2022高考化学一轮专题复习 第11讲　铝及其化合物学案

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1．铝
(1)铝的结构和存在
铝位于元素周期表________________，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__________的形式存在。
(2)铝的物理性质
________色有金属光泽的固体，有良好的_________性、________性和_________性等，密度较______，质地________。
(3)铝的化学性质：
①在O2中燃烧：
___________________________________________
②与氧化性酸的反应
常温下与浓H2SO4、浓HNO3发生钝化，加热产生NO2和SO2。
与稀HNO3反应：_________________________________________________
③与非氧化性酸反应，如盐酸：
_____________________________________________
④与NaOH溶液反应：
______________________________________________
⑤与金属氧化物反应，如与Fe2O3反应：（该反应又称_______________）
______________________________________________
(4)工业上电解熔融Al2O3制备Al：
________________________________________
2．氧化铝
(1)氧化铝的物理性质：_______固体，_______溶于水，熔点_______，常用作耐火材料及冶炼金属铝的原料。
②化学性质
注意：Al2O3与强酸强碱反应生成的盐不一样，与酸反应生成铝盐，与碱反应则生成偏铝酸盐。
3．氢氧化铝
(1)物理性质：白色胶状不溶于水的固体。
(2)化学性质：
①Al(OH)3的电离：
_____________________________________________________
②
注意：Al(OH)3具有两性，能溶于强酸(如盐酸)、强碱溶液(如NaOH溶液)，但不溶于弱酸溶液(如H2CO3溶液)、弱碱溶液(如氨水)
③受热分解：____________________________________
(3)制备：
①向铝盐中加入氨水，离子方程式为___________________________________；
②NaAlO2溶液中通入足量CO2，离子方程式为_________________________________；
③NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合：_________________________________________。
4．常见的铝盐——明矾
明矾的化学式为_______________，它是_____色晶体，可溶于水，水溶液pH____7。明矾可以净水，其净水的原理是_______________________________________，Al(OH)3胶体颗粒吸附杂质形成沉淀而净水。
思考：中学化学学习阶段接触到许多既能与酸反应又能与碱反应的物质，除了Al及其重要化合物外，你还知道哪些？


1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)铝是地壳中含量最多的金属元素。( )
(2)铝与NaOH溶液的反应中，NaOH是氧化剂。( )
(3)将AlCl3溶液蒸干灼烧，最终得到的固体是氧化铝。( )
(4)明矾可以用于饮用水的杀菌消毒。( )
(5)工业上用电解熔融AlCl3的方法来冶炼铝。( )
(6)AlOeq \\al(－,2)与HCOeq \\al(－,3)可能大量共存。( )
(7)强酸性溶液中铝元素以Al3＋形式存在，强碱性溶液中铝元素以AlOeq \\al(－,2)形式存在。( )
(8)明矾溶液中滴入Ba(OH)2溶液使SOeq \\al(2－,4)恰好完全沉淀的离子方程式：2Ba2＋＋3OH－＋
Al3＋＋2SOeq \\al(2－,4)===2BaSO4↓＋Al(OH)3↓。( )
(9)能用铝槽车储运浓硫酸与浓硝酸，是因为铝的化学性质稳定，不与浓硫酸、浓硝酸反应。( )
(10)将氯化铝溶液滴入浓氢氧化钠溶液中，会产生大量白色沉淀。( )
2．Al是常见的活泼金属，下列关于Al的说法不正确的是___________(填序号)。
①Al表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化
②用铝粉和NaOH溶液反应制取少量H2：Al＋2OH－===AlOeq \\al(－,2)＋H2↑
③铝罐可久盛食醋
④与Al反应能产生H2的溶液中一定能大量共存：Fe2＋、K＋、NOeq \\al(－,3)、SOeq \\al(2－,4)
⑤常温下，相同的铝片分别加入足量的浓、稀硝酸，浓硝酸中铝片先溶解完
⑥铝与Fe2O3发生铝热反应后固体物质增重
3．将表面有氧化膜的铝片伸入足量的NaOH溶液中，有关离子方程式正确的是( )
A．Al2O3＋OH－===AlOeq \\al(－,2)＋H2O
B．2Al3＋＋6OH－===2Al(OH)3↓
C．2Al＋2OH－＋2H2O===2AlOeq \\al(－,2)＋3H2↑
D．2Al＋6H2O===2Al3＋＋6OH－＋3H2↑
4．依据下列图示，写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式。
①________________________________________________________________________。
②________________________________________________________________________。
③________________________________________________________________________。
④________________________________________________________________________。
1．Al3＋、Al(OH)3、AlOeq \\al(－,2)之间的转化关系
2．借助数轴理解Al3＋、Al(OH)3、AlOeq \\al(－,2)之间的转化
(1)可溶性铝盐与强碱(如NaOH)溶液反应，铝元素的存在形式。
(2)可溶性偏铝酸盐与强酸(如HCl)溶液反应，铝元素的存在形式。
1．(2020·高考江苏卷)下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是 ( )
A．铝的金属活泼性强，可用于制作铝金属制品
B．氧化铝熔点高，可用作电解冶炼铝的原料
C．氢氧化铝受热分解，可用于中和过多的胃酸
D．明矾溶于水并水解形成胶体，可用于净水
2．足量下列物质与相同质量的铝反应，放出氢气体积相同且消耗溶质物质的量最少的是( )
A．氢氧化钠溶液 B．稀硫酸
C．盐酸D．稀硝酸
3．氧化还原反应在生产、生活中具有广泛的用途。下列做法涉及铝元素的还原性的是( )
A．明矾净化水
B．用氢氧化铝治疗胃酸过多
C．用铝制容器存放浓硫酸
D．电解熔融氧化铝制单质铝
4．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图所示：
下列叙述正确的是( )
A．试剂X可以是NaOH溶液，也可以是盐酸
B．反应①过滤后所得沉淀为Fe(OH)3
C．图中所有转化反应都不是氧化还原反应
D．反应②的化学方程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3
5．在铝制易拉罐中收集满CO2，加入过量的NaOH溶液，立即封口并振荡，可以发现易拉罐先咔咔作响，变瘪，然后再次鼓起来，其过程中没有涉及的化学反应是( )
A．Al(OH)3分解 B．CO2＋OH－
C．Al＋OH－＋H2OD．Al2O3＋OH－
6．常温下，下列各组离子在指定溶液中能大量共存的是( )
A．中性溶液中：Cl－、Mg2＋、Al3＋、K＋
B．1.0 ml·L－1的NaAlO2溶液中：Cl－、HCOeq \\al(－,3)、K＋、Ca2＋
C．在强碱性环境中：AlOeq \\al(－,2)、SiOeq \\al(2－,3)、Na＋、K＋
D．0.1 ml·L－1明矾溶液中：NHeq \\al(＋,4)、AlOeq \\al(－,2)、HCOeq \\al(－,3)、Na＋
7．无水AlCl3可用作有机合成的催化剂、食品膨松剂等。工业上可由铝土矿(主要成分是Al2O3和Fe2O3)和焦炭制备，流程如图：
已知：AlCl3、FeCl3分别在183 ℃、315 ℃时升华。
(1)氯化炉中Al2O3、Cl2和焦炭在高温下发生反应的化学方程式为________________
________________________________________________________________________。
(2)700 ℃时，升华器中物质经充分反应后需降温实现FeCl3和AlCl3的分离。请选择合适的温度范围________(填字母)。
a．低于183 ℃
b．介于183 ℃和315 ℃之间
c．高于315 ℃
8．现拟用以下药品：500 mL 3 ml·L－1 H2SO4、500 mL 2 ml·L－1 NaOH、足量铝屑制备 Al(OH)3。
设计方案如下：
甲：铝→加NaOH溶液→加H2SO4溶液→W1 g Al(OH)3。
乙：铝→加H2SO4溶液→加NaOH溶液→W2 g Al(OH)3。
丙：eq \b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\c1(铝→加H2SO4溶液,铝→加NaOH溶液))→W3 g Al(OH)3
试回答：
(1)从充分利用原料、降低成本和提高产率等因素分析，实验方案最合理的是________。
(2)三种方案制得的Al(OH)3质量W1、W2、W3由大到小的顺序是________。
(3)制得Al(OH)3的最大质量是________。
铝土矿冶炼金属铝的方法及步骤
铝是地壳中含量最多的金属元素，在自然界主要以化合态的形式存在于氧化铝中。铝土矿的主要成分是Al2O3，此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质。
1．碱溶法
讨论回答下列问题：
(1)写出①、③两步骤中可能发生反应的离子方程式。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)步骤③中不用盐酸(或H2SO4)酸化的理由是_________________________________
________________________________________________________________________。
(3)步骤④中得到较纯的Al2O3，可能含有________杂质，在电解时它不会影响铝的纯度的原因：____________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)①Al2O3＋2OH－===2AlOeq \\al(－,2)＋H2O，
SiO2＋2OH－===SiOeq \\al(2－,3)＋H2O；
③AlOeq \\al(－,2)＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCOeq \\al(－,3)，
SiOeq \\al(2－,3)＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2HCOeq \\al(－,3)
(2)因为AlOeq \\al(－,2)与酸反应生成的Al(OH)3具有两性，可溶于强酸，不易控制酸的量；CO2廉价而且生成的副产物NaHCO3用途广泛，经济效益好
(3)SiO2 由于SiO2的熔点很高，在加热到1 000 ℃左右时不会熔化，因而不影响铝的纯度
2．酸溶法
讨论回答下列问题：
(1)写出①、②中可能发生反应的离子方程式：________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)步骤②中不用氨水沉淀Fe3＋的原因：_____________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)①Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O，
Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O；
②Al3＋＋4OH－===AlOeq \\al(－,2)＋2H2O，
Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓
(2)Al(OH)3只能溶于强碱，不能溶于氨水，用氨水不能将Fe(OH)3和Al(OH)3分离
有关Al(OH)3的图像分析与计算
1．可溶性铝盐溶液与NaOH溶液反应的图像
2.偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像
[考能突破练]
1．下列图像中，纵坐标为沉淀量，横坐标为某溶液中加入的反应物的物质的量，选择合适图像对应的序号填空。
(1)AlCl3溶液中加入氨水至过量________。
(2)AlCl3溶液中加入NaOH溶液至过量________。
(3)AlCl3、MgCl2混合溶液中加入NaOH溶液至过量________。
(4)澄清石灰水中通入过量CO2________。
(5)含有少量盐酸的AlCl3溶液中加入过量NaOH溶液________。
(6)含有少量HCl的AlCl3溶液中加入过量氨水________。
答案：(1)③ (2)⑥ (3)① (4)② (5)⑤ (6)④
2．向NaOH、Na2CO3、NaAlO2溶液中(假设各1 ml)，逐滴加入HCl溶液。
(1)在图中画出沉淀的物质的量随HCl溶液体积变化图像。
(2)OH－、COeq \\al(2－,3)、HCOeq \\al(－,3)、AlOeq \\al(－,2)、Al(OH)3这五种微粒与H＋反应的先后顺序依次为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
3．如图表示AlCl3溶液与NaOH溶液相互滴加过程中微粒的量的关系曲线。下列判断错误的是( )
A．①线表示Al3＋的物质的量的变化
B．x表示AlCl3的物质的量
C．③线表示Al(OH)3的物质的量的变化
D．④线表示AlOeq \\al(－,2)的物质的量的变化
解析：AlCl3溶液与NaOH溶液混合有两种方式：向AlCl3溶液中缓慢滴加NaOH溶液，开始有沉淀生成，后沉淀溶解，且生成沉淀与沉淀溶解消耗的NaOH的物质的量之比为3∶1，显然符合题意，则x表示NaOH的物质的量，B项错误；另一种方式是向NaOH溶液中缓慢滴加AlCl3溶液，开始没有沉淀，后有沉淀生成，与本题图示情况不符。
答案：B
4．向HCl、MgCl2、AlCl3、NH4Cl溶液中(假设各1 ml)，逐滴加入NaOH溶液，沉淀的物质的量随NaOH溶液体积变化的图像如图。(假设Mg2＋、Al3＋结合OH－能力相同)
分析图像的变化情况，回答下列问题：
(1)H＋、Al3＋、Al(OH)3、NHeq \\al(＋,4)四种微粒与OH－反应的先后顺序依次为
________________________________________________________________________。
(2)依次写出各阶段的离子方程式：
①OA：____________________________________________________________。
②AB：____________________________________________________________。
③BC：____________________________________________________________。
④CD：____________________________________________________________。
答案：(1)H＋、Al3＋、NHeq \\al(＋,4)、Al(OH)3
(2)①H＋＋OH－===H2O
②Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓、Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓ ③NHeq \\al(＋,4)＋OH－===NH3·H2O
④Al(OH)3＋OH－===AlOeq \\al(－,2)＋2H2O
5．现有AlCl3和MgSO4混合溶液，向其中不断加入NaOH溶液，得到沉淀的量与加入NaOH溶液的体积如图所示。原溶液中Cl－与SOeq \\al(2－,4)的物质的量之比为( )
A．1∶3 B．2∶3
C．6∶1D．3∶1
解析：OA上升的直线表示生成Al(OH)3和Mg(OH)2沉淀，AB下降的直线表示Al(OH)3沉淀溶解，B点表示Al(OH)3完全溶解。AB段完全溶解Al(OH)3消耗NaOH溶液0.1 L，则Al3＋生成Al(OH)3消耗NaOH溶液0.3 L，沉淀Mg2＋消耗NaOH溶液0.1 L，因而n(AlCl3)∶n(MgSO4)＝2∶1，所以n(Cl－)∶n(SOeq \\al(2－,4))＝6∶1。
答案：C
操作
向可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量
向NaOH溶液中逐滴加入可溶性铝盐溶液至过量
现象
立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失
无沉淀(有但即溶)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失
图像
离子方程式
AB：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓；
BD：Al(OH)3＋OH－===AlOeq \\al(－,2)＋2H2O
AB：Al3＋＋4OH－===AlOeq \\al(－,2)＋2H2O；
BC：3AlOeq \\al(－,2)＋Al3＋＋6H2O===4Al(OH)3↓
操作
向偏铝酸盐溶液中逐滴加入稀盐酸至过量
向稀盐酸中逐滴加入偏铝酸盐溶液至过量
现象
立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失
无沉淀(有但即溶)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失
图像
离子方程式
AB：AlOeq \\al(－,2)＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓；
BC：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
AB：AlOeq \\al(－,2)＋4H＋===Al3＋＋2H2O；
BC：Al3＋＋3AlOeq \\al(－,2)＋6H2O===4Al(OH)3↓