2024-2025學(xué)年高中化學(xué)專題3從礦物到基礎(chǔ)材料第一單元第2課時鋁的提取及鋁的化合物學(xué)案蘇教版必修1

PAGE15-第2課時鋁的提取及鋁的化合物一、從鋁土礦中提取鋁1．鋁的存在鋁元素是地殼中含量最多的金屬元素，占地殼總量的7.73%。地殼中鋁以化合態(tài)存在于鋁土礦中，鋁土礦的主要成分是Al2O3。2．鋁的提取工藝流程有關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程式：①堿溶：Al2O3＋2NaOH=2NaAlO2＋H2O。②酸化：NaAlO2＋CO2＋2H2O=NaHCO3＋Al(OH)3↓。③灼燒：2Al(OH)3eq\o(=,\s\up17(△))Al2O3＋3H2O。④電解：2Al2O3eq\o(=,\s\up17(通電))4Al＋3O2↑。二、氧化鋁1．物理性質(zhì)白色固體，難溶于水，熔點很高。2．化學(xué)性質(zhì)Al2O3是一種兩性氧化物。Al2O3與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為Al2O3＋6HCl=2AlCl3＋3H2O，離子方程式為Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O。Al2O3與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為Al2O3＋2NaOH=2NaAlO2＋H2O，離子方程式為Al2O3＋2OH－=2AlOeq\o\al(－,2)＋H2O。3．用途Al2O3是冶煉鋁的原料，也是一種比較好的耐火材料，可用來制造耐火坩堝、耐火管和耐高溫的試驗儀器等。三、氫氧化鋁1．物理性質(zhì)Al(OH)3是一種白色膠狀的固體，幾乎不溶于水，但能凝合水中的懸浮物，并能吸附色素。2．化學(xué)性質(zhì)(1)Al(OH)3既能跟強酸溶液起反應(yīng)，又能跟強堿溶液起反應(yīng)，是一種兩性氫氧化物。Al(OH)3與強酸、強堿反應(yīng)的離子方程式分別為Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2O，Al(OH)3＋OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O。(2)Al(OH)3的熱穩(wěn)定性：Al(OH)3加熱時易分解，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al(OH)3eq\o(=,\s\up17(△))Al2O3＋3H2O。3．制法試驗室可以用鋁鹽(如硫酸鋁)與氨水反應(yīng)制取Al(OH)3，化學(xué)方程式為Al2(SO4)3＋6NH3·H2O=2Al(OH)3↓＋3(NH4)2SO4。4．用途(1)利用其吸附性，能凝合水中的懸浮物，可用來凈水。(2)利用其堿性，可用做胃酸中和劑。四、硫酸鋁鉀[KAl(SO4)2]1．電離方程式為KAl(SO4)2=K＋＋Al3＋＋2SOeq\o\al(2－,4)。2．十二水合硫酸鋁鉀化學(xué)式為KAl(SO4)2·12H2O，俗名明礬，是一種無色晶體，易溶于水，可用做凈水劑，緣由是KAl(SO4)2可與水反應(yīng)生成Al(OH)3膠體，Al(OH)3可以和懸浮于水中的泥沙形成絮狀不溶物沉降下來，使水澄清。2．氫氧化鋁兩性的應(yīng)用由于氫氧化鋁溶于強酸、強堿，因此為使含鋁元素的鹽中鋁元素完全轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀，應(yīng)盡量避開運用強酸或強堿。通?？梢杂孟铝蟹磻?yīng)制取氫氧化鋁：Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)AlOeq\o\al(－,2)＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋HCOeq\o\al(－,3)3AlOeq\o\al(－,2)＋Al3＋＋6H2O=4Al(OH)3↓二、“鋁三角”及其各物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化1．Al3＋→Al(OH)3(1)可溶性鋁鹽與少量NaOH溶液反應(yīng)：Al3＋＋3OH－(少量)=Al(OH)3↓(2)可溶性鋁鹽與氨水反應(yīng)：Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)2．Al(OH)3→Al3＋Al(OH)3溶于強酸溶液：Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2O3．Al3＋→AlOeq\o\al(－,2)可溶性鋁鹽與過量的強堿反應(yīng)：Al3＋＋4OH－(過量)=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O4．AlOeq\o\al(－,2)→Al3＋偏鋁酸鹽溶液與足量的鹽酸反應(yīng)：AlOeq\o\al(－,2)＋4H＋=Al3＋＋2H2O5．AlOeq\o\al(－,2)→Al(OH)3(1)偏鋁酸鹽溶液中加少量鹽酸：AlOeq\o\al(－,2)＋H＋(少量)＋H2O=Al(OH)3↓(2)偏鋁酸鹽溶液中通入CO2：2AlOeq\o\al(－,2)＋CO2(少量)＋3H2O=2Al(OH)3↓＋COeq\o\al(2－,3)AlOeq\o\al(－,2)＋CO2(過量)＋2H2O=Al(OH)3↓＋HCOeq\o\al(－,3)6．Al(OH)3→AlOeq\o\al(－,2)Al(OH)3溶于強堿溶液：Al(OH)3＋OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O1．用氨水和NaOH溶液分別與可溶性鋁鹽反應(yīng)可以制備Al(OH)3，哪一種方法更好？提示：由于Al(OH)3能溶解在NaOH溶液中，加入NaOH溶液的量不易限制，若加入太多，則得不到Al(OH)3沉淀，若加入太少，則溶液中生成Al(OH)3的量也少。Al(OH)3不溶于氨水，反應(yīng)易限制，故用氨水更好。2．能用氨水除去AlCl3溶液中少量的MgCl2嗎？提示：MgCl2與氨水反應(yīng)生成的Mg(OH)2沉淀也不溶于氨水，所以用氨水不能除去AlCl3溶液中少量的MgCl2?！纠?】A、B、C、D、E五種化合物，均含有同種常見元素，它們的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示，其中A為澄清溶液，C犯難溶的白色固體，E易溶于水，若取A溶液灼燒，焰色反應(yīng)為淺紫色(透過藍色鈷玻璃)。請回答下列問題：(1)寫出化學(xué)式：A________，B________，C________，D________，E________。(2)寫出下列反應(yīng)的離子方程式：A→B：______________________________________；B→D：_______________________________________；C→E：________________________________________。【思路分析】解答此類題目，需駕馭“鋁三角”之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，能夠嫻熟書寫這些物質(zhì)間反應(yīng)的化學(xué)方程式，此外還應(yīng)留意以下兩點：(1)Al2O3、Al(OH)3具有兩性，它們可溶于強酸或強堿溶液，而不能溶于弱酸或弱堿溶液。(2)留意在不同條件下，鋁元素的存在形式：強酸性條件下，Al3＋可以大量存在；強堿性條件下，AlOeq\o\al(－,2)可以大量存在；而Al(OH)3只能存在于中性或弱酸或弱堿性條件下?！窘馕觥恳晕镔|(zhì)B作為突破口，B既能與NaOH溶液反應(yīng)，又能與鹽酸反應(yīng)，且能受熱分解生成固體，故B為Al(OH)3，C為Al2O3，則D為AlCl3，E為NaAlO2，A與過量CO2反應(yīng)生成B，且焰色反應(yīng)為淺紫色，A為KAlO2?！敬鸢浮?1)KAlO2Al(OH)3Al2O3AlCl3NaAlO2(2)AlOeq\o\al(－,2)＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋HCOeq\o\al(－,3)Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2OAl2O3＋2OH－=2AlOeq\o\al(－,2)＋H2O(雙選)用硫酸、NaOH溶液和金屬鋁為原料制取Al(OH)3，甲、乙、丙三位同學(xué)制備的途徑分別如下：甲：Aleq\o(→,\s\up17(H2SO4))Al2(SO4)3eq\o(→,\s\up17(NaOH))Al(OH)3乙：Aleq\o(→,\s\up17(NaOH))NaAlO2eq\o(→,\s\up17(H2SO4))Al(OH)3丙：eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(Al\o(→,\s\up17(H2SO4))Al2SO43,Al\o(→,\s\up17(NaOH))NaAlO2))Al(OH)3若要得到等量的Al(OH)3，則(BD)A．三者消耗原料相同 B．甲消耗的原料最多C．乙消耗原料最少 D．丙消耗原料最少解析：假設(shè)均制取1molAl(OH)3：甲中1molAl與1.5molH2SO4反應(yīng)得到0.5molAl2(SO4)3,0.5molAl2(SO4)3與3molNaOH反應(yīng)得到1molAl(OH)3；乙中1molAl與1molNaOH反應(yīng)得到1molNaAlO2,1molNaAlO2與0.5molH2SO4反應(yīng)得到1molAl(OH)3；丙中0.25molAl與0.375molH2SO4反應(yīng)得到0.125molAl2(SO4)3,0.75molAl與0.75molNaOH反應(yīng)得到0.75molNaAlO2，0.125molAl2(SO4)3和0.75molNaAlO2反應(yīng)可得到1molAl(OH)3。故甲消耗的原料最多，丙消耗的原料最少。a．當(dāng)n(OH－)/n(Al3＋)≤3時，OH－全部反應(yīng)，Al3＋剩余，反應(yīng)按①式進行，m[Al(OH)3]＝26n(OH－)。b．當(dāng)n(OH－)/n(Al3＋)≥4時，Al3＋全部反應(yīng)，OH－剩余，反應(yīng)按③式進行，m[Al(OH)3]＝0。c．當(dāng)3<n(OH－)/n(Al3＋)<4時，按反應(yīng)①和②式進行，m[Al(OH)3]＝[4n(Al3＋)－n(OH－)]×78。2．強酸與AlOeq\o\al(－,2)反應(yīng)的定量計算規(guī)律強酸不足量時：AlOeq\o\al(－,2)＋H＋＋H2O=Al(OH)3↓①強酸足量時：Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2O②綜合上述兩式可得：AlOeq\o\al(－,2)＋4H＋=Al3＋＋2H2O③結(jié)果如下：a．當(dāng)eq\f(nH＋,nAlO\o\al(－,2))≤1時，H＋全部反應(yīng)，AlOeq\o\al(－,2)剩余，反應(yīng)按①式進行，m[Al(OH)3]＝78n(H＋)。b．當(dāng)eq\f(nH＋,nAlO\o\al(－,2))≥4時，AlOeq\o\al(－,2)全部反應(yīng)，H＋剩余，反應(yīng)按③式進行，m[Al(OH)3]＝0。c．當(dāng)1<eq\f(nH＋,nAlO\o\al(－,2))<4時，反應(yīng)按①和②式進行，m[Al(OH)3]＝eq\f([4nAlO\o\al(－,2)－nH＋],3)×78?！纠?】(雙選)向50mL1mol·L－1的Al2(SO4)3溶液中加入100mLKOH溶液，充分反應(yīng)得到3.9g沉淀，則KOH溶液的物質(zhì)的量濃度可能是()A．1mol·L－1 B．3mol·L－1C．1.5mol·L－1 D．3.5mol·L－1【思路分析】解這類題時要先探討n(Al3＋)與n[Al(OH)3]的關(guān)系，若n(Al3＋)>n[Al(OH)3]，則會有兩種狀況?！窘馕觥渴紫葘懗鲇嘘P(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式，依據(jù)所給的數(shù)據(jù)找出已知量和未知量的關(guān)系。解法一：依據(jù)Al3＋的物質(zhì)的量與沉淀Al(OH)3的物質(zhì)的量可推想KOH的兩種狀況：①加入氫氧化鉀不足量時，n(KOH)＝3n[Al(OH)3]＝3×eq\f(3.9g,78g·mol－1)＝0.15mol，c(KOH)＝eq\f(0.15mol,0.1L)＝1.5mol·L－1。②當(dāng)KOH過量時，n(KOH)＝4n(Al3＋)－n[Al(OH)3]＝0.4mol－0.05mol＝0.35mol，c(KOH)＝eq\f(0.35mol,0.1L)＝3.5mol·L－1。解法二：用圖象法求解，如圖所示，當(dāng)生成沉淀0.05mol時，①需KOH0.15mol；②需KOH0.35mol。故選CD?！敬鸢浮緾D向含有amolAlCl3的溶液中加入含bmolKOH的溶液，生成沉淀的物質(zhì)的量可能是(B)①amol②bmol③eq\f(a,3)mol④eq\f(b,3)mol⑤0mol⑥(4a－bA．①②④⑤⑥ B．①③④⑤⑥C．①②③⑤⑥ D．①③⑤解析：amolAlCl3完全轉(zhuǎn)化為Al(OH)3時所需KOH的物質(zhì)的量為3amol，且沉淀的物質(zhì)的量最大值為amol。故①③⑤有可能出現(xiàn)。當(dāng)b<3a時，KOH不足，此時n[Al(OH)3]＝eq\f(1,3)n(KOH)＝eq\f(b,3)mol，故④可能，②不行能；當(dāng)3a<b<4a時：Al3＋＋3OH－=Al(OH)3↓amol3amolaAl(OH)3＋OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O(b－3a)mol(b－3剩余沉淀為：amol－(b－3a)mol＝(4a－2.偏鋁酸鹽與酸反應(yīng)的現(xiàn)象及圖象【例3】向20mL某濃度的AlCl3溶液中滴加2mol/L的NaOH溶液時，所得的沉淀質(zhì)量與加入NaOH溶液的體積之間的關(guān)系如下圖所示：(1)圖中A點表示的意義是_______________________。(2)最大沉淀量為________g。(3)B點表示的意義是___________________________________。(4)所用AlCl3溶液的物質(zhì)的量濃度是________。(5)當(dāng)所得沉淀量為0.39g時，用去NaOH溶液的體積是________mL或________mL?！舅悸贩治觥拷獯饒D象計算題，必需抓住圖象的四點，(原點、交點、轉(zhuǎn)折點、終點)，數(shù)形結(jié)合并運用物質(zhì)的性質(zhì)和化學(xué)原理，進行分析計算?！窘馕觥勘绢}是AlCl3與NaOH反應(yīng)與圖象相結(jié)合的問題，考查了大家對圖象的解讀實力，分析問題實力、計算實力等。本題解決的關(guān)鍵是明確NaOH溶液逐滴加入到AlCl3溶液中的反應(yīng)狀況：起先AlCl3與NaOH反應(yīng)生成Al(OH)3沉淀，NaOH的量漸漸增多，Al(OH)3的量漸漸增大，當(dāng)將AlCl3恰好完全沉淀時，Al(OH)3沉淀達到最大量，隨后再加NaOH，沉淀量又漸漸削減直至消逝。由于A→B消耗的氫氧化鈉為0.01mol，則n(AlCl3)＝0.01mol，A處生成Al(OH)30.78g，所用AlCl3的物質(zhì)的量濃度為0.5mol·L－1。(5)當(dāng)NaOH溶液不足時，生成0.39gAl(OH)3所需NaOH的物質(zhì)的量為0.015mol，當(dāng)NaOH溶液過量時，還剩余0.39gAl(OH)3共消耗NaOH0.035mol，NaOH溶液的體積分別為7.5mL和17.5mL?！敬鸢浮?1)AlCl3與NaOH恰好完全反應(yīng)，得到最大沉淀量(2)0.78(3)Al(OH)3與NaOH恰好完全反應(yīng)生成NaAlO2，沉淀完全溶解(4)0.5mol·L－1(5)7.517.5有一透亮溶液，可能含有Al3＋、Fe3＋、K＋、NHeq\o\al(＋,4)、Mg2＋和Cu2＋等離子中的一種或幾種?，F(xiàn)加入Na2O2粉末只有無色無味的氣體放出，并同時析出白色沉淀。加入Na2O2的量與生成白色沉淀的量之間的關(guān)系用下圖來表示。試推斷：(1)原溶液中肯定含有Al3＋和Mg2＋。(2)肯定不含有Fe3＋、NHeq\o\al(＋,4)、Cu2＋。(3)可能含有K＋。(4)為了進一步確定可能含有的離子，應(yīng)增加的試驗操作為焰色反應(yīng)。解析：向溶液里加入過氧化鈉粉末，會發(fā)生Na2O2和H2O的反應(yīng)，生成NaOH和O2。因題目中沒有刺激性氣味氣體產(chǎn)生，說明原溶液中不含有NHeq\o\al(＋,4)。又因生成的沉淀是白色的，所以原溶液中不含有Fe3＋和Cu2＋。依據(jù)圖中曲線的改變，表明隨Na2O2的加入(即NaOH的形成)，白色沉淀漸漸增多，后來又漸漸削減，最終保持不變，說明原溶液中肯定含有Al3＋和Mg2＋。K＋可能存在，可通過焰色反應(yīng)來檢驗?！纠?】工業(yè)上用鋁土礦(主要成分為Al2O3，含SiO2、Fe2O3等雜質(zhì))冶煉鋁的主要流程如下：下列敘述中錯誤的是()A．操作Ⅰ增大NaOH溶液用量可提高Al2O3的浸取率B．操作Ⅱ、Ⅲ為過濾，操作Ⅳ為灼燒C．通入過量CO2發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2AlOeq\o\al(－,2)＋CO2＋3H2O=2Al(OH)3↓＋COeq\o\al(2－,3)D．加入冰晶石的目的是降低Al2O3的熔融溫度【思路分析】依據(jù)含鋁化合物的性質(zhì)、題中信息分析流程中物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化狀況?！窘馕觥坎僮鳍裨龃驨aOH溶液用量可以使鋁土礦中的氧化鋁充分溶解，從而提高Al2O3的浸取率，A項正確；操作Ⅱ、Ⅲ為過濾，操作Ⅳ為灼燒，B項正確；向偏鋁酸鈉溶液中通入過量CO2后生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，離子方程式為AlOeq\o\al(－,2)＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋HCOeq\o\al(－,3)，C項不正確；加入冰晶石的目的是降低Al2O3的熔融溫度，D項正確?！敬鸢浮緾工業(yè)上用鋁土礦(主要成分為Al2O3，含F(xiàn)e2O3等雜質(zhì))為原料冶煉鋁的工藝流程如圖所示：下列對上述流程的推斷中正確的是(B)A．試劑X為稀硫酸B．反應(yīng)Ⅱ中生成Al(OH)3的反應(yīng)為CO2＋AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O=Al(OH)3↓＋HCOeq\o\al(－,3)C．流程中涉及反應(yīng)的反應(yīng)類型有復(fù)分解、分解、置換反應(yīng)D．Al2O3熔點很高，工業(yè)上還可采納電解熔融AlCl3冶煉Al解析：分別氧化鋁和氧化鐵，不能用酸，因為二者都可與酸反應(yīng)，試劑X應(yīng)為NaOH溶液，A項錯誤；溶液乙為偏鋁酸鈉溶液，Y為二氧化碳，反應(yīng)Ⅱ為CO2＋AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O=Al(OH)3↓＋HCOeq\o\al(－,3)，B項正確；流程中涉及反應(yīng)的反應(yīng)類型沒有置換反應(yīng)，C項錯誤；氯化鋁在熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電，D項錯誤。1．下列關(guān)于鋁及其化合物的說法中不正確的是(D)A．鋁既可用于食品包裝，也可用于建筑材料B．氧化鋁既可以用來冶煉鋁，也可用作耐火材料C．氫氧化鋁既可以用于制備治療胃酸過多的藥物，也可用來制備一些鋁鹽D．明礬既能用來凈水，也可用作消毒劑解析：明礬溶于水時電離出鋁離子，鋁離子與水反應(yīng)生成的氫氧化鋁膠體具有吸附性，可用作凈水劑，但明礬不具有強氧化性，不能用作消毒劑，D項錯誤。2．欲從氯化鎂固體中除去少量氯化鋁雜質(zhì)，可能進行下列操作：①加入過量氨水；②加入過量氫氧化鈉溶液；③加入過量鹽酸；④加入過量硫酸；⑤溶解；⑥過濾；⑦蒸發(fā)結(jié)晶。正確的操作依次應(yīng)是(B)A．⑤①⑥③⑦ B．⑤②⑥③⑦C．⑤②⑥④⑦ D．⑤①⑥④⑦解析：取固體加水溶解后，先用過量NaOH溶液將Mg2＋和Al3＋分別轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2沉淀和AlOeq\o\al(－,2)，然后過濾得Mg(OH)2固體，再用鹽酸將Mg(OH)2轉(zhuǎn)化為MgCl2，最終對MgCl2溶液進行蒸發(fā)結(jié)晶得MgCl2固體。3．下列物質(zhì)中既能跟稀鹽酸反應(yīng)，又能跟氫氧化鈉溶液反應(yīng)且屬于兩性化合物的是(A)①NaHCO3②(NH4)2S③Al2O3④Al(OH)3⑤AlA．③④ B．③④⑤C．①③④⑤ D．全部解析：題中5種物質(zhì)均既能與稀鹽酸反應(yīng)，又能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)。如NaHCO3與鹽酸反應(yīng)生成氯化鈉、水、二氧化碳氣體，與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成正鹽(碳酸鈉)和水；(NH4)2S與鹽酸反應(yīng)生成H2S氣體和氯化銨，與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成硫化鈉和氨水；Al2O3、Al(OH)3都是兩性物質(zhì)，Al在金屬中也具有特別性，既能與強酸反應(yīng)又能與強堿溶液反應(yīng)。但是兩性物質(zhì)必需是既與酸反應(yīng)生成鹽和水，又與堿反應(yīng)生成鹽和水，符合條件的只有氧化鋁和氫氧化鋁。4．工業(yè)上用某種氧化鋁礦石(含F(xiàn)e2O3雜質(zhì))為原料冶煉鋁的工藝流程如下圖。對上述流程的推斷正確的是(C)A．試劑X可以為氨水，沉淀中含有鐵的化合物B．CO2可以用稀硫酸或稀鹽酸代替C．反應(yīng)Ⅱ的離子方程式為CO2＋AlOeq\o\al(