人教版 (新课标)必修1第二节 几种重要的金属化合物教学设计及反思

课时2　铝的重要化合物

目标与素养：1.掌握铝的重要化合物的性质及应用。(宏观辨识与变化观念)2.了解铝的化合物的重要转化关系及图像。(科学探究与模型认知)

一、氧化铝(Al2O3)

1．物理性质

2.化学性质

结论：Al2O3为两性氧化物，既能与酸反应又能与强碱反应生成盐和水。

3．用途

(1)冶炼金属铝的原料：2Al2O34Al＋3O2↑。

(2)良好的耐火材料。可制作氧化铝坩埚。

微点拨：金属氧化物可能是碱性氧化物(如Na2O)、酸性氧化物(如Mn2O7)也可能是两性氧化物(如Al2O3)，其他氧化物(如Na2O2)。

二、氢氧化铝[Al(OH)3]

氢氧化铝是白色难溶于水的两性氢氧化物。

1．实验室制备

(1)试剂：常用Al2(SO4)3溶液与氨水反应制取氢氧化铝。

(2)现象：生成白色胶状沉淀，加过量氨水，沉淀不溶解。

(3)化学方程式：Al2(SO4)3＋6NH3·H2O===2Al(OH)3↓＋3(NH4)2SO4。

(4)离子方程式：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。

2．化学性质

两性氢氧化物是指既能与酸反应又能与强碱反应生成盐和水的氢氧化物。

3．主要用途

(1)能凝聚水中的悬浮物并能吸附色素，可用来净化水。

(2)利用其弱碱性，可用作胃酸中和剂。

　为什么用氨水与硫酸铝反应制取Al(OH)3，而不用NaOH溶液呢？

提示：NaOH能溶解Al(OH)3生成NaAlO2。

三、硫酸铝钾[KAl(SO4)2]

1．水中电离方程式：KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO。

2．明矾

(1)化学式：KAl(SO4)2·12H2O。

(2)物理性质：无色晶体，可溶于水。

(3)用途：作净水剂，原因是其在水中生成Al(OH)3胶体，可以和悬浮于水中的泥沙形成絮状不溶物沉降下来。

(4)明矾溶液中加入少量Ba(OH)2溶液，生成的沉淀有Al(OH)3和BaSO4，加入过量Ba(OH)2溶液，生成的沉淀为BaSO4，溶液中的含铝的离子是AlO。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)Al2O3既是酸性氧化物又是碱性氧化物。 (　　)

(2)Al(OH)3与酸或强碱反应生成的盐均是铝盐。 (　　)

(3)向AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量，可实现Al3＋―→Al(OH)3―→AlO的转化。              (　　)

(4)明矾可以作净水剂的原因是在水中能生成Al(OH)3胶体。

  (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√

2．下列物质中既能与稀硫酸反应，又能与NaOH溶液反应的化合物是(　　)

①NaHCO3　②Al2O3　③Al(OH)3　④Al  ⑤(NH4)2CO3

A．③④　　　　　　　　 B．①②③⑤

C．①③④   D．全部

[答案]　B

3．回答下列问题：

(1)氢氧化铝可以治疗胃酸过多，利用了Al(OH)3的        性质。

(2)实验室常用Al2(SO4)3与氨水反应制备Al(OH)3，用离子方程式表示不选用NaOH溶液的理由：                                                      

                                                     。

(3)向明矾的溶液中逐滴滴入氢氧化钠溶液的离子方程式为                                                      

                                                     。

[答案]　(1)弱碱

(2)Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O

(3)Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，

Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O

1.转化关系图

2．转化说明

(1)铝盐(Al3＋)与碱的反应

①Al3＋Al(OH)3

Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH；

Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓。

③Al3＋AlO(③＝①＋②)

Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O。

(2)偏铝酸盐(AlO)与酸的反应

⑥AlOAl3＋(⑥＝④＋⑤)

AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O。

④AlOAl(OH)3

AlO＋CO2(过量)＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO[或2AlO＋CO2(少量)＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO]；

AlO＋H＋(少量)＋H2O===Al(OH)3↓。

(3)Al2O3、Al(OH)3的两性反应

⑤Al(OH)3Al3＋

Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。

②Al(OH)3AlO

Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。

⑧Al2O3Al3＋

Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O。

⑨Al2O3AlO

Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O。

微点拨：制取Al(OH)3可用Al3＋或AlO。Al3＋与弱碱(通常用氨水)反应，AlO与弱酸(通常通入CO2气体)反应；一般不用强碱或强酸制取，因为Al(OH)3可溶于强碱或强酸溶液。

1．由Al3＋→Al(OH)3→AlO→→Al3＋系列变化中，中应填写的是(　　)

A．Al(OH)3　　　　　 B．AlCl3

C．HCl   D．NaOH

A　[Al3＋→Al(OH)3→AlO→→Al3＋，前两步是加入了OH－，后两步是加入了H＋。]

2．铝土矿(主要成分为Al2O3，还有少量杂质)是提取铝的原料。提取铝的工艺流程如下：

(1)请用离子方程式表示以上工艺流程中第①步反应：

                                                    。

(2)写出以上工艺流程中第③步反应的离子方程式：

                                                    。

(3)若第①步加入的是盐酸，则与Al2O3发生反应的离子方程式为                                                     ，

然后在第③步中加入了氨水，则反应的离子方程式为                                                      

                                                    。

[解析]　铝土矿的主要成分是Al2O3，第①步发生的离子反应为Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O。原方案中为保证把偏铝酸钠溶液中的铝元素完全转化为氢氧化铝沉淀，通入了足量的二氧化碳气体，所以发生的离子反应为AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO。

若第①步加入的是盐酸，则发生反应的离子方程式为Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O。第③步若加入氨水，反应的离子方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。

[答案]　(1)Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O

(2)AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO

(3)Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O

Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH

1Al3＋能与碱反应生成氢氧化铝，故Al3＋存在于酸性环境，不能存在于碱性环境；能与酸发生反应生成氢氧化铝，故存在于碱性环境，不存在于酸性环境。

2向偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳气体时，若气体不足，生成的是氢氧化铝和碳酸钠；若气体过量，生成的是氢氧化铝和碳酸氢钠。

3Al与NaOH反应不能生成AlOH3，而是AlO\o\al(－,2)。

1.向含1 mol AlCl3的溶液中加入氨水至过量

(1)反应原理：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。

(2)数量关系：＝3时，生成沉淀的量恰好达到最大，且不再发生变化。

2．向含1 mol AlCl3的溶液中加入氢氧化钠溶液至过量

(1)反应原理(写离子方程式)：

0A段：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓。

AB段：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。

(2)数量关系：0A段消耗的NaOH与AB段消耗的NaOH的物质的量之比为3∶1。

3．向含1 mol NaAlO2的溶液中通入CO2至过量

(1)反应原理

0A段：2AlO＋3H2O＋CO2===2Al(OH)3↓＋CO。

AB段：CO＋H2O＋CO2===2HCO。

(2)数量关系：＝时，生成沉淀的量恰好达到最大，且不再发生变化。

4．向含1 mol NaAlO2的溶液中加入盐酸至过量

(1)反应原理：

0A段：AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓。

AB段：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。

(2)数量关系：0A段消耗的HCl与AB段消耗的HCl的物质的量之比为1∶3。

5．向含MgCl2、AlCl3各1 mol的混合溶液中加入氢氧化钠溶液至过量

(1)反应原理：

0A段：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，

Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓。

AB段：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。

(2)数量关系：AB段消耗的NaOH的物质的量即为混合液中Al3＋的物质的量。

微点拨：图像题解题技巧

找准图像中四个基本点——原点、拐点、极值点、终点，并正确分析出这四个基本点所对应数据的含义和所发生的化学反应以及元素存在的形式，再加以深入的研究。综合运用元素守恒法和终态分析法，就可以找到解题方法。

模型认知——铝元素的存在形式分析

　(1)向1 L 1 mol·L－1的AlCl3溶液中滴加NaOH溶液

(2)向1 L 1 mol·L－1的NaAlO2溶液中滴加稀盐酸

3．向用盐酸酸化过的AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液，图中能正确表示这个反应的是(　　)

D　[向AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液，先生成白色沉淀，再加入NaOH溶液，沉淀逐渐溶解，最后完全消失，生成1 mol Al(OH)3需3 mol NaOH，溶解1 mol Al(OH)3需1 mol NaOH，NaOH的用量应是3∶1，A、B错误；用盐酸酸化过的AlCl3溶液中含有酸，加入NaOH溶液先中和溶液中的酸，然后才生成Al(OH)3沉淀，故C也是错误的。]

4．将一定质量的Mg和Al混合物投入400 mL稀硫酸中，固体全部溶解并产生气体。待反应完全后，向所得溶液中加入NaOH溶液，生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液的体积关系如图所示。

计算：

(1)Mg和Al的总质量为         g。

(2)硫酸的物质的量浓度为        。

(3)生成H2的物质的量为        。

[解析]　由图像可知，从开始至加入NaOH溶液40 mL，没有沉淀生成，说明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后有剩余，此时发生的反应为H2SO4＋2NaOH===Na2SO4＋2H2O，当V(NaOH溶液)＝400 mL时，沉淀量最大，此时为Mg(OH)2和Al(OH)3，二者物质的量之和为0.7 mol，溶液中溶质为Na2SO4，根据钠元素守恒可知此时，n(Na2SO4)等于400 mL氢氧化钠溶液中含有的n(NaOH)的0.5倍。  从400 mL开始，NaOH溶解Al(OH)3，发生反应NaOH＋Al(OH)3===NaAlO2＋2H2O，当沉淀不再减少，此时全部为Mg(OH)2，物质的量为0.3 mol，所以沉淀量最大时，Mg(OH)2为0.3 mol，Al(OH)3为0.7 mol－0.3 mol＝0.4 mol，所以该阶段消耗n(NaOH)＝n[Al(OH)3]＝0.4 mol，氢氧化钠的浓度为＝5 mol·L－1。

(1)由元素守恒可知n(Al)＝n[Al(OH)3]＝0.4 mol，n(Mg)＝n[Mg(OH)2]＝0.3 mol，Mg和Al的总质量为0.4 mol×27 g·mol－1＋0.3 mol×24 g·mol－1＝18 g。

(2)沉淀量最大时，沉淀为Mg(OH)2和Al(OH)3，溶液中溶质为Na2SO4，根据钠元素守恒可知此时n(NaOH)＝2n(Na2SO4)＝0.4 L×5 mol·L－1＝2 mol，所以，n(Na2SO4)＝1 mol，所以硫酸的浓度为＝2.5 mol·L－1。

(3)由(1)中可知n(Al)＝0.4 mol，n(Mg)＝0.3 mol，根据电子转移守恒可知2n(H2)＝3n(Al)＋2n(Mg)＝3×0.4 mol＋2×0.3 mol＝1.8 mol，所以n(H2)＝0.9 mol。

[答案]　(1)18　(2)2.5 mol·L－1　(3)0.9 mol

1．下列说法正确的是(　　)

A．Al2O3难溶于水，不跟水反应，所以它不是Al(OH)3对应的氧化物

B．因为Al2O3是金属氧化物，所以Al2O3是碱性氧化物

C．Al2O3能跟所有的酸、碱溶液反应

D．MgO中的杂质Al2O3可以用NaOH溶液除去

D　[Al2O3虽难溶于水，但却是Al(OH)3对应的氧化物，可以根据Al2O3与Al(OH)3中Al的化合价相同判断；金属氧化物多数是碱性氧化物，但有些高价态的氧化物如Mn2O7却是酸性氧化物，Al2O3为两性氧化物；Al2O3与强碱溶液反应，与弱碱(如NH3·H2O)不反应。]

2．实验室需要使AlCl3溶液中的Al3＋全部沉淀出来，最适宜用的试剂是(　　)

A．NaOH溶液 B．Ba(OH)2溶液

C．盐酸   D．氨水

[答案]　D

3．把一定量的Ba(OH)2溶液滴入明矾[KAl(SO4)2·12H2O]溶液中，使SO全部转化成BaSO4沉淀，此时铝元素的主要存在形式是(　　)

A．Al3＋   B．Al(OH)3

C．AlO   D．Al3＋和Al(OH)3

C　[当SO全部转化成BaSO4时，Al3＋与OH－的物质的量之比为1∶4，二者反应生成AlO。]

4．向1.0 mol·L－1的甲溶液中逐滴加入1.0 mol·L－1的乙溶液至过量，产生氢氧化铝沉淀的质量与加入的乙溶液的体积关系如图所示。

符合图中关系的是下列各组溶液中的(　　)

A．甲为氯化铝，乙为氢氧化钠

B．甲为氢氧化钠，乙为氯化铝

C．甲为偏铝酸钠，乙为盐酸

D．甲为氯化铝，乙为氨水

[答案]　D

5．若用镁铝合金的废料、稀硫酸、稀盐酸、NaOH溶液制取MgCl2、Al2(SO4)3溶液，首先可将废料加入到        溶液中，发生反应的化学方程式是                                   。

经过滤，将难溶物加入到        中，可得到        溶液，反应的离子方程式是              ，然后向滤液中加入适量的        ，反应的离子方程式为            。

再过滤，将沉淀物加入到        中，可得到        溶液，反应的离子方程式是             。

[解析]　由于铝可与NaOH溶液反应，而镁不能，因此先用NaOH溶液把两者分开，然后分别用稀硫酸和稀盐酸制取MgCl2、Al2(SO4)3。可表示为：

[答案]　NaOH　2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑　稀盐酸　MgCl2　Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑　稀盐酸(或稀硫酸)　AlO＋H2O＋H＋===Al(OH)3↓　稀硫酸　Al2(SO4)3　Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O