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2014高三《铝及其化合物》总复习


铝及其化合物学案
一、铝的性质 1、物理性质 颜色 银白色 硬度 较软 熔点 660.4℃ 密度 2.70g/cm? 小 导电导热性 良好 延展性 较强

铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅,居第三位,是地壳中含量最丰富的金属元素。主要以 化合态存在于铝土矿中。 2、原子结构: (1)原子结构示意图___________________________

_______。 (2)结构与性质的关系:易失去 3 个电子表现出还原性,在化合物中呈+3 价。 3、铝的化学性质 (1)与氧气反应 ①铝是一种活泼金属,常温下被氧气氧化,在表面形成一层氧化膜(4Al+3O2 错误!未找到 引用源。2Al2O3 空气中放置也可发生此反应) ,阻止内部的金属继续与氧气反应,所以铝具 有很强的抗腐蚀性能力。 ②铝在纯氧中可以剧烈燃烧,化学方程式为 4Al+3O2(纯氧)错误!未找到引用源。2Al2O3 (耀眼白光) 。 (2)与其它非金属单质如氯气、硫反应:方程式 2Al+3Cl2 错误!未找到引用源。2AlCl3、 2Al+3S Al2S3(制作 Al2S3 的唯一途径,Al2S3 在水溶液中不可能存在) 。

(3)与酸反应: + ①与非强氧化性酸(盐酸,稀硫酸)反应的离子方程式为 2Al+6H 错误!未找到引用源。 3+ 2Al +3H2 ↑。 ②常温下在浓硫酸、浓硝酸中发生钝化,形成一层致密的氧化薄膜。 (4)与强碱溶液反应:与 NaOH 反应的化学方程式为 2Al+2NaOH+2H2O 错误!未找到引 - - 用源。2NaAlO2+3H2 ↑(2Al+2OH +2H2O 错误!未找到引用源。2AlO2 +3H2 ↑) 。 (5)铝热反应:铝与某些难溶氧化物(氧化物所含的金属元素的还原性必须在 Al 之后,所 以 Al 和 MgO 不反应)的反应称为铝热反应,铝粉和氧化铁的混合物称为铝热剂。化学方程 式为:2Al+Fe2O3 错误!未找到引用源。 Al2O3+2Fe(放出大量的热,产生的铁为铁水) 。

[知识迁移]写出下列反应的化学方程式: 铝和四氧化三铁高温共热:8Al+3Fe3O4 错误!未找到引用源。4Al2O3+9Fe 铝和二氧化锰高温共热:4Al+3MnO2 错误!未找到引用源。2Al2O3+3Mn 铝和氧化铜高温共热:2Al+3CuO 错误!未找到引用源。Al2O3+3Cu (6)铝和冷水不反应,与热水缓慢反应:2Al+6H2O (7)铝和有机物反应:2Al+6CH3COOH 2Al(OH)3+3H2 ↑

2(CH3COO)3Al+3H2 ↑

1

4.铝的用途:铝可以用来冶炼稀有金属、制其合金(其合金质轻而坚韧,是制造飞机、火箭、 汽车的结构材料) 、做超高电压的电缆、做日用器皿。 二、氧化铝(Al2O3 )俗称矾土 1.物理性质:白色难熔固体(并不是所有的金属氧化物都难溶如:钾钠的氧化物) ,可做耐 热材料。高熔点(2054℃ ) ,高沸点(2980℃ ) ,高硬度。 ▲为了降低熔点,在 Al2O3 中添加冰晶石(六氟铝酸钠 Na3AlF6) ,冰晶石为溶剂,可降低反 应物的熔点。 2.化学性质: (两性氧化物) ①氧化铝与盐酸反应的方程式 Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O, 离子方程式:Al2O3+6H 错误!未找到引用源。2Al3 +3H2O。 ②氧化铝与 NaOH 反应方程式 Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O, - - 离子方程式 Al2O3+2OH 错误!未找到引用源。2AlO2 +H2O。
+ +

电解 4Al+3O2 ↑ 电解铝工业生产的原理:2Al2O3 冰晶石

注意:氧化铝与强酸强碱反应,不与弱酸弱碱反应 三、氢氧化铝 1.物理性质:白色难溶于水胶/絮状物质。氢氧化铝,化学式 A l ( O H ) 3 ,是铝的氢氧化物。 是一种碱,由于又显一定的酸性,所以又可称之为铝酸(H3 AlO3 ) ,碳酸的酸性比铝酸强, 铝酸与强酸的反应的产物之一为偏铝酸盐。 AlO2 +H +H2O 酸式电离
— +

Al(OH)3

Al +3OH 碱式电离

3+



2.化学性质:两性氢氧化物 写出下列反应的化学方程式: ①与强酸反应: Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O (Al(OH)3+OH = AlO2 +2H2O ) ②与强碱反应:Al(OH)3+NaOH = NaAlO2+2H2O (Al(OH)3+3H =Al +3H2O) ③不稳定性:2Al(OH)3

+ 3+ - -

Al2O3+3H2O(注意:Al2O3+3H2O=2Al(OH)3 此反应无法进行;难

溶的金属氢氧化物热稳定性差,受热易分解。 ) [ 说明 ]A l ( O H ) 3 并非与所有的酸、碱都能反应,只溶于强酸强碱溶液中。如 A l ( O H ) 3 不与 NH3·H2O 反应。A l ( O H ) 3 不溶于弱酸(H2CO3 等)不溶于弱碱(如 NH3·H2O) , 故实验室常用铝盐溶液与过量的氨水反应制取 A l ( O H ) 3 。 3.制备: 实验室用铝盐与氨水反应制取。离子方程式为 Al +3NH3·H2O = Al(OH)3↓+3NH4 。 也可往含 AlO2-的溶液中通入 CO2 来制取:离子方程式为 2AlO2 +CO2+3H2O 错误!未找到引用源。2Al(OH)3 ↓+CO32 (CO2 适量)
- - 3+ +

或 AlO2 +2H2O+CO2=Al(OH)3↓+HCO3 。 (CO2 过量)





四、铝盐

2

AlCl3 、Al2(SO4)3、K Al(SO4)2·12H2O (十二水合硫酸铝钾是无色晶体,易溶于水)等 KAl(SO4)2·12H2O 俗称明矾、白矾、钾矾、钾铝矾、钾明矾,能用于作净水剂。 其原理: 过程 明矾电离 生成胶体 吸附杂质 KAl(SO4)2 Al +3H2O
3+

原理 K +Al +SO4
+ 3+

2-


A l ( O H ) 3 胶体+3H

A l ( O H ) 3 胶体具有很强的吸附能力,它能凝聚水中的悬浮物并使之沉降, 从而达到净水的目的。

▲与明矾类似, FeCl3 也是一种常见净水剂。 Fe +3H2O 与 A l ( O H ) 3 一样具有吸附性,故可作净水剂。

3+

Fe( O H ) 3 胶体+3H 。 Fe( O H ) 3



[思考]写出下列过程的实验现象,并写出过程中的离子方程式。 3+ + 1、AlCl3 中逐滴加入氨水:Al +3NH3·H2O=Al(OH)3 ↓+3NH4 3+ 用 Al 制取 Al(OH)3 用弱碱更合适 n[Al(OH)3]/mol

n(NH3· H2O)/mol 2、AlCl3 中逐滴加入 NaOH 溶液至过量(即可溶性铝盐中滴加强碱至过量) 3+ — ①方程式:Al +3OH = Al(OH)3↓ — Al(OH)3+OH = AlO2 +2H2O ②现象:白色沉淀先增加再减少最后消失 ③图像: n[Al(OH)3]/mol

0

1

2

3

4

n(NaOH)/mol

3、向 NaOH 溶液中滴加 AlCl3 溶液(即强碱中滴加可溶性铝盐至过量) 3+ — — ①有关反应:Al +4OH =AlO2 +2H2O 3+ — Al +3AlO2 +6H2O = 4Al(OH)3↓ ②现象:开始无沉淀生成,后来白色沉淀逐渐增加,最后沉淀量不变 ③图像:

3

n[Al(OH)3]/mol

0 1/12 1/6


1/4 1/3

n(Al3+)/mol

1、向含有 AlO2 的偏铝酸盐溶液中通入 CO2 直至过量 离子方程式:①2AlO —+CO (少量)+3H O = 2Al(OH) ?+CO32- 2 2 2 3 — ②AlO2 +CO2(足量)+2H2O= Al(OH)3?+HCO3— 图像: n[Al(OH)3]/mol

0 1/2 1


n(CO2)/mol

2、向含有 AlO2 的偏铝酸盐溶液中逐滴滴入稀盐酸直至过量 — + 离子方程式:①AlO2 +H +H2O=Al(OH)3? + 3+ ②Al(OH)3+3H = Al +3H2O 现象:先有白色沉淀,后溶解消失 图像: n[Al(OH)3]/mol

n(HCl)/mol 0 1 2 3 4

(3)向含有 H+的强酸溶液中逐滴滴入偏铝酸盐溶液直至过量 — + 3+ 离子方程式:①AlO2 +4H = Al +2H2O 3+ — ②Al +3AlO2 +6H2O= 4Al(OH)3? 现象:刚开始无白色沉淀,后有白色沉淀不再溶解 图像: n[Al(OH)3]/mol

n(AlO2—)/mol 0 1/4 1/2 3/4 1

注意:若由 Al 制备 Al(OH)3,则最好的方法是将铝分别与 NaOH 溶液,HCl 溶液反应生成 4

NaAlO2 与 AlCl3,然后将两种溶液混合,利用 Al 与 AlO2 互相促进水解反应制取,离子方程 3+ — 式为:Al +3AlO2 +6H2O= 4Al(OH)3?,这种方法最节省原料 五、铝三角(填补完整下图,图中偏铝酸钠、氢氧化铝、氯化铝的物质的量均为 1mol)

3+



六、从铝土矿中提取铝 制取金属铝的流程图如下:

流程图中所涉及到的化学反应以及各个步骤的目的: ①溶解:Al2O3+2NaOH === 2NaAlO2+H2O ②过滤:除去杂质 ③酸化:NaAlO2+CO2+2H2O === Al(OH)3↓+NaHCO3 ④过滤:保留氢氧化铝 ⑤灼烧:2Al(OH)3
=======

4Al+3O2↑

电解 ⑥电解 2 Al2O3
=======

4 Al+3O2↑

▲Al2O3 的提纯 方案一:碱溶法

5

方案二:酸溶法

七、规律总结

一、铝及其化合物的转化关系 AlCl3 ⑿ Al ① ② ③ ④ Al2O3 ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨

Al(OH)3



KAl(SO4)2



NaAlO2 二、反应方程式及其离子反应方程式 单质: ①2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑ ②4Al+3O2


2Al+6H =2Al +3H2↑



3+

2Al2O3 2Al+2OH +2H2O=2AlO2 +3H2↑
- -

③2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ 氧化物:

6

④Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O ⑤Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O 铝盐: ⑥AlCl3+3 NaOH =Al(OH)3↓+3NaCl Al(OH)3+NaOH = NaAlO2+2H2O AlCl3+4NaOH = NaAlO2+3NaCl+2H2O ⑦AlCl3+3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4Cl ⑧明矾净水 ⑨Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O ⑩2Al(OH)3 偏铝酸盐: ⑾NaAlO2+HCl+H2O =Al(OH)3↓+NaCl Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O NaAlO2+4HCl=AlCl3+NaCl+2H2O ⑿NaAlO2+2H2O+CO2=Al(OH)3↓+NaHCO3


Al2O3+6H =2Al +3H2O Al2O3+2OH =2AlO2 +H2O
- -



3+

Al +3 OH

3+



= Al(OH)3↓


Al(OH)3+OH = AlO2 +2H2O Al +4OH = AlO2 +2H2O Al +3NH3·H2O = Al(OH)3↓+3NH4 Al +3H2O
+ 3+ 3+ + 3+ - -



Al(OH)3 胶体+3H
3+



Al(OH)3+3H =Al +3H2O

Al2O3+3H2O

AlO2 +H +H2O=Al(OH)3↓ Al(OH)3+3H =Al +3H2O AlO2 +4H =Al +2H2O AlO2 +2H2O+CO2=Al(OH)3↓+HCO3
- - - + 3+ + 3+





合金:
1、概念: 合金是指由两种或两种以上的金属 (或非金属) 熔合而成的具有金属特性的物质。 2、性能 (1)熔点:多数合金的熔点比它的各成分金属的熔点低 (2)硬度:合金的硬度一般比它的各成分金属的硬度的大

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