专题2.2 镁、铝及其重要化合物-备战2023年高考化学新编大一轮复习讲义·

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专题2.2 镁、铝及其重要化合物
一、镁及其重要化合物
【知识梳理】
1.镁的原子结构和存在
镁位于元素周期表第3周期第ⅡA族,原子结构示意图为,镁性质活泼,在自然界中的镁全部以化合态存在。
2.镁单质的性质
(1)物理性质:
镁是具有银白色金属光泽的固体,密度、硬度均较小,熔点较低,有良好的导电、传热和延展性。
(2)化学性质:
①与非金属反应,如与N2、Cl2、O2反应:
3Mg+N2Mg3N2、Mg+Cl2MgCl2、2Mg+O22MgO。
②与CO2反应:2Mg+CO22MgO+C。
③与H2O反应:Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑。
④与H+反应:Mg+2H+Mg2++H2↑。
3.镁的重要化合物

4.镁及其化合物用途
镁应用于生产合金,冶金工业上用作还原剂和脱氧剂。MgO熔点很高,可作耐火材料。
【易错辨析】
(1)点燃的镁条能够在空气中剧烈燃烧,将点燃的镁条放入CO2气体中,镁条停止燃烧 ( )
(2)镁条在空气中燃烧得到的灰白色的物质为纯净物 ( )
(3)在镁条参加的化学反应中,镁均作还原剂 ( )
(4)从海水中提取镁所涉及的化学反应全部是氧化还原反应 ( )
(5)将氯化镁晶体(MgCl2·6H2O)直接加热可制得无水氯化镁 ( )
【答案】× × √ × ×
【典例】
1.某同学通过系列实验探究Mg及其化合物的性质,下列操作正确且能达到目的的是( )
A.将水加入浓硫酸中得到稀硫酸,置镁片于其中探讨Mg的活动性
B.将NaOH溶液缓慢滴入MgSO4溶液中,观察Mg(OH)2沉淀的生成
C.将Mg(OH)2浊液直接倒入已装好滤纸的漏斗中过滤,洗涤并收集沉淀
D.将Mg(OH)2沉淀转入表面皿中,加足量稀盐酸,加热蒸干得无水MgCl2固体
【答案】B
【解析】浓硫酸溶于水放热,且密度大于水,因此稀释浓硫酸时应将浓硫酸加到水中,而不能将水加入浓硫酸中,A项错误；将NaOH溶液缓慢滴入MgSO4溶液中,镁离子与氢氧根离子反应生成氢氧化镁沉淀,B项正确；将浊液加入过滤器中应该用玻璃棒引流,C项错误；将Mg(OH)2沉淀转入蒸发皿中,加足量稀盐酸,生成氯化镁。由于氯化镁水解生成氢氧化镁和氯化氢,因水解吸热,且氯化氢易挥发,所以加热时促进镁离子水解,蒸干得不到无水MgCl2固体,可得到氢氧化镁固体,D项错误。
方法技巧：

通过镁的价类二维图的整合，实现镁及其化合物间的转化，掌握镁及其化合物转化的依据，再结合实验基本操作技能，以及制备物质的基本思想来进行解答。

【即时检测】
1. 某研究性学习小组为了探究镁粉与溴水反应的机理,做了如下四组实验:①将镁粉投入冷水中,未见任何现象;②将镁粉放入溴水中,观察到只是开始时产生极少量的气泡,但溴水的颜色逐渐褪去;③将镁粉放入液溴中,未观察到任何明显现象;④向含足量镁粉的液溴中滴加几滴水,观察到溴的红棕色很快褪去。则下列关于镁与溴水的反应机理的论述中正确的是( )
A.镁粉只直接与溴水中的溴反应
B.镁粉只与溴水中的酸反应
C.极少量的气泡是由于镁粉与水反应得到的
D.镁粉在水的催化下与溴发生反应
二、铝的性质及应用
【知识梳理】
1．铝的结构和存在
铝位于元素周期表第3周期ⅢA族，原子结构示意图为。铝是地壳中含量最多的金属元素。自然界中的铝全部以化合态的形式存在。
2．金属铝的物理性质
银白色有金属光泽的固体，有良好的延展性、导电性和导热性等，密度较小，质地柔软。
3．金属铝的化学性质

写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：
【答案】①4Al＋3O22Al2O3
②2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3
③2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
④2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
4. 铝的制备
工业上利用电解熔融氧化铝的方法制备铝单质:
2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑。
5．铝热反应
实验装置

实验现象
①镁带剧烈燃烧，放出大量的热，并发出耀眼的白光，氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；②纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中
实验结论
高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热：Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3
原理应用
①制取熔点较高、活动性弱于Al的金属，如铁、铬、锰、钨等，
3MnO2＋4Al3Mn＋2Al2O3；
②金属焊接，如野外焊接钢轨等

6. 铝的用途
纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。
【易错辨析】
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)铝制餐具可长时间存放酸性或碱性食物 ( )
(2)常温下,铝与稀硝酸反应生成氢气 ( )
(3)铝在空气中耐腐蚀,所以铝是不活泼金属 ( )
(4)氧化铝是金属氧化物,也是碱性氧化物 ( )
(5)1 mol Al与足量硫酸或足量氢氧化钠溶液反应转移电子数相同 ( )
(6)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 ( )
【答案】× × × × √ ×
【典例】
2．下列关于铝单质的叙述中，正确的是( )
A．不能用铝制的器皿来盛放酸梅汤或碱水是因为铝会和酸或碱反应
B．铝制品在空气中有很强的抗腐蚀性是因为铝的化学性质很稳定
C．铝和NaOH溶液反应：Al＋2OH－＋2H2O===[Al(OH)4]－＋H2↑
D．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，熔化后的液态铝会滴落下来，是因为金属铝的熔点较低
【答案】A
【解析】A项，无论是铝还是其氧化物都能与酸或碱反应，正确；B项，铝表面形成致密的氧化膜，错误；C项，电荷、电子均不守恒，正确的离子方程式为2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑，错误；D项，打磨后的铝箔在酒精灯上灼烧表面生成Al2O3，高熔点的Al2O3兜住了熔融的液态铝，不会滴落，错误。
3. 镁铝合金5.1 g溶于300 mL 2 mol·L-1盐酸中,(标准状况)放出气体的体积为5.6 L下,向反应后的溶液中加入500 mL NaOH溶液充分反应,最终产生白色沉淀。下列有关说法不正确的是( )
A.5.1 g镁铝合金中含有镁、铝的质量分别为2.4 g、2.7 g
B.溶解5.1 g镁铝合金时,剩余盐酸中溶质的物质的量为0.1 mol
C.生成白色沉淀的最大质量为13.6 g
D.若白色沉淀只有Mg(OH)2,该NaOH溶液的物质的量浓度至少为1.2 mol·L-1
【答案】D
【解析】盐酸中n(HCl)=300×10-3 L×2 mol·L-1=0.6 mol,H2中氢原子的物质的量n(H)=×2=0.5 mol<0.6 mol,说明盐酸过量,合金全部溶解,设金属镁的物质的量为x,金属铝为y,则有24 g·mol-1×x+27 g·mol-1×y=5.1 g,根据得失电子守恒,2x+3y=,两式联立解得x=y=0.1 mol。根据上述分析,合金中Mg、Al的质量分别是2.4 g、2.7 g,A项正确;剩余盐酸中溶质的物质的量为0.1 mol,B项正确;沉淀最多时,Mg全部转化成Mg(OH)2,Al全部转化成Al(OH)3,m(沉淀)=m(合金)+m(OH-),n(OH-)=n(合金失电子)=n(H+得电子),因此沉淀的质量为5.1 g+0.5 mol×17 g·mol-1=13.6 g,C项正确;根据溶液呈电中性,反应后的溶质为NaCl、NaAlO2,即n(Na+)=n(Cl-)+n(Al)=0.6 mol+0.1 mol=0.7 mol,因此NaOH溶液的物质的量浓度最小为=1.4 mol·L-1,D项错误。
方法技巧：
铝与酸或碱反应生成H2的量的关系
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
(1)等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液分别反应：
①产生H2的物质的量相等。
②消耗H＋、OH－的物质的量之比为n(H＋)∶n(OH－)＝3∶1。
(2)足量的铝分别与等物质的量的HCl和NaOH反应：
①消耗Al的物质的量之比为1∶3。
②生成H2的物质的量之比为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：
若产生氢气的体积比为＜＜1，则必定
①铝与盐酸反应时，铝过量而HCl不足。
②铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而NaOH过量。
三、铝的重要化合物及应用
【知识梳理】
1.Al2O3
(1)物理性质:Al2O3是高熔点的氧化物,常作为耐火材料及冶炼金属铝的原料。
(2)化学性质(用离子方程式表示):
两性
2.Al(OH)3
(1)物理性质:Al(OH)3是难溶于水的白色胶状沉淀,它能吸附水中的悬浮物,常用于水的净化,并能吸附色素。
(2)化学性质。
①两性
②受热分解:化学方程式为
(3)制备(用离子方程式表示)。


“铝三角”及其应用

1．具体反应
Al(OH)3+OH−+2H2O
Al(OH)3+3H+Al3++3H2O
Al3++3OH−Al(OH)3↓
+H++H2OAl(OH)3↓
+4H+Al3++2H2O
Al3++4OH−+2H2O
Al3++3+6H2O4Al(OH)3↓
2．应用
（1）判断离子共存问题
Al3+与OH−及、、S2−等弱酸根阴离子或与H+、以及弱碱阳离子Al3+、Fe3+等因生成沉淀或发生水解相互促进反应而不能大量共存。
（2）鉴别(利用滴加顺序不同，现象不同)
①向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液，先产生白色沉淀，后沉淀溶解。
②向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液，开始无明显现象，后产生白色沉淀，沉淀不溶解
（3）分离提纯
①利用Al能溶于强碱溶液，分离Al与其他金属的混合物。
②利用Al2O3，能与强碱溶液反应，分离Al2O3与其他金属氧化物。
③利用Al(OH)3能与强碱溶液反应，分离Al3+与其他金属阳离子。
3.明矾净水原理
明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O,其净水原理涉及的离子方程式:Al3++3H2O==Al(OH)3(体)+3H+。
【易错辨析】
(1)明矾用作净水剂不涉及化学变化 ( )
(2)氢氧化铝具有弱碱性,可用于制胃酸中和剂 ( )
(3)Al(OH)3既能与稀硫酸反应又能与NaOH溶液反应 ( )
(4)向NaAlO2溶液中通入过量CO2制Al(OH)3的离子方程式:
( )
(5)向Al2(SO4)3溶液中加入过量氨水:
( )
(6)Al(OH)3胶体能凝聚水中的悬浮物,也能吸附色素 ( )
【答案】× √ √ √ × √
【典例】
3.下列除去杂质的方法不正确的是( )
A.镁粉中混有少量铝粉:加入过量烧碱溶液充分反应,过滤、洗涤、干燥
B.用过量氨水除去Fe3+溶液中的少量Al3+
C.Al(OH)3中混有少量Mg(OH)2:加入足量烧碱溶液,充分反应,过滤,向滤液中通入过量CO2后过滤
D.MgO中混有少量Al2O3:加入足量烧碱溶液,充分反应,过滤、洗涤、干燥得到MgO
【答案】B【解析】氨水与Fe3+和Al3+均能反应生成氢氧化物沉淀,不符合除杂的要求。
方法技巧：
含铝化合物转化关系的应用
(1)判断离子共存问题:
Al3+与OH-及AlO2-、CO32-、S2-等弱酸根阴离子或AlO2-与H+、HC以及弱碱阳离子Al3+、Fe3+等因生成沉淀或发生相互促进的水解反应而不能大量共存。
(2)鉴别物质(利用滴加试剂顺序不同,现象不同):
①向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液,先产生白色沉淀,后沉淀溶解。
②向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液,开始无明显现象,后产生白色沉淀,沉淀不溶解。
(2)鉴别物质(利用滴加试剂顺序不同,现象不同):
①向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液,先产生白色沉淀,后沉淀溶解。
②向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液,开始无明显现象,后产生白色沉淀,沉淀不溶解。
【即时检测】
2. 固体粉末X中可能含有K2SO3、KAlO2、MgCl2、Na2CO3中的一种或几种。为确定该固体粉末的成分,取X少量溶于水得澄清透明溶液。再取X进行下列实验,实验过程及现象如下:

根据上述实验,以下说法正确的是( )
A.气体1可能为SO2和CO2的混合物
B.沉淀3可能为Mg(OH)2和Al(OH)3的混合物
C.固体粉末X中一定有Na2CO3,可能有KAlO2
D.固体粉末X中一定有K2SO3和KAlO2
考向二 铝与酸、碱反应的有关计算
（1）铝能与酸溶液反应生成H2和铝盐(Al3+)，但与稀HNO3反应不生成H2，且在浓HNO3、浓H2SO4中钝化。
（2）铝与强碱溶液反应生成H2和偏铝酸盐()。
（3）铝与酸或碱溶液反应生成H2的量的关系：
有关离子方程式为：
2Al+6H+2Al3++3H2↑
2Al+2OH−+2H2O2+3H2↑
Al与酸、碱反应的实质都是：AlAl3+，2H+H2，故与酸或碱反应时，铝与氢气的关系均为2Al～3H2↑，利用此性质可以方便地进行有关计算。
①等量Al分别与足量酸(H+)和碱(OH−)溶液反应，生成H2之比为1∶1，消耗H+和OH−之比为3∶1。
②足量Al分别与所含H+和OH−物质的量相等的溶液反应，生成H2之比为1∶3。
③若产生H2之比为<<，则必定是：
与酸反应时，Al过量、H+不足，而与碱反应时，Al不足、OH−过量。


典例2（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________。
【答案】（1）1∶1
（2）1∶3
【解析】（1）根据化学方程式：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑得Al与H2的关系式均为2Al～3H2，故只要参加反应的Al的量相等，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。

2．有两种金属组成的混合物粉末15g与足量的稀盐酸反应，生成11.2L(标准状况下)H2，则该混合物的组成不可能是
A．Fe、Zn B．Al、Cu
C．Al、Na D．Al、Fe
考向三 Al(OH)3沉淀的图象分析
1．四个基本图象
（1）可溶性铝盐溶液与NaOH溶液反应的图象：
操作
可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量
NaOH溶液中逐滴加入可溶性铝盐溶液至过量
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)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失
图象


离子方
程式
Al3++3OH−Al(OH)3↓
Al(OH)3+OH−+2H2O
Al3++4OH−+2H2O
3+Al3++6H2O4Al(OH)3↓
（2）偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图象：
操作
偏铝酸盐溶液中逐滴加稀盐酸至过量
稀盐酸中逐滴加偏铝酸盐溶液至过量
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)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失
图象


离子方
程式
+H++H2OAl(OH)3↓
Al(OH)3+3H+Al3++3H2O
+4H+Al3++2H2O；
Al3++3+6H2O4Al(OH)3↓
2．拓展图象
（1）向AlCl3溶液中逐滴加入氨水或NaAlO2溶液至过量，图象如图1所示。
（2）向NaAlO2溶液中逐滴加入AlCl3溶液或通入CO2至过量，图象如图2所示。

（3）向MgCl2、AlCl3和盐酸的混合溶液(即将Mg、Al溶于过量盐酸所得的溶液)中逐滴滴入NaOH溶液至过量，图象如图3所示。
（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)，沉淀图象如图4所示。


典例3 如图表示AlCl3溶液与NaOH溶液相互滴加过程中微粒的量的关系曲线。下列判断错误的是

A．①线表示Al3＋的物质的量的变化
B．x表示AlCl3的物质的量
C．③线表示Al(OH)3的物质的量的变化
D．④线表示AlO的物质的量的变化
【答案】B
【解析】假定向含有1 mol AlCl3溶液中滴加NaOH溶液，首先发生反应Al3++3OH-=Al(OH)3↓，Al3+完全沉淀，消耗3 mol OH-，生成1 molAl(OH)3，然后发生反应Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O，沉淀完全溶解消耗1molOH-，生成1molAlO2-，前后两部分消耗的OH-为3：1，
假定向含有4molNaOH溶液中滴加AlCl3溶液，首先发生反应Al3++4OH-=AlO2-+2H2O，OH-完全反应消耗1molAl3+，生成1molAlO2-，然后发生反应Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓，AlO2-完全反应，消耗molAl3+，生成molAl(OH)3↓，前后两部分消耗的Al3+为1mol：mol=3：1，
由图象可知，①②表示微粒、③④表示微粒物质的量关系为1：1可知，该图表示向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液，A．由上述分析可知，首先发生反应Al3++3OH-=Al(OH)3↓，溶液中铝离子物质的量减少，①线表示Al3+的物质的量的变化，故A正确；B．由上述分析可知，x表示NaOH溶液，故B错误；C．由上述分析可知，随反应进行Al(OH)3物质的量先增大，或减小，故②③线表示Al(OH)3的物质的量的变化，故C正确；D．由上述分析可知，Al(OH)3溶解时，AlO2-的物质的量增大，④线表示AlO2-的物质的量的变化，故D正确；故选B。

3．现有AlCl3和MgSO4混合溶液，向其中不断加入NaOH溶液，得到沉淀的量与加入NaOH溶液的体积如下图所示。原溶液中Cl-与SO42-的物质的量之比为（ ）

A． B． C． D．
考向四 有关镁、铝合金的定量计算
镁、铝都能与非氧化性酸反应生成相应的盐。镁和铝的化合物与强碱溶液反应时，一个重要的特征是它们相对量的不同，沉淀量也有所不同。沉淀量随强碱量的变化关系用文字很难表达清楚，但若用图象表示，不仅有助于理解镁和铝的化合物与强碱反应的过程，也有助于解决有关计算问题。
1.向含Mg2+与Al3+的混合溶液中逐滴加入强碱溶液
（1）现象：出现沉淀→渐多→最多→减少→不变。
（2）图象：如图甲。
（3）量的关系：①n(Al3+)=(b−a) mol；②n(Mg2+)= mol。
2.向含Mg2+与Al3+的酸性溶液中逐滴加入强碱溶液
（1）现象：无明显现象→出现沉淀→渐多→最多→减少→不变。
（2）图象：如图乙。


典例4 将一定质量的镁和铝混合物投入200 mL硫酸中，固体全部溶解后，向所得溶液中加入NaOH溶液，生成沉淀的物质的量n与加入NaOH溶液的体积V的变化如下图所示。.则下列说法不正确的是:

A．镁和铝的总质量为9 g
B．最初20 mLNaOH溶液用于中和过量的硫酸
C．硫酸的物质的量浓度为2.5 mol·L－1
D．生成的氢气在标准状况下的体积为11.2 L
【答案】D
【解析】从图象中看到，从开始至加入NaOH溶液20mL，没有沉淀生成，说明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后有剩余，此时发生的反应为：H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O。当V（NaOH溶液）=200mL时，沉淀量最大，此时为Mg(OH)2和Al(OH)3。
【详解】
A、当V（NaOH溶液）=240mL时，沉淀不再减少，此时全部为Mg(OH)2，n（Mg）=n[Mg(OH)2]=0.15mol，m（Mg）=0.15mol×24g•mol-1=3.6g，n（Al）=n[Al(OH)3]=0.35mol-0.15mol=0.2mol，m（Al）=0.2mol×27g•mol-1=5.4g，所以镁和铝的总质量为9g，A项正确；
B、根据A中分析可知B项正确；
C、从200mL到240mL，NaOH溶解Al(OH)3：NaOH+Al(OH)3=NaAlO2+2H2O，则此过程消耗n（NaOH）=n[Al(OH)3]=0.2mol，c（NaOH）=0.2mol÷0.04 L=5mol•L-1，C项正确；
D、由Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑，2Al+3H2SO4=2Al2(SO4)3+3H2↑可以计算出生成n（H2）=0.45mol，标准状况下V（H2）=0.45mol×22.4L•mol-1=10.08L，D项错误。
答案选D。

4．将0.1 mol镁和铝的混合物溶于100 mL 2 mol/L 稀硫酸中，然后滴加1 mol/L的NaOH溶液。
请回答下列问题：
（1）若在滴加NaOH溶液的过程中，沉淀质量随加入NaOH溶液体积的变化如图所示。

则当V1=160 mL时，金属粉末中n(Mg)= mol，V2= mL。
（2）若在滴加NaOH溶液的过程中，欲使Mg2+、Al3+刚好沉淀完全，则滴入NaOH溶液的体积V(NaOH)= 。
（3）若混合物仍为0.1 mol，其中镁粉的物质的量分数为a，用100 mL 2 mol/L稀硫酸溶解此混合物后，再加入450 mL 1 mol/L NaOH溶液，所得沉淀中无Al(OH)3。写出满足此条件的a的取值范围 。