2020版高考一轮复习化学通用版学案：第三章第2课时 难点专攻——碳酸钠、碳酸氢钠及氢氧化铝的图像
第2课时 难点专攻——碳酸钠、碳酸氢钠与氢氧化铝的图像问题
考点一 有关Na2CO3、NaHCO3的图像分析
1．数形结合理解Na2CO3、NaHCO3与HCl反应
a代表未生成气体时，消耗的HCl的物质的量；b表示从开始生成气体到气体量达到最大值时消耗的HCl的物质的量；c代表生成CO2的物质的量。
反应类型
图像
离子反应
(按反应先后顺序书写)
向NaHCO3溶液中逐滴加入盐酸
HCO＋H＋===CO2↑＋H2O
向Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸
H＋＋CO===HCO、HCO＋H＋===CO2↑＋H2O
向Na2CO3、NaOH的混合溶液中逐滴加入盐酸
OH－＋H＋===H2O、H＋＋CO===HCO、HCO＋H＋===CO2↑＋H2O
向Na2CO3、NaHCO3的混合溶液中逐滴加入盐酸
H＋＋CO===HCO、HCO＋H＋===CO2↑＋H2O
2．CO2与NaOH反应后的溶液中溶质组成分析
将CO2通入NaOH溶液，依据的大小，溶质组成可能有四种情况，如图数轴所示：
[典例] 将一定体积的CO2通入一定浓度的NaOH溶液中，为了测定所得溶液的成分，向该溶液中逐滴加入1 mol·L－1的盐酸，所加盐酸的体积与产生CO2的体积(标准状况)的关系如图所示：
(1)加入35 mL盐酸时，产生CO2的体积为(标准状况)________mL。
(2)溶液中所含溶质及物质的量为_______________________________________。
[解析] (1)由图像所示消耗盐酸的体积与产生CO2的体积可知，该溶液的溶质是NaOH和Na2CO3。OA段H＋先与OH－反应生成H2O，待OH－消耗完，H＋再与CO反应生成HCO。AB段发生反应H＋＋HCO===CO2↑＋H2O，加入35 mL盐酸时，产生的n(CO2)＝n(H＋)＝(35－25)mL×10－3 L·mL－1×1 mol·L－1＝0.01 mol，则V(CO2)＝22.4 L·mol－1×0.01 mol＝0.224 L＝224 mL。(2)由H＋＋CO===HCO及H＋＋HCO===CO2↑＋H2O可知，n(CO)＝(45－25)mL×10－3 L·mL－1×1 mol·L－1＝0.02 mol，故OA段与H＋反应的OH－为25 mL×10－3 L·mL－1×1 mol·L－1－0.02 mol＝0.005 mol，即溶液中含NaOH 0.005 mol、Na2CO3 0.02 mol。
[答案] (1)224 (2)NaOH 0.005 mol、Na2CO3 0.02 mol
[备考方略] 依据图像特点判断溶质成分的方法
(1)若a＝0(即图像从原点开始)
溶液中的溶质为NaHCO3
(2)若V(Oa)＝V(ab)(即Oa段与ab段消耗盐酸的体积相同)
溶液中的溶质为Na2CO3
(3)若V(Oa)>V(ab)(即Oa段消耗盐酸的体积大于ab段消耗盐酸的体积)
溶液中的溶质为Na2CO3和NaOH
(4)若V(Oa)
AB。
则下列分析与判断不正确的是( )
A．M中只有一种溶质的有①和③
B．M中有两种溶质的有②和④
C．②图显示M中c(NaHCO3)AB，说明含有NaOH和Na2CO3两种溶质，B、D项正确；C项，图②中OA2OA时，M中c(NaHCO3)>c(Na2CO3)，错误。
3.向100 mL NaOH溶液中通入一定量的CO2气体，充分反应后，再向所得溶液中逐滴加入0.2 mol·L－1的盐酸，产生CO2的体积与所加盐酸的体积之间的关系如图所示。下列判断正确的是( )
A．原NaOH溶液的浓度为0.2 mol·L－1
B．通入CO2在标准状况下的体积为448 mL
C．通入CO2后，所得溶液的溶质成分的物质的量之比为n(NaOH)∶n(Na2CO3)＝1∶3
D．通入CO2后，所得溶液的溶质成分的物质的量之比为n(NaHCO3)∶n(Na2CO3)＝1∶1
解析：选A 当向100 mL NaOH溶液中通入一定量的CO2气体时，反应有两种可能情况：2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O或NaOH＋CO2===NaHCO3。再加入盐酸100 mL时，无论是NaOH、NaHCO3还是Na2CO3都会生成NaCl，当盐酸体积为100 mL时，n(Na＋)＝n(Cl－)，所以n(NaOH)＝n(HCl)＝0.02 mol，溶质为NaCl时所用NaOH溶液和盐酸的体积相同，那么浓度也相同，即原NaOH溶液的浓度为0.2 mol·L－1，A项正确。盐酸由25 mL滴至100 mL时，发生的反应为NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O，消耗盐酸0.015 mol，生成CO2 0.015 mol，故通入CO2后溶液的溶质为Na2CO3和NaHCO3；设通入CO2后所得溶液中的Na2CO3为x mol，NaHCO3为y mol，根据原子守恒：2x＋y＝0.02、x＋y＝0.015，解得x＝0.005，y＝0.01，所得溶液的溶质成分的物质的量之比为n(NaHCO3)∶n(Na2CO3)＝2∶1，C、D项错误。根据碳原子守恒，通入CO2在标准状况下的体积为336 mL，B项错误。
考点二 有关Al(OH)3的图像分析与计算
1．可溶性铝盐溶液与NaOH溶液反应的图像
滴加顺序
向Al3＋中滴加OH－
向OH－中滴加Al3＋
现象
立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失
无沉淀(有但即溶)→沉淀→渐多→最多→不消失
图像
离子方程式
OA段
Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
4OH－＋Al3＋===AlO＋2H2O
AB段
Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O
3AlO＋Al3＋＋6H2O===4Al(OH)3↓
2．偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像
滴加顺序
向AlO中滴加H＋
向H＋中滴加AlO
现象
立即产生白色沉淀→渐多→最多
无沉淀(有但即溶)→沉淀→渐多→
→渐少→消失
最多→不消失
图像
离子方程式
OA段
AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓
4H＋＋AlO=== Al3＋＋2H2O
AB段
Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓
1．向AlCl3溶液中逐滴加入氨水或NaAlO2溶液至过量
图像
离子方程式
Al3＋＋3NH3·H2O=== Al(OH)3↓＋3NH或Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓
2．向NaAlO2溶液中通入CO2或加入AlCl3至过量
图像
离子方程式
AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO
或3AlO＋Al3＋＋6H2O===4Al(OH)3↓
3．向MgCl2、AlCl3和盐酸的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量
图像
离子方程式
OA段
H＋＋OH－===H2O
AB段
Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
BC段
Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O
4．向MgCl2、AlCl3混合溶液中先加入NaOH溶液，后加入盐酸(NaOH与盐酸的物质的量浓度相等)
图像
离子方程式
OA段
Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
AB段
Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O
BC段
AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓
CD段
Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O
5．向含MgCl2、AlCl3、盐酸、NH4Cl的混合溶液中，逐滴加入NaOH溶液至过量
图像
离子方程式
OA段
H＋＋OH－===H2O
AB段
Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
BC段
NH＋OH－===NH3·H2O
CD段
Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O
6．把Ba(OH)2溶液逐滴加入到明矾溶液中至过量
图像
离子方程式
OA段
2Al3＋＋3SO＋3Ba2＋＋6OH－
===2Al(OH)3↓＋3BaSO4↓
AB段
2Al(OH)3＋SO＋Ba2＋＋2OH－
===BaSO4↓＋2AlO＋4H2O
[典例] 向含Al2(SO4)3和AlCl3的混合溶液中逐滴加入1 mol·L－1 Ba(OH)2溶液至过量，加入Ba(OH)2溶液的体积和所得沉淀的物质的量的关系如图，下列说法不正确的是( )
A．图中C点铝元素存在形式是AlO
B．向D点溶液中通入CO2气体，立即产生白色沉淀
C．原混合溶液中c[Al2(SO4)3]∶c(AlCl3)＝1∶2
D．OA段反应的离子方程式为2Al3＋＋3SO＋3Ba2＋＋8OH－===2AlO＋3BaSO4↓＋4H2O
[解析] C点生成BaSO4(3 mol)沉淀和Ba(AlO2)2，此时铝元素以AlO的形式存在，A正确；D点溶液溶质为Ba(AlO2)2和Ba(OH)2，通入CO2气体，立即产生BaCO3和Al(OH)3沉淀，B正确；B点为Al(OH)3和BaSO4沉淀，此时Al(OH)3的物质的量为7 mol－3 mol＝
4 mol，故原混合液中有1 mol Al2(SO4)3，AlCl3物质的量为4 mol－1 mol×2＝2 mol，即c[Al2(SO4)3]∶c(AlCl3)＝1∶2，C正确；OA段反应的离子方程式为2Al3＋＋3SO＋3Ba2＋＋6OH－===3BaSO4↓＋2Al(OH)3↓，D错误。
[答案] D
[备考方略] Al(OH)3沉淀图像题的分析方法
Al(OH)3可以溶解在强酸、强碱中，但不溶于氨水和碳酸。所以围绕Al3＋与强酸、强碱的反应存在过量问题。解决过量问题常借助“一种思维”和“两种方法”。
(1)“一种思维”——极值思维模型
(2)“两种方法”
①一维坐标分析法：结合极值，画出数轴，分段分析；
②二维坐标分析法：横坐标代表反应物的量，纵坐标代表产物的量，结合极值，分析产物的量随反应物的量的变化情况并画出相应曲线。
[综合训练]
1．某实验小组对含有Al3＋的一种未知溶液进行了如下实验分析：
顺序
实验操作
实验现象
①
滴入少量NaOH溶液
无明显变化
②
在操作①的基础上，继续滴加NaOH溶液
产生白色沉淀
③
在操作②的基础上，滴入过量的NaOH溶液
白色沉淀明显减少
实验小组经定量分析，得出如图所示沉淀的物质的量与滴入NaOH溶液体积的关系。下列说法错误的是( )
A．该未知溶液中至少含有三种阳离子
B．滴加的NaOH溶液的物质的量浓度为5 mol·L－1
C．若溶液中只含三种阳离子且另一种离子为二价金属阳离子，则a＝10
D．若将最终沉淀过滤、洗涤、灼烧，得到固体的质量一定为6 g
解析：选D 由图像信息可知，混合液中至少含有H＋、Al3＋和另外一种金属阳离子(其可与NaOH溶液反应生成沉淀，同时沉淀不溶于NaOH溶液)，A项正确；溶解0.05 mol Al(OH)3消耗的NaOH溶液的体积为10 mL，由离子方程式Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O可知，NaOH溶液的物质的量浓度是5 mol·L－1，B
项正确；由图像信息可知，另外一种沉淀为0.15 mol，若溶液中只含三种阳离子且另外一种离子为二价金属阳离子，则消耗的NaOH溶液的体积为60 mL，又因为生成Al(OH)3消耗的NaOH溶液为30 mL，可知沉淀二价金属阳离子、生成Al(OH)3、溶解Al(OH)3共消耗NaOH溶液的体积为100 mL，故a＝110－100＝10，C项正确；由题目已知信息不能确定另外的金属阳离子，故不能确定最终沉淀的质量，D项错误。
2.如图所示为向一定量AlCl3溶液中加入NaOH溶液后，产生Al(OH)3白色沉淀的质量与NaOH的物质的量之间的关系曲线。
请回答下列问题：
(1)A点时已参加反应的AlCl3和NaOH的物质的量之比为________。
(2)AB段曲线所表示的反应的离子方程式为_______________________________
________________________________________________________________________。
(3)向B处生成的溶液中通入二氧化碳，可观察到的现象是
________________________________________________________________________。
(4)向含有0.1 mol NH4Al(SO4)2的溶液中逐滴加入 5 mol·L－1 NaOH溶液，开始发现溶液中出现白色沉淀并逐渐增多；一段时间后有刺激性气味的气体逸出；最后白色沉淀逐渐减少并最终消失。请在图中画出生成沉淀的物质的量与加入NaOH 溶液体积的关系示意图。
解析：(1)分析题中图像可知，OA段表示的是AlCl3和NaOH反应生成Al(OH)3和NaCl 的过程，反应的化学方程式为AlCl3＋3NaOH===Al(OH)3↓＋3NaCl，A点时已参加反应的AlCl3和NaOH 的物质的量之比为1∶3。
(2)AB段是Al(OH)3沉淀溶解的过程，反应生成NaAlO2和H2O，离子方程式为Al(OH)3＋OH－===AlO ＋2H2O。
(3)向B处生成的溶液中通入二氧化碳，发生反应2AlO ＋CO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋CO，生成Al(OH)3 白色沉淀。
(4)含有0.1 mol NH4Al(SO4)2的溶液中含有NH 的物质的量为0.1 mol，Al3＋的物质的量为 0.1 mol，逐滴加入5 mol·L－1NaOH 溶液，依次发生反应的离子方程式为 Al3＋ ＋3OH－===Al(OH)3↓，NH＋OH－===NH3↑＋H2O，Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。先生成Al(OH)3沉淀，消耗NaOH的物质的量为0.3 mol，对应溶液体积为＝0.060 L＝60 mL；与NH反应的NaOH的物质的量为0.1 mol，对应的溶液体积为＝0.020 L＝20 mL；生成的Al(OH)3沉淀的物质的量为0.1 mol，溶解0.1 mol Al(OH)3沉淀需要消耗NaOH
的物质的量为0.1 mol，则对应的溶液的体积为20 mL，依据沉淀的物质的量和消耗NaOH溶液的体积画出图像。
答案：(1)1∶3
(2)Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O
(3)生成白色沉淀
(4)
