关注铝及其化合物的3个考向

葛春雷

(江苏省梁丰高级中学)

铝是地壳中含量最多的金属元素,性质比较活泼,在工农业生产中应用广泛.铝既能与酸反应又能与碱反应,因此试题中考查铝的方式很多,既有铝及其化合物的性质及应用的考查,也有离子方程式书写的考查,还涉及工业生产中铝的化合物的制备.

1 铝及其化合物的性质和用途的考查

铝是活泼的金属,密度小.铝表面易形成致密的氧化物薄膜保护内部金属不被氧化.铝合金质轻而坚韧,是制造飞机、火箭、汽车的结构材料;铝盐易发生水解,可用来净化水或制造灭火器.

例1铝是活泼的金属元素,铝及其化合物在日常生活、工农业生产中应用广泛.下列说法正确的是( ).

A.口罩鼻梁条使用铝合金,是利用其密度大、抗腐蚀性好的优点

B.加热铝箔,因铝的熔点低,熔化后的液态铝滴落下来

C.明矾中的铝离子易水解,常用于自来水厂净水

D.利用碳酸盐与铝盐的双水解反应,制造泡沫灭火器用于灭火

2 铝及其化合物反应的离子方程式的考查

Al、Al2O3、Al(OH)3既能与酸反应又能与碱反应,因此高考化学试题中有关铝及其化合物反应的离子方程式的考查成为热点.

例2下列关于铝及其化合物反应的离子方程式书写正确的是( ).

A.铝与NaOH 溶液反应:

B.Al2O3与NaOH 溶液反应:

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

D.向硫酸铝溶液中加入少量的氢氧化钡溶液:

3 铝的化学性质的探究性考查

铝及其化合物的用途极为广泛,因此从矿石中提取铝及其化合物或化工流程中除铝成为考试的热点.

例3粉煤灰(主要含有SiO2、Fe2O3、Al2O3等)是燃煤发电过程中产生的废渣,粉煤灰的综合利用具有很大的价值.研究人员通过实验对粉煤灰中铝元素的分离回收工艺进行了如下研究.

Ⅰ.粗Al2O3的获取(如图1).

图1

(1)用硫酸溶液浸取粉煤灰,使其中的铝、铁元素溶出,过滤实现初步分离,滤渣的主要成分是______.

(2)向(1)分离所得的滤液中加入过量的试剂M.结合流程及表1分析,试剂M 应选用_________(填序号).

表1

A.氯水 B.SO2水溶液

C.铁粉 D.稀硝酸

(3)使用碱性较弱的氨水为pH 调节剂,进行分离实验.

①氨水使滤液中的Al3＋沉淀的离子方程式为________.

② 反应终点的pH 对铝和铁分离效果的影响如图2 所示.根据实验结果,为达到好的分离效果,反应过程中应控制pH________,理由是_________.

图2

Ⅱ.纯Al2O3的获取(如图3).

图3

将NH4HSO4和H2SO4按物质的量比1∶1混合配制成浸取液.220 ℃时,可将第一步得到的粗Al2O3转化为硫酸铝铵[NH4Al(SO4)2]溶液,通过X、煅烧等操作最终获得纯Al2O3.已知硫酸铝铵:

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

(4)依据资料可知,将硫酸铝铵与其他溶质分离的操作X 是_________.

(5)300 ℃时,煅烧NH4Al(SO4)2同时得到混合气体(NH3、N2、SO2、SO3、H2O).若4mol混合气体按如图4所示装置被完全吸收,制得转化Al2O3所需要的1∶1浸取液,请将图4中的空格补充完整.

图4

(2)由表格数据可知,因Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀的pH 相近,不易通过沉淀分离,应向(1)分离所得的滤液中加入还原剂使Fe3＋转化为Fe2＋,则应加入铁粉.

(3)①氨水使滤液中铝离子沉淀的离子方程式为3NH3·H2O＋Al3＋＝Al(OH)3＋;②反应终点的pH 对铝和铁分离效果的影响如图2所示.根据实验结果,为达到好的分离效果,反应过程中控制pH的范围应略小于5(或在4.5～5之间均可),因铝元素沉淀较多,铁元素还没有开始大量沉淀.

(4)由信息可知,溶解度受温度影响大,则将硫酸铝铵与其他溶质分离的方法是冷却、结晶.

(5)加热时发生反应:

由图可知氮气排出,试剂N 可氧化SO2,试剂Q 吸收SO3,则试剂N 为O2.混合气体被完全吸收制成NH4HSO4和H2SO4按物质的量比1∶1的浸取液,则试剂Q 为氨水,4 mol混合气体含有SO3、SO2的物质的量为.由硫原子守恒可知,NH4HSO4的物质的量为.混合气体中氨气的物质的量为,根据N 原子守恒可知氨水中溶解0.5 mol氨气,即试剂Q 为含0.5mol溶质的氨水.

总之,铝在自然界的存在和铝及其化合物化学性质的特殊性,决定了铝元素在化学考试中的重要性.铝的氧化物和氢氧化物具有两性,常在离子方程式中考查.自然界矿石中铝广泛存在,化工流程多涉及铝的化合物制备和铝的除杂.

(完)