元素及其化合物的知识是高中化学的重要组成部分,是化学理论的核心载体,而金属及其化合物知识因在必修和选修模块的分散性、在生产生活中广泛的应用性、性质的多样性而成为命题的热点。铝位于元素周期表中第三周期 第ⅢA族,在地壳中的含量排在第三位,金属的第一位,铝及其化合物是元素化合物中金属部分的一个重要内容,是高中化学学习和复习的重点内容之一,其中Al的性质、Al2O3、Al(OH)3的两性尤为突出,Al3+、AlO2-、Al(OH)3之间的转化等知识点,常在离子共存、离子方程式、物质鉴别、制取、推断、计算等问题中考查。铝元素是中学化学要学习的重要金属元素,所以理解掌握铝元素及其化合物的相关性质尤为重要。
铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅居第三位,是地壳中含量最丰富的金属元素,自然界中的铝全部以化合态存在。。金属铝为银白色有光泽金属,密度2.702克/立方厘米,熔点为660.37℃,沸点为2467℃,具有良好的导热性、导电性和延展性,纯铝较软。铝是非常活泼的金属,极易与氧气反应,其化学方程式是4Al+3O2===2Al2O3,但生活中许多铝制品却很耐腐蚀,这是因为常温下铝在空气中极易与氧气反应,表面生成致密的氧化铝薄膜,能阻止氧气等与铝进一步反应,因而铝具有很强的抗腐蚀性。常温下浓H2SO4、浓HNO3能使铝钝化(在表面形成一层致密的氧化膜),阻止反应继续进行,因而可用铝制容器保存浓H2SO4和浓HNO3。铝既能与盐酸反应又能与氢氧化钠溶液反应,铝与盐酸反应的化学方程式是 2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑,反应中Al是还原剂,HCl是氧化剂,铝跟氢氧化钠溶液的反应是分步进行的,总反应化学方程式是2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑,反应中Al是还原剂,H2O是氧化剂。等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,消耗HCl和NaOH的物质的量之比为3∶1,等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生H2的体积比为1∶1,足量的铝分别与等物质的量浓度、等体积的盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生H2的体积比为1∶3。
【例1】铝镁合金已成为飞机制造、化工生产等行业的重要材料。某研究性学习小组的同学,为测定某含镁3%~5%的铝镁合金(不含其他元素)中镁的质量分数,设计下列实验方案进行探究,填写下列空白。
[实验方案] 将铝镁合金与足量稀硫酸溶液反应,测定生成气体在通常状况下(约20 ℃,1.01×105 Pa)的体积。
[问题讨论]
(1)同学们拟选用下列实验装置完成实验:
①你认为最简易的装置其连接顺序是A接( )( )接( )( )接( )( )。(填接口字母,可不填满)
②实验开始时,先打开分液漏斗上口的玻璃塞,再轻轻打开其活塞,一会儿后稀硫酸也不能顺利滴入锥形瓶,原因是____________________________________。
(2)仔细分析实验装置后,同学们经讨论认为以下两点会引起较大误差:稀硫酸滴入锥形瓶中,即使不生成氢气,也会将瓶内空气排出,使所测氢气体积偏大;实验结束时,连接广口瓶和量筒的导管中有少量水存在,使所测氢气体积偏小。于是他们设计了如图所示的实验装置。(碱式滴定管上的刻度数值上小下大)
①装置中导管a的作用是___________________________________________________。
②实验前后碱式滴定管中液面读数分别为V1 mL、V2 mL。则产生氢气的体积为________mL。