高考化学大一轮复习专题3从矿物到基础材料第1单元从铝土矿到铝合金(加试要求)教师用书

专题3 从矿物到基础材料
第一单元 从铝土矿到铝合金(加试要求)
[基础知识自查]
1．铝的性质 (1)结构和存在
铝位于元素周期表第3周期ⅢA 族，原子结构示意图为 。

铝元素在地壳中含
量丰富，仅次于氧、硅。

自然界中的铝全部以化合态存在。

(2)物理性质
铝是银白色有金属光泽的固体，有良好的导电、导热和延展性，密度较小，质地柔软。

(3)化学性质
写出①～②的化学方程式和③～④的离子方程式。

①4Al ＋3O 2=====点燃
2Al 2O 3。

②2Al ＋Fe 2O 3=====高温
2Fe ＋Al 2O 3。

③2Al ＋6H ＋
===2Al 3＋
＋3H 2↑。

④2Al ＋2OH －＋2H 2O===2AlO －
2＋3H 2↑。

其中反应②称为铝热反应，此反应体现了铝有较强的还原性。

(4)铝合金
2．铝的重要化合物 Ⅰ.氧化铝——两性氧化物
(1)物理性质：白色固体，难溶于水，熔沸点很高。

(2)化学性质(书写离子方程式)
(3)用途：是一种比较好的耐火材料，还可制作各种宝石。

Ⅱ.氢氧化铝——两性氢氧化物 (1)化学性质
写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式。

①Al(OH)3＋3H ＋
===Al 3＋
＋3H 2O ； ②Al(OH)3＋OH －
===AlO －
2＋2H 2O ； ③2Al(OH)3=====△
Al 2O 3＋3H 2O 。

(2)制备
a ．向铝盐中加入足量氨水，离子方程式为
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH＋4；
b．向偏铝酸盐中通入足量CO2，离子方程式为
AlO－2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO－3。

Ⅲ.明矾
(1)化学式为KAl(SO4)2·12H2O。

(2)电离方程式为KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO2－4。

(3)应用：净水；净水原理为明矾电离出的Al3＋在水中水解生成Al(OH)3胶体，吸附水中悬浮物而沉淀，使水净化，其离子方程式为Al3＋＋3H2O Al(OH)3(胶体)＋3H＋。

3．以铝土矿制备铝的工艺流程
[核心要点提升]
1．铝与酸或碱反应生成H2的量的关系
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
(1)等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液分别反应：
①产生H2的物质的量相等。

②消耗H＋、OH－的物质的量之比为n(H＋)∶n(OH－)＝3∶1。

(2)足量的铝分别与等物质的量的HCl和NaOH反应：
①消耗Al的物质的量之比为1∶3。

②生成H2的物质的量之比为1∶3。

2.铝及其化合物的转化关系及应用
(1)Al3＋、AlO－2、Al(OH)3的转化关系：
(2)可溶性铝盐与强碱(如NaOH溶液)反应，铝元素的存在形式：
(3)应用：
①制取Al(OH)3。

Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH＋4；
AlO－2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO－3。

②判断离子共存问题：Al3＋与OH－及AlO－2、CO2－3、S2－等弱酸根阴离子或AlO－2与H＋、HCO－3以及弱碱阳离子Al3＋、Fe3＋等因生成沉淀或发生水解相互促进反应而不能大量共存。

③鉴别(利用滴加顺序不同，现象不同)。

a．向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液，先产生白色沉淀，后沉淀溶解。

b．向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液，开始无明显现象，后产生白色沉淀，沉淀不溶解。

④分离提纯。

a．利用Al能溶于强碱溶液，分离Al与其他金属的混合物。

b．利用Al2O3能与强碱溶液反应，分离Al2O3与其他金属氧化物。

3．从铝土矿冶炼金属铝的流程
铝是地壳中含量最多的金属元素，在自然界主要以化合态形式存在于氧化铝中。

铝土矿的主要成分是Al2O3，此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质，冶炼金属铝很重要的一个过程是Al2O3的提纯。

由于Al2O3是两性氧化物，而杂质SiO2是酸性氧化物，Fe2O3是碱性氧化物，因而可设计出两种提纯氧化铝的方案。

方案一：碱溶法
方案二：酸溶法
【特别提醒】(1)制取Al(OH)3，一般不用强酸或强碱溶液，因为强酸、强碱能溶解生成的Al(OH)3，而又无法控制酸碱的用量，一般使用氨水或CO2制取。

(2)AlO－2与HCO－3不能大量共存，原因是AlO－2能与HCO－3电离出的H＋发生反应：AlO－2＋HCO－3＋H2O===Al(OH)3↓＋CO2－3，而不能认为是AlO－2与HCO－3发生相互促进的水解反应。

(3)既能与盐酸反应又能与NaOH溶液反应的物质有①Al、Al2O3、Al(OH)3等，②多元弱酸的酸式盐(如NaHCO3、KHS、KHSO3、NaH2PO4等)，③弱碱弱酸盐(如CH3COONH4等)。

[典型例题讲解]
(2016·浙江金、丽、衢十二校二模)某化学兴趣小组利用废弃铝矿(含CuO、Al2O3及SiO2)，模拟工业上提取铝的工艺，设计了如图所示的简单操作流程：铝矿错误!滤渣溶液
已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：
(1)滤渣主要成分的化学式为__________________________。

(2)灼烧Al(OH)3时，用到多种硅酸盐质的仪器，除玻璃棒、酒精灯、泥三角外，还有________(填仪器名称)。

(3)溶液Y中要加入稍过量原料A，原料A的化学式是_________________。

(4)操作流程中③的离子方程式为____________________。

(5)铝电池性能优越，Al­Ag2O电池可用作水下动力电源，其原理如下图所示：
【导学号：81640050】
请写出该电池正极反应式____________________。

【解析】铝矿中加入过量硫酸，CuO、Al2O3反应溶解，加入过量铁粉，除去溶液中的Cu2＋，过滤，滤渣的主要成分为Cu、Fe、SiO2，溶液X中含有Al3＋、Fe2＋，再加入过量H2O2，
将Fe2＋氧化为Fe3＋，通过调节pH，使Fe3＋转化为Fe(OH)3沉淀而除去，溶液Y含有Al3＋，加入氨水，将Al3＋转化为Al(OH)3沉淀，Al(OH)3加热分解得到氧化铝，电解熔融氧化铝得到金属铝。

(1)根据上面的分析可知，滤渣主要成分的化学式为Cu、Fe、SiO2。

(2)灼烧固体用到的硅酸盐质的仪器有玻璃棒、酒精灯、泥三角、坩埚。

(3)原料A为NH3·H2O。

(4)操作流程中③是H2O2将Fe2＋氧化成Fe3＋，反应的离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。

(5)Al­Ag2O电池中，Al作负极，Ag2O作正极，Ag2O在正极发生还原反应生成银，在碱性电解质中，正极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－。

【答案】(1)Cu、Fe、SiO2(2)坩埚(3)NH3·H2O
(4)2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
(5)Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
实验室可用铝屑、氨水、氢氧化钠溶液、稀硫酸等来制备氢氧化铝，某同学设计了三种实验方案：
3
替氨水的原因是_________________________________；
写出该方案中有关的离子方程式___________________________。

(2)用方案②来制备Al(OH)3时，必须注意________的用量，以防止生成的Al(OH)3溶解。

(3)三种方案中，你认为最好的是________(填序号)，原因是_______________。

【解析】分析本题应从Al(OH)3的两性着手，过量的强酸、强碱均会降低Al(OH)3的产率，而Al3＋与AlO－2反应制取氢氧化铝，则不存在该问题，故方案③最好。

【答案】(1)若用NaOH溶液沉淀Al3＋，终点不易控制，因为Al(OH)3会溶于过量的NaOH 溶液，从而影响Al(OH)3的生成量2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH＋4(2)稀硫酸
(3)③药品用量最少，操作最为简单
(1)根据电荷守恒书写Al3＋与AlO－2反应的离子方程式Al3＋＋3AlO－2＋6H2O===4Al(OH)3↓。

(2)Al与强碱溶液反应生成H2是Al的特殊性质，常常用作解题的突破口。

[题组对点训练]
1．下列说法正确的是( )
A．铝制品在空气中能稳定存在是因为铝不活泼
B．浓HNO3、浓硫酸能用铝制器皿盛装是因为铝与浓HNO3、浓硫酸不反应
C．铝与NaOH溶液反应中NaOH为氧化剂
D．铝与Fe2O3发生铝热反应是利用了Al的还原性比Fe强
D [A项，铝制品在空气中稳定存在的原因是形成了一层钝化膜保护内部金属；B项，浓HNO3、浓硫酸用铝制器皿盛装是因为铝遇浓HNO3、浓硫酸钝化，不是不反应；C项，铝与NaOH溶液反应，H2O为氧化剂。

]
2．足量下列物质与相同质量的铝反应，放出氢气且消耗溶质物质的量最少的是( ) A．氢氧化钠溶液B．稀硫酸
C．盐酸D．稀硝酸
A [根据Al与NaOH溶液、稀硫酸、盐酸反应的化学方程式，确定存在的定量关系，分析消耗各种物质的物质的量的关系。

NaOH溶液、稀硫酸、盐酸与金属铝反应时，存在关系：2Al～2NaOH,2Al～3H2SO4,2Al～6HCl，因此等物质的量的Al与上述物质反应时，消耗NaOH的物质的量最少。

Al与稀硝酸反应，生成硝酸铝、NO和H2O，得不到H2。

]
3．以Al2O3为原料制取氢氧化铝，最好的方法是( )
A．将Al2O3溶于水
B．将Al2O3先溶于盐酸中，之后滴加氢氧化钠溶液
C．将Al2O3先溶于盐酸中，之后滴加氨水
D．将Al2O3先溶于NaOH溶液中，之后滴加盐酸
C [Al2O3难溶于水，A错；可将Al2O3先溶于盐酸，之后再用滴加氨水的方法，因过量NaOH会使Al3＋转化为AlO－2，所以B错、C对；将Al2O3先溶于NaOH溶液，再滴加盐酸，盐酸能和Al(OH)3反应，D错。

]
4．下列除杂质的方法不正确的是( )
A．镁粉中混有少量铝粉：加入过量烧碱溶液充分反应，过滤、洗涤、干燥
B．FeCl3溶液中混有少量AlCl3：加入过量的氨水，过滤洗涤沉淀，将沉淀再用适量盐酸溶解
C．Fe2O3中混有少量Al2O3：加入过量NaOH溶液充分反应，过滤、洗涤、干燥
D．Al(OH)3中混有少量Mg(OH)2：加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤，向滤液中通入过量CO2后过滤
B [B项，加入过量氨水，Fe3＋、Al3＋均沉淀且均不溶于氨水，无法除去杂质。

]
5．工业上用某种氧化铝矿石(含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图所示：
对上述流程中的判断正确的是( )
A．试剂X可以为氨水，沉淀中含有铁的化合物
B．CO2可以用H2SO4溶液或稀盐酸代替
C．反应Ⅱ为CO2＋AlO－2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO－3
D．工业上还可采用Fe还原Al2O3的方法制Al，成本更低
C [A项，氨水为弱碱不能溶解Al2O3；B项，用强酸代替CO2，易造成Al(OH)3的溶解，进而造成Al的损失；D项，Fe不能还原Al2O3。

]
考点2| 氢氧化铝沉淀图象分析
[基础知识自查]
1．把强碱溶液逐滴加入到铝盐(Al3＋)溶液中至过量
(1)现象：先有白色沉淀产生，然后沉淀逐渐溶解。

(2)图象
(3)有关反应：(写出相关离子方程式)
A→B：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓。

B→D：Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2O。

2．把铝盐(Al3＋)溶液逐滴加入到强碱溶液中至过量
(1)现象：先无明显现象，反应一段时间后逐渐产生大量的白色沉淀。

(2)图象
(3)有关反应：(写出相关离子方程式)
A→B：Al3＋＋4OH－===AlO－2＋2H2O。

B→C：Al3＋＋3AlO－2＋6H2O===4Al(OH)3↓。

3.往AlCl3、MgCl2混合溶液中加入NaOH溶液至过量
(1)现象：开始出现白色沉淀，后沉淀量增多，最后沉淀部分溶解。

(2)图象[n(Al3＋)∶n(Mg2＋)＝1∶1]：
(3)有关反应：(写出相关离子方程式)
O→A：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，
Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
A→B：Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2O。

4．把强酸溶液逐滴加入到AlO－2溶液中至过量
(1)现象：先生成白色沉淀，然后沉淀逐渐溶解。

(2)图象
(3)有关反应：(写出相关离子方程式)
A→B：AlO－2＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓。

B→D：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。

5．向强酸溶液中逐滴加入AlO－2溶液至过量
(1)现象：先无明显现象，反应一段时间后逐渐产生白色沉淀。

(2)图象
(3)有关反应：(写出相关离子方程式)
A→B：4H＋＋AlO－2===Al3＋＋2H2O
B→C：Al3＋＋3AlO－2＋6H2O===4Al(OH)3↓
[核心要点提升]
1．有关Al(OH)3图象问题解题技巧
(1)关于图象题的分析思路：
①看面：弄清纵、横坐标的含义。

②看线：弄清线的变化趋势，每条线都代表着一定的化学反应过程。

③看点：弄清曲线上拐点的含义，如与坐标轴的交点、曲线的交点、折点、最高点与最低点等。

曲线的拐点代表着一个反应过程的结束和开始。

(2)两个注意点：
①分析图象或作图时不仅要注意加入的酸或碱的强弱，还要注意所加入的量和滴加的顺序，因为滴加的顺序不同，产生的现象可能不同。

②若产生的沉淀有多种，则应仔细分析相关量间的关系，要特别关注沉淀是否同步生成，沉淀物是否溶于所加入的过量试剂中，同时要注意横、纵坐标的意义。

2．四个拓展图象
(1)向AlCl3溶液中逐滴加入氨水或NaAlO2溶液至过量，图象如图1所示。

(2)向NaAlO2溶液中逐滴加入AlCl3溶液或通入CO2至过量，图象如图2所示。

图1 图2
(3)向MgCl2、AlCl3和盐酸的混合溶液(即将Mg、Al溶于过量盐酸所得的溶液)中逐滴滴入NaOH溶液至过量，图象如图3所示。

(4)向MgCl2、AlCl3混合溶液中先加入NaOH溶液，后加入盐酸(NaOH与盐酸的物质的量浓度相等)，沉淀图象如图4所示。

图3 图4
[典型例题讲解]
(2017·台州模拟)某溶液中可能含有大量的Mg2＋、Al3＋、H＋、Cl－和少量OH－，向该溶液中逐滴加入0.5 mol·L－1 NaOH溶液，生成沉淀的质量和加入NaOH溶液的体积之间的关系如图所示，则可判断原溶液中一定大量含有的离子是______________________，一定不含有的离子是________________________。

【解析】由图可以看出，当加入NaOH溶液时，立即就有沉淀产生，可确定原溶液中无H＋；产生的沉淀有部分可以溶解，可证明原溶液中一定有Mg2＋和Al3＋，故原溶液中不含OH－，根据溶液呈电中性，则一定还含有Cl－。

【答案】Mg2＋、Al3＋、Cl－H＋、OH－
现有AlCl3和MgSO4的混合溶液，向其中不断加入NaOH溶液，得到的沉淀的量与加入NaOH溶液的体积的关系如图所示，原溶液中Cl－、SO2－4的物质的量之比为( )
【导学号：81640051】
A．1∶3 B．2∶3
C．6∶1 D．3∶1
【解析】分析图象可知图线下降的AB段为NaOH溶解Al(OH)3的过程，而产生Al(OH)3与溶解Al(OH)3消耗的NaOH的物质的量之比为3∶1，故生成Al(OH)3沉淀需消耗0.3 L的NaOH溶液，生成Mg(OH)2需消耗0.1 L的NaOH，所以n(Al3＋)∶n(Mg2＋)＝2∶1，故n(Cl －)∶n(SO2－
4)＝6∶1。

【答案】 C
明确AB段的含义是解题的关键，解题过程要熟练掌握Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓和Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2O两过程消耗NaOH的量之比为3∶1。

[题组对点训练]
1．向物质的量比为1∶1的HCl和AlCl3混合溶液中逐滴加入一定浓度的NaOH溶液[n 表示生成沉淀的物质的量，V表示NaOH溶液的体积]能正确表示这个反应过程的是( )
A B
C D
D [向混合溶液中逐滴滴入NaOH溶液，反应情况分为三个阶段：第一阶段为OH－＋H＋===H2O，此时无沉淀产生；第二阶段有白色沉淀产生，反应的离子方程式为Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓；第三阶段滴加NaOH溶液至过量，沉淀逐渐溶解最后完全消失，反应的离子方程式为Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2O，结合反应方程式及浓度关系可知三个阶段消耗NaOH 物质的量之比为1∶3∶1。

]
2．在某无色溶液中缓慢地滴入NaOH溶液直至过量，产生沉淀的质量与加入的NaOH溶液体积的关系如图所示，由此确定，原溶液中含有的阳离子是( )
A．Mg2＋、Al3＋、Fe2＋B．H＋、Mg2＋、Al3＋
C．H＋、Ba2＋、Al3＋D．只有Mg2＋、Al3＋
B [开始无沉淀，说明含有H＋，后来沉淀部分溶解，说明含有Al3＋和Mg2＋。

]
3．(2017·湖州模拟)如图所示是向MgCl2和AlCl3的混合溶液中加入一定量NaOH溶液，紧接着再加入一定量稀盐酸，生成沉淀的物质的量y与加入溶液的体积x的关系图。

(1)N点时溶液中的溶质为______________________(填化学式)。

(2)所加NaOH溶液和稀盐酸的浓度是否相等________(填“是”或“否”)。

(3)原混合溶液中c(MgCl2)∶c(AlCl3)等于________。

【解析】在MgCl2和AlCl3的混合溶液中加入NaOH溶液，首先发生反应：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓、Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，至N点时Mg2＋、Al3＋恰好完全沉淀，溶液中的溶质为NaCl；接着Al(OH)3开始溶解：Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2O，至x＝6时(M点)Al(OH)3恰好完全溶解，x在6～8时沉淀量不变，说明M点时仍在加入NaOH溶液；x＝8时(P点)，又开始产生沉淀：AlO－2＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓，说明加入的盐酸与NaOH反应后有剩余，至x ＝9时(F点)，AlO－2恰好完全转化为Al(OH)3沉淀，用去盐酸1 mL，又知在NM段，溶解Al(OH)3需要1 mL NaOH溶液，故c(NaOH)＝c(HCl)；那么沉淀Al3＋需要消耗3 mL NaOH溶液，则沉淀Mg2＋所消耗的NaOH溶液为2 mL，因此c(MgCl2)∶c(AlCl3)＝1∶1。

【答案】(1)NaCl (2)是(3)1∶1。