（浙江選考）2020版高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第3講 元素化學(xué) 考點(diǎn)13 鋁的重要化合物學(xué)案.docx

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考點(diǎn)13　鋁的重要化合物 知識(shí)條目 必考要求 加試要求 1.兩性氧化物、兩性氫氧化物的概念，Al2O3，Al(OH)3的重要性質(zhì)，鋁及其重要化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系 c 2.明礬的組成及凈水作用 b 一、鋁的重要化合物 1．氧化鋁 ①物理性質(zhì)：白色固體，硬度高，熔、沸點(diǎn)高，可用于制作耐火材料。 ②化學(xué)性質(zhì) ⅰ.兩性氧化物：既可與酸反應(yīng)又可與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物。 ⅱ.Al2O3是兩性氧化物。既能溶于強(qiáng)酸溶液又能溶于強(qiáng)堿溶液。 分別寫出Al2O3與硫酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)的離子方程式。 Al2O3＋H2SO4：Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O； Al2O3＋NaOH：Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O。 ⅲ.應(yīng)用：①工業(yè)煉鋁；②制耐火材料；③剛玉的主要成分為α氧化鋁，優(yōu)質(zhì)剛玉(紅寶石、藍(lán)寶石等)可作裝飾品。 2．氫氧化鋁 ①化學(xué)性質(zhì) ⅰ.兩性氫氧化物：既可與酸反應(yīng)又可與堿反應(yīng)生成鹽和水的氫氧化物。 Al(OH)3的電離方程式為： Al(OH)3＋H2SO4∶化學(xué)方程式2Al(OH)3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋6H2O， 離子方程式Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O； Al(OH)3＋NaOH：化學(xué)方程式Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O， 離子方程式Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。 ⅱ.受熱分解2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。 ②制備 ⅰ.鋁鹽制備氫氧化鋁，一般用過(guò)量的弱堿——氨水，不用強(qiáng)堿，寫出離子方程式并說(shuō)明為什么。 Al3＋＋3NH3H2O===Al(OH)3↓＋3NH，過(guò)量的強(qiáng)堿會(huì)溶解生成的氫氧化鋁。 ⅱ.偏鋁酸鹽制備氫氧化鋁，一般采取通入足量的CO2，不用強(qiáng)酸，寫出離子方程式并說(shuō)明為什么。 AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO，過(guò)量的強(qiáng)酸會(huì)溶解生成的氫氧化鋁。 3．硫酸鋁鉀 ⅰ.寫出硫酸鋁鉀溶于水時(shí)的電離方程式KAl(SO4)212H2O===K＋＋Al3＋＋2SO＋12H2O。 ⅱ.明礬的化學(xué)式為KAl(SO4)212H2O，明礬做凈水劑的原因是Al3＋＋3H2O===Al(OH)3(膠體)＋3H＋，生成膠狀的氫氧化鋁Al(OH)3，該物質(zhì)具有吸附性。 二、鋁及其重要化合物之間的相互轉(zhuǎn)化 三、氫氧化鋁沉淀的圖像分析及相關(guān)計(jì)算 1．圖像分析 ①單獨(dú)鋁元素沉淀圖 操作 向一定量的AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液至過(guò)量 向一定量的NaAlO2溶液中逐滴加入稀鹽酸溶液至過(guò)量 向一定量的NaOH溶液中逐滴加入AlCl3溶液至過(guò)量 現(xiàn)象 立即產(chǎn)生白色沉淀→漸多→最多→減少→消失 立即產(chǎn)生白色沉淀→漸多→最多→減少→消失 無(wú)沉淀→出現(xiàn)沉淀→漸多→最多→沉淀不消失 圖像 離子 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 向一定量的鹽酸溶液中逐滴加入NaAlO2溶液至過(guò)量 向一定量的AlCl3溶液中逐滴加氨水溶液至過(guò)量 向一定量的NaAlO2溶液中緩慢通入CO2至過(guò)量 現(xiàn)象 無(wú)沉淀→出現(xiàn)沉淀→漸多→最多→沉淀不消失 立即產(chǎn)生白色沉淀→漸多→最多→沉淀不消失 立即產(chǎn)生白色沉淀→漸多→最多→沉淀不消失 圖像 離子 方程式 AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3 Al3＋＋3NH3H2O===Al(OH)3↓＋3NH Al(OH)3與NH3H2O不反應(yīng) 2AlO＋CO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO CO＋CO2＋H2O===2HCO Al(OH)3與CO2＋H2O不反應(yīng) ②鎂鋁元素沉淀圖 操作 向含Mg2＋和Al3＋的酸性溶液中逐滴加入強(qiáng)堿溶液 c(Mg2＋)＝c(Al3＋) 向含Mg2＋和Al3＋的酸性溶液中逐滴加入強(qiáng)堿溶液2c(Mg2＋)＝c(Al3＋) 現(xiàn)象 無(wú)明顯現(xiàn)象→出現(xiàn)沉淀→漸多→最多→減少→不變 無(wú)明顯現(xiàn)象→出現(xiàn)沉淀→漸多→最多→減少→不變 圖像 離子 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.相關(guān)計(jì)算 ①根據(jù)AlCl3和NaOH的量計(jì)算生成的Al(OH)3量 例如：將100mL1mol/L的AlCl3溶液和100 mL 3.5 mol/L的NaOH溶液混合，生成Al(OH)30.05mol。 解答：n(Al3＋)＝0.1mol，n(OH－)＝0.35mol， n(OH－)/n(Al3＋)＝3.5∶1，此時(shí)鋁元素以Al(OH)3和AlO存在，n[Al(OH)3]＝4n(Al3＋)－n(OH－)＝0.05mol ②根據(jù)AlCl3和Al(OH)3的量計(jì)算需要的NaOH的量 NaOH n(NaOH) 當(dāng)NaOH不足時(shí) n(NaOH)＝3n[Al(OH)3] 當(dāng)NaOH過(guò)量時(shí) n(NaOH)＝3n(Al3＋)＋{n(Al3＋)－n[Al(OH)3]}＝4n(Al3＋)－n[Al(OH)3] 例如：在100mL1mol/L的AlCl3溶液中加入0.15或0.35molNaOH，生成Al(OH)30.05mol。 解答：①當(dāng)NaOH不足時(shí)，此時(shí)鋁元素以Al(OH)3和Al3＋形式存在， n(NaOH)＝3n[Al(OH)3]＝0.15mol ②當(dāng)NaOH過(guò)量時(shí)，此時(shí)鋁元素以Al(OH)3和AlO形式存在， n(NaOH)＝4n(Al3＋)－n[Al(OH)3]＝0.35mol ③根據(jù)NaAlO2和HCl的量計(jì)算生成的Al(OH)3量 例如：將100mL1mol/L的NaAlO2溶液和100 mL 2.5 mol/L的鹽酸混合，生成Al(OH)30.05mol。 解答：n(H＋)＝0.25mol，n(AlO)＝0.1mol，n(H＋)/n(AlO)＝2.5∶1，鋁元素以Al3＋和Al(OH)3形式存在， n[Al(OH)3]＝1/3[4n(AlO)－n(H＋)]＝0.05mol ④根據(jù)NaAlO2和Al(OH)3的量計(jì)算需要的HCl的量 HCl n(HCl) 當(dāng)HCl不足時(shí) n(HCl)＝n[Al(OH)3] 當(dāng)HCl過(guò)量時(shí) n(HCl)＝n(AlO)＋3{n(AlO)－n[Al(OH)3]}＝4n(AlO)－3n[Al(OH)3] 例如：在100mL1mol/L的NaAlO2溶液中加入0.05或0.25molHCl，生成Al(OH)30.05mol。 解答：①當(dāng)HCl不足時(shí)，此時(shí)鋁元素以Al(OH)3和AlO形式存在， n(HCl)＝n[Al(OH)3]＝0.05mol ②當(dāng)HCl過(guò)量時(shí)，此時(shí)鋁元素以Al(OH)3和Al3＋形式存在， n(HCl)＝4n(AlO)－3n[Al(OH)3]＝0.25mol 四、應(yīng)用 1．制取Al(OH)3∶A13＋＋3NH3H2O===Al(OH)3↓＋3NH、AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO。 2．離子共存問(wèn)題： Al3＋與OH－、S2－、HS－、AlO、CO、HCO因發(fā)生雙水解反應(yīng)或生成沉淀而不能大量共存；AlO與H＋、NH、Al3＋、Fe3＋等不能大量共存。 3．鑒別(利用滴加順序不同，現(xiàn)象不同) ①AlCl3溶液中滴加NaOH溶液現(xiàn)象：先產(chǎn)生白色沉淀，后沉淀溶解。 ②NaOH溶液中滴加AlCl3溶液現(xiàn)象：開(kāi)始無(wú)明顯現(xiàn)象，后產(chǎn)生白色沉淀，沉淀不溶解。 4．分離提純 ①利用Al能溶于強(qiáng)堿溶液，分離Al與其他不溶于強(qiáng)堿的金屬混合物。 ②利用Al2O3能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，分離Al2O3與其他不溶于強(qiáng)堿的金屬氧化物。 ③利用Al(OH)3能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，分離Al3＋與其他金屬陽(yáng)離子。 5．明礬的凈水作用：明礬是一種復(fù)鹽(由兩種或兩種以上陽(yáng)離子和一種陰離子組成的鹽)，化學(xué)式為KAl(SO4)212H2O，是一種常見(jiàn)的凈水劑。主要原理為：Al3＋＋3H2O===Al(OH)3(膠體)＋3H＋，其中氫氧化鋁膠體具有很強(qiáng)的吸附能力，它能凝聚水中的懸浮物并使之沉降，從而達(dá)到凈水的目的。 【例1】　向30mL1molL－1的AlCl3溶液中逐漸加入濃度為4molL－1的NaOH溶液，若產(chǎn)生0.78g白色沉淀，則加入的NaOH溶液的體積可能為(　　) A．3mLB．7.5mLC．15mLD．17.5mL 【解析】　n(Al3＋)＝0.03mol，n[Al(OH)3]＝0.01mol，根據(jù)元素守恒可知，還有0.02mol的Al元素以Al3＋或AlO形式存在。若0.02mol的Al元素是以Al3＋形式存在，說(shuō)明NaOH不足，n(NaOH)＝3n[Al(OH)3]＝0.03mol，V(NaOH)＝7.5mL；若0.02mol的Al元素是以AlO形式存在，說(shuō)明NaOH過(guò)量，n(NaOH)＝3n[Al(OH)3]＋4n(AlO)＝0.11mol，V(NaOH)＝27.5mL。 【答案】　B 【提煉】　向AlCl3溶液中逐漸加入NaOH溶液，先后發(fā)生Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，Al(OH)3＋OH－===AlO＋H2O，根據(jù)Al3＋的物質(zhì)的量計(jì)算最大沉淀量，若實(shí)際沉淀量等于最大沉淀量，按照第一個(gè)方程式計(jì)算NaOH的用量；若實(shí)際沉淀量小于最大沉淀量，有兩種情況，若是NaOH不足，按照第一個(gè)方程式計(jì)算；若是沉淀部分溶解，就要先求出產(chǎn)生最大沉淀量的NaOH的用量，再根據(jù)沉淀差值用第二個(gè)方程式計(jì)算NaOH用量，將兩部分NaOH相加即總使用量。 【例2】　甲、乙兩燒杯中分別裝有相同體積、相同pH的氨水和NaOH溶液，各加入10mL0.1molL－1AlCl3溶液，兩燒杯中都有沉淀生成。下列判斷正確的是(　　) 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．實(shí)驗(yàn)過(guò)程中甲中的現(xiàn)象始終保持一致 【解析】　一水合氨是弱電解質(zhì)、NaOH是強(qiáng)電解質(zhì)，所以相同pH的氨水和NaOH溶液：c(NH3H2O)＞c(NaOH)。相同體積、相同pH的氨水和NaOH溶液：n(NH3H2O)＞n(NaOH)，二者和氯化鋁反應(yīng)都生成氫氧化鋁沉淀，但氫氧化鋁能溶于強(qiáng)堿NaOH，不溶于弱堿氨水。氫氧化鋁不溶于氨水，甲中發(fā)生：Al3＋＋3NH3H2O===Al(OH)3↓＋3NH，由于氫氧化鋁能溶于強(qiáng)堿NaOH，乙中開(kāi)始發(fā)生反應(yīng)：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，若NaOH過(guò)量：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。 如果加入的AlCl3恰好與NaOH反應(yīng)生成Al(OH)3，由于參加反應(yīng)的AlCl3的物質(zhì)的量相等，所以生成沉淀質(zhì)量相等； 如果加入的AlCl3與NaOH反應(yīng)生成Al(OH)3，后氯化鋁還有剩余，則剩余部分氯化鋁與氨水會(huì)繼續(xù)反應(yīng)生成沉淀，則氨水中產(chǎn)生的沉淀較多； 如果加入AlCl3與NaOH反應(yīng)生成NaAlO2、Al(OH)3，則氨水中產(chǎn)生沉淀較多，由上述分析可知，甲中沉淀大于或等于乙中沉淀。 【答案】　B 【提煉】　本題主要考查的是強(qiáng)、弱電解質(zhì)的區(qū)別及Al3＋在強(qiáng)堿性、弱堿性條件下存在形式的差異。 【例3】　向物質(zhì)的量濃度均為1mol/L的AlCl3和鹽酸的混合溶液中逐滴滴入NaOH溶液，如圖[n表示Al(OH)3的物質(zhì)的量、V表示NaOH溶液的體積]，能正確表示這個(gè)反應(yīng)過(guò)程的是(　　) 【解析】　根據(jù)題意，原溶液中有AlCl3和鹽酸，逐滴滴入NaOH溶液的過(guò)程中，氫氧化鈉先和鹽酸發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，等鹽酸全部被中和后，再與AlCl3反應(yīng)，根據(jù)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】　下列曲線圖(縱坐標(biāo)為沉淀的量，橫坐標(biāo)為加入物質(zhì)的量)與對(duì)應(yīng)的選項(xiàng)相符合的是(　　) A．①為向1L濃度均為0.1molL－1的Ba(OH)2、NaAlO2混合溶液中加入0.1molL－1的稀H2SO4 B．②為向1L濃度分別為0.1molL－1和0.3molL－1的AlCl3、NH4Cl的混合溶液中加入0.1molL－1的稀NaOH溶液 C．③為向燒堿溶液中滴加明礬溶液 D．④為向AlCl3溶液中滴加過(guò)量氨水 【解析】　A項(xiàng)，Ba(OH)2和NaAlO2中加入稀H2SO4，發(fā)生的反應(yīng)依次為Ba2＋＋2OH－＋2H＋＋SO===BaSO4↓＋2H2O、AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓、Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O，所以加1L稀H2SO4時(shí)，Ba(OH)2反應(yīng)完，再加0.5L稀H2SO4時(shí)AlO參加反應(yīng)，再加1.5L稀H2SO4時(shí)，Al(OH)3全部溶解，正確；B項(xiàng)，向1L濃度分別為0.1molL－1和0.3molL－1的AlCl3、NH4Cl的混合溶液中加入0.1molL－1的NaOH溶液，發(fā)生的反應(yīng)依次是Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓、OH－＋NH===NH3H2O、Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O，所以沉淀Al3＋和溶解Al(OH)3所用NaOH的量之比為3∶1，而圖像上看到的是1∶1，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，向燒堿溶液中滴加明礬溶液，發(fā)生的反應(yīng)依次是Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O、Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，向AlCl3溶液中滴加過(guò)量氨水，沉淀不會(huì)溶解，錯(cuò)誤。 【答案】　A 【提煉】　1.關(guān)于圖像題的答題技巧 (1)看面：理解橫、縱坐標(biāo)的含義。比如例3中橫坐標(biāo)表示NaOH溶液的體積，縱坐標(biāo)表示Al(OH)3的物質(zhì)的量。 (2)看線：理解線的變化趨勢(shì)，每一條線都代表著一定的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。比如A選項(xiàng)，可理解為有三個(gè)化學(xué)反應(yīng)。 (3)看點(diǎn)：理解曲線上拐點(diǎn)的含義，如與坐標(biāo)軸的交點(diǎn)，曲線的交點(diǎn)，折點(diǎn)、最高點(diǎn)與最低點(diǎn)等。曲線的拐點(diǎn)代表著一個(gè)反應(yīng)過(guò)程的結(jié)束和開(kāi)始。比如D選項(xiàng)，最高點(diǎn)代表鋁離子沉淀剛好結(jié)束，氫氧化鋁的溶解開(kāi)始。 2．關(guān)于Al(OH)3圖像問(wèn)題的分析要點(diǎn)： (1)轉(zhuǎn)化過(guò)程中要遵循化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由于生成Al(OH)3沉淀與溶解Al(OH)3沉淀所用的NaOH溶液的體積比為3∶1，例3中的C和D符合反應(yīng)計(jì)量數(shù)，選項(xiàng)A和B均不符合。 (2)看清橫縱坐標(biāo)的含義，對(duì)圖像進(jìn)行全面分析。 (3)分析圖像時(shí)不僅要注意加入的酸或堿的強(qiáng)弱，還要注意加入的量和滴加的順序，因?yàn)榈渭拥捻樞虿煌赡墚a(chǎn)生的現(xiàn)象不同。比如例3是在AlCl3和鹽酸的混合溶液中逐滴滴入NaOH溶液。 (4)對(duì)于一些復(fù)雜的問(wèn)題可先分解后組合，進(jìn)行圖像的疊加工作；只有抓住一些關(guān)鍵點(diǎn)(最高點(diǎn)、最低點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)等)和變化趨勢(shì)，才能順利地解決圖像問(wèn)題。 【例5】　煙氣脫硫能有效減少二氧化硫的排放。實(shí)驗(yàn)室用粉煤灰(主要含Al2O3、SiO2等)制備堿式硫酸鋁[Al2(SO4)x(OH)6－2x]溶液，并用于煙氣脫硫研究。 (1)酸浸時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________________________________________________； 濾渣Ⅰ的主要成分為_(kāi)_______(填化學(xué)式)。 (2)加CaCO3調(diào)節(jié)溶液的pH至3.6，其目的是中和溶液中的酸，并使Al2(SO4)3轉(zhuǎn)化為Al2(SO4)x(OH)6－2x。濾渣Ⅱ的主要成分為_(kāi)_______(填化學(xué)式)；若溶液的pH偏高，將會(huì)導(dǎo)致溶液中鋁元素的含量降低，其原因是________________________________________________________________________(用離子方程式表示)。 (3)上述流程中經(jīng)完全熱分解放出的SO2量總是小于吸收的SO2量，其主要原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________； 與吸收SO2前的溶液相比，熱分解后循環(huán)利用的溶液的pH將________(填“增大”“減小”或“不變”)。 【解析】　(1)粉煤灰的主要成分為Al2O3和SiO2，Al2O3能與酸反應(yīng)，SiO2不能，所以化學(xué)方程式為：Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O，濾渣Ⅰ的主要成分為SiO2；(2)加碳酸鈣粉末主要是為了中和多余的硫酸，所以濾渣Ⅱ的主要成分可是CaSO4；若溶液的pH偏高，鋁離子水解呈酸性，鋁元素會(huì)轉(zhuǎn)化為Al(OH)3，方程式為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，所以上述流程中經(jīng)完全熱分解放出的SO2量總是小于吸收的SO2量；溶液中SO屬于弱酸根離子被氧氣氧化轉(zhuǎn)化為SO，SO為強(qiáng)酸根離子，則溶液酸性增強(qiáng)，pH減小。 【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　減小 【提煉】　這是以鋁為背景，考查了物質(zhì)的制備原理，主要知識(shí)點(diǎn)涉及鋁化合物的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)、物質(zhì)分離及提純的方法和基本操作。解題關(guān)鍵：①明確試劑的性質(zhì)以及用途；②分析每一步發(fā)生的反應(yīng)；③分析每一步反應(yīng)完后得到的物質(zhì)有哪些(包括過(guò)量的試劑)；④分析每個(gè)分離操作的目的。