高中化学人教版 (新课标)选修6 实验化学课题二 物质的制备第3课时学案及答案

课堂探究

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)3＋3HCl===AlCl3＋3H2O；Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O。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：AlAl2(SO4)3Al(OH)3

涉及的反应：2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑；

Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓〔或Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH〕。

方案二：AlNaAlO2Al(OH)3

涉及的反应：2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑；

AlO＋H2O＋H＋===Al(OH)3↓〔或AlO＋2H2O＋CO2===HCO＋Al(OH)3↓〕。

方案三：

涉及的反应：2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑；

2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑；

Al3＋＋3AlO＋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 mol OH－，酸与碱的用量少，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：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓〔或Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH〕，但由于氢氧化铝与强碱会发生反应：Al(OH)3＋OH－===AlO＋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，1～2 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1  mol Al(OH)3理论上各需H＋、OH－3/4 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

1．NaOH和AlCl3

向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液，先出现白色沉淀后消失：

Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓

Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O

向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液，开始无现象，后出现白色沉淀：

Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O

Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓

2．NaAlO2和盐酸

向NaAlO2溶液中滴加盐酸，先出现白色沉淀后消失：

AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓

Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O

向盐酸中滴加NaAlO2溶液，开始无现象后出现白色沉淀：

AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O

Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓

3．Na2CO3和盐酸

向Na2CO3溶液中滴加盐酸，开始无现象，后产生气泡：

CO＋H＋===HCO

HCO＋H＋===H2O＋CO2↑

向盐酸中滴加Na2CO3溶液，立即产生气泡：

CO＋2H＋===H2O＋CO2↑

知识点1  Al(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：

乙：

丙：

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 mol 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)w3>w1>w2

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2  Al(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 mol·L－1 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：

(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Al3＋→Al(OH)3→AlO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：

Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓

Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O

总的离子反应方程式为：

Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O

要生成0.39 g Al(OH)3沉淀时有两种情况：

①AlCl3过量，此时n[Al(OH)3]＝n(OH－)，即＝×2 mol·L－1×V×10－3 L·mL－1

解得V＝7.5 mL。

②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n[Al(OH)3]＝4n(Al3＋)－n(OH－)，即＝4×－2 mol·L－1×V′×10－3 L·mL－1

解得V′＝17.5 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)Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O

(4)7.5 mL或17.5 mL

点拨：使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n[Al(OH)3]<n(Al3＋)时，可能有两种原因：①n(OH－)不足，②n(OH－)过量。