第2节 铝及其化合物
了解铝及其重要化合物的主要性质和应用。
一、铝的重要性质
铝的化学性质
化学方程式
暴露在空气中（与O2反应）
燃烧（与O2反应）[来源:学*科*网Z*X*X*K]
铝热反应（与Fe2O3反应）
与Cl2反应
与HCl反应
与NaOH溶液反应
即时训练1 下列说法中正确的是（ ）。
A．铝合金门窗及餐具坚固耐用，所以铝不活泼，不易与其他物质反应
B．铝不能与Fe3O4发生置换反应[来源:Z+xx+k.Com]
C．铝片放入氢氧化钠溶液中的离子方程式Al＋2OH－===AlO＋H2↑
D．可以用氢氧化钠溶液来除去铁粉中的铝粉
二、铝的重要化合物
1．三氧化二铝
（1）物理性质：Al2O3是高熔点的氧化物，常作为____材料及冶炼金属铝的原料。
（2）化学性质（用离子方程式表示）：
两性
2．氢氧化铝
（1）吸附性：Al（OH）3是难溶于水的白色胶状沉淀物质，它能________水中的悬浮物，常用于水的净化，并能______色素。
（2）两性
（3）受热分解：化学方程式为____________________________________________。
（4）制备：
①向铝盐溶液中加入氨水：Al3＋＋3NH3·H2OAl（OH）3↓＋3NH。
②向偏铝酸盐溶液中通入过量CO2：___________________________________________ _________________________________________________________________________。
3．明矾[KAl（SO4）2·12H2O]
明矾净水原理：明矾溶于水时，Al3＋发生水解形成________胶体，其吸附能力强，可以吸附水中的杂质形成沉淀，使水澄清，其水解反应的离子方程式为____________________。
即时训练2 下列说法中正确的是________。
A．熔化固体NaOH的坩埚不能选用Al2O3坩埚
B．用盐酸、氢氧化钠溶液均可除去铝表面的氧化膜
C．向AlCl3溶液中加入过量NaOH溶液，离子方程式为：Al3＋＋3OH－===Al（OH）3↓
D．AlCl3溶液中滴入过量的氨水，离子方程式为：Al3＋＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH
E．向一定量的AlCl3溶液中逐滴加入氢氧化钠溶液，先生成白色沉淀，后沉淀逐渐溶解
F．实验室中我们通常用氨水与Al2（SO4）3溶液反应来制取Al（OH）3，一般不用NaOH溶液
G．除去氧化铁中氧化铝的方法：向混合物中加入过量的氢氧化钠溶液，充分反应后过滤、洗涤、干燥
特别提示：（1）Al2O3、Al（OH）3是中学阶段接触的唯一与碱反应的金属氧化物及氢氧化物，经常应用到除杂、计算，特别是推断题中，所以一定要熟记这两个反应的离子方程式。（2）Al2O3、Al（OH）3只与强碱反应，不与弱碱（如氨水）反应。（3）明矾净水只能除去水中的悬浮杂质，不能杀菌消毒，与氯气净水原理不同。
一、复习Al、Al2O3、Al（OH）3的注意点
1．注意在推断题中的应用
（1）Al与Fe2O3、Fe3O4等发生的置换反应经常出现在推断题中，如一种金属单质在高温下与一种氧化物反应生成另一种金属和氧化物。
（2）既能与酸反应又能与碱反应的物质除Al、Al2O3、Al（OH）3外，还有弱酸酸式盐（如NaHCO3、KHS、KHSO3等）、弱酸铵盐[如（NH4）2CO3、NH4HCO3、CH3COONH4、（NH4）2S等]等。
2．注意在计算题中的应用
Al是我们中学阶段学习的唯一既与H＋反应也与OH－反应的金属，它与酸、碱反应既有相同点，也有不同点。
相同点：Al均被氧化成＋3价，所以1 mol Al不论与H＋反应还是与OH－反应均生成3 g（ mol）H2。
不同点：1 mol Al与H＋反应消耗3 mol H＋，而与OH－反应只消耗1 mol OH－，所以含有等物质的量溶质的NaOH溶液和HCl溶液分别与足量的铝反应时生成的氢气的物质的量之比为3∶1。
3．Al、Al2O3、Al（OH）3与酸碱反应的共同点
Al3＋AlO
Al、Al2O3、Al（OH）3既溶于酸又溶于强碱溶液，与酸反应均生成Al3＋，且每生成1 mol Al3＋均耗3 mol H＋；与碱反应均生成AlO，且每生成1 mol AlO均耗1 mol OH－，记住上述关系，书写有关离子方程式就比较容易。
4．注意酸碱性强弱
Al2O3、Al（OH）3与强酸或强碱反应，但不溶于CO2水溶液或氨水。
【例1－1】 将5.4 g Al投入200.0 mL 2.0 mol·L－1的某溶液中有氢气产生，充分反应后有金属剩余。该溶液可能为（ ）。
A．HNO3溶液 B．Ba（OH）2溶液
C．H2SO4溶液 D．HCl溶液
【例1－2】 相同质量的下列物质分别与等浓度的NaOH溶液反应，至体系中均无固体物质，消耗碱量最多的是（ ）。
A．Al B．Al（OH）3 C．AlCl3 D．Al2O3
二、“铝三角”及其应用
1．“铝三角”的转化关系
2．与铝及其化合物有关的图像
（1）向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液直至过量，如下图所示：
0～3n：Al3＋＋3OH－===Al（OH）3↓
3n～4n：Al（OH）3＋OH－===AlO＋2H2O
现象：白色沉淀逐渐增多达一定值（A点），继续加NaOH溶液沉淀逐渐溶解，直至完全消失。
（2）向NaOH溶液中逐滴滴加AlCl3溶液直至过量，如下图所示：
[来源:学科网]
0→3n：Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O
3n→4n：3AlO＋Al3＋＋6H2O===4Al（OH）3↓
现象：先无沉淀，后有白色沉淀生成。
（3）向AlCl3溶液中滴加氨水直至过量，如下图所示：
Al3＋＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH
现象：白色沉淀逐渐增多直至达到一定值（A点），继续加氨水，沉淀量不变。
其他与铝有关的图像还有很多，熟练掌握反应物的定量关系，在分析图像时要从起始点、拐点等入手，以图像的变化联系反应，理清反应先后顺序，再进行量的计算。
3．可溶性铝盐与强碱（如NaOH溶液）反应，铝元素存在形态分析
4．应用
（1）判断离子共存：Al3＋只能存在于酸性溶液中，不能在显碱性的溶液里大量存在，AlO只能存在于强碱性溶液中，不能在显酸性的溶液里大量存在，所以Al3＋与AlO不能大量共存。
（2）实验室中制备Al（OH）3一般用氨水（不用强碱）与Al3＋反应。[来源:Zxxk.Com]
（3）提纯、分离Al、Al2O3、Al（OH）3与其他物质的混合物时，常利用加碱法先进行第一步分离。
【例2－1】 （2012河北沧州质检）下列图像表示Al3＋与AlO物质的量变化的曲线，实线表示Al3＋，虚线表示AlO，其中正确的是（ ）。
【例2－2】 下列各组物质，不能按（“―→”表示反应一步完成）关系转化的是（ ）。
选项
a
b
c
A
Al2O3
NaAlO2
Al（OH）3
B
AlCl3
Al（OH）3
NaAlO2
C
Al
Al（OH）3
Al2O3
D
MgCl2
Mg（OH）2
MgO
三、铝热反应
1．原理
铝将金属氧化物中化合态的金属还原为金属单质，如Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3、Cr2O3＋2Al2Cr＋Al2O3、3Co3O4＋8Al9Co＋4Al2O3等。
2．实验装置
3．反应现象及结论
剧烈燃烧，放出大量的热，导致混合物剧烈反应过后，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中；待熔融物冷却后，除去外层熔渣，可以发现落下的是铁珠。
4．应用
（1）野外焊接钢轨；
（2）冶炼高熔点金属。[来源:学科网]
5．注意事项
（1）铝热反应是在高温干态下进行的置换反应，铝只能与排在金属活动顺序其后的金属氧化物反应。
（2）铝热反应常出现在推断题中。
（3）铝热反应不能用来冶炼大量的金属铁、铜等（要考虑冶炼成本）。
【例3】 下列说法中错误的是________。
A．利用铝热反应制备金属铝
B．铝可用于冶炼某些熔点较高的金属
C．铁轨焊接时常用到铝热反应，铝热反应中放出大量的热足以使铁熔化
D．铝热反应是炼铁最常用的方法
E．Al和MgO组成铝热剂，反应后生成单质镁
从铝土矿中制备铝
近几年高考经常围绕Al2O3、Al（OH）3的两性，结合物质的分离、提纯及化工工艺考查实验设计、实验评价及反应原理，解决此类问题注意抓住Al2O3、Al（OH）3的两性和实验分离、提纯的操作，选择试剂时要考虑过量试剂对实验的影响。
【实验典例】
（2013浙江测试）工业上通常以铝土矿（主要成分为Al2O3，含有少量Fe2O3、SiO2等杂质）为原料制备无水氯化铝：2Al2O3＋6Cl24AlCl3＋3O2。
回答以下问题：
（1）画出Al的原子结构示意图_______；氯元素在元素周期表第_______周期_______族。
（2）为促进反应的进行，实际生产中需加入焦炭，其原因是_______________________。
（3）加入焦炭后的化学反应可表示为Al2O3＋C＋Cl2AlCl3＋X↑，设计实验确定气体X的成分：______________________________________________________________。
（4）在提纯AlCl3粗产品时，需加入少量铝粉，可使熔点较低的FeCl3转化为熔点较高的FeCl2，从而避免在AlCl3中混入铁的氯化物。该反应的化学方程式为_______________。
（5）以铝土矿为原料可以通过以下途径提纯氧化铝：
Al2O3
①写出滤液甲中溶质的化学式_____________________________________________。
②写出滤液乙中加入过量氨水得到Al（OH）3的离子方程式____________________。
1．（高考集萃）下列叙述中不正确的是________。
A．（2011山东理综）Al、Fe、Cu三者对应的氧化物均为碱性氧化物
B．（2011天津理综）加入铝粉能产生H2的溶液中，可能存在大量的Na＋、Ba2＋、AlO、NO
C．（2011江苏化学）常温下浓硫酸能使铝发生钝化，可在常温下用铝制容器贮藏贮运浓硫酸
D．（2011江苏化学）向NaAlO2溶液中通入过量CO2：2AlO＋CO2＋3H2O===2Al（OH）3↓＋CO
E．（2011北京理综）向污水中投放明矾，生成能凝聚悬浮物的胶体：Al3＋＋3H2OAl（OH）3（胶体）＋3H＋
F．（2011安徽理综）Al箔插入稀硝酸中无现象，所以Al箔表面被HNO3氧化，形成致密的氧化膜
2．下列物质中既能与稀硫酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应的是（ ）。
①NaHCO3 ②（NH4）2SO3 ③Al2O3 ④Al（OH）3 ⑤Al ⑥NaHSO4 ⑦AlCl3 ⑧Na2SiO3
A．①②③④⑤⑥⑦⑧ B．①②③④⑤
C．③④⑤⑥⑦ D．②⑧
3．甲、乙两烧杯中分别盛有10 mL 1 mol·L－1AlCl3溶液，在甲烧杯中加入一定量NaOH溶液；乙烧杯中加入与上述NaOH溶液等体积、等pH的氨水。下列有关两个烧杯的说法中正确的是（ ）。
A．甲中产生的沉淀一定比乙中多
B．乙中产生的沉淀一定比甲中多
C．甲和乙产生的沉淀一定一样多
D．甲和乙产生的沉淀可能一样多
4．下列叙述中错误的是（ ）。
A．Al（OH）3能与NaOH溶液反应，则Al（OH）3也能与氨水反应
B．Al、Al2O3、Al（OH）3都可溶于NaOH溶液和盐酸中
C．向AlCl3溶液中滴加氨水，产生白色沉淀；再加过量NaHSO4溶液，沉淀消失
D．能用同一个离子方程式表示：氨水滴入Al2（SO4）3溶液和Al2（SO4）3溶液滴入浓氨水的反应
5．某Na2CO3、NaAlO2的混合溶液中逐滴加入1 mol·L－1的盐酸，测得溶液中的CO、HCO、AlO、Al3＋的物质的量与加入盐酸的体积变化关系如图所示，则下列说法正确的是（ ）。
A．原混合溶液中的CO与AlO的物质的量之比为1∶2
B．V1∶V2＝1∶5
C．M点时生成的CO2为0.05 mol
D．a曲线表示的离子方程式为：AlO＋H＋＋H2O===Al（OH）3↓
6．某化学兴趣小组欲研究一种镁铝合金，以下是部分实验。请完成填空。
[实验一]从镁铝合金片上剪下一小块，先称重，然后投到盛有10 mL 10 mol·L－1NaOH溶液（足量）的锥形瓶里。
（1）从反应开始至反应结束，依次可观察到的现象有：①切口断面处先产生气泡，反应由慢到快；②小块合金在溶液中上下翻腾；③溶液升温；④反应后，溶液中残留黑色固体。
（2）开始时产生气泡速率慢，其主要原因（除温度、电化学因素外）是___________。
（3）欲利用此反应测定合金中铝的含量，请仿照方法①写出另一种不同方法所需数据。
方法
需测定的数据
①
产生的H2的体积
②
[实验二]向实验一的锥形瓶里滴加1 mol·L－1HCl，使镁、铝两种元素恰好只以氯化物的形式存在。
[实验三]请设计合理实验检验实验二所得溶液中的Mg2＋、Al3＋。
限选实验用品与试剂：烧杯、试管、滴管、1 mol·L－1 NaOH溶液、1 mol·L－1HCl溶液、蒸馏水。
根据你设计的实验方案，叙述实验操作、预期现象和结论。（可填满、也可不填满）
实验操作
预期现象和结论
步骤1：
步骤2：
……
[实验四]粉末状试样A是由MgO和Fe2O3组成的混合物。取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成。产物中的单质B是______________（填化学式）。
参考答案
基础梳理整合
一、4Al＋3O2===2Al2O3 4Al＋3O22Al2O3 2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe 2Al＋3Cl22AlCl3 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ 2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
即时训练1
D
二、1.(1)耐火
(2)Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O
2．(1)吸附 吸附
(2)Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O
(3)2Al(OH)3Al2O3＋3H2O
(4)②AlO＋2H2O＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO
3．Al(OH)3 Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋
即时训练2
答案：ABDEFG
核心归纳突破
【例1－1】 D 解析：首先换算成物质的量，Al为0.2 mol，溶液中的溶质为0.4 mol。A选项中硝酸与铝反应不生成氢气；B选项中n(OH－)＝0.8 mol，与铝反应剩余OH－；C、D选项中n(H＋)分别为0.8 mol、0.4 mol，2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，所以C选项中H＋有剩余，D选项中铝有剩余。
【例1－2】 A 解析：Al、Al2O3、Al(OH)3与碱反应均生成AlO，且每生成1 mol AlO均耗1 mol OH－，消耗1 mol NaOH，需27 g Al、78 g Al(OH)3、＝51 g Al2O3；1 mol Al3＋耗4 mol OH－生成AlO，AlCl3消耗1 mol NaOH，需≈33.4 g，所以等质量的Al、Al2O3、Al(OH)3、AlCl3与碱反应均生成AlO，消耗碱量最多的是Al。
【例2－1】 B 解析：A、B发生的反应Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓、Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O，氢氧化钠的物质的量之比为3∶1，B选项正确；C、D发生的反应AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓、Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O，盐酸的物质的量之比为1∶3，C、D选项均错误。
【例2－2】 C 解析：Al2O3与过量NaOH反应生成NaAlO2，NaAlO2与AlCl3反应生成Al(OH)3，Al(OH)3受热分解得Al2O3，A符合；AlCl3与少量NaOH反应生成Al(OH)3，Al(OH)3与NaOH反应生成NaAlO2，NaAlO2和过量盐酸反应生成AlCl3，B符合；Al不能一步生成Al(OH)3，C不符合；MgCl2与NaOH反应生成Mg(OH)2，Mg(OH)2受热分解得MgO，MgO和盐酸反应生成MgCl2，D符合。
【例3】 ADE 解析：A选项，铝热反应是铝单质与金属氧化物反应生成Al2O3，错误；D选项，铝的价格比铁高得多，错误；E选项，Al的活泼性小于Mg，错误。
实验探究拓展
实验典例
答案：(1) 三 ⅦA (2)C与O2反应，有利于反应正向进行
(3)气体X可能为CO、CO2或两者的混合物。将生成气体依次通过澄清石灰水、浓硫酸、灼热的CuO粉末，如溶液变浑浊，则X中存在CO2，如黑色CuO粉末变成红色粉末，则X中存在CO。
(4)Al＋3FeCl3AlCl3＋3FeCl2
(5)①NaAlO2、Na2SiO3、NaOH(写出NaAlO2、Na2SiO3即可)
②Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH
解析：(2)2Al2O3＋6Cl24AlCl3＋3O2则加入焦炭与氧气反应使平衡右移；(3)依据原子守恒可知X可能是CO、CO2或两者的混合物；(5)由于铝土矿含Al2O3、Fe2O3、SiO2，所以滤液甲中溶质为NaAlO2、Na2SiO3、NaOH。
演练巩固提升
1．ADF 解析：A选项，Al2O3属于两性氧化物，错误；B选项，溶液可能显酸性或碱性，在碱性条件下符合题意，正确；D选项，通入过量CO2应该生成HCO，错误；F选项，Al箔与稀硝酸反应，错误。
2．B 解析：①中的HCO既能与H＋反应，又能与OH－反应；②中的NH可以与OH－反应，SO可以与H＋反应；两性物质Al2O3和Al(OH)3既能与稀硫酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应，金属Al既能溶于稀硫酸，又能溶于NaOH溶液，③④⑤三项符合题意；⑥⑦只与氢氧化钠溶液反应；⑧只与稀硫酸反应。
3．D 解析：依据方程式可知生成1 mol的Al(OH)3消耗的NaOH、NH3·H2O均为3 mol，因为过量的NaOH溶液会与Al(OH)3反应，且NH3·H2O的物质的量远远大于NaOH的物质的量，所以甲中产生的沉淀不会大于乙中的；当AlCl3与NaOH的物质的量为1∶3时，生成的沉淀一样多。
4．A 解析：NH3·H2O是弱碱不能与Al(OH)3反应，A错、D正确；NaHSO4溶液显强酸性，C正确。
5．D 解析：与H＋发生反应的先后顺序为：AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓、CO＋H＋===HCO、HCO＋H＋===H2O＋CO2↑、Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O，D选项正确；原混合溶液中的CO与AlO的物质的量之比为1∶1，A选项错误；M点时生成的是HCO，无CO2生成，C选项错误；V1时，CO正好有一半生成HCO，V1＝75 mL，V2＝150 mL＋150 mL＝300 mL，B选项错误。
6．答案：[实验一](2)合金表面有氧化膜 (3)“残留固体镁的质量”或“反应消耗或剩余的NaOH的量”或“生成的NaAlO2的量”
[实验三]
实验操作
预期现象和结论
步骤1：取少量实验二所得溶液于试管A中，向试管A中滴加过量1 mol·L－1NaOH溶液，充分振荡，静置
有白色沉淀产生，说明溶液中含Mg2＋
步骤2：用滴管将试管A中上层清液转移至试管B，向试管B中逐滴滴加1 mol·L－1HCl至过量，边滴边振荡
有白色沉淀产生然后沉淀又溶解，说明溶液中含Al3＋
[实验四]Fe
解析：(2)由现象①切口断面处先产生气泡，可推知金属表面有氧化膜；(3)从剩余物(Mg)、其他生成物NaAlO2、反应物(Al、NaOH)的量考虑；[实验四]中Mg的活动性大于Al的，且镁结合氧气的能力更强，所以Al只能置换出Fe。
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