鋁的化學性質考點大透視

■寧夏固原一中 李曉峰

鋁位于元素周期表第三周期ⅢA族,鋁元素在地殼中含量豐富,僅次于硅,自然界中的鋁全部以化合態存在,是地殼中含量最高的金屬元素,有著廣泛的用途。新課標及考綱要求了解鋁的主要性質及應用,鋁與酸、堿反應的簡單計算與比較。鋁在高考中也常作為熱點考點,這里有必要將鋁的化學性質全方位進行歸納、總結,便于平時學習及備考復習,以提高學習及復習效率。

鋁的主要化學性質思維導圖如下。

思維導圖中有關反應的化學方程式或離子方程式:

③鋁與酸反應。

a.與氧化性酸(如濃硫酸、濃硝酸)反應:常溫生成一層致密的氧化物膜而鈍化。加熱或稀硝酸,則持續反應,如。

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

考點一：關于Al2O3致密氧化膜的考查

考查要點：(1)鋁是活潑金屬,但鋁抗腐蝕性相當強,因為鋁表面生成一層致密的氧化物薄膜,鋁制品表面的致密氧化膜起著保護內部金屬的作用,所以鋁制品在空氣中能穩定存在,也具有很強的抗腐蝕性。(2)致密氧化膜還可推廣到鐵與冷的濃硫酸、濃硝酸相遇的鈍化。(3)致密氧化膜熔點很高,打磨的鋁箔加熱至熔化時,鋁不會滴落。(4)鋁制容器不宜蒸煮或長時間盛放酸性、堿性或咸的食物。

例1日常生活中常用鋁制炊具,它質輕且堅固耐用,其中的原因是( )。

A.鋁很不活潑,不易與其他物質反應

B.鋁雖然很活潑,但是只能在高溫下才能反應

C.鋁制品表面有一層致密的氧化物薄膜,起保護作用

D.鋁制品表面鍍有一層銅,可以保護鋁

解析：盡管鋁很活潑,但其表面能形成致密的氧化物薄膜,故可用作鋁制飲具,選項C正確。

考點二：關于鋁與氫氧化鈉溶液反應的考查

考查要點：(1)鋁和氫氧化鈉溶液的反應,從氧化還原角度分析,還原劑是鋁,氧化劑是水而不是NaOH。其反應實質為2Al+其中2molAl失去6mol電子,6molH2O得到6mol電子。(2)由于氫氧化鈉溶液中溶劑水參與了反應,在化學反應方程式或離子反應方程式的書寫中不能漏掉H2O。(3)若用鋁箔包裹的鈉與水反應時,既要考慮鈉與水的反應,又要考慮鋁與生成的NaOH的反應。

例2將鋁粉放入燒堿溶液中充分反應,放出氫氣,若在反應過程中有0.5mol電子發生轉移,則參加反應的水為( )。

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

解析：反應中水是氧化劑,每1molH2O反應,轉移1mol電子,所以本題答案應為A、C。

例3鋁、氧化鋁、氫氧化鋁和可溶性鋁鹽與過量強堿溶液的反應,其生成物有一定的規律,下列說法中正確的是( )。

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和可溶性鋁鹽與過量強堿溶液反應的離子方程式分別為,故生成物中都有,所以本題答案應為D。

例4用鋁箔包裹0.1mol金屬鈉,用針扎一些小孔,放入水中,完全反應后,用排水取氣法收集產生的氣體,則收集到的氣體為( )。

A.氧氣和氫氣的混合氣體

B.0.05mol氫氣

C.大于0.05mol氫氣

D.小于0.05mol氫氣

解析：0.1mol金屬鈉與水完全反應,產生0.05molH2,同時產生0.1molNaOH,鋁箔又與NaOH反應也產生H2,所以產生的H2大于0.05mol,本題答案應為C。

考點三：關于能與鋁反應產生氫氣的溶液的判斷與計算的考查

考查要點：(1)能與鋁反應產生氫氣的溶液可能呈強酸性也可能呈強堿性。(2)等物質的量的鋁與足量的非氧化性酸或強堿完全反應,兩者產生氫氣的量相等。(3)等物質的量濃度、等體積的鹽酸和NaOH溶液分別與足量的鋁粉反應,產生H2的體積比為1∶3。(4)離子共存的判斷。

例5某溶液能與Al粉反應放出H2,該溶液中可能大量共存的離子組是( )。

解析：能與Al反應放出H2的溶液,可能呈強酸性也可能呈強堿性。A項中無論是在強酸性溶液中還是在強堿性溶液中均不能大量存在;B項中Al3+與S2-能發生水解相互促進的反應,且S2-與ClO-之間能發生氧化還原反應;C項中各離子在酸性條件下能大量共存;D項,在堿性溶液中、Mg2+不能大量存在,在酸性溶液中,因為的存在不能產生H2。本題答案應為C。

例6將一定量的鎂鋁合金樣品分成兩等份,一份加入足量NaOH溶液中,充分反應后,收集到標準狀況下氣體6.72L;另一份加入到足量稀鹽酸中,充分反應后,收集到標準狀況下氣體11.2L。則原合金樣品中鎂的質量為( )。

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

解析：將合金加入足量NaOH溶液中,只有Al參與反應,加入足量稀鹽酸中,兩種金屬均反應,由得失電子守恒可知,Al與足量NaOH溶液反應和與足量稀鹽酸反應得到的氣體的量相同,均為6.72L,故Mg與稀鹽酸反應產生的氣體為11.2L-6.72L=4.48L,結合關系式Mg～H2↑或得失電子守恒知,,m(Mg)=n(Mg)×24g·mol-1=4.8g,此處計算的質量為原來的一半,故原有質量為9.6g。本題答案應為D。

考點四：關于鋁與酸、堿反應的定量關系判斷與計算的考查

考查要點：鋁分別與鹽酸、NaOH溶液反應的原理:2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑。

(1)等量的鋁與足量鹽酸和足量氫氧化鈉溶液反應,產生H2的體積比為。

(2)足量鋁分別與等物質的量的鹽酸和氫氧化鈉溶液反應,產生H2的體積比為

(3)一定量的鋁分別與一定量的鹽酸和NaOH溶液反應,若產生H2的體積比為,則必定是:鋁與鹽酸反應時,鋁過量而鹽酸不足;鋁與NaOH溶液反應時,鋁不足而NaOH溶液過量。

例7甲、乙兩燒杯中各盛有100 mL3mol·L-1鹽酸和氫氧化鈉溶液,向兩燒杯中分別加入等質量的鋁粉,反應結束后測得甲、乙兩燒杯中產生的氣體體積之比為1∶2,則加入鋁粉的質量為( )。

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

解析：根據鋁粉與鹽酸、氫氧化鈉溶液反應的化學方程式:2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑,可知若在含等物質的量的HCl和NaOH溶液中分別加入足量的鋁粉,產生的H2的體積之比為1∶3。而題中產生的H2的體積之比為1∶2,說明鋁粉的量相對鹽酸是過量的,而相對NaOH是不足的,則與鹽酸反應的鋁粉是2.7g,與NaOH溶液反應的鋁粉應為5.4g,所以答案應為A。

解這類題的思路是:先求出由鹽酸產生的H2的量,再由題中所給的體積比求出由氫氧化鈉溶液產生的H2的量,最后由氫氧化鈉溶液產生的H2的量求出鋁粉的量。

考點五：關于鋁熱劑的考查

考查要點：鋁粉和氧化鐵粉末的混合物稱為鋁熱劑,鋁熱反應可用于焊接鋼軌,可用于冶煉Ni、Mn、V等難熔金屬。2Al+Fe2O3注意:①并不是Al與所有金屬氧化物均能組成鋁熱劑,該金屬氧化物對應的金屬活潑性應比鋁要弱。②鋁熱反應不僅僅是單質鋁與Fe2O3反應,還包含制取其他難熔金屬的反應,由于鋁熱劑是混合物,故鋁熱反應不能用于工業上冶煉鐵,而且鋁熱反應是中學化學中唯一一類金屬單質與金屬氧化物在高溫條件下的置換反應。③引發鋁熱反應的操作是高考實驗考查的熱點,具體操作是先鋪一層KClO3,然后插上鎂條,最后點燃鎂條。

例8利用鋁熱反應可以焊接鋼軌。下列說法正確的是( )。

A.鋁、氧化鋁中鋁元素微粒的半徑r(Al3+)＜r(Al)

B.工業上可用鋁熱反應的方法提取鎂

C.在鋁熱反應中化學能全部轉化為光能

D.在鋁熱反應中鐵的還原性大于鋁的還原性

解析：鋁離子含有2個電子層,鋁原子含有3個電子層,則微粒的半徑大小為r(Al3+)＜r(Al),故A項正確。由于鋁的還原性小于鎂,無法通過鋁熱反應提取鎂,工業上通常采用電解熔融氯化鎂的方法獲得鎂,故B項錯誤。在鋁熱反應中,化學能除了轉化成光能,還轉化為熱能等能量,故C項錯誤。鋁熱反應中,被置換出的金屬的還原性必須小于Al的,如鐵的還原性小于鋁的還原性,故D項錯誤。本題答案應為A。

例9根據表1中有關物質的物理數據認真分析。

表1

請回答下列問題:

(1)該同學推測,鋁熱反應所得到的熔融物應是鐵鋁合金。理由是:該反應放出的熱量使鐵熔化,而鋁的熔點比鐵低,此時液態的鐵和鋁融合形成鐵鋁合金。你認為他的解釋是否合理:____(填“合理”或“不合理”)。

(2)設計一個簡單的實驗方案,證明上述所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁。該實驗所用試劑是____,反應的離子方程式為____。

(3)實驗室溶解該熔融物,下列試劑中最好的是____(填序號)。

A.濃硫酸 B.稀硫酸

C.稀硝酸 D.NaOH溶液

解析：(1)這種解釋合理,它體現了鋁熱反應的特點之一,即放熱較多,并且解釋時結合了表中提供的熔點數據。(2)證明某固體是不是含有鋁,只要取少量塊狀熔融物,加入足量NaOH溶液即可,若含有鋁,則固體部分溶解,有氣泡產生,反應的離子方程式為(3)鋁、鐵熔融物在一定條件下與濃硫酸或稀硝酸反應,會產生有毒氣體,而且消耗的兩種酸量又多,熔融物中鐵不能與NaOH溶液反應,故最好選用稀硫酸溶解該熔融物。

答案：(1)合理 (2)NaOH溶液 2Al+(3)B

考點六：關于鋁鎂合金方面的考查

考查要點：(1)主要考查鎂鋁合金中某一成分含量的測定計算或實驗的設計。(2)合金與酸反應后再與堿反應,求沉淀的最大量或耗堿量等。

例10有鎂、鋁混合粉末10.2g,將它溶于500mL4mol·L-1的鹽酸里,若要使沉淀質量達到最大值,則需要2mol·L-1的氫氧化鈉溶液的體積為( )。

A.1000mL B.500mL

C.100mL D.1500mL

解析：有關化學方程式:Mg+2HCl==MgCl2+H2↑,2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑,MgCl2+2NaOH==Mg(OH)2↓+2NaClAlCl3+3NaOH==Al(OH)3↓+3NaCl。依化學方程式知,當鎂、鋁全部以氫氧化鎂、氫氧化鋁沉淀,當存在沉淀質量達到最大值時,此時溶液中溶質只存在NaCl,即n(NaOH)=n(HCl)=0.5L×4mol·L-1=2mol,V(NaOH)=mL。本題答案為A。

例11現有一塊已知質量的鋁鎂合金,欲測定其中鎂的質量分數,幾位同學設計了以下三種不同的實驗方案。

則能測定出鎂的質量分數的是( )。

A.都能

B.都不能

C.①不能,其他都能

D.②③不能,①能

解析：要從合金中測定鎂的質量分數,三個實驗設計中:(1)設計1利用合金總質量與兩者產生氫氣的總體積聯立方程。(2)設計2只有鋁與NaOH溶液反應,可由氫氣體積求得鋁的質量。(3)設計3由于NaOH溶液過量,所得沉淀只能是Mg(OH)2,利用此沉淀鎂元素守恒可直接求得鎂的質量。本題答案應為A。

鞏固訓練：

1.等體積、等物質的量濃度的硫酸、氫氧化鈉溶液分別放在甲、乙兩燒杯中,各加等質量的鋁,生成氫氣的體積比為5∶6(相同條件下),則甲、乙兩燒杯中的反應情況可能是( )。

A.甲、乙中都是鋁過量

B.甲中鋁過量,乙中堿過量

C.甲中酸過量,乙中鋁過量

D.甲中酸過量,乙中堿過量

2.在加入鋁粉能放出氫氣的溶液中,下列各組離子可能共存的是( )。

3.兩份鋁屑,第一份與過量的鹽酸反應,第二份與過量的NaOH溶液反應,產生氫氣的體積比為1∶3,則第一份鋁屑與第二份鋁屑的質量比為( )。

A.1∶1 B.3∶1 C.1∶2 D.1∶3

4.下列說法錯誤的是(雙選)( )。

A.鋁與Fe2O3發生鋁熱反應后固體物質增重

C.工業上電解飽和氯化鋁溶液制備Al

D.鋁制容器可盛裝濃硫酸

5.下列反應的離子方程式書寫正確的是( )。

A.氯化鋁溶液中加入過量氨水:Al3++

B.濃燒堿溶液中加入鋁片:Al+2OH-

C.用濃NaOH溶液溶解Al2O3:2OH-

6.下列物質中既能跟稀硫酸反應,又能跟氫氧化鈉溶液反應的是( )。

①NaHCO3②(NH4)2SO3③Al2O3

④Al(OH)3⑤Al ⑥NaHSO4

⑦AlCl3⑧Na2SiO3

A.全部 B.①②③④⑤

C.③④⑤⑥⑦ D.②③④⑤⑧

7.化學在日常生產和生活中有著重要的應用。下列說法中不正確的是( )。

A.明礬水解形成的Al(OH)3膠體能吸附水中懸浮物,可用于水的凈化

B.日用鋁制品表面覆蓋著氧化膜,對內部金屬起保護作用

C.用Al(OH)3治療胃酸過多

D.鋁粉和 MgO或 MnO2粉末混合,高溫能發生鋁熱反應

8.ag鎂鋁合金投入xmL2mol·L-1的鹽酸中,金屬完全溶解,再加入ymL1mol·L-1的 NaOH 溶液,沉淀達到最大值,質量為(a+1.7)g,則下列說法不正確的是( )。

A.鎂鋁合金與鹽酸反應轉移電子數為0.1NA

B.產生的H2在標況下體積為1.12L

C.x一定等于50

D.a的取值范圍為0.9＜a＜1.2

參考答案及提示：

1.B 提示:一定量的Al與一定量的硫酸、NaOH溶液反應時,由于產生H2的體積比:,故鋁與硫酸反應時,鋁過量而硫酸不足,鋁與NaOH溶液反應時,鋁不足而NaOH溶液過量。故選B項。

2.C 提示:加入鋁粉產生H2的溶液為強酸性或強堿性溶液。A項中與與 H+不能大量共存。B項中與H+、OH-都不能大量共存。D項中Ca2+與OH-不能大量共存,同時存在不產生 H2。C項中與H+不能大量共存,但與OH-可大量共存。故選C項。

3.D 提示:根據2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑可知,Al無論是與鹽酸反應還是與NaOH溶液反應,相同質量的鋁屑完全反應生成的H2的物質的量相同。若產生H2的體積比為1∶3,說明兩份鋁的質量比為1∶3。故選D項。

4.AC 提示:鋁與Fe2O3發生鋁熱反應后固體物質不變(質量守恒),氯化鋁為共價化合物,無法導電,工業上應用電解熔融的Al2O3制備Al。故選AC項。

5.C 提示:Al(OH)3不溶于氨水,應為Al3++3NH3· H2O==Al(OH)3↓ +,A項錯誤。Al片與NaOH溶液反應時,H2O作氧化劑參與反應,2molAl生成3molH2,B項錯誤。Al2O3是兩性氧化物,與NaOH溶液反應生成NaAlO2,C項正確。MgCO3是難溶鹽,不能拆寫成離子形式,D項錯誤。

6.B 提示:高中階段既能跟酸反應,又能跟堿反應的物質主要有:①單質鋁,②三氧化鋁,③氫氧化鋁,④弱酸的酸式鹽,⑤弱酸的銨鹽,⑦氨基酸蛋白質等。故選B項。

7.D 提示:鋁粉和MgO不能發生鋁熱反應,故D項錯誤。

8.C 提示:由于金屬失去的電子數應等于金屬陽離子結合的氫氧根數,則氫氧根為1.7g即0.1 mol,從而推及合金失電子為0.1NA,所以A項正確。再依得失電子守恒知B正確。假設全為鎂,則為0.05mol,其質量應為1.2g,全為鋁則為0.13mol,其質量應為0.9g,所以D項正確。而金屬完全溶解,有可能鹽酸過量,所以C項錯誤。