葛春雷

(江蘇省梁豐高級(jí)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(hù)內(nèi)部金屬不被氧化.鋁合金質(zhì)輕而堅(jiān)韌,是制造飛機(jī)、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(diǎn)

B.加熱鋁箔,因鋁的熔點(diǎn)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(diǎn).

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(diǎn).

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(jià)值.研究人員通過實(shí)驗(yàn)對(duì)粉煤灰中鋁元素的分離回收工藝進(jìn)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(shí)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(hào)).

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(jìn)行分離實(shí)驗(yàn).

①氨水使濾液中的Al3＋沉淀的離子方程式為________.

② 反應(yīng)終點(diǎn)的pH 對(duì)鋁和鐵分離效果的影響如圖2 所示.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,為達(dá)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(shí),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(shí),S＝5.2g;100 ℃時(shí),S＝421.9g.②280 ℃時(shí)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(shí),煅燒NH4Al(SO4)2同時(shí)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(qǐng)將圖4中的空格補(bǔ)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(diǎn)的pH 對(duì)鋁和鐵分離效果的影響如圖2所示.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,為達(dá)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(shí)發(fā)生反應(yīng):

由圖可知氮?dú)馀懦?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)