Question

使含有a molAl³⁺的A溶液中的铝元素和含有b molAlO₂^-的B溶液中的铝元素全部转化为Al（OH）₃沉淀，通过计算讨论有几种途径．写出相应的离子方程式．
要求：
（1）不准另加固体和液体试剂；
（2）应答出每种途径所需试剂和所需试剂的物质的量．若使C mol单质Al全部转化为Al（OH）₃沉淀且使用原料最少，应该如何进行操作？写出相应的离子方程式．

Answer 1

（1）应向A溶液中通入3a molNH₃，离子方程式为Al³⁺+3NH₃+3H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺或
Al³⁺+3NH₃?H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
应向B溶液中通入 molCO₂或molSO₂或bmolHCl、HBr、HI等，离子方程式为2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-或
2AlO₂^-+SO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+SO₃^2-或AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓；
将两种溶液混合，①、若b=3a 则全部生成Al（OH）₃沉淀，离子方程式为：Al³⁺+3AlO₂^-+6 H₂O=4 Al（OH）₃↓
②、若b＞3a则再向混合后的溶液中通入 molCO₂或 molSO₂或（b-3a）molHCl、HBr、HI等，离子方程式为
2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-或2AlO₂^-+SO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+SO₃^2-或AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓；
③、若b＜3a则再向混合后的溶液中通入mol NH₃即（3a-b）mol NH₃，离子方程式Al³⁺+3NH₃+3H₂O=Al（OH）₃↓+
3NH₄⁺．
答：有两种方法，一种是向A溶液中加氨水使铝离子生成氢氧化铝，向B溶液中通入气体或加酸使偏铝酸根离子生成氢氧化铝沉淀；另一种方法是将两种溶液混合，分三种情况：①恰好反应；②铝离子过量，向混合溶液中加氨水，使多余的铝离子生成氢氧化铝；③偏铝酸根离子过量，向混合溶液中通入气体或加酸．
反应方程式为：Al³⁺+3NH₃+3H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺或Al³⁺+3NH₃?H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-或2AlO₂^-+SO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+SO₃^2-或AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al（OH）₃↓；
（2）若使C mol单质Al全部转化为Al（OH）₃沉淀且使用原料最少，应将 C mol Al与强酸反应转化为Al³⁺，另外 C mol Al与强碱反应转化为AlO₂^-，然后将两溶液混合，此时所用原料最少，C mol单质A l才能全部转化为Al（OH）₃沉淀．
离子方程式为：2Al+6H⁺=2Al³⁺+3H₂↑；2Al+2OH^-+2H₂O=2 AlO₂^-+3H₂↑；Al³⁺+3AlO₂^-+6 H₂O=4 Al（OH）₃↓．
答：将 C mol Al与强酸反应转化为Al³⁺，另外 C mol Al与强碱反应转化为AlO₂^-，然后将两溶液混合；2Al+6H⁺=2Al³⁺+3H₂↑；2Al+2OH^-+2H₂O=2 AlO₂^-+3H₂↑；Al³⁺+3AlO₂^-+6 H₂O=4 Al（OH）₃↓．
分析：（1）使铝离子生成氢氧化铝沉淀的方法是：铝离子和弱碱反应生成氢氧化铝沉淀，注意铝离子和强碱反应先生成沉淀，沉淀和氢氧化铝继续反应生成偏铝酸盐；使偏铝酸根离子生成氢氧化铝沉淀的方法是：偏铝酸根离子和二氧化碳或二氧化硫或盐酸反应生成氢氧化铝沉淀；还可以让铝离子和偏铝酸根离子反应生成氢氧化铝沉淀．
（2）若使C mol单质Al全部转化为Al（OH）₃沉淀且使用原料最少的方法是：四分之一的铝生成铝离子，四分之三的铝生成偏铝酸根离子，然后两溶液混合即可．
点评：本题考查了铝及其化合物的性质，难度较大，注意实验室制取氢氧化铝沉淀用铝盐和氨水反应制取，不用铝盐和强碱反应制取，因为氢氧化铝能溶于强碱，和弱碱不反应．