铝和铝的化合物

第二节 铝和铝的化合物

知识导图

一、铝的重要性质

1、物理性质

铝是银白色的轻金属，熔点低，硬度小，有良好的导电、导热性．

2、化学性质

与O 2反应：4Al+ 3O 2=2Al 2O 3

与非金属反应 与Cl 2反应：2Al+3Cl 2=2AlCl 3

与S 反应：2Al+3S= Al 2 S 3

Al 与酸反应：2Al+6HCl=2AlCl 3+3H 2↑

与碱液反应：2Al+2NaOH+2H 2O=2NaAlO 2+3H 2↑

铝热反应：2Al ＋Fe 2O 3 高温 Al 2O 3＋2Fe

10Al ＋3V 2O 5　

　高温 5Al 2O 3＋6V （1）铝HCl 、NaOH 溶液反应

2Al+6HCl=2AlCl 3+3H 2↑

2Al+2NaOH+2H 2O=2NaAlO 2+3H 2↑

（2）铝与酸、碱溶液反应时，铝与氢气的关系可以用：2Al ——3H 2进行计算。

①等量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为：V HCl (H 2)V NaOH (H 2)＝1︰1。 ②足量的铝与等物质的量的盐酸、氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为：

V HCl (H 2)V NaOH (H 2)

＝1︰3。 （3）当生成H 2相等时，消耗铝单质一定相等，消耗HCl 与NaOH 的物质的量之比为3∶1.

（4）一定量的铝分别和一定量的盐酸和NaOH 溶液反应，若产生H 2的体积比为1

3

，则必定是：Al 与HCl 反应时，Al 过量而HCl 不足；Al 与NaOH 溶液反应时，Al 不足而NaOH 溶液过量．

二、铝的氧化物（Al 2O 3）

1、化学性质

与酸反应：Al 2O 3+6HCl=2AlCl 3+3H 2O

与碱反应：Al 2O 3+2NaOH=2NaAlO 2+H 2O

2、用途：熔点很高，是一种很好的耐火材料（Al 2O 3，MgO ），红宝石，蓝宝石的主要成分是氧化铝。

三、铝的氢氧化物【Al(OH)3】

1、化学性质

与酸反应：Al(OH)3+3HCl=AlCl 3+3H 2O

与碱反应：Al(OH)3+NaOH=NaAlO 2+H 2O

受热分解：2Al(OH)3=====△

Al 2O 3＋3H 2O

2、制备

常用铝盐溶液与氨水反应制备，反应方程为：

Al 2 (SO 4) 3+6NH 3·H 2O=2Al(OH)3↓+3(NH 4)2SO 4

Al 3++3NH 3·H 2O=Al(OH)3↓+3NH 4+

注：1、“铝三角”

相关反应

Al(OH)3＋OH -=== AlO 2-＋2H 2O

Al(OH)3＋3H +=== Al 3+＋3H 2O

Al 3+＋3OH +=== Al(OH)3↓

Al 3+＋4OH -=== AlO 2-＋2H 2O

AlO 2-＋H +＋H 2O === Al(OH)3↓

AlO 2-＋4H +=== Al 3+＋2H 2O

Al 3+＋3AlO 2-＋6H 2O === 4Al(OH)3↓

2、应用

（1）制备Al(OH)3

Al 3++3NH 3·H 2O=Al(OH)3↓+3NH 4+

AlO 2-+2CO 2+H 2O= Al(OH)3↓+ HCO 3-（CO 2过量）

（2）离子共存

Al 3+与OH -、及弱酸阴离子AlO 2-、CO 32-、S 2-等因生成沉淀或发生强烈双水解而不能大量共存；AlO 2-与H +、HCO 3-，以及弱碱阳离子Al 3+、Fe 3+等不能大量共存。

（3）鉴别（利用滴加顺序不同，现象不同）

①AlCl3溶液中滴加NaOH溶液现象为：先产生白色沉淀，后沉淀溶解。

②NaOH溶液中滴加AlCl3溶液现象为：开始无明显现象，后产生白色沉淀，沉淀不溶解。（4）既能和酸反应，又能和碱反应的物质有：

①金属单质Al等；②两性氧化物Al2O3、ZnO等；③两性氢氧化物Al(OH)3等；④弱酸的铵盐(NH4)2CO3、CH3COONH4等；⑤弱酸酸式盐，如NaHCO3、NaHS、NaHSO3等；⑥某些蛋白质与氨基酸。

（5）制备Al(OH)3的三种方案

①2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑

AlCl3＋3NaOH=== Al(OH)3↓+3NaCl

②2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑

NaAlO2＋HCl＋H2O=== Al(OH)3↓+ NaCl

③2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑

2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑

Al3+＋3AlO2-＋6H2O=== 4Al(OH)3↓

3、有关Al(OH)3的计算及图像分析

（1）把铝盐(Al3+)溶液逐滴加入到强碱溶液中至过量

①现象：先无明显现象，然后逐渐产生大量的白色沉淀。

②有关反应：

A→B：Al3+＋4OH-= AlO2-＋2H2O

B→C：Al3+＋3 AlO2-＋6H2O===4Al(OH)3↓

③图像(右图)

（2）在AlO－2溶液中逐滴加入强酸至过量

①现象：先生成白色沉淀，随后沉淀逐渐溶解。

②有关反应：

A→B：AlO2-＋H+＋H2O===Al(OH)3↓

B→D：Al(OH)3＋3H+===Al3+＋3H2O

③图像(右图)

（3）在强酸溶液中逐滴加入AlO2-溶液至过量

①现象：先无明显现象，反应一段时间后逐渐产生白色沉淀。

②有关反应：

A→B：4H+＋AlO2-===Al3+＋2H2O

B→C：Al3+＋3 AlO2-＋6H2O===4Al(OH)3↓

③图像(右图)

（4）明矾溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液至过量

①现象：先有白色沉淀生成，然后部分沉淀溶解。

②有关反应：

O→A：2KAl(SO4)2＋3Ba(OH)2===2Al(OH)3↓＋3BaSO4↓＋

K2SO4A→B：2Al(OH)3+K2SO4+Ba(OH)2===BaSO4↓+2KAlO2+4H2O

③图像(右图)

（5）向Mg2+与Al3+的酸性溶液中逐滴加入强碱溶液

①现象：无明显现象→出现沉淀→渐多→最多→减少→不变

②反应

O→A：H+＋OH-===H2O

A→B：Al3+＋3OH-===Al(OH)3↓

Mg2+＋2OH-===Mg(OH)2↓

B→C：Al(OH)3＋OH-=== AlO2-＋2H2O

③图像(右图)

四、明矾及其净水原理

明矾：KAl (SO4)2,其净水的原理用离子方程式表示为：

Al3++3H2O=Al(OH)3（胶体）+3H+

再如FeCl3也具有净水能力。

例：

1、向一定量的Mg2+、N、Al3+混合溶液中加入Na2O2的量与生成沉淀和气体的量(纵坐标)的关系如图所示,则溶液中三种离子的物质的量之比为(C)

A.1∶1∶2

B.2∶2∶1

C.1∶2∶2

D.9∶2∶4

解析:题中涉及的化学反应方程式有:

①2Na

O2+2H2O4NaOH+O2↑;②Mg2++2OH-Mg(OH)2↓;

③Al3++3OH-Al(OH)3↓;④Al(OH)3+OH-Al+2H2O;⑤N

+OH-NH3↑+H2O。沉淀曲线AB段发生反应④,据AB段得n[Al(OH)3]=0.2 mol。OA段发生反应②、③,据沉淀最大值0.3 mol,得n(Mg2+)=0.1 mol。当n(Na2O2)=0.5 mol时,n(O2)=0.25

mol,由于此时气体总量为0.45 mol,则n(N)=n(NH3)=0.2 mol,所以n(Mg2+)∶n(N)∶n(Al3+)=0.1∶0.2∶0.2=1∶2∶2。

2、如图表示有关物质(均由短周期元素形成)之间的转化关系,其中A为常见的金属单质,B为非金属单质(一般是黑色粉末),C是常见的无色无味液体,D是淡黄色的固体化合物。(反应条件图中已省略。)

(1)A、B、C、D代表的物质分别为、、、(填化学式);

(2)反应①中的C、D均过量,该反应的化学方程式是;

(3)反应②中,若B与F的物质的量之比为4∶3,G、H分别是、(填化学式);

(4)反应③中产物K的化学式为;

(5)反应④的离子方程式为。

解析:D是淡黄色的固体化合物为Na2O2,能与水和CO2反应。C是常见的无色无味液体是水,则G为CO2;再依据K能溶于水,说明K为Na2CO3,F为O2;题给信息黑色单质B与F(氧气)反应得到G(CO2),说明B为C(碳);依据F(O2)与E反应生成C(水)可知E为氢气,再根据金属A与碱性溶液反应产生氢气,可得到A为Al。因反应①中的H2O、Na2O2均过量,所以溶液甲是NaOH与NaAlO2的混合溶液。

答案:(1)Al C H2O Na2O2

(2)2H 2O+2Na2O24NaOH+O2↑,

2Al+2NaOH+2H 2O2NaAlO2+3H2↑

(3)CO2CO(4)Na2CO3

(5)CO 2+Al+OH-+H2O C+Al(OH)3↓

3、(2009·上海高考)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)关系如右图反应中镁和铝的()

A．物质的量之比为3∶2

B．质量之比为3∶2

C．摩尔质量之比为2∶3

D．反应速率之比为2∶3

由关系式：Mg～H2,2Al～3H2，可知产生等量H2时，消耗Mg、Al物质的量之比为3∶2，故A项正确．二者质量之比为4∶3，摩尔质量之比为8∶9，反应速率之比为3∶2.

4、A、D、F均是由短周期元素组成的单质,常温下C是液体。

请回答下列问题:

(1)B和E的化学式:B,E。

(2)A与C反应的离子方程式为。

(3)关于A的叙述中正确的是(填序号)。

①A有很强的还原性②A的焰色反应呈紫色③少量A可以保存在冷水里④A着火时应选用泡沫灭火剂

(4)将A、镁、铝各0.3 mol分别放入100 mL 1 mol/L的盐酸中,同温同压下产生的气体体积之比是(填序号)。

①1∶2∶3 ②6∶3∶2 ③3∶1∶1 ④1∶1∶1

解析:C为液体,且由D与F两种单质反应生成,则C为水,则单质D与F为氢气和氧气。单质A与水反应生成D,可以确定D为氢气,F为氧气;由此可确定A为金属Na,则B为Na2O2、E 是NaOH。钠与酸反应,当钠过量时,与酸反应结束后还会与水继续反应,而镁、铝与盐酸反应后,过量的金属不能与水反应。

答案:(1)Na2O2NaOH

(2)2Na+2H 2O 2Na ++2OH -+H 2↑ (3)① (4)③

5、(2011重庆模拟)将0.4mol 金属Al 全部转化为Al(OH)3,消耗a mol HCl 、b mol NaOH,则a+b 的最小值为( )

A.1.6

B.0.8

C.0.6

D.0.4

解析:

运用下列反应可使消耗的HCl 、NaOH 之和最少。①2Al+6HCl 2AlCl 3+3H 2↑,

②2Al+2NaOH+2H 2O 2NaAlO 2+3H 2↑,③Al 3++3Al +6H 2O 4Al(OH)3↓。运用Al 元素守恒知③中n(Al 3+)=0.1 mol,n(Al )=0.3 mol,由此知①中消耗盐酸中n(HCl)=0.3 mol,②中消耗的n(NaOH)=0.3 mol 。故选C 。

6.将一定质量的镁、铝合金投入100 mL 一定物质的量浓

度的HCl 溶液中，合金全部溶解，向所得溶液中滴加

5mol·L -1NaOH 溶液至过量，生成沉淀的质量与加入的

NaOH 溶液的体积的关系如图，求：

(1)原合金中Mg 、Al 的质量各是多少？

(2)HCl 溶液的物质的量浓度。

解析：(1)Mg ～ Mg(OH)2，Al ～ Al(OH)3

24 g/mol 58 g/mol 27 g/mol 78 g/mol

m (Mg) 11.6 g m (Al) 19.4 g －11.6 g

＝7.8 g

则m (Mg)＝4.8 g ，m (Al)＝2.7 g 。

(2)当V (NaOH)＝160 mL 时，此时Mg 2＋、Al 3＋全部以Mg(OH)2、Al(OH)3沉淀形式存在，H

＋和OH －反应生成H 2O ，溶液中仅存在Cl －和Na ＋，根据电荷守恒n (Cl －)＝n (Na ＋)＝0.16 L×5

mol·L －1＝0.8 mol ，则n (HCl)＝0.8 mol ，c (HCl)＝0.8 mol 0.1 L

＝8 mol·L －1。 答案：(1)m (Mg)＝4.8 g ，m (Al)＝2.7 g

(2)8 mol·L －1

6.将0.1mol 的镁、铝混合物溶于100 mL 2 mol·L-1的H 2SO 4

溶液中，然后再滴1mol·L-1的NaOH 溶液。请回答：

(1)若在滴加NaOH 溶液的过程中，沉淀质量m 随加入NaOH

溶 液的体积V 变化的关系如上图所示。当V 1＝160 mL 时，

则金属粉末中n (Mg)＝________ mol ，V 2＝______ mL 。

(2)若在滴加NaOH 溶液过程中，欲使Mg 2＋、Al 3＋

刚好沉淀完全，则滴入NaOH 溶液的体积V (NaOH)＝____mL 。

(3)若混合物仍为0.1 mol ，其中Mg 粉的物质的量分数为a ，用100 mL 2 mol·L -1 的H 2SO 4溶解此混合物后，再加入450 mL 1 mol·L －

1 的NaOH 溶液，所得沉淀中无Al(OH)3。满足此条件的a 的取值范围是_____________。

答案：(1)0.06;440

(2)400

(3)12

≤a ＜1