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2020-2021学年化学苏教版必修1教师用书:专题3第1单元第2课时 铝的氧化物与氢氧化物从铝土矿中提取铝
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化学必修 第一册第二单元 物质的化学计量第2课时课时训练

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这是一份化学必修 第一册第二单元 物质的化学计量第2课时课时训练,共11页。试卷主要包含了地壳中铝的含量及存在形式,偏铝酸盐与稀盐酸互滴情况分析,8 g 8 ml·L-1,72 L,22,4 g 5等内容,欢迎下载使用。

第2课时 铝的氧化物与氢氧化物 从铝土矿中提取铝


目标与素养:1.地壳中铝的含量及存在形式。(宏观辨识与微观探析)2.从铝土矿中获得铝的方法。(宏观辨识与微观探析)3.两性氧化物、两性氢氧化物的概念,Al2O3、Al(OH)3的重要性质,铝及其重要化合物之间的转化关系。(宏观辨识与微观探析)4.明矾的组成及净水原理。(宏观辨识与微观探析)








一、氧化铝


1.物理性质:白色固体、难溶于水,熔点很高,硬度很大,纯净的Al2O3俗称刚玉。


2.化学性质


(1)两性氧化物:既可以与酸反应,又可以与碱反应,生成盐和水的氧化物。


(2)Al2O3体现两性氧化物性质的离子反应方程式





二、氢氧化铝


1.物理性质:难溶于水的白色固体,氢氧化铝胶体在水中能够凝聚悬浮物,常作净水剂。


2.化学性质


(1)属于两性氢氧化物。


(2)氢氧化铝的两性(写出下列反应的离子方程式)。





(3)氢氧化铝的不稳定性。


氢氧化铝加热分解的化学方程式:2Al(OH)3eq \(=====,\s\up8(△))Al2O3+3H2O。


微点拨


Al2O3、Al(OH)3不能与NH3·H2O等弱碱反应,也不能与H2CO3等很弱的酸反应。


3.Al(OH)3的一般实验室制备


(1)试剂:AlCl3溶液或Al2(SO4)3溶液和氨水。


(2)反应离子方程式Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NHeq \\al(+,4)。


4.明矾的净水作用


(1)复盐:由两种或两种以上阳离子和一种阴离子组成的盐,如明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O,常温下是一种晶体,复盐是纯净物。


(2)明矾的净水原理。





三、从铝土矿中提取铝


1.铝的存在


(1)含量:铝元素是地壳中含量最高的金属元素。


(2)存在:地壳中铝以化合态存在于铝土矿中,铝土矿的主要成分是Al2O3。


2.从铝土矿中提取铝的工艺流程及相关反应原理





微点拨


(1)Al2O3是一种高熔点的化合物,为了降低能耗,工业上常加入冰晶石(Na3AlF6),使Al2O3在1 000 ℃时熔融,以降低铝的冶炼成本。


(2)电解法制铝是采用高熔点的Al2O3,而不用熔点低很多的AlCl3,是因为AlCl3在熔融状态时不电离、不导电。


(3)酸化时用过量CO2,使NaAlO2完全转化为Al(OH)3沉淀,不能用强酸酸化,因为过量的强酸能使Al(OH)3溶解。





1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)


(1)铝在自然界中有游离态和化合态两种形式(×)


(2)除去铝片表面的氧化膜可以用砂纸打磨,也可以用盐酸或氢氧化钠溶液清洗(√)


(3)Al2O3和Al(OH)3可以和所有的酸或碱反应生成盐和水(×)


(4)强酸性溶液中铝元素以Al3+形式存在,强碱性溶液中铝元素以AlOeq \\al(-,2)形式存在(√)


2.下列变化不可能通过一步实验直接完成的是( )


A.Al(OH)3→Al2O3 B.Al2O3→Al(OH)3


C.Al→AlOeq \\al(-,2) D.Al3+→Al(OH)3


B [Al(OH)3加热分解可直接得Al2O3,Al与强碱溶液反应可得AlOeq \\al(-,2),Al3+遇碱可直接得Al(OH)3,Al2O3难溶于水,不能通过一步反应得Al(OH)3,应将Al2O3与酸或碱反应得Al3+或AlOeq \\al(-,2),再与碱或酸反应,才能得Al(OH)3。]


3.写出下列反应的离子方程式。


(1)Al2O3溶于NaOH溶液中_______________________________________


________________________________________________________________。


(2)Al(OH)3溶于NaOH溶液中______________________________________


________________________________________________________________。


(3)AlCl3溶液中加入足量氨水________________________________________


________________________________________________________________。


(4)NaAlO2溶液中通入过量CO2_____________________________________


________________________________________________________________。


[答案] (1)Al2O3+2OH-===2AlOeq \\al(-,2)+H2O


(2)Al(OH)3+OH-===AlOeq \\al(-,2)+2H2O


(3)Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NHeq \\al(+,4)


(4)AlOeq \\al(-,2)+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCOeq \\al(-,3)





1.“铝三角”及其转化关系





(1)Al3+与Al(OH)3的相互转化


①Al3+转化为Al(OH)3:


Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NHeq \\al(+,4);


Al3++3OH-(少量)===Al(OH)3↓。


②Al(OH)3转化为Al3+:


Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O。


(2)Al3+与AlOeq \\al(-,2)的相互转化


①Al3+转化为AlOeq \\al(-,2):


Al3++4OH-(过量)===AlOeq \\al(-,2)+2H2O。


②AlOeq \\al(-,2)转化为Al3+:


AlOeq \\al(-,2)+4H+(过量)===Al3++2H2O。


(3)AlOeq \\al(-,2)与Al(OH)3的相互转化


①AlOeq \\al(-,2)转化为Al(OH)3:


AlOeq \\al(-,2)+CO2(过量)+2H2O===Al(OH)3↓+HCOeq \\al(-,3);


2AlOeq \\al(-,2)+CO2(少量)+3H2O===2Al(OH)3↓+COeq \\al(2-,3)。


AlOeq \\al(-,2)+H+(少量)+H2O===Al(OH)3↓。


②Al(OH)3转化为AlOeq \\al(-,2):


Al(OH)3+OH-===AlOeq \\al(-,2)+2H2O。


2.“铝三角”转化关系的应用


(1)制取Al(OH)3


Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NHeq \\al(+,4);


AlOeq \\al(-,2)+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCOeq \\al(-,3)。


(2)检验与鉴别


①用过量的NaOH溶液检验Al3+的存在。


②用过量的NaOH溶液鉴别Al3+、Mg2+。


③采用互滴法鉴别Al3+与OH-,AlOeq \\al(-,2)与H+。


(3)分离与提纯


①利用Al能溶于强碱溶液,分离Al与其他金属的混合物(如Fe、Al混合物)。


②利用Al2O3能与强碱溶液反应,分离Al2O3与其他金属氧化物(如Fe2O3、Al2O3混合物)。


③利用Al(OH)3能与强碱溶液反应,分离Al3+与其他金属阳离子(如Al3+与Mg2+或Fe3+)。


A、B、C、D、E五种物质均含某种常见金属元素,它们的转化关系如图所示,B为白色难溶固体,E易溶于水。





(1)写出化学式:


A________,B________,C________,D________。


(2)写出下列反应的化学方程式:


B→C_________________________________________________;


B→D________________________________________________。


(3)写出下列反应的离子方程式:


A→D_______________________________________________;


C→D______________________________________________。


[解析] (1)从题图可知,A、B、C均能与盐酸、NaOH溶液反应,且均含同种金属元素,A受热能分解,B能电解,可知A、B、C分别为Al(OH)3、Al2O3、Al,D、E分别为AlCl3、NaAlO2。


(2)B→C的化学方程式为2Al2O3eq \(=====,\s\up8(通电),\s\d10(熔融))4Al+3O2↑,B→D的化学方程式为Al2O3+6HCl===2AlCl3+3H2O。


(3)A→D的离子方程式为Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O,C→D的离子方程式为2Al+6H+===2Al3++3H2↑。


[答案] (1)Al(OH)3 Al2O3 Al AlCl3


(2)2Al2O3eq \(=====,\s\up8(通电),\s\d10(熔融))4Al+3O2↑ Al2O3+6HCl===2AlCl3+3H2O (3)Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O 2Al+6H+===2Al3++3H2↑





1.有四种含有铝元素的化合物A、B、C、D,且能发生下列反应:①A+NaOH―→D+H2O,②Beq \(――→,\s\up8(加热))A+H2O,③C+NaOH(适量)―→B+NaCl,④在D溶液中滴入盐酸后有沉淀生成,盐酸过量沉淀又溶解生成C,则A、B、C、D的化学式分别是


A__________,B__________,C________,D________。


[解析] 含有铝元素的化合物加热能分解的只有Al(OH)3,根据②B加热,A+H2O推出B为Al(OH)3,A为Al2O3,由①A+NaOH―→D+H2O推出D为NaAlO2,由③C+NaOH(适量)―→B+NaCl推出C为AlCl3。


[答案] Al2O3 Al(OH)3 AlCl3 NaAlO2


1.可溶性铝盐与NaOH溶液互滴情况分析


2.偏铝酸盐与稀盐酸互滴情况分析


把NaOH、MgCl2、AlCl3三种固体组成的混合物溶于足量水后,产生1.16 g白色沉淀,再向所得浊液中逐滴加入1.00 ml·L-1盐酸,加入盐酸的体积与生成沉淀的关系如图所示。





(1)A点的沉淀物的化学式为________________,理由________________________。


(2)写出A点至B点发生反应的离子方程式______________


____________________________________________________。


(3)原混合物中MgCl2的质量是________ g,AlCl3的质量是________ g,NaOH的质量是________ g。


(4)C点盐酸的体积为________ mL。


[解析] (1)加入10.0 mL 盐酸后沉淀才增加,说明加入10.0 mL 盐酸正好把过量的NaOH中和掉,故A点的沉淀物只有Mg(OH)2。


(2)A―→B,AlOeq \\al(-,2)刚好生成Al(OH)3,反应为AlOeq \\al(-,2)+H++H2O===Al(OH)3↓。


(3)n(MgCl2)=n[Mg(OH)2]=eq \f(1.16 g,58 g·ml-1)=0.02 ml,


m(MgCl2)=0.02 ml×95 g·ml-1=1.90 g。


n(AlCl3)=n(AlOeq \\al(-,2))=n(HCl)10.0~30.0=1.00 ml·L-1×(30.0-10.0)×10-3 L=0.02 ml,


m(AlCl3)=0.02 ml×133.5 g·ml-1=2.67 g。


n(NaOH)=2n(MgCl2)+4n(AlCl3)+1.00 ml·L-1×0.03 L=0.13 ml,


m(NaOH)=0.13 ml×40.0 g·ml-1=5.20 g。


(4)从B―→C,加入的盐酸刚好把Mg(OH)2、Al(OH)3溶解掉,则n(HCl)=n(NaOH)=0.13 ml。V(盐酸)=eq \f(0.13 ml,1.00 ml·L-1)=0.13 L=130 mL。


[答案] (1)Mg(OH)2 因为加入10.0 mL 盐酸恰好中和过量NaOH,再加盐酸沉淀增多,说明AlOeq \\al(-,2)转化为Al(OH)3,故A点沉淀为Mg(OH)2


(2)AlOeq \\al(-,2)+H++H2O===Al(OH)3↓ (3)1.90 2.67 5.20 (4)130


方法技巧


(1)解答图像计算题,必须抓住有关化学反应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。其关键是抓住图像的四点(原点、交点、转折点、终点),数形结合,分析计算。


(2)在铝盐和强碱溶液及偏铝酸盐和强酸溶液反应的图像中,只要沉淀的量没有达到最大值,则产生的沉淀对应的碱或酸的量都有不足和过量两种情况,计算时要注意讨论。





2.将一定质量的镁铝合金投入100 mL一定浓度的盐酸中,合金完全溶解。向所得溶液中滴加浓度为5 ml·L-1的NaOH溶液,生成的沉淀跟加入的NaOH溶液的体积关系如图所示(横坐标体积单位是mL,纵坐标质量单位是g)。求:





(1)合金中Mg的质量为________。


(2)所用盐酸的物质的量浓度为________。


[解析] (1)m[Mg(OH)2]=11.6 g,n(Mg)=n[Mg(OH)2]=eq \f(11.6 g,58 g·ml-1)=0.2 ml,m(Mg)=0.2 ml×24 g·ml-1=4.8 g。


(2)当沉淀达最大值时,溶液中溶质为NaCl,此时n(HCl)=n(NaOH),0.100 L×c(HCl)=0.160 L×5 ml·L-1,c(HCl)=8 ml·L-1。


[答案] (1)4.8 g (2)8 ml·L-1





1.下列说法正确的是( )


A.金属氧化物都能与水反应生成碱


B.非金属氧化物都能与水反应生成酸


C.氧化铝既能与盐酸反应又能与氨水反应


D.氧化铝是冶炼金属铝的原料


D [多数金属氧化物和部分非金属氧化物不溶于水,例如CuO、SiO2等;Al2O3是两性氧化物,能与酸和强碱溶液反应;工业上用电解Al2O3的方法制备铝。]


2.下列关于Al(OH)3的性质叙述错误的是( )


A.Al(OH)3受热易分解生成Al2O3和H2O


B.Al(OH)3是难溶于水的白色胶状物质


C.Al(OH)3能凝聚水中的悬浮物,也能吸附色素


D.Al(OH)3既能溶于NaOH溶液、氨水,又能溶于盐酸


D [Al(OH)3是两性氢氧化物,能溶于酸,也能溶于NaOH、KOH等强碱,但Al(OH)3不能溶于氨水等弱碱。]


3.下列物质①Al、②NaHCO3、③Al2O3、④Mg(OH)2、⑤Al(OH)3中,既能与盐酸反应又能与氢氧化钠溶液反应的化合物是( )


A.①②③⑤B.①④⑤


C.②③⑤ D.①③④


C [Al既能与盐酸反应,又能与NaOH溶液反应,但不是化合物;Mg(OH)2只能与盐酸反应;NaHCO3、Al2O3、Al(OH)3三种物质既能与盐酸反应,又能与NaOH溶液反应。]


4.将一定质量的Al、Fe混合物加入足量的盐酸中,充分反应后得到标准状况下的氢气8.96 L;如果将等质量的该混合物加入足量的NaOH溶液中,充分反应后得到标准状况下的氢气6.72 L。


(1)写出与碱反应涉及的化学方程式:____________________


____________________________________________________。


(2)混合物中Al和Fe的质量分别为_______和_______。


[解析] (1)2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑。


(2)加入足量的NaOH溶液中,产生的氢气n(H2)=eq \f(V,Vm)=eq \f(6.72 L,22.4 L/ml)=0.3 ml


加入足量的盐酸中,产生的氢气n(H2)=eq \f(V,Vm)=eq \f(8.96 L,22.4 L/ml)=0.4 ml


根据电子转移可知


2 Al~3 H2


0.2 ml 0.3 ml


则m(Al)=0.2 ml×27 g/ml=5.4 g


则铁与盐酸反应生成0.4 ml-0.3 ml=0.1 ml


Fe+2HCl===FeCl2+H2↑


0.1 ml 0.1 ml


则m(Fe)=nM=0.1 ml×56 g/ml=5.6 g


[答案] (1)2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑ (2)5.4 g 5.6 g


5.某校化学兴趣小组用如图所示过程除去AlCl3中含有的Mg2+、K+杂质离子并尽可能减少AlCl3的损失。





请回答下列问题:


(1)写出混合物中加入足量氢氧化钠溶液时,溶液中发生反应的离子方程式:_________________________________。


(2)氢氧化钠溶液能否用氨水代替,为什么?______________


___________________________________________________。


(3)溶液a中存在的离子有________;在溶液a中加入盐酸时需控制盐酸的量,为什么?_________________________________


____________________________________________________。


为此,改进方法是_________________________________。


[解析] (1)加入足量氢氧化钠溶液,Mg2+可与OH-反应生成Mg(OH)2沉淀,Al3+先与OH-反应生成Al(OH)3,生成的Al(OH)3继续与OH-反应生成AlOeq \\al(-,2)和H2O。


(2)氢氧化钠溶液不能用氨水代替,因为在Al3+与氨水反应生成Al(OH)3后,Al(OH)3不能与氨水继续反应,从而不能将Al(OH)3与Mg(OH)2分开。


(3)加入氢氧化钠溶液后除去了Mg2+,但又引入了Na+,同时Al3+转化成了AlOeq \\al(-,2);因为氢氧化铝能与强酸反应,所以在加入盐酸沉淀AlOeq \\al(-,2)时,需要控制溶液的pH,以防止部分AlOeq \\al(-,2)转化成Al3+;氢氧化铝只能与强碱或强酸反应,因此,可在溶液a中通入过量二氧化碳气体,而Al(OH)3不会溶解。


[答案] (1)Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓,Al3++3OH-===Al(OH)3↓,Al(OH)3+OH-===AlOeq \\al(-,2)+2H2O


(2)不能,因为在Al3+与氨水反应生成Al(OH)3后,Al(OH)3不能与氨水继续反应,从而不能将Al(OH)3与Mg(OH)2分开


(3)Cl-、K+、AlOeq \\al(-,2)、OH-、Na+ 因为Al(OH)3能与强酸反应,所以在加入盐酸时,需要控制盐酸的量,以防止部分Al(OH)3转化成Al3+ 通入过量二氧化碳气体铝及其重要化合物的相互转化
有关Al(OH)3沉淀图像的分析
可溶性铝盐溶液中滴加NaOH溶液至过量
NaOH溶液中逐滴滴加可溶性铝盐溶液至过量
立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→沉淀消失
无沉淀(有即溶)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失
Al3++3OH-===Al(OH)3↓


Al(OH)3+OH-=== AlOeq \\al(-,2)+2H2O
4OH-+Al3+=== AlOeq \\al(-,2)+2H2O


3AlOeq \\al(-,2)+Al3++6H2O===4Al(OH)3↓
偏铝酸盐溶液中滴加稀盐酸至过量
稀盐酸中逐滴滴加偏铝酸盐溶液至过量
立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→沉淀消失
无沉淀(有即溶)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失
AlOeq \\al(-,2)+H++H2O=== Al(OH)3↓


Al(OH)3+3H+=== Al3++3H2O
AlOeq \\al(-,2)+4H+=== Al3++2H2O


Al3++3AlOeq \\al(-,2)+6H2O===4Al(OH)3↓

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