铝是高考金属部分的"两面派":既能和强酸反应,又能和强碱反应,一路带出 Al₂O₃、Al(OH)₃ 的两性,以及那道让无数人翻车的"滴加顺序不同、图像不同"的经典题。把两性讲成人话、把图像拨给你看,压轴计算也能稳稳拿下。
铝是银白色、密度小、较活泼的金属。它表面天生有一层致密的氧化膜(Al₂O₃)保护自己,所以看起来"不怕水不怕空气"。一旦膜被破坏(如汞齐化、酸碱侵蚀),里面的铝就非常活泼。
⚠ 铝与 NaOH 反应,不是"NaOH 里的钠或氧被还原"!被还原的是水中的 H(H⁺→H₂),被氧化的是铝(Al→AlO₂⁻ 中 +3 价)。NaOH 只是把生成的 Al(OH)₃ 溶掉、让反应持续。
本质是铝的还原性强,能夺取金属氧化物里的氧。放热极多,足以熔化生成的铁 → 现场焊接铁轨。类似地可还原 MnO₂、Cr₂O₃、V₂O₅ 等。
常温下铝(和铁)遇浓 H₂SO₄、浓 HNO₃ 表面被迅速氧化成致密氧化膜而钝化,阻止反应继续 → 所以可用铝槽车运输冷浓硝酸。注意是"常温、浓"三个字缺一不可(加热或稀酸就会继续反应)。
点一种试剂,看铝片投进去后气泡(H₂)不断冒出的动画,以及对应的化学方程式。两边都放氢气,这就是铝"两面派"的直观证据。
Al₂O₃ 白色固体,熔点很高(约 2050℃)→ 用作耐火材料(耐火坩埚、耐火管)。天然刚玉、红蓝宝石的主要成分也是 Al₂O₃。
两性氧化物定义:既能与酸反应生成盐和水,又能与碱反应生成盐和水的氧化物。Al₂O₃ 是最经典的例子。
⚠ 电解熔融 Al₂O₃ 是工业炼铝的方法(加冰晶石降低熔点),而不能电解熔融 AlCl₃(AlCl₃ 是共价化合物、熔融不导电)。这是"物质类别"隐藏考点。
Al(OH)₃ 是白色胶状沉淀,不溶于水;有较强吸附性(可吸附色素、杂质)。医药上用作胃酸中和剂(中和过多胃酸而不刺激):Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O。
⚠ Al(OH)₃ 只溶于强酸强碱!不溶于弱酸弱碱(如氨水、碳酸)。所以向铝盐里加氨水生成的 Al(OH)₃ 不会被过量氨水溶解——这正是实验室制备它的关键。
⚠ 为什么不用 NaOH? 因为 NaOH 是强碱,一旦过量就会把刚生成的 Al(OH)₃ 溶解成 AlO₂⁻,得不到沉淀。氨水是弱碱,溶不掉 Al(OH)₃,加多也不怕 → 制备 Al(OH)₃ 首选氨水。
中间这坨白色 Al(OH)₃ 沉淀,往左加盐酸会溶(变 Al³⁺),往右加 NaOH 也会溶(变 AlO₂⁻)。点按钮看它两边都能被"化掉"。
| 转化 | 加什么 | 离子方程式 |
|---|---|---|
| Al³⁺ → Al(OH)₃ | 适量碱/氨水 | Al³⁺ + 3NH₃·H₂O → Al(OH)₃↓ + 3NH₄⁺ |
| Al³⁺ → AlO₂⁻ | 过量 NaOH | Al³⁺ + 4OH⁻ → AlO₂⁻ + 2H₂O |
| Al(OH)₃ → Al³⁺ | 强酸 | Al(OH)₃ + 3H⁺ → Al³⁺ + 3H₂O |
| Al(OH)₃ → AlO₂⁻ | 强碱 | Al(OH)₃ + OH⁻ → AlO₂⁻ + 2H₂O |
| AlO₂⁻ → Al(OH)₃ | 适量酸/通 CO₂ | AlO₂⁻ + CO₂ + 2H₂O → Al(OH)₃↓ + HCO₃⁻ |
| AlO₂⁻ → Al³⁺ | 过量强酸 | AlO₂⁻ + 4H⁺ → Al³⁺ + 2H₂O |
⚠ 注意"适量"与"过量"的区别:Al³⁺ 加过量 NaOH → 直接到 AlO₂⁻(1:4);AlO₂⁻ 加过量盐酸 → 直接到 Al³⁺(1:4)。而通 CO₂(弱酸)只能把 AlO₂⁻ 变到 Al(OH)₃,再多也不会溶(弱酸溶不掉 Al(OH)₃)。
下面是 Al³⁺、Al(OH)₃、AlO₂⁻ 三个顶点。点任意一条箭头(转化方向),看该走哪一步、加什么试剂、写什么离子方程式。
这是铝章节最会"分尖子生"的题。核心只有一句:看谁滴进谁、谁先过量。 沉淀量随滴入体积的变化(先增后减、先无后有…)全由顺序决定。
开始 NaOH 少,先生成沉淀并增多:Al³⁺ + 3OH⁻ → Al(OH)₃↓;沉淀到最大后继续加 NaOH,沉淀被溶解减少:Al(OH)₃ + OH⁻ → AlO₂⁻ + 2H₂O。→ 曲线"先上升到顶,再下降到 0"。生成用 3 份 OH⁻、溶解用 1 份 OH⁻ → 前后体积比 3:1。
开始 NaOH 过量,滴入的 Al³⁺ 直接变成 AlO₂⁻,一开始无沉淀:Al³⁺ + 4OH⁻ → AlO₂⁻ + 2H₂O;等 NaOH 被耗完后再滴 AlCl₃ 才开始产生沉淀并增多。→ 曲线"先平(无沉淀),后上升"。
先生成沉淀并增多:AlO₂⁻ + H⁺ + H₂O → Al(OH)₃↓;沉淀到最大后继续加盐酸,沉淀被溶解:Al(OH)₃ + 3H⁺ → Al³⁺ + 3H₂O。→ 曲线"先上升到顶,再下降到 0"。生成用 1 份 H⁺、溶解用 3 份 H⁺ → 前后体积比 1:3。
⚠ 记这三条口诀:碱滴 Al³⁺ = 先增后减(3:1);Al³⁺ 滴碱 = 先无后增;酸滴 AlO₂⁻ = 先增后减(1:3)。方向一反,图像天差地别。
同样是 AlCl₃ 和 NaOH,只是"谁滴进谁"不同,曲线就完全不同。点两个体系,再"自动滴定"看沉淀量怎么随体积走。
偏铝酸钠里滴盐酸:先出沉淀 Al(OH)₃ 到最高点,再被过量盐酸溶掉。注意"生成:溶解 = 1:3"的体积比,这是计算题的命门。
明矾 化学式 KAl(SO₄)₂·12H₂O(十二水合硫酸铝钾),是一种复盐,溶于水完全电离出 K⁺、Al³⁺、SO₄²⁻。
Al³⁺ 水解生成的 Al(OH)₃ 胶体表面积大、有很强的吸附能力,能吸附水中悬浮的泥沙、杂质使其聚沉,从而净水。注意:明矾只能净水(除去悬浮杂质),不能杀菌消毒(杀菌用氯气、漂白粉等)。
| 混合物 | 除杂方法 | 原理 |
|---|---|---|
| Al₂O₃ 中混有 Fe₂O₃ | 加过量 NaOH,过滤 | Al₂O₃ 溶(→AlO₂⁻),Fe₂O₃ 不溶被滤掉 |
| Fe₂O₃ 中混有 Al₂O₃ | 加过量 NaOH,取滤渣 | 同上,留下的不溶滤渣即 Fe₂O₃ |
| Mg 中混有 Al | 加过量 NaOH,过滤 | Al 与 NaOH 反应溶掉,Mg 不反应留下 |
| MgCl₂ 溶液中混有 AlCl₃ | 加过量 NaOH 再过滤 | Al(OH)₃ 溶成 AlO₂⁻,Mg(OH)₂ 不溶被滤除 |
⚠ 利用铝的两性除杂:凡是"铝和某金属/其化合物分开"的题,几乎都是"加过量 NaOH,谁溶谁被除或谁留谁被留"。想清楚要保留的是溶液还是滤渣。
左边是浑浊的"生水"(泥沙颗粒乱飞)。加入明矾后 Al³⁺ 水解出 Al(OH)₃ 胶体,把杂质吸附、聚沉到底部,水变清。点按钮看净水过程。
1. 制备 Al(OH)₃ 用氨水不用 NaOH。NaOH 过量会把沉淀溶成 AlO₂⁻;氨水(弱碱)溶不掉,加多也不怕。
2. 滴加顺序不同,现象/图像不同:碱滴 Al³⁺ 先沉后溶(3:1);Al³⁺ 滴碱先无沉淀后有;酸滴 AlO₂⁻ 先沉后溶(1:3)。
3. 铝与 NaOH 反应,是铝被氧化、水中的 H 被还原放出 H₂;NaOH 中的钠、氧都没变价。
4. 偏铝酸盐(AlO₂⁻)遇过量盐酸:先生成 Al(OH)₃ 沉淀又被溶解(→Al³⁺);但通 CO₂(弱酸)只到 Al(OH)₃ 就停,不再溶。
5. Al(OH)₃ 只溶于强酸强碱,不溶于氨水、碳酸等弱酸弱碱。
6. 电解熔融 Al₂O₃ 炼铝(加冰晶石),不能电解熔融 AlCl₃(共价、熔融不导电);也不能电解 AlCl₃ 水溶液(会先放氢)。
7. 常温钝化必须是浓 H₂SO₄/HNO₃ 且常温;加热或用稀酸会继续反应放气(稀硝酸不放 H₂,放 NO)。
8. 明矾能净水(吸附聚沉)但不能消毒杀菌;两者是不同功能,别混。
▸ 把"两性"统一成一句话: 铝家族只在中间的 Al(OH)₃ 是"客观存在的沉淀",两端 Al³⁺(强酸区)和 AlO₂⁻(强碱区)都是澄清的。图像的所有拐点,都是"沉淀出现"或"沉淀消失"这两件事。
▸ 图像量化——记住三个体积比: 碱滴 Al³⁺,生成:溶解 = 3:1(耗 OH⁻ 之比);酸滴 AlO₂⁻,生成:溶解 = 1:3(耗 H⁺ 之比)。会这两个比,沉淀-体积图的横坐标拐点就能精确定位、反算浓度。
▸ "先加谁"决定初始斜率: 少量试剂滴入大量另一方 → 另一方过量 → 滴入的先"走到底"(如 Al³⁺ 滴入过量碱先全变 AlO₂⁻,故初段无沉淀)。用"过量方决定去向"一招通杀顺序题。
▸ 与其它两性的横向联系: Zn、ZnO、Zn(OH)₂ 也两性(考纲要求较低,但同一套逻辑)。把 Al 的模型迁移过去,遇到"既溶于酸又溶于碱"就条件反射想两性。
▸ 计算题技巧——守恒 + 极值: 混合滴加题用"铝原子守恒""电荷守恒"列式;沉淀最大值就是"全部铝以 Al(OH)₃ 存在"那一刻,用 n(Al) 直接算 m(Al(OH)₃)。
thebest2dan · 化学攻坚包 · 配套:钠及其化合物 / 铁及其化合物