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第12讲　铝及其化合物
学习目标　
1. 了解铝与氧气、酸、碱溶液反应的情况。
2. 了解氧化铝与酸、碱溶液反应的情况。
3. 了解氢氧化铝的制备方法；了解氢氧化铝的两性和氢氧化铝的受热分解。
活动方案
铝及其化合物的性质与相互转化
下图为铝及其化合物之间的转化关系的价类二维图。
1. 写出并记住你所不熟悉的那些反应的化学方程式(是离子反应的写离子方程式)。
2. 通过转化关系图，我们发现无论是Al、Al2O3还是Al(OH)3，在强酸或强碱性环境下，铝元素的存在形式都是相同的。分别写出它们在强酸和强碱性环境下，铝元素的存在形式(用化学式表示)。
铝及其化合物区别于其他金属及其化合物的特殊性质
请根据要求回答问题。
1. 理论上，可以采用金属与酸反应的原理制取氢气。实验发现金属与硫酸反应速率很小，不能满足需要；金属与盐酸反应速率虽然较大，但H2纯度存在问题。
(1) 金属与盐酸反应制取的氢气中含有的杂质是什么？
(2) 如何能较快、高纯度地制取氢气？写出反应的离子方程式。
2. 在金属活动性顺序中，铝比铁活泼，但是生活中我们却发现铝制品比铁制品更耐腐蚀(即使用砂纸将铝制品打磨后，铝制品仍有较强的耐腐蚀性)，试解释其原因。
3. 通常情况下，装运浓硫酸或浓硝酸均可以使用铁或铝制的槽罐车，运用了什么原理？
4. 铝热反应既可用来冶炼高熔点金属，又可用来野外焊接铁轨等。请你分别举例说明(各写一个化学方程式)。
5. 明矾作为一种混凝剂被广泛应用于水处理中。结合离子方程式简述明矾可用来进行水处理的原理。
工业上从铝土矿中提取铝
1. 提纯氧化铝。
铝土矿的主要成分是Al2O3，此外，还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质，冶炼金属铝很重要的一个过程就是氧化铝的提纯。提纯氧化铝的常用方法如下：
(1) 写出“溶解”和“酸化”两步中主要反应的离子方程式。
(2) 写出“灼烧”时主要反应的化学方程式。
(3) “酸化”时不用盐酸或稀硫酸代替CO2的原因是什么？
(4) “灼烧”得到的“较纯的Al2O3”可能混有的杂质是什么？在电解时它不会影响铝的纯度的原因是什么？
2. 电解熔融氧化铝冶炼铝。
电解时，常需要加入冰晶石(化学式为Na3AlF6)，以降低氧化铝的熔点。冰晶石可通过下列流程制得。
(1) 已知物质C常在医疗上用作石膏绷带，写出物质A的化学式，并说说反应①能够进行的原因。
(2) 写出反应②的化学方程式。
(3) 写出电解熔融氧化铝冶炼铝的化学方程式。
名卷优选
1 在pH＝1的100 mL 0.1 mol/L的AlCl3中，加入300 mL 0.1 mol/L的氢氧化钠溶液后铝的存在形式是(　　)
A. [Al(OH)4]－
B. Al3+
C. Al(OH)3
D. Al3+、Al(OH)3
2 [2020江苏卷]下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是(　　)
A. 铝的活泼性强，可用于制作金属铝制品
B. 氧化铝熔点高，可用作电解冶炼铝的原料
C. 氢氧化铝受热分解，可用于中和过多的胃酸
D. 明矾溶于水并水解形成胶体，可用于净水
3 [2024南京二模]下列由废易拉罐制取Al2O3的实验原理与装置不能达到实验目的的是(　　)
甲 乙 丙 丁
A. 用装置甲溶解废易拉罐细屑
B. 用装置乙过滤得到Na[Al(OH)4]溶液
C. 用装置丙制取Al(OH)3沉淀
D. 用装置丁灼烧Al(OH)3制取Al2O3
4 [2021江苏适应性考试一]由制铝工业废渣(主要含Fe、Ca、Si、Al等的氧化物)制取聚合硫酸铁铝净水剂的流程如下图所示。
下列有关说法不正确的是(　　)
A. 控制适当反应温度并不断搅拌，有利于提高铁、铝浸取率
B. Al2O3与稀硫酸反应的离子方程式为Al2O3＋6H＋===2Al3+＋3H2O
C. 滤液中主要存在的阳离子有H＋、Fe2+、Ca2+、Al3+
D. 聚合硫酸铁铝水解形成的胶体具有吸附作用
5 [2024常州期末]聚合氯化铝(PAC)是一种介于AlCl3和Al(OH)3之间的水溶性无机高分子聚合物，用于城市给排水净化。
(1) 工业上用氧化铝法制取无水三氯化铝的反应如下：
Al2O3(s)＋3C(s)＋3Cl2(g)2AlCl3(g)＋3CO(g)
①为控制反应温度在900 ℃左右，可采取的加热方式为________(填字母)。
a. 水浴　　 b. 油浴
c. 盐浴　　 d. 盐水浴
②资料显示，AlCl3、AlBr3和AlI3的熔点分别为192.4 ℃、97.8 ℃和189.4 ℃。AlCl3的熔点比AlBr3和AlI3都要高的原因可能是____________________________
____________________________________。
③900 ℃时，AlCl3的蒸气以共价的二聚分子(Al2Cl6)形式存在，分子中所有原子均满足8电子稳定结构，其结构式可表示为_____________________________。
④常温下也可用氧化铝和CCl4反应制备无水三氯化铝，同时生成一种具有平面三角形结构的有机副产物。写出该反应的化学方程式：_____________________
________________________________________________________。
(2) PAC水解过程中会产生聚合稳定态物质[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+(简称Al13)。Al13对水中胶体和颗粒物具有高度电中和桥联作用，是净水过程中的重要物质。
①Al3+在水解过程中会产生[Al(OH)]2+、[Al(OH)2]＋等产物。写出Al3+水解产生[Al(OH)]2+的离子方程式：______________________________________________。
②AlCl3溶液与NaOH溶液反应时，若参与反应的Al3+最终全部转化生成Al13，则理论上参与反应的Al3+与OH－的物质的量之比为________。
③使用Al3+净水时应控制pH在6.80～8.02之间，否则净水效果不佳。在强酸性和强碱性环境时净水效果差的原因是__________________________________
______________________________________________________________________。
第12讲　铝及其化合物
【活动方案】
活动一：
1 略
2 强酸下：Al3+　强碱下：[Al(OH)4]－
活动二：
1 (1) HCl气体。　(2) 金属铝与强碱溶液反应。2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑。
2 铝制品表面很容易形成致密的氧化铝保护膜。
3 常温下，浓硫酸、浓硝酸都能使铝、铁发生钝化。
4 4Al＋3MnO23Mn＋2Al2O3、2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3。
5 Al3+＋3H2O Al(OH)3(胶体)＋3H＋，Al(OH)3胶体具有吸附作用，吸附水中悬浮杂质而沉淀。
活动三：
1 (1) 溶解：Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－
酸化：[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO
(2) 2Al(OH)3Al2O3＋3H2O　(3) 因为四羟基合铝酸钠与酸反应生成的Al(OH)3具有两性，可以溶于强酸，用盐酸或稀硫酸，不易控制加入的量；另外CO2廉价，而且生成的副产物NaHCO3用途广泛，经济效益好。　(4) 杂质是SiO2；SiO2的熔点很高，在加热到1 000 ℃左右时不会熔化，易与铝分离。
2 (1) H2SO4。反应①能够进行的原因是能生成易挥发的HF气体。　(2) 12HF＋3Na2CO3＋2Al(OH)3===2Na3AlF6＋3CO2＋9H2O　(3) 2Al2O3(熔融) 4Al＋3O2↑
【名卷优选】
1 D　2 D
3 D　Al可溶于NaOH溶液，化学方程式为2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑，A正确；分离固液混合物用过滤装置，B正确；CO2与Na[Al(OH)4]溶液反应可制备Al(OH)3沉淀，化学方程式为Na[Al(OH)4]＋CO2===Al(OH)3↓＋NaHCO3，C正确；灼烧固体时，应该选用坩埚，D错误。
4 C
5 (1) ①c　②AlCl3的化学键中离子键成分的百分数高于AlBr3和AlI3，具有一定的离子晶体的特征
③　④Al2O3＋3CCl4===2AlCl3＋3COCl2
(2) ①Al3+＋H2O [Al(OH)]2+＋H＋　②13∶32 　③强酸性环境， 抑制Al3+的水解，主要以Al3+形式存在；强碱性环境，Al元素主要以[Al(OH)4]－形式存在
解析：(1) ①水浴温度低于100 ℃，油浴的温度低于300 ℃，盐浴温度可高达1 300 ℃，故该实验可采用盐浴。②AlCl3的化学键中离子键成分的百分数高于AlBr3和AlI3，具有一定的离子晶体的特征，故熔点在三者中最高。③由于每个AlCl3中心Al原子形成 3个共用电子对，存在空轨道，可容纳另1个AlCl3分子中的Cl原子的1个孤电子对而形成配位键，故二聚分子的结构为。④平面三角形结构的有机副产物为COCl2，其结构式为，故该反应的化学方程式为Al2O3＋3CCl4===2AlCl3＋3COCl2。(2) ①Al3+水解后生成[Al(OH)]2+的同时得到H＋，则水解的离子方程式为Al3+＋H2O [Al(OH)]2+＋H＋。②根据电荷守恒可知，13×3－7＝32，则 n(Al3+)∶n(OH－)＝13∶32。③强酸性环境， 抑制Al3+的水解，主要以Al3+形式存在；强碱性环境，Al元素主要以[Al(OH)4]－形式存在，故净水时控制pH在6.80～8.02之间时效果最佳。(共27张PPT)
模块二
无机物的转化与应用
主题4　金属及其化合物
第12讲　铝及其化合物
内容索引
学习目标
活动方案
名卷优选
学 习 目 标
1. 了解铝与氧气、酸、碱溶液反应的情况。2. 了解氧化铝与酸、碱溶液反应的情况。3. 了解氢氧化铝的制备方法；了解氢氧化铝的两性和氢氧化铝的受热分解。
活 动 方 案
下图为铝及其化合物之间的转化关系的价类二维图。
活动一 铝及其化合物的性质与相互转化
1. 写出并记住你所不熟悉的那些反应的化学方程式(是离子反应的写离子方程式)。
【答案】 略
2. 通过转化关系图，我们发现无论是Al、Al2O3还是Al(OH)3，在强酸或强碱性环境下，铝元素的存在形式都是相同的。分别写出它们在强酸和强碱性环境下，铝元素的存在形式(用化学式表示)。
【答案】 强酸下：Al3＋　强碱下：[Al(OH)4]－
请根据要求回答问题。
1. 理论上，可以采用金属与酸反应的原理制取氢气。实验发现金属与硫酸反应速率很小，不能满足需要；金属与盐酸反应速率虽然较大，但H2纯度存在问题。
(1) 金属与盐酸反应制取的氢气中含有的杂质是什么？
【答案】 HCl气体。
(2) 如何能较快、高纯度地制取氢气？写出反应的离子方程式。
【答案】 金属铝与强碱溶液反应。2Al＋2OH－＋6H2O=== 2[Al(OH)4]－＋3H2↑。
活动二 铝及其化合物区别于其他金属及其化合物的特殊性
质
2. 在金属活动性顺序中，铝比铁活泼，但是生活中我们却发现铝制品比铁制品更耐腐蚀(即使用砂纸将铝制品打磨后，铝制品仍有较强的耐腐蚀性)，试解释其原因。
【答案】 铝制品表面很容易形成致密的氧化铝保护膜。
3. 通常情况下，装运浓硫酸或浓硝酸均可以使用铁或铝制的槽罐车，运用了什么原理？
【答案】 常温下，浓硫酸、浓硝酸都能使铝、铁发生钝化。
4. 铝热反应既可用来冶炼高熔点金属，又可用来野外焊接铁轨等。请你分别举例说明(各写一个化学方程式)。
5. 明矾作为一种混凝剂被广泛应用于水处理中。结合离子方程式简述明矾可用来进行水处理的原理。
1. 提纯氧化铝。
铝土矿的主要成分是Al2O3，此外，还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质，冶炼金属铝很重要的一个过程就是氧化铝的提纯。提纯氧化铝的常用方法如下：
活动三 工业上从铝土矿中提取铝
(1) 写出“溶解”和“酸化”两步中主要反应的离子方程式。
【答案】 溶解：Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－
(2) 写出“灼烧”时主要反应的化学方程式。
(3) “酸化”时不用盐酸或稀硫酸代替CO2的原因是什么？
【答案】 因为四羟基合铝酸钠与酸反应生成的Al(OH)3具有两性，可以溶于强酸，用盐酸或稀硫酸，不易控制加入的量；另外CO2廉价，而且生成的副产物NaHCO3用途广泛，经济效益好。
(4) “灼烧”得到的“较纯的Al2O3”可能混有的杂质是什么？在电解时它不会影响铝的纯度的原因是什么？
【答案】 杂质是SiO2；SiO2的熔点很高，在加热到1 000 ℃左右时不会熔化，易与铝分离。
2. 电解熔融氧化铝冶炼铝。
电解时，常需要加入冰晶石(化学式为Na3AlF6)，以降低氧化铝的熔点。冰晶石可通过下列流程制得。
(1) 已知物质C常在医疗上用作石膏绷带，写出物质A的化学式，并说说反应①能够进行的原因。
【答案】 H2SO4。反应①能够进行的原因是能生成易挥发的HF气体。
(2) 写出反应②的化学方程式。
【答案】 12HF＋3Na2CO3＋2Al(OH)3===2Na3AlF6＋3CO2＋9H2O
(3) 写出电解熔融氧化铝冶炼铝的化学方程式。
名 卷 优 选
2
4
5
1
3
1 在pH＝1的100 mL 0.1 mol/L的AlCl3中，加入300 mL 0.1 mol/L的氢氧化钠溶液后铝的存在形式是(　 　)
A. [Al(OH)4]－ B. Al3＋
C. Al(OH)3 D. Al3＋、Al(OH)3
D
2
4
5
1
3
2 [2020江苏卷]下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是(　　)
A. 铝的活泼性强，可用于制作金属铝制品
B. 氧化铝熔点高，可用作电解冶炼铝的原料
C. 氢氧化铝受热分解，可用于中和过多的胃酸
D. 明矾溶于水并水解形成胶体，可用于净水
D
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3 [2024南京二模]下列由废易拉罐制取Al2O3的实验原理与装置不能达到实验目的的是(　 　)
1
A. 用装置甲溶解废易拉罐细屑
B. 用装置乙过滤得到Na[Al(OH)4]溶液
C. 用装置丙制取Al(OH)3沉淀
D. 用装置丁灼烧Al(OH)3制取Al2O3
甲
乙
丙
丁
D
2
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5
3
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【解析】 Al可溶于NaOH溶液，化学方程式为2Al＋2NaOH＋6H2O ===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑，A正确；分离固液混合物用过滤装置，B正确；CO2与Na[Al(OH)4]溶液反应可制备Al(OH)3沉淀，化学方程式为Na[Al(OH)4]＋CO2===Al(OH)3↓＋NaHCO3，C正确；灼烧固体时，应该选用坩埚，D错误。
2
4
5
3
4 [2021江苏适应性考试一]由制铝工业废渣(主要含Fe、Ca、Si、Al等的氧化物)制取聚合硫酸铁铝净水剂的流程如下图所示。
1
下列有关说法不正确的是(　 　)
A. 控制适当反应温度并不断搅拌，有利于提高铁、铝浸取率
B. Al2O3与稀硫酸反应的离子方程式为Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O
C. 滤液中主要存在的阳离子有H＋、Fe2＋、Ca2＋、Al3＋
D. 聚合硫酸铁铝水解形成的胶体具有吸附作用
C
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3
5 [2024常州期末]聚合氯化铝(PAC)是一种介于AlCl3和Al(OH)3之间的水溶性无机高分子聚合物，用于城市给排水净化。
(1) 工业上用氧化铝法制取无水三氯化铝的反应如下：
1
①为控制反应温度在900 ℃左右，可采取的加热方式为______ (填字母)。
a. 水浴　　 b. 油浴
c. 盐浴　　 d. 盐水浴
c
2
4
5
3
②资料显示，AlCl3、AlBr3和AlI3的熔点分别为192.4 ℃、97.8 ℃和189.4 ℃。AlCl3的熔点比AlBr3和AlI3都要高的原因可能是____________ _____________________________________________________________________。
③900 ℃时，AlCl3的蒸气以共价的二聚分子(Al2Cl6)形式存在，分
子中所有原子均满足8电子稳定结构，其结构式可表示为____________。
④常温下也可用氧化铝和CCl4反应制备无水三氯化铝，同时生成一种具有平面三角形结构的有机副产物。写出该反应的化学方程式：__________________________________。
1
AlCl3的化学键中离子键成分的百分数高于AlBr3和AlI3，具有一定的离子晶体的特征
Al2O3＋3CCl4===2AlCl3＋3COCl2
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(2) PAC水解过程中会产生聚合稳定态物质[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7＋ (简称Al13)。Al13对水中胶体和颗粒物具有高度电中和桥联作用，是净水过程中的重要物质。
①Al3＋在水解过程中会产生[Al(OH)]2＋、[Al(OH)2]＋等产物。写出 Al3＋水解产生[Al(OH)]2＋的离子方程式：___________________________。
②AlCl3溶液与NaOH溶液反应时，若参与反应的Al3＋最终全部转化生成Al13，则理论上参与反应的Al3＋与OH－的物质的量之比为___________。
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13∶32
③使用Al3＋净水时应控制pH在6.80～8.02之间，否则净水效果不佳。在强酸性和强碱性环境时净水效果差的原因是_______________ _________________________________________________________________________________________。
强酸性环境， 抑制Al3＋的水解，主要以Al3＋形式存在；强碱性环境，Al元素主要以[Al(OH)4]－形式存在
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