铝及其重要化合物
一、铝
1．物理性质：银白有金属光泽的固体，有良好的延展性、导电性和传热性等，密度较小，质地柔软。
2．化学性质：
①铝与O2反应：Al+3O22Al2O3（在纯氧中，剧烈燃烧，发出耀眼的白光）
②铝与S反应：2Al+3SAl2S3
③铝与Cl2反应：2Al＋3Cl22AlCl3
（2）与金属氧化物的反应（铝热反应）：2Al+Fe2O32Fe+Al2O3 ；4Al+3MnO23Mn+2Al2O3
（3）铝与非氧化性酸反应：
2Al + 6HCl =2Al Cl3 + 3H2↑
2Al + 3H2SO4 =Al2(SO4)3 + 3H2↑
（4）铝与氧化性酸反应：遇冷的浓硫酸或浓硝酸钝化。在加热条件下可与浓硫酸、浓硝酸反应但无H2产生。
（5）铝与氢氧化钠溶液的反应：铝和碱溶液反应，不是直接和碱反应，而是铝先和强碱溶液中的水反应生成Al(OH)3，然后Al(OH)3再和强碱反应生成偏铝酸盐。 2Al＋6H2O=2Al(OH)3＋3H2↑，
Al(OH)3＋NaOH=2NaAlO2＋2H2O
总反应化学方程式为：2Al＋2H2O＋2NaOH=2NaAlO2＋3H2↑，其中氧化剂只是H2O，而不是NaOH。 3．制备：工业上采用电解法：2Al2O34Al＋3O2↑
4．用途：纯铝用作导线（不能用作电缆线），铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。
二、氧化铝
（1）物理性质：高熔点，高沸点，高硬度，难溶于水的白固体。
（2）化学性质：氧化铝难溶于水，却能溶于酸或强碱溶液中。
Al2O3 + 6HCl =2AlCl3 + 3H2O
Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O
因此说Al2O3是两性氧化物（既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的金属氧化物。）
（3）用途：熔点很高，是一种比较好的耐火材料，还可以制作各种宝石。
三、氢氧化铝
（1）物理性质：白胶状不溶于水的固体，有较强的吸附性。
（2）化学性质：
【实验3-1】在试管里加入10mL 0.5mol/L的Al2(SO4)3溶液，滴加氨水，生成白胶状沉淀，继续滴加氨水，直到不再产生沉淀为止。 实验现象：滴加氨水生成白沉淀、沉淀不溶解
结论：Al2(SO4)3+6NH3·H2O=2Al(OH)3↓+3(NH4)2SO4
Al3++3 NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+
①两性：
【实验3-2】取上面实验中制得的Al(OH)3沉淀，分装在2支试管里，往一支试管里滴加2mol/L盐酸，往另一支试管里滴加2mol/L NaOH溶液，边加边振荡，观察现象。
现象：沉淀在两只试管里均完全溶解。
结论：Al(OH)3既可以与盐酸反应，又可以与NaOH溶液反应，它是两性氢氧化物（既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氢氧化物为两性氢氧化物）。
Al(OH)3＋3H+===Al3+＋3H2O
Al(OH)3＋OH-===AlO＋2H2O
Al(OH)3具有两性的原因是Al(OH)3在水中存在两种电离趋势：
Al 3+ + 3OH-Al(OH)3H+ + AlO2- + H2O
②不稳定性：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O
（3）实验室制法：
①向铝盐中加入氨水，离子方程式：Al3+＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NH。
②NaAlO2溶液中通入足量CO2，离子方程式：AlO＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋HCO。
③NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合：3AlO＋Al3+＋6H2O=4Al(OH)3↓。
Al(OH)3是一种两性氢氧化物，可以溶入强酸，也可以溶入强碱溶液，因此Al(OH)3也写成H3 AlO3（铝酸）的形式。但太弱的酸（如H2CO3）或太弱的碱（如NH3·H2O）与Al(OH)3是不发生反应的。
四．铝盐
（1）硫酸铝钾：由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的复盐。化学式为KAl(SO4)2·12H2O，它是无晶体，可溶于水，水溶液pH<7。
①硫酸铝钾在水溶液中的电离方程式为KAl(SO4)2===K++Al3++2SO42-。
②带有十二个结晶水的硫酸铝钾称为十二水合硫酸铝钾，俗称明矾，化形式为KAl(SO4)2·12H2O，它是无晶体，可溶于水。由于Al3+能水解生成具有强吸附性的胶体：Al3++3H
2O===3H++Al(OH)3，故明矾是一种常用的净水剂。
明矾中含有Al3+和SO42-，向明矾溶液中滴入Ba(OH)2溶液，
当Al3+ 恰好完全沉淀时，离子方程式为3Ba2+ +6OH− +3SO42-+2Al3+===2Al(OH)3↓+3BaSO4↓，此时SO42-只沉淀了总量的四分之三，总的沉淀的物质的量达到最大；
当SO42-完全沉淀时，离子方程式为Al3++2SO42-+2Ba2++4OH−===2BaSO4↓+AlO2-+2H2O，此时Al3+ 恰好完全转化为AlO2-，总的沉淀的质量达到最大。
（2）AlCl3：
【实验探究1】向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液至过量。
实验现象：先产生白沉淀，后沉淀又逐渐溶解。
反应方程式：
A→B：AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓+3NaCl，
B→D：Al(OH)3＋NaOH=NaAlO2＋2H2O
离子方程式为：
A→B：Al3++3OH- =Al(OH)3↓
B→D：Al(OH)3↓+OH- = AlO+2H2O
总反应离子方程式为：Al3＋＋4OH－=AlO＋2H2O 图象如下图（1）。
【实验探究2】向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液至过量。
实验现象：开始无沉淀，过一会出现白沉淀且不溶解。
反应方程式为：
A→B：AlCl3+4NaOH=NaAlO2+3NaCl+2H2O，
B→C：3NaAlO2+AlCl3+6H2O=4Al(OH)3↓+3NaCl，
离子方程式为：
A→B：Al3++4OH-= AlO+2H2O，
B→C：3 AlO+Al3++6H2O=4Al(OH)3↓ 图象如下图（2）。
（3）NaAlO2：
【实验探究3】向NaAlO2溶液中滴加盐酸溶液至过量。
实验现象：先产生白沉淀，后沉淀逐渐溶解。
化学方程式为：
A→B：NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓
B→D：Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O
离子方程式为：
A→B：AlO+H++H2O=Al(OH)3↓
B→D：Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O，图象如下图（3）。
【实验探究4】向盐酸溶液中滴加NaAlO2溶液至过量。
实验现象：开始无沉淀，过一会出现白沉淀且不溶解。
化学方程式为：
A→B：NaAlO2+4HCl=NaCl+AlCl3+2H2O
B→C：3NaAlO2+AlCl3+6H2O=4Al(OH)3↓+3NaCl
离子方程式为：
A→B：AlO+4H+=Al3++2H2O
B→C：3 AlO+Al3++6H2O=4Al(OH)3↓，图象如下图（4）。
【实验探究5】向AlCl3溶液中滴加氨水至过量。
实验现象：向AlCl3溶液中滴加氨水至过量时溶液中出现沉淀且不消失
化学方程式为：AlCl3+3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4Cl
离子方程式为：Al3+＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NH
【实验探究6】向NaAlO2溶液中通入CO2气体至过量，
实验现象：向NaAlO2溶液中通入CO2至过量，溶液中出现白沉淀且不消失。
化学方程式为：NaAlO2+2H2O+CO2=Al(OH)3↓+NaHCO3
离子方程式为：AlO＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋HCO
【实验探究7】往等物质的量的AlCl3、MgCl2混合溶液中加入NaOH溶液至过量
实验现象：开始出现白沉淀，后沉淀量增多，最后沉淀部分溶解。
离子方程式为：
O→A：Al3+＋3OH－===Al(OH)3↓，
Mg2+＋2OH－===Mg(OH)2↓
A→B：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O 图象如下图（5）。
知识拓展
一、“铝三角”的转化关系及其应用
1．Al3+、Al(OH)3、AlO之间的转化关系
2．应用
（1）制取Al(OH)3：
A13++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+
3AlO+Al3+ +6H2O =4Al(OH)3↓
AlO+CO2 +2H2O = Al(OH)3↓+HCO3－
（2）离子共存问题：
Al3+与OH-、S2-、HS-、AlO、CO32-、HCO3-因双水解反应或生成沉淀而不能大量共存；
AlO与H+、NH4+、Al3+、Fe3+等不能大量共存。
（3）鉴别（利用滴加顺序不同，现象不同）
①AlCl3溶液中滴加NaOH溶液现象为：先产生白沉淀，后沉淀溶解。
②NaOH溶液中滴加AlCl3溶液现象为：开始无明显现象，后产生白沉淀，沉淀不溶解。
（4）分离提纯
①利用Al能溶于强碱溶液，分离Al与其他金属的混合物。
②利用Al2O3能与强碱溶液反应，分离Al2O3与其他金属氧化物。
③利用Al(OH)3，能强碱溶液反应，分离Al3+与其他金属阳离子。
二、氢氧化铝沉淀的图象分析
操作 | 向一定量的AlCl3 溶液中逐滴加入NaOH 溶液至过量。 | 向一定量的NaAlO2 溶液中逐滴加入稀盐酸溶液至过量。 | 向一定量的NaOH 溶液中逐滴加入AlCl3 溶液至过量。 |
现象 | 立即产生白沉淀→渐多→最多→减少→消失 | 立即产生白沉淀→渐多→最多→减少→消失 | 无沉淀→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失 |
图像 | | | |
离子方程式 | Al3++3OH-=Al(OH)3↓ Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O | AlO2-+H++H2O= Al(OH)3↓ Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O | Al3++4OH-= AlO2-+2H2O Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓ |
操作 | 向一定量的盐酸 溶液中逐滴加入NaAlO2 溶液至过量。 | 向一定量的AlCl3 溶液中逐滴加氨水溶液至过量。 | 向一定量的NaAlO2 溶液中缓慢通入CO2至过量。 |
现象 | 无沉淀→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失 | 立即产生白沉淀→渐多→最多→沉淀不消失 | 立即产生白沉淀→渐多→最多→沉淀不消失 |
图像 | | | |
离子方程式 | AlO2-+4H+= Al3++2H2O Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3 | Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+ Al(OH)3与NH3·H2O不反应 | 2AlO2-+CO2+3H2O=2Al(OH)3↓+CO32- CO32-+ CO2+H2O=2HCO3- Al(OH)3与CO2+H2O不反应 |
| | | |
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