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1 铝及其化合物 第三章 热点知识剖析铝作为典型两性金属元素的代表 它的单质及其化合物知识一直是高考考查的热点 特别是Al3 和AlO 2的性质问题 在离子共存 离子方程式和物质鉴别等方面出现的几率较大 另外在推断 计算和实验等试题中也会涉及铝及其化合物知识的应用 在复习中要以Al及其对应Al2O3 Al OH 3的两性 Al3 与Al OH 3及NaAlO2相互转化为重点 注意由于反应物的物质的量不同引起的产物 反应现象不同的问题 3 AlO2 Al OH 3Al3 Al Al2O3 O2 OH 加热 H OH 酸 OH OH H 小结 铝及其化合物的转化关系 酸 4 H2O AlO 2 H Al OH 3Al3 3OH 酸式电离 碱式电离 5 Al3 3OH Al OH 3 Al OH 3 OH AlO2 2H2OAl3 4OH AlO2 2H2OAlO2 H H2O Al OH 3 Al OH 3 3H Al3 3H2OAlO2 4H Al3 2H2O 氢氧化铝是典型的两性氢氧化物 是中学化学中的重点内容 要切实掌握 铝三角 6 三 有关氢氧化铝的图象 类型一 铝盐溶液和碱 弱碱和强碱 的反应 现象 立即产生白色沉淀 渐多 最多 沉淀不消失 铝盐溶液与弱碱反应 Al3 3NH3 H2O Al OH 3 3NH4 7 现象 无沉淀 出现白色沉淀 渐多 最多 沉淀不消失 8 向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液至过量 1 实验现象2 反应离子方程式 A 现象 立即产生白色沉淀 渐多 最多 渐少 消失 Al3 3OH Al OH 3 Al OH 3 OH AlO2 2H2O 3 图像 B 铝盐溶液与强碱反应 9 10 类型二向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液至过量 3 图像 A B 1 实验现象 2 反应离子方程式 无沉淀 有但即溶 出现沉淀 渐多 最多 沉淀不消失 Al3 4OH AlO2 2H2O Al3 3AlO2 6H2O 4Al OH 3 11 类型三向NaAlO2溶液中滴加HCl溶液至过量 A 1 实验现象 2 反应离子方程式 立即产生白色沉淀 渐多 最多 渐少 消失 AlO2 H H2O Al OH 3 Al OH 3 3H Al3 3H2O 3 图像 B 12 类型四 向HCl溶液中滴加NaAlO2溶液至过量 3 图像 A B 1 实验现象 2 反应离子方程式 无沉淀 有但即溶 出现沉淀 渐多 最多 沉淀不消失 AlO2 4H Al3 2H2O Al3 3AlO2 6H2O 4Al OH 3 13 类型 14 15 现有下列几种情况 分别用哪种图象表示 1 向AlCl3溶液中加入氨水 2 向NaAlO2溶液中通入CO2 3 向盐酸酸化的AlCl3溶液中加入NaOH溶液 4 向MgCl2和AlCl3混合溶液中加入NaOH溶液 5 向AlCl3和NH4Cl混合溶液中加入NaOH溶液 6 向MgCl2和AlCl3混合溶液中先加入NaOH溶液 后加入盐酸 NaOH和盐酸的物质的量浓度相等 变式训练 16 1 向用盐酸酸化的AlCl3溶液中滴加NaOH溶液 2 向NaOH溶液中滴入AlCl3溶液至过量 3 向盐酸中滴加NaAlO2溶液至过量 4 向NaAlO2中滴入盐酸至过量 5 向AlCl3溶液中滴加NaAlO2溶液至过量 6 向NaAlO2的NaOH溶液中滴加HCl至过量 7 向AlCl3和MgCl2的混合溶液中滴加NaOH溶液至过量 8 向AlCl3溶液中滴加氨水至过量 17 课堂练习1 18 答案B 19 向30mL某浓度的AlCl3溶液中逐渐加入浓度为4mol L的NaOH溶液 产生沉淀与加入NaOH溶液体积的关系如图所示 若产生0 78g白色沉淀 则加入的溶液的体积可能为 A 3mLB 7 5mLC 15mLD 27 5mL 课堂练习2 BD 0 01mol 30 7 5 27 5 20 将某质量的镁铝合金溶解在500mL盐酸中 向反应后的溶液中逐滴加入1mol LNaOH溶液 产生沉淀质量与碱溶液体积的关系如图所示 求 1 盐酸的物质的量浓度 假设反应后溶液体积不变 2 合金中镁和铝的质量 课堂练习3 1 4mol L Mg 3 6gAl 2 7g 21 22 23 24 25 把NaOH MgCl2 AlCl3三种固体组成的混合物溶于足量水后 产生0 58g白色沉淀 再向所得悬浊液中逐滴加入0 5mol LHCl溶液 加入HCl溶液的体积与生成沉淀的关系如下图所示 试回答 1 混合物中各物质的物质的量 NaOH是mol AlCl3是mol MgCl2是mol 2 C点所加的盐酸的体积是ml 0 065 0 01 0 01 130 思维拓展 26 四 有关计算 根据AlCl3和NaOH的量计算生成Al OH 3的量二者反应产物Al OH 3能和强碱继续反应 其计算规律如下 当n OH 3n Al3 时 n Al OH 3 1 3n OH 当3n Al3 n OH 4n Al3 时 n Al OH 3 4n Al3 n OH 当n OH 4n Al3 时 n Al OH 3 0 无沉淀 27 根据AlCl3和Al OH 3的量计算需要NaOH的量 当n Al3 3n Al OH 3 分上述二种情况讨论 28 根据NaAlO2和HCl计算生成Al OH 3的量 29 根据Al OH 3和NaAlO2的量计算需要加入的HCl的量 考查单质铝的性质 将等物质的量的镁和铝相混合 平均分成4份 分别加到足量的下列溶液中 充分反应后 放出氢气最多的是 A 3mol L 1HClB 4mol L 1HNO3C 8mol L 1NaOHD 18mol L 1H2SO4 A 在镁 铝混合物中加入HNO3和浓H2SO4都不能产生H2 加入NaOH溶液 只有Al与之反应 加入盐酸 镁和铝都与盐酸反应生成H2 所以生成的H2的量最多 方法指导 本题主要考查Mg Al与硝酸的反应以及Al和浓硫酸发生钝化的性质 物质的量浓度为18mol L 1的H2SO4 是质量分数约为98 的浓H2SO4 不了解易造成失误 考查含铝化合物的性质 将AlCl3溶液和氢氧化钠溶液等体积混合 得到的沉淀中所含铝元素与溶液中所含铝元素相等 则原AlCl3与NaOH两溶液的物质的量浓度之比可能是 A 1 3B 3 2C 1 4D 2 7 D 溶液中的Al元素可能有两种存在形式 1 若AlCl3过量 溶液中以Al3 形式存在 2 若NaOH过量 溶液中以AlO 2形式存在 c AlCl3 c NaOH 1 1 3 2 3 c AlCl3 c NaOH 1 3 0 5 2 7 方法指导 本题主要考查Al3 Al OH 3 AlO 2的相互转化 注意 考查铝的化合物知识的综合运用 三位同学设计了以下由废铝屑制取纯净的氢氧化铝的方案 提示 Al3 3AlO 2 6H2O 4Al OH 3 制备相同物质的量的氢氧化铝 消耗酸和碱最少的方案是 按最优方案 每制备1molAl OH 3 至少消耗3mol LH2SO4溶液mL 6mol LNaOH溶液mL 125 125 用碱n OH n AlO 2 3 4n Al OH 3 用酸n H 3n Al3 3 1 4n Al OH 3 方法指导 Al3 Al OH 3 AlO 2之间的相互关系是综合性试题中经常涉及的知识点 Al3 存在于强酸性 AlO 2存在于强碱性 Al OH 3存在于中性或弱酸弱碱的条件 也就是说 改变酸碱性就可改变铝元素的存在状态 37 铝与酸 碱的反应 38 39 甲 乙两烧杯中各盛有100mL3mol L 1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 2 则加入铝粉的质量为 A 5 4gB 3 6gC 2 7gD 1 8g 思路点拨 利用极值法分析 若盐酸恰好完全反应耗Al2 7g NaOH恰好完全反应耗Al8 1g 当Al 2 7g时 Al完全溶解生成H2之比为1 1 当Al 8 1g时 Al足量生成H2之比为1 3 现生成H2之比为1 2 40 听课记录 其反应原理分别为 2Al 6HCl 2AlCl3 3H2 2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 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 而对NaOH来说是不足的 2Al 6HCl 2AlCl3 3H2 6mol3mol3mol L 1 0 1L0 15mol则Al与NaOH反应生成的H2为0 15mol 2 0 3mol2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 3H2 2 27g3mol5 4g0 3mol即投入的铝粉为5 4g 答案 A 41 例1 2009 上海高考 镁和铝分别与等浓度 等体积的过量稀硫酸反应 产生气体的体积 V 与时间 t 关系如右图 反应中镁和铝的 A 物质的量之比为3 2B 质量之比为3 2C 摩尔质量之比为2 3D 反应速率之比为2 3 42 名师精析 由关系式 Mg H2 2Al 3H2 可知产生等量H2时 消耗Mg Al物质的量之比为3 2 故A项正确 二者质量之比为4 3 摩尔质量之比为8 9 反应速率之比为3 2 答案 A 43 金属与酸或碱反应的实质是金属失电子 金属失去的电子数等于生成H2中的氢原子数 常用的方法有守恒法和平均值法 即求混合金属的平均相对原子质量 44 练习1 将5 4gAl投入200 0mL2 0mol L 1的某溶液中有氢气产生 充分反应后有金属剩余 该溶液可能为 A HNO3溶液B Ba OH 2溶液C H2SO4溶液D HCl溶液 45 答案 D 解析 5 4gAl即为0 2mol 200 0mL2 0mol L 1的溶液中所含的溶质为0 4mol 在A选项中硝酸与Al反应没有H2生成 在B选项中Al和Ba OH 2反应是2Al Ba OH 2 2H2O Ba AlO2 3H2 可以看出金属无剩余 是Ba OH 2过量 在C选项中根据电子守恒 0 2mol的铝可提供电子0 6mol 而0 4mol的硫酸可提供H 0 8mol Al不剩余 D选项中0 4molHCl提供0 4molH 而0 2molAl需0 6molH Al有剩余 46 2 有两种金属的混合物7g 与足量稀盐酸反应后放出标准状况下H25 6L 则混合物不可能的组合是 A Zn FeB Fe MgC Mg ZnD Mg Al 47 答案 AD 解析 7g金属生成0 25molH2 共转移0 5mol电子 所以混合物的平均摩尔电子质量为7g 0 5 14g 混合物组分的摩尔电子质量 其一必大于14g 另一必小于14g 选项中各金属的摩尔电子质量为Zn 32 5g Fe 28g Mg 12g Al 9g 显然 不可能的组合是A D 48 铝及其化合物的性质及转化关系 49 3 Al OH 3溶于强碱溶液 不溶于氨水 溶于较强的弱酸如 CH3COOH 及强酸溶液 但不溶于CO2的水溶液 4 Al OH 3的实验室制法 50 51 3 铝三角 转化及Al OH 3沉淀的分析 1 铝三角 转化关系 2 可溶性铝盐与强碱 如NaOH溶液 反应 Al元素存在形态分析 52 53 例2 在Al2 SO4 3和MgSO4的混合溶液中 滴加NaOH溶液 生成沉淀的量与滴入NaOH溶液的体积关系如图所示 则原混合液中Al2 SO4 3与MgSO4的物质的量浓度之比 A 6 1B 3 1C 2 1D 1 2 54 答案 D 55 3 向含有amol氯化铝的溶液中加入含有bmol氢氧化钠的溶液 生成沉淀的量可能是 amol bmol a 3mol b 3mol 0 4a b molA B C D 56 答案 C 57 酸碱抵消法在计算中的应用 Al和Al2O3的混合物15g 加入稀H2SO4150mL 在标准状况下放出氢气1 68L Al和Al2O3均不剩余 为中和过量的硫酸 并使溶液中的Al3 恰好完全转化为Al OH 3沉淀 需要消耗3mol L 1的NaOH溶液200mL 则该稀硫酸的物质的量浓度为 A 2 25mol L 1B 2mol L 1C 0 3mol L 1D 0 6mol L 1 58 听课记录 答案 B 59 4 2011年无锡质检 将Mg Cu组成的2 64g混合物投入适量稀硝酸中恰好反应 固体完全溶解时收集到的还原产物NO气体0 896L 标准状况 向反应后的溶液中加入2mol L的NaOH溶液60mL时金属离子恰好沉淀完全 则形成沉淀质量为 A 4 32gB 4 68gC 5 36gD 6 38g 60 61 答案 B 62 答案 C 63 2 2008年高考广东化学 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解析 m Al m NaOH 27 40 m Al OH 3 m NaOH 78 40 m AlCl3 m NaOH 33 375 40 m Al2O3 m NaOH 51 40 所以相同质量的各物质 消耗碱量最多的是Al 答案 A 64 3 由短周期元素组成的单质A B C和甲 乙 丙 丁四种化合物有下图所示的转换关系 已知C为密度最小的气体 甲是电解质 65