高中化學 第7講 鋁及其化合物課件 新人教版必修1.ppt

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第7講鋁及其化合物 一 鋁的性質及應用1 鋁的結構和存在鋁位于元素周期表 第三周期 A族 原子結構示意圖為 鋁元素在地殼中含量豐富 僅次于 硅 自然界中的鋁全部以 化合態(tài)形式存在 2 金屬鋁的物理性質鋁是 銀白色有金屬光澤的固體 有良好的 延展性 導電性和傳熱性等 密度較小 質地柔軟 教材研讀 3 金屬鋁的化學性質寫出圖中有關反應的化學方程式 1 2 2Al 3Cl22AlCl3 3 4 2Al 2NaOH 2H2O2NaAlO2 3H2 5 2Al Fe2O3Al2O3 2Fe 鋁熱反應 4 鋁熱反應 1 原理鋁將金屬氧化物中化合態(tài)的金屬還原為金屬單質 如Fe2O3 2Al 2Fe Al2O3等 2 實驗裝置 3 反應現象及結論鎂條劇烈燃燒 放出大量的熱 引發(fā)混合物劇烈反應 紙漏斗的下部被燒穿 有熔融物落入沙中 待熔融物冷卻后 除去外層熔渣 可以發(fā)現落下的是鐵珠 4 應用a 野外焊接鋼軌 b 冶煉高熔點金屬 注意 1 鋁熱反應是在高溫干態(tài)下進行的置換反應 鋁只能與排在金屬活動性順序中鋁后的金屬的氧化物反應 2 鋁熱反應常出現在推斷題中 3 鋁熱反應不能用來冶煉大量的金屬鐵 銅等 要考慮冶煉成本 自測1判斷正誤 正確的劃 錯誤的劃 1 鋁在自然界中有游離態(tài)和化合態(tài)兩種形式 2 Al在空氣中性質穩(wěn)定 因而具有很強的抗腐蝕性 3 MgO與Al粉的混合物也可稱為鋁熱劑 4 Mg是活潑金屬 而Al是兩性金屬 自測2依據Al單質的性質 思考并回答下列問題 1 鋁的化學性質活潑 為什么日常生活中廣泛使用的鋁制品通常具有較強的抗腐蝕性能 2 Al既能溶于強酸 又能溶于強堿 所以說 Al既有金屬性 又有非金屬性 你認為這種說法是否恰當 為什么 3 鋁與酸 堿反應的實質是什么 氧化劑是什么 答案 1 鋁在常溫下迅速被氧氣氧化 形成一層致密的氧化膜 保護鋁不再被氧化 因而鋁制品通常具有較強的抗腐蝕性能 2 不恰當 金屬性是指元素的原子失電子的能力 非金屬性是指元素的原子得電子的能力 鋁不論是與酸反應還是與堿反應 都會失去電子 因而鋁具有較強的金屬性 3 鋁與酸 堿反應的實質都是 Al3 2H H2 只不過堿中的H 來源于水的電離 氧化劑分別為酸和水二 鋁的重要化合物1 氧化鋁 1 化學性質 用離子方程式或化學方程式表示 兩性氧化物 2 用途熔點很高 是一種較好的 耐火材料 還可制作各種寶石 2 氫氧化鋁 3 常見的鋁鹽 自測3判斷正誤 正確的劃 錯誤的劃 1 用坩堝鉗夾住一小塊用砂紙仔細打磨過的鋁箔在酒精燈上加熱 熔化后的液態(tài)鋁滴落下來 說明金屬鋁的熔點較低 2 AlCl3溶液中加入過量稀氨水 Al3 4NH3 H2OAl 4N 2H2O 3 Al片溶于NaOH溶液中 產生氣體 2Al 2OH 2H2O2Al 3H2 4 向明礬溶液中滴加Ba OH 2溶液 恰好使S沉淀完全 2Al3 3S 3Ba2 6OH 2Al OH 3 3BaSO4 5 0 10mol L 1的氨水與AlCl3溶液發(fā)生反應的離子方程式為Al3 3OH Al OH 3 6 明礬溶于水產生Al OH 3膠體 Al3 3H2OAl OH 3 3H 7 新制的氧化鋁可溶于氫氧化鈉溶液 Al2O3 2OH 2Al H2O 自測4鋁是一種應用廣泛的金屬 工業(yè)上用Al2O3和冰晶石 Na3AlF6 混合熔融電解制得 鋁土礦的主要成分是Al2O3和SiO2 從鋁土礦中提煉Al2O3的流程如下 回答下列問題 1 寫出反應1的化學方程式 2 濾液 中加入CaO生成的沉淀是 反應2的離子方程式為 3 電解制鋁的化學方程式是 以石墨為電極 陽極產生的混合氣體的成分是 答案 1 2NaOH SiO2Na2SiO3 H2O 2NaOH Al2O32NaAlO2 H2O 2 CaSiO32Al CO2 3H2O2Al OH 3 C 合理即可 3 2Al2O3 熔融 4Al 3O2 O2 CO2 CO 解析 3 以石墨為電極 陽極發(fā)生的反應為2O2 4e O2 O2可與石墨反應產生CO2和CO氣體 考點突破 考點一鋁與酸 堿的反應及其計算 考點三與Al OH 3相關問題的處理 教師用書專用 考點二 鋁三角 轉化關系的應用 1 鋁與非氧化性酸溶液反應生成H2和鋁鹽 Al3 與氧化性酸溶液反應不生成H2 且在冷濃HNO3 冷濃H2SO4中發(fā)生鈍化 2 鋁與強堿溶液反應生成H2和偏鋁酸鹽 Al 3 鋁與酸或堿溶液反應生成H2的量的計算鋁分別與鹽酸 氫氧化鈉溶液反應的原理 2Al 6HCl2AlCl3 3H2 2Al 2NaOH 2H2O2NaAlO2 3H2 涉及量時主要有以下三種情況 1 等量鋁分別與足量鹽酸和氫氧化鈉溶液反應 產生氫氣的體積比為 1 1 考點一鋁與酸 堿的反應及其計算 2 足量的鋁分別與等體積等物質的量濃度的鹽酸 NaOH溶液反應 產生氫氣的體積比為 1 3 3 一定量的鋁分別與一定量的鹽酸和氫氧化鈉溶液反應 若產生氫氣的體積比為 1 則必定是 鋁與鹽酸反應時 鋁過量而鹽酸不足 鋁與氫氧化鈉溶液反應時 鋁不足而氫氧化鈉過量 典例1鋁是應用廣泛的金屬 以鋁土礦 主要成分為Al2O3 含SiO2和Fe2O3等雜質 為原料制備鋁的一種工藝流程如下 注 SiO2在 堿溶 時轉化為鋁硅酸鈉沉淀 1 堿溶 時生成偏鋁酸鈉的離子方程式為 2 向 過濾 所得濾液中加入NaHCO3溶液 溶液的pH 填 增大 不變 或 減小 3 電解 是電解熔融Al2O3 電解過程中作陽極的石墨易消耗 原因是 4 電解 是電解Na2CO3溶液 原理如圖所示 陽極的電極反應式為 陰極產生的物質A的化學式為 5 鋁粉在1000 時可與N2反應制備AlN 在鋁粉中添加少量NH4Cl固體并充分混合 有利于AlN的制備 其主要原因是 答案 1 Al2O3 2OH 2Al H2O 2 減小 3 石墨電極被陽極上產生的O2氧化 4 4C 2H2O 4e 4HC O2 H2 5 NH4Cl分解產生的HCl能夠破壞Al表面的Al2O3薄膜解析 1 Al2O3是兩性氧化物 能與強堿反應生成Al和H2O 2 堿溶 時 NaOH溶液應過量 則在 過濾 所得濾液中一定含有過量的NaOH 當加入NaHCO3溶液時 HC OH C H2O 使c OH 減小 故pH減小 3 電解熔融Al2O3時 陽極反應式為2O2 4e O2 O2會與石墨發(fā)生化學反應 從而消耗石墨 4 陽極應是H2O電離出的OH 放電 生成O2和H 在Na2CO3溶液充足的條件下 H 與C反應生成HC 故陽極的電極反應式為 4C 2H2O 4e 4HC O2 陰極的電極反應式為4H2O 4e 2H2 4OH 所以物質A為H2 5 鋁粉表面有Al2O3薄膜 阻礙反應的進行 而添加少量NH4Cl固體 NH4Cl分解生成的HCl能與Al2O3反應 破壞Al2O3薄膜 有利于Al和N2反應 1 1鋁是中學化學學習階段中唯一一種既能與酸 非氧化性酸 反應又能與強堿溶液反應放出H2的金屬 就鋁的這一特殊性質回答下列問題 1 等質量的兩份鋁分別與足量的鹽酸 氫氧化鈉溶液反應 所得H2的體積之比是 2 足量的兩份鋁分別投入到等體積 等物質的量濃度的鹽酸 氫氧化鈉溶液中 在相同狀況下 產生H2的體積之比是 3 足量的兩份鋁分別投入到等體積 一定物質的量濃度的鹽酸 氫氧化鈉溶液中 二者產生的H2相等 則HCl和NaOH的物質的量濃度之比是 4 甲 乙兩燒杯中各盛有100mL3mol L 1的鹽酸和NaOH溶液 向兩燒杯中分別加入等質量的鋁粉 反應結束后 測得生成的氣體在相同狀況 下的體積比為V 甲 V 乙 1 2 則加入鋁粉的質量為 A 5 4gB 3 6gC 2 7gD 1 8g 答案 1 1 1 2 1 3 3 3 1 4 A解析 1 根據化學方程式 2Al 6HCl2AlCl3 3H2 2Al 2NaOH 2H2O2NaAlO2 3H2 得Al與H2的關系式均為2Al 3H2 故只要參加反應的Al的量相等 所得H2的量必相等 2 因為在反應中Al過量 產生的H2由HCl和NaOH的量決定 根據關系式 6HCl 3H2 2NaOH 3H2可知 當HCl NaOH物質的量相等時 產生H2的體積比為1 3 3 因為鋁足量且產生H2相等 則n HCl n NaOH 3 1 又因為兩溶液體積相等 故物質的量濃度c HCl c NaOH n HCl n NaOH 3 1 4 V 甲 V 乙 1 2 說明此時投入的鋁粉對鹽酸來說是過量的 而對 NaOH來說是不足的 2Al 6HCl2AlCl3 3H2 6mol3mol3mol L 1 0 1L0 15mol則Al與NaOH反應生成的H2為0 15mol 2 0 3mol 2Al 2NaOH 2H2O2NaAlO2 3H2 2 27g3mol5 4g0 3mol即投入的鋁粉為5 4g 1 2將等物質的量的鎂和鋁混合 取等質量該混合物四份 分別加到足量的下列溶液中 充分反應后 放出氫氣最多的是 A 3mol L 1鹽酸B 4mol L 1HNO3溶液C 8mol L 1NaOH溶液D 18mol L 1H2SO4溶液 A 答案A將鎂 鋁混合物加入HNO3和濃H2SO4中都不產生H2 加入NaOH溶液中 只有Al與之反應生成H2 而鎂不反應 加入鹽酸中 鎂 鋁都與鹽酸反應生成H2 所以放出H2的量最多的是鹽酸 1 鋁三角 轉化關系 考點二 鋁三角 轉化關系的應用 途徑一 Al3 Al OH 3 不宜用強堿 途徑二 AlAl OH 3 不宜用強酸 途徑三 Al3 3Al 6H2O4Al OH 3 2 判斷離子共存問題Al3 與OH Al C S2 等不能大量共存 Al與H HC Fe3 等不能大量共存 3 鑒別AlCl3和NaOH溶液 利用滴加順序不同 現象不同 向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液的現象為 先產生白色沉淀 后沉淀溶解 向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液的現象為 開始無明顯現象 后產生白色沉淀 2 鋁三角 的應用 1 制取Al OH 3 4 分離 提純 利用Al能溶于強堿溶液 分離Al與其他金屬 利用Al2O3能與強堿溶液反應 分離Al2O3與其他金屬氧化物 利用Al OH 3能與強堿溶液反應 分離Al3 與其他金屬陽離子 特別提示 1 當溶液中有多種離子存在時 要考慮離子之間的反應順序 如向含有H N Mg2 Al3 的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液時 NaOH先與H 反應 然后與Al3 Mg2 反應生成沉淀 再與N反應 最后與Al OH 3沉淀反應 2 Al與HC的反應不屬于雙水解反應 而是HC電離出的H 與Al發(fā)生反應 Al HC H2OAl OH 3 C 典例2足量下列物質與相同質量的鋁反應 放出氫氣且消耗溶質物質的量最少的是 A 氫氧化鈉溶液B 稀硫酸C 鹽酸D 稀硝酸 A 答案AAl與稀硝酸反應生成NO氣體 D項不符合題意 由2Al 2NaOH 2H2O2NaAlO2 3H2 2Al 3H2SO4Al2 SO4 3 3H2 2Al 6HCl2AlCl3 3H2 可知 消耗溶質物質的量最少的是NaOH溶液 A項符合題意 2 1下圖表示AlCl3溶液與NaOH溶液相互滴加過程中微粒的量的關系曲線 下列判斷錯誤的是 A 線表示Al3 的物質的量的變化B x表示AlCl3的物質的量C 線表示Al OH 3的物質的量的變化D 線表示Al的物質的量的變化 B 答案BAlCl3溶液與NaOH溶液混合有兩種方式 1 向AlCl3溶液中緩慢滴加NaOH溶液 則發(fā)生反應Al3 3OH Al OH 3 Al OH 3 OH Al 2H2O 2 向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液 則發(fā)生反應 Al3 4OH Al 2H2O 3Al Al3 6H2O4Al OH 3 按方式 1 混合 則Al3 減少的物質的量與Al OH 3增加的物質的量之比為1 1 Al OH 3減少的物質的量與Al增加的物質的量之比為1 1 符合圖像 所以 表示Al3 的物質的量的變化 表示Al OH 3的物質的量的變化 表示Al的物質的量的變化 若按方式 2 混合 則OH 減少的物質的量與Al增加的物質的量之比為4 1 不符合圖像 2 2Al OH 3是治療胃酸過多的藥物胃舒平的主要成分 某課外興趣小組用鋁 稀硫酸 燒堿為原料 制備一定量的Al OH 3 他們分別設計了如下兩種實驗方案 方案一 AlAl2 SO4 3Al OH 3方案二 AlNaAlO2Al OH 3 1 從節(jié)約藥品的角度思考 你認為哪一種方案較好 方案一和方案二共同存在的問題是 2 請用相同的原料設計一個更為節(jié)約藥品的方案 請寫出有關反應的化學方程式 答案 1 方案二較好第二步操作很難控制試劑用量 2 2Al 3H2SO4Al2 SO4 3 3H2 2Al 2NaOH 2H2O2NaAlO2 3H2 Al2 SO4 3 6NaAlO2 12H2O8Al OH 3 3Na2SO4解析 1 制取Al OH 3時 一般不用強酸或強堿溶液 因為Al OH 3能溶于強酸和強堿 酸或堿的用量不好控制 2 從節(jié)約藥品的角度考慮 可將的Al與H2SO4反應生成Al2 SO4 3 將的Al與NaOH反應生成NaAlO2 然后將Al2 SO4 3和NaAlO2混合制得Al OH 3 1 鋁鹽與強堿溶液反應生成Al OH 3沉淀的計算計算方法如下 1 Al3 3OH Al OH 3 生成沉淀 2 Al OH 3 OH Al 2H2O 沉淀溶解 3 Al3 4OH Al 2H2O 無沉淀生成 分析以上三個反應方程式 所得Al OH 3沉淀的物質的量與n Al3 n OH 的關系為 當0 3時 所得沉淀的物質的量 n Al OH 3 n OH 當 4時 所得沉淀的物質的量 n Al OH 3 0 考點三與Al OH 3相關問題的處理 教師用書專用 當3 4時 所得沉淀的物質的量 n Al OH 3 4n Al3 n OH 可用數軸表示如下 2 有關Al OH 3的圖像分析 典例3向20mL某物質的量濃度的AlCl3溶液中滴入2mol L 1NaOH溶液時 得到的Al OH 3沉淀的質量與所滴加NaOH溶液的體積 mL 關系如圖所示 試回答下列問題 1 圖中A點表示的意義是 2 圖中B點表示的意義是 3 上述兩步用總的離子方程式可表示為 4 假定溶液中有Al OH 3沉淀0 39g 則此時用去NaOH溶液的體積為 答案 1 滴入15mLNaOH溶液時AlCl3完全轉化為Al OH 3沉淀 質量為0 78g 2 滴入20mLNaOH溶液時 生成的Al OH 3沉淀完全溶解 3 Al3 4OH Al 2H2O 4 17 5mL或7 5mL解析 4 當有0 39gAl OH 3沉淀生成時 有兩種情況 AlCl3過量 加入的NaOH使Al3 部分轉化成沉淀 依據Al3 3OH Al OH 3 計算可知用去NaOH溶液7 5mL NaOH過量 Al3 全部參加反應生成Al OH 3沉淀后又部分溶解 計算可得用去NaOH溶液17 5mL 3 1將一定質量的鎂鋁混合物投入200mL稀硫酸中 固體全部溶解后 向所得溶液中加入5mol L的NaOH溶液 生成沉淀的物質的量與加入NaOH溶液的體積的關系如下圖所示 則下列說法不正確的是 A 鎂和鋁的總質量為9gB 最初20mLNaOH溶液用于中和過量的硫酸C 硫酸的物質的量濃度為2 5mol L D 生成的氫氣在標準狀況下的體積為11 2L D 答案D由圖像知 n Mg OH 2 0 15mol n Al OH 3 0 35mol 0 15mol 0 2mol 則m Mg 0 15mol 24g mol 3 6g m Al 0 2mol 27g mol 5 4g 所以鎂和鋁的總質量為9g 最初20mLNaOH溶液用于中和過量的硫酸 當沉淀達到最大值時 溶液中的溶質只有Na2SO4 則有n Na 2n S 即n NaOH 2n H2SO4 所以 硫酸的物質的量濃度為 2 5mol L 0 15molMg反應生成的氫氣在標準狀況下的體積為3 36L 0 2molAl反應生成的氫氣在標準狀況下的體積為6 72L 所以生成的氫氣在標準狀況下的體積為10 08L 故選D項 3 2某混合溶液中可能含有HCl MgCl2 AlCl3 NH4Cl Na2CO3 KCl中的一種或幾種物質 往該溶液中逐滴加入NaOH溶液 產生沉淀的物質的量 n 與加入的NaOH溶液體積 V 的關系如圖所示 回答下列問題 1 溶液中一定含有的溶質是 一定不含有的溶質是 填化學式 2 溶液中可能含有的溶質是 填名稱 判斷該物質是否存在的 實驗方法是 現象是 3 分別寫出AB段 BC段發(fā)生反應的離子方程式 AB段為 BC段為 答案 1 HCl AlCl3 NH4ClMgCl2 Na2CO3 2 氯化鉀焰色反應透過藍色鈷玻璃觀察火焰顏色是否為紫色 3 Al3 3OH Al OH 3 N OH NH3 H2O解析首先分析圖像中的拐點 斜線及水平線所表示的化學意義 OA段是NaOH溶液中和鹽酸 加入過量NaOH溶液 沉淀全部溶解 說明無MgCl2 有AlCl3 BC段是NaOH溶液與NH4Cl反應 故原溶液中一定含有AlCl3 HCl和NH4Cl 一定無MgCl2 又因為HCl與Na2CO3不能大量共存 所以一定無Na2CO3 原溶液中可能含有KCl 可用焰色反應進行檢驗