轻松应对铝的问题-发表于《高考》杂志.doc

把握要点 抓住规律 轻松应对铝的问题同学们，如果给你一个完形填空的命题：铝是一种 的金属。你能填出哪些合理的答案呢？如果要求你至少填出六种不同的答案，你会一筹莫展吗?其实,这就是复习铝的相关内容的一种最简单方法头脑风暴法。答案可以是：比较活泼、银白色、较软、很轻、延展性很好、导热（电）性很好、抗腐蚀、两性、会钝化、三价、周期表上第三周期、地壳含量最多、其离子对人体有害、历史上曾经比金还昂贵真的是不胜枚举。铝所具有的这么多特征自然也受到了高考的“钟爱”，常常成为重点和热点。有些同学由于没有把握好铝的金属通性和特性，所以总是出现这样那样的疏漏。下面我们就来分析高考中铝的常见问题，分析其知识和能力的考查方式及应对策略，使同学们成竹在胸，今后轻松应对！由于我们今天的重点是铝的相关问题，所以对于题目中的其它与之无关的选项略去不讲，但会给出答案，由同学们自己来参考。每种类型的归纳总结和策略讲解之后，我会再给大家一两道反馈练习（有说有练栏目），希望同学们自我考查，答案附在全文的最后。一、铝及其化合物相互转化关系的考查此类问题重在考查同学们对铝相关反应的最基础认识，但与传统课程高考题目不同的是，突出了各种物质之间的关系，要求大家对于铝有一个整体的认识。例如：2009年 江苏省高考题3下表所列各组物质中，物质之间通过一步反应就能实现如图所示转化的是物质 选 项abcAAlAlCl3Al(OH)3BHNO3NONO2CSiSiO2H2SiO3DCH2=CH2CH3CH2OHCH3CHO很显然A选项是错误的，Al(OH)3不可能一步就转化为Al，必须先变为Al2O3。正确答案是B。对于此问题的分析是要建立在同学们对铝的相互反应关系熟悉的前提下，所以我们可以用关系图来概括铝及其化合物的相互转化关系（如右图），以期望看出其中蕴含的一些规律。此题考查的就是本图的三角形的右半边，显然高考题选项中中丢掉了Al2O3这个重要的环节，所以无法一步转化！仔细观察右图，你能否把上面选项中的a物质更换一下，使A能够成立呢？（注意观察图中包含了哪些三角转化关系）也许很快我们就可以确定：把a物质换成Al2O3或者NaAlO2就可以了。因此我们强调：对铝的性质的复习一定要整体把握，对不同转化关系的比较和联系是应对复杂情形的前提和基础！有说有练1等质量的钠进行下列实验，其中生成氢气最多的是A将钠投入足量的水中 B将钠用铝箔包好并刺一些小孔，再放入足量的水中C将钠投入足量的稀硫酸中 D将钠用耐热塑料薄膜包好并刺一些小孔，再放入足量的水中二、铝相关的氧化还原反应的考查例如：2008年 海南省高考题5.设NA为阿伏加德罗常数，下列说法正确的是：A.标准状况下，5.6 L四氯化碳含有的分子数为0.25 NAB.标准状况下，14 g氨气含有的核外电子数为5NAC.标准状况下，22.4 L任意比的氢气和氯气的混合气体中含有的分子总数均为NAD.标准状况下，铝跟氢氧化钠溶液反应生成1 mol氢气时，转移的电子数为NA这是一道以阿伏加德罗常数为背景考查物质结构和性质的计算题。D选项涉及了铝和强碱溶液反应的氧化还原关系。如果我们再次观察上面的铝及其化合物的相互转化关系图时，会惊奇的发现铝的一切化合物中它都是+3价的！所以可以总结这样的结论：只要是铝元素参加的氧化还原反应，每1mol铝总是失去3mol电子。而且根据得失电子守恒的道理，生成1 mol氢气必然需要2mol电子，所以D选项错误。正确答案是C。有时候题目的氧化还原关系不是那样明显，而是隐藏在情境之中，需要我们去发掘和转化。例如：为确定某铝热剂（含氧化铁和铝）的组成，分别进行下列实验。（1）若取a g样品，向其中加入足量的NaOH溶液，测得生成的气体（标准状况，下同）体积为b L。（2）若取a g样品将其加热到高温，恰好完全反应。（3）待（2）中反应产物冷却后，加入足量的盐酸，测得生成的气体体积为c L，该气体与（1）中所得气体的体积比c : b 。此题看似很复杂，需要写三个化学方程式再进行关联的计算。但仔细思考并利用我们总结的规律，同等质量的铝无论和碱反应还是和酸反应放出的气体是相同的（因为铝相同，电子也相同），所以c : b实际上相当于相同物质的量（因为铝热反应是三价铝和三价铁之间的置换）的铁和铝与足量盐酸反应得到氢气的比例。因为铝三价而铁只能生成二价产物，所以答案就是23。有了上面的经验和心得，大家不妨试一下自己的身手。有说有练2两份铝屑，第一份与盐酸反应，第二份与NaOH溶液反应，产生氢气（相同条件下测定）的体积比为12，则第一份与第二份铝屑的质量比为 A11 B12 C13 D21三、铝的两性的考查铝的两性是新课程高考的绝对热点。分为定性和定量考查两种层次，难度随着定量程度的逐步深入而提高。如果我们再一次观察铝的转化关系图，不难发现三角形关系的分界线就已经预示着两性的存在！而且中轴线上的物质都具有两性。（与碱的反应表现物质的酸性，与酸的反应表现物质的碱性）下面我们就先看看定性考查两性的例子：例如：2009年 安徽省高考题10.在溶液中能大量共存的一组离子或分子是A.NH4+、H+、NO3-、HCO3- B.K+、Al3+、SO42-、NH3H2OC.Na+、K+、SO32-、Cl2 D.Na+、CH3COO-、CO32-、OH-2008年 海南省高考题12.在pH13的无色溶液中，可以大量共存的一组离子是：ANH4+、NO3-、K+、SO42-BCO32-、NO3-、HCO3-、Na+CNa+、ClO-、AlO2-、NO3-DCrO42-、K+、Na+、SO42-两题的正确答案分别是D和C。其实铝相关的离子共存问题有一个诀窍，就是把与铝相关的物质按照酸碱性进行分类。只能与碱反应的就是酸性（其实是水解产生的酸性）的，如Al3+;只能与酸反应的就是碱性（其实是水解产生的碱性）的，如AlO2-;预酸碱都可以反应的就是两性的，如Al、Al2O3、Al(OH)3。而且 Al(OH)3的两性表现出弱酸性和弱碱性，因此可以用更强的酸和碱来制备（但注意不可以用太强的和过量的酸或碱来制备）。所以就得到这样的结论：Al3+只能存在于酸性溶液，AlO2-只能存在于碱性溶液，Al(OH)3 在强酸性和强碱性溶液中都无法存在。有了这些认识之后，对付这些离子共存的定性问题就易如反掌了。再举一例，看看同学们应变的能力如何？例如：2009年 广东省高考题14、可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是A以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O22H2O4e4OHB以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al3OH3e-Al(OH)3C以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变D电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极这是一道以燃料电池为背景，考查铝及其相关化合物的问题。正确答案为A。特别是对于选项B,铝作负极，负极反应应该是铝失去电子变为铝离子，但在氢氧化钠的溶液中铝离子继续与过量的碱反应生成偏铝酸根而不是Al(OH)3，因此负极反应为：Al4OH3eAlO2+ 2H2O，所以B错，有不少同学把兴奋点放在了电极反应式的书写判断上从而忽略了对Al(OH)3两性的关注。题目中多种因素之间的干扰，神经兴奋和抑制过程的产生往往是导致铝的两性问题在实际中被大家忽略的原因。处理方法就是各位同学一见到铝就要非常警觉地把酸碱两性问题放在首要的地方来考虑。无独有偶，特别典型的一个例子还出现在2007 年北京的高考题：27（2）用石墨作电极，电解上述实验分离出的溶液（AlCl3溶液），两极产生气泡。持续电解，在阴极附近的溶液中还可以观察到的现象是 。解释此现象的离子方程式是 。大部分同学都把注意力放到了电解规律的运用上而忽略了铝的两性问题，导致这个问题的回答不完整。正确答案是：白色沉淀生成,后沉淀逐渐溶解至消失，离子方程式为：Al33OH= Al（OH）3 Al（OH）3OH= AlO22H2O有说有练3在下列各溶液中，离子一定能大量共存的是A强碱性溶液中：K、Al3、Cl、SO42B含有0.1 molL1 Fe3的溶液中：、K、Mg2、I、 NO3 C含有0.1 molL1 Ca2的溶液中：、Na、K、CO32、ClD室温下，pH=1的溶液中：Na、Fe3、NO3 、SO42 下面，我们就把注意力放到定量考查两性的问题上来。一般来说定量问题总是比定性问题更加棘手，不仅要知道反应的产物而且还要进行多少的计算，对大家的思维能力和计算能力都提出了较高的要求。看一个例子：例如：2008年 广东省高考题6.相同质量的下列物质分别与等浓度的NaOH溶液反应，至体系中均无固体物质，消耗碱量最多的是A.AlB.Al(OH)3C.AlCl3D.Al2O3 本题看似非常繁琐，好像需要书写四个化学方程式然后才能正确计算。其实只要把握好上页中的铝及其化合物的相互转化关系图，解决此问题也可以游刃有余！物质反应关系中消耗酸或者碱的量其实可以通过电荷守恒关系来确定。例如：从1mol Al3+ 反应生成Al(OH)3消耗的OH一定是3mol ,因为OH只有把Al3+所带的正电荷中和完才能生成Al(OH)3。同样道理，从1mol Al3+ 反应生成AlO2-消耗的OH一定是4mol，从1mol Al 反应生成AlO2-消耗的OH一定是1mol。只要把离子方程式的反应物和产物中含铝物质的电荷进行比较，就可以决定反应需要消耗的酸碱量。所以上述问题的四个选项就可以归纳出下面的反应关系：1mol AlAlO2-需要NaOH 1mol；1mol Al(OH)3AlO2-需要NaOH 1mol；1mol AlCl3AlO2-需要NaOH 4mol；1mol Al2O32mol AlO2-需要NaOH 2mol (可以看作1mol AlO1.5需要NaOH 1mol)显然在等质量的情况下，ABD三个选项中A消耗的碱最多（因为Al的相对分子量小）。在与C选项进行比较，马上可知A应当是消耗碱最多的（因为Al的相对原子量比Cl小）。回顾一下，借助电荷守恒迅速判断铝及其化合物之间的反应量的关系，化繁为简，事半功倍。给大家一个小试牛刀的机会吧！有说有练2008年 江苏省高考题4研究反应物的化学计量数与产物之间的关系时，使用类似数轴的方法可以收到的直观形象的效果。下列表达不正确的是A密闭容器中CuO和C高温反应的气体产物：BFe在Cl2中的燃烧产物：CAlCl3溶液中滴加NaOH后铝的存在形式：D氨水与SO2反应后溶液中的铵盐：其实，只要掌握了上述规律再复杂的问题也可以从容不迫，只要把题中信息综合分析就可以了。例如：2009年 广东省高考题24(3)在0.1molL-1NH4Al(SO4)2溶液中，铝各形态的浓度(以Al3计)的对数（lgc）随溶液PH变化的关系见下图用NaOH溶液调节（2）中溶液PH至7，该过程中发生反应的离子方程式有 。请在答题卡的框图中，画出0.01molL-1NH4Al(SO4)2溶液中铝各形态的浓度的对数lgc随溶液PH变化的关系图，并进行必要的标注。此题是今年广东高考的压轴题，信息量和综合度都比较大。不过大家只要仔细分析马上可以看出：并不是加入NaOH 后立刻就产生Al(OH)3沉淀，那么OH会和谁反应呢？猜想一定是溶液中的其他显酸性的物质，发生的反应是：H+OH=H2O NH4+ OH= NH3H2O只有当pH3.7后，c(Al3+)才开始降低，生成Al(OH)3沉淀；当pH8，Al(OH)3沉淀开始溶解（生成AlO2-，因为图中的对数是以Al3计所以曲线又上升了）。调节pH至7，OH先跟NH4+反应，然后与Al3+反应生成Al(OH)3沉淀。第三个离子方程式为：Al3+3OH=Al(OH)3 第二问非常好的考查了大家的迁移能力，就叫给大家来试试吧（答案在文章末尾）！四、铝的冶炼的考查 铝的冶炼也是新课程铝的相关问题的一个热点。我们既要注意冶炼方法的特殊性（需要用电解法），还要注意铝的冶炼在历史方展过程中的影响。广东高考题非常巧妙的考查了这一点。例如：2007 年 广东省高考题29.下列说法正确的是A.所有不锈钢都只含有金属元素B.我国流通的硬币材质是金属单质C.广东正在打捞的明代沉船上存在大量铝制餐具D.镁合金的硬度和强度均高于纯镁正确答案是 D。明代沉船上是否会存在大量铝制餐具？这个问题有两种基本的思路考虑。一是想到海水的长时间浸泡，铝制的餐具（其实是铝合金）一定会发生电化学腐蚀而消失掉。还可以从铝的冶炼考虑，当年拿破仑三世（1808-1873）的皇冠是金镶铝的，说明在十九世纪人类还没有掌握电解法冶炼铝的技术,只是到了1886年才由美国人霍尔和法国人埃罗提出电解熔融盐的方法生产铝，而且到了二十世纪才开始大规模生产（铝被誉为“二十世纪的金属”）。中国的明朝是从1368-1644年，从生产力发展状况来看也不可能有大量铝制餐具。看来化学史的学习对大家不仅仅是情感态度方面的收获，对于冶炼的知识和科技发展的趋势都有