第三章金属及其化合物.docx
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第三章金属及其化合物
第二节铝及其重要化合物
考点一、金属与酸反应生成H2的量的关系
例1(密码改编)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
思维解码:
①铝与哪些酸反应可以放出氢气?
铝与哪些酸反应不能放出氢气?
②可以用铝与强碱性溶液反应制取氢气吗?
解析:
首先换算成物质的量,Al为0.2mol,溶液中的溶质为0.4mol。
A选项中硝酸不会与铝生成氢气;B选项中,n(OH-)=0.8mol,与铝反应OH-剩余;C、D选项中n(H+)分别为0.8mol、0.4mol,2Al+6H+=2Al3++3H2↑,所以C选项中H+有剩余,D选项中铝有剩余。
答案:
D
变式探究1.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)关系如图。
反应中镁和铝的()
A.物质的量之比为3:
2B.质量之比为3:
2
C.摩尔质量之比为2:
3D.反应速率之比为2:
3
解析:
由图可知,二者放H2量相等,即二者失电子数相同,所以有关系式:
3Mg~6e-~2Al,从而得:
n(Mg):
n(Al)=3:
2(A项正确)、m(Mg):
m(Al)=3×24:
2×27=4:
3(B项错误)。
D项中,从图可知:
v(Mg):
v(Al)=
:
=
:
=3:
2,D项错误。
答案:
A
变式探究2.实验室将9g铝粉跟一定量的金属氧化物粉末混合形成铝热剂。
发生铝热反应之后,所
得固体中含金属单质为18g,则该氧化物粉末可能是()
A.Fe2O3和MnO2B.MnO2和V2O5C.Cr2O3和V2O5D.Fe3O4和FeO
解析:
9g铝粉可提供1mol电子,若全部反应,置换出金属单质18g,根据平均值原理,得到1mol电子置换出的金属应是一个大于18g、一个小于18g。
现在:
:
56/3=18.7
:
55/4=13.8
:
51/5=10.2
:
52/3=17.3
:
56/2=28
、
、
均小于18,所以A正确,B、C错误。
D项中,若9g铝完全反应,所得单质必大于18g,但若铝没反应完,就有可能达到18g,所以D也正确。
答案:
AD
变式探究3.将一定量的镁铝合金样品分成两等份,一份加入足量NaOH溶液中,充分反应后,收集到标准状况下气体6.72L;另一份加入到足量稀盐酸中,充分反应后,收集到标准状况下气体11.2L。
则原合金样品中镁的质量为()
A.4.8gB.6gC.9.6gD.12g
解析:
入足量NaOH溶液中,只有Al能与之反应,加入足量稀盐酸中,两金属均反应,由电子转移守恒,Al产生的气体和与NaOH反应得到的气体量相同,为6.72L,Mg产生的气体为(11.2─6.72)=4.48L,结合Mg~H2↑知,n(Mg)=
=0.2mol,m(Mg)=n(Mg)×24=4.8g,此处计算的质量为原来的一半,故原有质量为9.6g。
答案:
C
考点二、铝及其化合物的性质及转化关系
变式探究1.(密码改编)下列各组物质,不能按
(“→”表示反应一步完成)关系转化的是()
选项
a
b
c
A
Al2O3
NaAlO2
Al(OH)3
B
AlCl3
Al(OH)3
NaAlO2
C
Al
Al(OH)3
Al2O3
D
MgCl2
Mg(OH)2
MgO
解析:
Al2O3和NaOH反应生成NaAlO2,NaAlO2和AlCl3反应生成Al(OH)3,Al(OH)3受热分解得Al2O3,A符合;AlCl3和NaOH反应生成Al(OH)3,Al(OH)3和NaOH反应生成NaAlO2,NaAlO2和过量盐酸反应生成AlCl3,B符合;Al不能一步生成Al(OH)3,C不符合;MgCl2和NaOH反应生成Mg(OH)2,Mg(OH)2受热分解得MgO,MgO和盐酸反应生成MgCl2,D符合。
答案:
C
变式探究2.某混合溶液中可能含有HCl、MgCl2、AlCl3、NH4Cl、Na2CO3、KCl中的几种物质,往该溶液中逐滴加入NaOH溶液,产生沉淀的物质的量(n)与加入的NaOH溶液体积(V)的关系如图所示。
回答下列问题:
(1)溶液中一定含有的溶质是(填化学式)。
(2)溶液中一定不含有的溶质是(填化学式)。
(3)溶液中可能含有的溶质是(填名称),判断该物质是否存在的实验方法是,现象是。
(4)分别写出AB段、BC段发生的离子方程式:
①AB段为;
②BC段为。
解析:
首先分析图像,找出图像中的转折点、斜线及水平线,结合题意可知OA段是NaOH溶液与HCl中和,加入过量NaOH溶液,沉淀全部溶解,说明无MgCl2,所以沉淀只有Al(OH)3,BC段是NaOH溶液与NH4Cl反应,所以溶液中一定含有HCl、AlCl3、NH4Cl,一定无MgCl2;又因为AlCl3与Na2CO3不能大量共存,所以一定无Na2CO3;可能含KCl,鉴别碱金属元素可利用焰色反应。
答案:
(1)HCl、AlCl3、NH4Cl
(2)MgCl2、Na2CO3
(3)氯化钾焰色反应透过蓝色钴玻璃焰色反应为紫色
(4)①Al3++3OH-=Al(OH)3↓NH4++OH-
NH3·H2O
2.(2012·湖南衡阳模拟)将AlCl3溶液和NaOH溶液等体积混合,得到沉淀物中铝元素的质量与溶液中所含铝元素的质量相等,则原AlCl3溶液和NaOH溶液的物质的量浓度之比可能是()
①1:
3②2:
3③1:
4④2:
7
A.①②B.②③
C.②④D.③④
解析:
过量的烧碱溶液可排除选项A、B中的Al3+,也可以可以排除选项C中的Fe3+。
答案:
D
4.把一块镁铝合金投入到1mol/LHCl溶液里,待合金完全溶解后,往溶液里加入1mol/LNaOH溶液,生成沉淀的物质的量随加入NaOH溶液体积变化的关系如下图A所示。
下列说法中不正确的是()
A.图A中:
a的取值范围为0≤a<50
B.图A中:
n(Mg)/n(Al)的最大值为2.5
C.若将关系图改为图B时,则a的取值范围为80<a<90
D.若将关系图改为图C时,则a的取值范围为75<a<90
解析:
Mg、Al与盐酸发反应的方程式为:
2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑、Mg+2HCl=MgCl2+H2↑;由图像A可知,与酸反应后的溶液为HCl、MgCl2、AlCl3的混合物,混合液与NaOH反应方程式为:
0~a段:
HCl+NaOH=NaCl+H2O;a~80mL段:
MgCl2+2NaOH=2NaCl+Mg(OH)2↓+2NaCl,AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓+3NaCl;80~90mL:
Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O;由反应方程式知,Al(OH)3沉淀和溶解消耗NaOH的体积比为3:
1,故沉淀Al3+消耗NaOH的体积为3×10mL=30mL,故0~50mL过程为中和酸或沉淀Mg2+所消耗的NaOH的体积,即a取值为0≤a<50mL,A正确;n(Al)=n[(AlOH)3]=0.010L×1mol/L=0.01mol,若a=0,n(Mg)=(0.05L×1mol/L)/2=0.025mol,n(Mg)/n(Al)=0.025:
0.01=2.5,B正确;若该为B图时,若30~80mLNaOH完全沉淀Al3+,则溶解氢氧化铝消耗碱的体积为50mL/3=16.7mL,即a最大为80mL+16.7mL=96.7mL,C错误;若为C图,若金属完全为Al,则沉淀Al3+消耗碱的体积为(90mL-30mL)×3/4=45mL,a=75mL,若完全为Mg时,沉淀Mg2+消耗碱为90mL,故a取值范围为75<a<90,D正确。
答案:
C
3.(2011·四川绵阳)ag铝镁合金完全溶解于V1Lc1mol/L的HCl溶液中,产生bmolH2。
再向反应后的溶液中加入c2mol/L的NaOH溶液V2L,恰好使沉淀达到最大值,且沉淀质量为dg。
下列关系不正确的是()
A.d=a+34bB.c1V1=c2V2
C.Al的质量为(24b-a)/9gD.与金属反应后剩余HCl为(c1V1-2b)mol
解析:
有关反应的化学方程式为:
Mg+2HCl=MgCl2+H2,2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑,MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2↓+2NaCl,AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓+3NaCl;分析反应方程式可得出如下关系:
Mg~H2~2OH-~Mg(OH)2,Al~1.5H2~3OH-~Al(OH)3,沉淀的质量等于镁铝的质量与增加的OH-的质量之和,而OH-的物质的量=2n(H2),故沉淀质量:
dg=ag+2bmol×17g/mol,即d=a+34b,A正确;完全沉淀是,溶液中的溶质为NaCl,根据元素守恒,得c1V1=c2V2,B正确;由镁铝质量、化学反应和沉淀质量可列出关系式为:
①24g·mol-1n(Mg)+27g·mol-1n(Al)=ag,②58g·mol-1n(Mg)+78g·mol-1n(Al)=dg,③n(Mg)+1.5n(Al)=bmol;①、③方程式联立,解得:
n(Al)=(24b-a)/9mol,m(Al)=(24b-a)/9mol×27g·mol-1=3(24b-a)g,C错误;根据H元素守恒,剩余盐酸的质量的物质的量=c1V1-2n(H2)=(c1V1-2b)mol,D正确。
答案:
C
4.(密码原创)下图表示烧碱溶液中逐滴滴入AlCl3溶液出现沉淀的图像正确的是()
A.
B.
C.
D.
解析:
烧碱溶液中加入AlCl3溶液,发生反应:
Al3++4OH-=[Al(OH)4]-、Al3++3[Al(OH)4]-=4Al(OH)3↓,因此开始时无沉淀产生,只有选项C正确。
答案:
C
5.(密码改编)下列各组物质中,将前者加入后者时,无论前者是否过量,都能用同一个化学方程式表示的是()
A.稀盐酸,Na2CO3溶液B.NaOH溶液,Al2(SO4)3溶液
C.Cu,FeCl3溶液D.浓氨水,AgNO3溶液
解析:
选项A中盐酸不过量生成NaHCO3,过量为二氧化碳;选项B中NaOH不过量为Al(OH)3沉淀,过量为Na[Al(OH)4];选项D中氨水不过量为AgOH沉淀,过量为银氨溶液。
答案:
C
6.把一块镁铝合金投入到1mol/L盐酸中,待合金完全溶解后,再往溶液里加入1mol/LNaOH溶液,生成沉淀的物质的量随加入NaOH溶液体积的变化如图所示。
下列说法中错误的是()
A.盐酸的体积为80mL
B.a的取值范围为0<a<50
C.n(Mg2+)<0.025mol
D.当a值为30时,b值为0.01
解析:
Mg、Al与盐酸反应后的溶液的成分为:
MgCl2、AlCl3和HCl;加入氢氧化钠溶液,当沉淀达到最大值时,发生的有关反应为:
NaOH+HCl=NaCl+H2O,MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2↓+2NaCl,AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓+3NaCl,根据元素守恒(Na+、Cl-),此时已经反应的氢氧化钠和原盐酸的物质的量相等,V(HCl)×1mol/L=80mL×1mol/L,V(HCl)=80mL,A正确;加入NaOH从80mL~90mL,发生的反应是Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O,氢氧化铝沉淀和溶解消耗NaOH的比为3:
1,故沉淀Al(OH)3所需氢氧化钠的体积为:
3×(90mL-80mL)=30mL,合金完全是Al,则出现沉淀时的NaOH体积为80mL-30mL=50mL,即0≤a<50,B正确;若a=0,则沉淀Mg2+消耗NaOH的体积为50mL,n(Mg2+)=1mol/L×0.05L/2=0.025mol,故Mg2+的取值范围为:
0<n(Mg)<0.025mol,C正确;a=30mL时,沉淀为氢氧化镁和氢氧化铝的混合沉淀,其中氢氧化铝沉淀为0.01mol,因此b>0.01mol,D错误。
答案:
D
7.(2012·东北育才学校)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氢氧化钠溶液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.
B.
C.
D.
解析:
金属离子刚好沉淀完全时,溶液中的溶质只有Na2SO4,相当于氢氧化钠溶液与稀硫酸恰好完全反应,即n(OH-)=cmol·L-1×V×10-3L=2n(H2SO4)=2n(H2)=2×
=
mol,故c=
,A正确;m(沉淀质量)=n(金属)+n(OH-),即n=mg+cV×10-3mol×17g/mol,则n=m+17cV×10-3,C错误;m(金属氧化物)=m(金属)+m(氧),即pg=mg+n(H2)×16g/mol=mg+n(H2)×16g/mol=mg+
n(OH-)×16g/mol=mg+
cV×10-3mol×16g/mol=mg+
g,求得:
p=m+
,B正确;若最终得到的氧化物完全是MgO,m(氧化物)=
g=
g,若最终得到的氧化物完全是Al2O3,m(氧化物)=
g=
g,故
<p<
,D正确。
13.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
解析:
A项生成沉淀和沉淀溶解消耗的CO2相等;B项沉淀生成与溶解消耗盐酸量的比例为1∶3,同理D项开始无沉淀,后来才产生沉淀。
答案:
C
14.(密码改编)已知在硫酸铝、硫酸钾和明矾的混合溶液中,c(SO42-)=0.2mol/L,若向其中加入等体积0.2mol/L的KOH溶液(混合后体积变化忽略不计),恰好使所生成的沉淀完全溶解,则所得溶液中的c(K+)为()
A.0.250mol/LB.0.225mol/L
C.0.150mol/L D.0.450mol/L
解析:
反应后溶液中只有三种离子:
K+、SO42-、AlO2-,c(K+)=2c(SO42-)+c(AlO2-)=2×0.2mol/L/2+0.2mol/L/(2×4)=0.225mol/L。
(注意两种溶液混合,原来的离子浓度减半)。
答案:
B
15.(2012·河南驻马店)为测定某镁铝合金样品中铝的含量,进行了下列实验:
取一定量合金,加入100mL0.3mol•L-1稀硫酸,合金完全溶解,产生的气体在标准状况下体积为560mL;再加入0.2mol•L-1NaOH溶液至沉淀质量恰好不再变化,用去350mLNaOH溶液。
则所取样品中铝的物质的量为()
A.0.005molB.0.01mol
C.0.025molD.0.03mol
解析:
根据提供数据,合金中加入硫酸时,硫酸有剩余,加入0.2mol•L-1NaOH溶液至沉淀质量恰好不再变化,得到的是Na2SO4、Na[Al(OH)4]的溶液,根据Na、S元素守恒,则n(NaOH)=2n(Na2SO4)+n(Na[Al(OH)4]),其中n(Na2SO4)=n(H2SO4)、则n(Na[Al(OH)4])=0.2mol/L×0.35L-0.3mol/L×0.1L×2=0.01mol,根据Al元素守恒,n(Al)=n(Na[Al(OH)4])=0.01mol。
答案:
B
16.(2012·江苏苏州)为了探究课堂铝热反应演示实验生成的熔融物(不含氧化物)的成分,进行如下实验:
①取一定量熔融物与一定量很稀的HNO3完全反应,反应过程无气体放出;
②向反应后溶液逐滴加入4mol/L的NaOH溶液,所加NaOH溶液体积与生成沉淀的物质的量的关系如图所示。
下列有关反应过程的叙述正确的是()
A.A、B两点相差0.002mol
B.D点沉淀为0.024mol
C.C点对应的体积为8mL
D.DE段沉淀物质的量不变的原因是被溶解沉淀物质的量与生成沉淀物质的量相等
解析:
铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。
反应①无气体说明HNO3被还原生成NH
,溶液中的离子有Al3+、Fe3+、H+、NH
。
通过图象可知各反应阶段为:
OC段,反应为H++OH-=H2O
DE段,反应为NH
+OH-=NH3·H2O(同时也可说明溶液中Al3+、Fe3+、H+结合OH-的能力比NH
强)
EF段,反应为Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O
由DE段可知n(NH
)=0.012mol,由EF段可知n(Al3+)=0.008mol,故A、B两点相差0.008mol,A错误;由于Fe+Al+HNO3→Fe3++Al3++NH
,通过得失电子守恒可知n(Fe3+)=(0.012mol×8-0.008mol×3)÷3=0.024mol,所以D点对应沉淀为n[Fe(OH)3]+n[Al(OH)3]=0.032mol,B错误。
在E点时,溶液中的盐全部为NaNO3,通过电荷守恒,可知原溶液中n(H+)=35×4×10-3mol-0.012mol-(0.024+0.008)×3mol=0.032mol,所以在OC段需要n(NaOH)=0.032mol,故C点对应的体积为8mL,正确。
通过上面的分析可知D项错误。
答案:
C
19.(密码改编)某化学兴趣小组欲研究一种镁铝合金,以下是部分实验。
请完成填空。
[实验一]从镁铝合金片上剪下一小块,先称重,然后投到盛有10mL10mol·L-1NaOH溶液(足量)的锥形瓶里。
(1)从反应开始至反应结束,依次可观察到的现象有:
①切口断面处先产生气泡,反应由慢到快;②小块合金在溶液中上下翻腾;③溶液升温;④反应后,溶液中残留黑色固体。
(2)开始时产生气泡速率慢,其主要原因(除温度、电化学因素外)是。
(3)欲利用此反应测定合金中铝的含量,请仿照方法①写出另一种不同方法所需数据。
方法
需测定的数据
①
产生的H2的体积
②
[实验二]向实验一的锥形瓶里滴加1mol·L-1HCl,使镁、铝两种元素恰好只以氯化物的形式存在。
[实验三]请设计合理实验检验实验二所得溶液中的Mg2+、Al3+。
限选实验用品与试剂:
烧杯、试管、滴管、1mol·L-1NaOH溶液、1mol·L-1HCl溶液、蒸馏水。
根据你设计的实验方案,叙述实验操作、预期现象和结论。
(可填满、可不填满)
实验操作
预期现象和结论
步骤1:
步骤2:
[实验四]粉末状试样A是由MgO和Fe2O3组成的混合物。
取适量A进行铝热反应,产物中有单质B生成。
产物中的单质B是(填化学式)。
解析:
(2)由现象①切口断面处先产生气泡,可推知金属表面有氧化膜;(3)从剩余物(Mg)、其他生成物NaAlO2、反应物(Al、NaOH)的量进行考虑;[实验四]中Mg的活动性大于Al的,且镁结合氧气的能力更强,所以Al只能置换出Fe。
答案:
[实验一]
(2)合金表面有氧化膜(3)“残留固体镁得质量”或“反应消耗或剩余的NaOH的量”或“生成的NaAlO2的量:
[实验三]
实验操作
预期现象和结论
步骤1:
取少量实验二所得溶液于试管A中,向试管A中滴加过量1mol·L-1NaOH溶液,充分振荡,静置
有白色沉淀产生,说明溶液中含Mg2+
步骤2:
用滴管将试管A中上层清液转移至试管B,向试管B中逐滴滴加1mol·L-1HCl至过量,边滴边振荡
有白色沉淀产生然后沉淀又溶解,说明溶液中含Al3+
[实验四]Fe
22.(2012·江苏镇江)一块纯铝片投入到340mL1mol/L盐酸中,完全反应后无残渣,再往生成的溶液中加入1mol/LNaOH溶液,发现随着NaOH溶液的加入,产生的沉淀先逐渐增多,后逐渐溶解,当加入到440mL时恰好变为澄清溶液,求:
(1)原340mL盐酸是否过量?
(填“是”或“否”)。
(2)纯铝片的质量是g。
(3)绘出生成沉淀的质量m(g)随加入的NaOH溶液体积V(mL)变化的曲线图:
解析:
假设铝片与盐酸恰好反应,那么氯化铝的物质的量为0.34/3mol,与氢氧化钠反应沉淀完全溶解,则需要氢氧化钠的量是0.34/3mol×4>0.44mol,所以假设不成立,盐酸是过量的。
因此加入氢氧化钠,氢氧化钠首先要中和溶液中过量的盐酸,设铝的物质的量是amol,那么有:
(0.34×1-3a)+4a=0.44×1,所以a=0.1,所以铝的质量是2.7g;由上面的等式也可以看出,过量的酸是40mL,所以可以狠容易的绘出生成沉淀的质量与加入的NaOH溶液体积变化的曲线图。
答案:
B
4+
12.某CuSO4、Fe2(SO4)3、H2SO4的混合溶液100mL,已知溶液中阳离子的浓度相同(不考虑水解),且SO的物质的量浓度为6mol/L,则此溶液最多可溶解铁粉的质量为()
A.5.6gB.11.2gC.22.4gD.33.6g
解析:
设阳离子浓度为x,则根据电荷守恒:
2x+3x+x=2×6mol/L,求得x=2mol/L,其中能与Fe反应的物质为H+、Cu2+、Fe3+,2Fe3++Fe=3Fe2+、2H++Fe=Fe2++H2↑,Cu2++Fe=Fe2++Cu,所以溶解Fe的物质的量=
+2mol/L×0.1L+
=0.4mol,m(Fe)=0.4mol×56g/mol=22.4g。
答案:
C
13.(2012·河南许昌)有铁、氧化铁、氧化铜的混合物3.64g,加入2mol/LHCl50mL时,混合物恰好完全溶解,生成氢气的体积在标况下为0.224L。
若将等质量的该混合物在CO中加热并充分反应,冷却后固体的质量为()
A.0.4gB.1.52gC.3.4gD.3g
15.D解析:
本题考查根据化学方程式计算和化学计量。
反应放出氢气,由此可以判断,反应的方程式为CuO+2HCl=CuCl2+H2O,Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O,Fe+2HCl=FeCl2。
生成氢气消耗的量为:
n(HCl)=2n(H2)=2×.224L/22.4L·mol-1=0.01mol,剩余HCl与氧化物反应生成水,故氧化物中含氧为:
n(O)=(2mol/L×0.05L-0.02mol)/2=0.04mol,固体化合物中含O的质量为:
0.04mol×16g/mol=0.64g,根据质量守恒,用CO还原后,得到的金属的质量为:
3.64g-0.64g=3g,D选项正确。
14.(2012·福建龙海)将1.12g铁粉加入25mL2mol/L的氯化铁溶液中,充分反应后,其结果是()
A
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