2018年秋高中化学 初高中衔接 专题16 铝的重要化合物学案.doc

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专题16 铝的重要化合物 【知识回放】 1．什么是酸性氧化物？举例说明。 2．什么是碱性氧化物？举例说明。 【答案】 1.只能与碱反应生成盐和水的氧化物为酸性氧化物。如CO2、SO3等。 2.只能与酸反应生成盐和水的氧化物为碱性氧化物。如Na2O、CuO等。 【新知精讲】 一、氧化铝 1.物理性质 色态 溶解性 熔点 硬度 白色固体 难溶于水 很高 很大 2.化学性质 Al2O3是两性氧化物,与酸或强碱溶液都能反应生成盐和水。 (1)与强酸反应的离子方程式: Al2O3+6H+===2Al3++3H2O。 (2)与强碱反应的离子方程式: Al2O3+2OH-===2 AlO2-+H2O。 3.用途 (1)冶炼金属铝的原料; (2)良好的耐火材料。 二、氢氧化铝 1.物理性质和用途 难溶于水的白色固体,在溶液中形成白色胶状沉淀。Al(OH)3能凝聚水中的悬浮物,又能吸附色素,可以用作净水剂。 2.化学性质 3.制备 (1)试剂:铝盐溶液和氨水。 (2)原理(离子方程式):Al3++3NH3H2O===Al(OH)3↓+3 NH4+。 三、硫酸铝钾[KAl(SO4)2] 1.电离方程式:KAl(SO4)2===K++Al3++2SO42-。 2.十二水合硫酸铝钾[KAl(SO4)212H2O]。俗名明矾,为无色晶体,可溶于水,在天然水中生成Al(OH)3胶体,可用作净水剂。 【科学探究】 探究一Al3+、AlO2-与Al(OH)3之间的转化 问题导引 Al3+、AlO2-与Al(OH)3之间的转化关系 1.若在可溶性铝盐溶液中逐滴滴入NaOH溶液至过量,可以观察到什么实验现象?若将上述反应分为两个过程,试写出反应的离子方程式。 提示Al3+首先和OH-反应生成Al(OH)3沉淀,随着NaOH溶液的加入,Al(OH)3又和过量的NaOH溶液反 应,生成NaAlO2。故可观察到先产生白色沉淀,然后 沉淀逐渐消失。反应的离子方程式为Al3++3OH-===Al(OH)3↓, Al(OH)3+OH-=== AlO2-+2H2O。 2.若向NaAlO2溶液中逐滴滴入稀盐酸至过量,能观察到什么现象?请写出对应的离子方程式。 提示 当向NaAlO2溶液中滴加稀盐酸时, AlO2-先与H+反应生成Al(OH)3沉淀,当溶液中的AlO2-完全转化为Al(OH)3后,再滴加稀盐酸时,生成的Al(OH)3又与过量的盐酸反应生成AlCl3,故观察到的现象为:溶液中先产生白色沉淀,然后沉淀消失,有关的离子方程式为AlO2-+H++H2O===Al(OH)3↓, Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O。 探究二 有关Al(OH)3沉淀的图像分析及有关计算 问题导引 1.试画出向AlCl3溶液中滴加氨水至过量的图像。 提示向AlCl3溶液中滴加氨水至过量,发生Al3++3NH3H2O===Al(OH)3↓+3NH4+,Al(OH)3不溶于弱碱,故白色沉淀逐渐增加至不变,图像为 2.试画出向NaAlO2溶液中通入CO2至过量的图像。 提示向NaAlO2溶液中通入CO2至过量,发生AlO2-+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO3-,Al(OH)3不溶于弱酸,故白色沉淀逐渐增加至不变,图像为 【重点突破】 1.Al3+、AlO2-和Al(OH)3之间的相互转化 (1)Al3+⇒Al(OH)3 ①可溶性铝盐与少量NaOH溶液反应: Al3++3OH-(少量) ===Al(OH)3↓ ②可溶性铝盐与氨水反应: Al3++3NH3H2OAl(OH)3↓+3NH4+ (2)Al(OH)3⇒Al3+ Al(OH)3溶于强酸溶液:Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O (3)Al3+⇒ AlO2- 可溶性铝盐与过量的强碱反应: Al3++4OH-(过量) === AlO2-+2H2O (4) AlO2-⇒Al3+ 偏铝酸盐溶液与足量的盐酸反应: AlO2-+4H+===Al3++2H2O (5) AlO2-⇒Al(OH)3 ①偏铝酸钠溶液中加入少量盐酸: AlO2-+H+(少量)+H2O===Al(OH)3↓ ②偏铝酸钠溶液中通入CO2: 2 AlO2-+CO2(少量)+3H2O===2Al(OH)3↓+ CO32- AlO2-+CO2(过量)+2H2O===Al(OH)3↓+ HCO3- (6)Al(OH)3⇒ AlO2- Al(OH) 3溶于强碱溶液: Al(OH)3+OH-=== AlO2-+2H2O 2.Al(OH)3制备时易错用的两种试剂 (1)Al3+结合OH-可生成Al(OH)3,利用可溶性铝盐反应制备Al(OH)3沉淀时,应该用弱碱NH3H2O,不能用强碱NaOH,因为NH3H2O不和Al(OH)3反应,而强碱NaOH会和Al(OH)3反应。 (2) AlO2-结合H+也可生成Al(OH)3:H++AlO2-+H2O===Al(OH)3↓。 利用偏铝酸钠溶液制备Al(OH)3沉淀时,应向偏铝酸钠溶液中通入足量CO2气体, 发生如下反应:NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3;但不能用强酸与偏铝酸盐反应制备Al(OH)3,因为Al(OH)3能溶于强酸。 3有关Al(OH)3沉淀图像的分析 (1)向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液至过量 生成Al(OH)3所需要的NaOH与溶解Al(OH)3所需要的NaOH的物质的量之比为3∶1。 (2)向NaAlO2溶液中滴加盐酸至过量 生成Al(OH)3所需要的HCl与溶解Al(OH)3所需要的HCl的物质的量之比为1∶3。 (3)向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液至过量 4.可溶性铝盐与强碱溶液反应的有关计算 二者反应时有关反应的离子方程式为: (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) 分析以上三个反应关系式,所得Al(OH)3沉淀的物质的量与n(Al3+)、n(OH-)的关系式为 (1)当≤3时,所得沉淀的物质的量为n[Al(OH)3]=1/3n(OH-); (2)当≥4时,所得沉淀的物质的量为n[Al(OH)3]=0; (3)当3<<4时,所得沉淀的物质的量为n[Al(OH)3]=n(Al3+)-[n(OH-)-3n(Al3+)]=4n(Al3+)-n(OH-)。 【典题探究】 典例1 以氧化铝为原料制取氢氧化铝,最好的方法是(　　) A.将氧化铝溶于水 B.将氧化铝先溶于盐酸中,之后滴加氨水 C.将氧化铝溶于盐酸中,之后滴加氢氧化钠溶液 D.将氧化铝溶于氢氧化钾 【答案】:B 变式训练1-1 下列关于Al(OH)3性质的叙述中,错误的是(　　) A.Al(OH)3是两性氢氧化物 B.Al(OH)3是难溶于水的白色胶状物质 C.Al(OH)3能凝聚水中的悬浮物,也能吸附色素 D.Al(OH)3既能溶于NaOH溶液、氨水,又能溶于盐酸 【答案】:D 【解析】:Al(OH)3是两性氢氧化物,既能溶于强酸溶液,又能溶于强碱溶液,与弱酸、弱碱不反应。 变式训练1-2 铝、氧化铝、氢氧化铝和可溶性铝盐与过量强碱溶液的反应,其生成物有一定的规律,下列说法中正确的是(　　) 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】:依据“铝三角”中铝及其化合物的转化关系可知:四种物质均能与过量强碱溶液反应,生成AlO2- (偏铝酸盐)。 变式训练1-3. 下列说法正确的是(　　) A.Al2O3难溶于水,不与水反应,所以它不是Al(OH)3对应的氧化物 B.因为Al2O3是金属氧化物,所以它是碱性氧化物 C.Al2O3能与所有的酸碱溶液反应 D.Al2O3能与强的酸碱溶液反应 【答案】:D 典例2 将NaOH溶液逐滴加入到用盐酸酸化的AlCl3溶液中,若用y轴表示Al(OH)3沉淀的量,x轴表示NaOH溶液的体积,下列图像正确的是(　　) 【答案】:D 【解析】:当溶液中有H+、Al3+时,加入的OH-先与H+反应,后与Al3+反应:H++OH-===H2O,Al3++3OH-===Al(OH)3↓,故开始加入NaOH溶液时,无沉淀产生,随着NaOH量的增加,沉淀的量也逐渐增加,当NaOH溶液加入到一定量时,沉淀量达到最大值,再加入NaOH溶液,沉淀开始溶解:Al(OH)3+OH-=== AlO2-+2H2O。形成沉淀与溶解沉淀所需NaOH溶液的体积比为3∶1。综上所述,D项的图像符合题意。 变式训练2-1 相同质量的下列物质分别与等浓度的NaOH溶液反应,至体系中均无固体物质,消耗碱量最多的是(　　) A.Al B.Al(OH)3 C.AlCl3 D.Al2O3 【答案】:A 变式训练2-2 A、B、C、D、E五种化合物,均含有某种常见元素,它们的转化关系如图所示,其中A为澄清溶液,C为难溶的白色固体,E则易溶于水,若取A溶液灼烧,焰色反应为浅紫色(透过蓝色钴玻璃)。 请回答下列问题: (1)写出化学式： A　　　　,B　　　　C,D　　,E　　。 (2)写出下列反应的离子方程式: 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】:以物质B作为突破口,B既能与NaOH溶液反应,又能与盐酸反应,且能受热分解,B为Al(OH)3, C为Al2O3,则D为AlCl3, E为 NaAlO2,A与过量CO2反应生成B,且焰色反应为紫色,A为KAlO2。 变式训练2-3 向20 mL某浓度的AlCl3溶液中滴加2 molL-1的NaOH溶液时,所得沉淀的质量与加入NaOH溶液的体积之间的关系如图所示: (1)写出A→B反应的化学方程式:　 。 (2)最大沉淀量为　　 g。 (3)V1=　　　　。 (4)所用AlCl3溶液的物质的量浓度为　　　　。 (5)当所得沉淀的质量为0.39 g时,用去NaOH溶液的体积是　　　　。 【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发生反应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)当沉淀的质量为0.39g时,有两种可能,一是NaOH溶液不足,只生成0.39g沉淀;二是NaOH溶液过量,部分沉淀溶解后剩下0.39g沉淀。若NaOH溶液不足,则: Al3+　+　3OH-===Al(OH)3↓ 1mol 3mol 78g 0.015mol 0.39g V[NaOH(aq)]=0.015mol2molL-1=0.0075L=7.5mL; 若NaOH溶液过量,则: Al(OH)3+OH-=== AlO2-+2H2O 78g 1mol 0.39g 0.005mol V[NaOH(aq)]=15mL+=17.5mL。 方法技巧 有关Al(OH)3沉淀的图像分析思路