高中化學(xué)知識(shí)點(diǎn):單質(zhì)鋁

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中化學(xué) 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

鋁的主要性質(zhì):



物理性質(zhì):
鋁是銀白色,具有金屬光澤的固體,硬度較小,具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性。
化學(xué)性質(zhì):
活潑金屬,具有較強(qiáng)的還原性;常溫下鋁在濃硫酸和濃硝酸中發(fā)生鈍化;既可以與酸反應(yīng)又可以與堿反應(yīng)。
(1)與氧氣反應(yīng):(純氧中發(fā)出耀眼的白光)
(2)與Cl2 、S 、N2反應(yīng):
(Al2S3在溶液中完全雙水解)

(AlN與水反應(yīng)生成Al(OH)3和NH3↑)
(3)與水反應(yīng):
(4)與酸反應(yīng):
(5)與堿的反應(yīng):
(6)鋁熱反應(yīng):2Al+Fe2O3=(高溫)=Al2O3+2Fe
鋁的用途
純鋁制作導(dǎo)線,鋁合金用于制造飛機(jī)、汽車、生活用品等。




鋁的特殊性質(zhì):


鋁既能與酸反應(yīng),也能與強(qiáng)堿反應(yīng)。
鋁與酸反應(yīng):鋁與濃硫酸在常溫下發(fā)生鈍化,2Al+6HCl==2AlCl3+3H2
鋁與堿反應(yīng):2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2


鋁熱反應(yīng):


鋁熱法是一種利用鋁的還原性獲得高熔點(diǎn)金屬單質(zhì)的方法。此種反應(yīng)被稱為鋁熱反應(yīng)。 
可簡單認(rèn)為是鋁與某些金屬氧化物(如Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)或非金屬氧化物(如SiO2等)在高熱條件下發(fā)生的反應(yīng)!   
鋁熱反應(yīng)常用于冶煉高熔點(diǎn)的金屬,并且它是一個(gè)放熱反應(yīng),   
其中鎂條為引燃劑,氯酸鉀為助燃劑。
其裝置如下圖所示:



鋁熱反應(yīng)配平技巧:


取反應(yīng)物和生成物中氧化物中兩邊氧的最小公倍數(shù),即可快速配平,如8Al+3Fe3O4=4Al2O3+9Fe中,可取Fe3O4和Al2O3中氧的最小公倍數(shù)12,則Fe3O4前應(yīng)為3Al2O3前應(yīng)為4,然后便可得到Al為8,F(xiàn)e為9。



鎂鋁的化學(xué)性質(zhì)比較:
































單質(zhì)
與非金屬反應(yīng)2Mg+O2=(點(diǎn)燃)=2MgO
(發(fā)出耀眼白光)
Mg+Cl2=(點(diǎn)燃)=MgCl2
3Mg+N2=(點(diǎn)燃)=Mg3N2
4Al+3O2=(加熱)=2Al2O3
2Al+3Cl2=(加熱)=2AlCl3
2Al+3S=(加熱)=Al2S3
與沸水反應(yīng)Mg+2H2O=(加熱)=Mg(OH)2+H2不反應(yīng)
與酸反應(yīng)Mg+2H+==Mg2++H2
與稀硝酸反應(yīng)生成Mg(NO3)2、NOx(或者N2、NH4NO3)、H2O
2Al+6H+==2Al3++3H2
在冷的濃硝酸或濃硫酸中鈍化
與氧化物反應(yīng)2Mg+CO2=(點(diǎn)燃)=2MgO+C
(劇烈燃燒,生成白色粉末和黑色固體)
2Al+Fe2O3=(高溫)=2Fe+Al2O3(鋁熱反應(yīng))
與鹽溶液反應(yīng)Mg+2NH4++2H2O==Mg2++2NH3·H2O+H2
Mg+Cu2+==Mg2++Cu
2Al+3Hg2+=2Al3++3Hg
與強(qiáng)堿反應(yīng)不反應(yīng)2Al+2OH-+2H2O==2AlO2-+3H2



鋁熱反應(yīng)配平技巧:

取反應(yīng)物和生成物中氧化物中兩邊氧的最小公倍數(shù),即可快速配平,如8Al+3Fe3O4=4Al2O3+9Fe中,可取Fe3O4和Al2O3中氧的最小公倍數(shù)12,則Fe3O4前應(yīng)為3Al2O3前應(yīng)為4,底下便可得到Al為8,F(xiàn)e為9。


鋁與酸、堿反應(yīng)的計(jì)算技巧:


鋁與酸、堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)都是,所以根據(jù)得失電子守恒可知:,利用此關(guān)系可以方便地進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。


鋁與酸或堿溶液反應(yīng)生成H2的量的計(jì)算:


Al是我們中學(xué)階段學(xué)習(xí)的唯一既與H反應(yīng)也與OH反應(yīng)的金屬,它與酸、堿反應(yīng)既有相同點(diǎn),也有不同點(diǎn)。


相同點(diǎn):Al均被氧化成+3價(jià),所以1molAl不論與H還是與OH反應(yīng)均生成3gH2。
不同點(diǎn):1molAl與H反應(yīng)消耗3molH,而與OH反應(yīng)只消耗1molOH,所以含有等物質(zhì)的量的NaOH溶液和HCl溶液分別與足量的鋁反應(yīng)時(shí)生成的氫氣的物質(zhì)的量之比為3∶1。



“鋁三角”關(guān)系:



Al3++3OH-===Al(OH)3
Al(OH)3+OH-===AlO2-+2H2O
Al3++4OH-===AlO2-+2H2O
AlO2-+2H2O+CO2===Al(OH)3↓+HCO3-
AlO2-+H++H2O===Al(OH)3
AlO2-+4H+===Al3++2H2O



鈍化:


鋁、鐵在常溫下與濃硫酸發(fā)生鈍化,鈍化不是不反應(yīng),而是被氧化成一層致密的氧化物薄膜,恰恰說明金屬的活潑性。




相關(guān)高中化學(xué)知識(shí)點(diǎn):鋁鹽(鋁離子)

鋁鹽:


鋁鹽是指正三價(jià)鋁離子和酸根陰離子組成的鹽,一般來說呈白色或無色晶體,溶于水,個(gè)別不溶于水。
常用的鋁鹽主要有三氯化鋁、硫酸鋁和明礬。
(1)與堿反應(yīng):Al3++3OH-(少量)==Al(OH)3
Al3++4OH-(過量)== AlO2-+2H2O
(2)Al3++3AlO2-+6H2O==4Al(OH)3



鋁鹽的性質(zhì):


Al3+易水解,顯酸性Al3++3H2O==Al(OH)3+3H+
(1)與堿反應(yīng):Al3++3OH-(少量)==Al(OH)3
Al3++4OH-(過量)==AlO2-+2H2O
(2)易發(fā)生雙水解:Al3++3AlO2-+6H2O==4Al(OH)3



鋁鹽與強(qiáng)堿溶液作用生成Al(OH)3沉淀的計(jì)算
反應(yīng)關(guān)系如下:
(1)Al3++3OH-==Al(OH)3(生成沉淀)
(2)Al(OH)3+OH-==AlO2-+2H2O(沉淀溶解)
(3)Al3++4OH-==AlO2-+2H2O(生成沉淀,又恰好溶解)
分析以上三個(gè)化學(xué)反應(yīng)方程式,所得Al(OH)3沉淀的物質(zhì)的量與n(Al3+)、n(OH-)的關(guān)系為:
當(dāng)≤3時(shí),所得沉淀的物質(zhì)的量:n[Al(OH)3]=n(OH-)
當(dāng)≥4時(shí),所得沉淀的物質(zhì)的量:n[Al(OH)3]=0

當(dāng)3<<4時(shí),所得沉淀的物質(zhì)的量:n[Al(OH)3]=4n(Al3+)-n(OH-)

2、有關(guān)Al(OH)3的圖像分析
①向溶液中滴加溶液

O~A段:
A~B段:
②向強(qiáng)堿溶液中滴入鋁鹽溶液

O~A段:
A~B段:
③向鋁鹽溶液中滴入氨水或向氨水中滴加鋁鹽溶液
A. 向鋁鹽中滴加氨水時(shí),當(dāng)氨水增加到時(shí),產(chǎn)生最大沉淀量

B. 向氨水中滴加鋁鹽溶液時(shí),開始時(shí)氨水過量,如圖所示


分析得:氫氧化鋁不溶于弱堿氨水中。
④向偏鋁酸鹽溶液中滴入強(qiáng)酸

O~A段:
O~B段:
⑤向鹽酸中滴加偏鋁酸鹽溶液

O~A段:
A~B段:



“鋁三角”關(guān)系:



Al3++3OH-===Al(OH)3
Al(OH)3+OH-===AlO2-+2H2O
Al3++4OH-===AlO2-+2H2O
AlO2-+2H2O+CO2===Al(OH)3↓+HCO3-
AlO2-+H++H2O===Al(OH)3
AlO2-+4H+===Al3++2H2O



典型例題解析:


在50mLbmol·L-1的AlCl3溶液中加入50mLamol·L-1NaOH溶液。
(1)當(dāng)a≤3b時(shí),生成Al(OH)3沉淀的物質(zhì)的量為________。
(2)當(dāng)a、b滿足________條件時(shí),無沉淀產(chǎn)生。
(3)當(dāng)a、b滿足________條件時(shí),先有沉淀生成,后又有部分沉淀溶解,此時(shí)Al(OH)3的質(zhì)量為________g!
解析:依題意知,在AlCl3溶液中加入NaOH溶液有如下兩個(gè)反應(yīng)發(fā)生: AlCl3+3NaOH===Al(OH)3↓+3NaCl ①
AlCl3+4NaOH===NaAlO2+3NaCl+2H2O ②
根據(jù)以上兩反應(yīng)可以看出:
(1)當(dāng)a≤3b時(shí),只發(fā)生第一個(gè)反應(yīng),此時(shí)NaOH不足量,產(chǎn)生沉淀的量取決于NaOH。3n[Al(OH)3]=n(NaOH)?。所以答案為0.05a/3mol。
(2)如果無沉淀生成,Al元素全部以AlO2形式存在。 n(AlCl3)∶n(NaOH)≤1∶4,即a∶b≥4∶1,所以答案為a≥4b。
(3)此種情況應(yīng)當(dāng)是兩個(gè)反應(yīng)均發(fā)生,鋁元素以Al(OH)3和AlO2兩種形式存在。符合關(guān)系:,整理得:3b<a<4b或。


求沉淀的量的方法很多。
解法一:聯(lián)立方程法。
設(shè)反應(yīng)①中,AlCl3物質(zhì)的量為x,則Al(OH)3為x,NaOH為3x。
反應(yīng)②中AlCl3物質(zhì)的量為y,NaOH為4y。     
       
解得x=(0.2b-0.05a)mol=0.05(4b-a)mol。 m[Al(OH)3]=78g·mol-1×0.05(4b-a)mol=3.9(4b-a)g。
解法二:守恒法。此種條件下,溶液中的離子有Na、Cl、AlO2-!   
n(AlO2-)=n(Na)-n(Cl)=0.05amol-0.05×3bmol!   
n[Al(OH)3]=n(Al3+)-n(AlO2-)=0.05bmol-(0.05amol-0.15bmol)=(0.2b-0.05a)mol=0.05(4b-a)mol!   
m[Al(OH)3]=78g·mol-1×0.05(4b-a)mol =3.9(4b-a)g!   
【答案】 




相關(guān)高中化學(xué)知識(shí)點(diǎn):氫氧化鋁

氫氧化鋁的性質(zhì):


不溶于水的白色膠狀物質(zhì);能凝聚水中的懸浮物,可用作凈水劑、可治療胃酸過多、作糖的脫色劑等;既能與酸反應(yīng),又能與堿反應(yīng)。
(1)與酸反應(yīng):Al(OH)3+3H+==Al3++3H2O
(2)與堿反應(yīng):Al(OH)3+OH-==AlO2-+2H2O



氫氧化鋁的性質(zhì):



氫氧化鋁是一種白色不溶于水的膠狀沉淀,它能凝聚水中的懸浮物,并能吸附色素。
氫氧化鋁既能與強(qiáng)酸反應(yīng)也能與強(qiáng)堿反應(yīng),是兩性氫氧化物。
氫氧化鋁是醫(yī)用的胃酸中和劑的一種,它的堿性不強(qiáng),不至于對(duì)胃壁產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激或腐蝕作用,但卻可以與酸反應(yīng),是胃液酸度降低,起到中和過多胃酸的作用。
氫氧化鋁受熱是分解成氧化鋁和水。2Al(OH)3=(加熱)=Al2O3+3H2O

氫氧化鋁的制備:


實(shí)驗(yàn)室制法:Al2(SO4)3+6NH3·H2O==(NH4)2SO4+Al(OH)3
其他制法:①AlO2-+HCO3-+H2O=Al(OH)3↓+CO32-
②2AlO2-+CO2+3H2O=2Al(OH)3↓+CO32-
③AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-
④3AlO2-+Al3++6H2O==4Al(OH)3
例題:用稀H2SO4、NaOH溶液和金屬鋁為原料制取Al(OH)3。
甲、乙、丙三個(gè)學(xué)生的制備途徑分別是   
甲:   
乙:   
丙: 
若要得到等量的Al(OH)3,則( B )    
A.三者消耗的原料相同   B.甲消耗的原料的總物質(zhì)的量最多   C.乙消耗的原料的總物質(zhì)的量最少   D.丙消耗的原料的總物質(zhì)的量最多   



有關(guān)Al(OH)3的計(jì)算及圖象分析:


解答有關(guān)Al(OH)3的圖象和計(jì)算問題要注意以下三點(diǎn):
(1)“鋁三角”關(guān)系圖中各物質(zhì)轉(zhuǎn)化方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)關(guān)系。
(2)鋁元素的存在形式。
(3)圖象分析時(shí):首先要看清橫、縱坐標(biāo)的含義,其次要對(duì)圖象進(jìn)行全面的分析,尤其需要關(guān)注的是特殊點(diǎn)(起點(diǎn)、折點(diǎn)、頂點(diǎn)、終點(diǎn))的含義。
1、鋁鹽與強(qiáng)堿溶液作用生成Al(OH)3沉淀的計(jì)算
反應(yīng)關(guān)系如下:
(1)Al3++3OH-==Al(OH)3(生成沉淀)
(2)Al(OH)3+OH-==AlO2-+2H2O(沉淀溶解)
(3)Al3++4OH-==AlO2-+2H2O(生成沉淀,又恰好溶解)
分析以上三個(gè)化學(xué)反應(yīng)方程式,所得Al(OH)3沉淀的物質(zhì)的量與n(Al3+)、n(OH-)的關(guān)系為:
當(dāng)≤3時(shí),所得沉淀的物質(zhì)的量:n[Al(OH)3]=n(OH-)
當(dāng)≥4時(shí),所得沉淀的物質(zhì)的量:n[Al(OH)3]=0

當(dāng)3<<4時(shí),所得沉淀的物質(zhì)的量:n[Al(OH)3]=4n(Al3+)-n(OH-)

2、有關(guān)Al(OH)3的圖像分析
①向溶液中滴加溶液

O~A段:
A~B段:
②向強(qiáng)堿溶液中滴入鋁鹽溶液

O~A段:
A~B段:
③向鋁鹽溶液中滴入氨水或向氨水中滴加鋁鹽溶液
A. 向鋁鹽中滴加氨水時(shí),當(dāng)氨水增加到時(shí),產(chǎn)生最大沉淀量

B. 向氨水中滴加鋁鹽溶液時(shí),開始時(shí)氨水過量,如圖所示


分析得:氫氧化鋁不溶于弱堿氨水中。
④向偏鋁酸鹽溶液中滴入強(qiáng)酸

O~A段:
O~B段:
⑤向鹽酸中滴加偏鋁酸鹽溶液

O~A段:
A~B段:



方法與技巧:



利用互滴順序不同,現(xiàn)象不同可檢驗(yàn)的溶液
(1)AlCl3溶液和鹽酸
(2)NaAlO2溶液和鹽酸
(3)Na2CO3溶液和鹽酸
(4)AgNO3溶液和氨水
當(dāng)溶液中有多種離子時(shí),要考慮離子之間的反應(yīng)順序,如向含有H+、NH4+、Mg2+、Al3+的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,NaOH先與H+反應(yīng),再與Mg2+、Al3+反應(yīng)生成沉淀,再與NH4+反應(yīng),最后才溶解Al(OH)3沉淀。一般是按生成水、沉淀、氣體的順序反應(yīng)?捎脠D像表示為:

AlO2-與HCO3-的反應(yīng)不屬于水解相互促進(jìn)的反應(yīng),而是HCO3-電離出的H+與AlO2-發(fā)生的反應(yīng):AlO2-+HCO3-+H2O=Al(OH)3↓+CO32-



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