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12-09-10高三化学《铝及其化合物》(课件)


复习目标
? 1.通过实验探究,了解铝、氧化铝、氢氧化铝 的重要性质。 ? 2.了解两性氧化物、两性氢氧化物的概念和 一般性质。 ? 3.掌握与Al(OH)3沉淀量有关的图像分析和化 学计算方法。 ? 4.了解复盐的概念,了解明矾的组成、性质 和用途。

一、铝的性质
1、铝原子的结构:
+13

2

/>
8

3

2、铝的物理性质: 银白色金属, 硬度和密度小, 具有良好的导电导热性和延展性。

在空气中具有很好的耐腐蚀性。

3、铝的化学性质: (较强还原性)
(1)与非金属反应(O2、Cl2)
4Al + 3O2 ═ 2Al2O3 铝在空气中缓慢氧化,在氧气中点燃剧烈燃烧。 2Al + 3Cl2 ═ 2AlCl

3



思考1:在金属活泼性顺序中铝排在铁的前面, 那为什么铁在空气中易生锈而铝在空 气中不易被腐蚀呢? 铝与空气中的氧气反应生成致密的氧化膜并牢 固地覆盖在铝表面,阻止了内部的铝与空气接触。

(2)与酸反应(HCl、稀H2SO4、稀HNO3)
6HCl ? 2Al ? 2AlCl
3

? 3H

2

?

3H 2 SO 4 ? 2Al ? Al 2 (SO 4 ) 3 ? 3H 2 ?

4HNO3 + Al = Al(NO3)3 + NO↑ + 2H2O

Al遇冷浓硫酸、浓硝酸发生钝化:
钝化: 用电化学或化学方法使金属表面形成一 层致密的氧化膜,从而阻止内部金属进一步发生 反应,这种现象称为钝化。

(3)与强溶液碱反应(NaOH溶液) 2Al + 2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
还原剂 氧化剂

反应的实质:分两步进行

(1)2Al+6H2O 2Al(OH)3+3H2↑ (2)Al(OH)3+NaOH NaAlO2+2H2O
将(1)+(2)×2: 失2×3 e- 2Al+6H2O+2NaOH = 2NaAlO2+3H2↑+4H2O

得6×e-

【随堂训练1】 对金属制品进行抗腐蚀处理,可延长其使 用寿命。以下为铝材表面处理的一种方法: 脱脂 碱洗 水洗 除灰 电解 耐蚀铝材 铝材 废电解液
H2SO4溶液

①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜, 碱洗时常有气泡冒出,其原因是(用离子方 程式表示) ____________________ O = 2AlO2- + 3H2↑ 。 2Al + 2OH- + 2H2 为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收,最好 向槽液中加入下列试剂中的________。 b a.NH3 b.CO2 c.NaOH d.HNO3

槽液

②以铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解, 铝材表面形成氧化膜,阳极电极反应式为 2Al+3H2O-6e-==Al2O3+ 6H+ ________ 。 取少量废电解液,加入NaHCO3溶液后产生 气泡和白色沉淀,产生沉淀的原因是____ 。 HCO3-与H+反应使H+浓度降低,产生Al(OH)3沉淀

(4)与某些氧化物反应—铝热反应 2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe

有熔融物

落入沙中
铝热剂:铝与活泼性较弱的金属氧化物的混合物

思考2 上述铝热反应是如何发生的?
提示 镁条燃烧,放出一定的热量,KClO3作为助燃剂在受热 状态下同时发生分解,使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生

反应:2Al+Fe2O3

高温

2Fe+Al2O3,该反应放出大量的热,

发出耀眼的白光,生成的铁在高温下呈熔化状态。

铝热反应的应用: 在生产上,如用于焊 接钢轨、冶炼金属等。 铝除了和Fe2O3反应外,还可以和FeO、 Fe3O4、 Cr2O3、V2O5、MnO2等金属氧化物组成铝热剂发生铝 热反应,冶炼Fe、V、Cr、Mn等金属。

1. 准确称取6g铝土矿样品(含Al2O3、Fe2O3、 SiO2)加入100mL硫酸溶液,充分反应后向滤液 中加入10mol/L的NaOH溶液,产生沉淀的质 量与加入NaOH溶液的体积关系如图所示,则 所用硫酸溶液的物质的量浓度为( ) B A.3.50mol/L B.1.75mol/L C.0.85mol/L D.无法计算

2.把Al粉和Fe3O4粉末均匀混合,分 成两等份,一份在高温下恰好完全反 应后将生成物与过量的盐酸反应,另 一份直接与足量的氢氧化钠溶液反应, 两者生成的气体的物质的量之比为 ( ) C

A.1:1

B.9:8

C.3:4

D.4:3

3.工业上可用铝与软锰矿(主要成分为MnO2)反
应来冶炼金属锰。

①用铝与软锰矿冶炼锰的原理是(用化学方程 高温 3MnO2 + 4Al 3Mn + 2Al2O3 式表示) 。
②MnO2在H2O2分解反应中作催化剂。若将适 量MnO2 加入酸化后的H2O2溶液中,MnO2 溶解产生Mn2+,该反应的离子方程式是
MnO2 + H2O2 + 2H+== Mn2+ + O2↑+2H2O

________________________



3.Al的工业制法——电解熔融氧化铝 2Al2O3
电解
(熔融) 冰晶石

4Al+ 3O2↑

由于铝的熔点很高,故在氧化铝中添加

冰晶石(Na3AlF6)降低其熔点。

二、铝的化合物
1、氧化铝(Al2O3): (1)物理性质:白色、不溶于水的固体,熔点很 高(2054℃)常作耐火材料。 刚玉的主要成分是Al2O3 ,其中把含少量铬元 素的刚玉称为红宝石;含少量的铁和钛元素的刚 玉称为蓝宝石。

(2)Al2O3的化学性质
与酸、强碱反应——具有两性 Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O
酸 铝盐 水

Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O
碱 偏铝酸盐 水

两性氧化物: 既能与酸反应又能与碱反应
只生成盐和水的氧化物。

(3)工业制备: △ 2Al(OH)3 = Al2O3+3H2O

2、氢氧化铝[Al(OH)3]:

(1)物理性质:
白色胶状物质,不溶于水,有强的吸附性 可以吸附水中的悬浮物和各种色素。

(2)化学性质: ①不稳定性:受热易分解 2Al(OH)3 = Al2O3+2H2O


②与酸、强碱反应——具有两性

(3)Al(OH)3的制备主要有几种方法?
①Al3+ 、加入氨水

AlCl3溶液中逐滴加入NaOH?
Al
3+

+ 3OH = Al(OH)3 ↓

-

Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O

AlCl3中逐滴加入氨水?
Al3++3NH3.H2O = Al(OH)3 ↓+ 3NH4+ 故用Al3+制取Al(OH)3用弱碱溶液更合适

② AlO2 、通入CO2

-

NaAlO2溶液中逐滴加入盐酸?
AlO2- + H+ + H2O = Al(OH)3 ↓
Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O

NaAlO2溶液中缓慢通入CO2?
2AlO2- + CO2 + 3H2O = 2Al(OH)3 ↓+ CO32AlO2- + CO2 + 2H2O = Al(OH)3 ↓+ HCO3-

故由AlO2-制取Al(OH)3用弱酸溶液更合适

3、常见的铝盐 —— 明矾 KAl(SO4)2·12H2O

无色晶体,易溶于水
水溶液PH<7

净水原理:
KAl(SO4)2 = K+ + Al3+ + 2SO42Al(OH)3胶体吸附水中杂质形成沉淀而净水

思考:

既能与酸反应又能与碱反应的 物质有哪些?
提示 ①金属单质:Al等;②两性氧化物:

Al2O3等;③两性氢氧化物:Al(OH)3等; ④弱酸的铵盐:(NH4)2CO3、CH3COONH4、 (NH4)2S等;⑤弱酸的酸式盐:NaHCO3、 KHS、NaHSO3等。

三、Al 、Al(OH)3、AlO2 三者之间 有关图象 及相关计算

3+

-

1.AlCl3 溶液中滴加NaOH :
n[Al(OH)3]

A A: Al3+

先有沉淀生成,后 B 沉淀逐渐溶解。 ② ① ③ n(OH-) C B: Al(OH)3 C: AlO2-

① Al3+ + 3OH- =Al(OH)3↓ ② Al(OH)3 + OH- = AlO2- + 2H2O ③ Al3+ +4OH-=AlO2-+ 2H2O

2.向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液直到过量。

先无沉淀生成,后有沉淀生成且不溶解。
n[Al(OH)3]

C ②

① A A: OH-

B B: AlO2- n(Al3+) C: Al(OH)3

① 4OH-+Al3+=AlO2-+2H2O ② 3AlO2-+Al3++6H2O=4Al(OH)3 ↓

3.向NaAlO2溶液中滴加HCl溶液直到过量。 先有沉淀生成,后沉淀完全溶解。
n[Al(OH)3]
B


A: AlO2-
A





C: Al3+
C

n(H+)

B: Al(OH)3

① AlO2- + H+ + H2O=Al(OH)3↓ ② Al(OH)3+3H+ =Al3++3H2O ③ AlO2-+4H+=Al3++2H2O

4.向HCl溶液中滴加NaAlO2溶液直到过量。 先无沉淀生成,后有沉淀生成且不溶解。
n[Al(OH)3]

C

② ① A A: H+
B n(Al3+) B: Al3+ C: Al(OH)3

① 4H++ AlO2- =Al3++2H2O ② 3AlO2-+Al3++6H2O=4Al(OH)3 ↓

拓展
①向AlCl3溶液中逐滴加入氨水到过量; ②向盐酸、MgCl2、AlCl3的混合溶液中逐 滴加入NaOH溶液到过量。 分别画出生成沉淀的量与加入溶液的体积 关系图。
n(Al(OH)3) n(沉淀)

V(氨水)

n(NaOH)

练习 1: 将 0.1 mol 的镁、铝混合物溶于 100 mL 2 mol/L 的 H2SO4 溶液中,然后再滴加 1 mol/L 的 NaOH 溶液。请回答:

(1)若在滴加 NaOH 溶液的过程中,沉淀质量 m 随加 入 NaOH 溶液的体积 V 变化的关系如上图所示。当 V1 =160 mL 时,则金属粉末中 n(Mg)=________ mol,V2 =______ mL。 (2)若在滴加 NaOH 溶液过程中,欲使 Mg2+、Al3+刚 好沉淀完全,则滴入 NaOH 溶液的体积 V(NaOH)= ____mL。 (3)若混合物仍为 0.1 mol,其中 Mg 粉的物质的量分 数为 a ,用 100 mL 2 mol/L 的 H2SO4 溶解此混合物后, 再加入 450 mL 1 mol/L 的 NaOH 溶液,所得沉淀中无 Al(OH)3。满足此条件的 a 的取值范围是________。 1 答案 (1)0.06 440 (2)400 (3)2≤a<1

【随堂训练2】
向30 mL 1 mol/L的AlCl3溶液中逐渐 加入浓度为4 mol/L的NaOH溶液,若 产生0.78 g白色沉淀,则加入的NaOH 溶液的体积可能为( B )

A.3 mL
C.15 mL

B.7.5 mL
D.17.5 mL

【随堂训练3】 某无色溶液中,已知含有H+、Mg2+、 Al3+等阳离子,逐滴加入NaOH(溶液), 则消耗NaOH(溶液)体积(x轴)和生成沉 淀量(y轴)之间的函数关系,可用下图表 示,则下列图中正确的是( B )

四 从铝土矿中提取铝
铝的存在: 铝元素占地壳总量的7.73%,
是地壳中含量最多的金属。 铝是活泼的金属,因此铝元素在自然界 中均以化合态的形式存在。 铝元素在地壳中的主要存在 铝土矿中, 于 其主要成分 Al2O3 , 还含有少的 Fe2O3、SiO2 。

【随堂训练4】
从铝土矿(主要成分是Al2O3,含SiO2、 Fe2O3、MgO等杂质)中提取氧化铝的两种 工艺流程如下:

请回答下列问题: (1)流程甲加入盐酸后生成Al3+的离子方程式为 Al2O3 + 6H+ == 2Al3+ + 3H2O _______________________________________。

(2)流程乙加入烧碱后生成SiO32-的离子方程式 - == SiO 2- + H O SiO2 + 2OH 为_____________________________________。 3 2

(3)验证滤液B中含Fe3+,可取少量滤液并加入 硫氰化钾溶液 __________ (填试剂名称)。

(4)滤液E、K中溶质的主要成分是___ _____________________________ 制纯碱 (或做发酵粉等 ) 。

(填化

学式),写出该溶液的一种用途: NaHCO3

(5)已知298 K时,Mg(OH)2的溶度积常数
Ksp=5.6×10
-12

,取适量的滤液B,加

入一定量的烧碱达到沉淀溶解平衡,测得
pH=13.00,则此温度下残留在溶液中的
2+

c(Mg

)=__________



5.6×10-10 mol/L

5. [2012·浙江卷] 水溶液X中只可能溶有K+、 Mg2+、Al3+、AlO2-、SiO32-、SO32-、CO32-、 SO42-中的若干种离子。某同学对该溶液进行了 如下实验:

下列判断正确的是( ) C A.气体甲一定是纯净物 B.沉淀甲是硅酸和硅酸镁的混合物 C.K+、AlO2-和SiO32-一定存在于溶液X中 D.CO32-和SO42-一定不存在于溶液X中

6

C

7.

C

A.X溶液溶质为AlCl3,Y溶液溶质为NaAlO2 B.b曲线表示的是向X溶液中加入NaOH溶液 C.在O点时两方案中所得溶液浓度相等 D.a、b曲线表示的反应都是氧化还原反应

8. [2012·安徽卷] 已知室温下,Al(OH)3的Ksp 或溶解度远大于Fe(OH)3。向浓度均为0.1 mol·L- 1的Fe(NO ) 和Al(NO ) 混合溶液中,逐滴加入 3 3 3 3 NaOH溶液。下列示意图表示生成Al(OH)3的物质 的量与加入NaOH溶液的体积的关系,合理的是

C

如图 ,纵坐标表示沉淀的质量,横坐标表示所 加试剂的体积,请选出曲线变化关系与对应选项相符的 实验项( )

9.

A.往澄清石灰水中逐渐通入SO2气体 B.往澄清石灰水中逐渐通入CO2气体 C.往AlCl3溶液中逐滴加NaOH溶液 D.往NaAlO2溶液中逐滴加盐酸

方法1
过量 盐酸

酸溶法
SiO2除去
过量 NaOH 溶液

Al2O3 Fe2O3 SiO2

Fe(OH)3除去 NaAlO2 过量CO2 NaCl NaOH 过滤③ 溶液

过滤①

AlCl3 FeCl3 HCl 过滤② 溶液

滤液除去


Al(OH)3



Al2O3

通电

Al

所加试剂顺序:酸、碱、(弱)酸

方法2
Al2O3 过量 NaOH 溶液

碱溶法
Fe2O3除去
过量 盐酸
H2SiO3 除去 AlCl3 过量氨水 NaCl HCl 过滤③ 溶液

Fe2O3
SiO2

NaAlO2 过滤① Na2SiO3 NaOH 过滤② 溶液

滤液除去



Al(OH)3



Al2O3

通电

Al

所加试剂顺序:碱、酸、(弱)碱


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