2020届浙江学考一轮复习考点精讲通用版考点13铝的重要化合物学案

2020届浙江学考一轮复习考点精讲通用版考点13铝的重要化合物学案

考点13　铝的重要化合物 知识条目 必考要求 加试要求 ‎1.两性氧化物、两性氢氧化物的概念，Al2O3，Al(OH)3的重要性质，铝及其重要化合物之间的转化关系 c ‎2.明矾的组成及净水作用 b 一、铝的重要化合物 ‎1．氧化铝 ‎①物理性质：白色固体，硬度高，熔、沸点高，可用于制作耐火材料。‎ ‎②化学性质 ⅰ.两性氧化物：既可与酸反应又可与碱反应生成盐和水的氧化物。‎ ⅱ.Al2O3是两性氧化物。既能溶于强酸溶液又能溶于强碱溶液。‎ 分别写出Al2O3与硫酸和氢氧化钠溶液反应的离子方程式。‎ Al2O3＋H2SO4：Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O；‎ Al2O3＋NaOH：Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O。‎ ⅲ.应用：①工业炼铝；②制耐火材料；③刚玉的主要成分为α氧化铝，优质刚玉(红宝石、蓝宝石等)可作装饰品。‎ ‎2．氢氧化铝 ‎①化学性质 ⅰ.两性氢氧化物：既可与酸反应又可与碱反应生成盐和水的氢氧化物。‎ Al(OH)3的电离方程式为：‎ Al(OH)3＋H2SO4∶化学方程式2Al(OH)3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋6H2O，‎ 离子方程式Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O；‎ Al(OH)3＋NaOH：化学方程式Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O，‎ 离子方程式Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。‎ ⅱ.受热分解2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。‎ ‎②制备 ⅰ.铝盐制备氢氧化铝，一般用过量的弱碱——氨水，不用强碱，写出离子方程式并说明为什么。‎ Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH，过量的强碱会溶解生成的氢氧化铝。‎ ⅱ.偏铝酸盐制备氢氧化铝，一般采取通入足量的CO2，不用强酸，写出离子方程式并说明为什么。‎ AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO，过量的强酸会溶解生成的氢氧化铝。‎ ‎3．硫酸铝钾 ⅰ.写出硫酸铝钾溶于水时的电离方程式KAl(SO4)2·12H2O===K＋＋Al3＋＋2SO＋12H2O。‎ ⅱ.明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O，明矾做净水剂的原因是Al3＋＋3H2O===Al(OH)3(胶体)＋3H＋，生成胶状的氢氧化铝Al(OH)3，该物质具有吸附性。‎ 二、铝及其重要化合物之间的相互转化 三、氢氧化铝沉淀的图像分析及相关计算 ‎1．图像分析 ‎①单独铝元素沉淀图 操作 向一定量的AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量 向一定量的NaAlO2溶液中逐滴加入稀盐酸溶液至过量 向一定量的NaOH溶液中逐滴加入AlCl3溶液至过量 现象 立即产生白色沉淀→渐多→最多→减少→消失 立即产生白色沉淀→渐多→最多→减少→消失 无沉淀→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失 图像 离子 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 向一定量的盐酸溶液中逐滴加入NaAlO2溶液至过量 向一定量的AlCl3溶液中逐滴加氨水溶液至过量 向一定量的NaAlO2溶液中缓慢通入CO2至过量 现象 无沉淀→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失 立即产生白色沉淀→渐多→最多→沉淀不消失 立即产生白色沉淀→渐多→最多→沉淀不消失 图像 离子 方程式 AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3‎ Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH Al(OH)3与NH3·H2O不反应 ‎2AlO＋CO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO CO＋CO2＋H2O===2HCO Al(OH)3与CO2＋H2O不反应 ‎②镁铝元素沉淀图 操作 向含Mg2＋和Al3＋的酸性溶液中逐滴加入强碱溶液 c(Mg2＋)＝c(Al3＋)‎ 向含Mg2＋和Al3＋的酸性溶液中逐滴加入强碱溶液2c(Mg2＋)＝c(Al3＋)‎ 现象 无明显现象→出现沉淀→渐多→最多→减少→不变 无明显现象→出现沉淀→渐多→最多→减少→不变 图像 离子 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.相关计算 ‎①根据AlCl3和NaOH的量计算生成的Al(OH)3量 例如：将100 mL 1 mol/L的AlCl3溶液和100 mL 3.5 mol/L的NaOH溶液混合，生成Al(OH)30.05 mol。‎ 解答：n(Al3＋)＝0.1 mol，n(OH－)＝0.35 mol，‎ n(OH－)/n(Al3＋)＝3.5∶1，此时铝元素以Al(OH)3和AlO存在，n[Al(OH)3]＝4n(Al3＋)－n(OH－)＝0.05 mol ‎②根据AlCl3和Al(OH)3的量计算需要的NaOH的量 NaOH n(NaOH)‎ 当NaOH不足时 n(NaOH)＝3n[Al(OH)3]‎ 当NaOH过量时 n(NaOH)＝3n(Al3＋)＋{n(Al3＋)－n[Al(OH)3]}＝4n(Al3＋)－n[Al(OH)3]‎ 例如：在100 mL 1 mol/L的AlCl3溶液中加入0.15或0.35 mol NaOH，生成Al(OH)30.05 mol。‎ 解答：①当NaOH不足时，此时铝元素以Al(OH)3和Al3＋形式存在，‎ n(NaOH)＝3n[Al(OH)3]＝0.15 mol ‎②当NaOH过量时，此时铝元素以Al(OH)3和AlO形式存在，‎ n(NaOH)＝4n(Al3＋)－n[Al(OH)3]＝0.35 mol ‎③根据NaAlO2和HCl的量计算生成的Al(OH)3量 例如：将100 mL 1 mol/L的NaAlO2溶液和100 mL 2.5 mol/L的盐酸混合，生成Al(OH)30.05 mol。‎ 解答：n(H＋)＝0.25 mol，n(AlO)＝0.1 mol，n(H＋)/n(AlO)＝2.5∶1，铝元素以Al3＋和Al(OH)3形式存在，‎ n[Al(OH)3]＝1/3[4n(AlO)－n(H＋)]＝0.05 mol ‎④根据NaAlO2和Al(OH)3的量计算需要的HCl的量 HCl n(HCl)‎ 当HCl不足时 n(HCl)＝n[Al(OH)3]‎ 当HCl过量时 n(HCl)＝n(AlO)＋3{n(AlO)－n[Al(OH)3]}＝4n(AlO)－3n[Al(OH)3]‎ 例如：在100 mL 1 mol/L的NaAlO2溶液中加入0.05或0.25 mol HCl，生成Al(OH)30.05 mol。‎ 解答：①当HCl不足时，此时铝元素以Al(OH)3和AlO形式存在，‎ n(HCl)＝n[Al(OH)3]＝0.05 mol ‎②当HCl过量时，此时铝元素以Al(OH)3和Al3＋形式存在，‎ n(HCl)＝4n(AlO)－3n[Al(OH)3]＝0.25 mol 四、应用 ‎1．制取Al(OH)3∶A13＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH、AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO。‎ ‎2．离子共存问题：‎ Al3＋与OH－、S2－、HS－、AlO、CO、HCO因发生双水解反应或生成沉淀而不能大量共存；AlO与H＋、NH、Al3＋、Fe3＋等不能大量共存。‎ ‎3．鉴别(利用滴加顺序不同，现象不同)‎ ‎①AlCl3溶液中滴加NaOH溶液现象：先产生白色沉淀，后沉淀溶解。‎ ‎②NaOH溶液中滴加AlCl3溶液现象：开始无明显现象，后产生白色沉淀，沉淀不溶解。‎ ‎4．分离提纯 ‎①利用Al能溶于强碱溶液，分离Al与其他不溶于强碱的金属混合物。‎ ‎②利用Al2O3能与强碱溶液反应，分离Al2O3与其他不溶于强碱的金属氧化物。‎ ‎③利用Al(OH)3能与强碱溶液反应，分离Al3＋与其他金属阳离子。‎ ‎5．明矾的净水作用：明矾是一种复盐(由两种或两种以上阳离子和一种阴离子组成的盐)，化学式为KAl(SO4)2·12H2O，是一种常见的净水剂。主要原理为：Al3＋＋3H2O===Al(OH)3(胶体)＋3H＋，其中氢氧化铝胶体具有很强的吸附能力，它能凝聚水中的悬浮物并使之沉降，从而达到净水的目的。‎ ‎【例1】　向30 mL 1 mol·L－1的AlCl3溶液中逐渐加入浓度为4 mol·L－1的NaOH溶液，若产生0.78 g白色沉淀，则加入的NaOH溶液的体积可能为(　　)‎ A．3 mL B．7.5 mL C．15 mL D．17.5 mL ‎【解析】　n(Al3＋)＝0.03 mol，n[Al(OH)3]＝0.01 mol，根据元素守恒可知，还有0.02 mol的Al元素以Al3＋或AlO形式存在。若0.02 mol的Al元素是以Al3＋形式存在，说明NaOH不足，n(NaOH)＝3n[Al(OH)3]＝0.03 mol，V(NaOH)＝7.5 mL；若0.02 mol的Al元素是以AlO形式存在，说明NaOH过量，n(NaOH)＝3n[Al(OH)3]＋4n(AlO)＝0.11 mol，V(NaOH)＝‎ ‎27.5 mL。‎ ‎【答案】　B ‎【提炼】　向AlCl3溶液中逐渐加入NaOH溶液，先后发生Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，Al(OH)3＋OH－===AlO＋H2O，根据Al3＋的物质的量计算最大沉淀量，若实际沉淀量等于最大沉淀量，按照第一个方程式计算NaOH的用量；若实际沉淀量小于最大沉淀量，有两种情况，若是NaOH不足，按照第一个方程式计算；若是沉淀部分溶解，就要先求出产生最大沉淀量的NaOH的用量，再根据沉淀差值用第二个方程式计算NaOH用量，将两部分NaOH相加即总使用量。‎ ‎【例2】　甲、乙两烧杯中分别装有相同体积、相同pH的氨水和NaOH溶液，各加入10 mL 0.1 mol·L－1AlCl3溶液，两烧杯中都有沉淀生成。下列判断正确的是(　　)‎ 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．实验过程中甲中的现象始终保持一致 ‎【解析】　一水合氨是弱电解质、NaOH是强电解质，所以相同pH的氨水和NaOH溶液：c(NH3·H2O)＞c(NaOH)。相同体积、相同pH的氨水和NaOH溶液：n(NH3·H2O)＞n(NaOH)，二者和氯化铝反应都生成氢氧化铝沉淀，但氢氧化铝能溶于强碱NaOH，不溶于弱碱氨水。氢氧化铝不溶于氨水，甲中发生：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH，由于氢氧化铝能溶于强碱NaOH，乙中开始发生反应：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，若NaOH过量：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。‎ 如果加入的AlCl3恰好与NaOH反应生成Al(OH)3，由于参加反应的AlCl3的物质的量相等，所以生成沉淀质量相等；‎ 如果加入的AlCl3与NaOH反应生成Al(OH)3，后氯化铝还有剩余，则剩余部分氯化铝与氨水会继续反应生成沉淀，则氨水中产生的沉淀较多；‎ 如果加入AlCl3与NaOH反应生成NaAlO2、Al(OH)3，则氨水中产生沉淀较多，由上述分析可知，甲中沉淀大于或等于乙中沉淀。‎ ‎【答案】　B ‎【提炼】　本题主要考查的是强、弱电解质的区别及Al3＋在强碱性、弱碱性条件下存在形式的差异。‎ ‎【例3】　向物质的量浓度均为1 mol/L的AlCl3和盐酸的混合溶液中逐滴滴入NaOH溶液，如图[n表示Al(OH)3的物质的量、V表示NaOH溶液的体积]，能正确表示这个反应过程的是(　　)‎ ‎【解析】　根据题意，原溶液中有AlCl3和盐酸，逐滴滴入NaOH 溶液的过程中，氢氧化钠先和盐酸发生酸碱中和反应，等盐酸全部被中和后，再与AlCl3反应，根据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】　下列曲线图(纵坐标为沉淀的量，横坐标为加入物质的量)与对应的选项相符合的是(　　)‎ A．①为向1 L浓度均为0.1 mol·L－1的Ba(OH)2、NaAlO2混合溶液中加入0.1 mol·L－1的稀H2SO4‎ B．②为向1 L浓度分别为0.1 mol·L－1和0.3 mol·L－1的AlCl3、NH4Cl的混合溶液中加入0.1 mol·L－1的稀NaOH溶液 C．③为向烧碱溶液中滴加明矾溶液 D．④为向AlCl3溶液中滴加过量氨水 ‎【解析】　A项，Ba(OH)2和NaAlO2中加入稀H2SO4，发生的反应依次为Ba2＋＋2OH－＋2H＋＋SO===BaSO4↓＋2H2O、AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓、Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O，所以加1 L稀H2SO4时，Ba(OH)2反应完，再加0.5 L稀H2SO4时AlO参加反应，再加1.5 L稀H2SO4时，Al(OH)3全部溶解，正确；B项，向1 L浓度分别为0.1 mol·L－1和0.3 mol·L－1的AlCl3、NH4Cl的混合溶液中加入0.1 mol·L－1的NaOH溶液，发生的反应依次是Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓、OH－＋NH===NH3·H2O、Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O，所以沉淀Al3＋和溶解Al(OH)3所用NaOH的量之比为3∶1，而图像上看到的是1∶1，错误；C项，向烧碱溶液中滴加明矾溶液，发生的反应依次是Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O、Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓，错误；D项，向AlCl3溶液中滴加过量氨水，沉淀不会溶解，错误。‎ ‎【答案】　A ‎【提炼】　1.关于图像题的答题技巧 ‎(1)看面：理解横、纵坐标的含义。比如例3中横坐标表示NaOH溶液的体积，纵坐标表示Al(OH)3的物质的量。‎ ‎(2)看线：理解线的变化趋势，每一条线都代表着一定的化学反应过程。比如A选项，可理解为有三个化学反应。‎ ‎(3)看点：理解曲线上拐点的含义，如与坐标轴的交点，曲线的交点，折点、最高点与最低点等。曲线的拐点代表着一个反应过程的结束和开始。比如D 选项，最高点代表铝离子沉淀刚好结束，氢氧化铝的溶解开始。‎ ‎2．关于Al(OH)3图像问题的分析要点：‎ ‎(1)转化过程中要遵循化学方程式中的化学计量数的对应关系。由于生成Al(OH)3沉淀与溶解Al(OH)3沉淀所用的NaOH溶液的体积比为3∶1，例3中的C和D符合反应计量数，选项A和B均不符合。‎ ‎(2)看清横纵坐标的含义，对图像进行全面分析。‎ ‎(3)分析图像时不仅要注意加入的酸或碱的强弱，还要注意加入的量和滴加的顺序，因为滴加的顺序不同可能产生的现象不同。比如例3是在AlCl3和盐酸的混合溶液中逐滴滴入NaOH溶液。‎ ‎(4)对于一些复杂的问题可先分解后组合，进行图像的叠加工作；只有抓住一些关键点(最高点、最低点、转折点等)和变化趋势，才能顺利地解决图像问题。‎ ‎【例5】　烟气脱硫能有效减少二氧化硫的排放。实验室用粉煤灰(主要含Al2O3、SiO2等)制备碱式硫酸铝[Al2(SO4)x(OH)6－2x]溶液，并用于烟气脱硫研究。‎ ‎(1)酸浸时反应的化学方程式为________________________________________________________________________；‎ 滤渣Ⅰ的主要成分为________(填化学式)。‎ ‎(2)加CaCO3调节溶液的pH至3.6，其目的是中和溶液中的酸，并使Al2(SO4)3转化为Al2(SO4)x(OH)6－2x。滤渣Ⅱ的主要成分为________(填化学式)；若溶液的pH偏高，将会导致溶液中铝元素的含量降低，其原因是________________________________________________________________________(用离子方程式表示)。‎ ‎(3)上述流程中经完全热分解放出的SO2量总是小于吸收的SO2量，其主要原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________；‎ 与吸收SO2前的溶液相比，热分解后循环利用的溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”)。‎ ‎【解析】　(1)粉煤灰的主要成分为Al2O3和SiO2，Al2O3能与酸反应，SiO2不能，所以化学方程式为：Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O，滤渣Ⅰ的主要成分为SiO2；(2)加碳酸钙粉末主要是为了中和多余的硫酸，所以滤渣Ⅱ的主要成分可是CaSO4；若溶液的pH偏高，铝离子水解呈酸性，铝元素会转化为Al(OH)3，方程式为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，所以上述流程中经完全热分解放出的SO2量总是小于吸收的SO2量；溶液中SO属于弱酸根离子被氧气氧化转化为SO，SO为强酸根离子，则溶液酸性增强，pH减小。‎ ‎【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　减小 ‎【提炼】　这是以铝为背景，考查了物质的制备原理，主要知识点涉及铝化合物的相关知识点、物质分离及提纯的方法和基本操作。解题关键：①明确试剂的性质以及用途；②分析每一步发生的反应；③分析每一步反应完后得到的物质有哪些(包括过量的试剂)；④分析每个分离操作的目的。‎