第九章第二部分知识体系、拓宽与加深

第二部分知识体系、拓宽与加深知识体系铝及其化合物里里元素周明汴榭脑 结梅屯禹平衡拓宽与加深1. Al、AI2O3、Al(OH) 3所具有的共同特性NaAIQ?一“。八KOH)从上述变化中可以清楚地看到Al、AI2O3、Al(OH) 3都有既能与强酸又能与强碱反应的性质，若要得到偏铝酸盐(NaAlO 2),则三者都必须与强碱反应：(1)2Al+2OH -+2H2O- 2AlO2+3H 2 T(2)Al 2Q+20HH 2A1O2+H2O(3)Al(0H) 3+OH-f AlO2+2H2OAl(OH) 3是不溶于水的白色胶状物质，为弱电解质。由于绝对不溶的物质是没有的，所 以溶于水的部分就能电离出少量的离子；至于按什么方式电离， 取决于它存在于什么样的溶液中，所以Al(OH) 3有两种电离方式：Kr- 11+11- 7+ 酸% Al(OH) 3 7+酸“，3+ c-AlO2+H +H2O +强碱 Al +3OH(HAlO 2 H2O)当Al(OH) 3按酸式(或碱式)电离达到平衡时，根据平衡移动原理，在酸(或碱)的作用下将达到新的平衡。(1)遇酸即按碱式电离的方式继续电离，直至OH-与H+完全结合成水，此时 Al(OH) 3沉淀完全消失而成可溶性铝盐；反之加入强碱(OH-)可使其按酸式电离方式进行电离，生成的H+与OH-完全结合成水，最后生成可溶性的偏铝酸盐而使沉淀消失。(2)如在偏铝酸盐中加入适量H + ,则AlO2+H+H2O- Al(OH) 3 J ,所以偏铝酸盐只能存 在于碱性较强的溶液中，这一点切不可忽视。正因为Al(OH) 3具有两性：(1)Al(OH) 3+3H+-Al3+3H2。,说明A13+只能存在于酸性较强的溶液中。(2)Al(OH) 3+OH-AIO2+2H2O,故AlO 2只存在于碱性溶液中。当用强碱与铝盐作用制取Al(OH)3时，应把碱液逐滴加入到铝盐溶液中，边滴加边振荡或搅拌，使絮状的Al(OH) 3沉淀不会增多，若不及时振荡或搅拌，一旦强碱过量就得不到Al(OH) 3沉淀。若改用氨水与铝盐作用，则沉淀就不会得而复失了，因为 Al(OH) 3不溶于氨 水。这说明弱碱不能与 Al(OH) 3反应。试问如果把铝盐滴加入强碱溶液，边滴边振荡或搅拌，将观察到什么现象？结果如何？2.铁及其主要化合物？铁与强氧化剂(如C&氧化性浓酸等)反应时，将生成高价铁化合物，与S、HCl、CUSO4等反应时，生成低价铁盐，与氧化或水蒸气反应时则得Fe3O4。Fe3+与Fe2+在一定条件下的转换及其检验。(1)Fe3+ *还:；CFe2+(既可作还原剂又可作氧化剂)有水溶液里(常温)：还原剂Zn t Fe2+ +Zn 2+FeT Fe2+Fe3+，CuT Cu2+Fe2+H 2st S J+H + +Fe2+Ii 12+Fe2, 一，一一高潟在固态物质里：Fe2O3+3CO32Fe+3CO2值炉炼铁)4Fe(OH) 2+O2+2H 2O - 4Fe(OH) 3 J在水溶液里：2Fe2+Cl 2f 2Fe3+ +2Cl-通入氯气或加入氯水、滨水、KMnO4溶液，均可使Fe2+氧化成Fe3+；但碘水不行，因为I2的氧化性较弱，否则2Fe3+2I-2Fe2+l2就不能成立。所以在完成有关铁的化合价变换的方程式时，务必考虑原物质存在的状态和反应的条件，才能正确作出还原剂和氧化剂的抉择。(2)铁离子检验(用无色NH4SCN或KSCN作试剂)Fe3+SCN-fFe(SCN)2+(根据加入 SCN-的量，可形成Fe(SCN) n3-n, n=1、2、3、4、5、 6都是血红色溶液。)铁元素能充分反映过渡元素的特点：有变价；它的化合物及其在水溶液里的离子，大 多有一定的颜色。3.硬水及其软化(1)硬水及其危害通常把溶有较多量的 Ca2+和Mg2+的水，叫做硬水，只溶有少量或不含Ca2+、Mg2+的水叫做软水。如果水的硬度是由 Ca(HCO3)2或Mg(HCO 3)2所引起的，这种硬度叫做暂时硬度；如果 水的硬度是由钙和镁的硫酸盐或氯化物等所引起的，这种硬度叫做永久硬度。硬水在生产上有很大危害：长期饮用硬度很高的水，不利于人体健康；锅炉用水硬度太高，不仅浪费燃料，而且会引起爆炸事故。(2)硬水的软化含有暂时硬度的硬水用煮沸的方法即可除去：煮沸人Ca(HCO3)CaCO3 J+H2O+CO2 T煮沸I | | _AMg(HCO 3)23 MgCO 3 J +H2O+CO2 T继续加热，MgCO 3就发生水解反应，生成更难溶的氢氧化镁。由于生成沉淀，水里的Ca2+和Mg2+就可大大减少，使水得到软化。含有永久硬度的硬水其软化方法：药剂软化法，常用的药剂有纯碱，石灰和磷酸钠。石灰、纯碱可使永久硬度的硬水得到软化：MgSO4+Ca(OH)2一 Mg(OH) 2 J +CaSO4CaSO4+Na2CO3-CaCO3 J +Na2SO4离子交换法。工业上常用碘化煤作离子交换剂(NaR),它使硬水得到软化的反应可表示如下：_ 2+2NaR+Ca - CaR2+2Na2NaR+Mg 2+ MgR2+2Na +交换后，磺化煤的Na+被Ca2+、Mg2+所代替，结果使水得到软化。但磺化煤长期使用即失去软化能力而需要再生。习题解析例1准确称取6克铝土矿样品(含AI2O3、F%O3、SQ2)放入盛 有100毫升某浓度的H2SO4溶液的烧杯中，充分反应后过滤，向滤 液中加入10摩/升的NaOH溶液，产生的沉淀的质量 W与加入NaOH 溶液的体积V关系如图9-3,求(1)H 2SO4溶液的物质的量浓度是多少？(2)若a=2.3毫升时，则铝土矿中各组成成分的质量的分含量 是多少？(3)a值的范围在之间，在这个范围内，a值越大 _含量图”3越小。分析与指导：1.首先要理清楚整个过程中物质之间的反应：A12O3+3H2SO4一 A12(SO4)3+3H2O, Fe2O3+3H2SO4- Fe(S04)3+3H2。，Al 2(SO4)3+6NaOH -2Fe(OH)3 J +3N&SQ, Al(OH) 3+NaO+ NaAlO2+2H2。2.弄清图像中加 NaOHl坐标原点至a点，至U 35、45毫升时，沉淀的质量和组成。解：(1)由于生成沉淀最多时加入OH离子的物质的量等于原本品中加入的酸中H+离子的物质的量，因此 10X35= MH SO X 2X100, M H SO =1.75mol/L 。 H 2SO4H2SO4(2)从图中可知，沉淀Al3+离子耗OH离子的物质的量是使 Al(OH)3溶解耗OH离子的3 倍，故沉淀 Al3+耗NaOHS为30毫升，那么沉淀 Fe3+时耗NaOHE为35-30-2.3=2.7 毫升。则有：nAl 2O3 =1 1-3Al(OH) 3= (45-35)X 10 x 10=0.05mol221-11-3-Fe2O3 = -n NaOH = -x2.7 X103x10=0.0045mol266因此，Al 2Q%=(0.05 X 102/6) X 100%=85%Fe2Q%=(0.0045 X 160/6) X 100%=12%SiO2%=1-85%-12%=3%（3）根据图像，6克铝土矿中Al 203的含量是固定不变的，为0.05 X 102=5.1克，则FezQ 的质量最大值为 6-5.1=0.9 克，那么，溶解0.9克FezQ需H2SQ为0.9/160 X 3=0.016875molH2SQ总 物 质 的 量 为： 1.75 X 0.1=0.175mol, 余H2SO0.175-0.016875-0.15=0.008125（mol）-3NaOHg中和多余的 H2SO,才能有沉捉，此时需NaOhfr积为0.008125 X 2=VX 10 X10, V=1.625（毫升）由于SiO2含量不能为零，Fe2O3应小于0.9克，所以1.625a5,a值越大，FezQ含量 越小。答：（略）例2在FeCl3和CuCl2混合液中，通入适量 HS气体，反应结果生成0.2摩尔沉淀，将此沉淀过滤后，往滤液中加入适量铁粉，反应完成后将溶液蒸干，得到固体0.4摩尔，求原混合物中FeCl3和CuCl2的物质的量各为多少？解：设原混合物中 FeCl3为x摩尔。则2FeCl 3+H2S-2FeCl2 + S J +2HClx(mol) x(mol)1x(mol) x(mol)2(2)CuCl 2+H2s- CuSj +2HCl(0.2-1 x)(0.2-1 x) 2(0.2- 1 x)FeCl2。根据反应(1)、(2)将沉淀滤去后所得HCl与Fe反应，蒸干后得到的固体为(3)Fe+ 2HCl - FeCl2+H2 Tx+2(0.2- 1 x)1 x+2(0.2- 1 x)222因为FeCl2由(1)(3)得到,所以：FeCl2 的量=x+ 1 x+2(0.2- 1 x)=0.4(mol)22解得 x=0.2(mol)CuCl2 为：0.2-1 x=0.2-1 x 0.2=0.1(mol)22答：（略）