(浙江選考)2020版高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第3講 元素化學(xué) 考點(diǎn)13 鋁的重要化合物學(xué)案.docx
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考點(diǎn)13 鋁的重要化合物 知識(shí)條目 必考要求 加試要求 1.兩性氧化物、兩性氫氧化物的概念,Al2O3,Al(OH)3的重要性質(zhì),鋁及其重要化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系 c 2.明礬的組成及凈水作用 b 一、鋁的重要化合物 1.氧化鋁 ①物理性質(zhì):白色固體,硬度高,熔、沸點(diǎn)高,可用于制作耐火材料。 ②化學(xué)性質(zhì) ⅰ.兩性氧化物:既可與酸反應(yīng)又可與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物。 ⅱ.Al2O3是兩性氧化物。既能溶于強(qiáng)酸溶液又能溶于強(qiáng)堿溶液。 分別寫出Al2O3與硫酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)的離子方程式。 Al2O3+H2SO4:Al2O3+6H+===2Al3++3H2O; Al2O3+NaOH:Al2O3+2OH-===2AlO+H2O。 ⅲ.應(yīng)用:①工業(yè)煉鋁;②制耐火材料;③剛玉的主要成分為α氧化鋁,優(yōu)質(zhì)剛玉(紅寶石、藍(lán)寶石等)可作裝飾品。 2.氫氧化鋁 ①化學(xué)性質(zhì) ⅰ.兩性氫氧化物:既可與酸反應(yīng)又可與堿反應(yīng)生成鹽和水的氫氧化物。 Al(OH)3的電離方程式為: Al(OH)3+H2SO4∶化學(xué)方程式2Al(OH)3+3H2SO4===Al2(SO4)3+6H2O, 離子方程式Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O; Al(OH)3+NaOH:化學(xué)方程式Al(OH)3+NaOH===NaAlO2+2H2O, 離子方程式Al(OH)3+OH-===AlO+2H2O。 ⅱ.受熱分解2Al(OH)3Al2O3+3H2O。 ②制備 ⅰ.鋁鹽制備氫氧化鋁,一般用過(guò)量的弱堿——氨水,不用強(qiáng)堿,寫出離子方程式并說(shuō)明為什么。 Al3++3NH3H2O===Al(OH)3↓+3NH,過(guò)量的強(qiáng)堿會(huì)溶解生成的氫氧化鋁。 ⅱ.偏鋁酸鹽制備氫氧化鋁,一般采取通入足量的CO2,不用強(qiáng)酸,寫出離子方程式并說(shuō)明為什么。 AlO+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO,過(guò)量的強(qiáng)酸會(huì)溶解生成的氫氧化鋁。 3.硫酸鋁鉀 ⅰ.寫出硫酸鋁鉀溶于水時(shí)的電離方程式KAl(SO4)212H2O===K++Al3++2SO+12H2O。 ⅱ.明礬的化學(xué)式為KAl(SO4)212H2O,明礬做凈水劑的原因是Al3++3H2O===Al(OH)3(膠體)+3H+,生成膠狀的氫氧化鋁Al(OH)3,該物質(zhì)具有吸附性。 二、鋁及其重要化合物之間的相互轉(zhuǎn)化 三、氫氧化鋁沉淀的圖像分析及相關(guān)計(jì)算 1.圖像分析 ①單獨(dú)鋁元素沉淀圖 操作 向一定量的AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液至過(guò)量 向一定量的NaAlO2溶液中逐滴加入稀鹽酸溶液至過(guò)量 向一定量的NaOH溶液中逐滴加入AlCl3溶液至過(guò)量 現(xiàn)象 立即產(chǎn)生白色沉淀→漸多→最多→減少→消失 立即產(chǎn)生白色沉淀→漸多→最多→減少→消失 無(wú)沉淀→出現(xiàn)沉淀→漸多→最多→沉淀不消失 圖像 離子 方程式 Al3++3OH-===Al(OH)3↓ Al(OH)3+OH-===AlO+2H2O AlO+H++H2O===Al(OH)3↓ Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O Al3++4OH-===AlO+2H2O Al3++3AlO+6H2O===4Al(OH)3↓ 操作 向一定量的鹽酸溶液中逐滴加入NaAlO2溶液至過(guò)量 向一定量的AlCl3溶液中逐滴加氨水溶液至過(guò)量 向一定量的NaAlO2溶液中緩慢通入CO2至過(guò)量 現(xiàn)象 無(wú)沉淀→出現(xiàn)沉淀→漸多→最多→沉淀不消失 立即產(chǎn)生白色沉淀→漸多→最多→沉淀不消失 立即產(chǎn)生白色沉淀→漸多→最多→沉淀不消失 圖像 離子 方程式 AlO+4H+===Al3++2H2O Al3++3AlO+6H2O===4Al(OH)3 Al3++3NH3H2O===Al(OH)3↓+3NH Al(OH)3與NH3H2O不反應(yīng) 2AlO+CO2+3H2O===2Al(OH)3↓+CO CO+CO2+H2O===2HCO Al(OH)3與CO2+H2O不反應(yīng) ②鎂鋁元素沉淀圖 操作 向含Mg2+和Al3+的酸性溶液中逐滴加入強(qiáng)堿溶液 c(Mg2+)=c(Al3+) 向含Mg2+和Al3+的酸性溶液中逐滴加入強(qiáng)堿溶液2c(Mg2+)=c(Al3+) 現(xiàn)象 無(wú)明顯現(xiàn)象→出現(xiàn)沉淀→漸多→最多→減少→不變 無(wú)明顯現(xiàn)象→出現(xiàn)沉淀→漸多→最多→減少→不變 圖像 離子 方程式 H++OH-===H2O Al3++3OH-===Al(OH)3↓、Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓ Al(OH)3+OH-===AlO+2H2O H++OH-===H2O Al3++3OH-===Al(OH)3↓、Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓ Al(OH)3+OH-===AlO+2H2O 2.相關(guān)計(jì)算 ①根據(jù)AlCl3和NaOH的量計(jì)算生成的Al(OH)3量 例如:將100mL1mol/L的AlCl3溶液和100 mL 3.5 mol/L的NaOH溶液混合,生成Al(OH)30.05mol。 解答:n(Al3+)=0.1mol,n(OH-)=0.35mol, n(OH-)/n(Al3+)=3.5∶1,此時(shí)鋁元素以Al(OH)3和AlO存在,n[Al(OH)3]=4n(Al3+)-n(OH-)=0.05mol ②根據(jù)AlCl3和Al(OH)3的量計(jì)算需要的NaOH的量 NaOH n(NaOH) 當(dāng)NaOH不足時(shí) n(NaOH)=3n[Al(OH)3] 當(dāng)NaOH過(guò)量時(shí) n(NaOH)=3n(Al3+)+{n(Al3+)-n[Al(OH)3]}=4n(Al3+)-n[Al(OH)3] 例如:在100mL1mol/L的AlCl3溶液中加入0.15或0.35molNaOH,生成Al(OH)30.05mol。 解答:①當(dāng)NaOH不足時(shí),此時(shí)鋁元素以Al(OH)3和Al3+形式存在, n(NaOH)=3n[Al(OH)3]=0.15mol ②當(dāng)NaOH過(guò)量時(shí),此時(shí)鋁元素以Al(OH)3和AlO形式存在, n(NaOH)=4n(Al3+)-n[Al(OH)3]=0.35mol ③根據(jù)NaAlO2和HCl的量計(jì)算生成的Al(OH)3量 例如:將100mL1mol/L的NaAlO2溶液和100 mL 2.5 mol/L的鹽酸混合,生成Al(OH)30.05mol。 解答:n(H+)=0.25mol,n(AlO)=0.1mol,n(H+)/n(AlO)=2.5∶1,鋁元素以Al3+和Al(OH)3形式存在, n[Al(OH)3]=1/3[4n(AlO)-n(H+)]=0.05mol ④根據(jù)NaAlO2和Al(OH)3的量計(jì)算需要的HCl的量 HCl n(HCl) 當(dāng)HCl不足時(shí) n(HCl)=n[Al(OH)3] 當(dāng)HCl過(guò)量時(shí) n(HCl)=n(AlO)+3{n(AlO)-n[Al(OH)3]}=4n(AlO)-3n[Al(OH)3] 例如:在100mL1mol/L的NaAlO2溶液中加入0.05或0.25molHCl,生成Al(OH)30.05mol。 解答:①當(dāng)HCl不足時(shí),此時(shí)鋁元素以Al(OH)3和AlO形式存在, n(HCl)=n[Al(OH)3]=0.05mol ②當(dāng)HCl過(guò)量時(shí),此時(shí)鋁元素以Al(OH)3和Al3+形式存在, n(HCl)=4n(AlO)-3n[Al(OH)3]=0.25mol 四、應(yīng)用 1.制取Al(OH)3∶A13++3NH3H2O===Al(OH)3↓+3NH、AlO+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO。 2.離子共存問(wèn)題: Al3+與OH-、S2-、HS-、AlO、CO、HCO因發(fā)生雙水解反應(yīng)或生成沉淀而不能大量共存;AlO與H+、NH、Al3+、Fe3+等不能大量共存。 3.鑒別(利用滴加順序不同,現(xiàn)象不同) ①AlCl3溶液中滴加NaOH溶液現(xiàn)象:先產(chǎn)生白色沉淀,后沉淀溶解。 ②NaOH溶液中滴加AlCl3溶液現(xiàn)象:開(kāi)始無(wú)明顯現(xiàn)象,后產(chǎn)生白色沉淀,沉淀不溶解。 4.分離提純 ①利用Al能溶于強(qiáng)堿溶液,分離Al與其他不溶于強(qiáng)堿的金屬混合物。 ②利用Al2O3能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng),分離Al2O3與其他不溶于強(qiáng)堿的金屬氧化物。 ③利用Al(OH)3能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng),分離Al3+與其他金屬陽(yáng)離子。 5.明礬的凈水作用:明礬是一種復(fù)鹽(由兩種或兩種以上陽(yáng)離子和一種陰離子組成的鹽),化學(xué)式為KAl(SO4)212H2O,是一種常見(jiàn)的凈水劑。主要原理為:Al3++3H2O===Al(OH)3(膠體)+3H+,其中氫氧化鋁膠體具有很強(qiáng)的吸附能力,它能凝聚水中的懸浮物并使之沉降,從而達(dá)到凈水的目的。 【例1】 向30mL1molL-1的AlCl3溶液中逐漸加入濃度為4molL-1的NaOH溶液,若產(chǎn)生0.78g白色沉淀,則加入的NaOH溶液的體積可能為( ) A.3mLB.7.5mLC.15mLD.17.5mL 【解析】 n(Al3+)=0.03mol,n[Al(OH)3]=0.01mol,根據(jù)元素守恒可知,還有0.02mol的Al元素以Al3+或AlO形式存在。若0.02mol的Al元素是以Al3+形式存在,說(shuō)明NaOH不足,n(NaOH)=3n[Al(OH)3]=0.03mol,V(NaOH)=7.5mL;若0.02mol的Al元素是以AlO形式存在,說(shuō)明NaOH過(guò)量,n(NaOH)=3n[Al(OH)3]+4n(AlO)=0.11mol,V(NaOH)=27.5mL。 【答案】 B 【提煉】 向AlCl3溶液中逐漸加入NaOH溶液,先后發(fā)生Al3++3OH-===Al(OH)3↓,Al(OH)3+OH-===AlO+H2O,根據(jù)Al3+的物質(zhì)的量計(jì)算最大沉淀量,若實(shí)際沉淀量等于最大沉淀量,按照第一個(gè)方程式計(jì)算NaOH的用量;若實(shí)際沉淀量小于最大沉淀量,有兩種情況,若是NaOH不足,按照第一個(gè)方程式計(jì)算;若是沉淀部分溶解,就要先求出產(chǎn)生最大沉淀量的NaOH的用量,再根據(jù)沉淀差值用第二個(gè)方程式計(jì)算NaOH用量,將兩部分NaOH相加即總使用量。 【例2】 甲、乙兩燒杯中分別裝有相同體積、相同pH的氨水和NaOH溶液,各加入10mL0.1molL-1AlCl3溶液,兩燒杯中都有沉淀生成。下列判斷正確的是( ) A.甲中沉淀一定比乙中的多B.甲中沉淀可能比乙中的多 C.甲中沉淀一定比乙中的少D.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中甲中的現(xiàn)象始終保持一致 【解析】 一水合氨是弱電解質(zhì)、NaOH是強(qiáng)電解質(zhì),所以相同pH的氨水和NaOH溶液:c(NH3H2O)>c(NaOH)。相同體積、相同pH的氨水和NaOH溶液:n(NH3H2O)>n(NaOH),二者和氯化鋁反應(yīng)都生成氫氧化鋁沉淀,但氫氧化鋁能溶于強(qiáng)堿NaOH,不溶于弱堿氨水。氫氧化鋁不溶于氨水,甲中發(fā)生:Al3++3NH3H2O===Al(OH)3↓+3NH,由于氫氧化鋁能溶于強(qiáng)堿NaOH,乙中開(kāi)始發(fā)生反應(yīng):Al3++3OH-===Al(OH)3↓,若NaOH過(guò)量:Al(OH)3+OH-===AlO+2H2O。 如果加入的AlCl3恰好與NaOH反應(yīng)生成Al(OH)3,由于參加反應(yīng)的AlCl3的物質(zhì)的量相等,所以生成沉淀質(zhì)量相等; 如果加入的AlCl3與NaOH反應(yīng)生成Al(OH)3,后氯化鋁還有剩余,則剩余部分氯化鋁與氨水會(huì)繼續(xù)反應(yīng)生成沉淀,則氨水中產(chǎn)生的沉淀較多; 如果加入AlCl3與NaOH反應(yīng)生成NaAlO2、Al(OH)3,則氨水中產(chǎn)生沉淀較多,由上述分析可知,甲中沉淀大于或等于乙中沉淀。 【答案】 B 【提煉】 本題主要考查的是強(qiáng)、弱電解質(zhì)的區(qū)別及Al3+在強(qiáng)堿性、弱堿性條件下存在形式的差異。 【例3】 向物質(zhì)的量濃度均為1mol/L的AlCl3和鹽酸的混合溶液中逐滴滴入NaOH溶液,如圖[n表示Al(OH)3的物質(zhì)的量、V表示NaOH溶液的體積],能正確表示這個(gè)反應(yīng)過(guò)程的是( ) 【解析】 根據(jù)題意,原溶液中有AlCl3和鹽酸,逐滴滴入NaOH溶液的過(guò)程中,氫氧化鈉先和鹽酸發(fā)生酸堿中和反應(yīng),等鹽酸全部被中和后,再與AlCl3反應(yīng),根據(jù)Al3++3OH-===Al(OH)3↓,Al(OH)3↓+OH-===AlO+2H2O可知,一份Al3+恰好完全沉淀需要三份NaOH,溶解一份Al(OH)3沉淀需要一份NaOH。 【答案】 D 【例4】 下列曲線圖(縱坐標(biāo)為沉淀的量,橫坐標(biāo)為加入物質(zhì)的量)與對(duì)應(yīng)的選項(xiàng)相符合的是( ) A.①為向1L濃度均為0.1molL-1的Ba(OH)2、NaAlO2混合溶液中加入0.1molL-1的稀H2SO4 B.②為向1L濃度分別為0.1molL-1和0.3molL-1的AlCl3、NH4Cl的混合溶液中加入0.1molL-1的稀NaOH溶液 C.③為向燒堿溶液中滴加明礬溶液 D.④為向AlCl3溶液中滴加過(guò)量氨水 【解析】 A項(xiàng),Ba(OH)2和NaAlO2中加入稀H2SO4,發(fā)生的反應(yīng)依次為Ba2++2OH-+2H++SO===BaSO4↓+2H2O、AlO+H++H2O===Al(OH)3↓、Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O,所以加1L稀H2SO4時(shí),Ba(OH)2反應(yīng)完,再加0.5L稀H2SO4時(shí)AlO參加反應(yīng),再加1.5L稀H2SO4時(shí),Al(OH)3全部溶解,正確;B項(xiàng),向1L濃度分別為0.1molL-1和0.3molL-1的AlCl3、NH4Cl的混合溶液中加入0.1molL-1的NaOH溶液,發(fā)生的反應(yīng)依次是Al3++3OH-===Al(OH)3↓、OH-+NH===NH3H2O、Al(OH)3+OH-===AlO+2H2O,所以沉淀Al3+和溶解Al(OH)3所用NaOH的量之比為3∶1,而圖像上看到的是1∶1,錯(cuò)誤;C項(xiàng),向燒堿溶液中滴加明礬溶液,發(fā)生的反應(yīng)依次是Al3++4OH-===AlO+2H2O、Al3++3AlO+6H2O===4Al(OH)3↓,錯(cuò)誤;D項(xiàng),向AlCl3溶液中滴加過(guò)量氨水,沉淀不會(huì)溶解,錯(cuò)誤。 【答案】 A 【提煉】 1.關(guān)于圖像題的答題技巧 (1)看面:理解橫、縱坐標(biāo)的含義。比如例3中橫坐標(biāo)表示NaOH溶液的體積,縱坐標(biāo)表示Al(OH)3的物質(zhì)的量。 (2)看線:理解線的變化趨勢(shì),每一條線都代表著一定的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。比如A選項(xiàng),可理解為有三個(gè)化學(xué)反應(yīng)。 (3)看點(diǎn):理解曲線上拐點(diǎn)的含義,如與坐標(biāo)軸的交點(diǎn),曲線的交點(diǎn),折點(diǎn)、最高點(diǎn)與最低點(diǎn)等。曲線的拐點(diǎn)代表著一個(gè)反應(yīng)過(guò)程的結(jié)束和開(kāi)始。比如D選項(xiàng),最高點(diǎn)代表鋁離子沉淀剛好結(jié)束,氫氧化鋁的溶解開(kāi)始。 2.關(guān)于Al(OH)3圖像問(wèn)題的分析要點(diǎn): (1)轉(zhuǎn)化過(guò)程中要遵循化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由于生成Al(OH)3沉淀與溶解Al(OH)3沉淀所用的NaOH溶液的體積比為3∶1,例3中的C和D符合反應(yīng)計(jì)量數(shù),選項(xiàng)A和B均不符合。 (2)看清橫縱坐標(biāo)的含義,對(duì)圖像進(jìn)行全面分析。 (3)分析圖像時(shí)不僅要注意加入的酸或堿的強(qiáng)弱,還要注意加入的量和滴加的順序,因?yàn)榈渭拥捻樞虿煌赡墚a(chǎn)生的現(xiàn)象不同。比如例3是在AlCl3和鹽酸的混合溶液中逐滴滴入NaOH溶液。 (4)對(duì)于一些復(fù)雜的問(wèn)題可先分解后組合,進(jìn)行圖像的疊加工作;只有抓住一些關(guān)鍵點(diǎn)(最高點(diǎn)、最低點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)等)和變化趨勢(shì),才能順利地解決圖像問(wèn)題。 【例5】 煙氣脫硫能有效減少二氧化硫的排放。實(shí)驗(yàn)室用粉煤灰(主要含Al2O3、SiO2等)制備堿式硫酸鋁[Al2(SO4)x(OH)6-2x]溶液,并用于煙氣脫硫研究。 (1)酸浸時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________________________________________________; 濾渣Ⅰ的主要成分為_(kāi)_______(填化學(xué)式)。 (2)加CaCO3調(diào)節(jié)溶液的pH至3.6,其目的是中和溶液中的酸,并使Al2(SO4)3轉(zhuǎn)化為Al2(SO4)x(OH)6-2x。濾渣Ⅱ的主要成分為_(kāi)_______(填化學(xué)式);若溶液的pH偏高,將會(huì)導(dǎo)致溶液中鋁元素的含量降低,其原因是________________________________________________________________________(用離子方程式表示)。 (3)上述流程中經(jīng)完全熱分解放出的SO2量總是小于吸收的SO2量,其主要原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________; 與吸收SO2前的溶液相比,熱分解后循環(huán)利用的溶液的pH將________(填“增大”“減小”或“不變”)。 【解析】 (1)粉煤灰的主要成分為Al2O3和SiO2,Al2O3能與酸反應(yīng),SiO2不能,所以化學(xué)方程式為:Al2O3+3H2SO4===Al2(SO4)3+3H2O,濾渣Ⅰ的主要成分為SiO2;(2)加碳酸鈣粉末主要是為了中和多余的硫酸,所以濾渣Ⅱ的主要成分可是CaSO4;若溶液的pH偏高,鋁離子水解呈酸性,鋁元素會(huì)轉(zhuǎn)化為Al(OH)3,方程式為3CaCO3+2Al3++3SO+3H2O===2Al(OH)3+3CaSO4+3CO2↑;(3)溶液吸收二氧化硫生成SO,在溶液中SO易被氧化生成SO,所以上述流程中經(jīng)完全熱分解放出的SO2量總是小于吸收的SO2量;溶液中SO屬于弱酸根離子被氧氣氧化轉(zhuǎn)化為SO,SO為強(qiáng)酸根離子,則溶液酸性增強(qiáng),pH減小。 【答案】 (1)Al2O3+3H2SO4===Al2(SO4)3+3H2O SiO2 (2)CaSO4 3CaCO3+2Al3++3SO+3H2O===2Al(OH)3+3CaSO4+3CO2↑ (3)溶液中的部分SO被氧化成SO 減小 【提煉】 這是以鋁為背景,考查了物質(zhì)的制備原理,主要知識(shí)點(diǎn)涉及鋁化合物的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)、物質(zhì)分離及提純的方法和基本操作。解題關(guān)鍵:①明確試劑的性質(zhì)以及用途;②分析每一步發(fā)生的反應(yīng);③分析每一步反應(yīng)完后得到的物質(zhì)有哪些(包括過(guò)量的試劑);④分析每個(gè)分離操作的目的。- 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