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2022届高考化学一轮复习 第4章 材料家族中的元素 第2节 铝及其化合物教案 鲁科版

2022届高考化学一轮复习 第4章 材料家族中的元素 第2节 铝及其化合物教案 鲁科版

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- 15 -

第2节　铝及其化合物
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1.掌握铝的主要性质及其应用。
2.掌握铝的重要化合物的主要性质及其应用。
3.了解铝及其重要化合物的制备方法。

　铝单质的性质及制备

知识梳理
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。铝元素在地壳中含量丰富，仅次于氧、硅。自然界中的铝全部以化合态存在。
2．铝单质的主要化学性质(写出有关方程式)

②2Al＋3Cl22AlCl3

④2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
⑤Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3
⑥2Al＋3CuSO4===3Cu＋Al2(SO4)3
3．铝热反应实验探究
(1)铝热反应的实验装置及试剂作用：

(2)原理：利用Al的还原性较强，高温下把金属氧化物中的金属置换出来。
(3)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。
(4)应用
①冶炼难熔金属，如Cr、Mn、V、W、Cu、Fe等；
②金属焊接，如野外焊接钢轨等。
注意：引发铝热反应的操作是加少量KClO3，插上镁条并点燃。
4．工业电解熔融Al2O3制备Al
(1)电极反应
(2)总反应方程式2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。
注意：电解Al2O3时Na3AlF6的作用是作助熔剂。
[辨易错]
(1)除去氧化膜的铝箔在空气中加热，铝箔熔化但不滴落，说明铝易氧化形成氧化膜保护铝。 (　　)
(2)铝制容器可以用于盛装浓硫酸和浓硝酸，说明铝不与二者反应。 (　　)
(3)能与Al反应生成H2的溶液一定是酸性溶液。 (　　)
(4)Al在高温下与MgO发生铝热反应制备Mg。 (　　)
(5)加入Al粉能产生H2的溶液中，可能存在Al3＋、NO。 (　　)
[答案]　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×

◎命题点1　铝的性质及应用
1．镁、铝性质相似，下表中对两者的对比不正确的是(　　)

铝
镁
A.与非金属反应
能被Cl2、O2氧化
能与N2、O2反应
B.与水反应
能与沸水反应
反应很困难
C.与碱反应
能溶于强碱溶液
不反应
D.与某些氧化物反应
能与Fe2O3、MnO2、Cr2O3等金属氧化物发生铝热反应
能在CO2中燃烧
B　[铝与沸水不反应，Mg与沸水反应，B错误。]
2．根据如图的转化关系判断，下列说法正确的是(反应条件已略去) (　　)

A．生成等质量H2时，①和②反应消耗n(HCl)＝n(NaOH)
B．反应③中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶3
C．反应③和④消耗等量的Al时，生成的n(Cu)∶ n(Fe)＝3∶2
D．反应⑤的离子方程式为Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
C　[根据得失电子守恒，生成氢气的质量相等则消耗铝的物质的量相等，根据铝守恒，设1 mol铝参加反应，则生成四羟基合铝酸钠1 mol，则需氢氧化钠1 mol，铝与盐酸反应生成氯化铝1 mol，则需盐酸3 mol，所以①和②反应消耗n(HCl)＝3n(NaOH)，A项错误；铝与硫酸铜反应，铝是还原剂，硫酸铜是氧化剂，根据得失电子守恒，可知：硫酸铜与铝的物质的量之比为3∶2，B项错误；反应③和④消耗等量的Al时，失电子的物质的量相等，设2 mol铝参加反应，由得失电子守恒可知：生成铜的物质的量为3 mol，生成铁的物质的量为2 mol，所以生成的n(Cu)∶n(Fe)＝3∶2，C项正确；一水合氨是弱电解质，书写离子方程式时用化学式，D项错误。]
◎命题点2　铝与酸、碱反应的有关计算
3．(1)足量的两份铝分别投入等体积、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________。
(2)甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·L－1的HCl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，则甲烧杯中剩余的反应物是________，加入铝粉质量为________g。
[解析]　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，故物质的量浓度之比为c(HCl)∶c(NaOH)＝n(HCl)∶n(NaOH)＝3∶1。(2)其反应原理分别为2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋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。故甲中生成的H2为0.15 mol，乙中生成的H2为0.30 mol，故n(Al)＝0.2 mol，m(Al)＝5.4 g。
[答案]　(1)3∶1　(2)Al　5.4
　铝的重要化合物的性质及应用

知识梳理
1．铝的氧化物(Al2O3)——两性氧化物
(1)物理性质：白色固体，难溶于水，熔、沸点很高，可用作耐火材料。
(2)化学性质(写离子方程式)

(3)用途：耐火材料，工业冶炼铝。
2．铝的氢氧化物[Al(OH)3]——两性氢氧化物
(1)主要性质
白色胶状固体，难溶于水，有较强的吸附性。

写出上图标号中有关反应的离子方程式：
①Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O；
②Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－；
③2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。
提醒：Al(OH)3两性的电离
①酸式电离：Al(OH)3＋H2OH＋＋[Al(OH)4]－
②碱式电离：Al(OH)3Al3＋＋3OH－
Al(OH)3具有两性，能溶于强酸(如盐酸)、强碱(如NaOH溶液)，但不溶于弱酸(如H2CO3)、弱碱溶液(如氨水)。
(2)制备Al(OH)3三种方法及原理
①向铝盐中加入足量氨水，离子方程式为
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH；
②向四羟基合铝酸盐中通入足量CO2，离子方程式为
[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO；
③Na[Al(OH)4]与AlCl3的溶液混合，离子方程式为
3[Al(OH)4]－＋Al3＋===4Al(OH)3↓。
3．两种盐——铝盐和四羟基合铝酸盐
(1)铝盐——明矾
①化学式为KAl(SO4)2·12H2O，为复盐。
②电离方程式为KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO。
③应用：净水，净水原理为明矾电离出的Al3＋在水中水解生成Al(OH)3胶体，吸附水中悬浮物而沉淀，使水净化，其离子方程式为Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋。
(2)四羟基合铝酸盐——四羟基合铝酸钠
①向Na[Al(OH)4]溶液中滴加盐酸至过量，反应现象为先生成白色沉淀，然后沉淀又逐渐溶解至消失，反应的有关离子方程式为[Al(OH)4]－＋H＋===Al(OH)3↓＋H2O，Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。
②向Na[Al(OH)4]溶液中通入少量CO2，反应的离子方程式为2[Al(OH)4]－＋CO2===2Al(OH)3↓＋CO＋H2O。
[深思考]
通过小组讨论，总结所有符合下面转化关系的物质，把铝及化合物的化学式写在横线上。

(1)a________、e________、b________、d________。
(2)a________、e________、b________、d________。
[答案]　(1)Na[Al(OH)4]　HCl　AlCl3　Al(OH)3
(2)AlCl3　NaOH　Na[Al(OH)4]　Al(OH)3(合理即可)
知识应用
铝及其化合物广泛应用于生产、生活中。从铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2、Fe2O3等杂质)提取Al2O3的两种方案：
方案1：

(1)方案1中沉淀A、B分别是________、________。
(2)方案1中的②③步转化的离子方程式分别为
②____________________________________________________，
③____________________________________________________。
(3)方案2中的沉淀A、B分别是________、________。
(4)方案2中的②③步转化的离子方程式分别为
②____________________________________________________，
③____________________________________________________。
[答案]　(1)SiO2　Fe(OH)3
(2)②Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓、Al3＋＋4OH－===[Al(OH)4]－
③[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO
(3)Fe2O3　H2SiO3
(4)②SiO＋2H＋===H2SiO3↓、[Al(OH)4]－＋4H＋===Al3＋＋4H2O
③Al3＋＋3NH3·3H2O===Al(OH)3↓＋3NH

◎命题点1　铝及其重要化合物的性质和应用
1．下列除去杂质的方法不正确的是 (　　)
A．镁粉中混有少量铝粉：加入过量烧碱溶液充分反应，过滤、洗涤、干燥
B．用过量氨水除去Fe3＋溶液中的少量Al3＋
C．Al(OH)3中混有少量Mg(OH)2：加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤，向滤液中通入过量CO2后过滤
D．MgO中混有少量Al2O3：加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤、洗涤、干燥得到MgO
B　[加入氨水Fe3＋、Al3＋均生成沉淀，B项不正确。]
2．下列各组物质，不能按(“―→”表示反应一步完成)关系转化的是(　　)
选项
a
b
c
A
Al2O3
Na[Al(OH)4]
Al(OH)3
B
AlCl3
Al(OH)3
Na[Al(OH)4]
C
Al
Al(OH)3
Al2O3
D
MgCl2
Mg(OH)2
MgO
C　[Al―→Al(OH)3不能一步转化，C符合题意。]
3．下列各组溶液，不用外加试剂无法鉴别的是(　　)
A．Al2(SO4)3与KOH
B．Na2CO3与HNO3
C．MgCl2、AlCl3
D．FeCl3与AlCl3
C　[A、B可利用顺序滴加法鉴别，D中的FeCl3为黄色，AlCl3为无色，观察可鉴别。]
4．铝盐是工农业生产中的重要原料，回答下列相关问题：
(1)AlCl3溶液的配制方法：取AlCl3固体少许，______________________
______________________________________________________________。
(2)由AlCl3溶液制取AlCl3·6H2O的方法：__________________________
______________________________________________________________。
(3)泡沫灭火器工作时反应的离子方程式为__________________________
______________________________________________________________。
外筒(铁筒)中所盛试剂为__________。
(4)[Al(OH)4]－与HCO在溶液中不能共存，二者反应的离子方程式为
______________________________________________________________
______________________________________________________________。
(5)明矾的净水原理为___________________________________。
(用离子方程式表示)。如果溶液pH过低，净水效果________(填“提高”或“降低”)。
[答案]　(1)溶于盛有浓盐酸的烧杯中
(2)加入盐酸后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤
(3)Al3＋＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑　NaHCO3溶液
(4)[Al(OH)4]－＋HCO===Al(OH)3↓＋CO＋H2O
(5)Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋　降低

(1)Al3＋、Al(OH)3、[Al(OH)4]－之间的转化关系

(2)“铝三角”转化的应用
①判断离子共存问题：Al3＋与OH－以及弱酸根阴离子[Al(OH)4]－、CO、S2－等，[Al(OH)4]－与H＋、HCO以及弱碱阳离子Al3＋、Fe3＋等因生成沉淀或发生水解相互促进的反应而不能大量共存。
②鉴别(利用滴加顺序不同，现象不同)
a．向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液，先产生白色沉淀，后沉淀溶解。
b．向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液，开始无明显现象，后产生白色沉淀，沉淀不溶解。
◎命题点2　Al(OH)3的制备方案
5．用含少量镁粉的铝粉制取纯净的氢氧化铝，下列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
A．①⑥⑤③ 　　　　 B．②③④③
C．②③⑤③ D．①③⑤③
B　[若先用盐酸溶解，Mg、Al均溶解，制取Al(OH)3的步骤较多；从Na[Al(OH)4]制备Al(OH)3，加盐酸不容易控制量的多少。故B项操作步骤为最佳顺序。]
6．用稀硫酸、NaOH溶液和金属铝为原料制取Al(OH)3。甲、乙、丙三位学生的制备途径分别是

若要得到等量的Al(OH)3，则(　　)
A．三者消耗的原料相同
B．甲消耗的原料的总物质的量最多
C．乙消耗的原料的总物质的量最少
D．丙消耗的原料的总物质的量最多
B　[要制备1 mol Al(OH)3，三方案所需物质的量关系
甲：AlAl2(SO4)3Al(OH)3；
乙：AlNa[Al(OH)4]Al(OH)3；

以铝、酸、碱为原料制Al(OH)3的最佳方案

◎命题点3　Al(OH)3沉淀图像的分析与应用
7．向甲溶液中缓慢滴加乙溶液，反应生成沉淀的质量如图所示，其中符合图像的一组是(　　)

甲
乙
A
AlCl3、Mg(NO3)2、HNO3
NaOH
B
Na2CO3、NH4HCO3、Na2SO4
Ba(OH)2
C
NH4NO3、Al(NO3)3、Fe(NO3)3、HCl
NaOH
D
Na[Al(OH)4]、氨水、NaOH
H2SO4
C　[A项，向甲溶液中缓慢滴加NaOH溶液时，图像中间一段沉淀质量不变的反应不存在，错误；B项，向甲溶液中缓慢滴加Ba(OH)2溶液时，不存在沉淀部分溶解的反应，错误；C项，向甲溶液中加入NaOH溶液时，NaOH先与盐酸反应，没有沉淀生成，随后Al3＋、Fe3＋开始沉淀，当两种离子沉淀完全后，OH－和NH反应，此时沉淀质量不变，最后OH－与Al(OH)3反应，沉淀部分溶解与图像变化相符，正确；D项，向甲溶液中加硫酸时，最终沉淀会全部溶解，错误。]
8.在200 mL 含Mg2＋、Al3＋、NH、H＋、Cl－的溶液中，逐滴加入5 mol·L－1 NaOH溶液，所加NaOH溶液的体积(mL)与产生沉淀的物质的量(mol)的关系如图所示。下列叙述不正确的是(　　)

A．x－y＝0.01 mol
B．原溶液中c(Cl－)＝0.75 mol·L－1
C．原溶液的pH＝1
D．原溶液中n(Mg2＋)∶n(Al3＋)＝5∶1
B　[分析图示可知x－y的值即为氢氧化铝的物质的量，溶解氢氧化铝消耗氢氧化钠溶液的体积为35 mL－33 mL＝2 mL，x－y＝5 mol·L－1×2×10－3 L＝0.01 mol，A正确；加入33 mL氢氧化钠溶液时溶液中溶质为NaCl，原溶液中n(Cl－)＝5 mol·L－1×33×10－3 L＝0.165 mol，c(Cl－)＝0.825 mol·L－1，B错误；由图知0～4 mL时发生反应H＋＋OH－===H2O，则H＋的物质的量为4 mL×0.001 L×5 mol·L－1＝0.02 mol，H＋的物质的量浓度为＝0.1 mol·L－1，则pH＝1，C正确；由4 mL～30 mL Mg2＋、Al3＋结合OH－生成沉淀的反应知，n(OH－)＝5 mol·L－1×26×10－3 L＝0.13 mol，则根据Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，与0.01 mol Al3＋反应的OH－的物质的量为0.03 mol，与Mg2＋反应的OH－的物质的量为0.1 mol，由Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓知，n(Mg2＋)＝0.05 mol，则原溶液中n(Mg2＋)∶n(Al3＋)＝0.05∶0.01＝5∶1，D正确。]

Al(OH)3沉淀的两个基本图像
操作
可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量
四羟基合铝酸盐溶液中逐滴加入稀盐酸至过量
图像

注意：①沉淀Al3＋所需n(OH－)与Al(OH)3溶解所需n(OH－)的比为3∶1；
②沉淀[Al(OH)4]－所需n(H＋)与Al(OH)3溶解所需n(H＋)的比为1∶3。

　两性金属(Zn、Be、Ga)

根据两性金属Al的性质推导其他两性金属的性质，进而理解应用。很好地考查了学生的科学探究与创新意识，证据推理与模型认知的化学核心素养。

1．Zn、Be、Ga与H＋、OH－的反应
(1)
(2)
2．ZnO、BeO、Ga2O3与H＋、OH－的反应
(1)
(2)
3．Zn(OH)2、Be(OH)2、Ga(OH)3与H＋、OH－的反应
(1)
(2)
注意：[Al(OH)4]－也可以表示为AlO，故其他两性金属也可类似表示。

1．铝、铍及其化合物具有相似的化学性质，已知反应：BeCl2＋Na2BeO2＋2H2O===2NaCl＋2Be(OH)2↓能完全进行，则下列推断正确的是 (　　)
A．Be(OH)2既能溶于盐酸，又能溶于NaOH溶液
B．因BeCl2水溶液的导电性强，故BeCl2是离子化合物
C．常温下Na2BeO2溶液的pH>7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物为BeO
D．常温下BeCl2溶液的pH>7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物是BeCl2
A　[铝、铍及其化合物具有相似的化学性质，Be(OH)2与Al(OH)3性质相似，Be(OH)2既能溶于盐酸，又能溶于NaOH溶液，A正确；某些共价化合物水溶液的导电性也较强，B错误；Na2BeO2溶液蒸干灼烧后得到Na2BeO2，C错误；常温下BeCl2溶液的pH<7，蒸干并灼烧后得到的残留物是BeO，D错误。]
2．锌和铝都是活泼金属，其氢氧化物既能溶于强酸溶液，又能溶于强碱溶液，但是Al(OH)3不溶于氨水，而Zn(OH)2能溶于氨水，生成[Zn(NH3)4]2＋。
下列各组中的两种溶液，用相互滴加的实验方法可以鉴别的是________(填序号)。
①Al2(SO4)3和NaOH 　②Al2(SO4)3和氨水
③ZnSO4和NaOH　④ZnSO4和氨水
[答案]　①③④

[真题验收]
1．(2020·江苏卷，T3)下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是(　　)
A．铝的金属活泼性强，可用于制作铝金属制品
B．氧化铝熔点高，可用作电解冶炼铝的原料
C．氢氧化铝受热分解，可用于中和过多的胃酸
D．明矾溶于水并水解形成胶体，可用于净水
D　[铝具有很好的延展性，可以用于制作铝金属制品，与铝的活泼性无关，A项错误；电解氧化铝冶炼铝是因为氧化铝熔融状态下能导电，与熔点高无关，B项错误；氢氧化铝能与胃酸的主要成分盐酸发生反应，与氢氧化铝受热分解无关，C项错误；明矾中的Al3＋可以水解生成氢氧化铝胶体，胶体具有很强的吸附能力，可以吸附水中的悬浮物，起到净水作用，D项正确。]
2．下列说法正确的是________(填序号)。
①(2020·江苏高考)室温下，Al与4.0 mol·L－1NaOH溶液反应生成NaAlO2
②(2020·7月浙江选考)Cl－会破坏铝表面的氧化膜
③(2018·全国卷Ⅱ)氢氧化铝可用于中和过多胃酸
④(2015·全国卷Ⅰ)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，说明铝的熔点较低
⑤(2015·全国卷Ⅱ)浓硝酸滴入用砂纸打磨过的铝条上，产生红棕色气体
⑥(2015·全国卷Ⅱ)氯化铝溶液滴入浓氢氧化钠溶液中，产生大量白色沉淀
[答案]　①②③
[新题预测]
铝鞣剂主要成分为Al(OH)2Cl，主要用于鞣制皮革。利用铝灰(主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等)制备铝鞣剂的一种工艺流程如图所示：

请回答下列问题：
(1)气体A、气体C的分子式为________、________。
(2)产生气体B的化学方程式为__________________________。
(3)氧化时，发生反应的离子方程式为 ___________________。
(4)废渣的主要成分为________(填化学式)。
(5)某同学设计如下方案测定铝鞣剂样品中Al(OH)2Cl的质量分数。
操作Ⅰ：准确称取所制备的铝鞣剂样品m g放入烧杯中。
操作Ⅱ：加入________(填试剂名称)，并用玻璃棒搅拌至固体全部溶解。
操作Ⅲ：加入足量________(填化学式)溶液，充分反应，过滤、________、________，得固体n g。则样品中Al(OH)2Cl的质量分数为________(用含m、n的代数式表示)。
[解析]　(1)铝灰的主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等，能水解的只有AlN，AlN水解生成Al(OH)3和NH3，则气体A为NH3。在“酸溶”过程中Al、Al2O3、Al(OH)3和FeO转化为Al3＋、Fe2＋；“氧化”过程中H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋；“除杂”过程中加入纯碱，则“酸溶”过程中加入的稀酸与纯碱反应可生成CO2，气体C为CO2。(2)“酸溶”过程中，Al、Al2O3、Al(OH)3和FeO与稀酸反应， 其中生成气体B的反应是Al与稀酸的反应，结合Al(OH)2Cl中含有氯元素可知，所用稀酸为稀盐酸，则生成气体B的反应是Al与HCl反应生成H2和AlCl3。(3)“酸溶”时，FeO溶于盐酸生成Fe2＋，则“氧化”过程中，在酸性条件下，Fe2＋被H2O2氧化为Fe3＋。(4)“除杂”过程中，加入纯碱，调节溶液pH，使Fe3＋转化为Fe(OH)3，以除去Fe3＋，故废渣的主要成分是Fe(OH)3。(5)可通过测定铝鞣剂样品中Cl－的含量测定铝鞣剂样品中Al(OH)2Cl的质量分数，加入酸溶解Al(OH)2Cl，因此操作Ⅱ应加入稀硝酸溶解铝鞣剂样品，操作Ⅲ应加入足量AgNO3溶液沉淀Cl－，充分反应后，通过过滤、洗涤、干燥得到AgCl。n[Al(OH)2Cl]＝n(Cl－)＝n(AgCl)＝，Al(OH)2Cl的质量分数为×96.5 g·mol－1÷m g×100%＝×100%。
[答案]　(1)NH3　CO2
(2)2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
(3)2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O
(4)Fe(OH)3
(5)稀硝酸　AgNO3　洗涤　干燥　×100%