例1、向MgSO4和Al2(SO4)3的混合溶液中, 逐滴加入NaOH溶液。下列图象中, 能正确表示上述反应的是(横坐标表示加入NaOH溶液的体积, 纵坐标表示反应生成沉淀的质量)
[解析] (1)本题考查知识点为镁盐、铝盐的性质及氢氧化镁、氢氧化铝性质, 涉及到的离子反应为 Mg(OH)2 + NaOH
因此反应最终结果沉淀不为“O”所以敏捷判断A、B不为此题答案。
(2)从(1)可以分析得出, 此混合物与NaOH溶液反应过程中必有沉淀减少过程(氢氧化铝溶于NaOH溶液中)最终有Mg(OH)2¯。∴C不正确, D为此题正确答案。
例2、将下列各组物质, 分别按等物质的量混合后加水溶解, 有沉淀生成的是
A.Na2CO3、NaAlO2、NaOH
B.AlCl3、K2SO4、HCl
C.CaCl2、Na2CO3、NaOH
D.AlCl3、Ba(OH)2、HNO3
[解析](1)本题解答关键知识点为离子反应的有关知识, 只需分析等摩有关物质溶于水后, 提供有关离子能否相互反应生成沉淀, 如有沉淀生成即为本题答案。
(2)A选项分析: 等摩Na2CO3、NaAlO2、NaOH三种物质混合溶液中含有Na+、这些离子能共存不能发生反应, 当然不会有沉淀生成,不为此题答案。
(3)AlCl3、K2SO4、HCl溶于水后提供了这些离子仍可以共存, 不会相互反应产生沉淀故不为答案。
(4)等摩CaCl2、Na2CO3、NaOH混合溶于水, 溶液中n(Ca2+)∶n(Cl-)∶n(Na+)∶n()∶n(OH-) = 1∶2∶3∶1∶1, 其中n(Ca2+)∶n() = 1∶1, ∵, ∴为此题答案。
(5)等摩AlCl3、Ba(OH)2、HNO3混合溶于水, 溶液中n(Al3+)∶n(Cl-)∶n(Ba2+)∶n(OH-)∶n(H+)∶n() = 1∶3∶1∶2∶1∶1, 其中n(Al3+)∶n(OH-)∶n(H+) = 1∶2∶1, ∵, ∴n(Al3+) ∶n(OH-) = 1∶1, , 可以明显看出OH-为适量
∴有沉淀Al(OH)3产生为此题答案(不存在Al(OH)3溶于过量强碱问题)。答案为C、D。
例3 用瓷质坩埚盛镁粉在空气中进行强烈燃烧,充分反应后生成固体产物最多可能有
A.3种 B.4种 C.5种 D.6种
[解析]镁粉在空气中燃烧与在瓷坩埚中高温燃烧的情况不同。在空气中燃烧时,镁除与氧气,氮气化合生成MgO和Mg3N2外,还能与空气中CO2发生置换而生成炭黑C。但在瓷坩埚里高温煅烧时,镁除发生上述反应外,还会与坩埚中的SiO2发生置换反应而生成硅:SiO2 + 2Mg2MgO + Si,此外,在高温下MgO还可能与酸性氧化物SiO2发生化合反应生成少量的MgSiO3,这样生成的固体最多可能有5种。
答案为C。
例4.有一透明溶液,可能含有等离子中的一种或几种。现加入Na2O2粉末只有无色无味的气体放出,并同时析出白色沉淀。如加入Na2O2的量与生成白色沉淀的量之间的关系用右图来表示。试推断,原溶液中一定含有 (1) 离子;一定不含有 (2) 离子,可能含有 (3) 离子,为了进一步确定可能含有的离子 ,应增加的实验操作和现象为 (4) 。
[解析]向溶液里加入过氧化钠粉末, 会发生Na2O2和H2O的反应,生成NaOH和O2。因题目中没有刺激性气味气体产生,说明原溶液中不含有NH4+离子。又因生成的沉淀没有红褐色或蓝色,所以原溶液中不含有Fe3+和Cu2+离子。根据图中曲线的变化,表明随Na2O2的加入(即NaOH的形成),白色沉淀逐渐增多,后来又逐渐减少,最后保持沉淀不变,说明原溶液中一定含有。K+离子可能存在,可通过焰色反应来检验。
答案:(1);(2);(3);(4)用灼烧过的铂丝沾取反应后的溶液,放在酒精灯火焰上灼烧,并通过蓝色钴玻璃观察。如火焰呈紫色,说明原溶液中一定含有,否则不含。
上图的1-13中的 有关化学方程式如下:
①
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② 3Mg+N2 === Mg3N2
③
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④
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⑤
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⑥ Mg(OH)2 === MgO+H2O
⑦ Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O
⑧ MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2↓+2NaCl
⑨
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⑩ MgCO3+H2O===Mg(OH)2+CO2↑
⑪ Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3↑
⑫ Mg(OH)2+H2SO4=MgSO4+2H2O
⑬ MgSO4+2NaOH=Mg(OH)2↓+Na2SO4
2.铝的知识主线
上图1-12的有关化学方程式如下:
① 4Al + 3O2 =2Al2O3
② 2Al2O3 ==== 4Al +3O2↑
③ 2Al + 6HCl = 2AlCl3 +3H2↑
④ 2Al + 2NaOH + 6H2O= 2Na[Al(OH)4] +3H2↑
⑤ 2Al(OH)3 ====Al2O3 + 3H2O
⑥ Al2O3 +6HCl =2AlCl3 + 3H2O
⑦ AlCl3 +3NH3·H2O + Al(OH)3↓ +3NH4Cl
⑧ Al(OH)3 +3HCl = AlCl3 + 3H2O
⑨ Na[Al(OH)] + CO2 = Al(OH)3↓ + NaHCO3
⑩ Al(OH)3 +NaOH = Na [Al(OH)4]
⑪ 2KAl(SO4)2 + 6NH3·H2O = 2Al(OH)3↓ + K2SO4 +3(NH4)2SO4
基本坐标图像 |
实验现象及反应原理 |
衍生坐标图像 |
化学反应原理 |
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铝盐溶液与强碱反应 现象:先产生沉淀,后沉淀消失。原理:Al3++3OH–Al(OH)3↓Al(OH)3+OH–[Al(OH)4]– |
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铝酸盐溶液与强酸反应 现象:沉淀不断增多,而后沉淀溶解。 原理:[Al(OH)4]–+H+=Al(OH)3↓+H2O Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O |
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铝盐溶液与弱碱反应 现象:产生沉淀 原理:Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+ |
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铝酸盐溶液与弱酸反应 现象:产生沉淀 原理:[Al(OH)4]-+CO2=Al(OH)3↓+HCO3- |
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[例3](2006年上海)已知Ba(AlO2)2可溶于水。右图表示的是向A12(SO4)3溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液时,生成沉淀的物质的量y与加人Ba(OH)2的物质的量x的关系。下列有关叙述正确的是 ( )
A.a-b时沉淀的物质的量:A1(OH)3比BaSO4多
B.c-d时溶液中离子的物质的量:AlO2–比Ba2+多
C.a-d时沉淀的物质的量:BaSO4可能小于A1(OH)3
D.d-e时溶液中离子的物质的量:Ba2+可能等于OH–
[解析]采用定量法分析。假设有1molA12(SO4)3则溶液中含有2molA13+、3molSO42–。向溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液时发生的反应为:Al3++3OH-Al(OH)3↓、SO42–+Ba2+
BaSO4↓。则当2molA13+完全沉淀时,消耗Ba(OH)23mol,此时3molSO42–全部沉淀;生成沉淀为2molAl(OH)3和3molBaSO4共5mol,因此,在整个反应过程中BaSO4的物质的量始终大于Al(OH)3的物质的量;再加入Ba(OH)2溶液时发生Al(OH)3+OH-=[Al(OH)4] -,沉淀的量将逐渐减少,因此b点是沉淀的最大值,b-d中Al(OH)3沉淀逐渐溶解转化为Ba(AlO2)2,由于AlO2-微弱水解,因此再b-d中AlO2-的物质的量大于Ba2+;d点时Al(OH)3沉淀恰好完全溶解,此时溶液中只存在Ba(AlO2)2,因此随Ba(OH)2的加入在某一点,当d-e中加入的Ba(OH)2的物质的量等于Ba(AlO2)2的物质的量时,溶液中Ba2+与OH-的量相等。[答案]BD
[规律总结]析图或作图时不仅要注意加入酸或碱的强弱,而且要注意所加入的量或滴加顺序,正因滴加顺序不同可产生的现象不同。若产生沉淀有多种,则应细细分析相关量间的关系。要持别关注沉淀是否同步完全,沉淀物是否溶于所加入的过量试剂中,同时要注意纵生标的物理量意义。对于一些复杂问题可先分解后组合,进行图像的叠加工作。抓住一些关键点(如最高点,最低点,转折点)和变化趋势,才能较顺利地解决图像问题。
4.Al(OH)3的用途:由于Al(OH)3具有吸附性,既能凝聚水中悬浮物,又能吸附色素,因此Al(OH)3可作净水剂和色素吸附剂。
[特别提醒]:(1)制取Al(OH)3也可用铝盐与强碱作用,但应严格控制加入碱的量,因为强碱过量会使制得的Al(OH)3转化为四羟基合铝酸盐:Al(OH)3+OH-=[Al(OH)4]-。
(2)一般不用强酸,因为强酸的量控制不当会使制得的Al(OH)3溶解:[Al(OH)4] -+H+=Al(OH)3↓+H2O;Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O。
[例2]使溶液中Ba2+、Mg2+、Al3+、Ag+、Cu2+分步逐一沉淀析出,加入下列试剂的顺序正确的是 ( )
A.NaCl→Na2S→Na2SO4→NaOH→HNO3 B.H2SO4→HCl→H2S→NaOH→CO2
C.HCl→H2SO4→H2S→NaOH→CO2 D.Na2S→Na2SO4→NaCl→NaOH→HCl
[解析]SO42-能同时除去Ba2+和Ag+,S2-能同时除去Ag+和Cu2+,所以不能放在第一位,排除BD;AC相比,在加入前四种试剂后,Al3+以AlO2-形式存在,加酸可使AlO2-以Al(OH)3形式沉淀。但HNO3量 不好控制,所以最好的选项为C。[答案]C
[规律总结]解除杂题应注意①除杂试剂的选择。本题要求将离子分步逐一除去,所以试剂要一一对应:Ba2+-SO42-,Mg2+-OH-,Ag+-Cl-,Cu2+-S2-,②除杂的顺序。为了将杂质除干净,除杂试剂一般是过量的,这样势必引入新杂质。所以后续的除杂试剂在去除对应杂质的同时,还要有将前一过量除杂试剂清除的作用。
3.Al(OH)3的制取
①铝盐与碱反应:实验室制取氢氧化铝时采用过量的氨水,而不用强碱与可溶性铝盐溶液反应是因为氢氧化铝是两性氢氧化物,能溶于强碱溶液,不溶于弱碱溶液
②四羟基合铝酸盐与酸反应:一般用向偏铝酸盐溶液中通入CO2的方法制取Al(OH)3。
当CO2不足或适量时:2[Al(OH)4]-+CO2=2Al(OH)3↓+CO32-+H2O
当CO2过量时:[Al(OH)4]-+CO2=Al(OH)3↓+HCO3-
2.化学性质
①与酸反应:Al(OH)3 +3HCl=AlCl3+3H2O
离子反应方程式:Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O
②与碱反应:Al(OH)3+NaOH=Na[Al(OH)4]
离子反应方程式:Al(OH)3+OH-=[Al(OH)4]-
1.物理性质:Al(OH)3是几乎不溶于水的白色胶状固体,具有吸附性。
0.1mol 0.1mol 0.05mol 0.1mol 0.15mol
若铝箔足量,共生成H2:0.05mol+0.15mol=0.2mol
V(H2)=0.2mol×22.4mol/L=4.48L。[答案]C
[规律总结]铝和强碱溶液反应,不是铝直接和碱反应,而是铝先和强碱溶液中的水反应生成Al(OH)3,然后Al(OH)3再和强碱反应生成偏铝酸盐。
5.与碱反应
镁不与碱反应,铝与碱液反应:2Al+2NaOH+6H2O2NaAlO2+4H2O+3H2↑
[例1]用铝箔包装0.1mol金属钠,用针扎出一些小孔,放入水中,完全反应后,用排水集气法收集产生的气体,则收集到的气体为(标准状况) ( )
A.O2和H2的混合气体 B.1.12L H2 C.大于1.12LH2 D.小于1.12L H2
[解析]Na与水反应放出H2,并且生成NaOH,铝能与NaOH溶液反应,也生成H2,故最后收集到的气体是这两部分H2总和,显然比Na单独反应产生的H2多。
2Na+2H2O2NaOH +H2↑ 2A1+6H2O2A1(OH)3+3H2↑
4.与某些氧化物反应
(1)镁与二氧化碳反应:2Mg+CO22MgO+C
[特别提醒]:“CO2不能助燃”的说法是不全面的,CO2对绝大多数可燃物是良好的灭火剂,而对K、Ca、Na、Mg等可燃物却是助燃剂。
(2)铝热反应:2Al+ Fe2O3 2Fe+ Al2O3
铝热反应可用于焊接钢轨和冶炼某些难熔金属,如:V、Cr、等。
[特别提醒]:①铝热剂是指铝粉和某些金属氧化物的混合物,金属氧化物可以是:Fe2O3 、FeO、Fe3O4、Cr2O3、V2O5、MnO2等。
②铝热反应的特点是反应放出大量的热,使生成的金属呈液态。
③要使用没有氧化的铝粉,氧化铁粉末要烘干。
④KClO3作为引燃剂,也可以用Na2O2代替。实验时可以不用镁条点燃,而用在氯酸钾和白糖的混合物上滴加浓硫酸的方法来点燃。
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