（浙江選考）2020版高考化學大一輪復習 第3講 元素化學 考點13 鋁的重要化合物學案.docx

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考點13　鋁的重要化合物 知識條目 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，鋁及其重要化合物之間的轉化關系 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：白色固體，硬度高，熔、沸點高，可用于制作耐火材料。 ②化學性質 ⅰ.兩性氧化物：既可與酸反應又可與堿反應生成鹽和水的氧化物。 ⅱ.Al2O3是兩性氧化物。既能溶于強酸溶液又能溶于強堿溶液。 分別寫出Al2O3與硫酸和氫氧化鈉溶液反應的離子方程式。 Al2O3＋H2SO4：Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O； Al2O3＋NaOH：Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O。 ⅲ.應用：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)質剛玉(紅寶石、藍寶石等)可作裝飾品。 2．氫氧化鋁 ①化學性質 ⅰ.兩性氫氧化物：既可與酸反應又可與堿反應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，一般用過量的弱堿——氨水，不用強堿，寫出離子方程式并說明為什么。 Al3＋＋3NH3H2O===Al(OH)3↓＋3NH，過量的強堿會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，不用強酸，寫出離子方程式并說明為什么。 AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO，過量的強酸會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的電離方程式KAl(SO4)212H2O===K＋＋Al3＋＋2SO＋12H2O。 ⅱ.明礬的化學式為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，該物質具有吸附性。 二、鋁及其重要化合物之間的相互轉化 三、氫氧化鋁沉淀的圖像分析及相關計算 1．圖像分析 ①單獨鋁元素沉淀圖 操作 向一定量的AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液至過量 向一定量的NaAlO2溶液中逐滴加入稀鹽酸溶液至過量 向一定量的NaOH溶液中逐滴加入AlCl3溶液至過量 現(xiàn)象 立即產生白色沉淀→漸多→最多→減少→消失 立即產生白色沉淀→漸多→最多→減少→消失 無沉淀→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溶液至過量 向一定量的AlCl3溶液中逐滴加氨水溶液至過量 向一定量的NaAlO2溶液中緩慢通入CO2至過量 現(xiàn)象 無沉淀→出現(xiàn)沉淀→漸多→最多→沉淀不消失 立即產生白色沉淀→漸多→最多→沉淀不消失 立即產生白色沉淀→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 2AlO＋CO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO CO＋CO2＋H2O===2HCO Al(OH)3與CO2＋H2O不反應 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堿溶液 c(Mg2＋)＝c(Al3＋) 向含Mg2＋和Al3＋的酸性溶液中逐滴加入強堿溶液2c(Mg2＋)＝c(Al3＋) 現(xiàn)象 無明顯現(xiàn)象→出現(xiàn)沉淀→漸多→最多→減少→不變 無明顯現(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.相關計算 ①根據(jù)AlCl3和NaOH的量計算生成的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的量計算需要的NaOH的量 NaOH n(NaOH) 當NaOH不足時 n(NaOH)＝3n[Al(OH)3] 當NaOH過量時 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NaOH不足時，此時鋁元素以Al(OH)3和Al3＋形式存在， n(NaOH)＝3n[Al(OH)3]＝0.15mol ②當NaOH過量時，此時鋁元素以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的量計算需要的HCl的量 HCl n(HCl) 當HCl不足時 n(HCl)＝n[Al(OH)3] 當HCl過量時 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HCl不足時，此時鋁元素以Al(OH)3和AlO形式存在， n(HCl)＝n[Al(OH)3]＝0.05mol ②當HCl過量時，此時鋁元素以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．離子共存問題： Al3＋與OH－、S2－、HS－、AlO、CO、HCO因發(fā)生雙水解反應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：先產生白色沉淀，后沉淀溶解。 ②NaOH溶液中滴加AlCl3溶液現(xiàn)象：開始無明顯現(xiàn)象，后產生白色沉淀，沉淀不溶解。 4．分離提純 ①利用Al能溶于強堿溶液，分離Al與其他不溶于強堿的金屬混合物。 ②利用Al2O3能與強堿溶液反應，分離Al2O3與其他不溶于強堿的金屬氧化物。 ③利用Al(OH)3能與強堿溶液反應，分離Al3＋與其他金屬陽離子。 5．明礬的凈水作用：明礬是一種復鹽(由兩種或兩種以上陽離子和一種陰離子組成的鹽)，化學式為KAl(SO4)212H2O，是一種常見的凈水劑。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的吸附能力，它能凝聚水中的懸浮物并使之沉降，從而達到凈水的目的。 【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，說明NaOH過量，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＋的物質的量計算最大沉淀量，若實際沉淀量等于最大沉淀量，按照第一個方程式計算NaOH的用量；若實際沉淀量小于最大沉淀量，有兩種情況，若是NaOH不足，按照第一個方程式計算；若是沉淀部分溶解，就要先求出產生最大沉淀量的NaOH的用量，再根據(jù)沉淀差值用第二個方程式計算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．實驗過程中甲中的現(xiàn)象始終保持一致 【解析】　一水合氨是弱電解質、NaOH是強電解質，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)，二者和氯化鋁反應都生成氫氧化鋁沉淀，但氫氧化鋁能溶于強堿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堿NaOH，乙中開始發(fā)生反應：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，若NaOH過量：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。 如果加入的AlCl3恰好與NaOH反應生成Al(OH)3，由于參加反應的AlCl3的物質的量相等，所以生成沉淀質量相等； 如果加入的AlCl3與NaOH反應生成Al(OH)3，后氯化鋁還有剩余，則剩余部分氯化鋁與氨水會繼續(xù)反應生成沉淀，則氨水中產生的沉淀較多； 如果加入AlCl3與NaOH反應生成NaAlO2、Al(OH)3，則氨水中產生沉淀較多，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、弱電解質的區(qū)別及Al3＋在強堿性、弱堿性條件下存在形式的差異。 【例3】　向物質的量濃度均為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的物質的量、V表示NaOH溶液的體積]，能正確表示這個反應過程的是(　　) 【解析】　根據(jù)題意，原溶液中有AlCl3和鹽酸，逐滴滴入NaOH溶液的過程中，氫氧化鈉先和鹽酸發(fā)生酸堿中和反應，等鹽酸全部被中和后，再與AlCl3反應，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(縱坐標為沉淀的量，橫坐標為加入物質的量)與對應的選項相符合的是(　　) 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溶液中滴加過量氨水 【解析】　A項，Ba(OH)2和NaAlO2中加入稀H2SO4，發(fā)生的反應依次為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，Ba(OH)2反應完，再加0.5L稀H2SO4時AlO參加反應，再加1.5L稀H2SO4時，Al(OH)3全部溶解，正確；B項，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，錯誤；C項，向燒堿溶液中滴加明礬溶液，發(fā)生的反應依次是Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O、Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓，錯誤；D項，向AlCl3溶液中滴加過量氨水，沉淀不會溶解，錯誤。 【答案】　A 【提煉】　1.關于圖像題的答題技巧 (1)看面：理解橫、縱坐標的含義。比如例3中橫坐標表示NaOH溶液的體積，縱坐標表示Al(OH)3的物質的量。 (2)看線：理解線的變化趨勢，每一條線都代表著一定的化學反應過程。比如A選項，可理解為有三個化學反應。 (3)看點：理解曲線上拐點的含義，如與坐標軸的交點，曲線的交點，折點、最高點與最低點等。曲線的拐點代表著一個反應過程的結束和開始。比如D選項，最高點代表鋁離子沉淀剛好結束，氫氧化鋁的溶解開始。 2．關于Al(OH)3圖像問題的分析要點： (1)轉化過程中要遵循化學方程式中的化學計量數(shù)的對應關系。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符合反應計量數(shù)，選項A和B均不符合。 (2)看清橫縱坐標的含義，對圖像進行全面分析。 (3)分析圖像時不僅要注意加入的酸或堿的強弱，還要注意加入的量和滴加的順序，因為滴加的順序不同可能產生的現(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)對于一些復雜的問題可先分解后組合，進行圖像的疊加工作；只有抓住一些關鍵點(最高點、最低點、轉折點等)和變化趨勢，才能順利地解決圖像問題。 【例5】　煙氣脫硫能有效減少二氧化硫的排放。實驗室用粉煤灰(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)酸浸時反應的化學方程式為________________________________________________________________________； 濾渣Ⅰ的主要成分為________(填化學式)。 (2)加CaCO3調節(jié)溶液的pH至3.6，其目的是中和溶液中的酸，并使Al2(SO4)3轉化為Al2(SO4)x(OH)6－2x。濾渣Ⅱ的主要成分為________(填化學式)；若溶液的pH偏高，將會導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，SiO2不能，所以化學方程式為：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，鋁元素會轉化為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化為SO，SO為強酸根離子，則溶液酸性增強，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，考查了物質的制備原理，主要知識點涉及鋁化合物的相關知識點、物質分離及提純的方法和基本操作。解題關鍵：①明確試劑的性質以及用途；②分析每一步發(fā)生的反應；③分析每一步反應完后得到的物質有哪些(包括過量的試劑)；④分析每個分離操作的目的。