2024年高考化学一轮复习专题3.2铝及其重要化合物讲含解析

PAGEPAGE1专题3.2铝及其重要化合物1.驾驭镁、铝的主要性质及其应用。2.驾驭镁、铝的重要化合物的主要性质及其应用。3.了解镁、铝及其重要化合物的制备方法。学问点一铝、镁的性质及应用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。铝是地壳中含量最多的金属元素。自然界中的铝全部以化合态的形式存在。2．金属铝的物理性质银白色有金属光泽的固体，有良好的延展性、导电性和导热性等，密度较小，质地松软。3．金属铝的化学性质①4Al＋3O2eq\o(=====,\s\up7(△))2Al2O3②2Al＋Fe2O3eq\o(=====,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3③2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑④2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑4．铝热反应试验装置试验现象①镁带猛烈燃烧，放出大量的热，并发出刺眼的白光，氧化铁与铝粉在较高温度下发生猛烈的反应；②纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中试验结论高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热：Fe2O3＋2Aleq\o(=====,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3原理应用①制取熔点较高、活动性弱于Al的金属，如铁、铬、锰、钨等，3MnO2＋4Aleq\o(=====,\s\up7(高温))3Mn＋2Al2O3；②金属焊接，如野外焊接钢轨等5.铝的制备和用途(1)制备原理电解熔融Al2O3：2Al2O3(熔融)eq\o(=====,\s\up7(电解),\s\do5())4Al＋3O2↑。【特殊提示】工业上冶炼Al用电解熔融Al2O3而不用AlCl3的缘由是AlCl3是共价化合物，熔融态不导电。(2)铝的用途纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。【方法技巧】对比记忆镁的化学性质铝镁与非金属反应能被Cl2、O2氧化2Mg＋O2eq\o(=====,\s\up7(点燃))2MgO3Mg＋N2eq\o(=====,\s\up7(点燃))Mg3N2与水反应反应很困难能与沸水反应Mg＋2H2Oeq\o(=====,\s\up7(△))Mg(OH)2＋H2↑与碱反应能溶于强碱溶液不反应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：2Mg＋CO2eq\o(=====,\s\up7(点燃))2MgO＋C【典例1】（2024·湖北武汉二中模拟）日常生活中常用铝制炊具，它质轻且坚实耐用，其中的缘由是()A．铝很不活泼，不易与其他物质反应B．铝虽然很活泼，但是只能在高温下才能反应C．铝制品表面有一层致密的氧化物薄膜，起爱护作用D．铝制品表面镀有一层铜，可以爱护铝【答案】C【解析】铝尽管很活泼，但由于表面能形成致密的氧化物薄膜，故可用作铝制炊具。【方法技巧】铝与酸或碱反应生成H2的量的关系2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑(1)等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液分别反应：①产生H2的物质的量相等。②消耗H＋、OH－的物质的量之比为n(H＋)∶n(OH－)＝3∶1。(2)足量的铝分别与等物质的量的HCl和NaOH反应：①消耗Al的物质的量之比为1∶3。②生成H2的物质的量之比为1∶3。(3)肯定量的铝分别与肯定量的盐酸、氢氧化钠溶液反应：若产生氢气的体积比为eq\f(1,3)＜eq\f(VHClH2,VNaOHH2)＜1，则必定①铝与盐酸反应时，铝过量而HCl不足。②铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而NaOH过量。【变式1】（2024·辽宁营口一中模拟）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和氢氧化钠溶液中，产生H2的体积之比是________________。(3)足量的两份铝分别投入到等体积、肯定物质的量浓度的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________(填字母)。A．5.4gB．3.6gC．2.7gD．1.8g【解析】(1)依据化学方程式：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，得Al与H2的关系式均为2Al～3H2，故只要参与反应的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的量确定。依据化学反应中的关系式：6HCl～3H2、2NaOH～3H2，故当HCl、NaOH物质的量相等时，二者产生H2的体积之比为1∶3。(3)因为铝足量且产生H2的量相等，依据关系式可得n(HCl)∶n(NaOH)＝3∶1，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)＝3∶1。(4)其反应原理分别为2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。可见当参与反应的HCl和NaOH的物质的量相同时，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，而对于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＝0.3mol。2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑2×27g3mol5．4g0.3mol即投入的铝粉为5.4g。【答案】(1)1∶1(2)1∶3(3)3∶1(4)A学问点二铝的重要化合物1．氧化铝(1)物理性质：白色固体，难溶于水，熔点很高。(2)化学性质2．氢氧化铝(1)物理性质：白色胶状不溶于水的固体，有较强的吸附性。(2)化学性质(用化学方程式表示)Al(OH)3的电离方程式为酸式电离：Al(OH)3＋H2O[Al(OH)4]－＋H＋碱式电离：Al(OH)3Al3＋＋3OH－写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：①Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。②Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－。③2Al(OH)3eq\o(=====,\s\up7(△))Al2O3＋3H2O。(3)制备①向铝盐中加入氨水，离子方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)。②Na[Al(OH)4]溶液中通入足量CO2，离子方程式为[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCOeq\o\al(－,3)。③Na[Al(OH)4]溶液与AlCl3溶液混合：3[Al(OH)4]－＋Al3＋===4Al(OH)3↓。3．常见的铝盐(1)硫酸铝钾是由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的复盐。(2)明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O，它是无色晶体，可溶于水，水溶液pH＜(填“＜”“>”或“＝”)7。明矾可以净水，其净水的原理是Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋，Al(OH)3胶体吸附水中的杂质形成沉淀而净水。【方法拓展】数形结合与“铝三角”1．Al3＋、Al(OH)3、[Al(OH)4]－之间的转化关系(1)①Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)②Al3＋＋3[Al(OH)4]－===4Al(OH)3↓③Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓(2)Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O(3)Al3＋＋4OH－===[Al(OH)4]－(4)[Al(OH)4]－＋4H＋===Al3＋＋4H2O(5)①[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCOeq\o\al(－,3)②[Al(OH)4]－＋H＋===Al(OH)3↓＋H2O(6)Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－2．铝三角的应用(1)选择制备Al(OH)3的最佳途径①由Al3＋制备Al(OH)3，宜用Al3＋与氨水反应：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)②由NaAlO2制备Al(OH)3宜用CO2与AlOeq\o\al(－,2)反应：2H2O＋AlOeq\o\al(－,2)＋CO2===Al(OH)3↓＋HCOeq\o\al(－,3)③从节约原料角度，由Al制备Al(OH)3，宜用eq\f(1,4)Al制备Al3＋，eq\f(3,4)Al制备AlOeq\o\al(－,2)，然后将二者混合：Al3＋＋3AlOeq\o\al(－,2)＋6H2O===4Al(OH)3↓(2)有关离子共存问题①与Al3＋不能大量共存的(阴)离子有：OH－、AlOeq\o\al(－,2)、HS－、SiOeq\o\al(2－,3)、COeq\o\al(2－,3)、HCOeq\o\al(－,3)、SOeq\o\al(2－,3)等。②与AlOeq\o\al(－,2)不能大量共存的(阳)离子有：H＋、Al3＋、NHeq\o\al(＋,4)、Fe2＋、Fe3＋等。③AlOeq\o\al(－,2)与HCOeq\o\al(－,3)因发生(相对)强酸制弱酸的反应而不能共存。(3)分析离子反应依次①向含有Al3＋、NHeq\o\al(＋,4)、H＋的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液，反应依次是：Ⅰ.H＋＋OH－===H2O；Ⅱ.Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓(若先与NHeq\o\al(＋,4)反应，则生成的NH3·H2O又使Al3＋沉淀且生成NHeq\o\al(＋,4))；Ⅲ.NHeq\o\al(＋,4)＋OH－===NH3·H2O[若先溶解Al(OH)3，则产生的AlOeq\o\al(－,2)又与NHeq\o\al(＋,4)反应生成沉淀]；Ⅳ.Al(OH)3＋OH－===AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O。②向含有AlOeq\o\al(－,2)、COeq\o\al(2－,3)、OH－的混合溶液中逐滴加入盐酸，反应依次是：Ⅰ.OH－＋H＋===H2O；Ⅱ.AlOeq\o\al(－,2)＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓(AlOeq\o\al(－,2)比COeq\o\al(2－,3)先反应)；Ⅲ.COeq\o\al(2－,3)＋H＋===HCOeq\o\al(－,3)；Ⅳ.HCOeq\o\al(－,3)＋H＋===CO2↑＋H2O[HCOeq\o\al(－,3)比Al(OH)3先反应]；Ⅴ.Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。【典例2】(2024·上海卷)已知NaOH＋Al(OH)3===NaAlO2＋2H2O。向集满CO2的铝制易拉罐中加入过量NaOH浓溶液，马上封闭罐口，易拉罐慢慢凹瘪；再过一段时间，罐壁又重新凸起。上述试验过程中没有发生的离子反应是()A．CO2＋2OH－===COeq\o\al(2－,3)＋H2OB．Al2O3＋2OH－＋3H2O===2AlOeq\o\al(－,2)＋4H2OC．2Al＋2OH－＋2H2O===2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑D．Al3＋＋4OH－===AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O【答案】D【解析】向集满CO2的铝罐中加入过量氢氧化钠，首先CO2与氢氧化钠反应，表现为铝罐变瘪，接着过量的氢氧化钠再与铝罐反应，铝罐表面有氧化膜Al2O3，故可发生A、B、C的反应。【变式2】（2024·安徽马鞍山一中模拟）既能跟稀盐酸反应，又能跟氢氧化钠溶液反应的化合物是()①NaHCO3②Al2O3③Al(OH)3④AlA．①②③ B．①④C．②③④ D．①②③④【解析】题给4种物质均既能与稀盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应，但铝是单质，不属于化合物。【答案】A考点一铝及其化合物性质【典例3】（高考组合题）下列说法正确的是A.(2024·江苏卷)KAl(SO4)2·12H2O溶于水可形成Al(OH)3胶体B.(2024·江苏卷)0.1mol·L-1NaOH溶液:Na+、K+、CO32-、AlQUOTEO2-能大量共存C.(2024·江苏卷)Al(s)NaAlO2(aq)Al(OH)3(s)D．(2024·江苏卷)因为Al2O3具有两性，所以可用于电解冶炼铝【答案】AB【解析】KAl(SO4)2·12H2O溶于水电离出的Al3+水解形成Al(OH)3胶体，离子方程式为Al3++3H2OAl(OH)3(胶体)+3H+，A正确；碱性溶液中，NNa+、K+、CO32-、AlQUOTEO2-能大量共存，B正确；Al与NaOH溶液反应生成NaAlO2和H2，NaAlO2与过量盐酸反应生成NaCl、AlCl3和H2O，其次步反应不能实现，C错误；和酸、碱都反应可以体现Al2O3具有两性，电解冶炼铝，只能说明熔融氧化铝能导电，二者没有必定联系，D错误。【变式3】(2024·全国卷Ⅰ)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采纳湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：下列叙述错误的是()A．合理处理废旧电池有利于爱护环境和资源再利用B．从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、LiC．“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋D．上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠【答案】D【解析】废旧电池中含有的金属元素、电解质溶液等会对水体和土壤等造成污染，处理废旧电池有利于资源再利用，同时能够降低环境污染，爱护环境，A项正确；从流程图看出，正极材料涉及了铝、铁、锂等金属，B项正确；因流程中加入的有HNO3，HNO3具有氧化性，故在含Li、P、Fe等滤液中加碱液，发生“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋，C项正确；因为锂及其化合物的性质与镁相像，由硫酸镁易溶于水推知，硫酸锂易溶于水，由碳酸镁微溶于水推知，碳酸锂微溶于水，所以不能用硫酸钠代替碳酸钠，D项错误。考点二与Al(OH)3有关的图像【典例4】（2024·郑州外国语学校模拟）向含Al2(SO4)3和AlCl3的混合溶液中逐滴加入1mol·L－1Ba(OH)2溶液至过量，加入Ba(OH)2溶液的体积和所得沉淀的物质的量的关系如图，下列说法不正确的是()A．图中C点铝元素存在形式是AlOeq\o\al(－,2)B．向D点溶液中通入CO2气体，马上产生白色沉淀C．原混合溶液中c[Al2(SO4)3]∶c(AlCl3)＝1∶2D．OA段反应的离子方程式为2Al3＋＋3SOeq\o\al(2－,4)＋3Ba2＋＋8OH－===2AlOeq\o\al(－,2)＋3BaSO4↓＋4H2O【解析】C点生成BaSO4(3mol)沉淀和Ba(AlO2)2，此时铝元素以AlOeq\o\al(－,2)的形式存在，A正确；D点溶液溶质为Ba(AlO2)2和Ba(OH)2，通入CO2气体，马上产生BaCO3和Al(OH)3沉淀，B正确；B点为Al(OH)3和BaSO4沉淀，此时Al(OH)3的物质的量为7mol－3mol＝4mol，故原混合液中有1molAl2(SO4)3，AlCl3物质的量为4mol－1mol×2＝2mol，即c[Al2(SO4)3]∶c(AlCl3)＝1∶2，C正确；OA段反应的离子方程式为2Al3＋＋3SOeq\o\al(2－,4)＋3Ba2＋＋6OH－===3BaSO4↓＋2Al(OH)3↓，D错误。【答案】D【方法技巧】与Al(OH)3沉淀生成有关的图像分析(1)可溶性铝盐溶液与NaOH溶液反应的图像(从上述转化关系中选择符合图像改变的离子方程式，下同)操作可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量NaOH溶液中逐滴加入可溶性铝盐溶液至过量现象马上产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消逝无沉淀(有但即溶)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消逝图像方程式序号AB：(1)③AB：(3)BD：(6)BC：(1)②(2)偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像操作偏铝酸盐溶液中逐滴加入稀盐酸至过量稀盐酸中逐滴加入偏铝酸盐溶液至过量现象马上产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消逝无沉淀→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消逝图像方程式序号AB：(5)②AB：(4)BC：(2)BC：(1)②【变式4】（2024·江苏盐城一中模拟）向0.1L浓度均为0.1mol·L－1的NaOH和NaAlO2混合溶液中逐滴加入同浓度的盐酸。下列图象正确的是()【解析】往混合液中滴加盐酸，NaOH首先反应，然后NaAlO2与HCl反应产生Al(OH)3，最终Al(OH)3溶解变为AlCl3，有关化学方程式为NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，NaAlO2＋HCl＋H2O===Al(OH)3↓＋NaCl，Al(OH)3＋3HCl===AlCl3＋3H2O，结合数值关系，可知B正确。【答案】B考点三有关铝及其化合物的工艺流程题【典例5】（2024年江苏卷）以高硫铝土矿（主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金属硫酸盐）为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下：（1）焙烧过程均会产生SO2，用NaOH溶液汲取过量SO2的离子方程式为______________________。（2）添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧，其硫去除率随温度改变曲线如题16图所示。已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃硫去除率=（1—）×100%①不添加CaO的矿粉在低于500℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于__________________。②700℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，其主要缘由是______________________________________________________。（3）向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由_______________（填化学式）转化为_______________（填化学式）。（4）“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，理论上完全反应消耗的n（FeS2）∶n（Fe2O3）=__________________。【解析】依据流程，矿粉焙烧时FeS2与O2反应生成Fe2O3和SO2，在空气中CaO可将SO2转化为CaSO4；“碱浸”时Al2O3、SiO2转化为溶于水的NaAlO2、Na2SiO3；Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，（1）过量SO2与NaOH反应生成NaHSO3和H2O，反应的化学方程式为SO2+NaOH=NaHSO3，离子方程式为SO2+OH-=HSO3-。（2）①依据题给已知，多数金属硫酸盐的分解温度高于600℃，不添加CaO的矿粉低于500℃焙烧时，去除的硫元素主要来源于FeS2。②添加CaO，CaO起固硫作用，添加CaO发生的反应为2CaO+2SO2+O2=2CaSO4，依据硫去除率的含义，700℃焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低的缘由是：硫元素转化为CaSO4留在矿粉中。（3）“碱浸”时Al2O3、SiO2转化为溶于水的NaAlO2、Na2SiO3，向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，CO2与NaAlO2反应生成NaHCO3和Al（OH）3，反应的离子方程式为CO2+AlO2-+2H2O=Al（OH）3↓+HCO3-，即Al元素存在的形式由NaAlO2转化为Al（OH）3。（4）Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，反应的化学方程式为FeS2