《金属及其化合物》PPT课件

考纲要求 考情分析 命题趋势 1.通过实验探究，了 解 Al、 Al2O3、 Al(OH)3的重要性 质。 2了解两性氧化 物、两性氢氧化物的 概念和一般性 质。 3掌握与 Al(OH)3沉 淀有关的图像分析和 化学计算。 4了解复盐的概 念。了解明矾的组 成、性质和用途。 以 “ 铝三角 ” 转化关系为载 体，考查图像分析和计算能 力；以化工流程形式，考查金 属矿物的冶炼、工业废液的处 理等。 2012年高考对金属及其 化合物的考查形式灵活、内容 丰富；联系生活进行考查，如 北京卷第 6题；与实验基本操 作等知识点融合进行考查，如 山东卷第 10题；将金属元素及 其化合物的转化关系和基本理 论联合进行考查，如江苏卷第 20题。 有关 Al及其化合物 知识在高考中出现 频率较高， “ 铝三 角 ” 是命题的出发 点。问题常以离子 共存、离子方程 式，物质鉴别、制 取，计算等类型出 现。预计今后高考 仍会以 “ 铝三角 ” 为载体考查有关概 念、理论、实验和 计算。 ( 对应学生用书 P 3 8 ) 一、铝的性质 1 物理性质 铝是 色 的轻金属，熔点 ，硬度 ，有良好的 导电、导热性。 银白 低 小 化学性质 化学方程式 暴露在空气中 ( 与 O 2 反应 ) 燃烧 ( 与 O 2 反应 ) 4A l 3O 2 = = 点燃 2A l 2 O 3 铝热反应 ( 与 Fe 2 O 3 和 V 2 O 5 的反应 ) 4Al 3O2=2Al2O3 2 A l Fe 2 O 3 = =高温 Al 2 O 3 2 F e 1 0 A l 3V 2 O 5 = =高温 5 A l 2 O 3 6V 化学性质 化学方程式 与 Cl 2 、 S 的反应 2A l 3C l 2 = = 2A lC l 3 2A l 3S = = Al 2 S 3 与盐酸的反应 与 N aOH 溶液 的反应 2Al 6HCl=2AlCl3 3H2 2Al 2NaOH 2H2O=2NaAlO2 3H2 问题探究 1 ： 铝为活泼金属，为何在生活中用途广泛？工 业上怎样冶炼铝？ 提示： 铝制品表面有一层致密的氧化膜，可保护内层金属 不被氧化，铝密度小，强度大，塑性好，易于加工，因此在生 活中用途广泛；工业上利用电解氧化铝的方法冶炼铝。 问题探究 2 ： 金属铝与酸、碱反应的本质及定量计算： ( 1) 铝与酸、碱反应的实质是什么？氧化剂是什么？ ( 2) 等质量的两份铝分别与足量 的盐酸、氢氧化钠溶液反 应，所得 H 2 的体积之比是多少？为什么？ ( 3) 足量的两份铝分别投入到等体积、等物质的量浓度的盐 酸、氢氧化钠溶液中，产生 H 2 的体积之比是多少？为什么？ ( 4) 足量的两份铝分别投入到等体积、一定物质的量浓度的 H Cl 、 Na O H 溶液中，二者产生的 H 2 相等，则 H Cl 和 Na O H 的物质的量浓度之比是多少？为什么？ 科目三考试 http:/ 科目 3实际道路考试技巧、视频教程 科目四考试 http:/ 科 目四模拟考试题 C1科目四仿真考试 提示： ( 1) 铝与酸、碱反应的实质都是： Al 0 失 3e Al 3 ， 2H 得 2 e H 2 ，只不过碱中的 H 来源于水的电离，氧化剂分别为 酸和水。 ( 2) 1 1( 或相等 ) 根据化学方程式： 2A l 6HC l = = 2A lCl 3 3H 2 、 2A l 2N aOH 2H 2 O = = 2N aA lO 2 3H 2 得 Al 与 H 2 的关系式均为 2A l 3H 2 ，故只要参加反应的 Al 相等，所得 H 2 必相等。 ( 3) 1 3 因为在反应中 Al 过量，产生的 H 2 由 HCl 和 N aOH 的量决定。根据化学反应中的关系式： 6HC l 3H 2 ； 2N aOH 3H 2 ，故当 HCl 、 N aO H 物质的量相等时，二者产生 H 2 的体积比为 1 3 。 ( 4) 3 1 因为铝足量且产生 H 2 相等，根据 2 中的关系式 n ( HCl) n ( N aOH) 3 1 ，又因为两溶液体积相等，故物质的 量浓度 c ( HCl) c ( N aOH) n ( HCl) n ( N aOH) 3 1 。 二、铝的重要化合物 1 氧化铝 ( 1 ) 化学性质 ( 用化学方程式表示 ) 两 性 氧 化 物 与 NaOH 反应 与 HCl反应 Al 2O3 6HCl=2AlCl3 3H2O Al2O3 2NaOH=2NaAlO2 H2O ( 2) 用途 熔点很高，是一种比较好的 ；还可制作各种宝石。 耐火材料 两 性 氢 氧 化 物 与 NaOH 反应 与 HCl反应 2 氢氧化铝 ( 1) 化学性质 ( 用化学方程式表示 ) Al(OH)3 3HCl=AlCl3 3H2O Al(OH)3 NaOH=NaAlO2 2H2O 受热分解 2 A l( O H ) 3 = = Al 2 O 3 3H 2 O 问题探究 3 ： 既能与酸反应又能与碱反应的物质有哪些？ 提示： ( 1 ) 金属单质： Al 等； ( 2 ) 两性氧化物： Al 2 O 3 等； ( 3 ) 两性氢氧化物： A l( OH) 3 等； ( 4) 弱酸的铵盐： ( N H 4 ) 2 CO 3 、 CH 3 C OON H 4 、 ( N H 4 ) 2 S 等； ( 5) 弱酸的酸式盐： N a HC O 3 、 K HS 、 N aHS O 3 等； ( 6) 氨基酸。 ( 2) 制备 向铝盐中加入 NH 3 H 2 O ，离子方程式为： 向偏铝酸盐中通入少量 CO 2 ，离子方程式为： Al 3 3 N H 3 H 2 O = = A l( O H ) 3 3 N H 4 2 A lO 2 CO 2 3H 2 O = = 2 A l( O H ) 3 CO 2 3 3 明矾 明矾的化学式： 。 净水原理涉及的反应： 。 KAl(SO4)212H2O Al3 3H2O=Al(OH)3(胶体 ) 3H 铝三角关系 问题探究 4 ： 向明矾溶液中逐滴加入 B a ( OH ) 2 溶液， ( 1) 当 n K A l( S O 4 ) 2 n B a( OH ) 2 2 3 时，铝元素的存在 形式是什么？ ( 2) 当 n K A l( S O 4 ) 2 n B a( OH ) 2 1 2 时，铝元素的存在 形式是什么？ 提示： ( 1) 当 n K Al( S O 4 ) 2 n B a ( O H ) 2 2 3 时，化学反 应为 2 K Al( S O 4 ) 2 3B a ( O H ) 2 = = 2A l( O H ) 3 3 B aS O 4 K 2 SO 4 ，所以此时铝元素以 Al ( O H ) 3 形式存在。 ( 2) 当二者比值为 1 2 时，化学反应为 K A l( S O 4 ) 2 2B a( O H ) 2 = = 2B aS O 4 K AlO 2 2H 2 O ，此时铝元素以 AlO 2 形式存在。 ( 对应学生用书 P 3 8 ) 1. 在推断题中的注意点 ( 1) A l 与 Fe 2 O 3 、 Fe 3 O 4 等发生置换反应 ( 铝热反应 ) 经常出现 在推断题中，如一种金属与一种金属的氧化物在高温下反应生 成一种金属和氧化物。 ( 2) Al 是中学阶段学习的唯一一种既能与酸 ( 非氧化性酸 ) 反 应又能与强碱溶液反应放出 H 2 的金属； Al 2 O 3 、 Al( O H ) 3 也是 中学阶段接触的唯一与强碱反应的金属氧化物和金属氢氧化 物。这些知识点在无机推断题中出现的频率特别高。 2 注意铝与酸或碱反应生成 H 2 的量的关系 Al 分别与盐酸、氢氧化钠溶液的反应原理： 2A l 6HCl = = 2A lCl 3 3H 2 ， 2A l 2N aOH 2H 2 O = = 2N aA lO 2 3H 2 。 ( 1) 等量铝与足量盐酸和足量 N aO H 溶液反应，产生 H 2 的 体积比为 V H C l H 2 V N a O H H 2 1 1 。 ( 2) 足量铝分别与等物质的量的 HCl 和氢氧化钠反应，产生 H 2 的体积比为 V H C l H 2 V N a O H H 2 1 3 。 ( 3) 一定量的铝分别与一定量的盐酸和 N aOH 溶液反应，若 产生 H 2 的体积比为 1 3 V H C l H 2 V N a O H H 2 W 1 W 2 。 n (H ) 350 g 70 % 98 g m ol 1 2 5 m ol n ( OH ) 240 g 4 0 g m ol 1 6 m ol 由电荷守恒： OH 过量，按 H 计算 按丙的方法： 3H 3OH 4A l( O H) 3 3 m ol 312 g 5 m ol x x 312 g 5 m ol 3 m ol 520 g 。 【答案】 ( 1 ) 丙 ( 2 ) W 3 W 1 W 2 ( 3 ) 5 2 0 g 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， 方案 Al Al 3 A l ( OH) 3 方案 Al A lO 2 A l( OH ) 3 方案 Al Al 3 Al A lO 2 A l( OH ) 3 ( 1) 用方案 制备 A l( OH ) 3 时使用的药品最好是铝屑、稀硫 酸和氨水，不用氢氧化钠代替氨水的原因是 _ _ _ _ ； 写出该方案中有关的离子方程式 _ _ _ _ _ _ _ 。 ( 2) 用方案 来制备 A l( OH ) 3 时，必须注意 _ _ _ _ _ 的用量， 以防止生成的 A l( 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 A l( O H) 3 的两性着手，过量的强 酸、强碱均能降低 A l ( OH) 3 的产率，而 Al 3 与 A l O 2 反应制取氢 氧化铝，则不存在该问题，故 方案最好。 【答案】 ( 1) 若用 Na O H 溶液沉淀 Al 3 ，终点不易控制， 因为 Al( O H ) 3 会溶于过量的 Na O H 溶液，从而影响 Al( O H ) 3 的 生成量 2A l 6H = = 2A l 3 3H 2 ， Al 3 3N H 3 H 2 O = = Al( O H ) 3 3N H 4 ( 2) 稀硫酸 ( 3) 药品用量最少，操作最为简单 ( 对应学生用书 P 4 0 ) 易错点 不能正确理解 Al 能与 OH 、 H 反应产生 H 2 这 一重要特征而出错 ( 双选 ) 某无色溶液加入铝可以生成 H 2 ，则在该溶液中一定 不可能大量共存的离子组是 ( ) A K 、 Cu 2 、 NO 3 、 Cl B Na 、 K 、 SO 2 4 、 NO 3 C NH 4 、 K 、 HCO 3 、 Cl D Na 、 Ba 2 、 Br 、 Cl 【错因分析】 不清楚 Al 在不同条件下存在的形 式和生成 的产物不同而出错。 【正确解答】 与 Al 反应放出 H 2 的溶液可能有两种情况： 酸性、强碱性。但在酸性条件下， A 中因 NO 3 的存在，不能产 生 H 2 且因 Cu 2 的存在，溶液不是无色；而 C 中 HC O 3 在酸性、 强碱性条件下均不能存在。答案为 AC 。 解题要特别注意物质的特征性质， Al 在 H 或 OH 溶液中 可生成 H 2 ，但是有 NO 3 存在时不生成 H 2 。 某无色溶液能与铝作用生成氢气，则溶液中可能大量共存 的离子组是 ( ) A H 、 Ba 2 、 Mg 2 、 Cl B Cl 、 CO 2 3 、 Cu 2 、 Mg 2 C NO 3 、 SO 2 4 、 K 、 H D NO 3 、 OH 、 Fe 2 、 Cl 【解析】 能与铝作用生成氢气的无色溶液，可能是酸性 溶液，也可能是强碱性溶液。 B 中，一是铜离子呈蓝色，二是 该溶液不论酸性还是强碱性均不行， CO 2 3 不能存在于酸性溶液 中， Cu 2 、 Mg 2 不能存在于强碱性溶液中。 C 中， NO 3 、 H 具有强氧化性，与铝反应不能得到氢气。 D 中， OH 、 Fe 2 不 能大量共存并且 Fe 2 有颜色。 【答案】 A 数形思想在图像解题中的应用 一、反映 Al 3 、 A l( OH ) 3 、 A lO 2 之间转化的有关图像 1 往 A lC l 3 溶液中逐滴加入 N a OH 溶液至过量 ( 见下图 ) ( 1) O A ： Al 3 3OH = = A l( OH ) 3 ， A B ： A l( OH ) 3 OH = = A lO 2 2H 2 O ( 2) 现象：开始产生白色沉淀并逐渐增多 白色沉淀开始溶 解 白色沉淀全部溶解 2 往 N a O H 溶液中逐滴加入 A lC l 3 溶液至过量 ( 见下图 ) ( 1 ) O A ： Al 3 4O H = = A lO 2 2H 2 O ， A B ： 3 A lO 2 Al 3 6H 2 O = = 4 A l( OH) 3 ( 2 ) 现象：开始无现象 出现白色沉淀，且沉淀不溶解 3 往 N a A lO 2 溶液中逐滴加入 H C l 溶液至过量 ( 见下图 ) ( 1 ) O A ： A lO 2 H H 2 O = = A l( OH) 3 ， A B ： A l( O H) 3 3H = = A l 3 3H 2 O ( 2 ) 现象：开始出现白色沉淀 白色沉淀又 全部溶解 4 往盐酸中逐滴加入 N a A lO 2 溶液至过量 ( 见下图 ) ( 1 ) O A ： A lO 2 4H = = A l 3 2H 2 O ， A B ： Al 3 3 A l O 2 6H 2 O = = 4 A l( OH) 3 ( 2 ) 现象：开始无现象 后出现白色沉淀且沉淀不溶解 5 往等物质的量的 A lC l 3 、 M gC l 2 混合溶液中加入 N aO H 溶液至过量 ( 见下图 ) ( 1) O A ： Al 3 3O H = = A l( OH ) 3 ， Mg 2 2OH = = M g( OH ) 2 A B ： A l( O H) 3 OH = = A lO 2 2H 2 O ( 2) 现象：开始出现白色沉淀 后沉淀量增多 沉淀部分溶解 二、反映 Al 3 、 A l ( OH) 3 、 A lO 2 之间转化的计算 数轴 分析与图表法 1 根据 A lC l 3 与 N a OH 的量计算生成 A l( OH ) 3 的量 2 根据 A lC l 3 和 A l( O H ) 3 的量计算需要 N a O H 的量 NaOH的量 n(NaOH) 当 NaOH 不足时 n(NaOH) 3nAl(OH)3 当 NaOH 过量时 n(NaOH) 3n(Al3 ) n(Al3 ) nAl(OH)3 4n(Al3 ) nAl(OH)3 3. 根据 N a A lO 2 与 H C l 计算生成 A l ( O H ) 3 的量 4 根据 A l ( O H ) 3 和 N a A lO 2 的量计算需要加入的 H C l 的量 HCl 的量 n ( HCl) 当 HCl 不足 时 n ( HCl) n Al( OH) 3 当 HCl 过量 时 n ( HCl) n ( AlO 2 ) 3 n ( AlO 2 ) n Al( OH) 3 4 n ( AlO 2 ) 3 n Al( OH) 3 向 20 m L 某物质的量浓度的 A lCl 3 溶液中滴入 2 m ol L 1 N aOH 溶液时，得到的 A l ( OH ) 3 沉淀的质量与所滴加 N aOH 溶 液的体积 ( m L ) 关系如图所示，试回答下列问题： ( 1) 图中 A 点表示的意义是 _ _ _ _ 。 ( 2) 图中 B 点表示的意义是 _ _ _ _ _ _ _ _ 。 ( 3) 上述两步用总的离子方程式可表示为： _ _ _ _ _ 。 ( 4) 假定反应混合物中有 A l ( OH ) 3 沉淀 0.39 g ，则此时用去 N aOH 溶液的体积为 _ 。 【解析】 把 N aOH 溶液滴入 A lCl 3 溶液，先产生 A l( OH ) 3 沉淀，其质量最大值为 A 点，然后全部溶解消失 ( B ) 点。其总反 应的离子方程式为： Al 3 4OH = = A lO 2 2H 2 O 。当有 0.3 9 g A l( OH ) 3 沉淀生成时， A lCl 3 过量，加入 N aOH 使 Al 3 部分产 生沉淀为 0.3 9 g ，通过 Al 3 3OH = = A l( OH ) 3 可知用 N aOH 7. 5 m L 。 当 N aOH 过量时， Al 3 全部参加反应生成 A l( OH ) 3 沉淀后又部分溶解，用 N aOH 17.5 m L 。 【答案】 ( 1 ) 表示滴入 15 m L N aOH 溶液时 A l C l 3 完全能 转化为 A l( OH ) 3 沉淀的质量为 0.78 g ( 2) 表示滴入 20 m L N aOH 溶液生成的 A l( OH ) 3 沉淀完全溶 解 ( 3) A l 3 4OH = = A lO 2 2H 2 O ( 4) 17.5 m L 或 7. 5 m L ( 对应学生用书 P 4 1 ) 一、有关铝及其 化合物所参与的离子反应 1 下列离子方程式正确的是 _ 。 ( 1) ( 20 12 年全国， 7A ) 硫酸铝溶液中加入过量氨水 Al 3 3OH = = A l( OH ) 3 ( 2) ( 20 12 年四川理综， 9C ) 0.0 1 m ol/ L N H 4 A l( S O 4 ) 2 溶液与 0.0 2 m ol/ L B a ( OH ) 2 溶液等体积混合： NH 4 Al 3 2S O 2 4 2B a 2 4OH = = 2B aS O 4 A l( OH ) 3 NH 3 H 2 O ( 3) ( 201 1 年江苏， 6D ) 向 Na AlO 2 溶液中通入过量 CO 2 ： 2A lO 2 CO 2 3H 2 O = = 2A l( O H ) 3 CO 2 3 ( 4) ( 2010 年江苏， 3B ) 用氢氧化钠溶液除去铝表面的氧化 膜： Al 2 O 3 2OH = = 2A lO 2 H 2 O ( 5) ( 2010 年海南， 10A ) 金属铝溶于稀硫酸中： Al 2H = = Al 3 H 2 ( 6) ( 2010 年四川理综， 9A ) 向明矾溶液中加入过量的 B a( O H ) 2 溶液： Al 3 2 S O 2 4 2 B a 2 4OH = = 2B aS O 4 AlO 2 2H 2 O 解析： ( 1) 氨水是弱电解质，应写化学式，错误； ( 2) NH 4 Al ( S O 4 ) 2 与 B a( O H ) 2 以 1 2 的比值混合， OH 恰与 NH 4 和 Al 3 完全反应，正确； ( 3) 偏铝酸钠与过量二氧化碳反应生成 氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，不正确； ( 4) Al 2 O 3 能溶于 Na O H 溶 液，生成偏铝酸钠，正确； ( 5) 电荷、电子得失均不守恒，不正 确； ( 6) 正确。 答案： ( 2 ) ( 4 ) ( 6 ) 2 ( 201 2 年重庆理综 ) 向 10 m L 0.1 m ol L 1 N H 4 A l( S O 4 ) 2 溶 液中，滴加等浓度 B a ( OH ) 2 溶液 x m L 。下列叙述正确的是 ( ) A x 10 时，溶液中有 NH 4 、 Al 3 、 SO 2 4 ，且 c ( N H 4 ) c ( A l 3 ) B x 10 时，溶液中有 NH 4 、 A lO 2 、 SO 2 4 ，且 c ( N H 4 ) c (S O 2 4 ) C x 30 时，溶液中有 Ba 2 、 A lO 2 、 OH ，且 c ( OH ) c ( A lO 2 ) 。 答案： A 二、铝及铝合金的性质应用 3 判断下列说法是否正确，正确的划 “” ，错误的划 “” ( 1) ( 201 0 年重庆理综， 8A ) 铝制容器可盛装浓 H 2 SO 4 ( ) ( 2) ( 200 9 年广东理基， 23D ) 日用铝制品表面覆盖着氧化膜， 对内部金属起保护作用 ( ) ( 3) ( 200 9 年江苏， 5A ) 明矾水解形成的 A l( OH ) 3 胶体能吸附 水中悬浮物，可用于水的净化 ( ) 答案： ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) 三、 “ 铝三角 ” 的图像应用 5 ( 2012 年安徽理综 ) 已知室温下， Al ( O H ) 3 的 K sp 或溶解 度远大于 F e ( O H ) 3 。向浓度均为 0.1 m o l L 1 的 F e ( NO 3 ) 3 和 Al( NO 3 ) 3 混合溶液中，逐滴加入 Na O H 溶液。下列示意图表示 生成 Al( O H ) 3 的物质的量与加入 Na O H 溶液的体积的关系，合 理的是 ( )