高一化学鲁科版必修1教学案第4章 第2节铝 第2课时 铝的化合物含答案.docx
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高一化学鲁科版必修1教学案第4章第2节铝第2课时铝的化合物含答案
2019-2020年高一化学(鲁科版)必修1教学案:
第4章第2节铝第2课时铝的化合物(含答案)
细读教材记主干
1.氧化铝(Al2O3)——两性氧化物
(1)物理性质:
是不溶于水的白色固体。
(2)化学性质:
①与强酸溶液反应(离子方程式下同):
Al2O3+6H+===2Al3++3H2O。
②与强碱溶液反应:
Al2O3+2OH-+3H2O===2[Al(OH)4]-。
两性氧化物:
既能与酸反应,又能与碱反应的氧化物。
2.氢氧化铝[Al(OH)3]——两性氢氧化物
(1)物理性质:
氢氧化铝是不溶于水的白色胶状固体,有较强的吸附性。
(2)化学性质:
①与强酸溶液反应:
Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O。
②与强碱溶液反应:
Al(OH)3+OH-===[Al(OH)4]-。
两性氢氧化物,既能与酸反应,又能与碱反应的氢氧化物。
③受热分解:
2Al(OH)3Al2O3+3H2O。
(3)制备:
可以通过铝盐溶液与碱反应制得,如AlCl3溶液与氨水反应的离子方程式为Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH。
(4)用途:
Al(OH)3能够凝聚水中的悬浮物,又能吸附色素,可用于水的净化。
[重点剖析]
铝及其化合物之间的转化关系如图所示:
1.Al3+―→Al(OH)3
(1)可溶性铝盐与少量NaOH溶液反应:
Al3++3OH-(少量)===Al(OH)3↓
(2)可溶性铝盐与氨水反应:
Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
2.Al(OH)3―→Al3+
Al(OH)3溶于强酸溶液:
Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O
3.Al3+―→[Al(OH)4]-
可溶性铝盐与过量强碱反应:
Al3++4OH-(过量)===[Al(OH)4]-
4.[Al(OH)4]-―→Al3+
四羟基合铝酸盐与足量盐酸反应:
[Al(OH)4]-+4H+===Al3++4H2O
5.[Al(OH)4]-―→Al(OH)3
(1)四羟基合铝酸盐溶液中加入少量盐酸:
[Al(OH)4]-+H+(少量)===Al(OH)3↓+H2O
(2)四羟基合铝酸盐溶液中通入CO2:
2[Al(OH)4]-+CO2(少量)===2Al(OH)3↓+CO+H2O
[Al(OH)4]-+CO2(过量)===Al(OH)3↓+HCO
6.Al(OH)3―→[Al(OH)4]-
Al(OH)3溶于强碱溶液:
Al(OH)3+OH-===[Al(OH)4]-
7.Al2O3―→Al3+
Al2O3与强酸反应:
Al2O3+6H+===2Al3++3H2O
8.Al2O3―→[Al(OH)4]-
Al2O3与强碱反应:
Al2O3+2OH-+3H2O===2[Al(OH)4]-
9.Al2O3―→Al
电解熔融氧化铝:
2Al2O34Al+3O2↑
10.Al―→Al2O3
Al与O2反应:
4Al+3O22Al2O3
[特别提醒]
(1)铝、氧化铝分别与氢氧化钠溶液反应时都生成四羟基合铝酸钠,不能生成氢氧化铝。
(2)可溶性铝盐与氨水反应时,产物与氨水的用量无关,无论氨水少量或过量,都生成氢氧化铝和氯化铵。
(3)氧化铝不能溶于水,不能用氧化铝与水化合生成氢氧化铝。
[典例印证]
[例题1] A、B、C、D、E五种化合物,均含有某种常见金属元素,A中又含有钾元素,它们的转化关系如图所示,其中A为澄清溶液,C为难溶的具有两性的白色固体,E则易溶于水。
(1)写出化学式:
A________________,C________________,
D________________,E________________。
(2)写出下列反应的离子方程式。
A→B________;
F→E___________________。
(3)写出下列化学方程式:
F→C__________________________;
B→E_____________________________。
[解析] 本题的“题眼”是“C为难溶的具有两性的白色固体”,并且C是由B经加热得到的,可推测C为Al2O3,则B为Al(OH)3,进而得E为Na[Al(OH)4]。
D为AlCl3,则A为K[Al(OH)4],F与Fe2O3高温得到C,此反应为铝热反应,F为Al。
[答案]
(1)K[Al(OH)4] Al2O3 AlCl3
Na[Al(OH)4]
(2)[Al(OH)4]-+CO2===Al(OH)3↓+HCO
2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑
(3)2Al+Fe2O32Fe+Al2O3
Al(OH)3+NaOH===Na[Al(OH)4]
(1)两性白色固体为Al2O3或Al(OH)3。
(2)五种物质都是化合物,且都含铝元素。
A中又含钾元素,则A必是K[Al(OH)4]。
1.
(1)向AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量有什么现象?
写出相关化学方程式。
________________。
(2)将AlCl3与过量的NaOH溶液混合:
①化学方程式为_____________。
②离子方程式为_________________。
答案:
(1)先生成白色沉淀,随着NaOH溶液的滴入,沉淀逐渐增多,然后逐渐减少,最后消失。
反应的化学方程式为AlCl3+3NaOH===Al(OH)3↓+3NaCl,
Al(OH)3+NaOH===Na[Al(OH)4]
(2)①AlCl3+4NaOH===Na[Al(OH)4]+3NaCl
②Al3++4OH-===[Al(OH)4]-
[重点剖析]
1.可溶性铝盐与碱反应
操作
现象
离子方程式
图像
立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失
Al3++3OH-===
Al(OH)3↓
Al(OH)3+OH-===
[Al(OH)4]-
无明显现象→生成白色沉淀
Al3++4OH-===[Al(OH4)]-
Al3++3[Al(OH)4]-
===4Al(OH)3↓
生成白色沉淀
Al3++3NH3·H2O===
Al(OH)3↓+3NH
2.四羟基合铝酸盐与酸反应
操作
现象
离子方程式
图像
立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失
Al3++3OH-===
Al(OH)3↓
Al(OH)3+OH-===
[Al(OH)4]-
无明显现象→生成白色沉淀
Al3++4OH-===
[Al(OH4)]-
Al3++3[Al(OH)4]-===
4Al(OH)3↓
生成白色沉淀
Al3++3NH3·H2O===
Al(OH)3↓+3NH
[特别提醒]
(1)NaOH溶液和AlCl3溶液滴加顺序不同,则现象不同,可以用互滴的方法鉴别这两种溶液,同理,稀盐酸和Na[Al(OH)4]溶液也可这样鉴别。
(2)向铝盐中滴强碱溶液,若已知生成的Al(OH)3沉淀的量,只要沉淀量不为最大值和零,消耗OH-的量有两种可能。
①若OH-不足,消耗n(OH-)=n[Al(OH)3]。
②若OH-足量,消耗OH-共有两步
将Al3+全部转化为Al(OH)3沉淀:
Al3+~3OH-~Al(OH)3(最大值),
再反应掉部分Al(OH)3:
Al(OH)3(反应)~OH-~[Al(OH)4]-。
[典例印证]
[例题2] 向20mLAlCl3溶液中滴入2mol·L-1NaOH溶液时,沉淀质量与所滴加NaOH溶液体积(mL)关系如图所示:
(1)图中A点表示的意义是______________。
(2)图中B点表示的意义是_____________。
(3)上述两步用总的离子方程式可表示为______________。
(4)假设溶液中有0.39gAl(OH)3沉淀,则此时用去NaOH溶液体积为________。
[解析] 把NaOH溶液滴入AlCl3溶液中,先产生Al(OH)3沉淀,其质量最大值为A点,然后全部消失溶解(B点)。
其总反应的离子方程式为Al3++4OH-===[Al(OH)4]-。
当有0.39gAl(OH)3沉淀生成时有两种情况,①AlCl3过量,加入的NaOH使Al3+部分产生沉淀,通过Al3++3OH-===Al(OH)3↓可计算出沉淀:
n(NaOH)=3n[Al(OH)3]=0.015mol,
V(NaOH)==0.0075L。
②NaOH过量,使生成的Al(OH)3部分溶解后剩余0.39g。
AlCl3+3NaOH===Al(OH)3↓+3NaCl
1mol 3mol 1mol
n(NaOH) 0.01mol
n(NaOH)=0.03mol,
Al(OH)3+NaOH===Na[Al(OH)4]
0.005 n1(NaOH)
n1(NaOH)=0.005mol,
共消耗NaOH0.035mol。
V(NaOH)==0.0175L。
[答案]
(1)沉淀质量最大值
(2)沉淀完全消失
(3)Al3++4OH-===[Al(OH)4]-
(4)7.5mL或17.5mL
解答Al(OH)3图像题的方法技巧
(1)结合有关物质的化学性质,抓住反应原理,结合图像特点,综合分析逐步计算求解,关键是抓住图像的四个特殊点(原点、交点、拐点、终点),数形结合,分析计算,求出答案。
(2)向AlCl3溶液中滴入NaOH溶液时,铝元素存在形式由Al3+Al(OH)3↓[Al(OH)4]-,所以只要沉淀不是零或最大值,所消耗NaOH的物质的量有两种可能性。
2.某溶液中可能含有大量的Mg2+、Al3+、H+、Cl-和少量OH-,向该溶液中逐滴加入0.5mol·L-1的NaOH溶液,生成沉淀的质量和加入NaOH溶液的体积之间的关系如图所示,则该溶液中( )
A.有Mg2+,没有Al3+
B.有Al3+,没有Mg2+
C.有大量的H+,Mg2+和Al3+
D.有Mg2+和Al3+
解析:
选D 向溶液中滴入NaOH溶液,开始就生成沉淀,则溶液中不可能有大量H+,随NaOH量的增多,沉淀增多且又部分溶解,则溶液中一定含有Mg2+和Al3+。
题组 铝的化合物
1.判断正误
(1)氢氧化铝可作为治疗某种胃病的内服药,这是利用了氢氧化铝的两性。
( )
(2)向氯化铝溶液中滴加氨水,先生成沉淀后沉淀消失。
( )
(3)氧化铝既可通过化合反应制得,亦可通过分解反应制得。
( )
(4)氧化铝能与氢氧化钠反应生成氢氧化铝。
( )
(5)氢氧化铝能与所有的碱溶液反应。
( )
答案:
(1)×
(2)× (3)√ (4)× (5)×
2.实验室欲制取Al(OH)3,应选择________试剂更好(填序号)。
离子方程式为________________。
①0.5mol·L-1AlCl3溶液 ②0.5mol·L-1NaOH溶液
③1.0mol·L-1稀HCl ④1.0mol·L-1氨水 ⑤金属铝
解析:
可溶性铝盐与碱反应可生成Al(OH)3,但由于Al(OH)3可溶于强碱溶液中,但不溶于弱碱,所以选择AlCl3溶液和稀氨水制Al(OH)3更好。
答案:
①④ Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
3.向铝、铜两种金属粉末的混合物中加入过量盐酸,充分反应后过滤,向滤液中加入过量烧碱溶液,溶液中存在的离子有( )
A.[Al(OH)4]- B.Cu2+
C.Al3+D.H+
解析:
选A 铝和铜与过量盐酸反应,滤液中含有Al3+、H+、Cl-等离子;向滤液中再加入过量烧碱,反应后溶液中含[Al(OH)4]-、Na+、Cl-和OH-等离子。
4.下列变化不可能通过一步反应直接完成的是( )
A.Al(OH)3→Al2O3B.Al2O3→Al(OH)3
C.Al→[Al(OH)4]-D.Al3+→Al(OH)3
解析:
选B 2Al(OH)3Al2O3+3H2O;2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑;Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH;Al2O3不能一步转化为Al(OH)3。
一、选择题
1.相同物质的量的下列物质,分别与足量NaOH溶液反应,消耗NaOH的物质的量最多的是( )
A.Al2O3 B.KAl(SO4)2
C.Al(OH)3D.Al
解析:
选B Al2O3+2NaOH+3H2O===2Na[Al(OH)4];
2KAl(SO4)2+8NaOH===K2SO4+2Na[Al(OH)4]+3Na2SO4;
Al(OH)3+NaOH===Na[Al(OH)4];
2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑。
比较可知等物质的量时,KAl(SO4)2消耗的NaOH最多。
2.有镁、铝混合粉末10.2g,将它们全部溶于500mL4mol·L-1的盐酸中,若要使沉淀的质量最大,则需加入2mol·L-1的NaOH溶液的体积是( )
A.1000mLB.500mL
C.100mLD.1500mL
解析:
选A 当Mg、Al全部以Mg(OH)2、Al(OH)3沉淀形式存在时,沉淀的质量最大,此时,钠元素全部以NaCl的形式存在,则由钠元素守恒及氯元素守恒得n(NaOH)=n(NaCl)=n(HCl)=0.5L×4mol·L-1=2mol。
V[NaOH(aq)]==1000mL。
3.下列物质加入到NaOH溶液中,不能得到澄清溶液的是( )
A.Al(OH)3B.Al2O3
C.H2SiO3D.MgCO3
解析:
选D Al(OH)3+NaOH===Na[Al(OH)4],Al2O3+2NaOH+3H2O===2Na[Al(OH)4],H2SiO3+2NaOH===Na2SiO3+2H2O,A、B、C三项不溶物都生成可溶物,只有MgCO3不与NaOH反应,故不能得到澄清溶液。
4.下列离子方程式正确的是( )
A.过量氨水和氯化铝溶液反应:
Al3++4NH3·H2O===[Al(OH)4]-+4NH
B.氧化铝与硫酸反应:
Al2O3+3H+===2Al3++3H2O
C.氢氧化铝与盐酸反应:
OH-+H+===H2O
D.铝与氢氧化钠溶液反应:
2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑
解析:
选D A项,Al(OH)3不溶于氨水,应为:
Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH;B项,电荷不守恒,质量不守恒,应为:
Al2O3+6H+===2Al3++3H2O;C项,Al(OH)3不溶,应写分子式:
Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O。
5.[双选]下列有关铝元素的说法不正确的是( )
A.铝粉可与氧化铁粉末在高温条件下发生铝热反应
B.铝粉与稀硝酸反应不能产生氢气
C.实验室中通常将氢氧化钠溶液滴入氯化铝溶液制取氢氧化铝
D.向氯化铝溶液中不断滴入氨水的过程中会先生成白色沉淀,而后又变澄清
解析:
选C、D A项Al粉与Fe2O3粉末高温下反应生成Fe和Al2O3,正确。
B项,稀HNO3与金属反应不会产生H2,正确。
C项实验室常将氨水滴入AlCl3溶液中制取Al(OH)3,不正确。
D项,Al(OH)3不溶于氨水,不正确。
6.下列各物质既能与强酸反应,又能与强碱反应的是( )
①Al;②AlCl3;③Al(OH)3;④Al2O3;⑤NaHCO3;
⑥(NH4)2CO3
A.全部B.①②④⑤⑥
C.②④⑤⑥D.①③④⑤⑥
解析:
选D Al与酸反应生成铝盐和H2,与碱反应生成[Al(OH)4]-和H2;Al(OH)3和Al2O3显两性;NaHCO3是一个二元弱酸的酸式盐,它与强酸反应生成CO2,与强碱反应生成正盐;(NH4)2CO3中的NH与OH-反应生成NH3·H2O(或NH3),CO与H+反应生成CO2和H2O。
7.除去下列物质中的杂质(括号中为杂质)选用试剂正确的是( )
A.Fe2O3(Al2O3)用盐酸
B.Fe2O3(Al2O3)用氨水
C.Mg(Al)用纯碱溶液
D.MgCl2(AlCl3)用氢氧化钠溶液和盐酸
解析:
选D A项,Fe2O3、Al2O3均溶于盐酸;B项,Fe2O3、Al2O3均不溶于氨水;C项,Mg、Al不与纯碱溶液反应;D项,发生如下反应:
Al3++4OH-===[Al(OH)4]-,Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓,Mg(OH)2+2H+===Mg2++2H2O,即沉淀过滤后再加盐酸溶解可得MgCl2溶液。
8.铝土矿的主要成分为氧化铝、氧化铁和二氧化硅,工业上经过下列工艺可以冶炼金属铝:
下列说法中错误的是( )
A.①②中除加试剂外,还需要进行过滤操作
B.a、b中铝元素的化合价相同
C.③中需要通入过量的氨气
D.④进行的操作是加热,而且d一定是氧化铝
解析:
选C 反应①后的体系中含有固体二氧化硅,需要过滤除去,反应②后的体系中有氢氧化铁沉淀,需要过滤除去;a、b中Al元素分别以AlCl3和Na[Al(OH)4]形式存在,其中铝的化合价都是+3;由Na[Al(OH)4]制备Al(OH)3需要通入过量CO2;由Al(OH)3制备Al2O3,加热即可。
9.有200mL氯化镁和氯化铝的混合溶液,其中c(Mg2+)为0.2mol·L-1,c(Cl-)为1.3mol·L-1。
要使Mg2+全部转化为沉淀分离出来,至少需加4mol·L-1NaOH溶液的体积为( )
A.40mL B.72mL
C.80mLD.128mL
解析:
选C 欲使Mg2+全部转化成沉淀并从溶液中分离出来,应向溶液中加入过量的NaOH溶液,使Mg2+、Al3+全部沉淀后,再使Al(OH)3恰好溶解。
设Al3+的物质的量浓度为x,根据电荷守恒:
3c(Al3+)+2c(Mg2+)=c(Cl-),即3x+2×0.2mol·L-1=1.3mol·L-1,x=0.3mol·L-1。
Mg2+恰好全部转化为沉淀分离出来,溶液中只含有NaCl和Na[Al(OH)4],其中Na+全部来自于NaOH溶液,而[Al(OH)4]-全部来自于氯化铝溶液,根据电荷守恒:
n(Na+)=n(Cl-)+n=1.3mol·L-1×0.2L+0.3mol·L-1×0.2L=0.32mol,所以V(NaOH)==0.08L=80mL。
10.将物质的量相等的Al2(SO4)3和(NH4)2SO4溶于水,形成VL混合溶液,向该混合溶液中逐滴加入某NaOH溶液(其物质的量浓度为混合溶液中两溶质的物质的量浓度之和),直至过量。
下列各图示中,能正确表示加入NaOH溶液的体积(x)与生成沉淀的物质的量(y)的关系图的是( )
解析:
选A 设Al2(SO4)3和(NH4)2SO4各1mol溶于水中,则c[(NH4)2SO4]=c[Al2(SO4)3]=mol·L-1,由题意可知:
c(NaOH)=mol·L-1
首先根据Al2(SO4)3+6NaOH===2Al(OH)3↓+3Na2SO4可知,当加入V(NaOH)=3VL时此过程中沉淀Al(OH)3逐渐增多并达最大值。
再根据(NH4)2SO4+2NaOH===Na2SO4+2NH3·H2O可知,再加入V(NaOH)=VL,此过程中无沉淀生成,沉淀量不变。
接着发生的反应是:
Al(OH)3+NaOH===Na[Al(OH)4],再加入V(NaOH)=VL,此过程中Al(OH)3逐渐减小至消失。
11.把x溶液(或气体)慢慢加入(或通入)一定量的y溶液中,产生的沉淀量与加入x的物质的量的关系如图所示,符合图中曲线的是( )
A.x为CO2,y为Ca(OH)2
B.x为NH3·H2O,y为AlCl3
C.x为NaOH,y为AlCl3
D.x为HCl,y为Na[Al(OH)4]
解析:
选C CO2通入Ca(OH)2溶液中可产生碳酸钙沉淀,继续通CO2沉淀溶解而生成Ca(HCO3)2溶液。
氨水加入AlCl3溶液产生沉淀,但过量不溶,离子方程式为Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH。
NaOH溶液滴加到AlCl3溶液中生成Al(OH)3沉淀,继续加入沉淀溶解,生成四羟基合铝酸盐。
AlCl3+3NaOH===Al(OH)3↓+NaCl
Al(OH)3+NaOH===Na[Al(OH)4]
盐酸加入到Na[Al(OH)4]溶液中,先生成Al(OH)3沉淀,继续加入沉淀溶解生成三价铝盐。
HCl+Na[Al(OH)4]===Al(OH)3↓+NaCl+H2O
Al(OH)3+3HCl===AlCl3+3H2O
观察方程式的化学计量数,从定量角度分析,只有C项符合题意。
12.将3.9g镁铝合金投入到500mL2mol·L-1的盐酸中,合金完全溶解,再加入4mol·L-1的NaOH溶液,若要生成的沉淀最多,则加入这种NaOH溶液的体积是( )
A.125mLB.200mL
C.250mLD.560mL
解析:
选C 当反应后溶液中只含NaCl时,沉淀最多,即n(HCl)=n(NaOH)时,沉淀最多。
0.5L×2mol·L-1=V[NaOH(aq)]×4mol·L-1,解得V[NaOH(aq)]=0.25L。
二、非选择题
13.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________。
解析:
(1)Al2O3溶于盐酸生成AlCl3和水,离子方程式为Al2O3+6H+===2Al3++3H2O。
(2)SiO2与NaOH溶液反应的离子方程式为SiO2+2OH-===SiO+H2O。
(3)Fe3+的检验可用KSCN溶液。
(4)由于通入的是过量CO2,因此滤液E和K中的主要成分都是NaHCO3,其用途广泛,工业上可用于制纯碱,也可用作食品添加剂等。
答案:
(1)Al2O3+6H+===2Al3++3H2O
(2)SiO2+2OH-===SiO+H2O
(3)硫氰酸钾
(4)NaHCO3 制纯碱(或做发酵粉等合理答案均可)
14.某化学兴趣小组用含A、B两种金属单质的粉末状混合物进行如下实验,其转化关系如图所示(部分反应物或生成物未列出),其中A、B两种金属单质常温下遇浓H2SO4表面均可形成一层致密的氧化物薄膜,E为白色沉淀,I为红褐色沉淀。
(1)写出下列物质的化学式:
F________,G________。
(2)分离混合物最简单的方法是_____________。
(3)D→E转化中,加入足量的X,试剂X可能是________。
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