高中化学教学案铝及其重要化合物.docx
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高中化学教学案铝及其重要化合物
学案14 铝及其重要化合物
[考纲要求] 了解铝及其重要化合物的主要性质和应用。
知识点一 铝的化学性质
1.铝与氧气反应
用坩埚钳夹住一小块铝箔,在酒精灯上加热至之熔化,会看到的现象是
________________________________________________________________________
_______________,原因是_______________________________________________
________________________________________________________________________,
反应的化学方程式是______________________________________________________。
2.铝与酸的反应
铝与稀硫酸反应的离子方程式为:
___________________________________________。
3.铝与强碱的反应
铝与NaOH溶液反应的离子方程式为:
_______________________________________
________________________________________________________________________。
4.铝热反应
Al与Fe2O3共热的化学方程式为:
_________________________________________
________________________________________________________________________。
问题思考
1.铝是活泼金属,为什么铝制品常用来作为各种材料、具有一定的防腐蚀能力?
2.铝与酸、碱反应的实质是什么?
氧化剂是什么?
知识点二 铝的重要化合物
1.氧化铝和氢氧化铝的比较
问题思考
3.既能与酸反应,又能与碱反应的氧化物,一定是两性氧化物吗?
2.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:
________________,它是____色晶体,____溶于水,水溶液pH____7(填“<”、“>”或“=”)。
明矾可以净水,其净水的原因是:
___________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
一、铝与酸、碱的反应
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的体积之比是多少?
为什么?
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、氢氧化钠溶液中,产生H2的体积关系是什么?
为什么?
3.足量的两份铝分别投入到等体积、一定物质的量浓度的HCl、NaOH溶液中,二者产生的H2相等,则HCl和NaOH的物质的量浓度是什么关系?
为什么?
典例导悟1
(2011·太原调研)等体积、等物质的量浓度的硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中,各加等质量的铝,生成氢气的体积比为5∶6,则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是( )
A.甲、乙中都是铝过量
B.甲中铝过量、乙中碱过量
C.甲中酸过量、乙中铝过量
D.甲中酸过量、乙中碱过量
听课记录:
变式演练 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
二、Al(OH)3沉淀生成的计算
1.Al3+与OH-反应生成Al(OH)3沉淀的定量计算规律
可溶性铝盐与强碱溶液混合时,二者相对量的大小要影响产物的生成:
强碱不足量时(反应①):
____________________________________________________;
强碱足量时(反应②):
______________________________________________________;
综合上述两式可得(反应③):
________________________________________________。
设Al3+、OH-的物质的量分别为n(Al3+)、n(OH-),最终生成Al(OH)3的质量为m[Al(OH)3],借助数轴讨论如图所示:
2.强酸与AlO
反应的定量计算规律
强酸不足量时(反应①):
___________________________________________________;
强酸足量时(反应②):
_____________________________________________________;
综合上述两式可得(反应③):
________________________________________________。
结果如下:
典例导悟2
实验室用铝屑、烧碱和稀H2SO4为原料制取一定量的Al(OH)3。
可分别用如下的转化关系表示两种方法:
①Al
Al3+
Al(OH)3
②Al
AlO
Al(OH)3
(1)上述哪一种方法比较节约试剂?
(提示:
试从每生产2molAl(OH)3所耗费的试剂用量予以说明)
(2)从操作难易的角度分析,上述两种方法存在的明显缺点是什么?
若原料相同,请设计一种更为节约试剂的方法(以方程式表示,并说明其可以最节约试剂的根据)。
题组一 Al及其化合物的性质
1.判断正误
(1)铝制容器可盛装浓H2SO4( )
(2010·重庆理综-8A)
(2)用氢氧化钠溶液除去铝表面的氧化膜:
Al2O3+2OH-===2AlO
+H2O( )
(2010·江苏-3B)
(3)用氨水鉴别Al3+、Mg2+、Ag+( )
(2010·天津理综-3A)
(4)向明矾溶液中加入过量的氢氧化钡溶液:
Al3++2SO
+2Ba2++4OH-===2BaSO4↓+AlO
+2H2O( )
(2010·四川理综-9A)
(5)Y(即Al)的最高价氧化物的水化物能溶于稀氨水( )
(2010·上海-20C)
2.(2008·广东,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
3.(2009·上海,15)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)关系如上图。
反应中镁和铝的( )
A.物质的量之比为3∶2
B.质量之比为3∶2
C.摩尔质量之比为2∶3
D.反应速率之比为2∶3
4.(2009·四川理综,11)向mg镁和铝的混合物中加入适量的稀硫酸,恰好完全反应生成标准状况下的气体bL。
向反应后的溶液中加入cmol·L-1氢氧化钾溶液VmL,使金属离子刚好沉淀完全,得到的沉淀质量为ng。
再将得到的沉淀灼烧至质量不再改变为止,得到固体
pg。
则下列关系不正确的是( )
A.c=
B.p=m+
C.n=m+17VcD.
m
m
5.[2010·山东理综-29
(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:
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)。
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________。
a.NH3b.CO2c.NaOHd.HNO3
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________。
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________________________________________________________________________。
6.(2009·福建理综,24)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________________________________
________________________________________________________________________。
(2)流程乙加入烧碱后生成SiO
的离子方程式为____________________________
________________________________________________________________________。
(3)验证滤液B中含Fe3+,可取少量滤液并加入________(填试剂名称)。
(4)滤液E、K中溶质的主要成分是__________(填化学式),写出该溶液的一种用途:
________________________________________________________________________。
(5)已知298K时,Mg(OH)2的溶度积常数Ksp=5.6×10-12mol3·L-3,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c(Mg2+)=__________。
题组二 Al3+、AlO
、Al(OH)3相互转化的图象
7.(2010·南京模拟)将物质X逐渐加入(或通入)Y溶液中,生成沉淀的量与加入X的物质的量关系如图所示,符合图示情况的是( )
A
B
C
D
X
CO2
HCl
NaOH
AlCl3
Y
Ca(OH)2
NaAlO2
AlCl3
NaOH
题组一 铝的性质
1.若在加入铝粉能放出氢气的溶液中,分别加入下列各组离子,可能大量共存的是( )
A.NH
NO
CO
Na+
B.Na+Ba2+Mg2+HCO
C.NO
Ca2+K+Cl-
D.NO
K+AlO
H+
2.(2011·合肥统考)将总物质的量为nmol的钠和铝(其中钠的物质的量分数为x)投入到一定量的水中充分反应,金属没有剩余,共收集到标准状况下的气体VL。
下列关系式中正确的是( )
A.x=
B.0 C.V=33.6n(1-x)D.11.2n 3.把铝粉和Fe3O4粉末配成铝热剂,分成两等份,一份在高温下恰好完全反应后,再与足量盐酸反应,另一份直接放入足量的烧碱溶液中充分反应;前后两种情况下生成的气体质量比是( ) A.1∶1B.9∶8C.3∶4D.4∶3 4.(2011·湖北黄冈模拟)两个烧杯中加入同体积浓度均为2mol·L-1的H2SO4,置于天平两端,调平天平后分别加入10.8g的Al和Mg,则反应完毕后,天平( ) A.可能加Mg的一端下倾 B.可能加Al的一端下倾 C.不可能保持平衡 D.无法判断 5.用含少量镁粉的铝粉制取纯净的氢氧化铝,下述操作步骤中最恰当的组合是( ) ①加盐酸溶解;②加烧碱溶液溶解;③过滤;④通入过量CO2生成Al(OH)3沉淀;⑤加入盐酸生成Al(OH)3沉淀;⑥加入过量烧碱溶液 A.①⑥⑤③B.②③④③ C.②③⑤③D.①③⑤③ 题组二 铝的重要化合物 6. (1)将350mL1mol·L-1NaOH溶液逐滴滴入100mL1mol·L-1AlCl3溶液中。 (2)将100mL1mol·L-1AlCl3溶液逐滴滴入350mL1mol·L-1NaOH溶液中,结果是( ) A.现象相同,生成Al(OH)3的量相同 B.现象不同,生成Al(OH)3的量相同 C.现象相同,生成Al(OH)3的量不同 D.现象不同,生成Al(OH)3的量不同 7.(2009·江苏,5)化学在生产和日常生活中有着重要的应用。 下列说法不正确的是( ) A.明矾水解形成的Al(OH)3胶体能吸附水中悬浮物,可用于水的净化 B.在海轮外壳上镶入锌块,可减缓船体的腐蚀速率 C.MgO的熔点很高,可用于制作耐高温材料 D.电解MgCl2饱和溶液,可制得金属镁 8.下列各反应的离子方程式中,错误的是( ) A.硫酸铝溶液中加入过量的氨水: Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH B.铁片放入过量的稀硝酸中: 3Fe+8H++2NO ===3Fe2++2NO2↑+4H2O C.将铝片放入过量NaOH溶液中: 2Al+2OH-+2H2O===2AlO +3H2↑ D.偏铝酸钠与过量盐酸反应: AlO +4H+===Al3++2H2O 9.下列操作所得物质为纯净物的是( ) A.将一块带有氧化膜的铝片与过量的浓NaOH溶液完全反应后,取澄清溶液将其蒸干,得纯净的NaAlO2固体 B.向NaAlO2溶液中加入过量的AlCl3溶液,将所得沉淀过滤洗涤,加热灼烧去掉水分,可得纯净的Al(OH)3固体 C.把铝块与适量的稀盐酸完全反应,将所得溶液蒸干,可得AlCl3固体 D.把AlCl3溶液与足量氨水反应,将沉淀过滤、洗涤、灼烧去掉水分可得Al2O3固体 10.A、B、C、D、E五种化合物均含有某种短周期常见元素,它们的转化关系如图所示,其中A为澄清溶液,C为难溶于水的白色固体,E则易溶于水,若取A溶液灼烧,焰色反应为紫色(透过蓝色钴玻璃)。 (1)写出化学式: A______,B______,C________, D________,E________。 (2)写出下列反应的离子方程式: A―→B: ________________________________________________________________; A―→D: ________________________________________________________________。 题组三 实验探究 11.(2010·南京模拟)电解法冶炼铝的原料是Al2O3,可由自然界中铝土矿获得,其生产过程可表示为: 铝土矿(主要成分Al2O3,杂质SiO2、Fe2O3)―→Al(OH)3―→Al2O3―→Al。 从铝土矿到Al(OH)3的转化有两种方案: 方案1: 方案2: (1)过滤①、②的滤渣成分分别是________(填字母代号,下同);过滤④、⑤的滤渣成分分别是__________。 A.Al2O3 B.SiO2 C.Fe2O3 D.Al(OH)3 E.H2SiO3 F.Fe(OH)3 (2)“Al(OH)3―→Al”的一般的生产方法是__________(填字母代号)。 A.蒸发 B.灼烧 C.热还原 D.溶解 E.过滤 F.电解 学案14 铝及其重要化合物 【课前准备区】 知识点一 1.铝箔熔化,失去光泽,但熔化的铝并不滴落 铝箔加热时与O2发生反应生成氧化膜,使内部的铝被Al2O3包裹着,所以熔化的铝不易滴下 4Al+3O2 2Al2O3 2.2Al+6H+===2Al3++3H2↑ 3.2Al+2OH-+2H2O===2AlO +3H2↑。 4.2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe 知识点二 1. 化学性质 与酸 反应 Al2O3+6H+===2Al3++3H2O Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O 与碱 反应 Al2O3+2OH-===2AlO +H2O Al(OH)3+OH-===AlO +2H2O 加热 不分解 2Al(OH)3 Al2O3+3H2O 2. (2)KAl(SO4)2·12H2O 白 易 < Al3++3H2O Al(OH)3(胶体)+3H+,Al(OH)3胶体吸附水中杂质形成沉淀而净水 问题思考 1.因为铝易与空气中的氧气反应生成保护膜,保护着内部金属不易被腐蚀。 2.铝与酸、碱反应的实质都是: Al3+,2H+ H2,只不过碱中的H+来源于水的电离,氧化剂分别为酸和水。 3.不一定是。 两性氧化物是指既能与酸反应生成盐和水,又能与碱反应生成盐和水的氧化物。 所以,判断两性氧化物不仅要看与酸、碱的反应,还要看生成物的类型。 【课堂活动区】 一、1.1∶1(或相等) 根据方程式: 2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑得Al与H2的关系式均为2Al~3H2,故只要参加反应的Al相等,所得H2必相等。 2.1∶3 因为在反应中Al过量,产生的H2由HCl和NaOH的量决定。 根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的体积比为1∶3。 3.3∶1 因为铝足量且产生H2相等,根据2中的关系式n(HCl)∶n(NaOH)=3∶1,又因为二溶液体积相等,故物质的量浓度c(HCl)∶c(NaOH)=n(HCl)∶n(NaOH)=3∶1。 二、1.Al3++3OH-===Al(OH)3↓ Al(OH)3+OH-===AlO +2H2O Al3++4OH-===AlO +2H2O 2.AlO +H++H2O===Al(OH)3↓ Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O AlO +4H+===Al3++2H2O 典例导悟 1.B [由题意知n(H2SO4)=n(NaOH),设均为1mol。 当Al均不足,H2SO4和NaOH均过量时,生成H2相等,即1∶1;当Al均过量时分别生成2g和3gH2,即体积比2∶3。 因 > = ,故甲中铝过量,乙中铝不足(即碱过量)。 ] 2. (1)②法比①法节约试剂。 每制备2molAl(OH)3①法消耗2molAl,3molH2SO4,6molNaOH,②法消耗2molAl,2molNaOH,1molH2SO4,所以②法比较节约试剂。 (2)由于Al(OH)3既能与H2SO4反应又能与NaOH反应所以在上述两种方法中第二步骤操作的用量都难以控制。 2Al+3H2SO4===Al2(SO4)3+3H2↑ 2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑ Al2(SO4)3+6NaAlO2+12H2O===8Al(OH)3↓+3Na2SO4 故每生成2molAl(OH)3,需要2molAl,0.75molH2SO4,1.5molNaOH,可见比①②两法更节约试剂。 解析 (1)反应过程中所涉及的化学方程式为: ①2Al+3H2SO4===Al2(SO4)3+3H2↑ Al2(SO4)3+6NaOH===2Al(OH)3↓+3Na2SO4 ②2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑ 2NaAlO2+2H2O+H2SO4===2Al(OH)3↓+Na2SO4 由化学方程式可分别得出两种方法的关系式: ①法2Al~3H2SO4~6NaOH~2Al(OH)3 ②法2Al~2NaOH~H2SO4~2Al(OH)3 所以制备2molAl(OH)3①法消耗2molAl,3molH2SO4,6molNaOH; ②法消耗2molAl,2molNaOH,1molH2SO4。 故②法比较节约试剂 (2)根据Al3++3AlO +6H2O===4Al(OH)3↓ 可采用以下转化关系: →2molAl(OH)3 变式演练 A [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,而对于NaOH来说是不足的。 2Al+6HCl === 2AlCl3+3H2↑ 6mol3mol 3mol·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↑ 2×27g3mol 5.4g0.3mol 即投入的铝粉为5.4g。 ] 【课后练习区】 高考集训 1. (1)√ (2)√ (3)× (4)√ (5)× 2.A 3.A 4.C 5.①2Al+2OH-+2H2O===2AlO +3H2↑ b ②2Al+3H2O-6e-===Al2O3+6H+ HCO 与H+反应使H+浓度降低,产生Al(OH)3沉淀 解析 碱洗时,部分除去了氧化膜的Al与NaOH溶液反应放出了H2,若将溶液中AlO 转化为Al(OH)3沉淀应向溶液中通入CO2,加HNO3,如若过量会造成沉淀溶解。 铝作阳极失去电子最终形成Al2O3,所以阳极电极反应式为: 2Al+3H2O-6e-===Al2O3+6H+,在废电解液中加入NaHCO3,会使溶液中H+浓度降低而生成Al(OH)3沉淀。 6. (1)Al2O3+6H+===2Al3++3H2O (2)SiO2+2OH-===SiO +H2O (3)硫氰化钾(或苯酚溶液等合理答案均可) (4)NaHCO3 制纯碱(或做发酵粉等合理答案均可) (5)5.6×10-10mol·L-1 解析 铝土矿中的成分能与HCl反应的有Al2O3、Fe2O3、MgO,不反应的是SiO2,所以固体A为SiO2,滤液B中有Al3+、Fe3+、Mg2+,再加入过量烧碱,Al3++4OH-===AlO +2H2O,Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓,Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓,沉淀C为Fe(OH)3、Mg(OH)2混合物,滤液D为NaAlO2、NaOH(过量),NaAlO2能与CO2反应,NaAlO2+2H2O+CO2===Al(OH)3↓+NaHCO3,滤液E为NaHCO3,沉淀F为Al(OH)3,Al(OH)3灼烧得到Al2O3。 铝土矿中能与NaOH溶液反应的有Al2O3、SiO2,其余均不反应,所以固体X为Fe2O3、MgO,Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O,SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O。 (5)题中应用Ksp的有关计算,Ksp=c(Mg2+)·c2(OH-),c(OH-)
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- 高中化学 教学 及其 重要 化合物