C铝和 NaOH 溶液反应:Al2OH =AlO 2H 2 2D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,熔化后的液态铝会滴落下来,是因为金属铝的熔点较低答案 A解析 A 项,无论是铝还是其氧化物都能与酸或碱反应,正确;B 项,铝表面形成致密的氧化膜,错误;C 项,电荷、电子均不守恒,正确的离子方程式为2Al2OH 2H 2O=2AlO 3H 2,错误;D 项,打磨后的铝箔在酒精灯上灼烧表面生成 23Al2O3,高熔点的 Al2O3兜住了熔融的液态铝,不会滴落,错误。2下列说法错误的是( )A铝与 Fe2O3发生铝热反应后
5、固体物质增重B铝箔在 Cl2中燃烧可制备无水 AlCl3C工业上电解熔融状态的 Al2O3制备 AlD铝制容器可盛装浓 H2SO4答案 A解析 铝与 Fe2O3发生铝热反应:2AlFe 2O3 Al2O32Fe,反应前后固体物= = = = =高 温 质的质量不变。题组二 铝与酸、碱反应的定量分析3Mg、Al 组成的混合物与足量盐酸反应,产生标准状况下的氢气 4.48L,下列推断中不正确的是( )A参加反应的 Mg、Al 共 0.2molB参加反应的 HCl 为 0.4molCMg、Al 在反应中共提供 0.4mol 电子D若与足量的稀硫酸反应能产生 0.2molH2答案 A解析 反应的实质为
6、 Mg2H =Mg2 H 2,2Al6H =2Al3 3H 2, n(H2)0.2 mol,则参加反应的 n(HCl) n(H )0.4 mol。因为盐酸过量,故产4.48 L22.4 Lmol 1生 H2的量取决于金属的量,所以若换成过量的稀 H2SO4,同样产生 0.2 mol H2。依据得失电子守恒,由 2H H 2得电子总数为 0.4 mol。0.2 mol Mg 在反应中提供 0.4 mol 电子,0.2 mol Al 在反应中提供 0.6 mol 电子,0.2 mol Mg、Al 混合物提供的电子应大于 0.4 mol 而小于 0.6 mol,A 项不正确。4铝是中学化学学习阶段的
7、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_。(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 100mL3molL1 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
8、2,则加入铝粉的质4量为_(填字母)。A5.4gB3.6gC2.7gD1.8g答案 (1)11 (2)13 (3)31 (4)A解析 (1)根据化学方程式:2Al6HCl= =2AlCl33H 2、2Al2NaOH2H 2O=2NaAlO23H 2,得 Al 与 H2的关系式均为 2Al3H 2,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由 HCl 和 NaOH 的量决定。根据化学反应中的关系式:6HCl3H 2、2NaOH3H 2,故当 HCl、NaOH 物质的量相等时,二者产生 H2的体积比为 13。(3)因为铝足量且产生 H2的量
9、相等,根据关系式 n(HCl) n(NaOH)31,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)31。(4)其反应原理分别为 2Al6HCl= =2AlCl33H 2,2Al2NaOH2H 2O=2NaAlO23H 2。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 13,而题设条件体积比为 12,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。2Al6HCl= = 2AlCl 3 3H 26mol3mol3molL1 0.1L0.15mol则 Al 与 NaOH 反应生成的 H2为 0
10、.15mol20.3mol。2Al2NaOH2H 2O=2NaAlO23H 2227g 3mol54g 0.3mol即投入的铝粉为 5.4g。铝与酸或碱反应生成 H2的量的关系2Al6HCl= =2AlCl33H 22Al2NaOH2H 2O=2NaAlO23H 2(1)等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液分别反应:产生 H2的物质的量相等。消耗 H 、OH 的物质的量之比为 n(H ) n(OH )31。(2)足量的铝分别与等物质的量的 HCl 和 NaOH 反应:消耗 Al 的物质的量之比为 13。生成 H2的物质的量之比为 13。(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸、氢氧化钠溶液反应:若产
11、生氢气的体积比为 1,则必定13 VHClH2VNaOHH25铝与盐酸反应时,铝过量而 HCl 不足。铝与氢氧化钠溶液反应时,铝不足而 NaOH 过量。考点二 铝热反应1本质利用铝的还原性,将难熔金属从其氧化物中置换出来:2mAl3M nOm mAl2O33 nM。= = = = =高 温 2反应特点在高温下进行,反应迅速,放出大量的热。新生成的金属单质呈液态且易与 Al2O3分离。3装置4现象(1)镁带剧烈燃烧,放出大量的热,并发出耀眼的白光,氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应。(2)纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中。5应用(1)在生产上,可用于焊接钢轨等。(2)在冶金工业上用于冶炼
12、难熔金属。6铝热剂(1)在铝热反应中,反应混合物(铝粉、金属氧化物)称为铝热剂。(2)能与 Al 组成铝热剂的金属氧化物常见的有 Fe2O3、Fe 3O4、Cr 2O3、MnO 2、V 2O5等。铝热反应的本质是利用铝的还原性,将难熔金属从其氧化物中置换出来,关于铝热反应思考下列问题:(1)是否所有的金属氧化物都能和铝发生铝热反应?答案 否,判断铝热反应能否发生,应看金属的活动性。例如 MgO 和 Al 不能发生铝热反应。6(2)在铝热反应中,镁条、KClO 3的作用是_。答案 引燃、助燃作用(3)做铝热反应时,应注意哪些事项?答案 要保证纸漏斗重叠时四周均为四层,且内层纸漏斗一定要用水润湿,
13、以防止高温物质从四周溅出,同时损坏纸漏斗。蒸发皿中的细沙要适量,既要防止蒸发皿炸裂,又要防止熔融的液体溅出伤人。实验装置不要距人群太近,应远离易燃物。1铝热反应的本质是利用铝的还原性,将难熔金属从其氧化物中置换出来,关于铝热反应解答下列问题:(1)用铝粉和 Fe2O3做铝热反应实验,需要的试剂还有_。AKClBKClO 3CMnO 2DMg(2)用等物质的量的 MgO 和 Fe2O3组成的混合物在一定条件下与 Al 粉进行铝热反应。引发铝热反应的操作是_。产物中单质是_(写名称)。(3)取少量(1)中铝热反应所得的固体混合物,将其溶于足量稀 H2SO4,滴加 KSCN 溶液无明显现象,_(填“
14、能”或“不能”)说明固体混合物中无 Fe2O3,理由是_(用离子方程式说明)。答案 (1)BD (2)加少量 KClO3,插上镁条并将其点燃 铁 (3)不能 Fe2O36H =2Fe3 3H 2O、Fe2Fe 3 =3Fe2解析 (1)做铝热反应的实验时,需要 KClO3作助燃剂,且用镁条引燃。(2)在混合物上加少量 KClO3固体并插上 Mg 条,点燃 Mg 条后放出热量,使 KClO3固体分解放出 O2,进一步加剧Mg 的燃烧,可在短时间内使混合物温度迅速升高,引发反应。MgO 不能与铝发生铝热反应,所 以 产 物 中 单 质 为 Fe。 (3)反 应 后 固 体 混 合 物 中 若 有
15、Fe2O3, 因 发 生 反 应 :Fe2O3 6H =2Fe3 3H 2O、Fe2Fe 3 =3Fe2 ,Fe 3 转化为 Fe2 ,KSCN 溶液不会变血红色。2粉末状试样 A 是由等物质的量的 MgO 和 Fe2O3组成的混合物。现进行如下实验:取适量 A 进行铝热反应,产物中有单质 B 生成;另取 20gA 全部溶于 0.15L6.0molL1 盐酸中,得溶液 C;将中得到的单质 B 和溶液 C 反应,放出 1.12L(标况)气体,同时生成溶液 D,还残留有固体物质 B;用 KSCN 溶液检验时,溶液 D 不变血红色。7请回答下列问题:(1)中引发铝热反应的实验操作是_,产物中的单质
16、B 是_。(2)中所发生的各反应的化学方程式是_。(3)中所发生的各反应的离子方程式是_。(4)若溶液 D 的体积仍视为 0.15L,则该溶液中 c(Mg2 )为_, c(Fe2 )为_。答案 (1)加少量 KClO3,插上镁条并将其点燃 Fe(2)Fe2O36HCl= =2FeCl33H 2O、MgO2HCl= =MgCl2H 2O(3)Fe2H =Fe2 H 2、Fe2Fe 3 =3Fe2(4)0.67molL1 2.3molL 1解析 (1)铝热反应是指单质 Al 和某些金属氧化物发生的反应,反应过程中放出大量热,但该反应需要在较高的温度才能引发。在混合物上加少量 KClO3固体并插上
17、Mg 条,点燃 Mg 条后放出热量,使 KClO3固体分解放出 O2,进一步加剧 Mg 的燃烧,可在短时间内使混合物温度迅速升高,引发反应。发生的反应为 Fe2O32Al Al2O32Fe,所以产物= = = = =高 温 中单质 B 为 Fe。(2)Fe2O3和 MgO 都是碱性氧化物,能和酸反应生成盐和水:Fe2O36HCl= =2FeCl33H 2O、MgO2HCl= =MgCl2H 2O。(3)混合物中只有 Fe2O3能和 Al 发生铝热反应,生成 Fe 单质。C 溶液中有反应生成的FeCl3,还有未反应的 HCl。发生的离子反应为Fe2H =Fe2 H 2、Fe2Fe 3 =3Fe2
18、 。(4)假设步骤用去的 20g 固体中,MgO 的物质的量为 x,则 Fe2O3的物质的量也为 x,则40gmol1 x160gmol 1 x20g,解得: x0.1mol。根据 MgOMgCl 2的关系,则溶液中 MgCl2的浓度为01mol0.15L0.67molL 1 。步骤说明溶液中没有 Fe3 ,也就是溶质为 FeCl2和 MgCl2。根据 Cl 不变的关系,可知MgCl2和 FeCl2的总的物质的量等于 0.45mol,所以,FeCl 2的浓度0.15L6.0molL 12为 2.3molL 1 。0.45mol 0.1mol0.15L8考点三 铝的重要化合物1氧化铝(1)物理性
19、质:白色固体,难溶于水,熔点很高。(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Al(OH)3的电离方程式为写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式:Al(OH) 33H =Al3 3H 2O。Al(OH) 3OH =AlO 2H 2O。 22Al(OH) 3 Al2O33H 2O。= = = = = (3)制备向铝盐中加入氨水,离子方程式为 Al3 3NH 3H2O=Al(OH)33NH 。 4NaAlO 2溶液中通入足量 CO2,离子方程式为 AlO CO 22H 2O=Al(OH)3HCO 。 2 3NaAlO 2溶液与 AlCl3溶液混合
20、:3AlO Al 3 6H 2O=4Al(OH)3。 23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)212H2O,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 3H 2OAl(OH)3(胶体)3H ,Al(OH) 3胶体吸附水中的杂质形成沉淀而净水。(1)Al2O3的熔点高,可作耐高温材料,实验室可用氧化铝坩埚熔化 NaOH、Na 2CO3固体等( )(2)明矾可作净水剂,起到杀菌消毒的作用( )(3)AlO 、HCO 在水溶液中因发生双水解反应而不能大量共存( ) 2 39
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