第7講：鋁及其化合物
【內(nèi)容與解析】
本節(jié)要復(fù)習(xí)的內(nèi)容是鋁作為金屬的通性以及它的兩個(gè)特性，Al2O3、Al（OH）3的兩性與Al（OH）3分解的性質(zhì)。鋁的通性就是指的是鋁能與非金屬單質(zhì)、酸、鹽溶液反應(yīng)。鋁的特性中是鋁能與NaOH反應(yīng)以及鋁能與比它穩(wěn)定的金屬氧化物發(fā)生鋁熱反應(yīng)。Al2O3、Al（OH）3的兩性就是指這兩種物質(zhì)能與酸堿反應(yīng)生成鹽與水。Al（OH）3的熱穩(wěn)定差。加熱時(shí)能分解。
【教學(xué)目標(biāo)與解析】
1．教學(xué)目標(biāo)
（1）.Al2O3、Al(OH)3的兩性及Al3＋、Al(OH)3、AlO－2間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。
（2）．結(jié)合Al(OH)3的制備實(shí)驗(yàn)、計(jì)算及在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用進(jìn)行綜合考查。
2．目標(biāo)解析
（1）.Al2O3、Al(OH)3的兩性及Al3＋、Al(OH)3、AlO－2間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。就是指Al2O3、Al(OH)3既能與酸也能與堿反應(yīng)生成鹽與水，再一個(gè)就是氫氧化鋁在加熱的時(shí)候會(huì)分解。
（2）．結(jié)合Al(OH)3的制備實(shí)驗(yàn)、計(jì)算及在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用進(jìn)行綜合考查。就是指
Al3＋＋3NH3•H2O===Al(OH)3↓＋3NH＋4 AlO－2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO－3
【問(wèn)題診斷分析】
本節(jié)的復(fù)習(xí)學(xué)習(xí)是高中知識(shí)的重要組成部分，本節(jié)中難在鋁的兩性上，再就是鋁熱反應(yīng)與鎂鋁合金的計(jì)算問(wèn)題。其重點(diǎn)是化學(xué)方程式與離子方程式的書寫。
【復(fù)習(xí)過(guò)程】
一、鋁的性質(zhì)和用途
金屬鋁呈銀白色，硬度小，密度小，熔點(diǎn)較高，和鎂類似，鋁的主要用途是制造鋁合金，鋁優(yōu)良的導(dǎo)電性和密度小，使鋁大量用制作導(dǎo)線。
鋁元素位于元素周期表的第三周期第ⅢA族，化學(xué)性質(zhì)比較活潑，在反應(yīng)中多被氧化為Al3＋，如：
鋁可以在純氧中燃燒：4Al＋3O2=====點(diǎn)燃2Al2O3；鋁與鹽酸反應(yīng)：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑；
鋁溶于NaOH溶液的反應(yīng)：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑；
用鎂條引燃鋁粉和Fe2O3的混合物：2Al＋Fe2O3=====高溫2Fe＋Al2O3，這一反應(yīng)也被稱作鋁熱反應(yīng)。
二、鋁的重要化合物
1．氧化鋁
氧化鋁屬于離子化合物，室溫下，它是一種白色固體，熔點(diǎn)很高。氧化鋁是冶煉鋁的原料，也是一種較好的耐火材料。
氧化鋁屬于典型的兩性氧化物，與酸、強(qiáng)堿都能反應(yīng)，請(qǐng)寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式：
氧化鋁溶于鹽酸：Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O。
氧化鋁與燒堿溶液反應(yīng)：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O。
電解熔融的氧化鋁：2Al2O3=====電解4Al＋3O2↑。
2．氫氧化鋁
可溶性鋁鹽和氨水反應(yīng)可制得Al(OH)3，它是一種難溶于水的白色膠狀物質(zhì)，具有較強(qiáng)的吸附能力。Al(OH)3受熱易分解，是一種典型的兩性氫氧化物。Al3＋＋3OH－??Al(OH)3??H＋＋AlO－2＋H2O；
Al(OH)3與鹽酸反應(yīng)：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O；
Al(OH)3與NaOH溶液反應(yīng)：Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2O；
Al(OH)3受熱分解的化學(xué)方程式：2Al(OH)3=====△Al2O3＋3H2O。
3．明礬：Al(SO4)2•12H2O
明礬易 溶于水，完全電離：Al(SO4)2===＋＋Al3＋＋2SO2－4，其水溶液因Al3＋水解而顯酸性。
三、Al3＋、Al(OH)3、AlO－2間的轉(zhuǎn)化關(guān)系
據(jù)下圖寫出下列轉(zhuǎn)化的離子方程式：
(1)Al3＋?→Al(OH)3 ①Al3＋＋3NH3•H2O===Al(OH)3↓＋3NH＋4；
②Al3＋＋3AlO－2＋6H2O===4Al(OH)3↓； ③Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓。
(2)Al(OH)3?→Al3＋ Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。
(3)Al3＋?→AlO－2 Al3＋＋4OH－===AlO－2＋2H2O。
(4)AlO－2?→Al3＋ AlO－2＋4H＋===Al3＋＋2H2O。
(5)AlO－2?→Al(OH)3
①NaAlO2溶液中通少量CO2：2AlO－2＋CO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO2－3。
NaAlO2溶液中通入足量CO2：AlO－2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO－3
②3AlO－2＋Al3＋＋6H2O===4Al(OH)3↓；③AlO－2＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓。
(6)Al(OH)3?→AlO－2
Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2O。
網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建
鋁及其重要化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系
熱點(diǎn)1鋁的性質(zhì)
1.位置和結(jié)構(gòu)
在元素周期表中的第三周期、ⅢA族，原子結(jié)構(gòu)示意圖為：
2．化學(xué)性質(zhì)
(1)跟非金屬反應(yīng)
常溫下被O2氧化，生成致密氧化物保護(hù)膜。在純氧或高溫下劇烈燃燒，發(fā)出白光。
4Al＋3O2 2Al2O3 2Al＋3S Al2S3(制備Al2S3的方法)
(2)跟水反應(yīng)困難
(3)跟酸反應(yīng)：常溫下在濃H2SO4、濃HNO3中發(fā)生鈍化。與非氧化性酸反應(yīng)產(chǎn)生H2，
如2Al＋6HCl===2Al Cl3＋3H2↑。
(4)跟強(qiáng)堿溶液反應(yīng)：
可簡(jiǎn)寫為：2Al＋2 NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。
(5)跟某些氧化物反應(yīng)——鋁熱反應(yīng)
2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3
此反應(yīng)放出大量的熱，用于冶煉高熔點(diǎn)的金屬或焊接金屬。
3．鋁與酸或堿反應(yīng)生成H2的量的關(guān)系
鋁分別與鹽酸、氫氧化鈉溶液反應(yīng)的原理：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
(1)等量鋁分別與足量鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣的體積比：VHClH2VNaOHH2＝1：1。
(2)足量的鋁分別與等物質(zhì)的量的鹽酸和氫氧化鈉反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣的體積比為：VHClH2VNaOHH2＝1：3。
(3)一定量的鋁分別和一定量的鹽酸和氫氧化鈉反應(yīng)若產(chǎn)生氫氣的體積比為13<VHClH2VNaOHH2<11，則必定是：
①鋁與鹽酸反應(yīng)時(shí)，鋁過(guò)量而鹽酸不足。 ②鋁與氫氧化鈉反應(yīng)時(shí)，鋁不足而氫氧化鈉過(guò)量。
【例1】 將5.4 g Al投入200.0 mL 2.0 mol/L的某溶液中有氫氣產(chǎn)生，充分反應(yīng)后有金屬剩余，該溶液可能為( )
A．HNO3溶液 B．Ba(OH)2溶液 C．H2SO4溶液 D．HCl溶液
[解析] n(溶質(zhì))＝0.2 L×2.0 mol/L＝0.4 mol。設(shè)酸為n元酸，若充分反應(yīng)，有H2放出后金屬有剩余，則
5.4 g27 g/mol×3>0.4 mol•n 解得n<1.5，即n＝1。由于Al與HNO3作用不放出H2，故若為酸，則為鹽酸；若為堿，則由2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO－2＋3H2↑知，0.4 mol OH－需0.4 mol Al，Al不可能剩余。
綜上分析，正確答案為D。
變式1 甲、乙兩燒杯中各盛有100 mL 3 mol•L－1的鹽酸和氫氧化鈉溶液，向兩燒杯中分別加入等質(zhì)量的鋁粉，反應(yīng)結(jié)束后測(cè)得生成的氣體體積比為1：2，則加入鋁粉的質(zhì)量為( )
A．5.4 g B．3.6 g C．2.7 g D．1.6 g
解析：根據(jù)鋁與鹽酸和鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式判斷。若在含等物質(zhì)的量的HCl和NaOH溶液中加入足量的鋁粉，則產(chǎn)生的氫氣體積比為1：3；若在含足量的HCl和NaOH溶液中分別加入等量的鋁粉，則產(chǎn)生的氫氣體積比為1：1。而題中實(shí)際為1：2，說(shuō)明鋁粉的量相對(duì)鹽酸是過(guò)量的，而對(duì)NaOH是不足的。與前者反應(yīng)的鋁粉是2.7 g，而與后者反應(yīng)的鋁粉應(yīng)為5.4 g，故選A。
熱點(diǎn)2鋁的重要化合物
1.氧化鋁(典型的兩性氧化物)
(1)物理性質(zhì)：白色難溶固體，可做耐火材料。
(2)化學(xué)性質(zhì)：
Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O Al2O3＋2OH－===2AlO－2＋H2O
2．氫氧化鋁(典型的兩性氫氧化物)
(1)物理性質(zhì)：不溶于水的白色膠狀物質(zhì)，Al(OH)3膠體能凝聚水中懸浮物，吸附色素。
(2)化學(xué)性質(zhì)：
A l(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2O 2Al(OH)3 =====△ Al2O3＋3H2O
(3)制備：
因Al2O3不能與水化合，故不能用Al2O3直接制取Al(OH)3
①用鋁鹽(Al3＋)制取Al(OH)3
加入氨水至沉淀完全，一般不用NaOH等強(qiáng)堿。Al3＋＋3NH3•H2O===Al(OH)3↓＋3NH＋4
②用鋁屑、燒堿、稀H2SO4制取Al(OH)3
法一：Al Al3＋ Al(OH)3； 法二： Al AlO－2 Al(OH)3；
每制取1 mol Al(OH)3，方法一耗H＋和OH－各3 mol；方法二耗H＋和OH－各1 mol；方法三耗H＋和OH－各3/4 mol。故方法三最節(jié)省原料。
3．硫酸鋁鉀
(1)硫酸鋁鉀由兩種不同的金屬離子和一種酸根離子組成，電離時(shí)能產(chǎn)生兩種陽(yáng)離子。
(2)明礬可作凈水劑 。
(3)硫酸鋁鉀具有Al3＋、SO2－4的性質(zhì)。
4．“鋁三角”及其應(yīng)用
(1)“鋁三角”是指Al3＋、Al(OH)3、AlO－2相互轉(zhuǎn)化的三角關(guān)系(右圖所示)。
(2)應(yīng)用
①制取Al(OH)3
Al3＋＋3NH3•H2O===Al(OH)3↓＋3NH＋4 AlO－2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO－3
Al3＋＋3AlO－2＋6H2O===4Al(OH)3↓
②離子共存問(wèn)題
a．與Al3＋不能大量共存的離子有OH－、S2－、AlO－2、HCO－3、ClO－、CO2－3等。
例如：Al3＋＋3ClO－＋3H2O===Al(OH)3↓＋3HClO Al3＋＋3HCO－3===Al(OH)3↓＋3CO2↑。
b．與AlO－2不能大量共存的離子有H＋、NH＋4、Al3＋、Fe3＋、HCO－3、HSO－3等。
例如：AlO－2＋NH＋4＋H2O===Al(OH)3↓＋NH3↑ 3AlO－2＋Fe3＋＋6H2O===3Al(OH)3↓＋Fe(OH)3↓
AlO－2＋HCO－3＋H2O===Al(OH)3↓＋CO2－3。
【例2】 將氯化鋁溶液和氫氧化鈉溶液等體積混合，得到的沉淀物中含鋁元素的質(zhì)量與溶液中含鋁元素的質(zhì)量相等，則原氯化鋁溶液與氫氧化鈉溶液的物質(zhì)的量濃度之比可能是( )
①1:3�、�2:3�、�1:4�、�2:7
A．①② B．①③ C．②③ D．②④
[解析] 沉淀物可以肯定是Al(OH)3，而溶液中的鋁元素可能有兩種存在形式。
(1)若AlCl3過(guò)量，而NaOH的量不足，溶液中的鋁元素應(yīng)是以Al3＋形 式存在。
AlCl3＋3NaOH===Al(OH)3↓＋3NaCl
1 mol 3 mol 1 mol
依據(jù)題意知溶液中還有1 mol AlCl3，c(AlCl3):c(NaOH)＝(1＋1):3＝2:3。
(2)若AlCl3量不足，NaOH過(guò)量時(shí)，溶液中的鋁元素以AlO－2形式存在。
AlCl3～3NaOH～Al(OH)3
1 mol 3 mol 1 mol
依題意溶解了0.5 mol Al(OH)3，設(shè)此時(shí)又消耗了NaOH的物質(zhì)的量為n(NaOH)，
Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O
1 1
0．5 mol n(N aOH)
n(NaOH)＝0.5 mol， c(AlCl3):c( NaOH)＝1:(3＋0.5)＝2:7。
[答案] D
變式2 鋁是一種重要的金屬。
(1)鋁在元素周期表中的位置是________。
(2)生產(chǎn)中曾用鋁熱反應(yīng)焊接鋼軌，鋁與氧化鐵發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_________________________。(3)鋁與NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式為：__________________________；
同溫同壓下，在濃度和體積均為100 mL 2 mol/L的鹽酸及NaOH溶液中各加入等質(zhì)量的Al，產(chǎn)生氣體的體積比為5:6，則所加Al的質(zhì)量為_(kāi)_______。
(4)以上述所得AlCl3溶液為原料制取無(wú)水AlCl3，先制得AlCl3•6H2O晶體，主要操作包括____________________________，在干燥的HCl氣流中加熱AlCl3•6H2O晶體，能進(jìn)一步制取無(wú)水AlCl3，其原因是(結(jié)合離子方程式簡(jiǎn)要說(shuō)明)____________________________________________________________
解析：(3)2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，由上述兩個(gè)方程式可以看出，當(dāng)鹽酸與NaOH的物質(zhì)的量相同時(shí)，產(chǎn)生H2的體積為1:3，現(xiàn)為5:6>1:3，故加入的Al相對(duì)鹽酸過(guò)量，對(duì)NaOH不足。0.2 mol的HCl需Al的質(zhì)量為13×27 g/mol×0.2 mol＝1.8 g，對(duì)應(yīng)5份H2，當(dāng)H2為6份時(shí)，鋁的質(zhì)量為65×1.8 g＝2.16 g即為所求。
答案：(1)第3周期ⅢA族(2)2Al＋Fe2O3 Al2O3＋2Fe(3)2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO－2＋3H2↑ 2.16 g
(4)加熱濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾 Al3＋＋3H2O??Al(OH)3＋3H＋，在干燥的HCl氣流中，抑制AlCl3的水解，且?guī)ё逜lCl3•6H2O晶體受熱產(chǎn)生的水蒸氣，故能得到AlCl3
熱點(diǎn)3有關(guān)氫氧化鋁沉淀的計(jì)算
1.鋁鹽與強(qiáng)堿的反應(yīng)(以AlCl3與NaOH的反應(yīng)為例)
向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液時(shí)，發(fā)生的反應(yīng)依次為：
Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓ Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2O
生成的Al(OH)3與加入的NaOH的物質(zhì)的量關(guān)系可用圖象表示為
(1)根據(jù)AlCl3和NaOH的物質(zhì)的量計(jì)算生成的Al(OH)3的物質(zhì)的量，結(jié)合反應(yīng)的化學(xué)方程式及圖象可知：
①當(dāng)n(OH－):n(Al3＋)≤3時(shí)， n[Al(OH)3]＝13n(OH－)。
②當(dāng)3<n(OH－):n(Al3＋)<4時(shí)，
n[Al(OH)3]＝n(Al3＋)－[n(OH－)－3n(Al3＋)]＝4n(Al3＋)－n(OH－)。
③當(dāng)n(OH－)?n(Al3＋)≥4時(shí)，n[Al(OH)3]＝0。
(2)根據(jù)Al(OH)3和AlCl3的物質(zhì)的量，計(jì)算需要的NaOH的物質(zhì)的量。
由圖象可以看出，AlCl3和生成的Al(OH)3為一定值時(shí)，加入的NaOH有兩種情況：
①當(dāng)NaOH不足時(shí)，n(NaOH)＝3n[Al(OH)3]。②當(dāng)NaOH過(guò)量時(shí)，
n(NaOH)＝3n(Al3＋)＋{n(Al3＋)－n[Al(OH)3]}＝4n(Al3＋)－n[Al(OH)3]。
2．偏鋁酸鹽與強(qiáng)酸的反應(yīng)(以NaAlO2和鹽酸的反應(yīng)為例)
向NaAlO2溶液中滴加稀鹽酸時(shí)，發(fā)生的反應(yīng)依次為：
AlO－2＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓ Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
生成的Al(OH)3與加入的鹽酸的物質(zhì)的量的關(guān)系可用圖象表示為：
(1)根據(jù)NaAlO2和HCl的物質(zhì)的量計(jì)算生成Al(OH)3的量
結(jié)合反應(yīng)的化學(xué)方程式及圖象可知：
①當(dāng)n(H＋):n(AlO－2)≤1 時(shí)，n[Al(OH)3]＝n(H＋)。
②當(dāng)1<n(H＋)?n(AlO－2)<4時(shí)，n[Al(OH)3]＝n(AlO－2)－13[n(H＋)－n(AlO－2)]＝13[4n(AlO－2)－n(H＋)]。
③當(dāng)n(H＋):n(AlO－2)≥4時(shí)，n[Al(OH)3]＝0。
(2)根據(jù)Al(OH)3和NaAlO2的物質(zhì)的量計(jì)算需要的HCl的物質(zhì)的量
由圖象可以看出，NaAlO2和生成的Al(OH)3為一定值時(shí)，加入的鹽酸有兩種情況：
①當(dāng)鹽酸不足時(shí)，n(HCl)＝n[Al(OH)3]。
②當(dāng)鹽酸過(guò)量時(shí)，n(HCl)＝n(AlO－2)＋3{n(AlO－2)－n[Al(OH)3]}＝4n(AlO－2)－3n[Al(OH)3]。
【例3】 在50 mL b mol/L的AlCl3溶液中加入50 mL a mol/L NaOH溶液。
(1)當(dāng)a≤3b時(shí)，生成Al(OH)3沉淀的物質(zhì)的量為_(kāi)_______。
(2)當(dāng)a、b滿足________條時(shí)，無(wú)沉淀產(chǎn)生。
(3)當(dāng)a、b滿足________條時(shí)，先有沉淀生成，后又有部分沉淀溶解，此時(shí)Al(OH)3的質(zhì)量為_(kāi)_______。
[解析] (1)依題意知，在AlCl3溶液中加入NaOH溶液有如下兩反應(yīng)發(fā)生：AlCl3＋3NaOH===Al(OH)3↓＋3NaCl①AlCl3＋4NaOH===NaAlO2＋3NaCl＋2H2O②根據(jù)以上兩反應(yīng)可以看出：當(dāng)a≤3b時(shí)只發(fā)生第一個(gè)反應(yīng)，此時(shí)NaOH不足量，產(chǎn)生沉淀的量取決于NaOH，n[Al(OH)3]＝13n(NaOH)＝0.05 a3 mol。(2)如果無(wú)沉淀生成，Al元素全部以AlO－2形式存在，n(AlCl3):n(NaOH)≤1:4，即 a:b≥4:1，整理得a≥4b。(3)此種情況應(yīng)當(dāng)是兩個(gè)反應(yīng)均發(fā)生，鋁元素以Al(OH)3和AlO－2兩種形式存在。符合關(guān)系：14<nAlCl3nNaOH<13，即：14<ba<13，
整理得：3b<a<4b或a4<b<a3。求沉淀的量方法很多。
法一：聯(lián)立方程法。設(shè)反應(yīng)①中，AlCl3物質(zhì)的量為x，則Al(OH)3為x，NaOH為3x，
反應(yīng)②中AlCl3物質(zhì)的量為y，NaOH為4y，
x＋y＝0.05b mol，3x＋4y＝0.05a mol.
解得x＝(0.2b－0.05a) mol＝0.05(4b－a) mol。m[Al(OH)3]＝78 g/mol×0.05(4b－a) mol＝3.9(4b－a) g。
法二：守恒法。此種條下，溶液中的離子有：Na＋、Cl－、AlO－2。n(AlO－2)＝n(Na＋)－n(Cl－)＝0.05a mol－0.05×3b mol n[Al(OH)3]＝n(Al3＋)總－n(AlO－2)＝0.05b mol－(0.05a mol－0.15b mol)＝(0.2b－0.05a) mol＝0.05(4b－a) mol。m[Al(OH)3]＝78 g/mol×0.05(4b－a) mol＝3.9(4b－a) g。
[答案] (1)0.05a3 mol (2)a≥4b (3)a4<b<a3或3b<a<4b 3.9(4b－a) g
變式3 現(xiàn)有甲、乙兩瓶無(wú)色溶液，已知它們可能是AlCl3溶液和NaOH溶液�，F(xiàn)做如下實(shí)驗(yàn)：
①取440mL甲溶液與120mL乙溶液反應(yīng)，產(chǎn)生1.56g沉淀；
②取120mL甲溶液與440mL乙溶液反應(yīng)，也產(chǎn)生1.56g沉淀；
③取120mL甲溶液與400mL乙溶液反應(yīng)，則產(chǎn)生3.12g沉淀；
通過(guò)必要的計(jì)算和推理判定：
(1)甲溶液為_(kāi)_______溶液，其物質(zhì)的量濃度是________mol•L－1；
乙溶液為_(kāi)_______溶液，其物質(zhì)的量濃度是________mo l•L－1。
(2)寫出實(shí)驗(yàn)③的有關(guān)離子方程式：__________________________________________________________
解析：由②③兩步實(shí)驗(yàn)操作可知，甲溶液應(yīng)為AlCl3溶液，乙溶液為NaOH溶液，由①步操作所給量值可求出NaOH溶液物質(zhì)的量濃度：
1.56g78g•mol－1×3÷0.12L＝0.5mol•L－1，再由②中所給數(shù)據(jù)，(依據(jù)鋁原子守恒)求AlCl3。
設(shè)AlCl3溶液物質(zhì)的量濃度為x，0．12x＝1.56g78g•mol－1＋(0.44L×0.5mol•L－1－3×0.12x)則x＝0.5mol•L－1。
答案：(1)AlCl3 0.5 NaOH 0.5 (2)Al3＋＋ 3OH－===Al(OH)3↓ Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2O
有關(guān)氫氧化鋁沉淀的圖象
1．在可溶性鋁鹽中逐滴加入NaOH溶液至過(guò)量。
現(xiàn)象：立即產(chǎn)生白色沉淀→漸多→最多→漸少→消失
Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓ Al(OH3)＋OH－===AlO－2＋2H2O 總反應(yīng)：Al3＋＋4OH－===A lO－2＋2H2O
2．在偏鋁酸鹽溶液中逐滴加入稀鹽酸至過(guò)量。
現(xiàn)象：立即產(chǎn)生白色沉淀→漸多→最多→漸少→消失
AlO－2＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓ Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O 總反應(yīng)：A lO－2＋4H＋===Al3＋＋2H2O
3．在強(qiáng)堿溶液中逐滴加入鋁鹽溶液至過(guò)量。
現(xiàn)象：無(wú)明顯現(xiàn)象(局部產(chǎn)生白色沉淀，振蕩消失)→產(chǎn)生白色沉淀→漸多→最多(不消失)
Al3＋＋4OH－===AlO－2＋2H2O Al3＋＋3AlO－2＋6H2O===4Al(OH)3↓
4．在強(qiáng)酸溶液中逐滴加入偏鋁酸鹽溶液至過(guò)量。
現(xiàn)象：無(wú)明顯現(xiàn)象(局部產(chǎn)生白色沉淀，振蕩消失)→產(chǎn)生白色沉淀→漸多→最多(不消失)
AlO－2＋4H＋===Al3＋＋2H2O Al3＋＋3AlO－2＋6H2O===4Al(OH)3↓
5．向g2＋與Al3＋的酸性溶液中逐滴加入強(qiáng)堿溶液
現(xiàn)象：無(wú)明顯現(xiàn)象→出現(xiàn)沉淀→漸多→最多→減少→不變
H＋＋OH－===H2O Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
g2＋＋2OH－===g(OH)2↓ Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2O
結(jié)論：(1)實(shí)驗(yàn)不宜用Al3＋和強(qiáng)堿溶液、AlO－2和強(qiáng)酸溶液反應(yīng)制備Al(OH) 3，宜用Al3＋和NH3•H2O或?qū)O2氣體通入AlO－2溶液中制備Al(OH)3。(2)Al3＋只存在于酸性溶液中，AlO－2只存在于堿性溶液中，所以Al3＋和AlO－2不能共存于同一溶液中。(3)Al(OH)3只能溶于強(qiáng)酸 或強(qiáng)堿溶液，不能溶于弱酸或弱堿溶液。
特別提醒：(1)解圖象試題應(yīng)注意分析“四點(diǎn)”：“起點(diǎn)”、“折點(diǎn) ”、“極點(diǎn)”、“終點(diǎn)”，利用原理引路，圖結(jié)合，對(duì)號(hào)入座。(2)當(dāng)Al3＋與g2＋或Cu2＋或Fe3＋混合在一起，加入過(guò)量的NaOH溶液時(shí)，生成的沉淀先增大，后減小，但不能減小為0。
【考例】 有一鎂鋁合金，用適量稀硫酸完全溶解，再加入氫氧化鈉溶液，析出沉淀的質(zhì)量與加入氫氧化鈉的體積關(guān)系如圖所示，原合金中鎂鋁的質(zhì)量比為( )
A．4:3 B．4:9 C．8:9 D．20:27
[解析] 假定V(NaOH)單位為L(zhǎng)，濃度為1 mol/L，則使g2＋、Al3＋沉淀需要NaOH 4 mol，將Al(OH)3溶解需要NaOH 1 mol，由方程式：NaOH＋Al(OH)3===NaAlO2＋2H2O，可知有1 mol Al(OH)3，即1 mol Al3＋，Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，使Al3＋沉淀 用去NaOH 3 mol，使g2＋沉淀用去NaOH 1 mol，由g2＋＋2OH－===g(OH)2↓知，含有g(shù)2＋ 0.5 mol，即g、Al的物質(zhì)的量分別為0.5 mol、1 mol，鎂、鋁的質(zhì)量比為(24 g/mol×0.5 mol)?(27 g/mol×1 mol)＝4:9，答案為B。
[答案] B
變式 將一定質(zhì)量的g和Al的混合物投入500mL稀硫酸中，固體全部溶解并產(chǎn)生氣體。待反應(yīng)完全后，向所得溶液中加入NaOH溶液，生成沉淀的物質(zhì)的量與加入NaOH溶液的體積關(guān)系如圖所示。則下列說(shuō)法正確的是 ( )
A．g和Al的總質(zhì)量為8 g B．硫酸的物質(zhì)的量濃度為5 mol/L
C．生成的H2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11.2 L D．NaOH溶液的物質(zhì)的量濃度為5 mol/L
解析：由圖象可知，沉淀g(OH)2為0.15 mol，Al(OH)3為(0.35－0.1 5)＝0.20 mol，則鎂和鋁的總質(zhì)量＝0.15 mol×24 g/mol＋0.20 mol×27 g/mol＝9 g，故A項(xiàng)不正確；由反應(yīng)關(guān)系得：
Al(OH)3～NaOH～NaAlO2
1 mol 1 mol
0.20 mol c(NaOH)×(0.24L－0.20 L)求得c(NaOH)＝5 mol/L，即D選項(xiàng)符合題意。
答案：D
備選習(xí)題
1.下列有關(guān)金屬鋁及其化合物的敘述正確的是( )
A．鋁在常溫下不能與氧氣反應(yīng) B．鋁不能與氯氣反應(yīng)
C．鋁既能溶于酸，又 能溶于堿 D．氧化鋁只能與酸反應(yīng)，不能與堿反應(yīng)
解析：鋁為活潑金屬，常溫下能與O2反應(yīng)生成致密的氧化層；加熱條下與Cl2劇烈反應(yīng)；Al、Al2O3既能與酸又能與堿反應(yīng)。
2.
用一張已除去表面氧化膜的鋁箔緊緊包裹在試管外壁(如圖)，將試管浸入硝酸汞溶液中，片刻取出，然后置于空氣中，不久鋁箔表面生出“白毛”，紅墨水柱 右端上升。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象判斷下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A．實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的反應(yīng)都是 B．鋁是一種較活潑的金屬
C．鋁與氧氣反應(yīng)放出大量的熱量 D．鋁片上生成的白毛是氧化鋁和氧化汞的混合物
解析：本題中涉及的反應(yīng)有：2Al＋3Hg(NO3)2===2Al(NO3)3＋3Hg,4Al＋3O2===2Al2O3，兩個(gè)反應(yīng)均為 ；由題中所述現(xiàn)象“紅墨水柱右端上升”，可推知試管中氣體體積受熱膨脹，意味著鋁與氧氣反應(yīng)是放熱反應(yīng)。鋁片上生成的“白毛”是氧化鋁。
3．現(xiàn)有Al、Cl2、Al2O3、HCl(aq)、Al(OH)3、NaOH(aq)六種物質(zhì)，它們之間有如圖所示轉(zhuǎn)化關(guān)系，圖中每條線兩端的物質(zhì)之間都可以發(fā)生反應(yīng)，下列推斷不合理的是( )
A．N一定是HCl(aq) B．X可能為Al或Cl2
C．Y一定為NaOH(aq) D．Q、Z中的一種必定為Al2O3
解析：在Al、Cl2、Al2O3、HCl(aq)、Al(OH)3、NaOH(aq)中，只有NaOH(aq)能與Al、Cl2、Al2O3、HCl(aq)、Al(OH)3五種物質(zhì)反應(yīng)，對(duì)照轉(zhuǎn)化關(guān)系，可知Y為NaOH(aq)。只有HCl(aq)能與Al、Al2O3、Al(OH)3、NaOH(aq)四種物質(zhì)反應(yīng)，對(duì)照?qǐng)D示轉(zhuǎn)化關(guān)系可知N為HCl(aq)，故選項(xiàng)A、C正確。選項(xiàng)B，若X為Al，Al能與Cl2、HCl(aq)、NaOH(aq)三種物質(zhì)反應(yīng)，而圖示給出的是與兩種物質(zhì)反應(yīng)，所以X不可能有是Al，但可能是Cl2。選項(xiàng)D，Al2O3既能與HCl(aq)反應(yīng)，也能與NaOH(aq)反應(yīng)，故Q、Z中的一種必定為Al2O3。
4．將物質(zhì)X逐漸加入到Y(jié)溶液中，生成沉淀的物質(zhì)的量n2與所加X(jué)的物質(zhì)的量n1的關(guān)系如圖所示，符合圖所示情況的是( )
ABCD
XNaOH[:Zxxk]AlCl3HClNaAlO2
YAlCl3NaO HNaAlO2HCl
解析：從圖中看出所加物質(zhì)X能使沉淀[Al(OH)3]完全溶解，排除選項(xiàng)B、D，其中得到沉淀和溶解沉淀消耗X的物質(zhì)的量之比為1:3。根據(jù)：AlO－2＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓，Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。
5．將g、Cu組成的2.64 g混合物投入適量稀硝酸中，固體完全溶解時(shí)收集到的還原產(chǎn)物NO氣體0.896 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，向反應(yīng)后溶液中加入2 mol/L NaOH溶液60 mL時(shí)金屬離子恰好沉淀完全。則形成沉淀質(zhì)量及硝酸物質(zhì)的量分別為( )
A．4.32 g 0.02 mol B．4.68 g 0.16 mol C．5.36 g 0.18 mol D．6.38 g 0.2 mol
解析：g－2e－＋2OH－===g(O H)2 Cu－2e－＋2OH－===Cu(OH)2所以生成沉淀質(zhì)量為：
2．64 g＋0.896 L22.4 L/mol×3×17 g/mol＝4.68 g。金屬離子全部沉淀后，溶液為NaNO3，稀HNO3中，硝酸的物質(zhì)的量為：n(HNO3)＝n(NaNO3)＋n(NO)＝2×0.06 mol＋0.896 L22.4 L/mol＝0.16 mol。
6．把NaOH、gCl2、AlCl3三種固體組成的混合物溶于足量水后有1.16 g白色沉淀，在所得的濁液中逐滴加入1 mol•L－1 HCl溶液，加入HCl溶液的體積與生成沉淀的質(zhì)量關(guān)系如圖所示，試回答：
(1)A點(diǎn)的沉淀物的化學(xué)式為_(kāi)_________；B點(diǎn)的沉淀物的化學(xué)式為_(kāi)_________。
(2)原混合物中g(shù)Cl2的質(zhì)量是________ g，AlCl3的質(zhì)量是__________ g，NaOH的質(zhì)量是 ________ g。
(3)Q點(diǎn)HCl溶液加入量是__________ mL。
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