1、专题3.2 铝及其重要化合物1.掌握镁、铝的主要性质及其应用。2.掌握镁、铝的重要化合物的主要性质及其应用。3.了解镁、铝及其重要化合物的制备方法。知识点一 铝、镁的性质及应用1铝的结构和存在铝位于元素周期表第3周期A族，原子结构示意图为。铝是地壳中含量最多的金属元素。自然界中的铝全部以化合态的形式存在。2金属铝的物理性质银白色有金属光泽的固体，有良好的延展性、导电性和导热性等，密度较小，质地柔软。3金属铝的化学性质4Al3O22Al2O32AlFe2O32FeAl2O32Al6H=2Al33H22Al2OH6H2O=2Al(OH)43H24铝热反应实验装置实验现象镁带剧烈燃烧，放出大量的热，
2、并发出耀眼的白光，氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中实验结论高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热：Fe2O32Al2FeAl2O3原理应用制取熔点较高、活动性弱于Al的金属，如铁、铬、锰、钨等，3MnO24Al3Mn2Al2O3；金属焊接，如野外焊接钢轨等5.铝的制备和用途(1)制备原理电解熔融Al2O3：2Al2O3(熔融)4Al3O2。【特别提醒】工业上冶炼Al用电解熔融Al2O3而不用AlCl3的原因是AlCl3是共价化合物，熔融态不导电。(2)铝的用途纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。【方法技巧】对比记忆镁的化学性质铝镁与
3、非金属反应能被Cl2、O2氧化2MgO22MgO 3MgN2Mg3N2与水反应反应很困难能与沸水反应 Mg2H2OMg(OH)2H2与碱反应能溶于强碱溶液不反应与某些氧化物反应能与Fe2O3、MnO2、Cr2O3等金属氧化物发生铝热反应能在CO2中燃烧：2MgCO22MgOC【典例1】（2019湖北武汉二中模拟）日常生活中常用铝制炊具，它质轻且坚固耐用，其中的原因是()A铝很不活泼，不易与其他物质反应B铝虽然很活泼，但是只能在高温下才能反应C铝制品表面有一层致密的氧化物薄膜，起保护作用D铝制品表面镀有一层铜，可以保护铝【答案】C【解析】铝尽管很活泼，但由于表面能形成致密的氧化物薄膜，故可用作铝
4、制炊具。【方法技巧】铝与酸或碱反应生成H2的量的关系2Al6HCl=2AlCl33H22Al2NaOH6H2O=2NaAl(OH)43H2(1)等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液分别反应：产生H2的物质的量相等。消耗H、OH的物质的量之比为n(H)n(OH)31。(2)足量的铝分别与等物质的量的HCl和NaOH反应：消耗Al的物质的量之比为13。生成H2的物质的量之比为13。(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸、氢氧化钠溶液反应：若产生氢气的体积比为1，则必定铝与盐酸反应时，铝过量而HCl不足。 铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而NaOH过量。【变式1】（2019辽宁营口一中模拟）铝是中学化学学
5、习阶段的唯一一种既能与酸(非氧化性酸)反应又能与强碱溶液反应放出H2的金属，就铝的这一特殊性质回答下列问题：(1)等质量的两份铝分别与足量的盐酸、氢氧化钠溶液反应，所得H2的体积之比是_。(2)足量的两份铝分别投入到等体积、等物质的量浓度的盐酸和氢氧化钠溶液中，产生H2的体积之比是_。(3)足量的两份铝分别投入到等体积、一定物质的量浓度的HCl、NaOH溶液中，二者产生的H2相等，则HCl和NaOH的物质的量浓度之比是_。(4)甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 molL1的盐酸和NaOH溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后，测得生成的气体体积比为V(甲)V(乙)12，则加入铝粉
6、的质量为_(填字母)。A5.4 gB3.6 gC2.7 gD1.8 g【解析】(1)根据化学方程式：2Al6HCl=2AlCl33H2、2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，得Al与H2的关系式均为2Al3H2，故只要参加反应的Al的量相等，所得H2的量必相等。(2)因为在反应中Al过量，产生的H2由HCl和NaOH的量决定。根据化学反应中的关系式：6HCl3H2、2NaOH3H2，故当HCl、NaOH物质的量相等时，二者产生H2的体积之比为13。(3)因为铝足量且产生H2的量相等，根据关系式可得n(HCl)n(NaOH)31，又因为两溶液体积相等，故物质的量浓度c(HCl)c(Na
7、OH)n(HCl)n(NaOH)31。(4)其反应原理分别为2Al6HCl=2AlCl33H2，2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2。可见当参加反应的HCl和NaOH的物质的量相同时，产生H2的体积比是13，而题设条件体积比为12，说明此题投入的铝粉对盐酸来说是过量的，而对于NaOH来说是不足的。2Al6HCl=2AlCl33H2 6 mol 3 mol3 molL10.1 L 0.15 mol则Al与NaOH反应生成的H2为0.15 mol20.3 mol。2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2227 g3 mol54 g0.3 mol即投入的铝粉为5.4 g。【答案】(1
8、)11(2)13(3)31(4)A知识点二 铝的重要化合物1氧化铝(1)物理性质：白色固体，难溶于水，熔点很高。(2)化学性质2氢氧化铝(1)物理性质：白色胶状不溶于水的固体，有较强的吸附性。(2)化学性质(用化学方程式表示)Al(OH)3的电离方程式为酸式电离：Al(OH)3H2O Al(OH)4H碱式电离：Al(OH)3Al33OH写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：Al(OH)33H=Al33H2O。Al(OH)3OH=Al(OH)4。2Al(OH)3Al2O33H2O。(3)制备向铝盐中加入氨水，离子方程式为Al33NH3H2O =Al(OH)33NH。NaAl(OH)4溶液中通
9、入足量CO2，离子方程式为Al(OH)4CO2=Al(OH)3HCO。NaAl(OH)4溶液与AlCl3溶液混合：3Al(OH)4Al3=4Al(OH)3。3常见的铝盐(1)硫酸铝钾是由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的复盐。(2)明矾的化学式为KAl(SO4)212H2O，它是无色晶体，可溶于水，水溶液pH(填“”“”或“”)7。明矾可以净水，其净水的原理是Al33H2OAl(OH)3(胶体)3H，Al(OH)3胶体吸附水中的杂质形成沉淀而净水。【方法拓展】数形结合与“铝三角”1Al3、Al(OH)3、Al(OH)4之间的转化关系 (1)Al33NH3H2O=Al(OH)33NHAl33
10、Al(OH)4=4Al(OH)3Al33OH=Al(OH)3(2)Al(OH)33H=Al33H2O(3)Al34OH=Al(OH)4(4)Al(OH)44H=Al34H2O(5)Al(OH)4CO2=Al(OH)3HCOAl(OH)4H=Al(OH)3H2O(6)Al(OH)3OH=Al(OH)42铝三角的应用(1)选择制备Al(OH)3的最佳途径由Al3制备Al(OH)3，宜用Al3与氨水反应：Al33NH3H2O=Al(OH)33NH由NaAlO2制备Al(OH)3宜用CO2与AlO反应：2H2OAlOCO2=Al(OH)3HCO从节约原料角度，由Al制备Al(OH)3，宜用Al制备Al
11、3，Al制备AlO，然后将二者混合：Al33AlO6H2O=4Al(OH)3(2)有关离子共存问题与Al3不能大量共存的(阴)离子有：OH、AlO、HS、SiO、CO、HCO、SO等。与AlO不能大量共存的(阳)离子有：H、Al3、NH、Fe2、Fe3等。AlO与HCO因发生(相对)强酸制弱酸的反应而不能共存。(3)分析离子反应顺序向含有Al3、NH、H的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液，反应顺序是：.HOH=H2O；.Al33OH=Al(OH)3(若先与NH反应，则生成的NH3H2O又使Al3沉淀且生成NH)；.NHOH=NH3H2O若先溶解Al(OH)3，则产生的AlO又与NH反应生成沉淀；
12、.Al(OH)3OH=AlO2H2O。向含有AlO、CO、OH的混合溶液中逐滴加入盐酸，反应顺序是：.OHH=H2O；.AlOHH2O=Al(OH)3(AlO比CO先反应)；.COH=HCO；.HCOH=CO2H2OHCO比Al(OH)3先反应；.Al(OH)33H=Al33H2O。【典例2】 (2016上海卷)已知NaOHAl(OH)3=NaAlO22H2O。向集满CO2的铝制易拉罐中加入过量NaOH浓溶液，立即封闭罐口，易拉罐渐渐凹瘪；再过一段时间，罐壁又重新凸起。上述实验过程中没有发生的离子反应是()ACO22OH=COH2OBAl2O32OH3H2O=2AlO4H2OC2Al2OH2H
13、2O=2AlO3H2DAl34OH=AlO2H2O【答案】D【解析】向集满CO2的铝罐中加入过量氢氧化钠，首先CO2与氢氧化钠反应，表现为铝罐变瘪，接着过量的氢氧化钠再与铝罐反应，铝罐表面有氧化膜Al2O3，故可发生A、B、C的反应。【变式2】 （2019安徽马鞍山一中模拟）既能跟稀盐酸反应，又能跟氢氧化钠溶液反应的化合物是()NaHCO3 Al2O3 Al(OH)3 AlA BC D【解析】题给4种物质均既能与稀盐酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应，但铝是单质，不属于化合物。【答案】A考点一 铝及其化合物性质【典例3】（高考组合题）下列说法正确的是A. (2018江苏卷) KAl(SO4) 21
14、2H2O溶于水可形成 Al(OH)3胶体B. (2019江苏卷) 0.1 molL-1 NaOH溶液:Na+、K+、CO32-、AlO2-能大量共存C. (2018江苏卷) Al(s) NaAlO2(aq) Al(OH)3(s)D(2019江苏卷) 因为Al2O3具有两性，所以可用于电解冶炼铝【答案】AB【解析】KAl(SO4) 212H2O溶于水电离出的Al3+水解形成Al(OH) 3胶体，离子方程式为Al3+3H2OAl(OH) 3(胶体) +3H+，A正确；碱性溶液中，N Na+、K+、CO32-、AlO2-能大量共存，B正确；Al与NaOH溶液反应生成NaAlO2和H2，NaAlO2与
15、过量盐酸反应生成NaCl、AlCl3和H2O，第二步反应不能实现，C错误；和酸、碱都反应可以体现 Al2O3具有两性，电解冶炼铝，只能说明熔融氧化铝能导电，二者没有必然联系，D 错误。【变式3】 (2018全国卷)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：下列叙述错误的是()A合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用B从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、LiC“沉淀”反应的金属离子为Fe3D上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠【答案】D【解析】废旧电池中含有的金属元素、电解质溶液等会对水体和土壤等造成污染，
16、处理废旧电池有利于资源再利用，同时能够降低环境污染，保护环境，A项正确；从流程图看出，正极材料涉及了铝、铁、锂等金属， B项正确；因流程中加入的有HNO3，HNO3具有氧化性，故在含Li、P、Fe等滤液中加碱液，发生“沉淀”反应的金属离子为Fe3，C项正确；因为锂及其化合物的性质与镁相似，由硫酸镁易溶于水推知，硫酸锂易溶于水，由碳酸镁微溶于水推知，碳酸锂微溶于水，所以不能用硫酸钠代替碳酸钠，D项错误。考点二 与Al(OH)3有关的图像【典例4】（2019郑州外国语学校模拟）向含Al2(SO4)3和AlCl3的混合溶液中逐滴加入1 molL1 Ba(OH)2溶液至过量，加入Ba(OH)2溶液的体
17、积和所得沉淀的物质的量的关系如图，下列说法不正确的是()A图中C点铝元素存在形式是AlOB向D点溶液中通入CO2气体，立即产生白色沉淀C原混合溶液中cAl2(SO4)3c(AlCl3)12DOA段反应的离子方程式为2Al33SO3Ba28OH=2AlO3BaSO44H2O【解析】C点生成BaSO4(3 mol)沉淀和Ba(AlO2)2，此时铝元素以AlO的形式存在，A正确；D点溶液溶质为Ba(AlO2)2和Ba(OH)2，通入CO2气体，立即产生BaCO3和Al(OH)3沉淀，B正确；B点为Al(OH)3和BaSO4沉淀，此时Al(OH)3的物质的量为7 mol3 mol4 mol，故原混合液
18、中有1 mol Al2(SO4)3，AlCl3物质的量为4 mol1 mol22 mol，即cAl2(SO4)3c(AlCl3)12，C正确；OA段反应的离子方程式为2Al33SO3Ba26OH=3BaSO42Al(OH)3，D错误。【答案】D【方法技巧】与Al(OH)3沉淀生成有关的图像分析(1)可溶性铝盐溶液与NaOH溶液反应的图像(从上述转化关系中选择符合图像变化的离子方程式，下同)操作可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量NaOH溶液中逐滴加入可溶性铝盐溶液至过量现象立即产生白色沉淀渐多最多渐少消失无沉淀(有但即溶)出现沉淀渐多最多沉淀不消失图像方程式序号AB：(1)AB：(3)B
19、D：(6)BC：(1)(2)偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像操作偏铝酸盐溶液中逐滴加入稀盐酸至过量稀盐酸中逐滴加入偏铝酸盐溶液至过量现象立即产生白色沉淀渐多最多渐少消失无沉淀出现沉淀渐多最多沉淀不消失图像方程式序号AB：(5)AB：(4)BC：(2)BC：(1)【变式4】（2019江苏盐城一中模拟）向0.1 L浓度均为0.1 molL1的NaOH和NaAlO2混合溶液中逐滴加入同浓度的盐酸。下列图象正确的是()【解析】往混合液中滴加盐酸，NaOH首先反应，然后NaAlO2与HCl反应产生Al(OH)3，最后Al(OH)3溶解变为AlCl3，有关化学方程式为NaOHHCl=NaClH2O，NaAlO
20、2HClH2O=Al(OH)3NaCl，Al(OH)33HCl=AlCl33H2O，结合数值关系，可知B正确。【答案】B考点三 有关铝及其化合物的工艺流程题【典例5】（2018年江苏卷）以高硫铝土矿（主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金属硫酸盐）为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下：（1）焙烧过程均会产生SO2，用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为_。（2）添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧，其硫去除率随温度变化曲线如题16图所示。已知：多数金属硫酸盐的分解温度都高于600 硫去除率=（1）100%不添加CaO的矿粉在低于500 焙烧时，去除的
21、硫元素主要来源于_。700焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低，其主要原因是_。（3）向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由_（填化学式）转化为_（填化学式）。（4）“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，理论上完全反应消耗的n（FeS2）n（Fe2O3）=_。【解析】根据流程，矿粉焙烧时FeS2与O2反应生成Fe2O3和SO2，在空气中CaO可将SO2转化为CaSO4；“碱浸”时Al2O3、SiO2转化为溶于水的NaAlO2、Na2SiO3；Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下
22、焙烧生成Fe3O4和SO2，（1）过量SO2与NaOH反应生成NaHSO3和H2O，反应的化学方程式为SO2+NaOH=NaHSO3，离子方程式为SO2+OH-=HSO3-。（2）根据题给已知，多数金属硫酸盐的分解温度高于600，不添加CaO的矿粉低于500焙烧时，去除的硫元素主要来源于FeS2。添加CaO，CaO起固硫作用，添加CaO发生的反应为2CaO+2SO2+O2=2CaSO4，根据硫去除率的含义，700焙烧时，添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低的原因是：硫元素转化为CaSO4留在矿粉中。（3）“碱浸”时Al2O3、SiO2转化为溶于水的NaAlO2、Na2Si
23、O3，向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，CO2与NaAlO2反应生成NaHCO3和Al（OH）3，反应的离子方程式为CO2+AlO2-+2H2O=Al（OH）3+HCO3-，即Al元素存在的形式由NaAlO2转化为Al（OH）3。（4）Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2，反应的化学方程式为FeS2+16Fe2O311Fe3O4+2SO2，理论上完全反应消耗的n（FeS2）：n（Fe2O3）=1:16。【答案】（1）SO2+OH=HSO3（2）FeS2硫元素转化为CaSO4而留在矿粉中（3）NaAlO2 Al(OH)3（4）116【变式5】（2017江苏卷）铝是
24、应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下：注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。（1）“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为_。 （2）向“过滤”所得滤液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH_ (填“增大”、“不变”或“减小”)。（3）“电解”是电解熔融Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是_。 （4）铝粉在1000时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是_。 【解析】结合流程及题中信息可知，铝土矿在碱溶时，其中的氧化铝和二氧化硅可溶于强碱溶液，过滤后，滤
25、液中偏铝酸钠与碳酸氢钠反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸钠，氢氧化铝经灼烧后分解为氧化铝，最后电解熔融的氧化铝得到铝。（1）氧化铝为两性氧化物，可溶于强碱溶液生成偏铝酸钠和水，离子方程式为Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O 。 (2为了提高铝土矿的浸取率，氢氧化钠溶液必须过量，所以过滤I所得滤液中含有氢氧化钠，加入碳酸氢钠溶液后，氢氧化钠与碳酸氢钠发生反应生成碳酸钠和水，所以溶液的pH减小。 （3）电解I过程中，石墨阳极上氧离子被氧化为氧气，在高温下，氧气与石墨发生反应生成气体，所以，石墨电极易消耗的原因是被阳极上产生的氧气氧化。 （4）铝在常温下就容易与空气中的氧气反应生成一层致密的氧化膜。氯化铵受热分解产生的氯化氢能够破坏铝表面的氧化铝薄膜，所以加入少量的氯化铵有利于AlN的制备。【答案】（1）Al2O3+2OH=2AlO2+H2O （2）减小（3）石墨电极被阳极上产生的O2氧化（4）NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜13
