Al(OH)3沉淀的图像问题[教学应用]

1、Al(OH)3沉淀的图像问题（2003年9月12日，东城分院继续教育）在一定体积的物质A的溶液中，逐滴加入物质B的溶液，而且A和B这两种物质的物质的量浓度相同时，产生Al(OH)3沉淀量与滴加的溶液体积之间的关系的图像问题，在高中化学教学中以及各类教学参考书中，频繁出现。例如，、全日制普通高级中学化学（试验本）第二册（）教师教学用书人民教育出版社1999年12月第2版2000年6月第一次印刷P119-120；、知识要点大串讲（修订版）高中化学专题解析九洲图书出版社2000年2月修订版2000年2月第1次印刷（*本书曾作“中国教育电视台”和“北京电视台”化学科知识要点专题讲座的教学参考书）P18

2、-19；、高中化学金属及其化合物龙门书局2001年2月第1版P100-101一、援引金属铝及Al(OH)3沉淀的图像问题氢氧化铝沉淀量图像大致可分为六类。图中纵轴y表示Al(OH)3沉淀的物质的量，横轴表示加入试剂的体积（物质的量）。1、图一，向AlCl3溶液中滴入NaOH溶液至过量（亦即往Al3+溶液中逐滴加入强碱溶液）AB段是Al(OH)3物质的量逐渐增多，并达到最大值阶段，a点对应的沉淀量最多；ab段是Al(OH)3物质的量逐渐减少阶段，b点对应的沉淀完全溶解。量的关系：、AB：nAl(OH)3=n(OH-)/3；、BC：nAl(OH)3=4n(Al3+)-n(OH-)。AB：AlCl3

3、+3NaOH=Al(OH)3+3NaCl；离子方程式Al3+3OH-=Al(OH)3；BC：Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O；离子方程式Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O；两步反应相加：AlCl3+4NaOH=NaAlO2+2H2O+3NaCl；离子方程式Al3+4OH-=AlO2-+2H2O；2、图二，向NaOH溶液中滴入AlCl3溶液至过量。、AB：AlCl3+4NaOH=NaAlO2+3NaCl+2H2O，离子方程式Al3+4OH-=AlO2-+2H2O；、BC：3NaAlO2+AlCl3+6H2O=4Al(OH)3+3NaCl，离子方程式3AlO2-+Al3+

4、6H2O=4Al(OH)3；3) Al3+4OH-=AlO- 2+2H2O +) 3AlO2-+Al3+6H2O=4Al(OH)3 4Al3+12OH-=4Al(OH)3，亦即Al3+3OH-=Al(OH)33、图三，向盐酸酸化的AlCl3溶液中滴入NaOH溶液（亦即往Al3+的酸性溶液中逐滴加入强碱溶液）、AB：是酸碱中和阶段，NaOH+HCl=NaCl+H2O；、BC：是沉淀生成阶段，AlCl3+3NaOH=Al(OH)3+3NaCl；、CD：为沉淀溶解阶段，Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O。4、图四，向盐酸中加入NaAlO2溶液至过量。、AB：NaAlO2+HCl+H2O

5、=Al(OH)3+NaCl，Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O，AlO2-+H+H2O=Al(OH)3，Al(OH)3+3H+=Al3+3H2O，两个反应相加得到总反应：NaAlO2+4HCl=AlCl3+NaCl+2H2O，离子方程式AlO2-+4H+=Al3+2H2O；、BC：3NaAlO2+AlCl3+6H2O=4Al(OH)3+3NaCl，离子方程式3AlO2-+Al3+6H2O=4Al(OH)3；和两步反应的总结果：AlO2-+4H+=Al3+2H2O+) 3AlO2-+Al3+6H2O=4Al(OH)34AlO2-+4H+4H2O=4Al(OH)3，亦即AlO2-+H+

6、H2O=Al(OH)35、图五，向NaAlO2溶液中加入盐酸至过量。、AB：NaAlO2+HCl+H2O=Al(OH)3+NaCl，离子方程式AlO2-+H+H2O=Al(OH)3；、BC：Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O，离子方程式Al(OH)3+3H+= Al3+3H2O；AlO2-+4H+=Al3+2H2O，6、图六，向AlCl3溶液中滴入NaAlO2溶液。AB3NaAlO2+AlCl3+6H2O=4Al(OH)3+3NaCl，离子方程式3AlO2-+Al3+6H2O=4Al(OH)3；图七，向NaAlO2溶液中滴入AlCl3溶液。AB3NaAlO2+AlCl3+6H2O=

7、4Al(OH)3+3NaCl，离子方程式3AlO2-+Al3+6H2O=4Al(OH)3；l 图像计算题的解题技巧图像计算综合性强，难度较大。解题时，应首先抓住有关化学原理和有关物质的性质以及图像的意义和图像的特点，综合分析、逐步计算。然后重点抓住图像的“四点”，即原点（起点）、交点、转折点、终点。通过对这些点的坐标的分析运算，解出正确答案。注意：上述四点坐标即是完全反应的点的坐标（或完全不反应的坐标）。点与点之间的线段均对应唯一一个化学反应，线段的斜率也有可能各不相同。二、资料摘录1、氢氧化铝Al(OH)3、氢氧化铝的含义：*在基础化学中，化学式Al(OH)3代表三种物质：水合氧化铝Al2O

8、3xH2O，白色胶状沉淀；偏氢氧化铝AlO(OH)，无色正交晶体；正氢氧化铝Al(OH)3，白色单斜晶体。这三种物质的生成条件不同，性质也不相同。通常所谓的氢氧化铝Al(OH)3，实际上是指水合氧化铝Al2O3xH2O。8P744，9P92，11P89，15P635，、在铝盐溶液中加入氨水或碱溶液，得到的白色胶状沉淀，其含水量不定，组成也不均匀，统称为水合氧化铝。这种水合氧化铝静置后，可慢慢失水转化为偏氢氧化铝AlO(OH)，温度升高，转化速率加快。1P152，2P674，5P55，3P367，Al3+3NH3H2O=Al(OH)3+3NH4+，Al3+3OH-=Al(OH)3、在铝盐溶液中加

9、入弱酸盐，得到的白色胶状沉淀是水合氧化铝和偏氢氧化铝混合物Al3+3HCO3-=Al(OH)3+3CO2，2Al3+3CO32-+3H2O=2Al(OH)3+3CO2，2Al3+3S2-+6H2O=2Al(OH)3+3H2S，Al(OH)3白色胶状沉淀“Al2O3xH2O+AlO(OH)”、只有在铝酸盐溶液中通人CO2，才能得到真正的氢氧化铝白色晶状沉淀，称为正氢氧化铝。2P673，6P511，2Al(OH)4-+CO2=2Al(OH)3+CO32-+H2O，Al(OH)4-+CO2=Al(OH)3+HCO3-CO2(少量)+2NaAl(OH)4=Na2CO3+2Al(OH)3+H2O，CO2

10、(过量)+NaAl(OH)4=NaHCO3+Al(OH)3正氢氧化铝Al(OH)3，MrAl(OH)3=78.00，白色单斜晶体，=2.42g/cm3。结晶的正氢氧化铝与无定形的水合氧化铝不同，加热到100也不脱水，在300下加热2小时才能脱水转变为偏氢氧化铝。它不溶于冷、热水，难溶于酸，与热的酸、碱反应。2P673，Al(OH)3AlO(OH)+H2O偏氢氧化铝（又称羟基氧化铝）AlO(OH)，MrAlO(OH)=59.99，无色正交晶体，=3.01g/cm3。300时失水转变为Al2O3，2AlO(OH)Al2O3+H2O；不溶于水，与热的酸、碱反应。1P89，2、氧化铝Al2O3、-Al

11、2O3、物理性质：无色六方晶型（六方密堆积构型），晶格能大，熔点高（2045）沸点2980，不挥发，硬度大（莫氏硬度8.8），MrAl2O3=101.96，密度=3.965g/cm3(25时)，折射率n=1.768，1.760？。电绝缘性良好。1P151，3P671，4P372，8P1049，11P89，、化学性质：化学惰性。-Al2O3不溶于水，也不溶于酸和碱（或者说，极微溶于酸和碱）溶液，能渐渐溶于浓硫酸，能与熔融碱反应。耐腐蚀且电绝缘性。Al2O3(s)+2NaOH(s)2NaAlO2(s)+H2O(g)，Al2O3(s)+Na2CO3(s)2NaAlO2(s)+CO2(g)-Al2O3

12、只能用K2S2O7使之转化为可溶性的硫酸盐：Al2O3+3K2S2O7Al2(SO4)3+3K2SO4，两性也表现在无水反应中：Al2O3(s)+3SiO2(s)Al2(SiO3)3(s)，Al2O3(s)+CaO(s)Ca(AlO2)2(s)，Ca(AlO2)2CaAl2O4(铝尖晶石)、应用：由于耐腐蚀性及绝缘性好、熔点高、硬度大，可作高硬度材料、耐磨材料、耐火材料以及陶瓷制品、牙膏的磨料自然界存在的-Al2O3称为刚玉，刚玉由于含有不同杂质而有不同颜色(含微量Cr3+离子红宝石，含Fe2+、Fe3+或Ti4+离子蓝宝石)；可作精密仪器和手表的轴承，也是优良的磨料和抛光剂。、-Al2O3和

13、-Al2O3：将正氢氧化铝Al(OH)3、水合氧化铝Al2O3xH2O、偏氢氧化铝AlO(OH)和铝铵矾(NH4)2SO4Al2(SO4)324H2O加热到400500，则有-Al2O3和-Al2O3生成（若温度900，则生成-Al2O3）。金属铝在O2中燃烧或灼烧Al(OH)3、Al(NO3)3或Al2(SO4)3也都可制得-Al2O3。、物理性质：面心立方晶格，密度较小（=3.4g/cm3），稳定性比-Al2O3稍差。-Al2O3和-Al2O3只在低温下稳定，颗粒小、比表面积很大，为200600m2/g，具有良好的吸附能力和催化活性，所以又称“活性氧化铝”，常用作催化剂和吸附剂（催化剂载体

14、、色谱柱、离子交换剂和层析介质），具有很大的价值。、化学性质：将-Al2O3加强热至1000，则不可逆地转变为-Al2O3。1P151，2P672，3P672，4P374，-Al2O3(s)=-Al2O3(s)，=-20kJ/mol；-Al2O3和-Al2O3溶于酸和碱：Al2O3+6H+=2Al3+3H2O，Al2O3+2OH-+3H2O=2Al(OH)4-，或“简写”作Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O；（Al2O3是典型的两性氧化物）、-Al2O3：实际为NaAl11O17（亦即Na2O11Al2O3）。它是一种固体电解质，具有离子传导能力（容许Na+通过），用于制作新型电池。钠

15、氧化铝是非计量化合物，有两种变体，和，理想式分别为Na2O11Al2O3和Na2O5.33Al2O3（有的作者写为Na2O5Al2O3）。比具有更高的Na+电导率。2P673，3P672，3、铝酸盐和偏铝酸盐、偏铝酸盐：、偏铝酸钠NaAlO2（或Na2Al2O4），MrNaAlO2=81.9701，白色无定形粉末，易潮解；熔点1650，1800？，溶于水。碱性甚强，在水中溶解后易析出氢氧化铝沉淀，也能能逐渐吸收水分而生成Al(OH)3。Na2Al2O42NaAlO21P151，2P670，3P673，4P346，6P511，8P613，10P264，Al2O3与NaOH(或Na2CO3)在熔融

16、时制得NaAlO2。NaAlO2为白色无定形粉末，溶于水时生成Al(OH)3。在水溶液中尚未找到AlO2-离子。Al2O3(s)+2NaOH(s)2NaAlO2(s)+H2O(g)，Al2O3(s)+Na2CO3(s)Na2OAl2O3(s)+CO2(g)Na2OAl2O3Na2Al2O4，用作纺织品的媒染剂、纸的填料、水的净化剂、玻璃的乳浊剂、人造丝的去光剂等。、无水偏铝酸盐MAl2O4(M=Mg2+、Ca2+、Fe2+)，需用熔融法制取MO+Al2O3MAl2O4(铝尖晶石)。具有优良的耐热性，用作制耐火材料的原料以及搪瓷和釉的着色剂。、铝酸盐：在pH13时，浓度低于1.5mol/L的溶液

17、中，存在Al(OH)4-离子。铝酸盐中含有Al(OH)4-（或Al(OH)4(H2O)2-）、Al(OH)63-等配离子。铝盐晶体中有Al(OH)63-，如M3Al(OH)62，(其中M为Ca、Sr)。2P674，3P670-673，6P510，16P354，27Al的核磁共振、红外和拉曼光谱以及离子交换法的研究，都指出在pH13和浓度低于1.5mol/L时，在溶液中存在的是以四面体形式配位的Al(OH)4-离子；高于1.5mol/L时，则发生缩合反应，生成(HO)3AlOAl(OH)32-，它存在于晶体盐K2(Al2O(OH)6中，并有角形AlOAl桥键。*(HO)3AlOAl(OH)32-

18、(Al2O43H2O2-。，2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2（严格讲，这样书写是不确切的，只能看作是一种“简写”；在水溶液中不存在AlO2-离子，只存在于干态，极易水解。）应写作：2Al+2OH-+6H2O=2Al(OH)4-+3H2经光谱实验证实：溶液中不存在AlO2-或AlO33-。4、Al(OH)3具有两性，以碱性为主（其碱性略强于酸性，但仍属于弱碱。）1P150，2P673-1674，7P184，9P278-302，P404，10678，689，783，11P381，P825，13P377，14P74，18P101，3.810.613.0；Al(OH)3(s)Al3

19、+(aq)+3OH-(aq)，(b)=3.010-33（无定形），(b)=3.010-34-Al(OH)3；Al(OH)3(s)+H2O(l)H+(aq)+Al(OH)4-(aq)，(a)=1.010-13（2.010-11，1.610-13)Al(OH)3作为酸是一元弱酸，Al原子是缺电子原子，所谓电离是加合H2O电离的OH-而放出质子H+，=6.310-12。（H2CO3，=4.310-7，=5.610-11；H2S，=1.310-7，=7.110-15；）Al(OH)3作为碱是三元弱碱，=510-9，=210-10，=310-15；由于Al(OH)3酸性很弱，Al(OH)4-水解能力比A

20、l3+还强，铝酸盐水解使溶液呈弱碱性。水解反应如下：Al(OH)4-Al(OH)3(s)+OH-，Al(OH)4-+H2OAl(OH)3(s)+H2O+OH-加热促进水解Al(OH)4-Al(OH)3(s)+OH-。由此可见，Al(OH)4-只能存在于强碱性溶液中；弱碱不能溶解Al(OH)3；Al(OH)4-溶液中通人CO2，得到的正氢氧化铝。5、Al(OH)3在水中的溶解度：受pH影响最大，其次受配合物离子的影响。Al3+离子易水解，当pH7时溶解度开始增加，不过，在碱性溶液中pH增加对Al(OH)3溶解度的影响没有在酸性溶液中pH下降的影响大；沉淀实际开始溶解pH=12.6(理论计算为8)

21、，沉淀溶解完全pH=13.2(理论计算为11)。、沉淀：（实际测定，开始沉淀pH=4.7，沉淀完全pH=6.2）理论计算如下：设：沉淀开始c(Al3+)=0.01mol/L，沉淀完全c(Al3+)=1.010-5mol/L，、溶解：（实际测定，开始溶解pH=12.6，溶解完全pH=13.2）理论计算如下：设：溶解开始c(Al(OH)4-)=1.010-5mol/L，溶解完全c(Al(OH)4-)=0.01mol/L，6、援引几幅图像、普通无机化学第二版 P170，严宣审 王长富 编著 北京大学出版社Zn(OH)2的(b)=c(Zn2+)c(OH-)2=1.210-17，(a)=c(H+)2cZ

22、n(OH)2- 4=1.010-29，=9.510-4，=？9P302，c(Zn2+)/molL-110-210-310-410-5cZn(OH)42-/molL-110-210-310-410-5pH6.57.07.58.0pH13.513.012.512.0锌盐和锌酸盐在不同离子浓度下，从酸性或从碱性开始生成氢氧化锌就有不同的pH。将不同离子浓度和对应pH作图，就得到氢氧化锌的溶解度和酸度曲线即S-pH图。从图中看出，c(Zn2+)= 10-2molL-1时，开始沉淀的pH约为6.5，当pH8时，Zn(OH)2沉淀完全。向Zn(OH)42-溶液中加酸，pH=13.5，Zn(OH)2开始沉淀

23、；pH=12，Zn(OH)2沉淀完全。、简明分析化学手册P74，常文保李克安编，北京大学出版社一些氢氧化物沉淀和溶解的pH图中阴影区是生成氢氧化物沉淀的pH范围。左端的空白区是指在溶液中以金属离子的形式存在，斜线上端表示10-2mol/L金属离子的溶液开始出现沉淀的pH，下端是沉淀完全（金属离子的浓度为10-5mol/L）的pH。右端的斜线表示氢氧化物氢氧化物在碱性时溶解和完全溶解的pH表中未列AgOH和Cu(OH)2，它们在氨性溶液中生成络合物，沉淀溶解的pH较低。虚线表示溶解和沉淀不可逆，pH不易测定。从图中看出，c(Al3+)=10-2molL-1时，开始沉淀的pH约为4.7，沉淀完全c

24、(Al3+)=10-5molL-1，pH6.2；沉淀Al(OH)3在碱性时，开始溶解pH12.6，沉淀溶解完全pH13.2。虚线约在pH=11.212.2，沉淀和溶解不可逆，pH不易测定。、化学原理选讲基础化学知识规律揭示，P228，严宣申著南方出版社，2001年7月第1版；设c(NaOH)=cNH4Al(SO4)2，把NaOH溶液滴入NH4Al(SO4)2溶液。、一开始是生成Al(OH)3还是生成NH3H2O？若生成NH3H2O，也能和Al3+生成Al(OH)3，而且是很完全的反应，首先生成Al(OH)3沉淀，直到完全。（图中03，Al(OH)3沉淀量直线增加。）、而后滴加的NaOH溶液是和

25、Al(OH)3还是和NH4+反应？NH4+能和AlO2-生成Al(OH)3和NH3H2O，也是比较完全的反应，生成NH3H2O。（图中34，生成NH3H2O反应比较完全，Al(OH)3沉淀量不变。）、再后，滴加的NaOH溶液当然是和Al(OH)3反应，形成AlO2-。Al(OH)3的酸性弱，要和过量的NaOH才能完成反应。（Al(OH)3和NaOH之间是不完全的反应，在图中，体积比超过5时Al(OH)3沉淀才消失。）V(NaOH)/VNH4Al(SO4)2和沉淀量的关系7、各种体型Al3+的分布、Al3+的水解与Al(OH)3的凝聚、Al3+的水解：Al3+离子易水解，易溶的强酸的铝盐溶液均显

26、酸性。当pH13和浓度低于1.5mol/L时，27Al的核磁共振、红外和拉曼光谱以及离子交换法的研究，都指出在在溶液中存在的是以四面体形式配位的Al(OH)4-离子；高于1.5mol/L时，则发生缩合反应，生成(HO)3AlOAl(OH)32-，它存在于晶体盐K2(Al2O(OH)6中，并有角形AlOAl桥键。*(HO)3AlOAl(OH)32-(Al2O43H2O2-、小结Al(OH)4-离子只有在pH13且稀溶液中（浓度低于1.5mol/L）才能存在。在5pH6.2的近中性溶液中，Al3+主要以不溶性的Al(OH)3沉淀存在。Al(OH)3在pH=6.2条件下溶解度最小，此时c(Al3+)

27、10-7mol/L。在酸性溶液中（pH6.0），Al(OH)3溶解度随pH降低急剧升高。在pH7时，Al(OH)3溶解度又继续增加。不过在碱性条件下，pH增加对Al(OH)3溶解度的影响，没有在酸性条件下pH降低的影响大。“Al(OH)3是两性氢氧化物，既能与酸又能与碱反应。”但是，应注意到：、HCl、NaOH都可以溶解Al(OH)3，只要强酸强碱都可以将它溶解。、Al(OH)3酸式电离很微弱，只有强碱才能将其溶解。弱碱中OH-的最大浓度为一常数，如c(NH3H2O)=1mol/L的氨水，这种浓度的OH-是不能溶解Al(OH)3。氢氧化钠的极稀溶液，也不会溶解的，准确说是氢氧化铝溶于“过量”的

28、强碱。AlCl3+3NaOH= Al(OH)3+3NaCl，Al(OH)3+NaOH=NaAl(OH)4，Al(OH)3+OH-=Al(OH)4-、实验现象、Al(OH)3在水中的溶解度：受pH影响最大，其次受配合物离子的影响。下图是Al(OH)3在25条件下受pH和氟化物配合作用影响的溶解度。pH=6.2条件下Al(OH)3溶解度最小，此时c(Al3+)10-7mol/L。、在5pH6.2的近中性溶液中，Al3+主要以不溶性的Al(OH)3沉淀存在。在pH5的酸性溶液中，Al3+以八面体的六水合离子Al(H2O)63+存在。当pH增大时，Al(H2O)63+会逐步失去质子、c(Al3+)1000，15min.）：2Al(OH)3Al2O3+3H2O；、其他NH3-NH4Cl缓冲体系，=1.810-5，；氨水：c(NH3H2O)=0.1mol/L，pH=11.3；c(NH3H2O)=6mol/L，pH=12.02；c(NH3H2O)=15mol/L市售浓氨水(NH3H2O)25%，pH=12.22。0.10mol/LNa2CO3溶液，pH=11.63；NaHCO3溶液，p