■宁夏固原一中 李晓峰

铝位于元素周期表第三周期ⅢA族,铝元素在地壳中含量丰富,仅次于硅,自然界中的铝全部以化合态存在,是地壳中含量最高的金属元素,有着广泛的用途。新课标及考纲要求了解铝的主要性质及应用,铝与酸、碱反应的简单计算与比较。铝在高考中也常作为热点考点,这里有必要将铝的化学性质全方位进行归纳、总结,便于平时学习及备考复习,以提高学习及复习效率。

铝的主要化学性质思维导图如下。

思维导图中有关反应的化学方程式或离子方程式:

③铝与酸反应。

a.与氧化性酸(如浓硫酸、浓硝酸)反应:常温生成一层致密的氧化物膜而钝化。加热或稀硝酸,则持续反应,如。

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

考点一：关于Al2O3致密氧化膜的考查

考查要点：(1)铝是活泼金属,但铝抗腐蚀性相当强,因为铝表面生成一层致密的氧化物薄膜,铝制品表面的致密氧化膜起着保护内部金属的作用,所以铝制品在空气中能稳定存在,也具有很强的抗腐蚀性。(2)致密氧化膜还可推广到铁与冷的浓硫酸、浓硝酸相遇的钝化。(3)致密氧化膜熔点很高,打磨的铝箔加热至熔化时,铝不会滴落。(4)铝制容器不宜蒸煮或长时间盛放酸性、碱性或咸的食物。

例1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

解析：尽管铝很活泼,但其表面能形成致密的氧化物薄膜,故可用作铝制饮具,选项C正确。

考点二：关于铝与氢氧化钠溶液反应的考查

考查要点：(1)铝和氢氧化钠溶液的反应,从氧化还原角度分析,还原剂是铝,氧化剂是水而不是NaOH。其反应实质为2Al+其中2molAl失去6mol电子,6molH2O得到6mol电子。(2)由于氢氧化钠溶液中溶剂水参与了反应,在化学反应方程式或离子反应方程式的书写中不能漏掉H2O。(3)若用铝箔包裹的钠与水反应时,既要考虑钠与水的反应,又要考虑铝与生成的NaOH的反应。

例2将铝粉放入烧碱溶液中充分反应,放出氢气,若在反应过程中有0.5mol电子发生转移,则参加反应的水为( )。

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

解析：反应中水是氧化剂,每1molH2O反应,转移1mol电子,所以本题答案应为A、C。

例3铝、氧化铝、氢氧化铝和可溶性铝盐与过量强碱溶液的反应,其生成物有一定的规律,下列说法中正确的是( )。

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和可溶性铝盐与过量强碱溶液反应的离子方程式分别为,故生成物中都有,所以本题答案应为D。

例4用铝箔包裹0.1mol金属钠,用针扎一些小孔,放入水中,完全反应后,用排水取气法收集产生的气体,则收集到的气体为( )。

A.氧气和氢气的混合气体

B.0.05mol氢气

C.大于0.05mol氢气

D.小于0.05mol氢气

解析：0.1mol金属钠与水完全反应,产生0.05molH2,同时产生0.1molNaOH,铝箔又与NaOH反应也产生H2,所以产生的H2大于0.05mol,本题答案应为C。

考点三：关于能与铝反应产生氢气的溶液的判断与计算的考查

考查要点：(1)能与铝反应产生氢气的溶液可能呈强酸性也可能呈强碱性。(2)等物质的量的铝与足量的非氧化性酸或强碱完全反应,两者产生氢气的量相等。(3)等物质的量浓度、等体积的盐酸和NaOH溶液分别与足量的铝粉反应,产生H2的体积比为1∶3。(4)离子共存的判断。

例5某溶液能与Al粉反应放出H2,该溶液中可能大量共存的离子组是( )。

解析：能与Al反应放出H2的溶液,可能呈强酸性也可能呈强碱性。A项中无论是在强酸性溶液中还是在强碱性溶液中均不能大量存在;B项中Al3+与S2-能发生水解相互促进的反应,且S2-与ClO-之间能发生氧化还原反应;C项中各离子在酸性条件下能大量共存;D项,在碱性溶液中、Mg2+不能大量存在,在酸性溶液中,因为的存在不能产生H2。本题答案应为C。

例6将一定量的镁铝合金样品分成两等份,一份加入足量NaOH溶液中,充分反应后,收集到标准状况下气体6.72L;另一份加入到足量稀盐酸中,充分反应后,收集到标准状况下气体11.2L。则原合金样品中镁的质量为( )。

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

解析：将合金加入足量NaOH溶液中,只有Al参与反应,加入足量稀盐酸中,两种金属均反应,由得失电子守恒可知,Al与足量NaOH溶液反应和与足量稀盐酸反应得到的气体的量相同,均为6.72L,故Mg与稀盐酸反应产生的气体为11.2L-6.72L=4.48L,结合关系式Mg～H2↑或得失电子守恒知,,m(Mg)=n(Mg)×24g·mol-1=4.8g,此处计算的质量为原来的一半,故原有质量为9.6g。本题答案应为D。

考点四：关于铝与酸、碱反应的定量关系判断与计算的考查

考查要点：铝分别与盐酸、NaOH溶液反应的原理:2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑。

(1)等量的铝与足量盐酸和足量氢氧化钠溶液反应,产生H2的体积比为。

(2)足量铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生H2的体积比为

(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸和NaOH溶液反应,若产生H2的体积比为,则必定是:铝与盐酸反应时,铝过量而盐酸不足;铝与NaOH溶液反应时,铝不足而NaOH溶液过量。

例7甲、乙两烧杯中各盛有100 mL3mol·L-1盐酸和氢氧化钠溶液,向两烧杯中分别加入等质量的铝粉,反应结束后测得甲、乙两烧杯中产生的气体体积之比为1∶2,则加入铝粉的质量为( )。

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

解析：根据铝粉与盐酸、氢氧化钠溶液反应的化学方程式:2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑,可知若在含等物质的量的HCl和NaOH溶液中分别加入足量的铝粉,产生的H2的体积之比为1∶3。而题中产生的H2的体积之比为1∶2,说明铝粉的量相对盐酸是过量的,而相对NaOH是不足的,则与盐酸反应的铝粉是2.7g,与NaOH溶液反应的铝粉应为5.4g,所以答案应为A。

解这类题的思路是:先求出由盐酸产生的H2的量,再由题中所给的体积比求出由氢氧化钠溶液产生的H2的量,最后由氢氧化钠溶液产生的H2的量求出铝粉的量。

考点五：关于铝热剂的考查

考查要点：铝粉和氧化铁粉末的混合物称为铝热剂,铝热反应可用于焊接钢轨,可用于冶炼Ni、Mn、V等难熔金属。2Al+Fe2O3注意:①并不是Al与所有金属氧化物均能组成铝热剂,该金属氧化物对应的金属活泼性应比铝要弱。②铝热反应不仅仅是单质铝与Fe2O3反应,还包含制取其他难熔金属的反应,由于铝热剂是混合物,故铝热反应不能用于工业上冶炼铁,而且铝热反应是中学化学中唯一一类金属单质与金属氧化物在高温条件下的置换反应。③引发铝热反应的操作是高考实验考查的热点,具体操作是先铺一层KClO3,然后插上镁条,最后点燃镁条。

例8利用铝热反应可以焊接钢轨。下列说法正确的是( )。

A.铝、氧化铝中铝元素微粒的半径r(Al3+)＜r(Al)

B.工业上可用铝热反应的方法提取镁

C.在铝热反应中化学能全部转化为光能

D.在铝热反应中铁的还原性大于铝的还原性

解析：铝离子含有2个电子层,铝原子含有3个电子层,则微粒的半径大小为r(Al3+)＜r(Al),故A项正确。由于铝的还原性小于镁,无法通过铝热反应提取镁,工业上通常采用电解熔融氯化镁的方法获得镁,故B项错误。在铝热反应中,化学能除了转化成光能,还转化为热能等能量,故C项错误。铝热反应中,被置换出的金属的还原性必须小于Al的,如铁的还原性小于铝的还原性,故D项错误。本题答案应为A。

例9根据表1中有关物质的物理数据认真分析。

表1

请回答下列问题:

(1)该同学推测,铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。理由是:该反应放出的热量使铁熔化,而铝的熔点比铁低,此时液态的铁和铝融合形成铁铝合金。你认为他的解释是否合理:____(填“合理”或“不合理”)。

(2)设计一个简单的实验方案,证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是____,反应的离子方程式为____。

(3)实验室溶解该熔融物,下列试剂中最好的是____(填序号)。

A.浓硫酸 B.稀硫酸

C.稀硝酸 D.NaOH溶液

解析：(1)这种解释合理,它体现了铝热反应的特点之一,即放热较多,并且解释时结合了表中提供的熔点数据。(2)证明某固体是不是含有铝,只要取少量块状熔融物,加入足量NaOH溶液即可,若含有铝,则固体部分溶解,有气泡产生,反应的离子方程式为(3)铝、铁熔融物在一定条件下与浓硫酸或稀硝酸反应,会产生有毒气体,而且消耗的两种酸量又多,熔融物中铁不能与NaOH溶液反应,故最好选用稀硫酸溶解该熔融物。

答案：(1)合理 (2)NaOH溶液 2Al+(3)B

考点六：关于铝镁合金方面的考查

考查要点：(1)主要考查镁铝合金中某一成分含量的测定计算或实验的设计。(2)合金与酸反应后再与碱反应,求沉淀的最大量或耗碱量等。

例10有镁、铝混合粉末10.2g,将它溶于500mL4mol·L-1的盐酸里,若要使沉淀质量达到最大值,则需要2mol·L-1的氢氧化钠溶液的体积为( )。

A.1000mL B.500mL

C.100mL D.1500mL

解析：有关化学方程式:Mg+2HCl==MgCl2+H2↑,2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑,MgCl2+2NaOH==Mg(OH)2↓+2NaClAlCl3+3NaOH==Al(OH)3↓+3NaCl。依化学方程式知,当镁、铝全部以氢氧化镁、氢氧化铝沉淀,当存在沉淀质量达到最大值时,此时溶液中溶质只存在NaCl,即n(NaOH)=n(HCl)=0.5L×4mol·L-1=2mol,V(NaOH)=mL。本题答案为A。

例11现有一块已知质量的铝镁合金,欲测定其中镁的质量分数,几位同学设计了以下三种不同的实验方案。

则能测定出镁的质量分数的是( )。

A.都能

B.都不能

C.①不能,其他都能

D.②③不能,①能

解析：要从合金中测定镁的质量分数,三个实验设计中:(1)设计1利用合金总质量与两者产生氢气的总体积联立方程。(2)设计2只有铝与NaOH溶液反应,可由氢气体积求得铝的质量。(3)设计3由于NaOH溶液过量,所得沉淀只能是Mg(OH)2,利用此沉淀镁元素守恒可直接求得镁的质量。本题答案应为A。

巩固训练：

1.等体积、等物质的量浓度的硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中,各加等质量的铝,生成氢气的体积比为5∶6(相同条件下),则甲、乙两烧杯中的反应情况可能是( )。

A.甲、乙中都是铝过量

B.甲中铝过量,乙中碱过量

C.甲中酸过量,乙中铝过量

D.甲中酸过量,乙中碱过量

2.在加入铝粉能放出氢气的溶液中,下列各组离子可能共存的是( )。

3.两份铝屑,第一份与过量的盐酸反应,第二份与过量的NaOH溶液反应,产生氢气的体积比为1∶3,则第一份铝屑与第二份铝屑的质量比为( )。

A.1∶1 B.3∶1 C.1∶2 D.1∶3

4.下列说法错误的是(双选)( )。

A.铝与Fe2O3发生铝热反应后固体物质增重

C.工业上电解饱和氯化铝溶液制备Al

D.铝制容器可盛装浓硫酸

5.下列反应的离子方程式书写正确的是( )。

A.氯化铝溶液中加入过量氨水:Al3++

B.浓烧碱溶液中加入铝片:Al+2OH-

C.用浓NaOH溶液溶解Al2O3:2OH-

6.下列物质中既能跟稀硫酸反应,又能跟氢氧化钠溶液反应的是( )。

①NaHCO3②(NH4)2SO3③Al2O3

④Al(OH)3⑤Al ⑥NaHSO4

⑦AlCl3⑧Na2SiO3

A.全部 B.①②③④⑤

C.③④⑤⑥⑦ D.②③④⑤⑧

7.化学在日常生产和生活中有着重要的应用。下列说法中不正确的是( )。

A.明矾水解形成的Al(OH)3胶体能吸附水中悬浮物,可用于水的净化

B.日用铝制品表面覆盖着氧化膜,对内部金属起保护作用

C.用Al(OH)3治疗胃酸过多

D.铝粉和 MgO或 MnO2粉末混合,高温能发生铝热反应

8.ag镁铝合金投入xmL2mol·L-1的盐酸中,金属完全溶解,再加入ymL1mol·L-1的 NaOH 溶液,沉淀达到最大值,质量为(a+1.7)g,则下列说法不正确的是( )。

A.镁铝合金与盐酸反应转移电子数为0.1NA

B.产生的H2在标况下体积为1.12L

C.x一定等于50

D.a的取值范围为0.9＜a＜1.2

参考答案及提示：

1.B 提示:一定量的Al与一定量的硫酸、NaOH溶液反应时,由于产生H2的体积比:,故铝与硫酸反应时,铝过量而硫酸不足,铝与NaOH溶液反应时,铝不足而NaOH溶液过量。故选B项。

2.C 提示:加入铝粉产生H2的溶液为强酸性或强碱性溶液。A项中与与 H+不能大量共存。B项中与H+、OH-都不能大量共存。D项中Ca2+与OH-不能大量共存,同时存在不产生 H2。C项中与H+不能大量共存,但与OH-可大量共存。故选C项。

3.D 提示:根据2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑可知,Al无论是与盐酸反应还是与NaOH溶液反应,相同质量的铝屑完全反应生成的H2的物质的量相同。若产生H2的体积比为1∶3,说明两份铝的质量比为1∶3。故选D项。

4.AC 提示:铝与Fe2O3发生铝热反应后固体物质不变(质量守恒),氯化铝为共价化合物,无法导电,工业上应用电解熔融的Al2O3制备Al。故选AC项。

5.C 提示:Al(OH)3不溶于氨水,应为Al3++3NH3· H2O==Al(OH)3↓ +,A项错误。Al片与NaOH溶液反应时,H2O作氧化剂参与反应,2molAl生成3molH2,B项错误。Al2O3是两性氧化物,与NaOH溶液反应生成NaAlO2,C项正确。MgCO3是难溶盐,不能拆写成离子形式,D项错误。

6.B 提示:高中阶段既能跟酸反应,又能跟碱反应的物质主要有:①单质铝,②三氧化铝,③氢氧化铝,④弱酸的酸式盐,⑤弱酸的铵盐,⑦氨基酸蛋白质等。故选B项。

7.D 提示:铝粉和MgO不能发生铝热反应,故D项错误。

8.C 提示:由于金属失去的电子数应等于金属阳离子结合的氢氧根数,则氢氧根为1.7g即0.1 mol,从而推及合金失电子为0.1NA,所以A项正确。再依得失电子守恒知B正确。假设全为镁,则为0.05mol,其质量应为1.2g,全为铝则为0.13mol,其质量应为0.9g,所以D项正确。而金属完全溶解,有可能盐酸过量,所以C项错误。