铝及其化合物【学习目标】
1、铝的性质；
2、铝的重要化合物及其相互转化。
【要点梳理】
要点一、铝
1．铝的原子结构和物理性质：
元素
符号
原子结构原子半径化合价颜色密度
(g·cm-3)
熔点
℃
沸点℃硬度13
Al 1.43×10-10m +3 银白色 2.70 660.4 2467 较软
2．化学性质
Al-3e-=Al3+
（1）与非金属反应：
a、铝与氧气的反应。
实验探究：加热有氧化膜和无氧化膜的铝箔
实验步骤实验现象实验结论（1）用坩埚钳夹住一小块铝箔在酒精
灯上加热至熔化，轻轻晃动，仔细观察
铝箔熔化，
失去光泽，
熔化的铝并
不滴落
在常温下，铝能与空气中的氧气反应，生成一层
致密的氧化物薄膜。加热时反应加剧，生成白色
固体，放出大量的热，4Al+3O2
△
2Al2O3
铝是一种活泼金属，构成薄膜的Al2O3的熔点
（2050℃）高于Al的熔点（660℃）（2）另取一块铝箔，用砂纸仔细打磨
（或在酸中处理后，用水洗净），除去
表面的保护膜，再加热至完全熔化，观
察现象
b、与其它非金属反应：
2Al+3S Al2S3 2Al+3Cl2 2AlCl3
（2）与酸反应：
（3）与碱反应
2Al+2H2O+2NaOH＝2NaAlO2+3H2↑ 2Al+2H2O+2OH－＝2AlO2－+3H2↑
要点诠释：
①铝是一种较活泼的金属，它并不直接与碱反应，铝与氢氧化钠溶液的反应，实际分两步进行：
首先要铝与水反应：2Al+6H2O＝2Al(OH)3↓+3H2↑……①
由于生成的Al(OH)3覆盖在Al的表面，故看不到H2的生成；其次是生成的Al(OH)3是两性氢氧化物，它溶于NaOH：
Al(OH)3+NaOH＝NaAlO2+2H2O……②
所以铝与NaOH溶液反应可以看到有气体产生。将两反应式按①+②×2合并，即得总反应式：2Al+2H2O+2NaOH＝2NaAlO2+3H2↑。所以在上述反应中Al是还原剂，H2O是氧化剂。其电子转移情况可表示如下：
②Al与酸、碱反应产生同量的H2，消耗Al的物质的量之比为1∶1，消耗盐酸和NaOH的物质的量之比为3∶1。
③酸、碱、盐可直接侵蚀铝的保护膜（氧化铝也能与酸或碱反应）以及铝制品本身，因此铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性、碱性或咸的食物。
④铝热反应：Al+M x O y Al2O3+xM
铝热反应的应用：冶炼高熔点金属，如Fe、V、Cr、Mn等或焊接钢轨。
3．用途：铝主要用来制轻合金。
要点二、铝的化合物
1．氧化铝（Al2O3）
(1)物理性质：白色难熔固体、不溶于水。
(2)化学性质：Al2O3是典型的两性氧化物，既能与酸反应又能与强碱溶液反应。
与强酸：Al2O3+6H+=2Al3++3H2O
与强碱：Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O
(3)用途：耐火材料、制取铝的原料。
2．氢氧化铝[Al(OH)3]
(1)Al(OH)3的物理性质：Al(OH)3是不溶于水的白色胶状沉淀，是典型的两性氢氧化物，能凝聚水中的悬浮物，又有吸附色素的性能。
(2)Al(OH)3的两性：
当与强酸反应：Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O（加酸促使电离平衡向碱式电离方向移动）
当与强碱溶液作用：Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O（加碱促使电离平衡向酸式电离方向移动）
(3)Al(OH)3的制取：
①铝盐与碱反应：用铝盐与可溶性弱碱氨水反应制Al(OH)3：
Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+
说明：制取Al(OH)3也可用铝盐与强碱作用，但应严格控制加入碱的量，因为强碱过量会使制得的Al(OH)3转化为偏铝酸盐：Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O。所以，实验室一般不采用这种方法制Al(OH)3。
②偏铝酸盐与酸反应：一般用向偏铝酸盐溶液中通入CO2的方法制取Al(OH)3。
当CO2不足或适量时：CO2+2AlO2-+3H2O=2Al(OH)3↓+CO32-，
CO2过量时：CO2+AlO2-+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-。
说明：一般不用强酸，因为强酸的量控制不当会使制得的Al(OH)3溶解：
AlO2-+H++H2O=Al(OH)3↓ Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O
(4)Al(OH)3的用途：净水。
明矾净水原理——明矾（KAl(SO4)2·12H2O）溶于水发生下列反应：
KAl(SO4)2=K++Al3++2SO42-
Al3++3H2O = 2Al(OH)3（胶体）+3H+
Al(OH)3胶体中胶粒有吸附水中悬浮杂质的作用，使其质量增大，沉降水底，达到净化水的目的。
要点三、“铝三角”及其之间的相互转化
1．Al3+→Al(OH)3
（1）可溶性铝盐与少量的强碱反应：Al3++3OH－(少量)＝Al(OH)3↓
（2）可溶性铝盐与氨水反应：Al3++3NH3·H2O＝Al(OH)3↓+3NH4+
2．Al(OH)3→Al3+
Al(OH)3+3H+＝Al3++3H2O
3．Al3+→AlO2－
可溶性铝盐与过量的强碱反应：Al3++4OH－(过量)＝AlO2－+2H2O
4．AlO2－→Al3+
偏铝酸盐溶液与足量的强酸反应：AlO2－+4H+＝Al3++2H2O
5．AlO2－→Al(OH)3
（1）偏铝酸钠溶液中加入少量强酸：AlO2－+H+ (少量)+H2O＝Al(OH)3↓
（2）偏铝酸钠溶液中通入CO2：
2AlO2－+CO2 (少量)+3H2O＝2Al(OH)3↓+CO32－
AlO2－+CO2 (过量)+2H2O＝Al(OH)3↓+HCO3－
6．Al(OH)3→AlO2－
Al(OH)3溶于强碱溶液：Al(OH)3+OH－＝AlO2－+2H2O
要点诠释：（1）由Al3+制备Al(OH)3，宜用Al3+与氨水反应。一般不用强碱，因为过量的强碱会使Al(OH)3溶解转化为偏铝酸盐。
（2）由AlO2－制备Al(OH)3，宜用CO2与AlO2－反应。一般不用强酸，因为过量的强酸会使Al(OH)3溶解转化为铝盐。
要点四、有关Al(OH)3沉淀的图像分析及有关计算
（1）NH3·H2O滴入AlCl3溶液中（2）CO2通入NaAlO2溶液中
Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+AlO
2
-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-
2AlO2-+CO2+3H2O=2Al(OH)3↓+CO32-
（3）NaOH滴入AlCl3溶液中Al3++3OH-=Al(OH)3↓
Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O （4）AlCl3滴入NaOH溶液中
Al3++4OH-=AlO2-+2H2O
3AlO2-+Al3++6H2O=4Al(OH)3↓
（5）HCl滴入NaAlO2溶液中AlO2-+H++H2O=Al(OH)3↓
Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O （6）NaAlO2溶液滴入HCl中
AlO2-+4H+=Al3++2H2O
Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓
2．滴加过程中铝元素的存在形式分析
（1）向1 L 1 mol/L的AlCl3溶液中滴加NaOH溶液
（2）向1 L 1 mol/L的NaAlO2溶液中滴加稀盐酸
【典型例题】
类型一：铝与NaOH溶液的反应
例题1 甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol/L的盐酸和NaOH溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后测得生成的气体体积比为1∶2，则加入铝粉的质量为（）
A．5.4 g B．3.6 g C．2.7 g D．1.8 g
【答案】A
【解析】2Al+6HCl＝2AlCl3+3H2↑
2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+3H2↑
由反应方程式可知，若在等物质的量浓度的盐酸和NaOH溶液中分别加入足量铝，反应时产生H2的体积之比1∶3，现在产生H2的体积之比为1∶2，说明铝粉的量相对于盐酸来说是过量的，对于NaOH来说是不足量的，所以与盐酸反应的铝粉质量为2.7 g，与NaOH反应的铝粉质量为5.4 g。
【总结升华】因为铝与NaOH溶液反应是一个较为特殊的反应，所以当铝与NaOH溶液在同一题目中出现时，往往要用到2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+3H2↑这一关系来解。
举一反三：
【变式1】取两份等质量的铝粉，分别与足量的盐酸、浓氢氧化钠溶液反应，在相同情况下产生的气体体积之比是（）
A．1∶1 B．1∶2 C．1∶3 D．3∶2
【答案】A
【变式2】下列关于金属元素特征的叙述正确的是（）
（1）金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性；（2）金属元素在化合物中只显正价；（3）金属性越强的元素相应的离子氧化性越弱；（4）价电子越多的金属原子金属性越强；（5）离子化合物一定含金属元素
A、(1)(2)(3)
B、(2)(3)
C、(1)(4)(5)
D、全部
【答案】B
【解析】(1)对于变价金属中，较低价态的金属离子既有氧化性，又有还原性，如Fe2+。(2)金属元素的原子只具有还原性，故在化合物中只显正价。(4)金属性的强弱要看失电子的难易。（5）离子化合物不一定含金属元素，如NH4Cl。
类型二：Al2O3、Al(OH)3的性质与制法
例题2 既能与盐酸反应又能与氢氧化钠溶液反应的化合物是（）
①Al ②NaHCO3③Al2O3④Mg(OH)2⑤Al(OH)3
A．①②③⑤B．①④⑤C．②③⑤D．①③④
【答案】C
【解析】注意审题，题目要求是“化合物”，防止错选A。
特别提示：两性物质是指既能与酸反应又能与碱反应生成盐和水的化合物。两性氧化物有Al2O3、ZnO等，两性氢氧化物有Al(OH)3、Zn(OH)2等。定义中的酸指非氧化性强酸溶液，碱指强碱溶液，其实质是与H+和OH―反应。
弱酸的铵盐[如(NH4)2CO3、(NH4)2S等]、弱酸的酸式盐（如NaHCO3）均既能与强酸（H+）反应又能与强碱（OH―）反应，但它们不属于两性物质。
举一反三：
【变式1】氧化铝熔点很高，常用于制造耐火材料，例如制作坩埚，下列操作不能在氧化铝坩埚中进行的是（）
A．加热使CuSO4·5H2O失水B．加热使KMnO4分解
C．加热熔化烧碱D．加热分解碱式碳酸铜
【答案】C
类型三：“铝三角”及其转化
例题3 向50 mL 1 mol·L―1的Al2(SO4)3溶液中加入100 mL KOH溶液，充分反应后得到3.9 g沉淀，则KOH溶液的物质的量浓度可能是（）
A．1 mol·L―1B．3 mol·L―1C．1.5 mol·L―1D．3.5 mol·L―1
【答案】C、D
【解析】方法一：根据Al3+的物质的量与沉淀Al(OH)3的物质的量比较可推测KOH溶液的两种情况：（1）当加入KOH不足量时，
31
3.9g
(KOH)3[Al(OH)]30.15mol 78g mol n n -==?
=?，
故10.15mol
(KOH) 1.5mol L 0.1L
c -=
=?。
（2）当加入KOH 过量时，
n (KOH)=4n (Al 3+)―n [Al(OH)3]=0.4 mol―0.05 mol=0.35 mol 。 故10.35mol
(KOH) 3.5mol L 0.1L
c -=
=?。
方法二：用图像法求解，如图所示，用纵坐标表示生成的Al(OH)3的物质的量，横坐标表示KOH 的物质的量。当生成沉淀0.05 mol 时，需KOH 的物质的量为0.15 mol 或0.35 mol 。
【总结升华】本题易漏选答案D ，原因是未考虑到3.9 g 沉淀可以是Al(OH)3被过量的KOH 溶液溶解了一部分而剩余部分沉淀的情况。 举一反三：
【变式1】等体积的AlCl 3和NaOH 溶液混合后，沉淀物中含铝的质量与溶液中含铝的质量相等，则AlCl 3
和NaOH 两种溶液的物质的量浓度之比为（ ）
A 、1∶3
B 、2∶3
C 、1∶4
D 、2∶7
【答案】B 、D
【解析】AlCl 3和NaOH 溶液混和有沉淀物生成，可能有两种情况：①NaOH 不足量，②NaOH 部分过量。假设溶液中含有2mol 的AlCl 3，如果为第一种情况生成Al(OH)3沉淀的物质的量与未反应的AlCl 3物质的量相等，所以耗NaOH 3mol 。则答案为B 。如果为第二种情况，则生成1mol 的Al(OH)3，1mol 的AlO 2-，共消耗NaOH 为7mol 。所以答案为D 。
【变式2】向50mL1mol/L 的AlCl 3溶液中加入0.2mol/L 的NaOH 溶液，生成沉淀1.56g ，需NaOH 溶液多少mL?
【解析】⑴当NaOH 不足时： 3NaOH ——Al(OH)3 3 78 x 1.56 解得 x=0.06mol ∴V(NaOH)= =0.3L=300mL ⑵当NaOH 过量时：
Al 3+——3NaOH ——Al(OH)3 1mol 3mol 78g 0.05mol y x 解得 x=3.9g y=0.15mol Al(OH)3——NaOH 78g 1mol (3.9-1.56)g z 解得 z=0.03mol
∴n(NaOH)=0.15+0.03 =0.18(mol)
V(NaOH)= =0.9L=900mL
另解：∵ n[Al(OH)3]=4n(Al3+) – n(OH-)
n[Al(OH)3]=1.56/78 = 0.02(mol)
∴ 0.02 = 4×0.05 - n(OH-)
n(OH-) = 0.18mol
V(NaOH)=0.18/0.2 =0.9L=900mL
类型四：与Al(OH)3、Al3+、AlO2―有关的图像
例题4 把x溶液（或气体）慢慢加入（或通入）到一定量的y溶液中，产
生的沉淀量与加入x物质的量的关系如图所示，符合图中曲线的是（）
A、x为CO2，y为Ca(OH)2
B、x为NH3·H2O，y为AlCl3
C、x为NaOH，y为AlCl3
D、x为HCl，y为NaAlO2
【答案】D
【解析】CO2通入Ca(OH)2溶液中可产生碳酸钙沉淀，继续通CO2沉淀溶解而生成Ca(HCO3)2溶液。氨水加入AlCl3溶液产生沉淀，但过量不溶，方程式为：Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+
NaOH溶液滴加到AlCl3溶液中生成Al(OH)3沉淀，继续加入沉淀溶解生成偏铝酸盐。
AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓+3NaCl Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O
盐酸加入到NaAlO2溶液中，先生成Al(OH)3沉淀，继续加入沉淀溶解生成三价铝盐。
HCl+NaAlO2+H2O=Al(OH)3↓+NaCl Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O
从观察方程式的系数，定量角度分析。
举一反三：
【变式1】有一透明溶液，可能含有Al3+、Fe3+、K+、NH4+、Mg2+和Cu2+等离子中的一种或几种。现加入Na2O2粉末只有无色无味的气体放出，并同时析出白色沉淀。加入Na2O2的量与生成白色沉淀的量之间的关系用下图来表示。试推断：
（1）原溶液中一定含有________。
（2）一定不含有________。
（3）可能含有________。
（4）为了进一步确定可能含有的离子，应增加的实验操作为________。
【答案】（1）Al3+和Mg2+（2）Fe3+、NH4+、Cu2+（3）K+（4）焰色反应
【解析】向溶液里加入过氧化钠粉末，会发生Na2O2和H2O的反应，生成NaOH和O2。因题目中没有刺激性气味气体产生，说明原溶液中不含有Fe3+和NH4+。又因生成的沉淀是白色的，所以原溶液中不含有Fe3+和Cu2+。根据图中曲线的变化，表明随Na2O2的加入（即NaOH的形成），白色沉淀逐渐增多，后来又逐渐减少，最后保持不变，说明原溶液中一定含有Al3+和Mg2+。K+可能存在，可通过焰色反应来检验。
规律总结：解答图像计算题，必须抓住有关化学原理和有关物质的性质，结合图像的特点，综合分析逐步计算求解，其关键是抓住图像四点（原点、交点、转折点、终点），数形结合，分析计算。
【变式2】向20 mL某物质的量浓度AlCl3溶液中滴入2 mol·L―1 NaOH溶液时，
得到Al(OH)3沉淀质量与所滴加NaOH溶液的体积（mL）关系如右图所示，试回答
下列问题：
（1）图中A点表示的意义是________。
（2）图中B点所示的意义是________。
（3）上述两反应用总的离子方程式可表示为________。
（4）假若溶液中有Al(OH)3沉淀0.39 g，则此时用去NaOH溶液的体积为________。
【答案】（1）加入NaOH溶液15 mL时，沉淀达到最多，质量为0.78 g
（2）当NaOH溶液达到20 mL时，生成的沉淀恰好全部溶液
（3）Al3++4OH―＝AlO2―+2H2O
（4）7.5 mL或17.5 mL