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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)21.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可溶性铝盐与少量NaOH溶液反应:Al3+3OH-(少量) =Al(OH)3可溶性铝盐与氨水反应:Al3+3NH3H2OAl(OH)3+3NH4+(2)Al(OH)3Al3+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偏铝酸钠溶液中加入少量盐酸: AlO2-+H+(少量)+H2O=Al(OH)3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-+2H2O2.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31。(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13。(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nAl(OH)3=1/3n(OH-);(2)当4时,所得沉淀的物质的量为nAl(OH)3=0;(3)当34时,所得沉淀的物质的量为nAl(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31。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.AlB.Al(OH)3C.AlCl3D.Al2O3【答案】:A变式训练2-2A、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,BC,D,E。(2)写出下列反应的离子方程式:AB: ;BD: ;CE: 。【答案】:(1)KAlO2Al(OH)3Al2O3AlCl3NaAlO2 (2) AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3+ HCO3- Al(OH)3+3H+=Al3+3H2OAl2O3+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AB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)AB发生反应,消耗n(NaOH)=0.01mol,VNaOH(aq)=0.01mol2molL-1=0.005L=5mL,故V1=15+5=20。(4)n(AlCl3)=nAl(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)31mol3mol78g0.015mol0.39gVNaOH(aq)=0.015mol2molL-1=0.0075L=7.5mL; 若NaOH溶液过量,则:Al(OH)3+OH-= AlO2-+2H2O78g1mol0.39g0.005molVNaOH(aq)=15mL+=17.5mL。方法技巧有关Al(OH)3沉淀的图像分析思路
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