专题07 铝、镁及其化合物（热点讲义）-2022年高三毕业班化学常考点归纳与变式演练

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【考向预测】
1.有关铝及其化合物知识在高考中出现频率较高,铝三角”是命题的出发点。问题常以工业生产流程为载体考查化学方程式、离子方程式、离子共存、物质鉴别、制取、计算等。高考对本专题内容的考查将以铝及其化合物的性质在日常生活、生产中的应用为主,题型以选择题、综合推断题、实验题为主。
2.镁是比铝更强的还原剂,要善于利用 氧化还原”的观念,将其制备迁移到新的真实情境中。
【专题导航】
热点题型一：镁的还原性
热点题型二：海水提镁
热点题型三：铝的性质
热点题型四：铝土矿冶炼铝
热点题型五：氢氧化铝的性质与制备
【题型归纳】
热点题型一：镁的还原性
【知识清单】
镁是银白色、有金属光泽的固体，密度较小，硬度较低，均具有良好的延展性、导电性和导热性等。易失去最外层的电子，表现较强的还原性：Mg-2e-=Mg2+。
2Mg＋O2 eq \(=====,\s\up7(点燃)) 2MgO
3Mg＋N2 eq \(=====,\s\up7(点燃)) Mg3N2
2Mg＋CO2 eq \(=====,\s\up7(点燃)) 2MgO＋C
Mg＋2H2O eq \(=====,\s\up7(△)) Mg(OH)2＋H2↑
Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
【例1】下列有关金属镁的说法不正确的是( )
A．Mg在CO2中燃烧生成MgO和C，是放热反应
B．工业上通过电解MgCl2溶液制取金属镁
C．Mg和稀硫酸反应时，滴加少量硫酸铜溶液，能加快反应速率
D．镁可以用来制造信号弹和焰火，MgO可以作耐高温材料
【例2】镁与氮气在加热条件下反应生成氮化镁，已知氮化镁遇水剧烈反应。某同学设计如图装置制备氮化镁。下列说法正确的是
A．实验时先点燃C处酒精灯，一段时间后，再点燃B处酒精灯
B．干燥管A的作用主要是防止空气中的二氧化碳进入硬质玻璃管
C．氮化镁与水反应生成的气体，能使紫色石蕊试液变红
D．蒸馏烧瓶中反应的方程式是NH4Cl +NaNO2NaCl + N2↑+ 2H2O
【变式1】实验室可以利用镁粉在加热条件下与氮气反应制备氮化镁。用一瓶氮气样品（含少量CO2、CO、O2）制备氮化镁。已知：连苯三酚碱性溶液定量吸收O2；CuCl的盐酸溶液能定量吸收CO且易被O2氧化。
下列说法正确的是
A．装置连接顺序：氮气样品→d→c→a→b
B．装置a可以用盛装浓硫酸的洗气瓶替代
C．若先点燃酒精灯后通气体，产品纯度降低
D．d装置中的CuCl在除杂中表现还原性
【变式2】制备氮化镁的装置如图所示。实验时在不锈钢舟内加入镁粉，通氮气15min，升温至1073K，加热半小时，冷却至室温，停止通氮气。下列说法正确的是（ ）
A．1中的试剂是饱和食盐水，便于观察气泡，调节气流速度
B．6的作用是缓冲加热后未反应的氮气，7的作用是防止空气中的水分进入装置
C．氮化镁是共价化合物，露置于空气中有刺激性气味的气体产生
D．实验中氮气是反应物，仅起到氧化镁粉的作用
【方法提炼】
1.Mg在CO2中能够燃烧，所以活泼金属镁着火不能用干粉灭火器和泡沫灭火器灭火。
2.镁也可在氮气中燃烧，生成氮化镁(Mg3N2)，氮化镁能与水剧烈反应生成Mg(OH)2沉淀并放出氨气。
热点题型二：海水提镁
【解题方法】
1.工艺流程
2.基本步骤及主要反应
【例1】被称为“国防金属”的镁，60%来自海洋，从海水中提取镁的正确方法是
A．海水Mg(OH)2Mg
B．海水MgCl2溶液→MgCl2(熔融)Mg
C．海水Mg(OH)2MgOMg
D．海水Mg(OH)2MgCl2溶液→MgCl2(熔融)Mg
【例2】以混有的为原料制备氧化镁的实验流程如图：
下列说法错误的是
A．酸浸的离子方程式为
B．浸出渣的成分是
C．母液的主要溶质是
D．固体X是
【变式1】已知MgCl2·6H2O在空气中加热时，失去部分结晶水，同时生成Mg(OH)Cl或MgO。实验室用MgCl2·6H2O制取无水MgCl2的部分装置(铁架台、酒精灯已略)如图所示：
下列有关说法错误的是( )
A．循环物质甲为盐酸
B．装置b填充的可能是P2O5或CaCl2
C．装置a的分液漏斗中装有的试剂为浓硫酸，其作用为催化剂
D．装置d中与装置c直接相连的装置为干燥装置
【变式2】工业利用海水提镁的流程如下图所示。
下列说法不正确的是
A．海水蒸发的目的是富集
B．石灰乳向Mg(OH)2转化说明Mg(OH)2的溶解度更小
C．MgCl2·6H2O加热脱水制MgCl2需在HCl气氛中，防止MgCl2水解
D．电解熔融MgCl2时，阳极有金属Mg析出
【方法提炼】
1.由MgCl2·6H2O得到无水MgCl2，必须在HCl气流中加热，以防MgCl2水解。
2.镁的冶炼为电解熔融状态的MgCl2，不能电解MgCl2的水溶液。
3.电解熔融MgCl2得到的镁，应在H2氛围中冷却，因镁在高温下能与O2、N2、CO2等气体发生反应。
热点题型三：铝的性质
【知识清单】
1．原子结构与物理性质：
2.化学性质：
注意：1.常温下，能用铝制容器盛放浓硫酸、浓硝酸的原因是二者能使铝发生“钝化”，而不是铝与浓硫酸、浓硝酸不反应。
2.能与铝反应产生氢气的溶液可能呈强酸性也可能呈强碱性。
【例1】用坩埚钳夹住一小块刚用酸处理过的铝箔，在酒精灯上加热至熔化，发现熔化的铝并不滴落。下列关于上述实验现象的解释不正确的是
A．铝在空气中能很快形成氧化膜B．氧化膜的熔点比铝高
C．铝箔表面温度低，未熔化D．氧化铝薄膜包住了熔化的铝
【例2】可用来疏通下水管道。下列说法错误的是
A．Al是还原剂，发生氧化反应
B．每生成1mlH2，转移2ml电子
C．可用NaOH溶液除去镁粉中混有的少量Al粉
D．等量的铝与足量NaOH溶液反应生成的H2比与足量盐酸的多
【变式1】已知在酸性或碱性条件下，单质铝均可与溶液中的发生反应，转化关系如图，已知气体乙能使酚酞溶液变红，下列说法正确的是
A．甲溶液中含，乙溶液中含Al3＋
B．气体乙→气体甲反应为4NH3＋7O24NO2＋6H2O
C．甲溶液→乙溶液、丙→丁均发生氧化还原反应
D．碱性条件下，参加反应的n(Al)：n()=8：3
【变式2】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，就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________。
（4）甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 ml·L－1的盐酸和NaOH溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后，测得生成的气体体积比为V(甲)∶V(乙)＝1∶2，则甲烧杯中剩余的反应物是________。
【方法提炼】铝与酸、碱反应生成H2的定量关系归纳
反应实质：Aleq \(――→,\s\up7(失3e－))Al3＋，2H＋eq \(―――→,\s\up7(得2e－))H2↑；定量关系：2Al～3H2。
1.等量的铝分别与足量盐酸、氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比eq \f(VH2HCl,VH2NaOH)＝eq \f(1,1)。
2.足量的铝分别与等体积、等物质的量浓度的盐酸、氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比eq \f(VH2HCl,VH2NaOH)＝eq \f(1,3)。
3.一定量的铝分别与一定量的盐酸、氢氧化钠溶液反应，若eq \f(1,3)热点题型四：铝土矿冶炼铝
【解题方法】铝是地壳中含量最多的金属元素，在自然界主要以化合态的形式存在于氧化铝中。铝土矿的主要成分是Al2O3，此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质，冶炼金属铝很重要的一个过程是Al2O3的提纯。由于Al2O3是两性氧化物，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氧化铝的方案。
方案一：碱溶法
方案二：酸溶法
【知识清单】氧化铝的性质
【例1】铝土矿的主要成分为氧化铝、氧化铁和二氧化硅，工业上经过如图工艺可以冶炼金属铝：下列说法中错误的是
铝土矿
A．①②中除加试剂外，还需要进行过滤操作
B．③中需要通入过量的氨气
C．a、b中铝元素的化合价相同
D．④进行的操作是加热，而且d一定是氧化铝
【例2】氧化铝是工业上电解制铝的原料，工业上用铝土矿(主要成分Al2O3，还含有Fe2O3，SiO2等)为原料制取氧化铝的流程如图所示，下列说法错误的是
A．滤渣可用于炼铁
B．实验室可在蒸发皿中加热分解氢氧化铝
C．步骤①、②、③中均不涉及氧化还原反应
D．实验室中进行过滤时，用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒
【变式1】工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图所示：
下列叙述正确的是
A．试剂X可以是NaOH溶液，也可以是盐酸
B．反应①过滤后所得沉淀为Fe(OH)3
C．图中所有转化反应都不是氧化还原反应
D．反应②的化学方程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋NaHCO3
【变式2】铝是一种重要的金属，在生产、生活中具有许多重要的用途，如图是从铝土矿中制备铝的工艺流程：
已知：①铝土矿的主要成分是Al2O3，此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质；
②溶液中的硅酸钠与偏铝酸钠反应，能生成硅铝酸盐沉淀，化学反应方程式：2Na2SiO3+2NaAlO2+2H2O=Na2Al2Si2O8↓+4NaOH。
回答下列问题：
(1)溶解铝土矿时，Al2O3与NaOH溶液发生反应的离子方程式：___。
(2)滤渣A的主要成分为___；硅铝酸盐沉淀写成氧化物的形式是___。
(3)在工艺流程第三步中，选用二氧化碳作酸化剂而不使用盐酸的原因是__。
(4)若该工厂用mkg铝土矿共制得nkgAl(假设每步反应进行完全)，则铝土矿中Al2O3的质量分数为___。
(5)若将铝用酸溶解，下列试剂中最好选用__(填选项字母)。
A.浓硫酸 B.稀硫酸 C.稀硝酸 D.浓硝酸
热点题型五：氢氧化铝的性质与制备
【知识清单】
1.Al(OH)3的电离：
2.Al(OH)3为两性氢氧化物，与强酸、强碱均反应
Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
Al(OH)3＋OH－===AlOeq \\al(－,2)＋2H2O
受热分解：2Al(OH)3eq \(=====,\s\up7(△))Al2O3＋3H2O。
3.制备：
（1）向铝盐中加入氨水，离子方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq \\al(＋,4)；
（2）NaAlO2溶液中通入足量CO2，离子方程式为AlOeq \\al(－,2)＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCOeq \\al(－,3)；
（3）NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合：3AlOeq \\al(－,2)＋Al3＋＋6H2O===4Al(OH)3↓。
4．明矾净水原理
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。明矾可以净水，其净水的原理是Al3＋＋3H2O=Al(OH)3(胶体)＋3H＋，Al(OH)3胶体颗粒吸附杂质形成沉淀而净水。
【例1】实验室用NH3通入AlCl3溶液中制备Al(OH)3，经过滤、洗涤、灼烧得高纯度的Al2O3，下列图示装置能达到实验目的的是
A．用装置甲制取NH3
B．用装置乙制备Al(OH)3
C．用装置丙进行过滤操作
D．用装置丁灼烧Al2O3
【例2】肯定能得到Al(OH)3的一组物质是（ ）
A．Al片和NaOH溶液B．Al2O3粉末和H2O
C．Al2(SO4)3溶液和NH3·H2OD．AlCl3溶液和NaOH溶液
【变式1】利用下述操作步骤：①加盐酸溶解 ②加烧碱溶液溶解 ③过滤 ④通入过量生成沉淀 ⑤加盐酸生成沉淀，由含少量铁粉的铝粉制取纯净的氢氧化铝，最恰当的组合是（ ）
A．②③④③B．②③⑤③C．①③④③D．②⑤③④
【变式2】铝元素含量居金属首位， 主要存在于铝土矿(主要成分为Al2O3，还含有Fe2O3、FeO、SiO2)中。铝的单质及其化合物在生产、生活、科研等领城应用广泛。
I.工业上用铝土矿制备铝的某种化合物的工艺流程如下：
(1)在滤液A中加入漂白液，目的是氧化除铁，所得滤液B显酸性。
①该过程中涉及某氧化还原反应如下，请完善下列化学方程式： Fe2++ClO-+____=Fe(OH)3↓+Cl-+____，____________________。
②检验滤液B中是否还含有Fe3+的方法为：_______
③将滤液B中的铝元素以沉淀形式析出，可选用的最好试剂为_______。
A．氢氧化钠溶液 B．硫酸溶液 C．氨水 D．二氧化碳
④由滤液B制备Al(OH)3后，要想制备单质铝还需要涉及的操作为：灼烧、_______。
II.明矾(KAl(SO4)2·12H2O)在日常生活、生产中也占有一席之地。
(1)明矾曾经是净水明星，用离子方程式表示其净水原理_______。
(2)明矾净水时，若不慎过量会有一定程度的副作用。将含有明矾的水溶液中加入Ba(OH)2溶液至铝离子恰好完全沉淀，并且过滤，就可以避免，请用离子反方程式描述其过程_______。
【方法提炼】
Al3＋、Al(OH)3、AlOeq \\al(－,2)之间的转化关系

制石灰乳
CaCO3 eq \(=====,\s\up7(高温)) CaO＋CO2↑；CaO＋H2O===Ca(OH)2
沉淀
Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
酸化
Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O
蒸发结晶
析出MgCl2·6H2O
脱水
在氯化氢气流中使MgCl2·6H2O脱水制得无水氯化镁
电解
电解熔融氯化镁制得镁：MgCl2(熔融) eq \(=====,\s\up7(电解)) Mg＋Cl2↑