高中化学人教版 (新课标)必修1第三章 金属及其化合物综合与测试学案

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铝及其化合物审稿：曹玉婷     责 编: 宋杰【学习目标】1、铝的性质；2、铝的重要化合物及其相互转化。 【要点梳理】要点一、铝1．铝的原子结构和物理性质：元素符号原子结构原子半径化合价颜色密度(g·cm-3)熔点℃沸点℃硬度13Al1.43×10-10m+3银白色2.70660.42467较软 2．化学性质　　Al-3e-=Al3+ 　　（1）与非金属反应：　　 a、铝与氧气的反应。【高清课堂：铝及其化合物】实验探究：加热有氧化膜和无氧化膜的铝箔实验步骤实验现象实验结论（1）用坩埚钳夹住一小块铝箔在酒精灯上加热至熔化，轻轻晃动，仔细观察铝箔熔化，失去光泽，熔化的铝并不滴落在常温下，铝能与空气中的氧气反应，生成一层致密的氧化物薄膜。加热时反应加剧，生成白色固体，放出大量的热，4Al+3O22Al2O3铝是一种活泼金属，构成薄膜的Al2O3的熔点（2050℃）高于Al的熔点（660℃）（2）另取一块铝箔，用砂纸仔细打磨（或在酸中处理后，用水洗净），除去表面的保护膜，再加热至完全熔化，观察现象 　　 b、与其它非金属反应：　　2Al+3S  Al2S3        2Al+3Cl2  2AlCl3　　（2）与酸反应：　　　　（3）与碱反应2Al+2H2O+2NaOH＝2NaAlO2+3H2↑    2Al+2H2O+2OH－＝2AlO2－+3H2↑要点诠释：①铝是一种较活泼的金属，它并不直接与碱反应，铝与氢氧化钠溶液的反应，实际分两步进行：首先要铝与水反应：2Al+6H2O＝2Al(OH)3↓+3H2↑……①由于生成的Al(OH)3覆盖在Al的表面，故看不到H2的生成；其次是生成的Al(OH)3是两性氢氧化物，它溶于NaOH：Al(OH)3+NaOH＝NaAlO2+2H2O……②所以铝与NaOH溶液反应可以看到有气体产生。将两反应式按①+②×2合并，即得总反应式：2Al+2H2O+2NaOH＝ 2NaAlO2+3H2↑。所以在上述反应中Al是还原剂，H2O是氧化剂。其电子转移情况可表示如下：    ②Al与酸、碱反应产生同量的H2，消耗Al的物质的量之比为1∶1，消耗盐酸和NaOH的物质的量之比为3∶1。③酸、碱、盐可直接侵蚀铝的保护膜（氧化铝也能与酸或碱反应）以及铝制品本身，因此铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性、碱性或咸的食物。　　④铝热反应：Al +MxOy  Al2O3+xM　　铝热反应的应用：冶炼高熔点金属，如Fe、V、Cr、Mn等或焊接钢轨。 3．用途：铝主要用来制轻合金。 要点二、铝的化合物1．氧化铝（Al2O3）　　(1)物理性质：白色难熔固体、不溶于水。　　(2)化学性质：Al2O3是典型的两性氧化物，既能与酸反应又能与强碱溶液反应。　　与强酸：Al2O3+6H+=2Al3++3H2O　　与强碱：Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O　　(3)用途：耐火材料、制取铝的原料。　　【高清课堂：铝及其化合物】　 2．氢氧化铝[Al(OH)3]　　(1)Al(OH)3的物理性质：Al(OH)3是不溶于水的白色胶状沉淀，是典型的两性氢氧化物，能凝聚水中的悬浮物，又有吸附色素的性能。(2)Al(OH)3的两性：　　当与强酸反应：Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O（加酸促使电离平衡向碱式电离方向移动）　　当与强碱溶液作用：Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O（加碱促使电离平衡向酸式电离方向移动）　　(3)Al(OH)3的制取：　　①铝盐与碱反应：用铝盐与可溶性弱碱氨水反应制Al(OH)3：　　Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+　　说明：制取Al(OH)3也可用铝盐与强碱作用，但应严格控制加入碱的量，因为强碱过量会使制得的Al(OH)3转化为偏铝酸盐：Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O。所以，实验室一般不采用这种方法制Al(OH)3。　　②偏铝酸盐与酸反应：一般用向偏铝酸盐溶液中通入CO2的方法制取Al(OH)3。　　当CO2不足或适量时：CO2+2AlO2-+3H2O=2Al(OH)3↓+CO32-，　　CO2过量时：CO2+AlO2-+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-。　　说明：一般不用强酸，因为强酸的量控制不当会使制得的Al(OH)3溶解：　　AlO2-+H++H2O=Al(OH)3↓   Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O　　(4)Al(OH)3的用途：净水。　　明矾净水原理——明矾（KAl(SO4)2·12H2O）溶于水发生下列反应：　　KAl(SO4)2=K++Al3++2SO42-　　Al3++3H2O = 2Al(OH)3（胶体）+3H+　　Al(OH)3胶体中胶粒有吸附水中悬浮杂质的作用，使其质量增大，沉降水底，达到净化水的目的。　　要点三、“铝三角”及其之间的相互转化        　　【高清课堂：铝及其化合物】    1．Al3+—→Al(OH)3（1）可溶性铝盐与少量的强碱反应：Al3++3OH－ (少量)＝Al(OH)3↓（2）可溶性铝盐与氨水反应：Al3++3NH3·H2O＝Al(OH)3↓+3NH4+2．Al(OH)3—→Al3+Al(OH)3+3H+＝Al3++3H2O3．Al3+—→AlO2－可溶性铝盐与过量的强碱反应：Al3++4OH－ (过量)＝AlO2－+2H2O4．AlO2－—→Al3+偏铝酸盐溶液与足量的强酸反应：AlO2－+4H+＝Al3++2H2O5．AlO2－—→Al(OH)3（1）偏铝酸钠溶液中加入少量强酸：AlO2－+H+ (少量)+H2O＝Al(OH)3↓（2）偏铝酸钠溶液中通入CO2：2AlO2－+CO2 (少量)+3H2O＝2Al(OH)3↓+CO32－AlO2－+CO2 (过量)+2H2O＝Al(OH)3↓+HCO3－6．Al(OH)3—→AlO2－Al(OH)3溶于强碱溶液：Al(OH)3+OH－＝AlO2－+2H2O要点诠释：（1）由Al3+制备Al(OH)3，宜用Al3+与氨水反应。一般不用强碱，因为过量的强碱会使Al(OH)3溶解转化为偏铝酸盐。（2）由AlO2－制备Al(OH)3，宜用CO2与AlO2－反应。一般不用强酸，因为过量的强酸会使Al(OH)3溶解转化为铝盐。 要点四、有关Al(OH)3沉淀的图像分析及有关计算1．相关图像（1） NH3·H2O滴入AlCl3溶液中 Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+ （2）CO2通入NaAlO2溶液中　　AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3- 　　2AlO2-+CO2+3H2O=2Al(OH)3↓+CO32-（3）NaOH滴入AlCl3溶液中　　Al3++3OH-=Al(OH)3↓　　Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O （4）AlCl3滴入NaOH溶液中　　Al3++4OH-=AlO2-+2H2O　　3AlO2-+Al3++6H2O=4Al(OH)3↓（5）HCl滴入NaAlO2溶液中 　　AlO2-+H++H2O=Al(OH)3↓　　Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O （6）NaAlO2溶液滴入HCl中 　　AlO2-+4H+=Al3++2H2O　　 Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓ 2．滴加过程中铝元素的存在形式分析（1）向1 L 1 mol/L的AlCl3溶液中滴加NaOH溶液            （2）向1 L 1 mol/L的NaAlO2溶液中滴加稀盐酸         【典型例题】类型一：铝与NaOH溶液的反应例题1  甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol/L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1∶2，则加入铝粉的质量为（    ）A．5.4 g    B．3.6 g    C．2.7 g    D．1.8 g【答案】A【解析】2Al+6HCl＝2AlCl3+3H2↑2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+3H2↑由反应方程式可知，若在等物质的量浓度的盐酸和NaOH溶液中分别加入足量铝，反应时产生H2的体积之比1∶3，现在产生H2的体积之比为1∶2，说明铝粉的量相对于盐酸来说是过量的，对于NaOH来说是不足量的，所以与盐酸反应的铝粉质量为2.7 g，与NaOH反应的铝粉质量为5.4 g。【总结升华】因为铝与NaOH溶液反应是一个较为特殊的反应，所以当铝与NaOH溶液在同一题目中出现时，往往要用到2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+3H2↑这一关系来解。举一反三：【变式1】取两份等质量的铝粉，分别与足量的盐酸、浓氢氧化钠溶液反应，在相同情况下产生的气体体积之比是（    ）A．1∶1    B．1∶2    C．1∶3    D．3∶2【答案】A 　　【变式2】把镁粉中混入的少量铝粉除去。应选用的试剂是（ ）　　A、稀盐酸 　　B、新制氯水　　 C、烧碱溶液　　 D、纯碱溶液 【答案】C【解析】盐酸跟镁、铝都能反应，故A错。氯水中存在Cl2，是强氧化性，金属都有还原性，镁铝都能和Cl2反应，同时，氯水中有Cl2和H2O反应生成的盐酸和次氯酸，这两种酸也都能和镁、铝反应，故B也不能选。烧碱是NaOH，铝可以跟NaOH溶液反应放出H2，而镁不反应而和铝分离，故C可选。纯碱溶液是碳酸钠溶液，镁、铝都不与之反应。 类型二：Al2O3、Al(OH)3的性质与制法例题2  既能与盐酸反应又能与氢氧化钠溶液反应的化合物是（    ）①Al  ②NaHCO3  ③Al2O3  ④Mg(OH)2  ⑤Al(OH)3A．①②③⑤    B．①④⑤    C．②③⑤    D．①③④【答案】C【解析】注意审题，题目要求是“化合物”，防止错选A。特别提示：两性物质是指既能与酸反应又能与碱反应生成盐和水的化合物。两性氧化物有Al2O3、ZnO等，两性氢氧化物有Al(OH)3、Zn(OH)2等。定义中的酸指非氧化性强酸溶液，碱指强碱溶液，其实质是与H+和OH―反应。弱酸的铵盐[如(NH4)2CO3、(NH4)2S等]、弱酸的酸式盐（如NaHCO3）均既能与强酸（H+）反应又能与强碱（OH―）反应，但它们不属于两性物质。举一反三：【变式1】氧化铝熔点很高，常用于制造耐火材料，例如制作坩埚，下列操作不能在氧化铝坩埚中进行的是（    ）A．加热使CuSO4·5H2O失水    B．加热使KMnO4分解C．加热熔化烧碱               D．加热分解碱式碳酸铜【答案】C  类型三：“铝三角”及其转化例题3  向50 mL 1 mol·L―1的Al2(SO4)3溶液中加入100 mL KOH溶液，充分反应后得到3.9 g沉淀，则KOH溶液的物质的量浓度可能是（    ）A．1 mol·L―1    B．3 mol·L―1    C．1.5 mol·L―1    D．3.5 mol·L―1【答案】C、D【解析】方法一：根据Al3+的物质的量与沉淀Al(OH)3的物质的量比较可推测KOH溶液的两种情况：（1）当加入KOH不足量时，，故。（2）当加入KOH过量时，n (KOH)=4n (Al3+)―n [Al(OH)3]=0.4 mol―0.05 mol=0.35 mol。故。方法二：用图像法求解，如图所示，用纵坐标表示生成的Al(OH)3的物质的量，横坐标表示KOH的物质的量。当生成沉淀0.05 mol时，需KOH的物质的量为0.15 mol或0.35 mol。        【总结升华】本题易漏选答案D，原因是未考虑到3.9 g沉淀可以是Al(OH)3被过量的KOH溶液溶解了一部分而剩余部分沉淀的情况。举一反三：【变式1】下列各组反应中能得到Al(OH)3的是（    ）A．Al2O3加到热水中B．向NaAlO2溶液中加入过量盐酸C．将Na投入到NaAlO2溶液中D．向AlCl3溶液中滴几滴NaOH溶液【答案】D 　　【变式2】等体积的AlCl3和NaOH溶液混合后，沉淀物中含铝的质量与溶液中含铝的质量相等，则AlCl3和NaOH两种溶液的物质的量浓度之比为（ ）　　A、1∶3 　　　B、2∶3 　　　C、1∶4 　　　D、2∶7 【答案】B、D【解析】AlCl3和NaOH溶液混和有沉淀物生成，可能有两种情况：①NaOH不足量，②NaOH部分过量。假设溶液中含有2mol的AlCl3，如果为第一种情况生成Al(OH)3沉淀的物质的量与未反应的AlCl3物质的量相等，所以耗NaOH 3mol。则答案为B。如果为第二种情况，则生成1mol的Al(OH)3，1mol的AlO2-，共消耗NaOH为7mol。所以答案为D。 类型四：与Al(OH)3、Al3+、AlO2―有关的图像　例题4  把x溶液（或气体）慢慢加入（或通入）到一定量的y溶液中，产生的沉淀量与加入x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NaAlO2 【答案】D　　【解析】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，方程式为：Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+　　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偏铝酸盐。　　AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓+3NaCl Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O　　盐酸加入到NaAlO2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+NaAlO2+H2O=Al(OH)3↓+NaCl Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O　　从观察方程式的系数，定量角度分析。 举一反三：【变式1】有一透明溶液，可能含有Al3+、Fe3+、K+、NH4+、Mg2+和Cu2+等离子中的一种或几种。现加入Na2O2粉末只有无色无味的气体放出，并同时析出白色沉淀。加入Na2O2的量与生成白色沉淀的量之间的关系用下图来表示。试推断：            （1）原溶液中一定含有________。（2）一定不含有________。（3）可能含有________。（4）为了进一步确定可能含有的离子，应增加的实验操作为________。【答案】（1）Al3+和Mg2+  （2）Fe3+、NH4+、Cu2+  （3）K+  （4）焰色反应【解析】向溶液里加入过氧化钠粉末，会发生Na2O2和H2O的反应，生成NaOH和O2。因题目中没有刺激性气味气体产生，说明原溶液中不含有Fe3+和NH4+。又因生成的沉淀是白色的，所以原溶液中不含有Fe3+和Cu2+。根据图中曲线的变化，表明随Na2O2的加入（即NaOH的形成），白色沉淀逐渐增多，后来又逐渐减少，最后保持不变，说明原溶液中一定含有Al3+和Mg2+。K+可能存在，可通过焰色反应来检验。规律总结：解答图像计算题，必须抓住有关化学原理和有关物质的性质，结合图像的特点，综合分析逐步计算求解，其关键是抓住图像四点（原点、交点、转折点、终点），数形结合，分析计算。