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版高考化学一轮复习第三章第二节镁铝及其化合物学案
第二节
镁、铝及其化合物
考点
(一) 镁、铝【点多面广精细研】
1.铝的性质和用途
(1)物理性质
色、态
密度
质地
导电、导热、延展性
存在
银白色,有金属光泽的固体
较小
柔软
良好
自然界中以化合态存在
[注意] 铝是地壳中含量最高的金属元素,仅次于硅元素。
(2)化学性质
写出图中标号反应的化学方程式或离子方程式:
④2Al+2OH-+2H2O===2AlO+3H2。
⑤2Al+Fe2O3
2Fe+Al2O3(铝热反应)。
(3)制备及用途
制备
电解熔融Al2O3:
2Al2O34Al+3O2↑
用途
①纯铝用作导线
②铝合金制备汽车、飞机、生活用品等
2.镁的性质和用途
(1)物理性质
①镁:
镁是银白色有金属光泽的固体,密度较小,硬度较低。
②镁合金:
密度较小,硬度和强度都较大。
(2)对比记忆镁的化学性质
铝
镁
与非金属反应
能被Cl2、O2氧化
2Mg+O22MgO
3Mg+N2Mg3N2
与水反应
反应很困难
能与沸水反应:
Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
续表
铝
镁
与碱反应
能溶于强碱溶液
不反应
与某些氧化物反应
能与Fe2O3、MnO2、Cr2O3等金属氧化物发生铝热反应
能在CO2中燃烧:
2Mg+CO22MgO+C
(3)用途
①镁合金——用于制造火箭、导弹和飞机的部件。
②镁——制造信号弹和焰火。
[小题练微点]
判断下列说法的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)(2017·全国卷Ⅱ)2.4gMg与H2SO4完全反应,转移的电子数为0.1NA( )
(2)(2016·天津高考)用NaOH溶液除去镁粉中的杂质铝:
2Al+2OH-+2H2O===2AlO+3H2↑( )
(3)(2015·全国卷Ⅰ)用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热,熔化后的液态铝滴落下来,说明铝的熔点较低( )
(4)(2015·全国卷Ⅱ)浓硝酸滴入用砂纸打磨过的铝条中,产生红棕色气体( )
(5)(2014·全国卷Ⅱ)铝与Fe2O3发生铝热反应,反应后固体物质增重( )
(6)Mg粉与浓NH4Cl溶液反应放出H2和NH3( )
(7)冶炼铝时常用焦炭作还原剂( )
(8)1molAl与足量的硫酸或足量的氢氧化钠溶液反应转移电子数相同( )
(9)铝与少量NaOH溶液反应得到铝盐,与足量NaOH溶液反应生成偏铝酸盐( )
(10)相同质量的镁条分别在足量的CO2和O2中完全燃烧,所得固体的质量相同( )
(11)工业上制造镁粉时,可将镁蒸气在N2中冷却( )
答案:
(1)×
(2)√ (3)× (4)× (5)× (6)√ (7)×(8)√ (9)× (10)× (11)×
1.铝制品具有较强的抗腐蚀性,主要是因为( )
A.铝的化学性质稳定
B.铝在常温时与氧气不反应
C.铝具有金属性,也具有非金属性
D.铝与氧气反应生成一层致密的氧化物薄膜
解析:
选D 铝是活泼金属,化学性质活泼,故A错误;铝被氧气氧化生成氧化铝,而不是不反应,故B错误;铝具有金属性,不具有非金属性,故C错误;铝被氧气氧化生成氧化铝,氧化铝是致密的氧化物,能阻止铝进一步被氧化,故D正确。
2.如图所示的装置中,把X溶液逐滴滴下与Y物质反应,若X为浓硫酸,Y为第三周期金属元素的单质,常温下难与水反应。
Z为品红溶液,实验中观察到Z褪色。
则Y为( )
A.Na B.Mg
C.AlD.Mg或Al
解析:
选B 实验中品红溶液褪色,说明反应中有SO2产生,因此该金属是Mg,因为Al在常温下遇浓硫酸钝化,而Na是活泼的金属,极易与水反应生成H2,B项正确。
3.(2019·石景山区模拟)根据如图的转化关系判断,下列说法正确的是(反应条件已略去)( )
A.生成等质量H2时,①和②反应消耗n(HCl)=n(NaOH)
B.反应③中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶3
C.反应③和④消耗等量的Al时,生成的n(Cu)∶n(Fe)=3∶2
D.反应⑤的离子方程式为Al3++3OH-===Al(OH)3↓
解析:
选C 根据得失电子守恒,生成氢气的物质的量相等则消耗铝的物质的量相等,根据铝原子守恒,设1mol铝参加反应,则生成偏铝酸钠1mol需氢氧化钠为1mol,生成氯化铝1mol需HCl为3mol,所以①和②反应消耗n(HCl)=3n(NaOH),故A错误;铝与硫酸铜反应,铝是还原剂,硫酸铜是氧化剂,根据得失电子守恒可知:
硫酸铜与铝的物质的量之比为3∶2,故B错误;反应③和④消耗等量的Al时,Al失电子的物质的量相等,设2mol
的铝参加反应,由得失电子守恒可知:
生成铜的物质的量为3mol,生成铁的物质的量为2mol,所以生成的n(Cu)∶n(Fe)=3∶2,故C正确;一水合氨是弱电解质,书写离子方程式用化学式,氯化铝与氨水反应生成氢氧化铝沉淀和氯化铵,正确的离子方程式为Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH,故D错误。
4.新型镁铝合金(Mg17Al12)有储氢性能,它在一定条件下完全吸氢的反应为Mg17Al12+17H2===17MgH2+12Al,得到的混合物Y(17MgH2+12Al)能与酸反应释放出大量氢气。
下列说法正确的是( )
A.该合金应在氮气保护下,将一定比例的Mg、Al单质熔炼而成
B.该合金中含有离子键,铝元素呈正价
C.1molMg17Al12完全吸氢后得到的Y与盐酸完全反应放出的H2在标准状况下的体积为1164.8L
D.合金的熔点高于金属镁、金属铝的熔点
解析:
选C 镁和氮气反应,A错误;合金是金属的混合物,不存在离子键,B错误;
1molMg17Al12吸氢的反应为Mg17Al12+17H2===17MgH2+12Al,即吸收了17mol的氢气,
1molMg17Al12相当于17mol镁和12mol铝,和盐酸反应生成的氢气为mol=
35mol,所以总共产生的氢气为(35+17)mol=52mol,其标准状况下的体积为52mol×22.4L·mol-1=1164.8L,C正确;合金的熔点低于各成分金属的熔点,D错误。
5.铝是中学化学学习阶段的唯一一种既能与酸(非氧化性酸)反应又能与强碱溶液反应放出H2的金属,根据铝的这一特殊性质回答下列问题:
(1)等质量的两份铝分别与足量的HCl、NaOH溶液反应,所得H2的体积之比是______。
(2)足量的两份铝分别投入到等体积、等物质的量浓度的HCl、NaOH溶液中,产生H2的体积之比是________。
(3)足量的两份铝分别投入到等体积、一定物质的量浓度的HCl、NaOH溶液中,二者产生的H2相等,则HCl和NaOH的物质的量浓度之比是________。
解析:
(1)根据化学方程式:
2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+2H2O
===2NaAlO2+3H2↑,Al与H2的关系式均为2Al~3H2,故两份等质量的Al都完全反应时,所得H2的量必相等。
(2)因为在反应中Al过量,产生的H2由HCl和NaOH的量决定。
根据化学反应中的关系式:
6HCl~3H2、2NaOH~3H2,故当HCl、NaOH物质的量相等时,二者产生H2的体积比为1∶3。
(3)因为铝足量且产生H2相等,根据关系式n(HCl)∶n(NaOH)=3∶1,又因为两溶液体积相等,故物质的量浓度c(HCl)∶c(NaOH)=n(HCl)∶n(NaOH)=3∶1。
答案:
(1)1∶1
(2)1∶3 (3)3∶1
铝与酸、碱反应生成H2的量的关系
铝分别与盐酸、NaOH溶液反应的化学方程式为
2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑。
从化学方程式可以看出,Al与酸、碱反应时生成H2的实质是,所以不论是Al与酸还是与碱反应,Al与产生的H2的关系均是2Al~3H2。
(1)等量铝分别与足量盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生氢气的体积比为=。
(2)足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生氢气的体积比为=。
(3)一定量的铝分别和一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,当产生氢气的体积比为<<,则必定是①铝与盐酸反应时,铝过量而盐酸不足;②铝与氢氧化钠溶液反应时,铝不足而氢氧化钠过量。
考点
(二) 镁、铝的重要化合物【点多面广精细研】
1.MgO和Al2O3
氧化物
MgO
Al2O3
物理性质
白色固体,难溶,熔点高,密度小
白色固体,难溶,熔点高
化
学
性
质
类别
碱性氧化物
两性氧化物
与H2O反应
MgO+H2OMg(OH)2(反应缓慢)
不反应
与H+反应
MgO+2H+===Mg2++H2O
Al2O3+6H+===2Al3++3H2O
与OH-反应
不反应
Al2O3+2OH-===2AlO+H2O
重要用途
制耐火、耐高温器材
制耐火、耐高温器材;炼铝和人造宝石的原料
[注意] 不能用氧化铝坩埚熔融NaOH固体。
2.Mg(OH)2和Al(OH)3
氢氧化物
Mg(OH)2
Al(OH)3
物理性质
白色固体,难溶
白色固体,难溶;Al(OH)3胶体吸附能力强
化
学
性
质
类别
中强碱,悬浊液使酚酞变浅红:
Mg(OH)2Mg2++2OH-
典型两性氢氧化物:
H++AlO+H2O(酸式电离)Al(OH)3Al3++3OH-(碱式电离);不能与较弱的酸、碱反应,如H2CO3、NH3·H2O
与H+
反应
Mg(OH)2+2H+===Mg2++2H2O
Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O
与OH-
反应
不反应
Al(OH)3+OH-===AlO+2H2O
与盐
反应
溶于NH4Cl浓溶液:
Mg(OH)2+2NH4Cl===MgCl2+2NH3·H2O
Al(OH)3不溶于NH4Cl浓溶液
热稳
定性
Mg(OH)2MgO+H2O
2Al(OH)3Al2O3+3H2O
制法
实验室
Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
工业
Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓等多种方法
AlO+CO2(足量)+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
用途
①阻燃剂②镁盐的制造
①治疗胃酸过多
②Al(OH)3胶体可用于净水
3.一种重要的复盐——明矾
(1)硫酸铝钾是由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的复盐。
(2)明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O,它是无色晶体,可溶于水,水溶液pH<7(填“<”“>”或“=”)。
明矾可以净水,其净水的原理是Al3++3H2OAl(OH)3(胶体)+3H+,Al(OH)3胶体吸附水中杂质形成沉淀而净水。
(3)明矾溶液与Ba(OH)2溶液反应的离子方程式:
①Al3+恰好完全沉淀
2Al3++3SO+3Ba2++6OH-===2Al(OH)3↓+3BaSO4↓。
②SO恰好完全沉淀
Al3++2SO+2Ba2++4OH-===AlO+2BaSO4↓+2H2O。
[小题练微点]
判断下列说法的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)MgO、Al2O3的熔点很高,可制作耐高温材料( )
(2)AlCl3与过量NaOH溶液反应生成NaAlO2,但与过量氨水反应却生成Al(OH)3( )
(3)中国古代利用明矾溶液的酸性清除铜镜表面的铜锈( )
(4)氢氧化铝、NaHCO3、Na2CO3均可作胃酸的中和剂( )
(5)明矾水解时能生成具有吸附性的Al(OH)3胶粒,可用于净水和消毒( )
(6)下列物质的转化在给定条件下能够实现:
Al2O3NaAlO2(aq)Al(OH)3( )
答案:
(1)√
(2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)√
[学霸微提醒]
从平衡角度认识Al(OH)3的两性
(1)Al(OH)3的电离:
(2)Al(OH)3的碱性:
加入强酸(如盐酸)时,Al(OH)3电离出的OH-与H+反应,平衡向右移动,生成铝盐,体现Al(OH)3的碱性。
(3)Al(OH)3的酸性:
加入强碱(如NaOH溶液)时,Al(OH)3电离出的H+与OH-反应,平衡向左移动,生成偏铝酸盐,体现Al(OH)3的酸性。
1.判断下列说法的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)(2018·全国卷Ⅱ)氢氧化铝可用于中和过多胃酸( )
(2)(2018·江苏高考)KAl(SO4)2·12H2O溶于水可形成Al(OH)3胶体( )
(3)(2018·江苏高考)Al(s)NaAlO2(aq)Al(OH)3(s)( )
(4)(2016·全国卷Ⅲ)泡沫灭火器灭火是利用了Al2(SO4)3和小苏打的反应( )
(5)(2016·江苏高考)向Al2(SO4)3溶液中加入过量氨水的离子方程式:
Al3++3NH3·H2O
===Al(OH)3↓+3NH( )
(6)(2015·全国卷Ⅱ)氯化铝溶液滴入浓NaOH溶液中,产生大量白色沉淀( )
答案:
(1)√
(2)√ (3)× (4)√ (5)√ (6)×
2.向HCl、MgCl2、AlCl3、NH4Cl溶液中(假设各1mol)逐滴加入NaOH溶液,沉淀的
物质的量随NaOH溶液体积变化的图像如图所示。
(假设Mg2+、Al3+结合OH-能力相同)
分析图像的变化情况,回答下列问题:
(1)H+、Al3+、Al(OH)3、NH四种微粒与OH-反应的先后顺序依次为_____________。
(2)依次写出各阶段的离子方程式:
①OA:
______________________________________________________________。
②AB:
______________________________________________________________。
③BC:
______________________________________________________________。
④CD:
______________________________________________________________。
答案:
(1)H+、Al3+、NH、Al(OH)3
(2)①H++OH-===H2O
②Al3++3OH-===Al(OH)3↓,Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
③NH+OH-===NH3·H2O
④Al(OH)3+OH-===AlO+2H2O
3.向NaOH、Na2CO3、NaAlO2溶液中(假设各1mol)逐滴加入HCl溶液,产生沉淀的物
质的量随HCl溶液体积变化的图像如图所示。
分析图像的变化情况,回答下列问题:
(1)OH-、CO、HCO、AlO、Al(OH)3这五种微粒与H+反应的先后顺序依次为
________________________________________________________________________。
(2)依次写出各阶段的离子方程式:
①OA:
______________________________________________________________。
②AB:
______________________________________________________________。
③BC:
______________________________________________________________。
④CD:
______________________________________________________________。
答案:
(1)OH-、AlO、CO、HCO、Al(OH)3
(2)①OH-+H+===H2O
②AlO+H++H2O===Al(OH)3↓
③CO+H+===HCO,HCO+H+===CO2↑+H2O
④Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O
铝线规律
Al(OH)3有两性,既溶于强酸(H+)生成铝盐(Al3+),又溶于强碱(OH-)生成偏铝酸盐(AlO),Al(OH)3、H+、Al3+、OH-、AlO是铝的化合物转化关系中最常见的5种粒子,将这5种粒子按pH由小到大列出线型关系:
H+…Al3+…Al(OH)3…AlO…OH-
我们将这条线型排列称为“铝线”。
这条“铝线”上相邻粒子不反应,不相邻粒子间可以反应。
相隔的粒子反应生成处于两个反应粒子中间的粒子(产物水被略去)。
相隔越远的粒子越容易发生反应。
我们将上述规律称为“铝线规律”,“铝线规律”有着重要的应用。
(1)用于判断粒子间能否大量共存
应用“铝线规律”,可直接判断粒子能否大量共存。
例如,H+和Al3+、OH-和AlO能大量共存;而Al3+和OH-、H+和AlO不能大量共存。
(2)用于判断粒子间反应的生成物
应用“铝线规律”,可直接判断相隔的粒子反应后的生成物。
例如,H+和Al(OH)3能反应生成Al3+,Al3+和AlO能反应生成Al(OH)3,OH-和Al(OH)3能反应生成AlO等。
若处于两个粒子中间的粒子不是一个,而是有两个时,该规律仍能成立。
例如,H+与AlO能反应,生成Al3+或Al(OH)3或含Al3+和Al(OH)3的混合物,Al3+与OH-能反应生成
Al(OH)3或AlO或含Al(OH)3和AlO的混合物。
(3)用于判断粒子间反应的先后顺序
如向含Al(OH)3和AlO的混合物中加入H+,与H+先反应的是AlO,所以沉淀量先增大,后减少;向含Al3+和Al(OH)3的混合物中加入OH-,与OH-先反应的是Al3+,沉淀量依然先增大,后减少。
4.(2018·江苏高考节选)以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2,少量FeS2和金属硫酸盐)为原料,生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如图:
向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2,铝元素存在的形式由________(填化学式)转化为________(填化学式)。
解析:
用NaOH溶液碱浸后,Al2O3、SiO2溶解,转化为NaAlO2和Na2SiO3,通入过量CO2后,NaAlO2与CO2反应转化为Al(OH)3。
答案:
NaAlO2 Al(OH)3
5.(2017·江苏高考)铝是应用广泛的金属。
以铝土矿(重要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如图:
注:
SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为__________________________________。
(2)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液,溶液的pH________(填“增大”“不变”或“减小”)。
(3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是
________________________________________________________________________。
(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液,原理如图所示。
阳极的电极反应式为____________
_____________,阴极产生的物质A的化学式为________。
(5)铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN。
在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合,有利于AlN的制备,其主要原因是______________________________________________。
解析:
(1)Al2O3为两性氧化物,在NaOH溶液中会溶解生成NaAlO2。
(2)加入的NaHCO3与过量的NaOH反应,导致溶液的pH减小。
(3)电解Al2O3时阳极上生成O2,O2会氧化石墨。
(4)阳极上OH-失去电子生成O2,由H2O电离出的H+可以与CO反应生成HCO。
阴极上H2O放电生成H2。
答案:
(1)Al2O3+2OH-===2AlO+H2O
(2)减小 (3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化
(4)4CO+2H2O-4e-===4HCO+O2↑ H2
(5)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜
6.(2014·全国卷Ⅱ节选)
(1)海水提镁的一段工艺流程如图:
浓海水的主要成分如表:
离子
Na+
Mg2+
Cl-
SO
浓度/(g·L-1)
63.7
28.8
144.6
46.4
该工艺过程中,脱硫阶段主要反应的离子方程式为______________________,产品2的化学式为________________,1L浓海水最多可得到产品2的质量为________g。
(2)采用石墨阳极、不锈钢阴极电解熔融的氯化镁,发生反应的化学方程式为
________________________________________________________________________;
电解时,若有少量水存在会造成产品镁的消耗,写出有关反应的化学方程式:
________________________________________________________________________。
解析:
(1)由题给海水的主要成分,脱硫就是除掉SO,发生反应:
Ca2++SO===
CaSO4↓;由框图信息知,产品2为Mg(OH)2;1L浓海水中含有Mg2+28.8g,物质的量为1.2mol,则最多生成Mg(OH)21.2mol,质量为1.2mol×58g·mol-1=69.6g。
(2)电解熔融氯化镁生成氯气和单质镁,若有水存在,则高温下镁与水反应。
答案:
(1)Ca2++SO===CaSO4↓ Mg(OH)2 69.6
(2)MgCl2Mg+Cl2↑Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
1.从铝土矿中提纯Al2O3的方法
铝土矿的主要成分是Al2O3,含有的杂质是Fe2O3和SiO2,由于Al2O3具有两性,而杂质SiO2是酸性氧化物,Fe2O3是碱性氧化物,因而可设计出两种提纯Al2O3的方案。
2.从海水中提取镁的方法
(1)流程
(2)主要化学反应
①制石灰乳:
CaCO3CaO+CO2↑、CaO+H2O===Ca(OH)2。
②沉淀Mg2+:
Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓。
③制备MgCl2:
Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O。
④电解MgCl2:
MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑。
1.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3·xH2O、Fe2O3、SiO2等)提取纯Al2O3作的原料,提取时操作过程如图所示,图中操作错误的是( )
A.④⑤ B.③④
C.②⑤D.①②
谨记:
冶炼Al的化学方程式为2Al2O34Al+3O2↑。
不能用AlCl3,因为AlCl3是共价化合物,熔融时AlCl3不导电;不能电解AlC
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