铝及其化合物图像与计算

铝及其化合物第三章热点知识剖析铝作为典型两性金属元素的代表，它的单质及其化合物知识一直是高考考查的热点，特别是Al3+和AlO-2的性质问题，在离子共存、离子方程式和物质鉴别等方面出现的几率较大，另外在推断、计算和实验等试题中也会涉及铝及其化合物知识的应用。在复习中要以Al及其对应Al2O3、Al(OH)3的两性，Al3+与Al(OH)3及NaAlO2相互转化为重点，注意由于反应物的物质的量不同引起的产物、反应现象不同的问题。3从铝土矿中提取铝工艺流程（1）原料：铝土矿（主要成分Al2O3,含Fe2O3、SiO2等杂质）（2）方法：酸溶法、碱溶法（3）工艺流程图4酸溶法：Al2O3+6HCl＝2AlCl3+3H2OFe2O3+6HCl＝2FeCl3+3H2OAlCl3+4NaOH＝NaAlO2+3NaCl+2H2OFeCl3+3NaOH＝Fe(OH)3↓+3NaClNaAlO2+CO2+2H2O＝NaHCO3+Al(OH)3↓△2Al(OH)3＝Al2O3+3H2O2Al2O3(熔融）＝4Al+3O2↑通电5AlO2Al(OH)3Al3+AlAl2O3O2加热小结:铝及其化合物的转化关系6H2O+AlO-2+H+Al(OH)3Al3++3OH-酸式电离碱式电离7Al3++3OH-=Al(OH)3↓Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2OAl3++4OH-=AlO2-+2H2OAlO2-+H++H2O=Al(OH)3↓Al(OH)3+3H+=Al3++3H2OAlO2-+4H+=Al3++2H2O氢氧化铝是典型的两性氢氧化物，是中学化学中的重点内容，要切实掌握“铝三角”8三、有关氢氧化铝的图象类型一：铝盐溶液和碱（弱碱和强碱）的反应n沉淀nNH3.H2O3现象：立即产生白色沉淀—渐多---最多---沉淀不消失铝盐溶液与弱碱反应Al3+＋3NH3·H2O＝Al(OH)3↓＋3NH4+9现象：无沉淀—出现白色沉淀---渐多---最多----沉淀不消失10向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液至过量1、实验现象2、反应离子方程式n沉淀VNaOH01234A现象：立即产生白色沉淀—渐多---最多--渐少---消失⑴Al3++3OH-=Al(OH)3↓⑵Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O3、图像B铝盐溶液与强碱反应116．向Mg2＋与Al3＋的酸性溶液中逐滴加入强碱溶液(1)现象：无明显现象―→出现沉淀―→渐多―→最多―→减少―→不变(2)反应O―→A：H＋＋OH－===H2OA―→B：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓B―→C：Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2O(3)图象12类型二向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液至过量3、图像n沉淀VAlCl301234AB1、实验现象：2、反应离子方程式无沉淀（有但即溶）--出现沉淀--渐多---最多—沉淀不消失。⑴Al3++4OH-=AlO2-+2H2O⑵Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓13类型三向NaAlO2溶液中滴加HCl溶液至过量n沉淀VHCl01234A1、实验现象：2、反应离子方程式立即产生白色沉淀—渐多---最多--渐少---消失⑴AlO2-+H++H2O=Al(OH)3↓⑵Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O3、图像B14类型四.向HCl溶液中滴加NaAlO2溶液至过量3、图像n沉淀VNaAlO201234AB1、实验现象：2、反应离子方程式无沉淀（有但即溶）--出现沉淀--渐多---最多—沉淀不消失。⑴AlO2-+4H+=Al3++2H2O⑵Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓155．明矾溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液至过量(1)现象：先有白色沉淀生成，然后部分沉淀溶解。(2)有关反应：O―→A：2KAl(SO4)2＋3Ba(OH)2===2Al(OH)3↓＋3BaSO4↓＋K2SO4A―→B：2Al(OH)3＋K2SO4＋Ba(OH)2===BaSO4↓＋2KAlO2＋4H2O(3)图象类型16[特别提醒]当溶液中有多种离子时要考虑离子之间的反应顺序，如向含有H＋、NH＋4、Mg2＋、Al3＋的混合溶液中逐滴加入NaOH，先与H＋反应，再与Mg2＋、Al3＋生成沉淀，再与NH＋4反应，最后再溶解Al(OH)3沉淀。17现有下列几种情况,分别用哪种图象表示?(1)向AlCl3溶液中加入氨水(2)向NaAlO2溶液中通入CO2(3)向盐酸酸化的AlCl3溶液中加入NaOH溶液(4)向MgCl2和AlCl3混合溶液中加入NaOH溶液(5)向AlCl3和NH4Cl混合溶液中加入NaOH溶液（6）向MgCl2和AlCl3混合溶液中先加入NaOH溶液，后加入盐酸（NaOH和盐酸的物质的量浓度相等）变式训练18有关图象问题：ABCDEF1、向用盐酸酸化的AlCl3溶液中滴加NaOH溶液。2、向NaOH溶液中滴入AlCl3溶液至过量。3、向盐酸中滴加NaAlO2溶液至过量。4、向NaAlO2中滴入盐酸至过量。5、向AlCl3溶液中滴加NaAlO2溶液至过量。6、向NaAlO2的NaOH溶液中滴加HCl至过量。7、向AlCl3和MgCl2的混合溶液中滴加NaOH溶液至过量。8、向AlCl3溶液中滴加氨水至过量。19例4某无色溶液中，已知含有H＋、Mg2＋、Al3＋等阳离子，逐滴加入NaOH(溶液)，则消耗NaOH(溶液)体积(x轴)和生成沉淀量(y轴)之间的函数关系，可用下图表示，则下列图中正确的是()课堂练习120解析与OH－反应的能力应是H＋Al3＋Mg2＋(同浓度下)。此题解法为化学问题形象数学化(量化)。注意：Al3＋——Al(OH)3——AlO－2图形是非等腰三角形。答案B21向30mL某浓度的AlCl3溶液中逐渐加入浓度为4mol/L的NaOH溶液，产生沉淀与加入NaOH溶液体积的关系如图所示。若产生0.78g白色沉淀，则加入的溶液的体积可能为（）A.3mLB.7.5mLC.15mLD.27.5mL课堂练习2BD0.01mol30n沉淀VNaOH00.03mol7.527.522m(沉淀)/g100700800V[NaOH(aq)]/mL将某质量的镁铝合金溶解在500mL盐酸中，向反应后的溶液中逐滴加入1mol/LNaOH溶液，产生沉淀质量与碱溶液体积的关系如图所示。求:（1）盐酸的物质的量浓度(假设反应后溶液体积不变)。（2）合金中镁和铝的质量。课堂练习31.4mol/LMg:3.6gAl:2.7g23即时巩固2将0.1mol的镁、铝混合物溶于100mL2mol/L的H2SO4溶液中，然后再滴加1mol/L的NaOH溶液。请回答：24(1)若在滴加NaOH溶液的过程中，沉淀质量m随加入NaOH溶液的体积V变化的关系如上图所示。当V1＝160mL时，则金属粉末中n(Mg)＝________mol，V2＝______mL。(2)若在滴加NaOH溶液过程中，欲使Mg2＋、Al3＋刚好沉淀完全，则滴入NaOH溶液的体积V(NaOH)＝____mL。(3)若混合物仍为0.1mol，其中Mg粉的物质的量分数为a，用100mL2mol/L的H2SO4溶解此混合物后，再加入450mL1mol/L的NaOH溶液，所得沉淀中无Al(OH)3。满足此条件的a的取值范围是________。25解析(1)由图象可知V1mLNaOH溶液是与过量H2SO4反应的，则与Mg、Al反应的H2SO4为：0.2mol－0.16mol×12＝0.12mol，设0.1mol的Mg、Al混合物中Mg、Al的物质的量分别为x、y。则有方程组：x＋y＝0.1molx＋1.5y＝0.12mol解得x＝0.06moly＝0.04mol当加入V2mLNaOH溶液时，得到Mg(OH)2沉淀和NaAlO2，关系式为：Mg2＋～2OH－，Al3＋～4OH－得V2＝160mL＋0.06×2mol＋0.04×4mol1mol/L×103mL/L＝440mL。26(2)当Mg2＋、Al3＋刚好沉淀完全时，溶液中只有Na2SO4，关系式2NaOH～H2SO4得V(NaOH)＝100mL×2mol/L×21mol/L＝400mL。(3)当所得沉淀无Al(OH)3时，NaOH溶液过量，反应后生成的溶质为Na2SO4、NaAlO2，则根据Na元素守恒有n(NaOH)＝0.45L×1mol/L≥0.1L×2mol/L×2＋0.1×(1－a)mol。解得a≥12，则满足此条件的a的取值范围是12≤a1。答案(1)0.06440(2)400(3)12≤a127把NaOH、MgCl2、AlCl3三种固体组成的混合物溶于足量水后，产生0.58g白色沉淀，再向所得悬浊液中逐滴加入0.5mol/LHCl溶液，加入HCl溶液的体积与生成沉淀的关系如下图所示。试回答：（1）混合物中各物质的物质的量：NaOH是mol，AlCl3是mol，MgCl2是mol。（2）C点所加的盐酸的体积是ml。BAm(沉淀)/gCV[HCl(aq)]/ml10.030.0O0.580.0650.010.01130思维拓展28四、有关计算①根据AlCl3和NaOH的量计算生成Al(OH)3的量二者反应产物Al(OH)3能和强碱继续反应，其计算规律如下:当n(OH-)≤3n(Al3+)时，n［Al(OH)3］=1∕3n(OH-)当3n(Al3+)＜n(OH-)＜4n(Al3+)时，n［Al(OH)3］=4n(Al3+)-n(OH-)当n(OH-)≥4n(Al3+)时，n［Al(OH)3］=0,无沉淀29②根据AlCl3和Al(OH)3的量计算需要NaOH的量NaOH的量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]当n(Al3＋)＞3n[Al(OH)3]分上述二种情况讨论30③根据NaAlO2和HCl计算生成Al(OH)3的量31④根据Al(OH)3和NaAlO2的量计算需要加入的HCl的量HCl的量n(HCl)当HCl不足时n(HCl)＝n[Al(OH)3]当HCl过量时n(HCl)＝n(AlO)＋3{n(AlO2)－n[Al(OH)3]}＝4n(AlO2)－3n[Al(OH)3]（考查单质铝的性质）将等物质的量的镁和铝相混合，平均分成4份，分别加到足量的下列溶液中，充分反应后，放出氢气最多的是()A.3mol·L-1HClB.4mol·L-1HNO3C.8mol·L-1NaOHD.18mol·L-1H2SO4A在镁、铝混合物中加入HNO3和浓H2SO4都不能产生H2，加入NaOH溶液，只有Al与之反应，加入盐酸，镁和铝都与盐酸反应生成H2，所以生成的H2的量最多。方法指导：本题主要考查Mg、Al与硝酸的反应以及Al和浓硫酸发生钝化的性质,物质的量浓度为18mol·L-1的H2SO4，是质量分数约为98%的浓H2SO4，不了解易造成失误。（考查含铝化合物的性质）将AlCl3溶液和氢氧化钠溶液等体积混合，得到的沉淀中所含铝元素与溶液中所含铝元素相等，则原AlCl3与NaOH两溶液的物质的量浓度之比可能是()A.1∶3B.3∶2C.1∶4D.2∶7D溶液中的Al元素可能有两种存在形式（1）若AlCl3过量，溶液中以Al3+形式存在（2）若NaOH过量，溶液中以AlO-2形式存在c(AlCl3)∶c(NaOH)=(1+1)∶3=2∶3c(AlCl3)∶c(NaOH)=1∶(3+0.5)=2∶7方法指导：本题主要考查Al3+、Al(OH)3、AlO-2的相互转化，注意：。AlCl3Al(OH)3NaAlO23NaOH3HClHClNaOH（考查铝的化合物知识的综合运用）三位同学设计了以下由废铝屑制取纯净的氢氧化铝的方案：提示：Al3++3AlO-2