1、课题二 物质的制备(第 3 课时)1以制备 Al(OH)3 实验为例，体验制备实验的设计思路、制备条件的选择。2学习利用实验室或自然界易得原料设计、制备所需物质，培养自主设计实验的能力。一、选择实验条件不同的操作下 AlCl3 和 NaOH 溶液的反应：向盛有 2 mL 0.5 molL1AlCl3 溶液的试管中逐滴加入 2 mL 0.5 molL1 NaOH 溶液，观察到的现象：_。反应的离子方程式：_。向另一支盛有 2 mL 0.5 molL1 NaOH 溶液的试管中逐滴加入 2 mL 0.5 molL1 AlCl3 溶液，观察到的现象：_。有关反应的离子方程式：_。二、优化物质制备方案应
2、遵循的原则优化物质制备方案应遵循的原则是_。答案：一、出现白色沉淀，沉淀逐渐增多 Al33OH=Al(OH)3 开始无明显现象，后出现白色沉淀 Al34OH=AlO2 2H2O,3AlO2 Al36H2O=4Al(OH)3二、原料廉价，原理绿色，条件优化，仪器简单，分离方便一、制备氢氧化铝实验原理氢氧化铝是典型的两性氢氧化物，既能与强酸反应又能与强碱反应，反应方程式：Al(OH)33HCl=AlCl33H2O；Al(OH)3NaOH=NaAlO22H2O。铝和铝的化合物都可以用来制取氢氧化铝。用较纯净的铝屑制取氢氧化铝有多种方案：方案一：AlH2SO4 Al2(SO4)3NaOH或氨水Al(O
3、H)3涉及的反应：2Al6H=2Al33H2；Al33OH=Al(OH)3或 Al33NH3H2O=Al(OH)33NH4。方案二：AlNaOH NaAlO2H2SO4或CO2 Al(OH)3涉及的反应：2Al2OH2H2O=2AlO2 3H2；AlO2 H2OH=Al(OH)3或 AlO2 2H2OCO2=HCO3 Al(OH)3。方案三：涉及的反应：2Al6H=2Al33H2；2Al2OH2H2O=2AlO2 3H2；Al33AlO2 6H2O=4Al(OH)3。从以上三种方案的试剂用量来看，方案三制备 1 mol Al(OH)3 需 3/4 mol H和 3/4 molOH，酸与碱的用量
4、少，是最佳方案。如果选用含 Al3的物质如明矾、Al2(SO4)3 等为原料制取氢氧化铝，则可以选用以下方案：Al33OH=Al(OH)3或 Al33NH3H2O=Al(OH)33NH4，但由于氢氧化铝与强碱会发生反应：Al(OH)3OH=AlO2 2H2O，因此选用强碱不好控制，选用弱碱较为理想。如果选用纯净的氧化铝为原料，可直接用强酸溶解 1 份质量的氧化铝，用强碱溶解 3份质量的氧化铝，然后混合两种溶液，利用盐类水解制备氢氧化铝，与由铝制备氢氧化铝的方案三类似。二、制备 Al(OH)3 实验注意事项1本实验无论采用哪种方法制取氢氧化铝，都要用到过滤操作。过滤时滤纸应大小合适，在漏斗中滤纸
5、的边缘应比漏斗口稍低，用水湿润滤纸，使滤纸紧贴漏斗的内壁，中间不留气泡，漏斗放置在漏斗架上，调整好高度，使下端紧贴烧杯内壁，下端斜面向外。向漏斗中加入液体须用玻璃棒引流，玻璃棒的下端轻靠在三层滤纸的一边。漏斗中的液体液面要低于滤纸边缘。2以铝为原料制取氢氧化铝，选用的铝屑需要先除表面上的氧化膜。方法是：在烧杯中加入约 50 mL 稀 NaOH 溶液，再放入足量的铝屑。给溶液稍加热，12 min 后用倾析法倒出稀 NaOH 溶液，用蒸馏水把铝屑冲洗干净，干燥。称量铝屑的质量，将铝屑分为等质量的四份，在盛有 1 份铝的烧杯中加适量稀硫酸，使铝屑反应至不再有气泡时趁热过滤；在盛有 3 份铝的烧杯中加
6、入适量浓 NaOH 溶液，使铝屑反应至不再有气泡时趁热过滤，然后将两次过滤得到的滤液倒在一起反应。3选择以铝为原料制取氢氧化铝，每制备 1mol Al(OH)3 理论上各需 H、OH3/4 mol，但实际操作中 H、OH各 3/4 mol 不能将铝恰好完全溶解。建议加入稍过量的酸和碱，尽量使过量的 H和 OH的物质的量相等，但不要过量太多。4由于生成的氢氧化铝是胶状沉淀，过滤较慢，为加快过滤速度，可以选用孔隙大的快速滤纸过滤。5判断产物是否为 Al(OH)3 的办法：取产物少许放在蒸发皿里加热，白色胶状固体分解成白色粉末，有水蒸气出现。三、与试剂的滴加顺序有关的反应1NaOH 和 AlCl3向
7、 AlCl3 溶液中滴加 NaOH 溶液，先出现白色沉淀后消失：Al33OH=Al(OH)3Al(OH)3OH=AlO2 2H2O向 NaOH 溶液中滴加 AlCl3 溶液，开始无现象，后出现白色沉淀：Al34OH=AlO2 2H2OAl33AlO2 6H2O=4Al(OH)32NaAlO2 和盐酸向 NaAlO2 溶液中滴加盐酸，先出现白色沉淀后消失：AlO2 HH2O=Al(OH)3Al(OH)33H=Al33H2O向盐酸中滴加 NaAlO2 溶液，开始无现象后出现白色沉淀：AlO2 4H=Al32H2OAl33AlO2 6H2O=4Al(OH)33Na2CO3 和盐酸向 Na2CO3 溶
8、液中滴加盐酸，开始无现象，后产生气泡：CO23 H=HCO3HCO3 H=H2OCO2向盐酸中滴加 Na2CO3 溶液，立即产生气泡：CO23 2H=H2OCO2知识点 1Al(OH)3 的制备【例题 1】(2011江苏模拟)实验室中有甲、乙、丙三名学生做制备氢氧化铝实验，桌上都放有同样的药品：231 g 浓度为 70%的硫酸，含杂质苛性钾 20%的烧碱 140 g 及足量的铝屑，三位学生分别制得氢氧化铝 w1 g、w2 g、w3 g，实验的三种方案示意图如下：(1)从充分利用原料，降低成本和提高产率等因素分析，哪个学生实验方案最佳(用甲、乙、丙序号表示)：_。(2)三位学生分别制得氢氧化铝质
9、量大小的顺序为(用 w1、w2、w3 序号表示)：_。解析：有关方案的反应原理如下：甲：2Al2OH2H2O=2AlO2 3H2AlO2 HH2O=AlOH3乙：2Al6H=2Al33H2Al33OH=AlOH3丙：2Al6H=2Al33H22Al2OH2H2O=2AlO2 3H23AlO2 Al36H2O=4AlOH3通过计算可确定上述试剂所能提供的 H和 OH的物质的量均为 3.3 mol。可设三种方案均制得 4 mol Al(OH)3，显然所用铝屑均为 4 mol。从上述反应原理可推知：甲需 4 mol OH和 4 mol H，乙需 12 mol OH和 12 mol H，丙需 3 mo
10、l OH和 3 mol H。由此可知：制取等质量的 Al(OH)3，方案丙所用原料最少，方案乙所用原料最多。反之，方案丙制得的 Al(OH)3最多，方案乙制得的 Al(OH)3 最少。答案：(1)丙(2)w3w1w2点拨：在原理正确的前提下，方案的优劣取决于制备等量的产品时，所消耗原料的多少及价值、反应条件、实验的难易程度、反应的安全性及对环境的不良影响等。知识点 2Al(OH)3 的性质【例题 2】向 20 mL 某物质的量浓度的 AlCl3 溶液中滴入 2 molL1 NaOH 溶液时，得到的 Al(OH)3 沉淀质量与所滴加的 NaOH 溶液的体积(mL)关系如图所示，试回答下列问题：(
11、1)图中 A 点表示的意义是_。(2)图中 B 点表示的意义是_。(3)上述两步反应用总的离子方程式可表示为_。(4)若溶液中有 Al(OH)3 沉淀 0.39 g，则此时用去 NaOH 溶液的体积为_。解析：由图可知：随着 NaOH 溶液的加入，AlCl3 溶液中发生 Al3Al(OH)3AlO2 的转化。故 A 点表示得到 Al(OH)3 沉淀的最大值，B 点表示 Al(OH)3 完全溶解，涉及的离子反应为：Al33OH=Al(OH)3Al(OH)3OH=AlO2 2H2O总的离子反应方程式为：Al34OH=AlO2 2H2O要生成 0.39 g Al(OH)3 沉淀时有两种情况：AlCl
12、3 过量，此时 nAl(OH)313n(OH)，即0.39 g78 gmol1132 molL1V103 LmL1解得 V7.5 mL。当 NaOH 相对过量时，NaOH 使 Al3全部生成 Al(OH)3 后，又使沉淀部分溶解，此时nAl(OH)34n(Al3)n(OH)，即0.39 g78 gmol140.78 g78 gmol12 molL1V103 LmL1解得 V17.5 mL。答案：(1)生成 Al(OH)3 沉淀的最大值(2)Al(OH)3 沉淀完全溶解于 NaOH 溶液形成 NaAlO2 溶液(3)Al34OH=AlO2 2H2O(4)7.5 mL 或 17.5 mL点拨：使
13、Al3完全沉淀所需 NaOH 是使生成的 Al(OH)3 完全溶解所需 NaOH 的 3 倍。当 nAl(OH)3n(Al3)时，可能有两种原因：n(OH)不足，n(OH)过量。1下列物质中既能跟稀盐酸反应，又能跟氢氧化钠溶液反应的是()。NaHCO3(NH4)2S Al2O3 Al(OH)3 AlAB CD2在下列操作中，可得到纯净氧化铝的是()。A向氯化铝溶液中加入过量氨水后，蒸干并灼烧B向偏铝酸钠溶液中加入适量 AlCl3 溶液，蒸干并灼烧C向偏铝酸钠溶液中通入过量 CO2 后，蒸干并灼烧D向偏铝酸钠溶液中加入适量硫酸后，蒸干并灼烧3有下列四组物质，如果把某组物质中的后者逐滴加入到前者中
14、至过量，将出现“先产生白色沉淀，后白色沉淀溶解”的现象，这组物质是()。A稀硫酸、氯化钡溶液B硫酸亚铁溶液、氢氧化钠溶液C氯化钠溶液、硝酸银溶液D氯化铝溶液、氢氧化钠溶液4以铝屑、硫酸、NaOH 溶液、CO2、氨水等为原料制取一定量的 Al(OH)3，请设计相应的实验方案，并确定最优的方案。答案：1D 解析：以上 5 种物质均既能与强酸反应，又能与强碱溶液反应。如：NaHCO3与盐酸反应生成氯化钠、水、二氧化碳气体，与氢氧化钠溶液反应生成正盐(碳酸钠)和水；(NH4)2S 与盐酸反应生成 H2S 气体和氯化铵，与氢氧化钠溶液反应生成硫化钠和氨水；Al2O3、Al(OH)3 都是两性物质，Al
15、在金属中也具有特殊性，既能与强酸溶液反应又能与强碱溶液反应。2A 解析：各选项所述变化为：因此，只有 A 项能得到纯净的 Al2O3。3D 解析：氯化钡溶液和稀硫酸相遇即产生白色沉淀：Ba224SO =BaSO4，A不符合。氢氧化钠溶液逐滴加入到硫酸亚铁溶液中，现象是先生成白色沉淀并迅速变为灰绿色，最后变成红褐色沉淀，发生的反应：Fe2 2OH=Fe(OH)2，4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，B 不符合。硝酸银溶液逐滴加入到氯化钠溶液中只产生白色沉淀：AgCl=AgCl，C 不符合。氢氧化钠溶液逐滴加入到氯化铝溶液中，发生的反应：Al33OH=Al(OH)3，Al(OH)3OH
16、=2AlO 2H2O，先产生白色沉淀，后白色沉淀溶解。4答案：见解析。解析：由于铝既能与酸反应又能与碱反应，故制备 Al(OH)3 至少有两种方案：(1)Al24H SOAl2(SO4)332NHH ONaOH或Al(OH)3(2)AlNaOH NaAlO2242H SOCO或Al(OH)3方案(1)涉及的反应有：2Al6H=2Al33H2，Al33OH=Al(OH)3或 Al33NH3H2O=Al(OH)334NH。方 案(2)涉 及 的 反 应 有：2Al 2OH 2H2O=22AlO 3H2，2AlO H H2O=Al(OH)3或2AlO CO22H2O=Al(OH)33HCO。从定量的
17、角度上看：每生成 1 mol Al(OH)3 时：方案(1)消耗 3 mol H、3 mol OH；方案(2)则消耗 1 mol H、1 mol OH。从对原料的消耗少来说，应选用方案(2)。在方案(2)中，由于生成的 Al(OH)3 易溶于硫酸，若用硫酸来沉淀2AlO，则终点不易控制，故应选用 CO2。进一步分析发现：还可利用如下途径来制备 Al(OH)3：2Al6H=2Al33H2，2Al2OH2H2O=22AlO 3H2，Al332AlO 6H2O=4Al(OH)3。这样一来，每生成 1 mol Al(OH)3 只需要消耗 0.75 mol H、0.75 mol OH，消耗的原料更少，同时制备过程并没有污染物产生，故该方案是最优方案。