高考化学复习数形结合思想突破“铝三角”的图像与计算问题学案.pdf

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1、4 数形结合思想突破“铝三角”的图像与计算问题 1Al 3、 Al(OH) 3、AlO 2之间的转化关系 上述各步转化的离子方程式如下： (1) Al 3 3NH3H2O=Al(OH)3 3NH 4， Al 33AlO 26H2O=4Al(OH)3， Al 33OH=Al(OH) 3； (2)Al(OH)33H =Al33H 2O; (3)Al 3 4OH =AlO 22H2O； (4)AlO 24H =Al32H 2O ； (5) AlO 2CO2 2H2O=Al(OH)3 HCO 3， AlO 2H H2O=Al(OH)3； (6)Al(OH)3OH =AlO 22H2O。 2四个基本图像

2、 (1) 可溶性铝盐溶液与NaOH 溶液反应的图像 操作 向可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH 溶液 至过量 向 NaOH 溶液中逐滴加入可溶性铝盐溶液 至过量 现象 立即产生白色沉淀渐多 最多 渐少消失 无沉淀 ( 有但即溶 ) 出现沉淀 渐 多最多 沉淀不消失 图像 离子 方程式 Al 33OH=Al(OH) 3 Al(OH)3OH =AlO 22H2O Al 3 4OH =AlO 22H2O Al 3 3AlO 2 6H2O=4Al(OH)3 (2) 偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像 操作 向偏铝酸盐溶液中逐滴加入稀盐酸至过 量 向稀盐酸中逐滴加入偏铝酸盐溶液至过 量 现象 立即产生白色沉淀渐

3、多 最 多渐少 消失 无沉淀 ( 有但即溶 ) 出现沉淀 渐 多最多 沉淀不消失 图像 离子 方程式 AlO 2H H 2O=Al(OH)3 Al(OH)3 3H =Al3 3H2O AlO 24H =Al32H 2O Al 3 3AlO 2 6H2O=4Al(OH)3 3. 四个拓展图像 (1) 向 AlCl3溶液中逐滴加入氨水或NaAlO2溶液至过量，图像如图1 所示。 (2) 向 NaAlO2溶液中逐滴加入AlCl3溶液或通入CO2至过量，图像如图2 所示。 (3) 向 MgCl2、AlCl3和盐酸的混合溶液( 即将 Mg、Al 溶于过量盐酸所得的溶液) 中逐滴滴 入 NaOH 溶液至过

4、量，图像如图3 所示。 (4) 向 MgCl2、AlCl 3混合溶液中先加入NaOH 溶液，后加入盐酸(NaOH与盐酸的物质的量 浓度相等 )，图像如图4 所示。 4可溶性铝盐与强碱反应的计算规律 (1) 求产物 Al(OH)3的量 当n(OH ) 3 n(Al 3) 时， nAl(OH) 3 1 3n(OH ) ； 当 3n(Al 3) n(OH ) 4n(Al3) 时， nAl(OH) 3 4n(Al 3) n(OH )； 当n(OH ) 4 n(Al 3) 时， nAl(OH)3 0，无沉淀。 (2) 求反应物碱的量 若碱不足 (Al 3未完全沉淀 ) ， n(OH ) 3nAl(OH)

5、 3 ； 若碱使生成的Al(OH)3部分溶解，n(OH ) 4n(Al3) nAl(OH) 3。 1某无色溶液中，已知含有H 、Mg2、Al3三种阳离子，逐滴加入 NaOH 溶液，则消耗 NaOH 溶液体积 (x轴) 和生成沉淀量(y轴) 之间的函数关系可用下列图像表示，其中正确的是 ( ) 解析：选B。向含有H 、Mg2 、Al 3 三种阳离子的溶液中逐滴加入NaOH溶液时，首先 应中和溶液中的H ，然后才能与 Mg 2、Al3产生沉淀，因此开始一段时间内没有沉淀生成， 故 C 项错误；随着NaOH的增多， Mg 2、Al3 均转化为沉淀，继续滴加NaOH溶液， Al(OH)3 沉淀被 Na

6、OH 溶解，最后只剩余Mg(OH)2沉淀，此时沉淀的量不再改变，故A、D两项错误， B项正确。 2向 0.1 L浓度均为0.1 mol/L的 NaOH 和 NaAlO2混合溶液中逐滴加入同浓度的盐酸。 下列图像正确的是( ) 解析：选 B。 往混合液中滴加盐酸，NaOH首先反应，然后 NaAlO2与 HCl 反应产生 Al(OH)3， 最后Al(OH)3溶解变为AlCl3，有关化学方程式为NaOH HCl=NaClH2O ，NaAlO2HCl H2O=Al(OH)3 NaCl，Al(OH)3 3HCl=AlCl33H2O ，结合数值关系，可知B正确。 3向 30 mL 1 mol L 1 的

7、AlCl3溶液中逐渐加入浓度为4 mol L 1 的 NaOH溶液，若产 生 0.78 g白色沉淀，则加入的NaOH溶液的体积可能为( ) A3 mL B7.5 mL C15 mL D17.5 mL 解析：选 B。解法一：把该题的信息转化为图像，用图像法求解，如图所示： 当生成沉淀0.01 mol 时需 NaOH 0.03 mol 或 0.11 mol，即V(NaOH)7.5 mL或 27.5 mL ， 显然 B项符合题意。 解法二：已知n(AlCl3) 0.03 mol ，nAl(OH)3 0.01 mol ，由沉淀的物质的量小于氯 化铝的物质的量可推知此题可能有两个答案：一是氢氧化钠不足，

8、二是氢氧化钠过量。当碱 的量不足时，则V(NaOH) 0.013 4 L 0.007 5 L7.5 mL ；当碱过量时，则V(NaOH) 0.034 0.01 4 L 0.027 5 L27.5 mL 。 4 现有 AlCl3和 MgSO4混合溶液， 向其中不断加入NaOH溶液，得到沉淀的量与加入NaOH 溶液的体积如图所示。原溶液中Cl 与 SO2 4的物质的量之比为( ) A13 B2 3 C61 D3 1 解析： 选 C。OA上升的直线表示Al(OH)3和 Mg(OH)2一起沉淀，AB下降的直线表示Al(OH)3 沉淀溶解，B点表示 Al(OH)3完全溶解。AB段完全溶解Al(OH)3消

9、耗 NaOH溶液 0.1 L ，则 Al 3生成 Al(OH) 3消耗 NaOH 溶液 0.3 L， 沉淀 Mg 2消耗 NaOH 溶液 0.1 L， 因而 n(AlCl3) n(MgSO4) 21，所以，n(Cl ) n(SO 2 4) 61。 5将一定质量的镁铝混合物投入200 mL硫酸中，固体全部溶解后，向所得溶液中加入 5 mol/L的 NaOH溶液，生成沉淀的物质的量n与加入 NaOH 溶液的体积V的变化如图所示： 则下列说法不正确的是( ) A镁和铝的总质量为9 g B最初 20 mL NaOH溶液用于中和过量的硫酸 C硫酸的物质的量浓度为2.5 mol/L D生成的氢气在标准状况

10、下的体积为11.2 L 解析：选D。由图像知，nMg(OH)2 0.15 mol ，nAl(OH)30.35 mol 0.15 mol 0.2 mol ，则m(Mg) 0.15 mol 24 g/mol 3.6 g ，m(Al) 0.2 mol 27 g/mol 5.4 g ， 所以，镁和铝的总质量为9 g ；由图像知，最初20 mL NaOH溶液用于中和过量的硫酸；当 沉淀达到最大值时，溶液中的溶质只有Na2SO4，则有n(Na ) 2n(SO2 4) ，即n(NaOH) 2n(H2SO4) ，所以，硫酸的物质的量浓度为 5 mol/L 0.2 L 20.2 L 2.5 mol/L；0.15

11、 mol的 Mg生 成的氢气在标准状况下的体积为3.36 L ，0.2 mol的 Al 生成的氢气在标准状况下的体积为 6.72 L ，所以镁和铝混合物生成的氢气在标准状况下的体积为10.08 L ，故选 D项。 一、选择题 1如图表示AlCl3溶液与 NaOH 溶液相互滴加混合，由图中判断错误的是( ) A线表示Al 3物质的量的变化 Bx表示 AlCl3的物质的量 C线表示Al(OH)3物质的量的变化 D线表示AlO 2物质的量的变化 解析：选 B。往 AlCl3溶液中逐滴加入NaOH发生反应： Al 33OH=Al(OH) 3，Al(OH)3 OH =AlO 22H2O ，此时图像中x表

12、示 NaOH的量，线表示Al 3物质的量的变化，线 表示 AlO 2物质的量的变化，、线表示Al(OH)3物质的量的变化。往NaOH溶液中逐滴加 入 AlCl3时发生反应： Al 34OH=AlO 22H2O，3AlO 2Al 36H 2O=4Al(OH)3，此过程 与图像表示的不相符。 2某实验小组对一含有Al 3 的未知溶液进行了如下分析： (1) 滴入少量氢氧化钠，无明显变化； (2) 继续滴加NaOH 溶液，有白色沉淀； (3) 滴入过量的氢氧化钠，白色沉淀明显减少。实验小组经定量分析，得出如图所示沉 淀与滴入氢氧化钠体积的关系。下列说法错误的是( ) A该未知溶液中至少含有3 种阳离

13、子 B滴加的NaOH 溶液的物质的量浓度为5 mol/L C若另一种离子为二价阳离子，则a10 D若将最终沉淀过滤、洗涤、灼烧，其质量一定为6 g 解析：选 D。A滴入少量氢氧化钠无沉淀，说明含有H ；继续滴入氢氧化钠溶液生成 白色沉淀且氢氧化钠过量后沉淀减少但不消失，说明溶液中含有Al 3和另一种金属阳离子， 该未知溶液中至少含有3 种阳离子，故A正确； B根据图像分析溶解的氢氧化铝物质的量 为 0.20 mol 0.15 mol 0.05 mol ，消耗氢氧化钠溶液体积110 mL100 mL 10 mL，氢 氧化钠的浓度 0.05 mol 0.01 L 5 mol/L ，故 B正确； C

14、若另一种阳离子为二价金属阳离子，生 成氢氧化铝最大沉淀量为0.05 mol ，二价金属物质的量为0.15 mol ，开始消耗氢氧化钠体 积为a mL，消耗氢氧化钠物质的量为0.05 mol 30.15 mol 2a10 3 L 5 mol/L 0.1 L5 mol/L ，a10，故 C正确； D最后得到的沉淀不能确定其成分，所以不能计算灼 烧后得到的固体的质量，故D错误。 3某同学研究铝及其化合物的性质时设计了如下两个实验方案： 方案： 2.7 g Al 100 mL稀盐酸 X溶液 NaOH 溶液 Al(OH)3沉淀 方案： 2.7 g Al 100 mL NaOH Y溶液 稀盐酸 Al(OH

15、)3沉淀 NaOH 溶液和稀盐酸的浓度均是3 mol/L ，如图是向X溶液中加入NaOH 溶液和向 Y溶液 中加入稀盐酸时产生沉淀的物质的量与加入氢氧化钠溶液和盐酸体积之间的关系，下列说法 正确的是 ( ) AX溶液的溶质为AlCl3，Y溶液的溶质为NaAlO2 Bb曲线表示的是向X溶液中加入NaOH溶液 C在O点时两方案中所得溶液的物质的量浓度相等 Da、b曲线表示的反应都是氧化还原反应 解析：选C。 An(Al) 0.1 mol ，n(HCl) 3 mol/L 0.1 L 0.3 mol ，n(NaOH)3 mol/L 0.1 L 0.3 mol ， 根 据 反 应 ： 2Al 6HCl=

16、2AlCl3 3H2 ， 2Al 2NaOH 2H2O=2NaAlO 23H2可知， X为 AlCl3溶液， Y为 NaAlO2和 NaOH的混合液， A错误； B根 据以上分析可知图像中a曲线表示向X溶液中加入NaOH 溶液， B错误； C在O点时，沉淀 达到最大，所得溶液中只有氯化钠溶质，向X溶液和 Y溶液中分别加入NaOH 溶液和稀HCl 的浓度及体积相等，根据原子守恒，O点时两方案中所得溶液浓度相等，C正确； Da曲线 表示的是氯化铝和氢氧化钠的复分解反应，b曲线表示的是氢氧化钠和偏铝酸钠与盐酸的反 应，均不存在化合价的变化，不属于氧化还原反应，D错误。 4向含 Na2CO3、NaAl

17、O2的混合溶液中逐滴加入150 mL 1 mol L 1HCl 溶液，测得溶液 中的某几种离子物质的量的变化如图所示( 忽略盐的水解 ) ，则下列说法不正确的是( ) Aa 曲线表示的离子方程式为AlO 2H H2O =Al(OH)3 Bb 和 c 曲线表示的离子反应是相同的 CM点时，溶液中沉淀的质量为3.9 g D原混合溶液中的CO 2 3与 AlO 2的物质的量之比为12 解析：选D。 Na2CO3、 NaAlO2的混合溶液中加入HCl 溶液，先发生反应：AlO 2H H2O=Al(OH)3， a 曲线表示AlO 2减少；第二阶段，AlO 2反应完毕，发生反应：CO 2 3H =HCO

18、3，b 曲线表示CO 2 3减少，c 曲线表示HCO 3增加；第三阶段， CO 2 3反应完毕， 发生反应： HCO 3H =CO 2 H2O， d 曲线表示HCO 3减少，此阶段 Al(OH)3不参与反应。 A Na2CO3、 NaAlO2 的混合溶液中加入HCl 溶液，先发生反应：AlO 2 H H2O=Al(OH)3，故 A正确； B第 二阶段， AlO 2反应完毕， 发生反应： CO 2 3H =HCO 3， b 曲线表示CO 2 3减少，c 曲线表示HCO 3 增加，所以b 和 c 曲线表示的离子反应是相同的，故B正确； C加入盐酸50 mL 时 NaAlO2 中铝元素全部转化为氢氧

19、化铝沉淀，加入50 mL盐酸之后CO 2 3参与反应， 氢氧化铝沉淀不溶 解，则 M点沉淀的质量和加入盐酸50 mL 时沉淀的质量相同，由NaAlO2 HClH2O=NaCl Al(OH)3知，nAl(OH) 3 n(NaAlO2) n(HCl) 0.05 mol ，mAl(OH)3 0.05 mol 78 g/mol 3.9 g ，故 C 正确； D第一、第二两阶段消耗的盐酸的体积都是50 mL，所以消耗 的氯化氢的物质的量相等，依据第一阶段、 第二阶段分别发生反应AlO 2H H 2O=Al(OH)3 、 CO 2 3H =HCO 3，可知 CO 2 3与 AlO 2的物质的量之比为11，

20、故 D错误。 5向含 Al2(SO4)3和 AlCl3的混合溶液中逐滴加入1 molL 1Ba(OH) 2溶液至过量，加入 Ba(OH)2溶液的体积和所得沉淀的物质的量的关系如图，下列说法不正确的是( ) A图中 C点铝元素存在形式是AlO 2 B向 D点溶液中通入CO2气体，立即产生白色沉淀 C原混合溶液中cAl 2(SO4)3 c(AlCl3) 12 DOA段反应的离子方程式为2Al 33SO2 43Ba 2 4OH =2AlO 23BaSO4 解析：选D。C 点沉淀为BaSO4沉淀，其物质的量为3 mol ，此时铝元素以AlO 2的形式 存在； B 点沉淀为Al(OH)3和 BaSO4沉

21、淀，此时Al(OH)3的物质的量为734(mol) ，故原 混合液中有1 mol Al 2(SO4)3，AlCl3为 4 mol 1 mol 2 2 mol ，即cAl2(SO4)3 c(AlCl3) 12；OA段反应的离子方程式为2Al 33SO2 4 3Ba 26OH=3BaSO 4 2Al(OH)3。 二、非选择题 6铝土矿 ( 主要成分为Al2O3、SiO2、Fe2O3) 是提取氧化铝的原料。提取氧化铝的工艺流 程如下： (1) 滤液甲的主要成分是_( 写化学式 ) 。 (2) 写出反应的离子方程式：_ 。 (3) 结合反应，判断下列微粒结合质子(H ) 的能力，由强到弱的顺序是 _(

22、 填字 母) 。 AAlO 2BOH CSiO 2 3 (4) 取滤液甲少许，加入过量盐酸，过滤；再用惰性电极电解其滤液，两极均有气体产 生，且全部逸出，在阴极区还有沉淀生成，最后沉淀消失。沉淀消失的原因可用离子方程式 表示为 _ 。 (5) 取(4) 电解以后的溶液10.0 mL ，经分析，该溶液中只含有两种等物质的量浓度的碱 性溶质，向其中逐滴加入0.100 mol L 1 盐酸溶液，当加入50.0 mL 盐酸溶液时，生成的 沉淀恰好溶解。 加入 50.0 mL 盐酸溶液发生的离子反应的先后顺序依次为_。 请画出生成沉淀的物质的量与加入盐酸体积的关系图。 解析： (1) 铝土矿中加入过量的

23、NaOH溶液，其中的Al2O3、SiO2发生反应得到NaAlO2、 Na2SiO3和过量的NaOH 溶液，所以滤液甲的主要成分是NaAlO2、Na2SiO3、NaOH ；不溶性的固 体是 Fe2O3。 (2) 由题图可知，向含有NaAlO2、Na2SiO3、NaOH 的溶液中通入CO2，CO2先与 NaOH 反应， 再与 NaAlO2反应， Na2SiO3没有参与反应，所以反应的离子方程式为CO2 2OH =CO2 3 H2O ； CO23H2O2AlO 2=2Al(OH)3 CO 2 3，得到 Al(OH)3沉淀。 (3)H2O 是中性物质，Al(OH)3是两性物质，H2SiO3是弱酸，再结

24、合反应发生的化学反 应，所以微粒结合质子(H ) 的能力，由强到弱的顺序是 BA C。 (4) 向含有 NaAlO2、Na2SiO3、NaOH的溶液中加入过量盐酸发生反应得到AlCl 3、NaCl、 H2SiO3；滤液为AlCl3、NaCl、HCl 的混合溶液。用惰性电极电解滤液，在阴极发生反应：2H 2e =H2，由于破坏了附近的水的电离平衡，溶液中OH 的浓度增大， OH 与溶液中的 Al 3发生反应形成 Al(OH)3沉淀。在阳极发生反应：2Cl 2e=Cl 2。当溶液呈碱性时， 又发生反应： Al(OH)3OH =AlO 22H2O，沉淀又逐渐溶解而消失。 (5) 两种碱性溶质是NaO

25、H 和 NaAlO2，设其物质的量浓度为xmolL 1，根据题意有 x 10.0 x10.0 40.10050.0，则x0.100 ， 即 NaOH 和 NaAlO2的浓度均为0.100 molL 1。加入 50.0 mL盐酸溶液发生的离子反应的先后顺序是H OH =H2O、AlO 2H H2O=Al(OH)3、Al(OH)33H =Al 3 3H 2O 。由于 NaOH和 NaAlO2的物质的量浓度相等， 所以它们的物质的量都是0.100 molL 10.01 L0.001 mol。NaOH 与 HCl 反应消耗 10 mL 盐酸；NaAlO2与盐酸反应形成Al(OH)3沉淀消耗10 mL 盐酸；溶解 Al(OH)3沉淀消耗 30 mL 盐 酸。 答案： (1)NaOH、NaAlO2、Na2SiO3 (2)CO22OH =CO2 3H2O 、 CO23H2O 2AlO 2=2Al(OH)3 CO 2 3 (3)B AC (4)Al(OH)3OH =AlO 22H2O (5) H OH =H 2O、AlO 2H H 2O=Al(OH)3、 Al(OH)33H =Al33H 2O 图像如图所示