2019-2020学年苏教版化学必修1《3.1.2 铝的氧化物与氢氧化物　从铝土矿中提取铝》学案（含解析）

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1、第2课时铝的氧化物与氢氧化物从铝土矿中提取铝核心素养发展目标1.根据氧化铝、氢氧化铝的物质类别，会分析其化学性质。2.熟知Al3、AlO和Al(OH)3之间的相互转化。3.了解从铝土矿提取铝的流程和原理。一、氧化铝和氢氧化铝1Al2O3是一种高硬度、高熔点、高沸点的化合物，常用于制造耐火材料，如耐火坩埚、耐火管和耐高温的实验仪器等。Al2O3既能与强酸(如盐酸)反应，又能与强碱(如NaOH溶液)反应，是一种两性氧化物。(1)与盐酸反应的化学方程式是Al2O36HCl=2AlCl33H2O，离子方程式是Al2O36H=2Al33H2O。(2)与NaOH溶液反应的化学方程式是Al2O32NaOH=

2、2NaAlO2H2O，离子方程式是Al2O32OH=2AlOH2O。2按要求完成下列实验(1)在试管中加入10 mL 0.5 molL1的Al2(SO4)3溶液，逐滴加入稀氨水至过量，观察到的实验现象是产生白色胶状沉淀。反应的化学方程式是Al2(SO4)36NH3H2O=2Al(OH)33(NH4)2SO4，离子方程式是Al33NH3H2O=Al(OH)33NH。(2)将实验(1)所得的悬浊液一分为二，向其一支试管中逐滴滴入稀盐酸，观察到的实验现象是白色沉淀逐渐溶解，得到澄清溶液，反应的离子方程式为Al(OH)33H=Al33H2O。另一支试管中逐滴滴入NaOH溶液，观察到的实验现象是白色沉淀

3、逐渐溶解，得到澄清溶液，反应的离子方程式为Al(OH)3OH=AlO2H2O。(3)向实验(2)中加入NaOH溶液的试管中通入足量CO2，观察到的现象为生成白色沉淀，化学方程式为NaAlO2CO22H2O=Al(OH)3NaHCO3。 (1)两性化合物既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的化合物，Al2O3为两性氧化物，Al(OH)3为两性氢氧化物。(2)Al(OH)3难溶于水，为白色胶状沉淀。(3)氢氧化铝不稳定，受热易分解，化学方程式是2Al(OH)3Al2O33H2O。(4)实验室由Al2(SO4)3或AlCl3制备Al(OH)3，应选用氨水，而不选用NaOH溶液。提醒(1)Al2O3

4、、Al(OH)3不能与NH3H2O等弱碱反应，也不能与H2CO3等很弱的酸反应。(2)Al(OH)3胶体具有很强的吸附能力，它能凝聚水中的悬浮物并使之沉降，从而达到净水的目的。例1下列说法正确的是()AAl2O3难溶于水，不跟水反应，所以它不是Al(OH)3对应的氧化物B因为Al2O3是金属氧化物，所以它是碱性氧化物CAl2O3能跟所有的酸、碱溶液反应DAl2O3能跟强的酸、碱溶液反应答案D解析Al2O3虽然难溶于水，但是2Al(OH)3Al2O33H2O，Al2O3和Al(OH)3中Al的化合价相同，所以Al2O3是Al(OH)3对应的氧化物；金属氧化物与碱性氧化物是两个不同的概念，二者没有

5、必然的联系；Al2O3是两性氧化物，Al2O3与酸、强碱反应，与弱碱不反应。易误提醒两性物质与物质的两性不同，两性物质：既能与酸反应生成盐和水，又能和碱反应生成盐和水，如Al2O3、ZnO、Zn(OH)2、Al(OH)3等；物质的两性：如弱酸的酸式盐(NaHCO3等)既能与强酸反应，又能与强碱反应，但只能说这些物质有两性，不能将它们称为两性物质。例2以氧化铝为原料制取氢氧化铝，合理的方法是()A将氧化铝溶于水B将氧化铝溶于氨水C将氧化铝先溶于盐酸中，之后滴加氢氧化钠溶液D将氧化铝先溶于氢氧化钠溶液中，之后通入二氧化碳答案D解析以Al2O3为原料制取Al(OH)3，有两条途径：Al2O3HAl3

6、Al(OH)3，Al2O3OHAlOAl(OH)3。因Al(OH)3可溶于强酸、强碱，故应选用Al3与弱碱反应或AlO与弱酸反应。知识拓展Al(OH)3的三种制备方法 (1)用铝盐和氨水制备Al(OH)3，不选用强碱(如NaOH)溶液，是由于Al(OH)3溶于强碱溶液，而不溶于弱碱(如氨水)溶液。(2)溶液中AlOAl(OH)3最好通入CO2，而不选用强酸，是由于Al(OH)3溶于强酸，而不溶于较弱的酸(如H2CO3)。二、铝离子、偏铝酸根之间的相互转化按要求完成下列实验：(1)向AlCl3溶液中加入过量的NaOH溶液，最后所得溶液中含有NaAlO2、NaCl、NaOH(填溶质化学式)。(2)

7、把上述溶液分成两份，向其中一份中逐滴加入盐酸至过量，观察到的现象是先产生白色沉淀，后又溶解，得到澄清溶液。反应的离子方程式为HOH=H2O、AlOHH2O=Al(OH)3、Al(OH)33H=Al33H2O；向另一份中通入过量的CO2气体，观察到的现象是产生白色沉淀，反应的离子方程式为OHCO2=HCO、CO2AlO2H2O=HCOAl(OH)3。归纳总结(1)铝元素的化合态主要以三种形式存在，即Al3、AlO和Al(OH)3，它们之间能相互转化。(2)由NaAlO2溶液制备Al(OH)3，应通入CO2气体，而不加入强酸。(3)向AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液和向NaAlO2溶液中逐滴加

8、入盐酸的比较。NaOH溶液AlCl3溶液盐酸NaAlO2溶液现象立即产生白色沉淀渐多最多渐少消失离子方程式Al33OH=Al(OH)3Al(OH)3OH=AlO2H2OHAlOH2O=Al(OH)3Al(OH)33H=Al33H2O图像结论设xn(OH)/n(Al3) 当0x3时，随着x的增大，沉淀的量逐渐增多当x3时，沉淀的量最多当3x4时，随着x的增大，沉淀的量逐渐减小至0设xn(H)/n(AlO)当0x1时，随着x的增大，沉淀的量逐渐增多当x1时，沉淀的量最多当1x4时，随着x的增大，沉淀的量逐渐减小至0提醒向AlCl3溶液中加NaOH溶液和向NaAlO2溶液中加盐酸，计算生成Al(OH

9、)3沉淀的量时，有两种情况，即碱(酸)不足和碱(酸)过量，如上图中所示，计算时要注意讨论分析。例3向用盐酸酸化过的AlCl3溶液中逐滴滴入NaOH溶液，图中能正确表示这个反应的是()答案D例4向50 mL 1 molL1的Al2(SO4)3溶液中加入100 mL KOH溶液，充分反应得到3.9 g沉淀，求KOH溶液的物质的量浓度。答案1.5 molL1或3.5 molL1。解析方法一：根据Al3的物质的量与沉淀Al(OH)3的物质的量比较可推测KOH的两种情况：加入氢氧化钾不足量时，n(KOH)3nAl(OH)330.15 mol，c(KOH)1.5 molL1。当Al(OH)3部分溶解时，n

10、(KOH)4n(Al3)nAl(OH)30.4 mol0.05 mol035 mol，c(KOH)3.5 molL1。方法二：用图像法求解。如下图所示，当生成沉淀0.05 mol时，需KOH 0.15 mol；需KOH 0.35 mol。思维启迪1已知Al3和OH的物质的量，计算Al(OH)3 的物质的量解题思路(1)计算的比值，判断反应产物。(2)根据反应原理或守恒关系列式计算。2已知Al3和Al(OH)3的物质的量计算OH的物质的量解题思路(1)若n(Al3)nAl(OH)3，n(OH)3nAl(OH3)；(2)若n(Al3)nAl(OH)3，则有两种情况：n(OH)不足，n(OH)3nA

11、l(OH)3；n(OH)过量：n(OH)3nAl(OH)34n(Al3)nAl(OH)34n(Al3)nAl(OH)3。三、从铝土矿中提取铝1铝的存在(1)含量：铝元素是地壳中含量最多的金属元素。(2)存在：地壳中铝以化合态存在于铝土矿中，铝土矿的主要成分是Al2O3。2从铝土矿制备铝的工艺流程如下图所示：写出上图中反应的化学方程式：Al2O32NaOH=2NaAlO2H2O；NaAlO2CO22H2O=Al(OH)3NaHCO3；2Al(OH)3Al2O33H2O；2Al2O34Al3O2。(1)Al2O3是一种高熔点的化合物，为了降低能耗，工业上加入冰晶石(Na3AlF6)，使Al2O3在

12、1 000 熔融，以降低铝的冶炼成本。(2)电解法制铝是采用高熔点的Al2O3，而不用熔点低很多的AlCl3，是因为AlCl3在熔融状态时不电离、不导电。(3)酸化时用过量CO2，使NaAlO2完全转化为Al(OH)3沉淀，不能用强酸酸化，因为过量的强酸能使Al(OH)3溶解。例5下图所示是从铝土矿(主要成分是Al2O3，含Fe2O3、SiO2等杂质)中提取氧化铝的工艺流程之一。已知：SiO2能和氢氧化钠反应，不和盐酸反应。回答下列问题：(1)用盐酸溶解铝土矿后，所得溶液中的阳离子有_。(2)固体A的主要成分是_。(3)进行步骤时，为了达到分离要求，加入的NaOH应该_。(4)进行步骤时，一般

13、通入过量CO2，其反应的化学方程式是_。(5)溶液X和盐酸反应的离子方程式为_。答案(1)Fe3、Al3、H(2)SiO2(3)过量(4)NaAlO22H2OCO2=NaHCO3Al(OH)3(5)HCOH=H2OCO2解析铝土矿中的Fe2O3、Al2O3溶于盐酸得到的阳离子是Fe3、Al3，由于盐酸过量，阳离子还有H，过滤得到的滤渣是SiO2。在进行步骤时，需要加入过量的NaOH溶液，发生反应Fe33OH=Fe(OH)3、Al34OH=AlO2H2O，过滤分离出Fe(OH)3。碳酸的酸性比氢氧化铝强，利用强酸制弱酸的原理，向NaAlO2溶液中通入过量CO2可制得Al(OH)3，过滤后的滤液中

14、含有NaHCO3和NaCl。Al3、AlO与Al(OH)3之间的转化关系1下列说法正确的是()A金属氧化物都能与水反应生成碱B非金属氧化物都能与水反应生成酸C氧化铝既能与盐酸反应又能与氨水反应D氧化铝是冶炼金属铝的原料答案D解析多数金属氧化物和部分非金属氧化物不溶于水，例如CuO、SiO2等；Al2O3是两性氧化物，能与酸和强碱溶液反应；工业上用电解Al2O3的方法制备铝。2下列关于Al(OH)3的性质叙述错误的是()AAl(OH)3受热易分解生成Al2O3和H2OBAl(OH)3是难溶于水的白色胶状物质CAl(OH)3能凝聚水中的悬浮物，也能吸附色素DAl(OH)3既能溶于NaOH溶液、氨水

15、，又能溶于盐酸答案D解析Al(OH)3是两性氢氧化物，能溶于酸，也能溶于NaOH、KOH等强碱，但Al(OH)3不能溶于氨水等弱碱。3下列物质Al、NaHCO3、Al2O3、Mg(OH)2、Al(OH)3中，既能与盐酸反应又能与氢氧化钠溶液反应的化合物是()A BC D答案C解析Al既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应，但不是化合物；Mg(OH)2只能与盐酸反应；NaHCO3、Al2O3、Al(OH)3三种物质既能与盐酸反应，又能与NaOH溶液反应。4相等物质的量的下列物质分别与足量NaOH溶液反应，消耗NaOH的物质的量最多的是()AAl2O3 BKAl(SO4)2CAl(OH)3 DAl

16、答案B解析若各物质的物质的量为1 mol，则有以下分析计算。A项：Al2O32NaOH=2NaAlO2H2O 1 mol 2 molB项：2KAl(SO4)28NaOH=K2SO42NaAlO23Na2SO44H2O 1 mol 4 molC项：Al(OH)3NaOH=NaAlO22H2O 1 mol 1 molD项：2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2 1 mol1 mol故消耗NaOH物质的量最多的是KAl(SO4)2。5(2019昭通市威信一中月考)将一定量的钠和铝的混合粉末投入水中，粉末完全溶解后，得到20 mL氢氧根离子为1 molL1的溶液。然后再向其中加入1 molL1

17、的盐酸，到沉淀最大时消耗盐酸40 mL，则混合粉末中钠的物质的量是()A0.01 mol B0.02 molC0.03 mol D0.04 mol答案D解析将一定量的钠和铝的混合粉末投入水中，发生的反应有2Na2H2O=2NaOHH2，2NaOH2Al2H2O=2NaAlO23H2，此时溶液中的溶质是氢氧化钠和偏铝酸钠；滴入盐酸，发生反应NaOHHCl=NaClH2O、 NaAlO2HClH2O=NaClAl(OH)3，沉淀量最大时溶液中的溶质是氯化钠，即氯离子和钠离子物质的量相等，n(Na)n(HCl)1 molL10.04 L0.04 mol。6(1)用AlCl3溶液与NaOH溶液反应时，

18、当Al3的物质的量与OH的物质的量之比(以下均填物质的量之比)为_时，Al(OH)3沉淀量最多；_时，Al(OH)3全部溶解；_或_时，Al(OH)3沉淀量为最多沉淀量的一半。(2)NaAlO2溶液与盐酸反应时，AlO的物质的量与H物质的量之比为_时，Al(OH)3沉淀量最多；_时，Al(OH)3全部溶解；_或_时，生成的Al(OH)3的量为最多沉淀量的一半。答案(1)13142327(2)11142125解析(1)向含Al3的溶液中加入NaOH溶液时，有关反应：Al33OH=Al(OH)3，Al(OH)3OH=AlO2H2O，总反应：Al34OH=AlO2H2O。由上述反应方程式可知当n(Al3)n(OH)13时，沉淀量最大；当n(Al3)n(OH)23或27时，沉淀量为最大量的一半。(2)向含AlO的溶液中加入盐酸时，有关反应：AlOHH2O=Al(OH)3，Al(OH)33H=Al33H2O，总反应：AlO4H=Al32H2O。当n(AlO)n(H)11时，沉淀量最大；当n(AlO)n(H)14时，沉淀完全溶解；当n(AlO)n(H)21或25时，沉淀量为最大量的一半。