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專題16 鋁的重要化合物 【知識回放】 1．什么是酸性氧化物？舉例說明。 2．什么是堿性氧化物？舉例說明。 【答案】 1.只能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物為酸性氧化物。如CO2、SO3等。 2.只能與酸反應(yīng)生成鹽和水的氧化物為堿性氧化物。如Na2O、CuO等。 【新知精講】 一、氧化鋁 1.物理性質(zhì) 色態(tài) 溶解性 熔點(diǎn) 硬度 白色固體 難溶于水 很高 很大 2.化學(xué)性質(zhì) Al2O3是兩性氧化物,與酸或強(qiáng)堿溶液都能反應(yīng)生成鹽和水。 (1)與強(qiáng)酸反應(yīng)的離子方程式: Al2O3+6H+===2Al3++3H2O。 (2)與強(qiáng)堿反應(yīng)的離子方程式: Al2O3+2OH-===2 AlO2-+H2O。 3.用途 (1)冶煉金屬鋁的原料; (2)良好的耐火材料。 二、氫氧化鋁 1.物理性質(zhì)和用途 難溶于水的白色固體,在溶液中形成白色膠狀沉淀。Al(OH)3能凝聚水中的懸浮物,又能吸附色素,可以用作凈水劑。 2.化學(xué)性質(zhì) 3.制備 (1)試劑:鋁鹽溶液和氨水。 (2)原理(離子方程式):Al3++3NH3H2O===Al(OH)3↓+3 NH4+。 三、硫酸鋁鉀[KAl(SO4)2] 1.電離方程式:KAl(SO4)2===K++Al3++2SO42-。 2.十二水合硫酸鋁鉀[KAl(SO4)212H2O]。俗名明礬,為無色晶體,可溶于水,在天然水中生成Al(OH)3膠體,可用作凈水劑。 【科學(xué)探究】 探究一Al3+、AlO2-與Al(OH)3之間的轉(zhuǎn)化 問題導(dǎo)引 Al3+、AlO2-與Al(OH)3之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系 1.若在可溶性鋁鹽溶液中逐滴滴入NaOH溶液至過量,可以觀察到什么實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?若將上述反應(yīng)分為兩個(gè)過程,試寫出反應(yīng)的離子方程式。 提示Al3+首先和OH-反應(yīng)生成Al(OH)3沉淀,隨著NaOH溶液的加入,Al(OH)3又和過量的NaOH溶液反 應(yīng),生成NaAlO2。故可觀察到先產(chǎn)生白色沉淀,然后 沉淀逐漸消失。反應(yīng)的離子方程式為Al3++3OH-===Al(OH)3↓, Al(OH)3+OH-=== AlO2-+2H2O。 2.若向NaAlO2溶液中逐滴滴入稀鹽酸至過量,能觀察到什么現(xiàn)象?請寫出對應(yīng)的離子方程式。 提示 當(dāng)向NaAlO2溶液中滴加稀鹽酸時(shí), AlO2-先與H+反應(yīng)生成Al(OH)3沉淀,當(dāng)溶液中的AlO2-完全轉(zhuǎn)化為Al(OH)3后,再滴加稀鹽酸時(shí),生成的Al(OH)3又與過量的鹽酸反應(yīng)生成AlCl3,故觀察到的現(xiàn)象為:溶液中先產(chǎn)生白色沉淀,然后沉淀消失,有關(guān)的離子方程式為AlO2-+H++H2O===Al(OH)3↓, Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O。 探究二 有關(guān)Al(OH)3沉淀的圖像分析及有關(guān)計(jì)算 問題導(dǎo)引 1.試畫出向AlCl3溶液中滴加氨水至過量的圖像。 提示向AlCl3溶液中滴加氨水至過量,發(fā)生Al3++3NH3H2O===Al(OH)3↓+3NH4+,Al(OH)3不溶于弱堿,故白色沉淀逐漸增加至不變,圖像為 2.試畫出向NaAlO2溶液中通入CO2至過量的圖像。 提示向NaAlO2溶液中通入CO2至過量,發(fā)生AlO2-+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO3-,Al(OH)3不溶于弱酸,故白色沉淀逐漸增加至不變,圖像為 【重點(diǎn)突破】 1.Al3+、AlO2-和Al(OH)3之間的相互轉(zhuǎn)化 (1)Al3+?Al(OH)3 ①可溶性鋁鹽與少量NaOH溶液反應(yīng): Al3++3OH-(少量) ===Al(OH)3↓ ②可溶性鋁鹽與氨水反應(yīng): Al3++3NH3H2OAl(OH)3↓+3NH4+ (2)Al(OH)3?Al3+ Al(OH)3溶于強(qiáng)酸溶液:Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O (3)Al3+? AlO2- 可溶性鋁鹽與過量的強(qiáng)堿反應(yīng): Al3++4OH-(過量) === AlO2-+2H2O (4) AlO2-?Al3+ 偏鋁酸鹽溶液與足量的鹽酸反應(yīng): AlO2-+4H+===Al3++2H2O (5) AlO2-?Al(OH)3 ①偏鋁酸鈉溶液中加入少量鹽酸: AlO2-+H+(少量)+H2O===Al(OH)3↓ ②偏鋁酸鈉溶液中通入CO2: 2 AlO2-+CO2(少量)+3H2O===2Al(OH)3↓+ CO32- AlO2-+CO2(過量)+2H2O===Al(OH)3↓+ HCO3- (6)Al(OH)3? AlO2- Al(OH) 3溶于強(qiáng)堿溶液: Al(OH)3+OH-=== AlO2-+2H2O 2.Al(OH)3制備時(shí)易錯(cuò)用的兩種試劑 (1)Al3+結(jié)合OH-可生成Al(OH)3,利用可溶性鋁鹽反應(yīng)制備Al(OH)3沉淀時(shí),應(yīng)該用弱堿NH3H2O,不能用強(qiáng)堿NaOH,因?yàn)镹H3H2O不和Al(OH)3反應(yīng),而強(qiáng)堿NaOH會和Al(OH)3反應(yīng)。 (2) AlO2-結(jié)合H+也可生成Al(OH)3:H++AlO2-+H2O===Al(OH)3↓。 利用偏鋁酸鈉溶液制備Al(OH)3沉淀時(shí),應(yīng)向偏鋁酸鈉溶液中通入足量CO2氣體, 發(fā)生如下反應(yīng):NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3;但不能用強(qiáng)酸與偏鋁酸鹽反應(yīng)制備Al(OH)3,因?yàn)锳l(OH)3能溶于強(qiáng)酸。 3有關(guān)Al(OH)3沉淀圖像的分析 (1)向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液至過量 生成Al(OH)3所需要的NaOH與溶解Al(OH)3所需要的NaOH的物質(zhì)的量之比為3∶1。 (2)向NaAlO2溶液中滴加鹽酸至過量 生成Al(OH)3所需要的HCl與溶解Al(OH)3所需要的HCl的物質(zhì)的量之比為1∶3。 (3)向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液至過量 4.可溶性鋁鹽與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)的有關(guān)計(jì)算 二者反應(yīng)時(shí)有關(guān)反應(yīng)的離子方程式為: (1)Al3++3OH-===Al(OH)3↓(生成沉淀) (2)Al(OH)3+OH-=== AlO2-+2H2O(沉淀溶解) (3)Al3++4OH-=== AlO2-+2H2O(生成沉淀,又恰好完全溶解) 分析以上三個(gè)反應(yīng)關(guān)系式,所得Al(OH)3沉淀的物質(zhì)的量與n(Al3+)、n(OH-)的關(guān)系式為 (1)當(dāng)≤3時(shí),所得沉淀的物質(zhì)的量為n[Al(OH)3]=1/3n(OH-); (2)當(dāng)≥4時(shí),所得沉淀的物質(zhì)的量為n[Al(OH)3]=0; (3)當(dāng)3<<4時(shí),所得沉淀的物質(zhì)的量為n[Al(OH)3]=n(Al3+)-[n(OH-)-3n(Al3+)]=4n(Al3+)-n(OH-)。 【典題探究】 典例1 以氧化鋁為原料制取氫氧化鋁,最好的方法是(　　) A.將氧化鋁溶于水 B.將氧化鋁先溶于鹽酸中,之后滴加氨水 C.將氧化鋁溶于鹽酸中,之后滴加氫氧化鈉溶液 D.將氧化鋁溶于氫氧化鉀 【答案】:B 變式訓(xùn)練1-1 下列關(guān)于Al(OH)3性質(zhì)的敘述中,錯(cuò)誤的是(　　) A.Al(OH)3是兩性氫氧化物 B.Al(OH)3是難溶于水的白色膠狀物質(zhì) C.Al(OH)3能凝聚水中的懸浮物,也能吸附色素 D.Al(OH)3既能溶于NaOH溶液、氨水,又能溶于鹽酸 【答案】:D 【解析】:Al(OH)3是兩性氫氧化物,既能溶于強(qiáng)酸溶液,又能溶于強(qiáng)堿溶液,與弱酸、弱堿不反應(yīng)。 變式訓(xùn)練1-2 鋁、氧化鋁、氫氧化鋁和可溶性鋁鹽與過量強(qiáng)堿溶液的反應(yīng),其生成物有一定的規(guī)律,下列說法中正確的是(　　) A.都有H2O生成 B.都有H2生成 C.都有AlO2-生成 D.都有Al3+生成 【答案】:C 【解析】:依據(jù)“鋁三角”中鋁及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系可知:四種物質(zhì)均能與過量強(qiáng)堿溶液反應(yīng),生成AlO2- (偏鋁酸鹽)。 變式訓(xùn)練1-3. 下列說法正確的是(　　) A.Al2O3難溶于水,不與水反應(yīng),所以它不是Al(OH)3對應(yīng)的氧化物 B.因?yàn)锳l2O3是金屬氧化物,所以它是堿性氧化物 C.Al2O3能與所有的酸堿溶液反應(yīng) D.Al2O3能與強(qiáng)的酸堿溶液反應(yīng) 【答案】:D 典例2 將NaOH溶液逐滴加入到用鹽酸酸化的AlCl3溶液中,若用y軸表示Al(OH)3沉淀的量,x軸表示NaOH溶液的體積,下列圖像正確的是(　　) 【答案】:D 【解析】:當(dāng)溶液中有H+、Al3+時(shí),加入的OH-先與H+反應(yīng),后與Al3+反應(yīng):H++OH-===H2O,Al3++3OH-===Al(OH)3↓,故開始加入NaOH溶液時(shí),無沉淀產(chǎn)生,隨著NaOH量的增加,沉淀的量也逐漸增加,當(dāng)NaOH溶液加入到一定量時(shí),沉淀量達(dá)到最大值,再加入NaOH溶液,沉淀開始溶解:Al(OH)3+OH-=== AlO2-+2H2O。形成沉淀與溶解沉淀所需NaOH溶液的體積比為3∶1。綜上所述,D項(xiàng)的圖像符合題意。 變式訓(xùn)練2-1 相同質(zhì)量的下列物質(zhì)分別與等濃度的NaOH溶液反應(yīng),至體系中均無固體物質(zhì),消耗堿量最多的是(　　) A.Al B.Al(OH)3 C.AlCl3 D.Al2O3 【答案】:A 變式訓(xùn)練2-2 A、B、C、D、E五種化合物,均含有某種常見元素,它們的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示,其中A為澄清溶液,C為難溶的白色固體,E則易溶于水,若取A溶液灼燒,焰色反應(yīng)為淺紫色(透過藍(lán)色鈷玻璃)。 請回答下列問題: (1)寫出化學(xué)式： A　　　　,B　　　　C,D　　,E　　。 (2)寫出下列反應(yīng)的離子方程式: AB:　 ; BD:　 ; CE:　 。 【答案】:(1)KAlO2　Al(OH)3　Al2O3　AlCl3　NaAlO2 (2) AlO2-+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+ HCO3- Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O Al2O3+2OH-===2 AlO2-+H2O 【解析】:以物質(zhì)B作為突破口,B既能與NaOH溶液反應(yīng),又能與鹽酸反應(yīng),且能受熱分解,B為Al(OH)3, C為Al2O3,則D為AlCl3, E為 NaAlO2,A與過量CO2反應(yīng)生成B,且焰色反應(yīng)為紫色,A為KAlO2。 變式訓(xùn)練2-3 向20 mL某濃度的AlCl3溶液中滴加2 molL-1的NaOH溶液時(shí),所得沉淀的質(zhì)量與加入NaOH溶液的體積之間的關(guān)系如圖所示: (1)寫出A→B反應(yīng)的化學(xué)方程式:　 。 (2)最大沉淀量為　　 g。 (3)V1=　　　　。 (4)所用AlCl3溶液的物質(zhì)的量濃度為　　　　。 (5)當(dāng)所得沉淀的質(zhì)量為0.39 g時(shí),用去NaOH溶液的體積是　　　　。 【答案】 (1)Al(OH)3+NaOH===NaAlO2+2H2O (2)0.78 (3)20 (4)0.5 molL-1 (5)7.5 mL或17.5 mL (3)A→B發(fā)生反應(yīng)②,消耗n(NaOH)=0.01mol,V[NaOH(aq)]=0.01mol2molL-1=0.005L=5mL,故V1=15+5=20。 (4)n(AlCl3)=n[Al(OH)3]=0.01mol,c(AlCl3)=0.01mol0.02L=0.5molL-1(5)當(dāng)沉淀的質(zhì)量為0.39g時(shí),有兩種可能,一是NaOH溶液不足,只生成0.39g沉淀;二是NaOH溶液過量,部分沉淀溶解后剩下0.39g沉淀。若NaOH溶液不足,則: Al3+　+　3OH-===Al(OH)3↓ 1mol 3mol 78g 0.015mol 0.39g V[NaOH(aq)]=0.015mol2molL-1=0.0075L=7.5mL; 若NaOH溶液過量,則: Al(OH)3+OH-=== AlO2-+2H2O 78g 1mol 0.39g 0.005mol V[NaOH(aq)]=15mL+=17.5mL。 方法技巧 有關(guān)Al(OH)3沉淀的圖像分析思路