物质的制备
【考纲要求】
1．掌握制备实验方案的设计程序，方案书写的格式、内容。
2．培养能根据物质制备原理制定实验操作步骤、选择实验仪器装置的能力，巩固物质制备的实验操作。
3．能够对实验方案进行科学的评价。
【热点重点】
运用已学知识分析并评价氢氧化铝制备的最佳途径。
【教学内容】
一、制备新物质需先设计方案的原因
制备新物质是科学研究和工农业生产的发展的需要，它是在一定的实验条件和过程中进 行的。
我们还知道反应物相同，反应条件不同时产物也不一样。如苯和氯气在光照下发生加成反应，但在FeCl3作催化剂时却发生取代反应生成氯苯。再如，用同浓度、同体积的AlCl3溶液和NaOH溶液制备Al(OH)3时，如果将NaOH溶液滴到AlCl3溶液中或将AlCl3溶液滴加到NaOH溶液中实验现象和结果完全不同。这种例子还有很多，因此，在设计物质制备的实验方案时，要使实验过程达到和保持某种状态、发生某种特定变化，并得到理想的结果，就必须注意对实验条件进行设计。
二、制备实验方案设计的要求：
①原理正确、步骤简单； ②条件适宜、操作方便；
③原料丰富、价格低廉；④节省试剂、安全防污；⑤产品纯净、易于提纯。
三、制备实验设计思路及一般方法
列出可能的几种制备方法和途径，从上面的5项要求进行分析和比较，从中选取最佳的实验 方法。
在制订具体的实验方案时，还应注意对实验条件进行严格、有效的控制。其顺序是：
四、用铝屑制备Al(OH)3的几种方案及评价
根据中学化学所学内容，制备Al(OH)3我们可以：⑴用铝先和酸反应生成Al3+盐，再用Al3+盐和NaOH溶液或氨水反应制出Al(OH)3，⑵也可用铝屑先和强碱溶液如NaOH溶液反应生成AlO2－盐，再用稀硫酸中和过量的碱液，并促使AlO2－与酸溶液反应或水解，得到Al(OH)3，⑶
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我们还可以先用铝屑分别和稀硫酸、浓氢氧化钠溶液作用生成铝盐溶液、偏铝酸盐溶液，然后将这两溶液相混合，得到氢氧化铝。
下面从原料消耗、生成氢氧化铝是否便于控制等方面加以讨论：
(1)方案一：
铝屑和稀硫酸反应生成Al3+的盐溶液，再用NaOH溶液（或）氨水使Al(OH)3沉淀析出。
发生反应为： 2Al+3H2SO4（稀）===Al2(SO4)3+3H2↑，2Al+6H+===2Al3++3H2↑， Al2(SO4)3+6HaOH===2 Al(OH)3↓+3Na2SO4，Al3++3OH-=== Al(OH)3↓。
用氨水时： Al2(SO4)3+6NH3·H2O===2 Al(OH)3↓+3(NH4)2SO4，Al3++3NH3·H2O=== Al(OH)3↓+3NH4+。
从方程式可看出，用NaOH溶液沉淀Al3+，若NaOH溶液不足，则Al3+沉淀不完全；NaOH溶液过量，则生成的Al(OH)3又将有一部分转化为NaAlO2溶液，即Al(OH)3+NaOH===NaAlO2+2H2O，终点不易控制，因为Al(OH)3溶于过量的NaOH溶液，影响Al(OH)3的生成量。
用氨水沉淀Al3+，随着氨水的滴加，Al(OH)3沉淀量逐渐增大，当Al3+完全转化为Al(OH)3沉淀时，再滴入氨水，Al(OH)3不溶解（氢氧化铝不跟弱碱反应），反应易于控制。
从消耗原料物质的量方面分析：若制取1mol Al(OH)3需要3mol H+和3mol OH-或3mol NH3·H2O。
（2）方案二： 铝屑先跟浓NaOH溶液反应，再用稀硫酸中和过量的碱液，促使AlO2－与酸反应得到Al(OH)3。
发生反应为： 2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑，
2Al+2OH－+2H2O===2AlO2－+3H2↑， 2NaAlO2+H2SO4+2H2O===2 Al(OH)3↓+Na2SO4，AlO2-+H++H2O=== Al(OH)3↓。 若制取1mol Al(OH)3，需消耗H+、OH－各1mol。
（3）方案三： 用铝屑分别与稀硫酸和浓NaOH溶液反应，将得到的铝盐溶液和偏铝酸盐溶液混合过滤，再将得到的沉淀洗涤，可得Al(OH)3。 发生反应为： 2Al+3H2SO4（稀）=== Al2(SO4)3+3H2↑，2Al+6H+===2Al3++3H2↑， 2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑，2Al+2OH-+2H2O===2AlO2-+3H2↑， Al2(SO4)3+6NaAlO2+12H2O===Al(OH)3↓+3Na2SO4，Al3++3AlO2+6H2O===4 Al(OH)3↓。 按此方案，若制备1mol Al(OH)3，需消耗mol H+和mol OH-。 我们来比较这三种方案，同样是制备1mol Al(OH)3，使用的药品都是三种：铝屑、稀硫酸、氢氧化钠溶液，第一种方案消耗酸、碱的物质的量最多，第三种方案最少；从操作要求可看出：方案一、二不如方案三简单。
综上所述，制备Al(OH)3宜用第三种方案，其流程应为：
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五、用铝屑制备Al(OH)3的具体实验方案的设计
实验名称： 以铝为原料制备Al(OH)3
实验目的： ①分析评价制备Al(OH)3的最佳条件；
②认识铝的化学性质和Al(OH)3的两性。
实验原理：
铝屑分别与稀硫酸和浓NaOH溶液反应得到Al2(SO4)3和NaAlO2溶液，将铝盐溶液和偏铝酸盐溶液混合过滤，再将得到的沉淀洗涤，即可得到Al(OH)3。
实验用品： 烧杯、量筒、玻璃棒、漏斗、托盘天平、铁架台、石棉网、酒精灯、pH试纸、滤纸、剪刀、火柴、铝屑、稀硫酸、稀NaOH溶液、浓NaOH溶液、蒸馏水。
实验步骤： ①在烧杯1中加入50mL稀NaOH溶液，再加入足量铝屑，给溶液稍加热1～2分钟后取出，用蒸馏水把铝屑洗涤干净，称量铝屑的质量，设为m1，将铝屑分为四份，备用。
②在烧杯2中放入1份铝，再加入适量稀硫酸，使铝屑完全溶解。 ③在烧杯3中放入3份铝，再加入适量浓NaOH溶液，使铝屑完全溶解。 ④将烧杯2和烧杯3中的溶液混合，将沉淀过滤。 ⑤将所得沉淀转移到烧杯中，用热蒸馏水洗涤3次，再过滤、洗涤，至溶液的pH值为7～8。 ⑥过滤，干燥，得到Al(OH)3固体。 ⑦用托盘天平称量所得Al(OH)3固体的质量为m2，计算出产率。
实验现象记录及结果处理：
①实验现象（略）
②实验结果处理
铝屑的质量（m1）
氢氧化铝的质量（m2）
氢氧化铝的理论产量（m3）
产率计算公式
本实验Al（OH）3的产率
注意：
1、实验步骤1中铝屑先用稀NaOH溶液处理，是为了除去铝屑表面的薄薄的氧化铝膜。
2、铝屑的质量要均分为相同的四份，使它们能按Al3++3AlO2-+6H2O===4 Al(OH)3↓完全反应。
3、Al3++3H2O Al(OH)3+3H+，AlO2-+2H2O
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Al(OH)3+OH- 正是由于这两个水解反应相互促进，使得Al3+盐和AlO2-盐相混后产生Al(OH)3沉淀。
【综合应用】
例1、实验室现有：（1）未知浓度的烧碱溶液100mL；
（2）能随时提供CO2的发生装置；
（3）50mL量筒；
（4）200mL烧杯。 请仅利用上述药品和仪器制备较纯净的纯碱溶液。
[分析] CO2气体和NaOH物质的量之比不同，反应可生成Na2CO3或NaHCO3。要制备较纯净的纯碱溶液，通入CO2量的控制是实验成败的关键，若直接向NaOH溶液中通入CO2，使其恰好生成Na2CO3通常是难以做到的。我们不妨采取“欲擒故纵”的策略，将100mL NaOH溶液分成两等份，其中一份通入过量的CO2，使之生成NaHCO3，然后将另一份NaOH溶液与之混合，最终得到Na2CO3。发生的反应是： （1）NaOH+CO2=NaHCO3 （2）NaOH+NaHCO3=Na2CO3+H2O
答案： （1）用50mL量筒量取50mL的NaOH溶液；
（2）将量筒里的NaOH溶液倒入200mL烧杯中，通入过量的CO2；
（3）将剩余的50mL NaOH溶液倒入烧杯中混合即可。
例2、设计硫酸亚铁的制备实验方案并进行实验。
[分析]硫酸亚铁的制备可用铁屑与稀硫酸反应制得，先用铁屑和稀硫酸制得FeSO4溶液，然后用冷却结晶的方法使FeSO4结晶析出，即可得到较为纯净的硫酸亚铁晶体。
[解]
（1）首先用热NaOH稀溶液洗涤铁屑2次，并用玻璃棒搅拌，然后用蒸馏水冲洗以除去油污。
（2）在烧杯中倒入40mL稀硫酸，加入足量上述废铁屑，以稀硫酸浸没所有铁屑为度，小心加热（保持温度在50℃~80℃之间），直到只有极少量气泡发生，同时溶液呈浅绿色为止（这时烧杯底部仍留有少量铁屑）。
（3）用少量热水通过滤器，以提高它的温度（防止溶液在漏斗里析出晶体），然后将溶液趁热过滤，将滤液转入试管中，用橡皮塞塞住管口（防止空气进入），静置、冷却、结晶，观察滤液冷却生长出浅绿色硫酸亚铁晶体的现象。
（4）待结晶完毕后，取出晶体，用少量水洗涤2~3次，再用滤纸将晶体吸干。
（5）把制得的硫酸亚铁晶体放在一个小广口瓶中，密闭保存。
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