铝及其重要化合物复习策略

       古田一中 胡嘉谋

 

1．借助分类观理解掌握Al、Al₂O₃、Al(OH)₃的共性。

铝元素分属于金属元素，但体现一定的非金属性，故表现出可与强酸又可与强碱反应：    

2Al+6H⁺===2Al³⁺+3H₂↑       2Al+2OH^－+6H₂O===2[Al(OH)₄]^－+3H₂↑

Al₂O₃分属于两性氧化物，故表现出可与强酸又可与强碱反应：

Al₂O₃+6H⁺===2Al³⁺+3H₂O      Al₂O₃+2OH^－+3H₂O===2[Al(OH)₄]^－

Al(OH)₃分属于两性氢氧化物，故表现出可与强酸又可与强碱反应：

Al(OH)₃+3H⁺===Al³⁺+3H₂O      Al(OH)₃+OH^－===[Al(OH)₄]^－

以上有关反应的离子方程式有共性，也有不同之处，要用对比方法加以比较掌握，避免混淆。

思考：

①等物质的量的铝单质分别与足量的盐酸和烧碱溶液反应放出氢气的量是何关系？足量的铝单质分别与等物质的量的盐酸和烧碱反应放出氢气的量是何关系？

②铝是较活泼金属，为什么常用于制造日常生活用品？为什么铝制容器可以盛放冷浓硫酸或冷浓硝酸，而不能盛放稀硫酸或稀硝酸？为什么铝制品不能长期盛放酸性或碱性物质？

③既能与强酸反应又能与强碱反应的常见物质有哪些？有关反应的离子方程式如何书写？

2．借助转化观理解掌握Al³⁺、Al(OH)₃、[Al(OH)₄]^-的互变。

Al³⁺、Al(OH)₃、[Al(OH)₄]^－相互转化的三角关系称为“铝三角”。

                  

    Al³⁺+3OH^－===Al(OH)₃↓        Al(OH)₃ +3H⁺===Al³⁺+3H₂O

Al³⁺+4OH^－=== [Al(OH)₄]^－     [Al(OH)₄]^－+4H⁺===Al³⁺+4H₂O

Al(OH)₃+OH^－=== [Al(OH)₄]^-    [Al(OH)₄]^－+H⁺===Al(OH)₃↓+H₂O

思考：

①在实验室里用铝盐溶液制备氢氧化铝常用通入氨气的方法，而不用加入氢

氧化钠溶液的方法，为什么？若用四羟基合铝酸钠溶液制备氢氧化铝常用往其中通入二氧化碳气体的方法，而不用往其中加入盐酸的方法，为什么？

②要实现Al³⁺ 转化为Al(OH)₃，除了加碱的方法外，还可以通过什么方法实现转化？写出有关离子方程式。（提示：与水解呈碱性的盐发生反应）

③要实现[Al(OH)₄]^－转化为Al(OH)₃，除了加酸或通入酸性气体的方法外，还可以通过什么方法实现转化？写出有关离子方程式。（提示：水解呈酸性的盐或可溶性的酸式盐如NaHCO₃、KHSO₄等）

④今用铝、稀硫酸和氢氧化钠溶液为原料，在实验室里制备一定量的氢氧化铝，甲、乙、丙三个学生的制备途径分别是：

                  
    若制备2molAl(OH)₃，用哪一种制备途径比较节约试剂？为什么？（提示：结合化学方程式从每生产2molAl(OH)₃所消耗的酸或碱用量加以说明）

3．借助定量观理解掌握有关Al(OH)₃沉淀的图像。

根据生成Al(OH)₃的反应规律，Al(OH)₃沉淀量的图像大致有以下六种情况：

   
        

(1)图为向AlCl₃溶液中滴入NaOH溶液的情况：

AB段反应：Al³⁺+3OH^－===Al(OH)₃↓

BC段反应：Al(OH)₃+OH^－===[Al(OH)₄]^－

若1molAl³⁺参与反应时，消耗的NaOH的物质的量为n(AB)∶n(BC)=1∶3。

(2)图为向NaOH溶液中滴入AlCl₃溶液的情况：

AB段反应：Al³⁺+4OH^－===[Al(OH)₄]^－

BC段反应：3[Al(OH)₄]^－+Al³⁺===4Al(OH)₃↓

显然，Al³⁺分别与NaOH反应的物质的量以及与[Al(OH)₄]^－反应的物质的量之比为n(AB)∶n(BC)=3∶1。

(3)图为向盐酸酸化了的AlCl₃溶液中滴入NaOH溶液的情况：

AB段反应： OH^－+H⁺ ===H₂O

BC段反应：Al³⁺+3OH^－===Al(OH)₃↓

CD段反应：Al(OH)₃+OH^－===[Al(OH)₄]^－

显然，OH^－分别与H⁺(1mol)、Al³⁺(1mol)、Al(OH)₃反应的物质的量之比为

n(AB)∶n(BC)∶n(CD)=1∶3∶1。

(4)图为向盐酸中加入Na[Al(OH)₄]溶液的情况：

AB段反应：[Al(OH)₄]^－+4H⁺===Al³⁺+4H₂O

BC段反应：3[Al(OH)₄]^－+Al³⁺===4Al(OH)₃↓

显然，[Al(OH)₄]^－分别与H⁺反应的物质的量以及与Al³⁺反应的物质的量之比为n(AB)∶n(BC)=1∶3。

(5)图为向Na[Al(OH)₄]溶液中加入盐酸的情况：

AB段反应：[Al(OH)₄]^－+H⁺===Al(OH)₃↓+H₂O

BC段反应：Al(OH)₃+3H⁺===Al³⁺ +3H₂O

若1mol[Al(OH)₄]^－参与反应时，消耗的HCl的物质的量为n(AB)∶n(BC)=1∶3。

(6)图为向AlCl₃溶液中滴入Na[Al(OH)₄]溶液的情况：

AB段反应：3[Al(OH)₄]^－+Al³⁺===4Al(OH)₃↓

感悟：化学方程式中蕴含着丰富的定量关系，图像解题时要充分利用。

练习：

如图是向MgCl₂和AlCl₃的混合溶液中加入NaOH溶液和盐酸时，沉淀的物质的量ymol与加入NaOH溶液和盐酸的体积xL的关系图，根据图示判断，下列结论中不正确的是（ ）。

  

A．N点时溶液中的溶质只有NaCl

B．M点之前加入的是NaOH溶液，M点之后加入的是盐酸

C．c(NaOH)== c(HCl)

D．原混合溶液中c(MgCl₂)∶c(AlCl₃)=1∶2

提示：图象中N、P点等高，说明生成沉淀等量，且溶解也等量，说明NaOH溶液与盐酸浓度相等；横坐标由0—5LNaOH溶液使Mg²⁺、Al³⁺均沉淀，5—6LNaOH溶液使生成Al(OH)₃溶解，6—7L

Na[Al(OH)₄]被盐酸转化沉淀，7— 12L盐酸又把Mg(OH)₂、Al(OH)₃全部溶解，由溶液体积知

n(AlCl₃)∶n(MgCl₂)=1∶1。

答案：D。

4．借助微粒观理解掌握有关铝及其化合物的离子反应规律。

(1)铝单质与离子间发生氧化还原反应：Al分别与H⁺、Hg²⁺、Cu²⁺等发生置换反应；Al与H⁺、NO₃^－发生氧化还原反应没有氢气生成；Al与含OH^－的强碱溶液发生氧化还原反应有氢气生成。

(2)离子间或离子与分子间发生复分解反应：Al³⁺与OH^－、NH₃·H₂O等发生复分解反应；

[Al(OH)₄]^－与H⁺、CO₂、HCO₃^－等发生复分解反应。

(3)离子间发生双水解反应：Al³⁺与水解呈碱性的离子S^2－、HS^－、HCO₃^－、CO₃^2－、

[Al(OH)₄]^－等发生双水解反应；[Al(OH)₄]^-与水解呈酸性的离子Al³⁺、Fe³⁺、NH₄⁺等发生双水解反应。

(4) 两性物质分别与H⁺、OH^－间发生离子反应：Al₂O₃分别与H⁺、OH^－间的离子反应；Al(OH)₃分别与H⁺、OH^－间的离子反应。

练习：

1．某无色溶液加入铝可以生成氢气, 则在该溶液中一定能大量存在的离子组是(   )

A．K⁺、Cu²⁺、NO₃^－、Cl^－ B．K⁺、Na⁺、Br^－、Cl^－

C．K⁺、NH₄⁺、HCO₃^－、Cl^－ D．.Na⁺、Mg²⁺、Br^－、NO₃^－

提示：由无色溶液可排除A选项；加入铝可以生成氢气的溶液可能是强碱或非氧化性酸溶液，C选项中HCO₃^－在酸碱性环境中都不能大量共存，NH₄⁺在碱性条件下不能大量共存；D选项中的Mg²⁺在碱性条件下不能大量共存，NO₃^－在酸性条件下具有强氧化性，与铝反应不能放出氢气。所以B选项在此条件下能大量共存。

答案：B。

2．在复盐NH₄Al(SO₄)₂溶液中逐滴加入Ba(OH)₂溶液，可能发生的反应的离子方程式是（   ）

A．Al³⁺+2SO₄^2-+2Ba²⁺+4OH^－==2BaSO₄↓+[Al(OH)₄]^－

B．NH₄⁺+Al³⁺+2SO₄^2-+2Ba²⁺+4OH^－== 2BaSO₄↓+Al(OH)₃↓+ NH₃·H₂O

C．2Al³⁺+3SO₄^2-+3Ba²⁺+6OH^－==3BaSO₄↓+2Al(OH)₃↓

D．3NH₄⁺+Al³⁺+3SO₄^2-+ 3Ba²⁺+ 6OH^－== 3BaSO₄↓+Al(OH)₃↓+3NH₃·H₂O

提示：复盐电离：NH₄Al(SO₄)₂==NH₄⁺+Al³⁺+2SO₄^2-，显然[Al(OH)₄]^－与NH₄⁺不共存，选项A不正确；因为溶液中的微粒均可参与反应，且Al³⁺离子比NH₄⁺离子更容易与OH^－离子反应，各微粒反应如下：Al³⁺+3OH^－== Al(OH)₃↓，NH₄⁺+OH^－==NH₃·H₂O，SO₄^2-+Ba²⁺== BaSO₄↓；又因为复盐NH₄Al(SO₄)₂还可以形成(NH₄)₂SO₄·Al₂(SO₄)₃的形式，因此当Ba(OH)₂足量时，发生选项B的离子反应；当Ba(OH)₂不足时，发生选项C的离子反应。选项D不正确，因为不满足复盐NH₄Al(SO₄)₂中NH₄⁺与Al³⁺离子1∶1的组成关系。

答案：B、C。

5．借助平衡观理解掌握有关铝及其化合物的知识应用。

(1)明矾的化学式为KAl(SO₄)₂·12H₂O，为什么它是一种较好的净水剂？

可用水解平衡理解：明矾在水溶液中发生电离：KAl(SO₄)₂===K⁺+Al³⁺+SO₄^2－，溶液中存在水解平衡：Al³⁺+3H₂OAl(OH)₃+3H⁺，生成的氢氧化铝胶体吸附能力很强，可以吸附水里悬浮的杂质，并形成沉淀，使水澄清。所以，明矾是一种较好的净水剂。

(2)氢氧化铝是两性氢氧化物，为什么它既能溶于强酸溶液，又能溶于强碱溶液；而不能溶于弱酸或弱碱？

可用电离平衡移动的原理来解释：氢氧化铝的电离方程式可表示如下：

Al(OH)₃ Al³⁺＋3OH^-                  Al(OH)₃＋H₂O[Al(OH)₄]^－＋H⁺

(碱式电离)                   (酸式电离)

其电离程度相当微弱，只有加入强酸(或强碱)时，大量的H⁺(或OH^－)才能破坏氢氧化铝的电离平衡，使平衡向右(或左)移动，生成铝盐(或四羟基合铝酸盐)，所以氢氧化铝既能与酸反应生成可溶性铝盐，又能与碱反应生成可溶性四羟基合铝酸盐。当加入弱酸或弱碱时，因H⁺或OH^－浓度太小，不能使上述平衡移动，因此Al(OH)₃只溶于强酸或强碱，而不溶于弱酸或弱碱。

2011/10/10