關(guān)注鋁及其化合物的3個考向

葛春雷

(江蘇省梁豐高級中學(xué))

鋁是地殼中含量最多的金屬元素,性質(zhì)比較活潑,在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛.鋁既能與酸反應(yīng)又能與堿反應(yīng),因此試題中考查鋁的方式很多,既有鋁及其化合物的性質(zhì)及應(yīng)用的考查,也有離子方程式書寫的考查,還涉及工業(yè)生產(chǎn)中鋁的化合物的制備.

1 鋁及其化合物的性質(zhì)和用途的考查

鋁是活潑的金屬,密度小.鋁表面易形成致密的氧化物薄膜保護內(nèi)部金屬不被氧化.鋁合金質(zhì)輕而堅韌,是制造飛機、火箭、汽車的結(jié)構(gòu)材料;鋁鹽易發(fā)生水解,可用來凈化水或制造滅火器.

例1鋁是活潑的金屬元素,鋁及其化合物在日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛.下列說法正確的是( ).

A.口罩鼻梁條使用鋁合金,是利用其密度大、抗腐蝕性好的優(yōu)點

B.加熱鋁箔,因鋁的熔點低,熔化后的液態(tài)鋁滴落下來

C.明礬中的鋁離子易水解,常用于自來水廠凈水

D.利用碳酸鹽與鋁鹽的雙水解反應(yīng),制造泡沫滅火器用于滅火

2 鋁及其化合物反應(yīng)的離子方程式的考查

Al、Al2O3、Al(OH)3既能與酸反應(yīng)又能與堿反應(yīng),因此高考化學(xué)試題中有關(guān)鋁及其化合物反應(yīng)的離子方程式的考查成為熱點.

例2下列關(guān)于鋁及其化合物反應(yīng)的離子方程式書寫正確的是( ).

A.鋁與NaOH 溶液反應(yīng):

B.Al2O3與NaOH 溶液反應(yīng):

C.向NH4Al(SO4)2溶液中滴加少量NaOH 溶液:＋OH—＝NH3·H2O

D.向硫酸鋁溶液中加入少量的氫氧化鋇溶液:

3 鋁的化學(xué)性質(zhì)的探究性考查

鋁及其化合物的用途極為廣泛,因此從礦石中提取鋁及其化合物或化工流程中除鋁成為考試的熱點.

例3粉煤灰(主要含有SiO2、Fe2O3、Al2O3等)是燃煤發(fā)電過程中產(chǎn)生的廢渣,粉煤灰的綜合利用具有很大的價值.研究人員通過實驗對粉煤灰中鋁元素的分離回收工藝進行了如下研究.

Ⅰ.粗Al2O3的獲取(如圖1).

圖1

(1)用硫酸溶液浸取粉煤灰,使其中的鋁、鐵元素溶出,過濾實現(xiàn)初步分離,濾渣的主要成分是______.

(2)向(1)分離所得的濾液中加入過量的試劑M.結(jié)合流程及表1分析,試劑M 應(yīng)選用_________(填序號).

表1

A.氯水 B.SO2水溶液

C.鐵粉 D.稀硝酸

(3)使用堿性較弱的氨水為pH 調(diào)節(jié)劑,進行分離實驗.

①氨水使濾液中的Al3＋沉淀的離子方程式為________.

② 反應(yīng)終點的pH 對鋁和鐵分離效果的影響如圖2 所示.根據(jù)實驗結(jié)果,為達到好的分離效果,反應(yīng)過程中應(yīng)控制pH________,理由是_________.

圖2

Ⅱ.純Al2O3的獲取(如圖3).

圖3

將NH4HSO4和H2SO4按物質(zhì)的量比1∶1混合配制成浸取液.220 ℃時,可將第一步得到的粗Al2O3轉(zhuǎn)化為硫酸鋁銨[NH4Al(SO4)2]溶液,通過X、煅燒等操作最終獲得純Al2O3.已知硫酸鋁銨:

①溶解度:0 ℃時,S＝5.2g;100 ℃時,S＝421.9g.②280 ℃時分解.

(4)依據(jù)資料可知,將硫酸鋁銨與其他溶質(zhì)分離的操作X 是_________.

(5)300 ℃時,煅燒NH4Al(SO4)2同時得到混合氣體(NH3、N2、SO2、SO3、H2O).若4mol混合氣體按如圖4所示裝置被完全吸收,制得轉(zhuǎn)化Al2O3所需要的1∶1浸取液,請將圖4中的空格補充完整.

圖4

(2)由表格數(shù)據(jù)可知,因Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀的pH 相近,不易通過沉淀分離,應(yīng)向(1)分離所得的濾液中加入還原劑使Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe2＋,則應(yīng)加入鐵粉.

(3)①氨水使濾液中鋁離子沉淀的離子方程式為3NH3·H2O＋Al3＋＝Al(OH)3＋;②反應(yīng)終點的pH 對鋁和鐵分離效果的影響如圖2所示.根據(jù)實驗結(jié)果,為達到好的分離效果,反應(yīng)過程中控制pH的范圍應(yīng)略小于5(或在4.5～5之間均可),因鋁元素沉淀較多,鐵元素還沒有開始大量沉淀.

(4)由信息可知,溶解度受溫度影響大,則將硫酸鋁銨與其他溶質(zhì)分離的方法是冷卻、結(jié)晶.

(5)加熱時發(fā)生反應(yīng):

由圖可知氮氣排出,試劑N 可氧化SO2,試劑Q 吸收SO3,則試劑N 為O2.混合氣體被完全吸收制成NH4HSO4和H2SO4按物質(zhì)的量比1∶1的浸取液,則試劑Q 為氨水,4 mol混合氣體含有SO3、SO2的物質(zhì)的量為.由硫原子守恒可知,NH4HSO4的物質(zhì)的量為.混合氣體中氨氣的物質(zhì)的量為,根據(jù)N 原子守恒可知氨水中溶解0.5 mol氨氣,即試劑Q 為含0.5mol溶質(zhì)的氨水.

總之,鋁在自然界的存在和鋁及其化合物化學(xué)性質(zhì)的特殊性,決定了鋁元素在化學(xué)考試中的重要性.鋁的氧化物和氫氧化物具有兩性,常在離子方程式中考查.自然界礦石中鋁廣泛存在,化工流程多涉及鋁的化合物制備和鋁的除雜.

(完)