■寧夏固原一中 李曉峰

鋁位于元素周期表第三周期ⅢA族,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)存在,是地殼中含量最高的金屬元素,有著廣泛的用途。新課標(biāo)及考綱要求了解鋁的主要性質(zhì)及應(yīng)用,鋁與酸、堿反應(yīng)的簡(jiǎn)單計(jì)算與比較。鋁在高考中也常作為熱點(diǎn)考點(diǎn),這里有必要將鋁的化學(xué)性質(zhì)全方位進(jìn)行歸納、總結(jié),便于平時(shí)學(xué)習(xí)及備考復(fù)習(xí),以提高學(xué)習(xí)及復(fù)習(xí)效率。

鋁的主要化學(xué)性質(zhì)思維導(dǎo)圖如下。

思維導(dǎo)圖中有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式或離子方程式:

③鋁與酸反應(yīng)。

a.與氧化性酸(如濃硫酸、濃硝酸)反應(yīng):常溫生成一層致密的氧化物膜而鈍化。加熱或稀硝酸,則持續(xù)反應(yīng),如。

b.與非氧化性酸(如稀硫酸、稀硝酸)反應(yīng):2Al+6H+==2Al3++3H2↑。

考點(diǎn)一：關(guān)于Al2O3致密氧化膜的考查

考查要點(diǎn)：(1)鋁是活潑金屬,但鋁抗腐蝕性相當(dāng)強(qiáng),因?yàn)殇X表面生成一層致密的氧化物薄膜,鋁制品表面的致密氧化膜起著保護(hù)內(nèi)部金屬的作用,所以鋁制品在空氣中能穩(wěn)定存在,也具有很強(qiáng)的抗腐蝕性。(2)致密氧化膜還可推廣到鐵與冷的濃硫酸、濃硝酸相遇的鈍化。(3)致密氧化膜熔點(diǎn)很高,打磨的鋁箔加熱至熔化時(shí),鋁不會(huì)滴落。(4)鋁制容器不宜蒸煮或長(zhǎng)時(shí)間盛放酸性、堿性或咸的食物。

例1日常生活中常用鋁制炊具,它質(zhì)輕且堅(jiān)固耐用,其中的原因是( )。

A.鋁很不活潑,不易與其他物質(zhì)反應(yīng)

B.鋁雖然很活潑,但是只能在高溫下才能反應(yīng)

C.鋁制品表面有一層致密的氧化物薄膜,起保護(hù)作用

D.鋁制品表面鍍有一層銅,可以保護(hù)鋁

解析：盡管鋁很活潑,但其表面能形成致密的氧化物薄膜,故可用作鋁制飲具,選項(xiàng)C正確。

考點(diǎn)二：關(guān)于鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的考查

考查要點(diǎn)：(1)鋁和氫氧化鈉溶液的反應(yīng),從氧化還原角度分析,還原劑是鋁,氧化劑是水而不是NaOH。其反應(yīng)實(shí)質(zhì)為2Al+其中2molAl失去6mol電子,6molH2O得到6mol電子。(2)由于氫氧化鈉溶液中溶劑水參與了反應(yīng),在化學(xué)反應(yīng)方程式或離子反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)中不能漏掉H2O。(3)若用鋁箔包裹的鈉與水反應(yīng)時(shí),既要考慮鈉與水的反應(yīng),又要考慮鋁與生成的NaOH的反應(yīng)。

例2將鋁粉放入燒堿溶液中充分反應(yīng),放出氫氣,若在反應(yīng)過(guò)程中有0.5mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移,則參加反應(yīng)的水為( )。

A.9g B.18g C.0.5mol D.1.8mol

解析：反應(yīng)中水是氧化劑,每1molH2O反應(yīng),轉(zhuǎn)移1mol電子,所以本題答案應(yīng)為A、C。

例3鋁、氧化鋁、氫氧化鋁和可溶性鋁鹽與過(guò)量強(qiáng)堿溶液的反應(yīng),其生成物有一定的規(guī)律,下列說(shuō)法中正確的是( )。

A.都有H2O生成 B.都有H2生成

C.都有Al3+生成 D.都有生成

解析：Al、Al2O3、Al(OH)3和可溶性鋁鹽與過(guò)量強(qiáng)堿溶液反應(yīng)的離子方程式分別為,故生成物中都有,所以本題答案應(yīng)為D。

例4用鋁箔包裹0.1mol金屬鈉,用針扎一些小孔,放入水中,完全反應(yīng)后,用排水取氣法收集產(chǎn)生的氣體,則收集到的氣體為( )。

A.氧氣和氫氣的混合氣體

B.0.05mol氫氣

C.大于0.05mol氫氣

D.小于0.05mol氫氣

解析：0.1mol金屬鈉與水完全反應(yīng),產(chǎn)生0.05molH2,同時(shí)產(chǎn)生0.1molNaOH,鋁箔又與NaOH反應(yīng)也產(chǎn)生H2,所以產(chǎn)生的H2大于0.05mol,本題答案應(yīng)為C。

考點(diǎn)三：關(guān)于能與鋁反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的溶液的判斷與計(jì)算的考查

考查要點(diǎn)：(1)能與鋁反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的溶液可能呈強(qiáng)酸性也可能呈強(qiáng)堿性。(2)等物質(zhì)的量的鋁與足量的非氧化性酸或強(qiáng)堿完全反應(yīng),兩者產(chǎn)生氫氣的量相等。(3)等物質(zhì)的量濃度、等體積的鹽酸和NaOH溶液分別與足量的鋁粉反應(yīng),產(chǎn)生H2的體積比為1∶3。(4)離子共存的判斷。

例5某溶液能與Al粉反應(yīng)放出H2,該溶液中可能大量共存的離子組是( )。

解析：能與Al反應(yīng)放出H2的溶液,可能呈強(qiáng)酸性也可能呈強(qiáng)堿性。A項(xiàng)中無(wú)論是在強(qiáng)酸性溶液中還是在強(qiáng)堿性溶液中均不能大量存在;B項(xiàng)中Al3+與S2-能發(fā)生水解相互促進(jìn)的反應(yīng),且S2-與ClO-之間能發(fā)生氧化還原反應(yīng);C項(xiàng)中各離子在酸性條件下能大量共存;D項(xiàng),在堿性溶液中、Mg2+不能大量存在,在酸性溶液中,因?yàn)榈拇嬖诓荒墚a(chǎn)生H2。本題答案應(yīng)為C。

例6將一定量的鎂鋁合金樣品分成兩等份,一份加入足量NaOH溶液中,充分反應(yīng)后,收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體6.72L;另一份加入到足量稀鹽酸中,充分反應(yīng)后,收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體11.2L。則原合金樣品中鎂的質(zhì)量為( )。

A.4.8gB.6gC.12gD.9.6g

解析：將合金加入足量NaOH溶液中,只有Al參與反應(yīng),加入足量稀鹽酸中,兩種金屬均反應(yīng),由得失電子守恒可知,Al與足量NaOH溶液反應(yīng)和與足量稀鹽酸反應(yīng)得到的氣體的量相同,均為6.72L,故Mg與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生的氣體為11.2L-6.72L=4.48L,結(jié)合關(guān)系式Mg～H2↑或得失電子守恒知,,m(Mg)=n(Mg)×24g·mol-1=4.8g,此處計(jì)算的質(zhì)量為原來(lái)的一半,故原有質(zhì)量為9.6g。本題答案應(yīng)為D。

考點(diǎn)四：關(guān)于鋁與酸、堿反應(yīng)的定量關(guān)系判斷與計(jì)算的考查

考查要點(diǎn)：鋁分別與鹽酸、NaOH溶液反應(yīng)的原理:2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑。

(1)等量的鋁與足量鹽酸和足量氫氧化鈉溶液反應(yīng),產(chǎn)生H2的體積比為。

(2)足量鋁分別與等物質(zhì)的量的鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng),產(chǎn)生H2的體積比為

(3)一定量的鋁分別與一定量的鹽酸和NaOH溶液反應(yīng),若產(chǎn)生H2的體積比為,則必定是:鋁與鹽酸反應(yīng)時(shí),鋁過(guò)量而鹽酸不足;鋁與NaOH溶液反應(yīng)時(shí),鋁不足而NaOH溶液過(guò)量。

例7甲、乙兩燒杯中各盛有100 mL3mol·L-1鹽酸和氫氧化鈉溶液,向兩燒杯中分別加入等質(zhì)量的鋁粉,反應(yīng)結(jié)束后測(cè)得甲、乙兩燒杯中產(chǎn)生的氣體體積之比為1∶2,則加入鋁粉的質(zhì)量為( )。

A.5.4g B.3.6g C.2.7g D.1.6g

解析：根據(jù)鋁粉與鹽酸、氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式:2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑,可知若在含等物質(zhì)的量的HCl和NaOH溶液中分別加入足量的鋁粉,產(chǎn)生的H2的體積之比為1∶3。而題中產(chǎn)生的H2的體積之比為1∶2,說(shuō)明鋁粉的量相對(duì)鹽酸是過(guò)量的,而相對(duì)NaOH是不足的,則與鹽酸反應(yīng)的鋁粉是2.7g,與NaOH溶液反應(yīng)的鋁粉應(yīng)為5.4g,所以答案應(yīng)為A。

解這類(lèi)題的思路是:先求出由鹽酸產(chǎn)生的H2的量,再由題中所給的體積比求出由氫氧化鈉溶液產(chǎn)生的H2的量,最后由氫氧化鈉溶液產(chǎn)生的H2的量求出鋁粉的量。

考點(diǎn)五：關(guān)于鋁熱劑的考查

考查要點(diǎn)：鋁粉和氧化鐵粉末的混合物稱(chēng)為鋁熱劑,鋁熱反應(yīng)可用于焊接鋼軌,可用于冶煉Ni、Mn、V等難熔金屬。2Al+Fe2O3注意:①并不是Al與所有金屬氧化物均能組成鋁熱劑,該金屬氧化物對(duì)應(yīng)的金屬活潑性應(yīng)比鋁要弱。②鋁熱反應(yīng)不僅僅是單質(zhì)鋁與Fe2O3反應(yīng),還包含制取其他難熔金屬的反應(yīng),由于鋁熱劑是混合物,故鋁熱反應(yīng)不能用于工業(yè)上冶煉鐵,而且鋁熱反應(yīng)是中學(xué)化學(xué)中唯一一類(lèi)金屬單質(zhì)與金屬氧化物在高溫條件下的置換反應(yīng)。③引發(fā)鋁熱反應(yīng)的操作是高考實(shí)驗(yàn)考查的熱點(diǎn),具體操作是先鋪一層KClO3,然后插上鎂條,最后點(diǎn)燃鎂條。

例8利用鋁熱反應(yīng)可以焊接鋼軌。下列說(shuō)法正確的是( )。

A.鋁、氧化鋁中鋁元素微粒的半徑r(Al3+)＜r(Al)

B.工業(yè)上可用鋁熱反應(yīng)的方法提取鎂

C.在鋁熱反應(yīng)中化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為光能

D.在鋁熱反應(yīng)中鐵的還原性大于鋁的還原性

解析：鋁離子含有2個(gè)電子層,鋁原子含有3個(gè)電子層,則微粒的半徑大小為r(Al3+)＜r(Al),故A項(xiàng)正確。由于鋁的還原性小于鎂,無(wú)法通過(guò)鋁熱反應(yīng)提取鎂,工業(yè)上通常采用電解熔融氯化鎂的方法獲得鎂,故B項(xiàng)錯(cuò)誤。在鋁熱反應(yīng)中,化學(xué)能除了轉(zhuǎn)化成光能,還轉(zhuǎn)化為熱能等能量,故C項(xiàng)錯(cuò)誤。鋁熱反應(yīng)中,被置換出的金屬的還原性必須小于Al的,如鐵的還原性小于鋁的還原性,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。本題答案應(yīng)為A。

例9根據(jù)表1中有關(guān)物質(zhì)的物理數(shù)據(jù)認(rèn)真分析。

表1

請(qǐng)回答下列問(wèn)題:

(1)該同學(xué)推測(cè),鋁熱反應(yīng)所得到的熔融物應(yīng)是鐵鋁合金。理由是:該反應(yīng)放出的熱量使鐵熔化,而鋁的熔點(diǎn)比鐵低,此時(shí)液態(tài)的鐵和鋁融合形成鐵鋁合金。你認(rèn)為他的解釋是否合理:____(填“合理”或“不合理”)。

(2)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案,證明上述所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁。該實(shí)驗(yàn)所用試劑是____,反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)___。

(3)實(shí)驗(yàn)室溶解該熔融物,下列試劑中最好的是____(填序號(hào))。

A.濃硫酸 B.稀硫酸

C.稀硝酸 D.NaOH溶液

解析：(1)這種解釋合理,它體現(xiàn)了鋁熱反應(yīng)的特點(diǎn)之一,即放熱較多,并且解釋時(shí)結(jié)合了表中提供的熔點(diǎn)數(shù)據(jù)。(2)證明某固體是不是含有鋁,只要取少量塊狀熔融物,加入足量NaOH溶液即可,若含有鋁,則固體部分溶解,有氣泡產(chǎn)生,反應(yīng)的離子方程式為(3)鋁、鐵熔融物在一定條件下與濃硫酸或稀硝酸反應(yīng),會(huì)產(chǎn)生有毒氣體,而且消耗的兩種酸量又多,熔融物中鐵不能與NaOH溶液反應(yīng),故最好選用稀硫酸溶解該熔融物。

答案：(1)合理 (2)NaOH溶液 2Al+(3)B

考點(diǎn)六：關(guān)于鋁鎂合金方面的考查

考查要點(diǎn)：(1)主要考查鎂鋁合金中某一成分含量的測(cè)定計(jì)算或?qū)嶒?yàn)的設(shè)計(jì)。(2)合金與酸反應(yīng)后再與堿反應(yīng),求沉淀的最大量或耗堿量等。

例10有鎂、鋁混合粉末10.2g,將它溶于500mL4mol·L-1的鹽酸里,若要使沉淀質(zhì)量達(dá)到最大值,則需要2mol·L-1的氫氧化鈉溶液的體積為( )。

A.1000mL B.500mL

C.100mL D.1500mL

解析：有關(guān)化學(xué)方程式:Mg+2HCl==MgCl2+H2↑,2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑,MgCl2+2NaOH==Mg(OH)2↓+2NaClAlCl3+3NaOH==Al(OH)3↓+3NaCl。依化學(xué)方程式知,當(dāng)鎂、鋁全部以氫氧化鎂、氫氧化鋁沉淀,當(dāng)存在沉淀質(zhì)量達(dá)到最大值時(shí),此時(shí)溶液中溶質(zhì)只存在NaCl,即n(NaOH)=n(HCl)=0.5L×4mol·L-1=2mol,V(NaOH)=mL。本題答案為A。

例11現(xiàn)有一塊已知質(zhì)量的鋁鎂合金,欲測(cè)定其中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù),幾位同學(xué)設(shè)計(jì)了以下三種不同的實(shí)驗(yàn)方案。

則能測(cè)定出鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的是( )。

A.都能

B.都不能

C.①不能,其他都能

D.②③不能,①能

解析：要從合金中測(cè)定鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù),三個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中:(1)設(shè)計(jì)1利用合金總質(zhì)量與兩者產(chǎn)生氫氣的總體積聯(lián)立方程。(2)設(shè)計(jì)2只有鋁與NaOH溶液反應(yīng),可由氫氣體積求得鋁的質(zhì)量。(3)設(shè)計(jì)3由于NaOH溶液過(guò)量,所得沉淀只能是Mg(OH)2,利用此沉淀鎂元素守恒可直接求得鎂的質(zhì)量。本題答案應(yīng)為A。

鞏固訓(xùn)練：

1.等體積、等物質(zhì)的量濃度的硫酸、氫氧化鈉溶液分別放在甲、乙兩燒杯中,各加等質(zhì)量的鋁,生成氫氣的體積比為5∶6(相同條件下),則甲、乙兩燒杯中的反應(yīng)情況可能是( )。

A.甲、乙中都是鋁過(guò)量

B.甲中鋁過(guò)量,乙中堿過(guò)量

C.甲中酸過(guò)量,乙中鋁過(guò)量

D.甲中酸過(guò)量,乙中堿過(guò)量

2.在加入鋁粉能放出氫氣的溶液中,下列各組離子可能共存的是( )。

3.兩份鋁屑,第一份與過(guò)量的鹽酸反應(yīng),第二份與過(guò)量的NaOH溶液反應(yīng),產(chǎn)生氫氣的體積比為1∶3,則第一份鋁屑與第二份鋁屑的質(zhì)量比為( )。

A.1∶1 B.3∶1 C.1∶2 D.1∶3

4.下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(雙選)( )。

A.鋁與Fe2O3發(fā)生鋁熱反應(yīng)后固體物質(zhì)增重

C.工業(yè)上電解飽和氯化鋁溶液制備Al

D.鋁制容器可盛裝濃硫酸

5.下列反應(yīng)的離子方程式書(shū)寫(xiě)正確的是( )。

A.氯化鋁溶液中加入過(guò)量氨水:Al3++

B.濃燒堿溶液中加入鋁片:Al+2OH-

C.用濃NaOH溶液溶解Al2O3:2OH-

6.下列物質(zhì)中既能跟稀硫酸反應(yīng),又能跟氫氧化鈉溶液反應(yīng)的是( )。

①NaHCO3②(NH4)2SO3③Al2O3

④Al(OH)3⑤Al ⑥NaHSO4

⑦AlCl3⑧Na2SiO3

A.全部 B.①②③④⑤

C.③④⑤⑥⑦ D.②③④⑤⑧

7.化學(xué)在日常生產(chǎn)和生活中有著重要的應(yīng)用。下列說(shuō)法中不正確的是( )。

A.明礬水解形成的Al(OH)3膠體能吸附水中懸浮物,可用于水的凈化

B.日用鋁制品表面覆蓋著氧化膜,對(duì)內(nèi)部金屬起保護(hù)作用

C.用Al(OH)3治療胃酸過(guò)多

D.鋁粉和 MgO或 MnO2粉末混合,高溫能發(fā)生鋁熱反應(yīng)

8.ag鎂鋁合金投入xmL2mol·L-1的鹽酸中,金屬完全溶解,再加入ymL1mol·L-1的 NaOH 溶液,沉淀達(dá)到最大值,質(zhì)量為(a+1.7)g,則下列說(shuō)法不正確的是( )。

A.鎂鋁合金與鹽酸反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.1NA

B.產(chǎn)生的H2在標(biāo)況下體積為1.12L

C.x一定等于50

D.a的取值范圍為0.9＜a＜1.2

參考答案及提示：

1.B 提示:一定量的Al與一定量的硫酸、NaOH溶液反應(yīng)時(shí),由于產(chǎn)生H2的體積比:,故鋁與硫酸反應(yīng)時(shí),鋁過(guò)量而硫酸不足,鋁與NaOH溶液反應(yīng)時(shí),鋁不足而NaOH溶液過(guò)量。故選B項(xiàng)。

2.C 提示:加入鋁粉產(chǎn)生H2的溶液為強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性溶液。A項(xiàng)中與與 H+不能大量共存。B項(xiàng)中與H+、OH-都不能大量共存。D項(xiàng)中Ca2+與OH-不能大量共存,同時(shí)存在不產(chǎn)生 H2。C項(xiàng)中與H+不能大量共存,但與OH-可大量共存。故選C項(xiàng)。

3.D 提示:根據(jù)2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑可知,Al無(wú)論是與鹽酸反應(yīng)還是與NaOH溶液反應(yīng),相同質(zhì)量的鋁屑完全反應(yīng)生成的H2的物質(zhì)的量相同。若產(chǎn)生H2的體積比為1∶3,說(shuō)明兩份鋁的質(zhì)量比為1∶3。故選D項(xiàng)。

4.AC 提示:鋁與Fe2O3發(fā)生鋁熱反應(yīng)后固體物質(zhì)不變(質(zhì)量守恒),氯化鋁為共價(jià)化合物,無(wú)法導(dǎo)電,工業(yè)上應(yīng)用電解熔融的Al2O3制備Al。故選AC項(xiàng)。

5.C 提示:Al(OH)3不溶于氨水,應(yīng)為Al3++3NH3· H2O==Al(OH)3↓ +,A項(xiàng)錯(cuò)誤。Al片與NaOH溶液反應(yīng)時(shí),H2O作氧化劑參與反應(yīng),2molAl生成3molH2,B項(xiàng)錯(cuò)誤。Al2O3是兩性氧化物,與NaOH溶液反應(yīng)生成NaAlO2,C項(xiàng)正確。MgCO3是難溶鹽,不能拆寫(xiě)成離子形式,D項(xiàng)錯(cuò)誤。

6.B 提示:高中階段既能跟酸反應(yīng),又能跟堿反應(yīng)的物質(zhì)主要有:①單質(zhì)鋁,②三氧化鋁,③氫氧化鋁,④弱酸的酸式鹽,⑤弱酸的銨鹽,⑦氨基酸蛋白質(zhì)等。故選B項(xiàng)。

7.D 提示:鋁粉和MgO不能發(fā)生鋁熱反應(yīng),故D項(xiàng)錯(cuò)誤。

8.C 提示:由于金屬失去的電子數(shù)應(yīng)等于金屬陽(yáng)離子結(jié)合的氫氧根數(shù),則氫氧根為1.7g即0.1 mol,從而推及合金失電子為0.1NA,所以A項(xiàng)正確。再依得失電子守恒知B正確。假設(shè)全為鎂,則為0.05mol,其質(zhì)量應(yīng)為1.2g,全為鋁則為0.13mol,其質(zhì)量應(yīng)為0.9g,所以D項(xiàng)正確。而金屬完全溶解,有可能鹽酸過(guò)量,所以C項(xiàng)錯(cuò)誤。