鲁科必修1第04章第2节

第2节 铝 金属材料在生活中，我们到处都可以看到铝的“影子”。然而，在一百多年前，铝却被认为是一种希罕的贵金属，价格比黄金还贵，甚至还被列为“稀有金属”之一。据说有一次法国皇帝拿破仑三世举行了一次宫廷宴会，来宾都用金碗喝酒，唯独皇帝一人在用铝碗，来宾都对皇帝的铝碗羡慕不已。真是怪事，铝怎么比金子还贵？这件事说起来也不奇怪。当时，一公斤钠价值2000法郎。当时，铝是用钠还原法制出来的，因此就更贵了。那么，铝到底有什么样的性质和用途呢？ 研习教材重难点研习点1 铝与铝合金【温故知新】钠、镁、铁性质的相似性（1）物理性质：都是银白色，有金属的光泽，都能导电，都能传热，都有良好的延展性。（2）化学性质：都能与非金属单质（如氧气、氯气等）反应；都能与酸反应；都能与某些盐溶液（如：CuSO4溶液）反应。1铝（1）物理性质：硬度较小，银白色质轻，密度为2.7g/cm，具有一定的耐磨性，有很好的延展性和导电性，熔点低（666.4），沸点高（2467）。（2）化学性质与非金属反应a 与氧气反应：常温下，铝被空气中的氧气氧化，表面生成一层致密的氧化物薄膜，失去金属光泽。点燃时，金属铝可以在氧气中燃烧：4Al 3O2 2Al2O3 说明：该反应放出大量热和耀眼的白光，因而铝可用于制造燃烧弹、信号弹、火箭推进剂等。【知识链接】英阿马岛战争中英方的一艘现代化驱逐舰被阿方导弹击中后，燃起滔天大火，无法扑灭，导致舰艇沉没，这是怎么回事呢？原来，驱逐舰夹板上大量使用铝，铝在高温下发生了燃烧，生成氧化铝。b. 与氯气、硫等非金属反应2Al3Cl2 2AlCl34Al3S 2Al2S3与酸的反应a. 与非氧化酸（盐酸、稀硫酸）反应，有氢气生成：2Al6H2Al33H2。b. 与氧化酸（硝酸，浓硫酸）反应，无氢气生成： Al4HNO3 (稀)Al(NO3)3NO2H2O注意：Al遇冷的浓硫酸、浓硝酸会钝化，但加热可反应。与碱的反应化学方程式：2Al2NaOH6H2O2NaAl(OH)43H2离子方程式： 2Al2OH6H2O2Al(OH)43H2【领悟整合】铝和强碱溶液反应，不是铝直接和碱反应，而是铝先和强碱溶液中的水反应生成氢氧化铝，然后氢氧化铝再和强碱反应生成四羟基合铝酸盐。如铝和氢氧化钠溶液反应分两步进行：2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2；Al(OH)3+NaOHNaAl(OH)4。因此，在此反应中，铝为还原剂，水为氧化剂。与金属氧化物的反应（铝热反应）金属铝在高温下可与Fe2O3反应：2AlFe2O32FeAl2O3说明：a该反应称为铝热反应，铝粉和氧化铁粉末的混合物称为铝热剂。利用铝热反应可焊接钢轨大截面的钢材部件等。b铝和氧化铁在高温下发生的反应不仅可用于焊接钢轨，还可用于定向爆破定向爆破是指在地基的钢筋混处安放铝热剂，引燃后产生的温度高达25003500，使钢筋熔断，楼体倒塌。c铝不仅可与氧化铁发生铝热反应，用其他金属氧化物如V2O5、Cr2O3、MnO2等代替氧化铁也可发生铝热反应。铝热反应还可用于冶炼钒、锰等金属。【领悟整合】在以上四种反应中，铝的化合价均由0价升高到3价，被氧化，做还原剂。可以看出，铝具有较强的还原性，是一种较为活泼的金属。2、铝合金（1）合金：合金是指两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。一般来说，合金的性能优于纯金属，合金的熔点比它的各成分金属熔点都低，硬度比它的各成分金属大。但合金的性质并不是各成分金属性质的总和。（2）铝合金金属铝中加入其他元素如铜、镁、硅、锌、锂等，即形成各种性能优良的铝合金。性质特征铝合金具有密度小、强度高、塑性好、易于成形、制造工艺简单、成本低廉等特点，并且表面易形成致密的氧化物保护膜而具有一定的抗腐蚀能力。用途铝合金主要用于建筑业、容器和包装业、交通运输及电子行业，如汽车车轮的骨架，硬盘抽取盒等。另外，还广泛用于制造飞机构件。典例1：下列物质中，不属于合金的是A硬铝B黄铜C钢铁D水银研析：合金是指两种或两种以上的金属（或跟非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。硬铝为AlCuMgMnSi合金；黄铜为CuZn合金；钢铁是钢的俗称，而钢是一种常见的合金；水银即是单质汞，不是合金。答案： D典例2：两份铝粉，第一份和足量的NaOH溶液反应，第二份与足量HCl反应。如在相同条件下放出等体积的气体，则两份铝粉的质量比为_。研析：Al 分别与NaOH、HCl反应的方程式如下：2Al 2NaOH 6H2O 3H2 2NaAl(OH)4；2Al 6HCl 2AlCl3 3H2由化学方程式可知，只要在酸碱足量的情况下，生成H2 的多少决定于参加反应的铝的多少。生成相同物质量的H2 ，消耗掉铝的质量比相同。答案： 1：1研习点2 铝的重要化合物1氧化铝（1）存在：自然界中纯净的Al2O3为无色晶体，俗称刚玉，硬度仅次于金刚石，可作人造宝石。（2）物理性质：白色固体，不溶于水，熔点高。说明：由于Al2O3熔点高，难分解，因而可做良好的耐火材料。（3）化学性质与酸反应： Al2O3 6HCl 2AlCl3 3H2O（Al2O3 6H 2Al3 3H2O）与碱反应：Al2O32NaOH3H2O2NaAl(OH)4（Al2O32OH3H2O2Al(OH)4）说明：氧化铝具有不同于一般氧化物的性质，既与强酸反应也与强碱反应，属于两性氧化物。思考：（1）铝是一种较为活泼的金属，为什么生活中的铝制品却比较稳定呢？（2）将未打磨的铝片投入盛有氢氧化钠溶液的试管中，观察到开始并无气泡，一段时间后才有气体产生，为什么？提示：（1）铝表面形成一层致密的氧化物保护膜，将空气与铝隔开。（2）开始是铝表面的氧化铝与碱液反应，不生成气体，当表面的氧化铝溶解完，才发生铝与碱液反应，生成氢气。2氢氧化铝（1）物理性质：Al(OH)3是几乎不溶于水的白色胶状固体，具有吸附性。（2）化学性质与酸反应：Al(OH)3 3HClAlCl3 3H2O（Al(OH)3 3H+Al3+3H2O）与碱反应：Al(OH)3NaOHNaAl(OH)4（Al(OH)3OHAl(OH)4）说明：Al(OH)3与Al2O3一样，既与酸反应又与碱反应，具有两性，属于两性氢氧化物。受热易分解：大部分难溶性的氢氧化物在受热时可以分解生成相应的氧化物和水，Al(OH)3也不例外。2Al(OH)3 Al2O33H2O（3）Al(OH)3的制取：铝盐与碱反应：用铝盐与可溶性弱碱氨水反应制Al(OH)3：Al3+3NH3H2OAl(OH)33NH4+说明：制取Al(OH)3也可用铝盐与强碱作用，但应严格控制加入碱的量，因为强碱过量会使制得的Al(OH)3转化为四羟基合铝酸盐：Al(OH)3OHAl(OH)4。所以，实验室一般不采用这种方法制Al(OH)3。四羟基合铝酸盐与酸反应：一般用向偏铝酸盐溶液中通入CO2的方法制取Al(OH)3。当CO2不足或适量时：2Al(OH)4CO22Al(OH)3CO32H2O；CO2过量时：Al(OH)4CO2Al(OH)3HCO3。说明：一般不用强酸，因为强酸的量控制不当会使制得的Al(OH)3溶解： Al(OH)4H+Al(OH)3H2O；Al(OH)33H+Al3+3H2O（4）Al(OH)3的用途：由于Al(OH)3具有吸附性，既能凝聚水中悬浮物，又能吸附色素，因此Al(OH)3可作净水剂和色素吸附剂。【联想发散】明矾净水原理明矾（KAl(SO4)212H2O）溶于水发生下列反应： KAl(SO4)2K+Al3+2SO42；Al3+3H2O 2Al(OH)3（胶体）3H+。Al(OH)3胶体中胶粒有吸附水中悬浮杂质的作用，使其质量增大，沉降水底，达到净化水的目的。典例3：对于一瓶氢氧化钠溶液，一瓶氯化铝溶液，不借助其他的试剂，能否将两种溶液区别开来？研析：我们可以利用滴加顺序的不同而产生不同的现象的方法就可以区别开来。如果将试剂1逐滴滴入试剂2中，开始就出现沉淀，随着1的滴入，沉淀先增多，然后逐渐消失，则试剂1为氢氧化钠溶液，试剂2为氯化铝溶液反之，若出现图2的现象，先没有沉淀，最后沉淀增多且不消失，则试剂1是氯化铝溶液，试剂2为氢氧化钠溶液。答案：见研析。典例4：等体积的AlCl3和NaOH溶液混合后，沉淀物中含铝的质量与溶液中含铝的质量相等，则AlCl3和NaOH两种溶液的物质的量浓度之比为A13 B23 C14 D27研析：AlCl3和NaOH溶液混和有沉淀物生成，可能有两种情况：NaOH不足量，NaOH部分过量。假设溶液中含有2mol的AlCl3，如果为第一种情况生成Al(OH)3沉淀的物质的量与未反应的AlCl3物质的量相等，所以耗NaOH 3mol。则B正确。如果为第二种情况，则生成1mol的Al(OH)3，1mol的Al(OH)4，共消耗NaOH为7mol。所以D也正确。答案：B、D。研习点3 金属与金属材料1金属的分类（1）冶金工业黑色金属：Fe、Cr、Mn（黑色金属的颜色不一定是黑色，如纯净的铁、铬的颜色是银白色）有色金属：除Fe、Cr、Mn以外的所有金属（2）按密度轻金属：密度4.5g/cm3（如钠、镁、铝）重金属：密度4.5g/cm3（如铁、铜、W）（3）按自然界中的含量常见金属：如铁（4.75%） 铝（7.7%） 钙（3.45%）等稀有金属：如锆、铌、钼等2金属的通性：有金属光泽、有延展性，是电和热的良导体，具有还原性。【联想发散】金属之最：在生活生产中使用最广泛的金属是铁；地壳中含量最多的金属元素是铝（Al）；最稳定的金属单质，延展性最好的都是金（Au）；导电性能最好的是银（Ag）；自然界中最活泼的金属是铯（Cs）；最硬的金属单质是铬（Cr）；熔点最高的金属单质是钨（3413）（W）；熔点最低的金属单质是汞（39）（Hg）；密度最大的是锇（22.57g/cm3）。2钢铁（1）生铁：含碳量24.3%，硬度大，但较脆且不易机械加工。（2）普通钢：含碳量0.03%2%，增加了铁锰等元素，改善了铁的性能，但易锈蚀。（3）不锈钢：在普通钢基础上，加入铬镍等元素，含铬在一般在12以上，在空气中能保持金属光泽，且有不生锈的特性。说明：由于铬元素的加入，能使钢材表面形成致密且坚固的氧化膜，防止内部铁与外界物质接触。镍元素的加入，使不锈钢在酸碱盐的水溶液中也能具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性。3金、银、铜等金属材料（1）物理性质 特性：金是黄色金属；银是白色金属；铜是紫红色金属。 共性：硬度较小，熔点较高，密度较大，具有金属光泽、良好的延展性、导电性和导热性。（2）化学性质：金、银、铜都属于不活泼金属，相对而言，其活泼程度依次增强。 金：金是最稳定的金属之一，在高温下也不能与氧气反应，不能被硝酸等强氧化性酸氧化。但金能溶解在王水中。 银：银虽然不能与盐酸、稀硫酸反应，但却能溶解在硝酸等强氧化性酸中：Ag2HNO3 (浓)AgNO3NO2H2O；3Ag4HNO3 (稀)3AgNO3NO2H2O 铜：a 与非金属单质反应： 2CuO2 2CuO；2 CuS Cu2S；CuCl2CuCl2b 与酸反应：与银相似，铜不能与盐酸、稀硫酸反应，但却能溶解在硝酸等强氧化性酸中：Cu2H2SO4(浓) CuSO4SO22H2OCu4HNO3 (浓)Cu(NO3)2 2NO22H2O3Cu8HNO3 (稀) 3Cu(NO3)2 2 NO 4H2Oc 与盐溶液反应： Cu2FeCl3CuCl22FeCl2d 铜的锈蚀：铜在干燥空气中性质稳定，但在潮湿空气中会被腐蚀，在其表面逐渐形成一层绿色的铜锈：2CuO2H2OCO2 Cu2(OH)2CO3（3）用途：金及其合金除了用于首饰以外，在电子工业的用量占工业用量的90以上。在航空航天工业中，金在制造飞机和航天器有关部件所用的材料也占有重要地位。银除了用于首饰以外，在有机合成、能源开发、材料制造等方面的应用越来越被重视。铜在电气和电子工业中主要用于制造电线、通讯电缆等。这方面应用占铜的工业总用量的一半左右，半导体器件中的硅芯片上用铜代替铝线；建筑业上用铜制造水管及其它排水设施，具有独特的杀菌功能，抑制细菌生长。钛（Ti） “21世纪的金属”性能优储量大，用于制造飞机、导弹、宇宙飞船、舰艇、化工设备、纺织机械、人造卫星、医疗器械、“人造骨骼”等。铀（U） 做核电厂反应堆的核燃料。镅（Am） 用作烟雾探测器中的烟雾监测材料。4铜的常见化合物（1）颜色、溶解性：CuO黑色、难溶；Cu2O红色、难溶；Cu2S黑色、难溶；CuSO4白色、易溶；CuSO45H2O蓝色、易溶；Cu2(OH)2CO3绿色、难溶；Cu(OH)2蓝色、难溶。（2）化学性质氧化铜a. 氧化铜有金属氧化物的性质，例如： CuO2HClCuCl2H2O b. 氧化铜具有弱氧化性，可与某些还原剂反应。例如：H2CuO CuH2O； C2CuO 2CuCO2；COCuO CuCO2；2NH33CuO 3CuN23H2Oc. 氧化铜在高温下可发生分解反应： 4CuO 2Cu2OO2硫酸铜： CuSO4 晶体与无水CuSO4之间可以相互转化CuSO45H2O CuSO45H2O；CuSO45H2OCuSO45H2O典例5：在金、银、铜、铁、钠、镁、铝几种金属中，属于轻金属的有_；导电性能最好的是_；在空气中最稳定的是_；最活泼的是_；常温时与水能剧烈反应的有_；既能跟酸反应，又能跟碱溶液反应的是_。研析：通常，密度4.5g/cm3的为轻金属，密度4.5g/cm3的为重金属；以上金属都具有良好的导电性，其中，银的导电性是最好的；最不活泼的是金，金在加热条件下也难以与氧气反应，“真金不怕火炼”就是这个意思；钠能与冷水剧烈反应，是以上金属中最活泼的；既能跟酸反应，又能跟碱溶液反应的物质除了铝之外，千万不要忘记钠也能与碱溶液中的水反应。答案：钠、镁、铝；金；钠；钠；钠、铝。典例6： 钛（Ti）因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注。常温下钛不和非金属、强酸反应，红热时，却可与常见的非金属单质反应。钛是航空、军工、电力等方面的必需原料。地壳中含钛铁矿石之一是金红石（TiO2），目前大规模生产钛的方法是：第一步：金红石、炭粉混合，在高温条件下通入Cl2制得TiCl4和一种可燃性气体。该反应的化学方程式为 ，该反应的还原剂是 。第二步：在氩气的气氛中，用过量的镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛。（1）写出此反应的化学方程式： ；（2）简述从上述所得产物中获取金属钛的步骤。研析：因为钛常温时不与非金属、强酸反应，红热时可与常见非金属单质反应，可类比一般不活泼金属氧化物，选用碳作还原剂制得金属，金属与Cl2生成氯化物。两反应合并的化学方程式为TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO。第二步：（1）Mg为活泼金属在氩气作为保护气的环境中还原TiCl4：2MgTiCl42MgCl2Ti。（2）还原出的Ti与Mg混合，分离时用强酸，因钛不与强酸反应，所以可将上述产物溶于过量的盐酸中，然后过滤洗涤，即可得到纯净钛。答案：第一步：TiO22CCl2TiCl22CO；C。第二步：（1）2MgTiCl42MgCl2Ti（2）将还原后的产物溶于过量的盐酸中，过滤、洗涤，即可得到纯净的钛。 探究解题新思路 基础思维探究题型一、金属材料的冶炼典例1：我国古代曾用火烧孔雀石和焦炭混合物的方法炼铜。孔雀石的主要成分是Cu2(OH)2CO3，其冶炼方法是A焦炭还原法 B湿法炼铜 C铝热还原法 D电解冶炼法研析：孔雀石受热发生分解反应实为Cu(OH)2，CuCO3的分解反应： Cu2(OH)2CO32CuOH2OCO2。由CuO炼铜，可用焦炭还原法：C2CuO 2CuCO2；虽然也可用铝热还原法，但既浪费能源(高温)，又浪费铝，经济效益差；况且我国古代既没有Al，也没有掌握冶炼Al的技术，故C项不选。我国古代没有电，故不可能用电解冶炼法；Cu2(OH)2CO3和CuO都不溶于水，没有强酸，也不可能采用湿法炼铜。答案：A方法导引：当一种金属可用多种方法冶炼时，工业上一般采用经济效益高的方法。即：热解还原法优于焦炭还原法，焦炭还原法优于铝热还原法，铝热还原法优于电解还原法。从环保角度考虑，H2还原法又优于CO还原法。拓展变式1某地产孔雀石的主要成分是Cu3(OH)4CO3。（1）试写出该孔雀石高温分解的化学方程式：_。（2）试以(1)中所得金属氧化物为原料，分别采用湿法冶炼和高温冶炼的方式制取金属铜。供选择的试剂有：木炭铁屑生石灰稀H2SO4，不得另选其他试剂，写出反应的化学方程式。A湿法冶炼：_、_（可不填满，也可补充，下同。）B高温冶炼：_、_。1答案：（1）Cu3(OH)4CO33CuO2H2OCO2（2） ACuOH2SO4CuSO4H2O FeCuSO4FeSO4CuB2CuOC2CuCO2（或CuOCCuCO）题型二、有关铝及其化合物的分离提纯典例2：把镁粉中混有的少量铝粉除去，应选用的试剂是A稀盐酸 B烧碱溶液C硫酸铝溶液 D氯水研析：本题考查知识点是镁与铝的化学性质以及在化学性质上的不同之处。盐酸、氯水与镁、铝都反应硫酸铝溶液与镁可以反应，置换出铝，不符合题意。烧碱溶液就是氢氧化钠溶液，由于铝有两性，可以与氢氧化钠反应产生氢气，生成的偏铝酸钠可以溶于水，而镁是活泼金属，不与碱反应。答案：B总结提升：解答本题的关键点是铝的两性，既可与酸溶液反应，也可与碱溶液反应，而镁是活泼金属，只与酸反应。延伸点是关于分离物质，选择试剂应该是与混合物中的一种反应，而与另一种不反应，反应后的生成物与原物质的聚集状态不同，便于分离。氧化铝中含少量氧化铁和二氧化硅杂质，试写出除杂过程和有关的化学方程式。分析 本题的特点是：两性氧化物中含有碱性氧化物和酸性氧化物的杂质。应根据三类不同氧化物与酸、碱反应的情况加以分析。氧化铝与强酸、强碱都反应，除杂时必然转化为其它物质。应选择适当的酸、碱将杂质一一除去，并使氧化铝复生。解答：（1）将样品加稍过量的盐酸中充分反应，过滤除去SiO2：Al2O36HCl2AlCl33H2O；Fe2O36HCl2FeCl33H2O。（2）向滤液中加稍过量的氢氧化钠溶液，充分反应后过滤，除去Fe(OH)3。NaOHHClNaClH2O；3NaOHFeCl3Fe(OH)33NaCl；4NaOHAlCl3NaAl(OH)43NaCl（3）向上述滤液中通入过量二氧化碳，过滤，得Al(OH)3CO2NaOHNaHCO3；NaAl(OH)4CO2Al(OH)3NaHCO3。（4）将所得Al(OH)3加热得Al2O3。2 Al(OH)3 Al2O33H2O总结提升：提纯铝的化合物，一般都需用酸和碱，关键是注意应用强酸、强碱，还是用弱酸、弱碱。除杂时加强酸或强碱，得氢氧化铝时一般通二氧化碳或氨水。本题的另一种解法为：依次用NaOH溶液、盐酸、氨水作试剂。由于NaOH溶液与SiO2反应较慢，生成的Na2SiO3再转化为H2SiO3是胶状沉淀（不易过滤），因此，在理论上该方法可行，但实际操作不如本题解法方便。拓展变式2工业上用铝土矿（主要成分是Al2O3H2O、Al2O33H2O以及少量Fe2O3、SiO2等）提取纯Al2O3作冶炼铝的原料。提取的操作过程可用以下流程图表示：（1）写出滤液A中一种溶质与过量NaOH溶液反应进入滤液B中的离子方程式：_。（2）若步骤中没有过滤操作而直接进入步骤，对后面操作将产生的影响是_。2研析：Al2O3为两性氧化物，能溶于盐酸和氢氧化钠；Fe2O3为碱性氧化物，溶于盐酸而不溶于氢氧化钠；SiO2为酸性氧化物，溶于氢氧化钠而不溶于盐酸解答此题，关键要抓住这些氧化物性质的差异，形成分离、除杂质的思路。答案：（1）Al34OHAl(OH)4 （2）中的不溶物(Na2SiO3)在操作中会被氢氧化钠溶液溶解，最后所得Al2O3中将含有SiO2。典例3：把x溶液（或气体）慢慢加入（或通入）到一定量的y溶液中，产生的沉淀量与加入x物质的量的关系如图所示，符合图中曲线的是Ax为CO2，y为Ca(OH)2 Bx为NH3H2O，y为AlCl3Cx为NaOH，y为AlCl3 Dx为HCl，y为NaAl(OH)4研析：CO2通入Ca(OH)2溶液中可产生碳酸钙沉淀，继续通CO2沉淀溶解而生成Ca(HCO3)2溶液。氨水加入AlCl3溶液产生沉淀，但过量不溶，方程式为：Al33NH3H2OAl(OH)33NH4NaOH溶液滴加到AlCl3溶液中生成Al(OH)3沉淀，继续加入沉淀溶解生成四羟基合铝酸盐。AlCl33NaOHAl(OH)33NaCl Al(OH)3NaOHNaAl(OH)4盐酸加入到NaAlO2溶液中，先生成Al(OH)3沉淀，继续加入沉淀溶解生成三价铝盐。HClNaAl(OH)4Al(OH)3NaClH2O Al(OH)33HClAlCl33H2O观察方程式的系数，从定量角度分析，只有C答案符合题意。答案：C考向指南： 识图能力是同学们必须具备的一种能力，因而也是高考的必考内容。其中，与铝及其化合物有关的图象又是这类题目中的重点。拓展变式3向MgSO4和Al2(SO4)3的混合溶液中，逐滴加入NaOH溶液。下列图象中，能正确表示上述反应的是（横坐标表示加入NaOH溶液的体积，纵坐标表示反应生成沉淀的质量）3研析：向混合溶液中逐滴加入NaOH溶液，NaOH溶液先后与Al2(SO4)3溶液、MgSO4溶液反应生成氢氧化铝、氢氧化镁沉淀，当沉淀达到最多时，继续加入的NaOH溶液将氢氧化铝沉淀溶解，但氢氧化镁不能与过量的NaOH溶液反应。答案：A。 综合思维探究题型一、学科内综合题典例4：下列物质中既能跟稀盐酸反应, 又能跟氢氧化钠溶液反应的是：NaHCO3 (NH4)2S Al2O3 Al(OH)3 AlA B C D全部研析：以上5种物质均既能与强酸反应，又能与强碱溶液反应。如：NaHCO3与盐酸可以反应生成氯化钠、水、二氧化碳气体，与氢氧化钠溶液反应生成正盐（碳酸钠）和水；(NH4)2S与盐酸可以反应生成H2S气体和氯化铵，与氢氧化钠溶液反应生成硫化钠和氨水；Al2O3 、Al(OH)3都是两性物质，Al在金属中也具有特殊性，既与强酸反应又能与强碱溶液反应。答案：D。规律总结：既能与强酸反应, 又能与强碱反应的物质：某些金属Al；两性氧化物Al2O3；两性氢氧化物Al(OH)3；弱酸的酸式盐如NaHCO3、NaHS、NaHSO3、Na2HPO4、NaH2PO4等；弱酸的铵盐如：(NH4)2S、(NH4)2CO3、CH3COONH4、(NH4)2SO3等。典例5：某透明的溶液中加入铝粉能放出氢气，此溶液中一定能大量共存的离子组是AH+、Cu2+、Cl、SO42 BHCO3、NO3、SO42、Na+CCl、SO42、K+、Na+ DNa+ 、SO42、Cl、Al(OH)4研析：与铝作用产生氢气的溶液，可以是强碱溶液，也可以是强酸的溶液，即选项离子组必须在强酸或强碱的溶液中都能共存的离子组。而A中H+H+和Cu2+不能在强碱条件下存在，B中若是强酸溶液，则不含NO3，否则会由于HNO3的存在，产生不了氢气HCO3在强酸或强碱的溶液中都不能大量存在。D中的Al(OH)4不能存在于强酸溶液中。答案：C总结提升：本题考察知识点是离子共存问题，离子共存的基本原则是相互间不发生化学反应，解题关键点是铝的性质要熟悉，尤其是强酸或强碱溶液与铝都可以反应，解题易错点是误以为硝酸与铝反应生成氢气。拓展变式4现代建筑的门窗框架常用电解加工成的古铜色硬铝制造，取硬铝样品进行如下实验（每一步试剂均过量），由此可以推知硬铝的组成可能为 AAl、Mg、Si、Zn BAl、Cu、Mg、Si、MnCAl、Fe、C、Cu DAl、Si、Zn、Na4研析： 钠是一种极为活泼的金属，不能在空气中稳定存在，显然，D项是错误的；加入稀盐酸后，C项中的Al、Fe与盐酸完全反应，剩余的两种成分都不能与NaOH溶液反应，又可排除C项；如果是A项，在合金样品与盐酸完全反应后，只剩余Si，而Si能与NaOH溶液反应，不会有不溶物剩余；因此，只有B是正确的。答案： B。题型二、思维转换题典例6：工业上制铝流程图如下：用此法制取氧化铝中，分析铝土矿和赤泥（提取氧化铝之后的残渣）所得数据如下：Al2O3Fe2O3Na2O铝土矿55%16%0%赤泥15%48%8%试求制取1t三氧化铝所需铝土矿和氢氧化钠的质量。研析：由于氧化铁在这个反应过程中的量是守恒的，因而从氧化铁在铝土矿和赤泥中的含量，可以求出赤泥质量为铝土矿质量的1/3。从流程图可以知道A为氢氧化钠，它使氧化铝变为偏铝酸钠，然后通入二氧化碳转变为氢氧化铝。氧化铁不与氢氧化钠反应，氢氧化钠也将氧化铁从铝土矿中全部转移到赤泥中去了。答案：设需要铝土矿质量为m，则m55%1/3m15%1t解得：m2t，即需要铝土矿2t。需要氢氧化钠的量：由于氢氧化钠循环使用，因此需要补充的氢氧化钠的量即为留在赤泥中的氢氧化钠的量：1/32t8%80/620.069 t友情提醒：本题考察的知识点是铝的冶炼方法及实际冶炼过程中原料所需量结合的综合题。其难点在于对表中数据的分析。解题的关键点是抓住氧化铁在整个反应过程中是守恒的。利用它的量不变，可以迅速的得出等式，解出答案。易错点在于不会数据的分析，不能推出氧化铁和氢氧化钠在整个流程中的作用。拓展变式5将一块10gMg和Al的合金完全溶解于500ml4mol/L的盐酸中，再往所得溶液中加入多少毫升8mol/L的NaOH溶液，得到的沉淀最多?5研析：本题旨在考查读者思维的灵活性，分析题中反应过程：（Mg、Al）HCl（MgCl2、AlCl3、HCl）（MgCl2、AlCl3、HCl）NaOHMg(OH)2、Al(OH)3、NaCl由上述分析可知，沉淀最多时应是Mg2+和Al3+全部以Mg(OH)2和Al(OH)3形式存在的情形。显然，此时溶液中只存在NaCl，而不可能有HCl或NaOH.所以当n(Na+)n(Cl)也就是n(NaOH)n(HCl)时，沉淀量是最多的.该方法称离子守恒法。答案：由n(NaOH)n(HCl)可得V(NaOH)0.25L250 mL题型三、学科间渗透题 典例7：阅读下面材料，并回答问题：铝可以从铝土矿中获取。铝土矿是不纯净的铝的氧化物（杂质为Fe2O3和SiO2），它是非再生资源。假如我们对铝的消费保持现有的速度，我们获得生产足够的铝所需的铝土矿仅能维持30年左右。由此看来，保护现有自然资源和对非再生资源的再利用，是值得我们考虑的。但废物回收仍有相当大的难度，其关键的因素主要涉及旧金属的收集、与其它废物的分离，回收和提炼金属的费用、金属本身的价值等（已知1mol电子电量约为105C）。（1）试说明回收铝的过程中存在的困难 。（2）为什么金的回收率比铝的回收率要大得多？（3）常温下，SiO2与强碱或强酸是很难反应的。现利用盐酸、氢氧化钠溶液、氨气、二氧化碳和水从铝土矿中提取纯净的Al2O3。试设计一个适用于工业生产上提纯Al2O3的实验方案。用化学方程式表示。（4）假定用6V直流电源供电进行电解，制2.7吨Al需要多少kJ的电能？（5）如果每度电的费用为0.60元，试计算生产厂家每生产1吨铝需付出的电费为多少元？研析：（1）回收铝的过程中存在的困难很多，主要从以下几个方面考虑：旧金属的收集；与其它废物的分离；回收和提炼金属的费用；金属本身的价值；人们的环境意识。（2）黄金是贵重金属，并且不容易腐蚀变质，因此容易回收，而铝相对来说，价格较低，且容易被腐蚀，回收较为困难。（3）根据题意，可以将在铝土矿加入足量NaOH溶液，氧化铝溶解而Fe2O3和SiO2不溶解，过滤后在滤液中通入足量的二氧化碳气体生成Al(OH)3，过滤后加热使Al(OH)3分解便得Al2O3。（4）2.7吨Al的物质的量为2.7106 g27 g/mol1.0105 mol；则制2.7吨Al需要的电量为1.01053105C3.01010C；需要的电能为：3.010106103kJ1.8108kJ。（5）1106/2731056103/36000.61.1104元。答案：（1）人们的环境意识薄弱；回收和提炼金属的费用较高；铝同其它废物的分离较困难；铝本身价值并不高；旧金属的收集缺乏专门机构。（2）因为金比铝的价值要高，另一方面，金活动性弱，容易回收。（3）Al2O32NaOH3H2O 2NaAl(OH)4；NaAl(OH)4CO2Al(OH)3NaHCO32Al(OH)3Al2O3+3H2O。（4）1.8108kJ （5）1.1104元友情提醒：本题从难度上并不是很大，但考查的范围非常广，除了化学知识以外，还联系物理知识、社会知识。由此看来，我们的知识面要广泛，平时要关注社会，善于将化学知识运用于实际生活中去。拓展变式6实验室中，拟用Fe、CuO、H2SO4三种物质为原料制取金属铜。（1）试给出两种不同的方法（写出反应方程式），并比较其优劣。（2）说明古代湿法炼铜的社会意义。6研析：（1）铜为金属单质，以氧化铜为原料，可以用氢气还原的方法得到金属铜；还可以铁为原料，根据铁的活动性比铜强，用铁置换铜盐中铜的方法制取铜。前一种方法耗费能源多，且设备复杂，故后一种方法更好。（2）湿法炼铜可以增加金属的质量，生产更多的劳动工具：Fe Cu56 t 64 t答案：（1）方法1：FeH2SO4FeSO4H2方法2：CuOH2SO4CuSO4H2OFeCuSO4FeSO4Cu方法2优于方法1。（2）湿法炼铜可以增加金属的产量，促进封建社会生产力的发展。 创新思维探究题型一、开放探究题 典例8：下面是以铝屑为原料制备Al(OH)3的三种实验设计方案：方案一：用稀硫酸跟铝屑反应，使铝转化成Al3+的溶液，再用NaOH溶液使Al(OH)3沉淀析出。方案二：将铝屑与NaOH溶液反应，再用稀硫酸中和过量的碱液，与Al(OH)4反应以得到Al(OH)3。方案三：用铝屑分别与稀硫酸和浓NaOH溶液反应，然后将得到的盐溶液混合过滤，再将得到的沉淀洗涤，即可得到Al(OH)3。综合比较以上三种实验设计方案，你认为哪种方案最好？研析：因为Al(OH)3回溶于过量的NaOH溶液，所以方案一用NaOH溶液沉淀Al3+，终点不宜控制。应用氨水沉淀Al3+。方案二在用稀硫酸中和过量的碱液，与Al(OH)4反应的同时，过量的酸也可使Al(OH)3溶解，终点也不好控制。应改为向NaAlO2溶液中通入足量CO2气体。方案三中发生反应的离子方程式为：2Al6H2Al3+3H2 2Al2OH6H2O2Al(OH)43H2 Al3+3Al(OH)44Al(OH)3因此，每生1molAl(OH)3，方案一、方案二、方案三消耗H或OH的物质的量分别是3mol、1mol、3/4mol。综合分析，方案三为最佳。答案：方案三最节约药品，可回收副产品Na2SO4，从操作要求看，也最简单，故方案三最好。方法导引：设计制备实验方案的思路是：列出可能的几种制备方案和途径，从方法是否可行、装置和操作是否简单、经济安全等方面进行分析比较，从中选出最佳实验方案。典例9：将等物质的量的两种氧化物溶于100mL硫酸，而后逐滴加入1.00mol/L的氢氧化钠溶液。当加入的氢氧化钠的体积V150mL时，开始有沉淀析出，且沉淀量随氢氧化钠的加入量逐渐增加。当氢氧化钠的体积V2650mL时，沉淀量达到最大值，继续滴加氢氧化钠时，沉淀量逐渐减小。当V3750mL时，沉淀量不再改变。（1）最初加入的50mL氢氧化钠溶液的作用是什么？（2）计算所用硫酸的浓度。（3）试判断两种氧化物各是什么，并计算其物质的量。研析：本题考察的知识点是物质的量在化学反应中的应用及两性氧化物的性质等基础化学知识和简单的推理计算能力和思维的整体性从题目中可以得知这两种化合物都为金属氧化物，溶于酸后加入氢氧化钠50mL才开始有沉淀析出，证明硫酸是过量的这部分氢氧化钠是来中和过量的硫酸的当又滴入600mL氢氧化钠时金属离子完全沉淀，再加入100mL氢氧化钠时有一种金属氢氧化物沉淀恰好被溶解完，可判断该氢氧化物为氢氧化铝且物质的量为0.1mol，则氧化铝为0.05mol所以另一种氧化物也为0.05mol，溶于酸后产生的金属离子完全沉淀时也消耗0.3mol的氢氧化钠由此可以推出其化合价为+3价，必为三氧化二铁答案：（1）中和过量的硫酸。（2）当沉淀量达到最大值时，H2SO4全部转变为Na2SO4，根据SO42守恒可以知道：n(H2SO4)n(Na2SO4)1/2n(NaOH)c(H2SO4)0.65L1mol/L（20.1L）3.35mol/L（3）将金属离子完全沉淀为氢氧化物时共需氢氧化钠：（0.65L-0.05L）1mol/L=0.6mol有一种金属氢氧化物能溶于氢氧化钠溶液，所以该物质是氢氧化铝，物质的量是0.1mol，其氧化物为Al2O3，物质的量0.05mol。生成0.1mol氢氧化铝需要0.3mol氢氧化钠。则沉淀另一种金属离子需要氢氧化钠为0.3mol。又已知两种氧化物的物质的量相等，所以另一种氧化物也是三价金属的氧化物，且不溶于过量的碱溶液中，可知为Fe2O3，其物质的量为0.05mol。误点警示：本题的易错点是将50mL氢氧化钠中和的硫酸当作100mL硫酸中的全部硫酸，求出了硫酸的浓度为0.5mol/L。根据氧化物不溶于氢氧化钠认为是氧化镁或氧化铁的确定缺乏说服力，甚至没有任何说明直接得出结论。拓展变式7某课外活动小组设计了如图所示(夹持装置已略去)的一套装置，用H2和CuO冶炼Cu。准确称取3.180 g CuO放在硬质玻璃管内已知：CuO黑色、Cu2O红色、Cu红色。试通过计算回答气体体积按标准状况计，Ar(Cu)63.5，Ar(O)16.0，Ar(H)1.00：（1）下列H2球较适合用于本实验的是_（填选项编号）A500 mL H2 球 B896 mL H2 球 C1500 mL H2 球（2）反应至黑色全部变为红色止，测量H2球的体积变为220 mL，固体质量变为2.700 g，碱石灰增重0.540 g。则：参加反应的H2的质量为：_；假设红色物质为单一物质，则红色物质的化学式为_。7研析：（1） H2 CuOCu H2O22.4 L 79.5 gV反应(H2) 3.180 gV反应(H2) 0.896 L896 mL由于通过玻璃管的H2，不可能全部参加反应，故所需H2体积应大于896 mL。（2）参加反应的H2质量为生成的水中的氢元素质量：0.540 g(3.180 g2.700 g)0.060 g(或0.540 g0.0600 g)n(CuO) 0.0400 mol反应后固体中：n(Cu)0.0400 moln(O)0.0400 mol0.0100 mol或n(O)0.0400 mol0.0100 moln(Cu)n(O)41红色物质化学式为：Cu4O(或Cu2O2Cu)答案：（1）C （2）0.060 g（或0.0600 g） Cu4O（或Cu2O2Cu）题型二、课标思维题典例10：金币、银币、铜币等货币在我国历史上曾发挥过重要的作用。在一位收藏家的家中，陈列了很多金属货币。（1）其中有些货币表面是黑色，且有少量的绿色锈状物，则这肯定是 币，黑色物质是 ，形成这种物质的化学方程式为 ，绿色物质是 ，形成这种物质的化学方程式为 。要除去这些物质应选用 ，发生反应的离子方程式为 ，充分反应后，这枚金属币的真面目为 色。（2）其中一枚是闪闪发光的黄色金属币，它肯定是 币，表面一直未被氧化的原因是 。（3）若将金币、银币、铜币分别放到稀硝酸中浸泡，能溶解的是 ，不溶解的是 ，写出溶解时的化学方程式 ，若想溶解不能被硝酸溶解的钱币，则选用 。研析：金、银、铜都属于不活泼金属，易加工，因此，在历史上都曾经用作货币。其中，金的化学性质最不活泼，不与硝酸等强氧化性酸反应，在空气中更是稳定；银比金活泼一些，可与硝酸反应；相对来说，铜稳定性略微差一些，不仅能和硝酸反应，在空气中也容易与氧气等物质反应而“生锈”。答案：（1） 铜；氧化铜；2CuO22CuO；Cu2(OH)2CO3；2CuO2CO2H2OCu2(OH)2CO3；稀盐酸； CuO2HCu2H2O； Cu2(OH)2CO34H2 Cu2CO23H2O；红。（2）金；金不活泼，不易被氧化。（3）铜币，银币；金币； 3Cu8HNO33Cu(NO3)22 NO4H2O； 3Ag4HNO33AgNO3NO2H2O。课标点击： 本题联系同学们关心的古钱币问题，实际考查金、银、铜三种金属物理性质和化学性质的区别与联系。起点高、落点低。同学们在解决实际问题的同时，巩固了知识、提高了能力、增加了兴趣。这正是新课标所大力提倡的，在今后相当长的一段时间内，该类题目仍然是考试的常考题型。拓展变式8对牙膏的探究要用到许多化学知识。（1）下面列出了三种牙膏中的摩擦剂，请在对应摩擦剂后面横线上填写三种摩擦剂所属的物质类别。两面针儿童牙膏：氢氧化铝 ；珍珠王防臭牙膏：碳酸钙 ；中华透明牙膏：二氧化硅 。（2）牙膏摩擦剂的溶解性是_（填“易溶”或“难溶”）（3）摩擦剂氢氧化铝是“胃舒平”的主要成分，可以用来治疗胃酸（主要是盐酸）过多症，请你用离子方程式表示其原理：_。（4）摩擦剂二氧化硅也是石英砂的主要成分，利用石英砂与某物质A在电炉里反应可制得粗硅（Si），粗硅提纯后可制得高纯度的硅，可用于制造太阳能电池，你认为物质A应该具有的性质是_。A氧化性 B还原性 C酸性 D碱性8研析：（1）本题有一定开放性，因为按不同的分类标准，可以有不同的物质类别。一般说来，氢氧化铝属于两性氢氧化物；碳酸钙属于盐类物质；二氧化硅属于酸性氧化物。（2）它们都是典型的难溶物质，再说，如果易溶的话，如何做“摩擦剂”呢？（3）由于Al(OH)3本身没有腐蚀性，与胃酸可以反应且产物对人体也没有什么危害，因而可用于治疗胃酸过多。（4）这种物质是碳，当然具有还原性。答案：（1）两性氢氧化物；盐；酸性氧化物。（2）难溶解。（3）Al(OH)33H+Al3+3H2O。（4）B。 高考思维探究 考题1（2006江苏春季理综-10）向一定量的下列物质中逐滴加入氢氧化钠溶液，先生成白色沉淀，后沉淀逐渐溶解。这种物质是AMgSO4 BNaNa(OH)4 CAlCl3 DFeCl3研析：在MgSO4中加入加入氢氧化钠溶液，会产生氢氧化镁白色沉淀，但氢氧化镁不溶于过量的氢氧化钠，不会出现“后沉淀逐渐溶解”的现象，A错误；NaNa(OH)4与氢氧化钠溶液不反应，B错误；在AlCl3中加入氢氧化钠溶液，会生成氢氧化铝白色沉淀，当氢氧化钠溶液过量时，氢氧化铝又重新溶解生成NaNa(OH)4，C正确；在FeCl3中加入氢氧化钠溶液，会出现红褐色沉淀，也不会出现“后沉淀逐渐溶解”的现象，D错误。答案：C。考向指南：铝及其氧化物、氢氧化物具有与其它金属不同的性质，既能与酸反应，又能与碱反应。同时，铝及其化合物也有非常广泛的用途。这也决定了其在高考中的地位。无论是选择题、填空题或者计算题，可以频繁的见到铝及其化合物的身影。在理综化学题目不是很多的情况下，该题及下面的题目同时出现在2006年春季高考江苏理综试卷中，其重要性可见一斑。考题2 （2006江苏春季理综-31）把铁、铝混合物1.1g溶于200mL 5mol/L盐酸中，反应后盐酸的浓度变为4.6mol/L（溶液体积变化忽略不计）。求：（1）反应中消耗HCl的物质的量；（2）该混合物中铝、铁的物质的量。研析：（1）消耗HCl的物质的量：0.2L5mol/L0.2L4.6mol/L0.08mol（2）设Al、Fe的物质的量分别为x、yAl3HCl Fe2HClx 3x y 2y27g/molx56g/moly1.1g；3x2y0.08mol 得 x0.02mol y0.01mol答案：（1）0.08mol （2）0.02mol、0.01mol方法导引： 该题以铁、铝与盐酸的反应为线索考查有关物质的量浓度以及混合物的运算。这两种计算都是高中化学计算的重点内容。其中，列方程组是有关混合物的运算的常规方法。考题3（2005北京春季-28）为确定某铝热剂（含氧化铁和铝）的组成，分别进行下列实验。（1）若取a g样品，向其中加入足量的NaOH溶液，测得生成的气体（标准状况，下同）体积为b L。反应的化学方程式是_。样品中铝的质量是_g。（2）若取a g样品将其点燃，恰好完全反应，该反应的化学方程式是：_，氧化铁与铝的质量比是_。（3）待（2）中反应产物冷却后，加入足量盐酸，测得生成的气体体积为c L，该气体与（1）中所得气体的体积比cb_。研析：（1）样品中的氧化铁不与NaOH溶液反应，而铝能与NaOH溶液反应生成四羟基合铝酸钠和氢气。2Al 2NaOH 6H2O 2NaAl(OH)4 3H2227g54g 322.4L67.2Lm(Al) b Lm(Al)b L67.2L54g9b/11.2 g（2）铝具有非常强的还原性，在点燃条件下可以与氧化铁剧烈反应生成氧化铝和铁单质：2AlFe2O3Al2O32Fe。根据以上化学方程式容易看出，氧化铁与铝的质量比为8027。（3）从铝热反应的方程式看出，铝与铁的物质的量是相等的，但在与酸的反应中，铝的价态升高到+3价，铁的价态只升高到+2价。因此，cb23。答案：（1）2Al2NaOH6H2O2NaAl(OH)43H2；9b/11.2 （2） 2AlFe2O3Al2O32Fe； 8027 （3） 23总结提升