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第三章 铁 金属材料
第二节 金属材料 课时作业
专题 铝及其化合物的转化及图像
基础达标
1．下列金属中，表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化的是（ ）
A．K B．Na
C．Fe D．Al
【答案】D
【解析】由表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化可知，只有氧化铝为
致密的结构，可保护内层金属，而K、Na、Fe的氧化物均不是致密的结构，故选D。
2.有关Al与NaOH溶液反应的说法中，正确的是( )
A．铝是还原剂，其还原产物是Na[Al(OH) ]
4
B．NaOH是氧化剂，其还原产物是H
2
C．铝是还原剂，HO和NaOH都是氧化剂
2
D．HO是氧化剂，Al被氧化
2
【答案】D
【解析】Al与NaOH溶液的反应过程如下：2Al＋6HO===2Al(OH) ＋3H↑，Al(OH)
2 3 2 3
＋NaOH===Na[Al(OH) ]。HO中的氢元素由＋1价变为0价，HO得电子，是氧化剂，H
4 2 2 2
是还原产物；Al的化合价由0价变为＋3价，化合价升高被氧化，Al是还原剂。
3.下列关于铝及其化合物的说法不正确的是（ ）
A．铝的化学性质不活泼
B．Al(OH) 既能与NaOH溶液反应，也能与盐酸反应
3
C．明矾可用于净水
D．铝合金的硬度比纯铝大
【答案】A
【解析】A． 铝最外层有三个电子，是活泼金属，铝的化学性质活泼，故A错误；
B． Al(OH) 既能与NaOH溶液反应生成偏铝酸钠和水，也能与盐酸反应，生成氯化铝和
3
水，故B正确；C． 铝离子水解生成氢氧化铝胶体，具有吸附能力，明矾可用于净水，故
C正确；D． 铝合金的硬度比纯铝大，具有更大的强度，故D正确；故选A。
4.下列试剂可除去镁粉中混有的少量铝粉的是（ ）A．稀盐酸 B．NaOH溶液 C．BaCl 溶液 D．浓硝酸
2
【答案】B
【解析】A．镁和铝都能和稀盐酸反应，无法除去镁粉中混有的少量铝粉，A不符合
题意；B．镁与NaOH不反应，铝可以和NaOH溶液反应生成可溶于水的盐，过滤可以除
去镁粉中混有的少量铝粉，B符合题意；C．镁和铝都不能和氯化钡反应，无法除去镁粉中
混有的少量铝粉，C不符合题意；D．铝在浓硝酸中钝化，镁可以和浓硝酸反应，无法除
去镁粉中混有的少量铝粉，D不符合题意；综上所述答案为B。
5.铝、氧化铝、氢氧化铝和硫酸铝与过量强碱溶液的反应，其生成物有一定的规律，
下列说法中正确的是( )
A．都有HO生成 B．都有H 生成
2 2
C．都有[Al(OH) ]-生成 D．都有Al3＋生成
4
【答案】C
【解析】铝、氧化铝、氢氧化铝和硫酸铝与过量强碱溶液反应的离子方程式为2Al＋
2OH－＋6HO===2[Al(OH) ]-＋3H↑，Al O ＋3HO＋2OH－===2[Al(OH) ]-，Al(OH) ＋OH－
2 4 2 2 3 2 4 3
===[Al(OH) ]-，Al3＋＋4OH－===[Al(OH) ]-，可知均生成[Al(OH) ]-，C项正确。
4 4 4
6.在杠杆的两端分别挂着质量相同的铝球和铁球，此时杠杆平衡。然后将两球分别浸
没在溶液质量相等的稀烧碱溶液和硫酸铜溶液中一段时间，如图所示。下列说法正确的是(
)
A．铝球表面有气泡产生，且有白色沉淀生成，杠杆不平衡
B．铝球表面有气泡产生，溶液澄清；铁球表面有红色物质析出，溶液蓝色变浅，杠
杆右边下沉
C．反应后去掉两烧杯，杠杆仍平衡
D．右边球上出现红色，左边溶液的c(OH－)增大
【答案】B
【解析】左边的Al球与NaOH溶液发生反应：2Al＋2NaOH＋4HO===2Na[Al(OH) ]-
2 4
＋3H↑，有一部分铝溶解，并产生气体，生成易溶于水的NaAlO ，消耗掉一部分NaOH，
2 2
左边烧杯中溶液的 c(OH－)减小；右边 Fe 球浸在 CuSO 溶液中发生反应：Fe＋
4
CuSO ===FeSO ＋Cu，铁球表面有红色物质析出，铁球质量增加，Cu2＋减少，溶液蓝色变
4 4
浅。
7.通过一步反应不能实现的是（ ）
A．Al O→Al(OH) B．Al3+→Al(OH)
2 3 3 3
C．Fe(OH) →Fe(OH) D．FeCl →FeCl
2 3 3 2【答案】A
【解析】A．Al O 不溶于水，不能直接转化为Al(OH) ，A选；B．Al3+和碱反应生成
2 3 3
Al(OH) ，B不选；C．Fe(OH) 和氧气、水反应生成Fe(OH) ，C不选；D．FeCl 和铁反应
3 2 3 3
生成FeCl ，D不选；答案选A。
2
8.有一块镁铝合金，其中镁与铝的质量比是8∶9。加入足量稀HSO 使其完全溶解后，
2 4
再加入NaOH溶液，生成沉淀的质量随NaOH溶液体积变化的曲线如下图，其中正确的是(
)
【答案】A
【解析】镁与铝的质量比是8∶9，则物质的量之比是1∶1，NaOH溶液过量后Al(OH) 完
3
全溶解，只有Mg(OH) ，B错；等物质的量的Mg(OH) 与Al(OH) 的质量之比是58∶78，即
2 2 3
剩余的Mg(OH) 的质量小于沉淀最大质量的，排除C、D，故选A。
2
9.铝热反应常用于焊接钢轨，其焊接速度快，设备简易，适用于野外作业。实验室采
用如图装置进行铝热反应，下列说法错误的是
A．该反应的实质是金属的置换反应
B．该反应是放热反应，Fe O 和铝粉的混合物被称为铝热剂
2 3
C．铝单质很活泼，通常表面附着层致密的氧化铝薄膜
D．铝热反应只能用于冶炼铁、锰、铬、镁等熔点较高的金属
【答案】D
【解析】A．该反应为2Al+Fe O\o(\s\up6(_____)Al O+2Fe，反应特点是单质与化合物
2 3 2 3
反应产生新的单质和新的化合物，故实质上是金属的置换反应，A正确；B．作为铝热剂
重要组成的金属氧化物，铝热剂应为Al和过渡元素的氧化物所形成的混合物，B正确；
C．铝单质很活泼，容易被空气中的氧气氧化为氧化铝，氧化铝非常致密，对内层金属起
保护作用，因此在金属铝表面通常附着一层致密的氧化铝薄膜，C正确；D．铝热反应是金属铝和金属氧化物之间的置换反应，反应放出大量的热，使产生的金属以液态形式存
在。利用铝热反应可以冶炼还原性比Al弱，但是熔点较高的金属，如金属铁、锰、铬等金
属，但镁还原性比铝强，不能用铝热反应制取，D错误；故合理选项是D。
10．室温下，在0.2 mol·L－1 Al (SO ) 溶液中，逐滴加入1.0 mol·L－1 NaOH溶液，实
2 4 3
验测得溶液pH随NaOH溶液体积变化曲线如下图，下列有关说法正确的是( )
A．a点时，溶液呈酸性的原因是Al3＋水解，离子方程式为Al3＋＋3OH－ Al(OH)
3
B．a～b段，溶液pH增大，Al3＋浓度不变
C．b～c段，加入的OH－主要用于生成Al(OH) 沉淀
3
D．d点时，Al(OH) 沉淀开始溶解
3
【答案】C
【解析】A项，Al (SO ) 为强酸弱碱盐，Al3＋水解使溶液显酸性，离子方程式应为Al3
2 4 3
＋＋3HO Al(OH) ＋3H＋，错误；B项，a～b段，加入NaOH消耗H＋，使Al3＋＋3HO
2 3 2
Al(OH) ＋3H＋反应正向进行，Al3＋的浓度减小，错误；C项，b～c段，pH变化不明
3
显，说明OH－主要用于生成Al(OH) 沉淀，正确。
3
能力提升
11．下列说法正确的是( )
A．向NaAlO 溶液中滴加NaHCO 溶液，有沉淀和气体生成
2 3
B．制备Al(OH) 悬浊液：向1 mol·L－1 AlCl 溶液中加过量的6 mol·L－1 NaOH溶液
3 3
C．AlCl 溶液中加入过量稀氨水：Al3＋＋4NH ·H O===[Al(OH) ]-＋4NH
3 3 2 4
D．将AlCl 加入Ba(HCO ) 溶液中同时有气体和沉淀产生
3 3 2
【答案】D
【解析】AlO＋HCO＋HO===Al(OH) ↓＋CO，只有沉淀生成，A错误；Al(OH) 是两
2 3 3
性氢氧化物，可以和过量氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠，故不能制备氢氧化铝悬浊液，
B错误；Al(OH) 不溶于过量稀氨水，C错误；Al3＋与HCO发生相互促进的水解反应，生
3
成Al(OH) 沉淀和CO 气体，故D正确。
3 2
12.向含NaCO、NaAl(OH) ]的混合溶液中逐滴加入150 mL 1 mol·L－1 HCl溶液，测得
2 3 4
溶液中的某几种离子物质的量的变化如图所示，则下列说法中不正确的是( )A．a曲线表示的离子方程式为Al(OH) ]－＋H＋===Al(OH) ↓＋HO
4 3 2
B．b和c曲线表示的离子反应是相同的
C．M点时，溶液中沉淀的质量为3.9 g
D．原混合溶液中的CO与Al(OH) ]－的物质的量之比为1∶2
4
【答案】D
【解析】NaCO 、NaAl(OH) ]的混合溶液中加入HCl溶液，先发生反应：Al(OH) ]－＋
2 3 4 4
H＋===Al(OH) ↓＋HO，a曲线表示Al(OH) ]－减少，Al(OH) ]－反应完毕后，发生反应：CO
3 2 4 4
＋H＋===HCO，b曲线表示CO减少，c曲线表示HCO增加，CO反应完毕后，发生反应：
HCO＋H＋===CO ↑＋HO，d曲线表示HCO减少，此阶段Al(OH) 不参与反应，A、B项正
2 2 3
确；加入盐酸50 mL时NaAl(OH) ]中铝元素全部转化为氢氧化铝沉淀，加50 mL盐酸之后
4
CO反应，氢氧化铝沉淀不溶解，则 M点沉淀的质量和加入盐酸 50 mL时沉淀的质量相
同，由 NaAl(OH))]＋HCl===NaCl＋Al(OH) ↓＋HO 知，nAl(OH) ]＝n{NaAl(OH)) ]}＝
4 3 2 3 4
n(HCl)＝0.05 mol，mAl(OH) ]＝0.05 mol×78 g·mol－1＝3.9 g，C项正确；Al(OH)) ]－与CO
3 4
消耗的盐酸的体积都是50 mL，所以消耗的氯化氢的物质的量相等，依据反应Al(OH)) ]－
4
＋H＋===Al(OH) ↓＋HO、CO＋H＋===HCO可知CO与Al(OH) ]－的物质的量之比为1∶1，
3 2 4
但Al(OH))]－与CO都发生水解，水解程度不同导致无法判断原混合溶液中 CO与Al(OH) ]－
4 4
的物质的量之比，D项错误。
13.将一定质量的Mg和Al的混合物投入250mL2.0mol·L－1的稀硫酸中，固体全部溶解
并产生气体。待反应完全后，向所得溶液中加入NaOH溶液，生成沉淀的物质的量与加入
NaOH溶液体积的关系如图所示。则下列说法正确的是( )
A．当加入氢氧化钠溶液的体积为20mL时，溶液的pH等于7
B．当加入氢氧化钠溶液的体积为20mL时，溶液中的溶质只有硫酸镁和硫酸铝
C．NaOH溶液的物质的量浓度为5mol·L－1
D．生成的H 在标准状况下的体积为10.08L
2
【答案】CD
【解析】从图像可以看出加入的NaOH溶液先将过量的HSO 中和，此时溶液中的溶
2 4
质为MgSO 、Al (SO ) 和NaSO ，但是此时因Al3＋、Mg2＋水解使溶液呈酸性，A、B项错
4 2 4 3 2 4误；当加入NaOH溶液的体积为200mL时，此时溶质只有NaSO ，根据元素守恒，可得
2 4
n(NaOH)＝2n(H SO )，c(NaOH)×0.2L＝2×2.0mol·L－1×0.25L，则c(NaOH)＝5mol·L－1，C项
2 4
正确；用于生成氢气的硫酸的物质的量为 0.18L×5mol·L－1÷2＝0.45mol，即H 的物质的
2
量，标况下氢气的体积为0.45mol×22.4L·mol－1＝10.08L，D项正确。
14.将3 mol·L－1 NaOH溶液滴入到25 mL一定浓度的AlCl 溶液中。下图是整个过程
3
的数学分析曲线。其中横轴表示加入OH－的物质的量，纵轴表示产生的Al(OH) 沉淀的物
3
质的量。据图回答：
(1)OA 曲 线 表 示 的 离 子 反 应 是 ：
________________________________________________；
由此可得A点时加入氢氧化钠溶液的体积为___________________。
(2)AB 曲 线 表 示 的 离 子 反 应 为
_________________________________________________，
由此可得B点的坐标为________________。
(3)由上述分析，可求得AlCl 溶液中Al3＋的浓度为________ mol·L－1。
3
(4)当x＝0.035时，铝元素在体系中的存在形式为____________________，其物质的量
为______________________。
【答案】(1)Al3＋＋3OH－===Al(OH) ↓ 10 mL
3
(2)Al(OH) ＋OH－===Al(OH)) ]- (0.04,0)
3 4
(3)0.4
(4)Al(OH) 、Al(OH)) ]- Al(OH) ：0.005 mol、Al(OH)) ]-：0.005 mol
3 4 3 4
【解析】(1)OA曲线表示的离子反应是：Al3＋＋3OH－===Al(OH) ↓。A点生成的氢氧
3
化铝是0.01 mol，则A点消耗的n(NaOH)＝0.03 mol，加入NaOH溶液的体积为0.03 mol÷3
mol·L－1＝0.01 L＝10 mL。
(2)AB 曲线表示 Al(OH) 溶于 NaOH：Al(OH) ＋OH－===Al(OH)) ]-。溶解 0.01 mol
3 3 4
Al(OH) 消耗 NaOH 0.01 mol，由于之前已经消耗了 0.03 mol NaOH，则 B 点的坐标为
3
(0.04,0)。
(3)根据铝原子守恒可知n(AlCl )＝0.01 mol，则c(AlCl )＝0.01 mol÷0.025 L＝0.4 mol·L
3 3
－1，即Al3＋的浓度为0.4 mol·L－1。
(4)当x＝0.035时，加入NaOH物质的量大于0.03 mol(A点)小于0.04 mol(B点)，铝元
素在体系中的存在形式为Al(OH) 和AlO。加入0.03 mol NaOH时AlCl 完全沉淀生成0.01
3 3
mol Al(OH) 沉淀，x＝0.035时，溶解Al(OH) 消耗的NaOH为0.035 mol－0.03 mol＝0.005
3 3
mol，0.005 mol NaOH 溶解 0.005 mol Al(OH) 同时生成 0.005 mol Al(OH)) ]-，剩余的
3 4
Al(OH) 为0.01 mol－0.005 mol＝0.005 mol。
3直击高考
15.某溶液中可能含有H+、NH +、Mg2+、Al3+、Fe3+、CO2-、SO 2-、NO -中的几种。①
4 3 4 3
若加入锌粒，产生无色无味的气体；②若加入NaOH溶液，产生白色沉淀，且产生的沉淀
量与加入NaOH的物质的量之间的关系如下图所示。则下列说法正确的是（ ）
A．溶液中的阳离子只有
B．溶液中一定不含CO2-，可能含有SO 2-和NO -
3 4 3
C．溶液中n(NH +)=0.2mol
4
D．n(H+):n(Al3+):n(Mg2+)=1:1:1
【答案】C
【解析】①若加入锌粒，产生无色无味的气体，此气体为H，则含有H+，不含有
2
NO -、CO2-；②若加入NaOH溶液，产生白色沉淀，说明不含有Fe3＋，且产生的沉淀量与
3 3
加入NaOH的物质的量之间的关系如图所示，坐标图中，0-0.1为OH-与H+反应，
n(OH-)=0.1mol，则与OH-反应的H+物质的量n(H＋)=0.1mol；0.1-0.5为OH-与Mg2+、Al3+反
应，与OH-反应的Al(OH) 物质的量为0.1mol，则与Al3+反应的OH-为0.3mol，从而求出与
3
Mg2+反应的OH-为0.1mol，n(Mg2+)=0.05mol，0.5-0.7为NH +与OH-的反应，0.7-0.8为
4
Al(OH) 与OH-的反应，故原溶液含有H+、NH +、Mg2＋、Al3＋，溶液中的阴离子只能为
3 4
SO 2-。A．根据分析，溶液中的阳离子有H＋、Mg2＋、Al3＋、NH +，A错误；B．根据分
4 4
析，溶液中一定不含NO -、CO2-，B错误；C．根据分析，溶液中
3 3
n(NH +)=0.7mol-0.5mol=0.2 mol，C正确；D．n(H＋)∶n(Al3＋)∶n(Mg2＋)=0.1∶0.1∶0.05=2∶2∶1，D
4
错误；故选C。
16．氮化铝(AlN)是一种新型无机非金属材料。为了分析某AlN样品(样品中的杂质不
与氢氧化钠溶液反应)中AlN的含量，某实验小组设计了如下两种实验方案。
已知：AlN＋NaOH＋HO===NaAlO＋NH ↑
2 2 3
方案1 取一定量的样品，用以下装置测定样品中AlN的纯度(夹持装置已略去)。(1)上图装置C中球形干燥管的作用是________________________________________。
(2)完成以下实验步骤：组装好实验装置，首先________，再加入实验药品。接下来的
实验操作是____________，打开分液漏斗活塞，加入NaOH浓溶液，至不再产生气体。打
开 K ，通入氮气一段时间，测定装置 C 反应前后的质量变化。通入氮气的目的是
1
___________
_______________________________________________________________________________
。
(3)若去掉装置B，则导致测定结果________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。由
于 上 述 装 置 还 存 在 缺 陷 ， 导 致 测 定 结 果 偏 高 ， 请 提 出 改 进 意 见 ：
_______________________________。
方案2 按以下步骤测定样品中AlN的纯度：
(4)步骤②生成沉淀的离子方程式为____________________________________________
_______________________________________________________________________________
。
(5)步骤③的操作是______________。AlN的纯度是____________(用含m 、m 的代数
1 2
式表示)。
【答案】(1)防止倒吸
(2)检查装置的气密性 关闭K，打开K 把装置中残留的氨气全部赶入装置C
1 2
(3)偏高 在装置C的出口处连接一个干燥装置
(4)CO ＋[Al(OH) ]-===HCO＋Al(OH) ↓
2 4 3
(5)过滤、洗涤 %
【解析】(2)实验步骤如下：组装好实验装置，首先检查装置的气密性，再加入实验药
品；接下来的实验操作是关闭K，打开K，并打开分液漏斗活塞，加入NaOH浓溶液，至
1 2
不再产生气体；打开K ，通入氮气一段时间，测定装置C反应前后的质量变化。由于反应
1
中产生的氨气会残留在装置中，因此通入氮气的目的是把装置中残留的氨气全部赶入装置
C。
(3)生成的氨气中含有水蒸气，若去掉装置B，则装置C的质量增加，导致测定结果偏
高。由于空气中含有的水蒸气也会进入装置 C，导致测定结果偏高，因此改进的措施是在
装置C的出口处连接一个干燥装置。(4)滤液中含有偏铝酸钠，则步骤②生成沉淀的离子方程式为CO＋Na[Al(OH) ]==HCO
2 4
＋Al(OH) ↓。
3
(5)m g固体的成分是氧化铝，根据铝原子守恒可知AlN的纯度是×100%＝%。
2
