高中化学 专题3 从矿物到基础材料 第一单元 从铝土矿到铝合金 第2课时学案 苏教版必修1.doc

第2课时铝的氧化物与氢氧化物从铝土矿中提取铝学习目标定位1.根据氧化铝、氢氧化铝的物质类别，会分析其化学性质。2.熟知al3、alo和al(oh)3之间的相互转化。3.了解从铝土矿提取铝的流程和原理。一、氧化铝和氢氧化铝1al2o3是一种高硬度、高熔点、高沸点的化合物，常用于制造耐火材料，如耐火坩埚、耐火管和耐高温的实验仪器等。al2o3既能与强酸(如盐酸)反应，又能与强碱(如naoh溶液)反应，是一种两性氧化物。(1)与盐酸反应的化学方程式是al2o36hcl=2alcl33h2o，离子方程式是al2o36h=2al33h2o。(2)与naoh溶液反应的化学方程式是al2o32naoh=2naalo2h2o，离子方程式是al2o32oh=2aloh2o。2按要求完成下列实验(1)在试管中加入10 ml 0.5 moll1的al2(so4)3溶液，逐滴加入稀氨水至过量，观察到的实验现象是产生白色胶状沉淀。反应的化学方程式是al2(so4)36nh3h2o=2al(oh)33(nh4)2so4，离子方程式是al33nh3h2o=al(oh)33nh。(2)将实验(1)所得的悬浊液一分为二，向其一支试管中逐滴滴入稀盐酸，观察到的实验现象是白色沉淀逐渐溶解，得到澄清溶液，反应的离子方程式为al(oh)33h=al33h2o。另一支试管中逐滴滴入naoh溶液，观察到的实验现象是白色沉淀逐渐溶解，得到澄清溶液，反应的离子方程式为al(oh)3oh=alo2h2o。(3)向实验(2)中加入naoh溶液的试管中通入足量co2，观察到的现象为生成白色沉淀，化学方程式为naalo2co22h2o=al(oh)3nahco3。1.两性化合物既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的化合物，al2o3为两性氧化物，al(oh)3为两性氢氧化物。2al(oh)3难溶于水，为白色胶状沉淀。3氢氧化铝不稳定，受热易分解，化学方程式是2al(oh)3al2o33h2o。4实验室由al2(so4)3或alcl3制备al(oh)3，应选用氨水，而不选用naoh溶液。提醒(1)al2o3、al(oh)3不能与nh3h2o等弱碱反应，也不能与h2co3等很弱的酸反应。(2)al(oh)3胶体具有很强的吸附能力，它能凝聚水中的悬浮物并使之沉降，从而达到净水的目的。【例1】下列说法正确的是()aal2o3难溶于水，不跟水反应，所以它不是al(oh)3对应的氧化物b因为al2o3是金属氧化物，所以它是碱性氧化物cal2o3能跟所有的酸、碱溶液反应dal2o3能跟强的酸、碱溶液反应答案d解析al2o3虽然难溶于水，但是2al(oh)3al2o33h2o，al2o3和al(oh)3中al的化合价相同，所以al2o3是al(oh)3对应的氧化物；金属氧化物与碱性氧化物是两个不同的概念，二者没有必然的联系；al2o3是两性氧化物，al2o3与酸、强碱反应，与弱碱不反应。易误提醒两性物质与物质的两性不同，两性物质是既能与酸反应生成盐和水，又能和碱反应生成盐和水，如al2o3、zno、zn(oh)2、al(oh)3等，物质的两性：如弱酸的酸式盐(nahco3等)既能与强酸反应，又能与强碱反应，但只能说这些物质有两性，不能将它们称为两性物质。【例2】以氧化铝为原料制取氢氧化铝，合理的方法是()a将氧化铝溶于水b将氧化铝溶于氨水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，之后通入二氧化碳答案d解析以al2o3为原料制取al(oh)3，有两条途径：al2o3hal3al(oh)3，al2o3ohaloal(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。知识拓展al(oh)3的三种制备方法(1)用铝盐和氨水制备al(oh)3，不选用强碱(如naoh)溶液，是由于al(oh)3溶于强碱溶液，而不溶于弱碱(如氨水)溶液。(2)溶液中aloal(oh)3最好通入co2，而不选用强酸，是由于al(oh)3溶于强酸，而不溶于较弱的酸(如h2co3)。二、铝离子、偏铝酸根之间的相互转化按要求完成下列实验：(1)向alcl3溶液中加入过量的naoh溶液，最后所得溶液中含有naalo2、nacl、naoh(填溶质化学式)。(2)把上述溶液分成两份，向其中一份中逐滴加入盐酸至过量，观察到的现象是先产生白色沉淀，后又溶解，得到澄清溶液。反应的离子方程式为hoh=h2o、alohh2o=al(oh)3、al(oh)33h=al33h2o；向另一份中通入过量的co2气体，观察到的现象是产生白色沉淀，反应的离子方程式为ohco2=hco、co2alo2h2o=hcoal(oh)3。归纳总结1铝元素的化合态主要以三种形式存在，即al3、alo和al(oh)3，它们之间能相互转化。2由naalo2溶液制备al(oh)3，应通入co2气体，而不加入强酸。3向alcl3溶液中逐滴加入naoh溶液和向naalo2溶液中逐滴加入盐酸的比较。naoh溶液alcl3溶液盐酸naalo2溶液现象立即产生白色沉淀渐多最多渐少消失离子方程式al33oh=al(oh)3al(oh)3oh=alo2h2ohaloh2o=al(oh)3al(oh)33h=al33h2o图像结论设xn(oh)/n(al3)当0x3时，随着x的增大，沉淀的量逐渐增多当x3时，沉淀的量最多当3x4时，随着x的增大，沉淀的量逐渐减小至0设xn(h)/n(alo)当0x1时，随着x的增大，沉淀的量逐渐增多当x1时，沉淀的量最多当1x4时，随着x的增大，沉淀的量逐渐减小至0提醒向alcl3溶液中加naoh溶液和向naalo2溶液中加盐酸，计算生成al(oh)3沉淀的量时，有两种情况，即碱(酸)不足和碱(酸)过量，如上图中所示，计算时要注意讨论分析。【例3】向用盐酸酸化过的alcl3溶液中逐滴滴入naoh溶液，图中能正确表示这个反应的是()答案d解析向alcl3溶液中逐滴滴入naoh溶液，先生成白色沉淀，再加入naoh溶液，沉淀逐渐溶解，最后完全消失，生成1 mol al(oh)3需3 mol naoh，溶解1 mol al(oh)3需1 mol naoh。naoh的用量应是31，a、b错误，用盐酸酸化过的alcl3溶液中含有酸，加入naoh溶液先中和溶液中的酸，然后才生成al(oh)3沉淀，故c也是错误的。【例4】向50 ml 1 moll1的al2(so4)3溶液中加入100 ml koh溶液，充分反应得到3.9 g沉淀，求koh溶液的物质的量浓度。答案1.5 moll1或3.5 moll1。解析方法一：根据al3的物质的量与沉淀al(oh)3的物质的量比较可推测koh的两种情况：加入氢氧化钾不足量时，n(koh)3nal(oh)330.15 mol，c(koh)1.5 moll1。当al(oh)3部分溶解时，n(koh)4n(al3)nal(oh)30.4 mol0.05 mol0.35 mol，c(koh)3.5 moll1。方法二：用图像法求解。如下图所示，当生成沉淀0.05 mol时，需koh 0.15 mol；需koh 0.35 mol。思维启迪1已知al3和oh的物质的量，计算al(oh)3 的物质的量解题思路(1)计算的比值，判断反应产物。(2)根据反应原理或守恒关系列式计算。2已知al3和al(oh)3的物质的量计算oh的物质的量解题思路(1)若n(al3)nal(oh)3，n(oh)3nal(oh3)；(2)若n(al3)nal(oh)3，则有两种情况：n(oh)不足，n(oh)3nal(oh)3；n(oh)过量：n(oh)3nal(oh)34n(al3)nal(oh)34n(al3)nal(oh)3。三、从铝土矿中提取铝1铝的存在(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。2从铝土矿制备铝的工艺流程如下图所示：写出上图中反应的化学方程式：al2o32naoh=2naalo2h2o；naalo2co22h2o=al(oh)3nahco3；2al(oh)3al2o33h2o；2al2o34al3o2。1.al2o3是一种高熔点的化合物，为了降低能耗，工业上加入冰晶石(na3alf6)，使al2o3在1 000 熔融，以降低铝的冶炼成本。2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。3酸化时用过量co2，使naalo2完全转化为al(oh)3沉淀，不能用强酸酸化，因为过量的强酸能使al(oh)3溶解。【例5】下图所示是从铝土矿(主要成分是al2o3，含fe2o3、sio2等杂质)中提取氧化铝的工艺流程之一。已知：sio2能和氢氧化钠反应，不和盐酸反应。回答下列问题：(1)用盐酸溶解铝土矿后，所得溶液中的阳离子有_。(2)固体a的主要成分是_。(3)进行步骤时，为了达到分离要求，加入的naoh应该_。(4)进行步骤时，一般通入过量co2，其反应的化学方程式是_。(5)溶液x和盐酸反应的离子方程式为_。答案(1)fe3、al3、h(2)sio2(3)过量(4)naalo22h2oco2=nahco3al(oh)3(5)hcoh=h2oco2解析铝土矿中的fe2o3、al2o3溶于盐酸得到的阳离子是fe3、al3，由于盐酸过量，阳离子还有h，过滤得到的滤渣是sio2。在进行步骤时，需要加入过量的naoh溶液，发生反应fe33oh=fe(oh)3、al34oh=alo2h2o，过滤分离出fe(oh)3。碳酸的酸性比氢氧化铝强，利用强酸制弱酸的原理，向naalo2溶液中通入过量co2可制得al(oh)3，过滤后的滤液中含有nahco3和nacl。al3、alo与al(oh)3之间的转化关系1下列说法正确的是()a金属氧化物都能与水反应生成碱b非金属氧化物都能与水反应生成酸c氧化铝既能与盐酸反应又能与氨水反应d氧化铝是冶炼金属铝的原料答案d解析多数金属氧化物和部分非金属氧化物不溶于水，例如cuo、sio2等；al2o3是两性氧化物，能与酸和强碱溶液反应；工业上用电解al2o3的方法制备铝。2下列关于al(oh)3的性质叙述错误的是()aal(oh)3受热易分解生成al2o3和h2obal(oh)3是难溶于水的白色胶状物质cal(oh)3能凝聚水中的悬浮物，也能吸附色素dal(oh)3既能溶于naoh溶液、氨水，又能溶于盐酸答案d解析al(oh)3是两性氢氧化物，能溶于酸，也能溶于naoh、koh等强碱，但al(oh)3不能溶于氨水等弱碱。3使溶液中的alo完全转化成al(oh)3，应选择的最好试剂是()a稀h2so4 b盐酸cco2 d氨水答案c解析使alo转化成al(oh)3需加酸，若用强酸会使al(oh)3溶解，最好通入co2气体。4下列物质al、nahco3、al2o3、mg(oh)2、al(oh)3中，既能与盐酸反应又能与氢氧化钠溶液反应的化合物是()a bc d答案c解析al既能与盐酸反应，又能与naoh溶液反应，但不是化合物；mg(oh)2只能与盐酸反应；nahco3、al2o3、al(oh)3三种物质既能与盐酸反应，又能与naoh溶液反应。5相等物质的量的下列物质分别与足量naoh溶液反应，消耗naoh的物质的量最多的是()aal2o3 bkal(so4)2cal(oh)3 dal答案b解析若各物质的物质的量为1 mol，则有以下分析计算。a项：al2o32naoh=2naalo2h2o 1 mol 2 molb项：2kal(so4)28naoh=k2so42naalo23na2so44h2o 1 mol 4 molc项：al(oh)3naoh=naalo22h2o 1 mol 1 mold项：2al 2naoh2h2o=2naalo23h2 1 mol1 mol故消耗naoh物质的量最多的是kal(so4)2。6(1)用alcl3溶液与naoh溶液反应时，当al3的物质的量与oh的物质的量之比(以下均填物质的量之比)为_时，al(oh)3沉淀量最多；_时，al(oh)3全部溶解；_或_时，al(oh)3沉淀量为最多沉淀量的一半。(2)naalo2溶液与盐酸反应时，alo的物质的量与h物质的量之比为_时，al(oh)3沉淀量最多；_时，al(oh)3全部溶解；_或_时，生成的al(oh)3的量为最多沉淀量的一半。答案(1)13142327(2)11142125解析(1)向含al3的溶液中加入naoh溶液时，有关反应：al33oh=al(oh)3，al(oh)3oh=alo2h2o，总反应：al34oh=alo2h2o。由上述反应方程式可知当n(al3)n(oh)13时，沉淀量最大；当n(al3)n(oh)23或27时，沉淀量为最大量的一半。(2)向含alo的溶液中加入盐酸时，有关反应：alohh2o=al(oh)3，al(oh)33h=al33h2o，总反应：alo4h=al32h2o。当n(alo)n(h)11时，沉淀量最大；当n(alo)n(h)14时，沉淀完全溶解；当n(alo)n(h)21或25时，沉淀量为最大量的一半。对点训练题组一al2o3、al(oh)3的性质与应用1有关铝及其化合物的说法错误的是()a铁易生锈，而铝在空气中较稳定，所以铁比铝活泼b可用铝壶烧开水，不可用其长期存放食醋、碱水c氧化铝是一种较好的耐火材料，但不可用氧化铝坩埚熔化naohd氢氧化铝能中和胃酸，可用于制胃药答案a解析铝能在空气中稳定存在是由于其表面生成的氧化膜抗腐蚀能力比较强，起到了保护的作用。2将表面已完全钝化的铝条插入下列溶液中，不会发生反应的是()a稀硝酸 b稀盐酸c硝酸铜 d氢氧化钠答案c解析钝化的实质是浓h2so4或浓hno3使fe、al的表面形成了一层致密的氧化物保护膜。铝的氧化物(al2o3)是一种两性氧化物，既可与强酸反应，又可与强碱反应，只有c项中的cu(no3)2不与al2o3反应。3下列操作中最终可以得到al(oh)3的是()aal2o3和水混合加热bal和水反应c过量的naoh溶液加入到alcl3溶液中d过量的氨气通入到alcl3溶液中答案d解析al2o3和al都不能和水反应，过量的naoh溶液与alcl3反应生成naalo2、nacl和h2o。4若要除去mgo中混有的少量al2o3杂质，选用的试剂是()a稀硫酸 b浓氨水c稀盐酸 d氢氧化钠溶液答案d解析要除去mgo中的少量al2o3杂质，应选择一种能与al2o3反应而不与mgo反应的试剂。根据al2o3能溶于强碱溶液而mgo不能，可选用naoh溶液。5下列反应的离子方程式书写正确的是()a铝片放入氢氧化钠溶液中：al2oh=aloh2b新制的氧化铝溶于氢氧化钠溶液：al2o3oh=2aloh2oc向alcl3溶液中加入过量naoh溶液：al33oh=al(oh)3d向alcl3溶液中滴入过量的氨水：al33nh3h2o=al(oh)33nh答案d解析电荷不守恒，a错误；原子及电荷都不守恒，b错误；naoh过量，产物应为alo，c错误。题组二从铝土矿中提取铝6工业上用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝，而不用还原剂还原氧化铝的方法冶炼铝。下列相关说法正确的是()a氧化铝中的铝元素为3价，只有还原性，没有氧化性b加入冰晶石降低氧化铝的熔点，在熔融状态下易被还原c铝单质的还原性强，较难用还原剂还原氧化铝得到铝d铝离子的氧化性强，较难用还原剂还原氧化铝得到铝答案c解析氧化铝中铝元素为3价，是其最高价，故只有氧化性，无还原性，但al3氧化性弱，较难用还原剂还原氧化铝得到铝。7工业上用铝土矿(主要成分为al2o3，含fe2o3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反应的化学方程式为naalo2co22h2o=al(oh)3nahco3答案d解析工业上用铝土矿为原料冶炼铝的各步化学方程式依次为al2o32naoh=2naalo2h2o，naalo2co22h2o=al(oh)3nahco3，2al(oh)3al2o33h2o,2al2o34al3o2。因此，流程中试剂x是naoh溶液，若用盐酸，则会同时将fe2o3溶解。反应过滤后的沉淀为fe2o3，只有第四个反应属于氧化还原反应。题组三al3、alo、al(oh)3相互转化8将a g钠、铝的混合物投入b g水中，反应停止后得到的沉淀有c g，则溶液中溶质为()anaoh bnaalo2cnaoh和naalo2 d无法确定答案b解析na、al混合物投入水中，发生反应：2na2h2o=2naohh2、2al2naoh2h2o=2naalo23h2，最后得到的沉淀不可能有na，只能是al，则溶液中不含有naoh，只能含naalo2。9有200 ml氯化镁和氯化铝的混合溶液，其中c(mg2)为0.2 moll1，c(cl)为1.3 moll1。要使mg2全部转化为沉淀分离出来，至少需加4 moll1 naoh溶液的体积为()a40 ml b72 ml c80 ml d128 ml答案c解析由溶液呈电中性，得2c(mg2)3c(al3)c(cl)1.3 moll1，c(al3)0.3 moll1，使mg2全部转化为沉淀分离出来，反应产物为mg(oh)2、naalo2、nacl。由al3naalo2naoh和clnaclnaoh，得：消耗naoh的物质的量：c(al3)0.2 lc(cl)0.2 l0.32 mol，其溶液的体积为0.08 l80 ml。10准确称取6.0 g铝土矿样品(含fe2o3)，加入100 ml稀硫酸中，充分反应后向滤液中加入10 moll1naoh溶液，产生沉淀的质量和加入naoh溶液体积之间的关系如图所示。则所用硫酸物质的量浓度为()a1.75 moll1 b3.5 moll1c0.85 moll1 d无法确定答案a解析由题意可知，沉淀量最大时溶质为na2so4，此时naoh的物质的量为10 moll10.035 l0.35 mol，则n(h2so4)0.175 mol，硫酸物质的量浓度为0.175 mol0.1 l1.75 moll1。综合强化11胃酸过多是常见的胃病。下面是甲、乙两种常见胃药的说明摘要。甲：白色结晶状粉末，可缓缓分解；能溶于水；遇酸及酸性药物则产生二氧化碳；胃酸患者过多服用多见胃胀气，甚至有引起胃溃疡穿孔的危险。乙：与胃酸作用是中和反应，作用缓慢而持久，可维持34小时；凝胶本身覆盖于溃疡面上，具有保护作用；可溶于稀酸或氢氧化钠溶液中。(1)请你推测，甲中含有的主要化学成分是_(填化学式，下同)；乙中含有的主要化学成分是_。(2)试写出甲中含有的主要化学成分引起胃胀气反应的离子方程式：_。(3)试写出乙中含有的主要化学成分溶于naoh溶液的离子方程式：_。答案(1)nahco3al(oh)3(2)hcoh=h2oco2(3)al(oh)3oh=alo2h2o解析据题目信息对甲、乙性质的描述可知甲为nahco3，乙为al(oh)3，nahco3与酸反应的离子方程式为hcoh=co2h2o，al(oh)3溶于强碱的反应为al(oh)3oh=alo2h2o。12(1)碱洗铝材除其表面的氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是_(用离子方程式表示)。为将碱洗后溶液中的铝以沉淀形式回收，最好应加入下列试剂中的_(填字母)。a稀h2so4b盐酸cco2d氨水enaoh(2)已知x是某金属单质，x、a、b、c含同一种元素，可发生如下转化：写出下列物质的化学式：x：_，a：_，b：_，c：_。写出以下反应的离子方程式：ab：_；cb：_。答案(1)2al2oh2h2o=2alo3h2c(2)alal2o3naa