洪云龍?お?

高三復(fù)習(xí)《鋁及其化合物》時(shí)，常常會(huì)遇到“等量的鋁分別與含相等物質(zhì)的量溶質(zhì)的酸溶液、堿溶液反應(yīng)”這個(gè)重要知識(shí)點(diǎn).有些學(xué)生對(duì)其中蘊(yùn)含的規(guī)律缺乏認(rèn)識(shí)，或者雖知其然但不知其所以然，從而造成解答此類習(xí)題時(shí)一籌莫展，無(wú)從下筆.現(xiàn)就此知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行充分闡述，以幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)規(guī)律、應(yīng)用規(guī)律.

一、深入討論，摸清規(guī)律

筆者特意設(shè)計(jì)了以下問題，展開深入討論，將得出的結(jié)論提煉成為規(guī)律，用來指導(dǎo)解題實(shí)踐.

問題 取兩份物質(zhì)的量均為a mol的金屬鋁，分別與含溶質(zhì)物質(zhì)的量均為b mol的強(qiáng)酸HnX（

n=1或2）、強(qiáng)堿NaOH溶液反應(yīng).如果不考慮鋁與強(qiáng)酸或鋁與強(qiáng)堿恰好反應(yīng)的情況，試分別討論：

1.鋁與HnX、氫氧化鈉溶液的反應(yīng)存在幾種情況？為什么？在這幾種情況中，同時(shí)滿足鋁與HnX、鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的a、b之間是什么關(guān)系？

2.鋁與HnX反應(yīng)生成氫氣體積和鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氫氣體積之比又各是多少？

討論：

對(duì)于①式，在不須討論恰好反應(yīng)前提下，a mol Al與b mol HnX反應(yīng)只有2種情況：要么鋁不足，要么鋁過量.

對(duì)于②式，在不須討論恰好反應(yīng)前提下，a mol Al與b mol NaOH反應(yīng)也只有2種情況：要么鋁不足，要么鋁過量.

同時(shí)符合①②兩式要求的，理論上有四種組合，預(yù)測(cè)出現(xiàn)四種情況，分別是：

第一種情況：鋁對(duì)于①式酸、②式堿均不足；第二種情況：鋁對(duì)于①式酸、②式堿均過量；

第三種情況：鋁對(duì)于①式酸過量，但對(duì)于②式堿不足；

第四種情況：鋁對(duì)于①式酸不足，但對(duì)于②式堿過量.

現(xiàn)對(duì)預(yù)測(cè)的四種情況逐一詳細(xì)討論，看能否成立以及a、b關(guān)系、生成氫氣體積比將如何.

第一種情況：鋁對(duì)于①式酸、②式堿均不足

（1）討論是否成立及a、b關(guān)系

①式中a、b之間關(guān)系：由于Al不足，HnX過量，所以有ab<2n6，即a

②式中a、b之間關(guān)系：由于Al不足，NaOH過量，所以有a

因?yàn)棰偈絘

圖1

由上述得知a、b關(guān)系為：a

（2）討論生成氫氣體積比

①式中生成H2的物質(zhì)的量：由于Al不足，故用a來求H2的物質(zhì)的量，為3a2mol；

②式中生成H2的物質(zhì)的量：由于Al不足，故用a來求H2的物質(zhì)的量，為3a2mol.

故①②兩式中生成氫氣的體積比：

此結(jié)論是可逆互推的.在等量的鋁分別與含相等物質(zhì)的量溶質(zhì)的酸溶液、堿溶液反應(yīng)中，如果Al對(duì)于酸、堿均不足，則必定存在V酸（H2）V堿（H2）=11或

ab

第二種情況：鋁對(duì)于①式酸、②式堿均過量

（1）討論是否成立及a、b關(guān)系

①式中a、b之間關(guān)系：由于Al過量，HnX不足，所以有ab>2n6，即a>nb3；

②式中a、b之間關(guān)系：由于Al過量，NaOH不足，所以有a>b.

因?yàn)棰偈絘>nb3和②式a>b存在交集，為a>b，即能在a>b范圍內(nèi)找到同時(shí)滿足①②式要求的a、b的值，所以第二種情況會(huì)存在.

由上述得知a、b關(guān)系為：a>b，亦可變形為ab>11.

（2）討論生成氫氣體積比

①式中生成H2的物質(zhì)的量：由于HnX不足，故用b來求H2的物質(zhì)的量，為nb2mol；

②式中生成H2的物質(zhì)的量：由于NaOH不足，故用b來求H2的物質(zhì)的量，為3b2mol.

故①②兩式中生成氫氣的體積比：

V酸（H2）V堿（H2）=nb23b2=n3

由此可得出結(jié)論：Al對(duì)于酸、堿均過量

V酸（H2）V堿（H2）=n3

或ab>11

第三種情況：鋁對(duì)于①式酸過量，但對(duì)于②式堿不足

（1）討論是否成立及a、b關(guān)系2nAl + 6HnX2AlnX3+3nH2↑ （n=1或2）①

a molb mol

2Al + 2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑②

a molb mol

①式中a、b之間關(guān)系：由于Al過量，HnX不足，所以有ab>2n6，即a>nb3；

②式中a、b之間關(guān)系：由于Al不足，NaOH過量，所以有a

因?yàn)棰偈絘>nb3和②式a

由上述得知a、b關(guān)系為：nb3

（2）討論生成氫氣體積比

①式中生成H2的物質(zhì)的量：由于HnX不足，故用b來求H2的物質(zhì)的量，為nb2mol；

②式中生成H2的物質(zhì)的量：由于Al不足，故用a來求H2的物質(zhì)的量，為3a2mol.

故①②兩式中生成氫氣的體積比：

V酸（H2）V堿（H2）=nb23a2=nb3a

來討論nb3a的取值范圍.

利用得到的nb31b，然后不等式兩邊同時(shí)乘以nb3，得nb3a>n3.

綜合起來，得：n3

由此得出結(jié)論：

鋁對(duì)于酸過量但對(duì)于堿不足

或n3

<11

或n3

可以看出，在鋁對(duì)于酸過量，但對(duì)于堿不足的情況下，生成H2的體積比剛好介于第一、第二種情況生成H2體積比之間，而ab亦介于第一、第二種情況比值范圍之間.

第四種情況：鋁對(duì)①式酸不足，但對(duì)②式堿過量

（1）討論是否成立

2nAl + 6HnX2AlnX3+3nH2↑ （n=1或2）①

a molb mol

2Al + 2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑②

a molb mol

①式中a、b之間關(guān)系：由于Al不足，HnX過量，所以有ab<2n6，即a

②式中a、b之間關(guān)系：由于Al過量，NaOH不足，所以有a>b.

因?yàn)棰偈絘b沒有交集（圖2），即不能在某取值范圍內(nèi)找到同時(shí)滿足①②式要求的a、b的值，所以第四種情況絕不會(huì)存在.

圖2

當(dāng)然，如果還考慮鋁與強(qiáng)酸或強(qiáng)堿恰好反應(yīng)的情形，則遠(yuǎn)不止上面幾種情況.例如當(dāng)

ab=n3和ab=11時(shí)，會(huì)分別出現(xiàn)鋁與酸恰好，但對(duì)于堿不足以及鋁對(duì)于酸過量，但與堿恰好的情況.但此兩種情況在解題中應(yīng)用不大，本文不加予討論.

根據(jù)以上討論，將相關(guān)結(jié)論綜合起來，可以得出以下規(guī)律：

規(guī)律一 等量的鋁分別與含相等物質(zhì)的量溶質(zhì)的酸、堿溶液反應(yīng)，在不考慮恰好反應(yīng)前提下，只能有三種反應(yīng)情況：

第一種情況：鋁對(duì)于酸、堿均不足；

第二種情況：鋁對(duì)于酸、堿均過量；

第三種情況：鋁對(duì)于酸過量，但對(duì)于堿不足.

不存在第四種情況：鋁對(duì)于酸不足，但對(duì)于堿過量.（×）

可以用數(shù)軸將反應(yīng)情況直觀地表示出來（圖3），以幫助更好地理解規(guī)律.

圖3

當(dāng)ab11時(shí)，處于（Ⅱ）區(qū)間內(nèi)，屬于鋁對(duì)于酸、堿均過量情況；當(dāng)

n3

規(guī)律二：上述三種反應(yīng)情況與

V酸（H2）V堿（H2）

或ab比值之間存在可逆互推關(guān)系，即由生成氫氣的體積比或ab可推知屬于哪種反應(yīng)情況；反過來由某種反應(yīng)情況亦可推出生成氫氣體積比或ab.具體為：

互推1：V酸（H2）V堿（H2）=11 或 ab

互推2：V酸（H2）V堿（H2）

=ab>11或ab>11 Al對(duì)于酸、堿均過量

互推3：n3<

V酸（H2）V堿（H2）<11

或

n3

（H2體積比、ab均介于第一、第二種情況之間）

二、遷移應(yīng)用，指導(dǎo)解題

可以將這些規(guī)律遷移應(yīng)用到解題實(shí)踐中.

例1 等體積、等物質(zhì)的量濃度的H2SO4、NaOH溶液分別放在甲、乙兩個(gè)燒杯中，各加入等物質(zhì)的量的鋁，生成H2體積比為5∶6，則甲、乙兩燒杯中反應(yīng)情況可能分別是（）.

A. 甲、乙中都是鋁過量

B. 甲中鋁過量，乙中堿過量

C. 甲中酸過量，乙中鋁過量

D. 甲中酸過量，乙中堿過量

解析 在等量的鋁分別與含相等物質(zhì)的量溶質(zhì)的酸、堿溶液反應(yīng)中，根據(jù)規(guī)律一，知道只有三種反應(yīng)情況，不存在第四種情況：鋁對(duì)于酸不足，但對(duì)于堿過量，從而迅速排除答案C.第一種反應(yīng)情況生成H2的體積比是11，第二種反應(yīng)情況生成H2的體積比是23（因?yàn)镠2SO4是二元酸，n取值為2，故

n3=23）.此題中生成H2體積比為5∶6，剛好介于23與11之間，即介于第一、第二種情況生成H2的體積比之間，根據(jù)互推3知應(yīng)為第三種情況：鋁對(duì)于酸過量，但對(duì)于堿不足，即甲中鋁過量，乙中堿過量，故答案為B.