铝盐与强碱反应图像分析试题

铝盐与强碱反应图像分析试题铝盐与强碱的反应是高中化学的重要知识点，其反应过程涉及到分步反应和物质的量的关系，通过图像分析可以直观地理解反应的本质和规律。以下将从不同反应情境出发，结合化学方程式、离子反应过程和典型例题，深入剖析铝盐与强碱反应的图像问题。一、向AlCl₃溶液中滴加NaOH溶液的图像分析（一）反应原理与阶段划分向AlCl₃溶液中逐滴加入NaOH溶液时，会先后发生两个阶段的反应。第一阶段，Al³⁺与OH⁻结合生成Al(OH)₃白色沉淀，离子方程式为：Al³⁺+3OH⁻=Al(OH)₃↓。随着NaOH溶液的继续加入，沉淀开始溶解，进入第二阶段，Al(OH)₃与过量的OH⁻反应生成NaAlO₂和水，离子方程式为：Al(OH)₃+OH⁻=AlO₂⁻+2H₂O。（二）图像特征与关键点该反应的图像以n(NaOH)为横坐标，n[Al(OH)₃]为纵坐标。图像起点为原点，随着NaOH溶液的加入，沉淀量逐渐增加，当n(NaOH)与n(AlCl₃)的物质的量之比为3:1时，沉淀达到最大值。之后，继续加入NaOH溶液，沉淀量开始减少，当n(NaOH)与n(AlCl₃)的物质的量之比为4:1时，沉淀完全溶解，图像终点落在横坐标轴上。例如，向1molAlCl₃溶液中滴加NaOH溶液，当加入3molNaOH时，生成1molAl(OH)₃沉淀；再加入1molNaOH，沉淀全部溶解。（三）典型例题解析例题：向20mL0.5mol/LAlCl₃溶液中逐滴加入0.5mol/LNaOH溶液，绘制沉淀量与加入NaOH溶液体积的关系图像。解析：n(AlCl₃)=0.02L×0.5mol/L=0.01mol。第一阶段生成沉淀需要NaOH的物质的量为0.03mol，体积为0.03mol÷0.5mol/L=0.06L=60mL，此时沉淀量为0.01mol。第二阶段溶解沉淀需要NaOH的物质的量为0.01mol，体积为0.01mol÷0.5mol/L=0.02L=20mL。所以，图像在0-60mL段沉淀量从0增加到0.01mol，60-80mL段沉淀量从0.01mol减少到0，80mL之后沉淀量为0。二、向NaOH溶液中滴加AlCl₃溶液的图像分析（一）反应原理与阶段划分向NaOH溶液中逐滴加入AlCl₃溶液时，反应初期NaOH过量，Al³⁺直接与过量的OH⁻反应生成AlO₂⁻，离子方程式为：Al³⁺+4OH⁻=AlO₂⁻+2H₂O。当OH⁻被消耗完后，继续加入AlCl₃溶液，Al³⁺与AlO₂⁻发生双水解反应生成Al(OH)₃沉淀，离子方程式为：Al³⁺+3AlO₂⁻+6H₂O=4Al(OH)₃↓。（二）图像特征与关键点该反应的图像同样以n(AlCl₃)为横坐标，n[Al(OH)₃]为纵坐标。图像起点，加入AlCl₃溶液的初期没有沉淀生成，当n(AlCl₃)与n(NaOH)的物质的量之比为1:4时，OH⁻完全反应生成AlO₂⁻。之后，继续加入AlCl₃溶液，沉淀量开始增加，当n(AlCl₃)与n(NaOH)的物质的量之比为3:4时，沉淀达到最大值，且之后沉淀量不再变化。例如，向4molNaOH溶液中滴加AlCl₃溶液，当加入1molAlCl₃时，无沉淀生成；再加入2molAlCl₃，共生成4molAl(OH)₃沉淀。（三）典型例题解析例题：向含有0.4molNaOH的溶液中逐滴加入0.1mol/LAlCl₃溶液，求沉淀量达到最大值时加入AlCl₃溶液的体积。解析：n(NaOH)=0.4mol。第一阶段，Al³⁺与OH⁻反应生成AlO₂⁻，n(AlCl₃)=0.4mol÷4=0.1mol，此时无沉淀。第二阶段，Al³⁺与AlO₂⁻反应生成沉淀，n(AlCl₃)与n(AlO₂⁻)的物质的量之比为1:3，n(AlO₂⁻)=0.1mol，所以需要AlCl₃的物质的量为0.1mol÷3≈0.0333mol。总n(AlCl₃)=0.1mol+0.0333mol≈0.1333mol，V=0.1333mol÷0.1mol/L≈1.333L=1333mL。三、向NaAlO₂溶液中滴加HCl溶液的图像分析（一）反应原理与阶段划分向NaAlO₂溶液中逐滴加入HCl溶液，首先发生AlO₂⁻与H⁺结合生成Al(OH)₃沉淀的反应，离子方程式为：AlO₂⁻+H⁺+H₂O=Al(OH)₃↓。当HCl溶液过量时，Al(OH)₃沉淀溶解，离子方程式为：Al(OH)₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O。（二）图像特征与关键点图像以n(HCl)为横坐标，n[Al(OH)₃]为纵坐标。起点为原点，沉淀量随HCl溶液的加入逐渐增加，当n(HCl)与n(NaAlO₂)的物质的量之比为1:1时，沉淀达到最大值。之后，沉淀量随HCl溶液的继续加入而减少，当n(HCl)与n(NaAlO₂)的物质的量之比为4:1时，沉淀完全溶解。例如，向1molNaAlO₂溶液中滴加HCl溶液，加入1molHCl生成1molAl(OH)₃沉淀，再加入3molHCl，沉淀全部溶解。（三）典型例题解析例题：向100mL0.1mol/LNaAlO₂溶液中逐滴加入0.2mol/LHCl溶液，计算沉淀恰好完全溶解时加入HCl溶液的体积。解析：n(NaAlO₂)=0.1L×0.1mol/L=0.01mol。第一阶段生成沉淀需要n(HCl)=0.01mol，V=0.01mol÷0.2mol/L=0.05L=50mL。第二阶段溶解沉淀需要n(HCl)=0.01mol×3=0.03mol，V=0.03mol÷0.2mol/L=0.15L=150mL。总V=50mL+150mL=200mL。四、向HCl溶液中滴加NaAlO₂溶液的图像分析（一）反应原理与阶段划分向HCl溶液中逐滴加入NaAlO₂溶液，初期HCl过量，AlO₂⁻与H⁺反应生成Al³⁺和水，离子方程式为：AlO₂⁻+4H⁺=Al³⁺+2H₂O。当HCl完全反应后，继续加入NaAlO₂溶液，Al³⁺与AlO₂⁻发生双水解反应生成Al(OH)₃沉淀，离子方程式为：Al³⁺+3AlO₂⁻+6H₂O=4Al(OH)₃↓。（二）图像特征与关键点该图像以n(NaAlO₂)为横坐标，n[Al(OH)₃]为纵坐标。图像起点，加入NaAlO₂溶液的初期没有沉淀生成，当n(NaAlO₂)与n(HCl)的物质的量之比为1:4时，HCl完全反应生成Al³⁺。之后，沉淀量开始增加，当n(NaAlO₂)与n(HCl)的物质的量之比为4:4（即1:1）时，沉淀达到最大值，且之后沉淀量不再变化。例如，向4molHCl溶液中滴加NaAlO₂溶液，加入1molNaAlO₂时，无沉淀生成；再加入3molNaAlO₂，共生成4molAl(OH)₃沉淀。（三）典型例题解析例题：向含有0.8molHCl的溶液中逐滴加入0.2mol/LNaAlO₂溶液，求沉淀量达到最大值时加入NaAlO₂溶液的体积。解析：n(HCl)=0.8mol。第一阶段，AlO₂⁻与H⁺反应生成Al³⁺，n(NaAlO₂)=0.8mol÷4=0.2mol，此时无沉淀。第二阶段，Al³⁺与AlO₂⁻反应生成沉淀，n(Al³⁺)=0.2mol，所以需要n(NaAlO₂)=0.2mol×3=0.6mol。总n(NaAlO₂)=0.2mol+0.6mol=0.8mol，V=0.8mol÷0.2mol/L=4L=4000mL。五、混合溶液中铝盐与强碱反应的图像分析（一）含HCl和AlCl₃的混合溶液与NaOH溶液反应向含HCl和AlCl₃的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液，NaOH首先与HCl发生中和反应：H⁺+OH⁻=H₂O。当HCl完全反应后，NaOH再与AlCl₃反应生成Al(OH)₃沉淀：Al³⁺+3OH⁻=Al(OH)₃↓。继续加入NaOH溶液，Al(OH)₃沉淀溶解：Al(OH)₃+OH⁻=AlO₂⁻+2H₂O。图像特征为：起点到HCl完全反应阶段，无沉淀生成；之后沉淀量增加至最大值；最后沉淀量减少至0。（二）含Mg²⁺和Al³⁺的混合溶液与NaOH溶液反应向含Mg²⁺和Al³⁺的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液，Mg²⁺和Al³⁺同时与OH⁻反应生成Mg(OH)₂和Al(OH)₃沉淀：Mg²⁺+2OH⁻=Mg(OH)₂↓，Al³⁺+3OH⁻=Al(OH)₃↓。当沉淀达到最大值后，继续加入NaOH溶液，Al(OH)₃沉淀溶解，而Mg(OH)₂沉淀不溶解。图像特征为：沉淀量先增加至最大值，之后沉淀量部分减少，最终保持不变（剩余Mg(OH)₂沉淀）。（三）典型例题解析例题：向含有0.1molHCl和0.1molAlCl₃的混合溶液中逐滴加入0.5mol/LNaOH溶液，绘制沉淀量与加入NaOH溶液体积的关系图像。解析：n(HCl)=0.1mol，n(AlCl₃)=0.1mol。第一阶段中和HCl需要n(NaOH)=0.1mol，V=0.1mol÷0.5mol/L=0.2L=200mL，无沉淀。第二阶段生成Al(OH)₃沉淀需要n(NaOH)=0.1mol×3=0.3mol，V=0.3mol÷0.5mol/L=0.6L=600mL，沉淀量为0.1mol。第三阶段溶解Al(OH)₃沉淀需要n(NaOH)=0.1mol，V=0.1mol÷0.5mol/L=0.2L=200mL，沉淀量从0.1mol减少到0。图像在0-200mL段无沉淀；200-800mL段沉淀量从0增加到0.1mol；800-1000mL段沉淀量从0.1mol减少到0。六、解题方法与技巧总结（一）明确反应顺序与阶段解答铝盐与强碱反应的图像问题，首先要明确反应的先后顺序和各个阶段的离子方程式。例如，在混合溶液中，酸碱中和反应优先于沉淀反应；Al(OH)₃沉淀既能与强酸反应又能与强碱反应，而Mg(OH)₂等沉淀只与强酸反应。（二）抓住关键点计算与分析图像中的关键点（如沉淀开始生成点、沉淀最大值点、沉淀完全溶解点等）是解题的突破口。通过计算这些点对应的物质的量或溶液体积，可以确定图像的形状和特征。同时，要注意物质的量之间的比例关系，如Al³⁺与OH⁻反应生成沉淀和沉淀溶解的物质的量之比分别为3:1和1:1。（三）结合图像进行逆向推理对于给出图像的题目，可以通过图像的起点、终点、转折点等特征逆向推理反应的类型和反应物的用量。例如，图像起点无沉淀生成，可能是NaOH溶液中滴加AlCl₃溶液或HCl溶液中滴加NaAlO₂溶液的反应；图像终点沉淀不完全溶