吉林 趙鑫光

與鎂、鋁及其化合物相關(guān)的圖象題突破

吉林 趙鑫光

鎂、鋁及其化合物是高中化學(xué)中重要的無機(jī)化合物，其沉淀的生成、轉(zhuǎn)化及其相關(guān)計(jì)算是高考中的重點(diǎn)也是難點(diǎn)，本文總結(jié)了相關(guān)知識點(diǎn)和典型圖象，并輔以相關(guān)習(xí)題訓(xùn)練。

一、關(guān)于氫氧化鋁沉淀的四個(gè)基本圖象

操作向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液現(xiàn)象立即產(chǎn)生白色沉淀，沉淀增多，達(dá)到最大量后沉淀逐漸溶解開始無現(xiàn)象，之后逐漸產(chǎn)生白色沉淀，沉淀達(dá)到最大量后不溶解圖象離子_方程式Al3＋＋3OH－===Al（OH）3↓Al（OH）3＋OH－===AlO－2＋2H2O__________________________________ Al3＋＋4OH－===AlO－2＋2H2O 3AlO－2＋Al3＋＋6H2O ===4Al（OH）3↓___________________操作向NaAlO2溶液中通入HCl氣體向HCl溶液中滴加NaAlO2溶液現(xiàn)象立即產(chǎn)生白色沉淀，沉淀增多，達(dá)到最大量后沉淀逐漸溶解開始無現(xiàn)象，之后逐漸產(chǎn)生白色沉淀，沉淀達(dá)到最大量后不溶解圖象離子方程式AlO－2＋H＋＋H2O ===Al（OH）3↓Al（OH）3＋3H＋===Al3＋＋3H2O AlO－2＋4H＋===Al3＋＋2H2O 3AlO－2＋Al3＋＋6H2O ===4Al（OH）3↓

二、關(guān)于氫氧化鋁沉淀的四個(gè)拓展圖象

操作向AlCl3溶液中滴加氨水向氨水中滴加AlCl3溶液現(xiàn)象立即產(chǎn)生白色沉淀，沉淀增多，達(dá)到最大量后不溶解立即產(chǎn)生白色沉淀，沉淀增多，達(dá)到最大量后不溶解圖象

續(xù)表

三、氫氧化鎂和氫氧化鋁混合沉淀的圖象

操作向MgCl2、AlCl3溶液中逐滴加入NaOH 溶液離子方程式現(xiàn)象立即產(chǎn)生白色沉淀，沉淀增多，達(dá)到最大量后部分溶解，最后保持不變圖象O～a段∶Al3＋＋3OH－===Al（OH）3↓Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓a～b段∶Al（OH）3＋OH－===AlO－2＋2H2O

四、典型例題

1．向鹽酸和AlCl3的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液至過量，生成沉淀Al（OH）3的量隨著加入NaOH溶液體積的變化關(guān)系如圖所示，下列說法正確的是（ ）

A．在a點(diǎn)對應(yīng)的溶液中，Mg2＋、I－、NH4＋、NO3－能大量共存

B．圖中B→C的過程中，實(shí)際發(fā)生的離子方程式為Al（OH）3＋OH－===AlO2－＋2H2O

C．若b、c的縱坐標(biāo)數(shù)值相同，則橫坐標(biāo)數(shù)值之比為1∶3

D．原溶液中鹽酸和AlCl3物質(zhì)的量濃度之比為1∶3

【解析】相關(guān)反應(yīng)發(fā)生的順序?yàn)镹aOH＋HCl ===NaCl＋H2O，3NaOH＋AlCl3===3NaCl＋Al（OH）3↓，NaOH＋Al（OH）3===NaAlO2＋2H2O，a點(diǎn)的溶液為AlCl3、HCl混合溶液，在酸性條件下，NO－3可氧化I－，故A錯(cuò)誤；B→C的過程是Al（OH）3溶于NaOH溶液，故B正確；b、c點(diǎn)縱坐標(biāo)數(shù)值相同，但橫坐標(biāo)應(yīng)為與最高點(diǎn)的差值比例為3∶1，即B～b∶c～B＝3∶1，故C錯(cuò)誤；由方程式可知原溶液中HCl、AlCl3的物質(zhì)的量之比為1∶1，故D錯(cuò)誤。

2．在200mL含Mg2＋、Al3＋、NH＋4、H＋、Cl－等離子的溶液中，逐滴加入5mol／L的氫氧化鈉溶液，所加氫氧化鈉溶液的體積（mL）與產(chǎn)生沉淀的物質(zhì)的量（mol）關(guān)系如下圖所示。下列敘述正確的是（ ）

A．原溶液中n（Mg2＋）∶n（Al3＋）＝5∶2

B．原溶液的pH＝2

C．x與y的差值為0．01mol

D．原溶液中c（Cl－）＝0．75mol／L

【解析】各段發(fā)生的反應(yīng)如下∶0～4mL，H＋＋OH－===H2O；4～30mL，Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓和Al3＋＋3OH－===Al（OH）3↓；30～33mL，NH4＋＋OH－===NH3·H2O；33～35mL，Al（OH）3＋OH－=== AlO2－＋2H2O由n（Al3＋）＝n［Al（OH）3］＝（35－33）× 10－3L×5mol／L＝0．01mol，生成沉淀時(shí)消耗的n（NaOH）＝0．01mol×3＝0．03mol，則與Mg2＋反應(yīng)的NaOH的物質(zhì)的量為（30－4）×10－3L×5mol／L－0．03mol＝0．1mol，則n（Mg2＋）＝0．05mol，原溶液中n（Mg2＋）∶n（Al3＋）＝5∶1，故A錯(cuò)誤；由圖可知，加入4mL時(shí)酸堿中和反應(yīng)發(fā)生完全，則c（H＋）＝4mL×5mol／L÷200mL＝0．1mol／L，pH＝1，故B錯(cuò)誤；x－y＝n［Al（OH）3］＝0．01mol，故C正確；加入33mL NaOH溶液時(shí)Cl－全部以NaCl形式存在于溶液中，則c（Cl－）＝33mL×5mol／L÷200mL＝0．825mol／L，故D錯(cuò)誤。

3．在1L含0．1mol NaAlO2和0．1mol Ba（OH）2的混合溶液中，逐滴加入濃度為0．1mol／L的H2SO4溶液，下列圖象中能表示反應(yīng)產(chǎn)生沉淀的物質(zhì)的量與加入硫酸溶液體積之間關(guān)系的是（ ）

【解析】混合溶液中n（NaAlO2）＝n［Ba（OH）2］＝0．1mol，加入H2SO4溶液時(shí)反應(yīng)順序?yàn)锽a（OH）2＋H2SO4===BaSO4↓＋2H2O，AlO2－＋H＋＋H2O=== Al（OH）3↓，Al（OH）3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。

第一階段：生成沉淀n（BaSO4）＝0．1mol；消耗硫酸n（H2SO4）＝0．1mol，體積為1L。

第二階段：生成沉淀n［Al（OH）3］＝0．1mol；消耗硫酸n（H2SO4）＝0．05mol，體積為0．5L。此時(shí)總沉淀量為0．2mol，消耗硫酸總體積為1．5L。

第三階段：0．1mol Al（OH）3完全溶解，消耗硫酸n（H2SO4）＝0．15mol，體積為1．5L，此時(shí)加入H2SO4的總體積為3L；由此可知A為正確答案。

4．將足量的CO2不斷通入KOH、Ba（OH）2、KAlO2混合溶液中，生成沉淀與通入CO2的量的關(guān)系可表示為（ ）

【解析】在通入CO2的過程中，反應(yīng)的先后順序是①CO2＋Ba（OH）2===BaCO3↓＋H2O，開始產(chǎn)生沉淀；②CO2＋2KOH ===K2CO3＋H2O，沉淀質(zhì)量不變；③CO2＋2KAlO2＋3H2O ===2Al（OH）3↓＋K2CO3，沉淀質(zhì)量增加；④K2CO3＋CO2＋H2O ===2KHCO3，沉淀質(zhì)量不變；⑤BaCO3＋CO2＋H2O ===Ba（HCO3）2，沉淀質(zhì)量減小，最后剩余Al（OH）3沉淀；⑥繼續(xù)通入CO2，沉淀的量保持不變。因此C選項(xiàng)為正確答案。

5．將一塊鎂鋁合金投入1mol／L的鹽酸中，待合金完全溶解后，往溶液中加入1mol／L的NaOH溶液，生成沉淀的物質(zhì)的量與加入NaOH溶液體積的關(guān)系如圖所示，求：

（1）鹽酸的體積；

（2）a的取值范圍；

（3）這塊合金中Mg的物質(zhì)的量的取值范圍；

（4）當(dāng)a值為30時(shí)，沉淀最大值為多少。

【解析】（1）根據(jù)圖可知，加入80mL NaOH溶液時(shí)沉淀量最大，此時(shí)溶液溶質(zhì)為NaCl，n（HCl）＝n（NaCl）＝n（NaOH），所以V（HCl）×1mol／L＝1mol／L×80mL，即V（HCl）＝80mL。

（2）若溶解金屬后鹽酸不剩余，即酸與合金恰好完全反應(yīng)，得a＝0，若合金中完全是Al時(shí)，剩余的酸最多，由80～90mL這段可以求出n（Al）＝n［Al（OH）3］＝0．01mol，則沉淀Al3＋消耗的NaOH溶液的體積為0．01mol×3÷ 1mol／L＝0．03L＝30mL，則中和過量的酸所消耗的NaOH體積為80mL－30mL＝50mL，由于是合金，所以極值是不存在的，得a的取值范圍為0≤a＜50。

（3）當(dāng)a＝0，n（Mg2＋）為最大值，已知與Al3＋反應(yīng)的NaOH為30mL，則與Mg2＋反應(yīng)的NaOH為50mL，n（Mg2＋）max＝1mol／L×0．05L÷2＝0．025mol，得0＜n（Mg2＋）≤0．025mol。

（4）當(dāng)a＝30時(shí)，可得n（Mg2＋）＝1mol／L×0．02L÷ 2＝0．01mol，則沉淀的最大質(zhì)量為Al（OH）3與Mg（OH）2質(zhì)量之和，m＝0．01mol×58g／mol＋0．01mol×78g／mol＝1．36g。

（作者單位：長春吉大附中實(shí)驗(yàn)學(xué)校）