（江苏专用）2020版高考化学专题二第2讲从铝土矿到铝合金学案.docx

第2讲从铝土矿到铝合金【2020备考】最新考纲：1.理解并能应用常见金属的活动性顺序。2.了解Al及其重要化合物的主要性质和重要应用。3.了解金属材料在生产和生活中的重要应用。4.认识化学在金属矿物等自然资源综合利用和实现物质间转化等方面的实际应用。新课标要求：在同周期元素性质递变规律中体会铝及其化合物的性质。最新考情：铝及其化合物涉及Al、Al2O3、Al(OH)3、Al3、AlO的性质及相互之间的转化，一是在选择题中考查铝及其化合物的性质和转化关系，二是填空题中以工艺流程的形式考查铝及其化合物的冶炼，如2017高考16题。考点一铝的性质及用途知识梳理1.铝的原子结构与物理性质2.金属铝的化学性质写出图中有关反应的化学方程式2Al3Cl22AlCl32Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H22AlFe2O3Al2O32Fe(铝热反应)提醒：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。铝与稀硝酸反应时生成的气体是NO而不是H2。能与铝反应产生氢气的溶液可能呈强酸性也可能呈强碱性。3.铝的制备及用途(1)制备：电解熔融Al2O3：。(2)用途：纯铝用作导线。铝合金制备汽车、飞机、生活用品等。题组诊断铝的性质及用途1.下列说法正确的是()A.用坩埚钳夹住一小块经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B.Al、盐酸、NaOH溶液三者之间两两均能发生反应C.铝与Fe2O3发生铝热反应后固体物质增重D.常温下，相同的铝片中分别加入足量的浓、稀硝酸，浓硝酸中铝片先溶解完解析加热时，因为铝箔表面生成Al2O3，且Al2O3的熔点很高，把熔化的液态铝包裹在里面，不会滴落下来，A错误；Al既能与强酸反应又能与强碱反应，B正确；铝与Fe2O3发生铝热反应生成Al2O3和铁，固体质量不会增加，C错误；常温下，铝在浓HNO3中“钝化”，D错误。答案B2.科技工作者提出用铝粉处理含亚硝酸盐废水的思路：调节亚硝酸盐废水的酸碱性，使其pH12，然后加入适量的铝粉、搅拌，从而达到预期目的。下列判断错误的是()A.处理废水时铝单质转化为Al3B.处理废水时亚硝酸盐被还原C.处理过程中，OH参与了反应D.铝粉颗粒大小影响废水处理的速率解析pH12，溶液显碱性，则处理废水时，铝单质转化为AlO，A错误；铝是金属，具有还原性，因此处理废水时，亚硝酸盐被还原，B正确；处理废水时铝单质转化为AlO，这说明OH参与了反应，C正确；固体反应物的表面积越大，反应速率越快，因此铝粉颗粒的大小影响废水处理的速率，D正确。答案A3.某同学对“铝热反应”的现象有这样的描述：“反应放出大量的热，并放出耀眼的光芒”“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。查阅化学手册知：Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔点、沸点数据如下：物质AlAl2O3FeFe2O3熔点/6602 0541 5351 462沸点/2 4672 9802 750(1)该同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。理由是该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。你认为他的解释是否合理：_(填“合理”或“不合理”)。(2)设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是_，反应的离子方程式为_。(3)实验室溶解该熔融物，下列试剂中最好的是_(填序号)。A.浓硫酸 B.稀硫酸C.稀硝酸 D.氢氧化钠溶液解析(1)这种解释是合理的，它体现了铝热反应的特点之一放热较多，并且结合了表格中提供的熔点数据。(2)若证明所得块状熔融物中含有金属铝，只要加入NaOH溶液即可，因为金属铝与NaOH溶液反应放出氢气，而铁不与NaOH溶液反应；相应的离子方程式为2Al2OH2H2O=2AlO3H2。(3)铁铝熔融物在一定条件下能与浓硫酸或稀硝酸反应，但会产生有毒气体，而且消耗酸的量多；熔融物中铁不能与氢氧化钠溶液反应。铁和铝均与稀硫酸反应且产物无污染，故答案为B。答案(1)合理(2)NaOH溶液2Al2OH2H2O=2AlO3H2(3)B【归纳总结】铝粉和氧化铁粉末的混合物称为铝热剂，铝热反应可用于焊接钢轨。实验装置图见右图。铝热反应先点燃镁条，KClO3是助燃剂。2AlFe2O32FeAl2O3(现象：剧烈反应，放出大量热，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙子中)铝热反应还可用于冶炼Ni、Mn、V等难熔金属。如：10Al3V2O55Al2O36V 等。铝与酸、碱反应的定量分析4.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，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、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 molL1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)12，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(1)根据化学方程式：2Al6HCl=2AlCl33H2、2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2得Al与H2的关系式均为2Al3H2，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：6HCl3H2、2NaOH3H2，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=2AlCl33H2，2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2。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=2AlCl33H2 6 mol 3 mol 3 molL10.1 L 0.15 mol则Al与NaOH反应生成的H2为0.15 mol20.3 mol。2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2227 g 3 mol5.4 g 0.3 mol即投入的铝粉为5.4 g。答案(1)11(2)13(3)31(4)A【反思归纳】铝与酸、碱反应生成H2的量的关系1.铝与酸、碱反应的化学方程式分别为2Al6HCl=2AlCl33H2、2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2。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AlAl3，2HH2，所以无论与酸还是与碱反应，Al与H2的关系都是2Al3H2。2.等量的铝分别与足量盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气体积比11。3.足量的铝分别与等物质的量的HCl和氢氧化钠反应，产生氢气的体积比13。4.一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Na2CO3，溶液的pH减小。(3)电解Al2O3，阳极O2放电生成O2，石墨(C)电极会被O2氧化。(4)阳极溶液中的阴离子即水中的OH放电生成O2(图示)及H(2H2O4e=O24H)，H与CO结合生成HCO(COH=HCO，由图阳极区Na2CO3生成NaHCO3)，写出总反应：4CO2H2O4e=4HCOO2。阴极，水中的H放电生成H2。(5)NH4Cl加热时分解生成HCl和NH3，HCl可以破坏铝表面的氧化膜，有利于反应进行。答案(1)Al2O32OH=2AlOH2O(2)减小(3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化(4)4CO2H2O4e=4HCOO2H2(5)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜【知识网络回顾】1.下列物质的制备方法正确的是()A.氯化铝溶液和硫化钠溶液反应制备Al2S3B.用镁粉和空气反应制备Mg3N2C.用铝粉和MnO2制得锰D.用电解熔融氯化铝的方法制得单质铝解析硫化钠和氯化铝溶液反应，硫离子和铝离子发生双水解反应生成氢氧化铝沉淀和硫化氢，A错误；镁粉在空气中和氧气也反应，主要生成氧化镁，B错误；铝热法可冶炼锰，C正确；氯化铝属于共价化合物，熔融状态下不导电，工业上常用电解熔融的氧化铝来冶炼铝，D错误。答案C2.下列物质中既能跟稀硫酸反应，又能跟氢氧化钠溶液反应的是()NaHCO3(NH4)2SO3Al2O3Al(OH)3AlA.全部 B.只有C.只有 D.只有解析弱酸的酸式盐、弱酸弱碱盐、Al、Al2O3、Al(OH)3等物质既可与强酸反应又可与强碱反应，故选A。答案A3.向铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，其中铝粉在1 000 时可与N2反应制备AlN，下列说法正确的是()A.AlN是一种金属材料B.AlN与足量氢氧化钠溶液共热时生成氢氧化铝和氨气C.少量NH4Cl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜D.AlN与足量盐酸反应的离子方程式为AlN3H=Al3NH3解析A.AlN属于原子晶体，属于无机非金属材料，故A错误；B.Al(OH)3有两性，能溶于NaOH，则AlN与足量氢氧化钠溶液共热时生成偏铝酸钠和氨气，故B错误；C.在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜，故C正确；D.AlN与足量盐酸反应的离子方程式为AlN4H=Al3NH，故D错误。答案C4.粉煤灰是燃煤电厂的废渣，主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3和C等。实验室模拟工业从粉煤灰提取活性Al2O3，其流程如下图：已知烧结过程的产物主要是：NaAlO2、Ca2SiO4、NaFeO2和Na2SiO3等(1)写出烧结过程中铝元素转化的化学方程式_。(2)操作a为冷却、研磨，其中研磨的目的是_。(3)浸出过程中，NaFeO2可完全水解，水解反应的离子方程式为_。(4)操作b的名称是_，所用的玻璃仪器有_、_和烧杯。(5)“碳化”时生成沉淀，沉淀的化学式为_。答案(1)Al2O3Na2CO32NaAlO2CO2(2)提高烧结产物浸出率(3)FeO2H2O=Fe(OH)3OH(4)过滤漏斗、玻璃棒(5)Al(OH)3一、选择题1.下列说法正确的是()A.铝罐可久盛食醋B.焰火的五彩缤纷是某些金属元素化学性质的展现C.氧化铝熔点很高，可作耐火材料D.明矾作净水剂，可以除去废水中的铜离子解析铝罐的主要成分铝可与醋酸反应，故铝罐不能久盛食醋，A项错误；焰火的五彩缤纷是因为某些金属元素的焰色反应，焰色反应是金属元素的物理性质，B项错误；氧化铝熔点很高，可用于制耐火砖、耐火坩埚、耐火管、耐高温实验仪器，C项正确；明矾净水利用的是Al(OH)3胶体的吸附性，其可吸附水中不溶于水的杂质形成沉淀，从而起到净水的作用，D项错误。答案C2.化学在生产和日常生活中有着重要的应用。下列说法中错误的是()A.MgO、Al2O3的熔点很高，可制作耐高温材料，工业上也用其电解冶炼对应的金属B.明矾水解形成的胶体能吸附水中悬浮物，可用于水的净化C.燃放烟花是利用了某些金属元素的焰色反应D.铝比铁活泼，但铝制品比铁制品在空气中耐腐蚀解析MgO的熔点很高，通常电解熔点较低的MgCl2制备Mg，A错误；Al3水解生成的Al(OH)3胶体具有吸附性，能吸附水中的悬浮物，因而可用于水的净化，B正确；Al的表面形成致密的氧化膜，可以保护Al不被进一步腐蚀，D正确。答案A3.双羟基铝碳酸钠是医疗上常用的一种抑酸剂，其化学式是NaAl(OH)2CO3。关于该物质的说法正确的是()A.该物质属于两性氢氧化物B.该物质是Al(OH)3和Na2CO3的混合物C.1 mol NaAl(OH)2CO3最多可消耗4 mol HD.该药剂不适合于胃溃疡患者服用解析双羟基铝碳酸钠属于盐类，A错误；它是一种化合物，属于纯净物，不是混合物，B错误；1 mol NaAl(OH)2CO3最多可消耗4 mol H，C正确；由于能与胃酸反应放出CO2气体，故不适合于胃溃疡患者服用。答案CD4.(2017徐连宿三模)工业上常利用铝粉和氧化铁反应来焊接铁轨。下列说法正确的是()A.氧化铝、氧化铁均为两性氧化物B.氧化铝中的微粒半径：r(Al3)r(O2)C.在该反应中，铝的还原性强于铁的还原性D.1 mol氧化铁参加反应转移电子数约为46.021023解析A项，氧化铁是碱性氧化物，错误；B项，两者具有相同的电子层结构，“序大径小”，r(Al3)r(O2)，错误；C项，铝置换出铁，正确；D项，1 mol Fe2O3参加反应转移6 mol e，错误。答案C5.下列叙述正确的是()A.向氯化铝溶液中加入过量氨水反应的实质是Al33NH33H2O=Al(OH)33NHB.存在于污水中的重金属离子，常用加入明矾等电解质的方法进行处理C.镁铝合金既可完全溶于过量盐酸又可完全溶于过量NaOH溶液D.依据铝热反应原理，能发生反应2Al3MgO3MgAl2O3解析B项中明矾只能使污水中的悬浮物沉降，不能除去重金属离子；C项中Mg不能溶于NaOH溶液；D项中Mg的金属性比Al强，故Al与MgO不能发生铝热反应。答案A6.(2018徐州期中)下列制取CO2、通过CO2和NaAlO2溶液制取Al(OH)3、分离并加热Al(OH)3制Al2O3的装置和原理能达到实验目的的是()解析A项，浓硫酸与CaCO3反应生成CaSO4，CaSO4微溶于水，覆盖在CaCO3表面阻止反应进行，应选用稀盐酸，错误；B项，通CO2的导管应长进短出，错误；C项，过滤时漏斗下端应贴着烧杯内壁，错误。答案D7.某校化学兴趣小组用如图所示过程除去AlCl3溶液中含有的Mg2、K杂质离子并尽可能减少AlCl3的损失。下列说法正确的是()A.NaOH溶液可以用氨水来代替B.溶液a中含有Al3、K、Cl、Na、OHC.溶液b中只含有NaClD.向溶液a中滴加盐酸需控制溶液的pH解析A项，氨水也沉淀Al3，不能代替NaOH溶液；B项，a中不含Al3；C项，b也含有KCl。答案D8.给定条件下，下列选项中所示的物质间转化均能一步实现的是()A.Al2O3NaAlO2(aq)Al(OH)3B.SSO3H2SO4C.Mg(OH)2MgCl2(aq)无水MgCl2D.FeFe2O3FeCl3解析A项正确；B项，SO2SO2，SSO3不能一步实现，故错误；C项，MgCl2溶液加热蒸发HCl气流抑制水解，能得到无水MgCl2，故正确；D项，Fe和水蒸气反应生成Fe3O4，3Fe4H2O(g)Fe3O44H2，故错误。答案AC9.铝土矿的主要成分中含有氧化铝、氧化铁和二氧化硅等，工业上经过下列工艺可以冶炼金属铝。下列说法错误的是()A.中还需要进行过滤操作，滤渣为二氧化硅B.a、b中铝元素的存在形式不同C.中需要通入过量的氨气D.如果d为AlCl3也可获得Al解析铝土矿加盐酸生成Al3和Fe3，二氧化硅不溶于盐酸，所以要过滤，分离出二氧化硅；滤液中加过量NaOH，Al3转化为AlO、Fe3转化为Fe(OH)3沉淀，过滤除去Fe(OH)3沉淀，向滤液中通入过量的二氧化碳，生成Al(OH)3沉淀，Al(OH)3分解生成Al2O3，最后电解熔融的Al2O3生成Al。由以上分析可知、中除加试剂外，还需要进行过滤操作，故A正确；a中为Al3，b中为AlO，故B正确；中需要把AlO转化为Al(OH)3沉淀，要通入过量的二氧化碳，AlOCO22H2O=Al(OH)3HCO，故C错误；熔融AlCl3不导电，不能电解生成Al，D错误。答案CD10.下列各组物质中，不满足组内任意两种物质在一定条件下均能发生反应的是()选项甲乙丙ANaHCO3HClNaOHBCaCl2CO2Na2SiO3CAl2O3NaOHHClDAlFe2O3稀H2SO4解析A项，两两反应为：NaHCO3HCl=NaClCO2 H2O、NaOHHCl=NaClH2O、NaHCO3NaOH=Na2CO3H2O；B项，CaCl2与CO2不反应；C项，两两反应为：Al2O32NaOH=2NaAlO2H2O、Al2O36HCl=2AlCl33H2O、NaOHHCl=NaClH2O；D项，两两反应为：2AlFe2O3Al2O32Fe、2Al3H2SO4=Al2(SO4)33H2、Fe2O33H2SO4=Fe2(SO4)33H2O。答案B二、填空题11.利用铝灰(主要成分为Al、Al2O3、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 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，Al2O3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”成分为_(填化学式)。(5)采用喷雾干燥而不用蒸发的原因是_。解析(1)将H2O写成HOH，AlN与HOH反应可看成是Al3与OH结合生成Al(OH)3，N与H结合生成NH3。水解为吸热反应，所以升高温度可加速水解，且促进水解，同时因为NH3易挥发，在加热时也可促进其挥发。(2)Al2O3酸溶时，生成Al3和H2O。(3)FeO酸溶时生成Fe2，加入漂白液为NaClO，具有强氧化性，可以氧化Fe2，根据得失电子守恒可配平反应。(4)加入纯碱，可以使Fe3沉淀。(5)蒸发时，会促进Al(OH)2Cl水解，使得产量变少。答案(1)AlN3H2OAl(OH)3NH3加快AlN水解反应速率；降低NH3在水中的溶解度，促使NH3逸出(2)Al2O36H=2Al33H2O(3)2Fe22HClO=2Fe3ClH2O(4)Fe(OH)3(5)防止Al(OH)2Cl水解生成Al(OH)312.无水AlCl3易升华，可用作有机合成的催化剂等。工业上以铝土矿(Al2O3、Fe2O3)为原料制备无水AlCl3的工艺流程如下。(1)氯化炉中Al2O3、Cl2和C反应的化学方程式为_。(2)用Na2SO3溶液可除去冷却器排出的尾气中的Cl2，此反应的离子方程式为_。(3)升华器中主要含有AlCl3和FeCl3，需加入少量Al，其作用是_。(4)为测定制得的无水AlCl3产品(含杂质FeCl3)的纯度，称取16.25 g无水AlCl3样品，溶于过量的NaOH溶液中，过滤出沉淀物，沉淀物经洗涤、灼烧、冷却、称重，得其质量为0.32 g。写出上述除杂过程中涉及的离子方程式：_、_。AlCl3产品的纯度为_。(5)工业上另一种以铝灰为原料制备无水AlCl3的工艺中，最后一步是由AlCl36H2O脱水制备无水AlCl3，实现这一步的方法是_。解析(1)由经冷却器出来的气体有CO和Cl2可知，CO是氯化炉中的生成物，且Cl2是过量的，故氯化炉中发生反应的化学方程式为Al2O3