高考化学一轮复习第4章金属及其化合物第16讲镁、铝及其化合物学案

这是一份高考化学一轮复习第4章金属及其化合物第16讲镁、铝及其化合物学案，共22页。

1.了解镁、铝及其化合物的主要性质以及在生产、生活中的应用。
2.能根据镁、铝及其化合物的转化关系，分析制备铝、镁的工业流程。
考点一 镁及其化合物
1.镁的物理性质
镁是银白色固体，密度较小，硬度较低，有延展性，是电和热的良导体。
2.镁及其化合物的化学性质
3.镁及其化合物的用途
4.镁的工业制备——海水提镁
[答案自填] eq \(□,\s\up1(1)) 2Mg＋O2 eq \(=====,\s\up7(点燃)) 2MgO eq \(□,\s\up1(2)) 2Mg＋CO2 eq \(=====,\s\up7(点燃)) 2MgO＋C eq \(□,\s\up1(3)) Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑ eq \(□,\s\up1(4)) CaO＋H2O===Ca(OH)2 eq \(□,\s\up1(5)) MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2 eq \(□,\s\up1(6)) Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O eq \(□,\s\up1(7)) MgCl2(熔融) eq \(=====,\s\up7(电解)) Mg＋Cl2↑
[易错秒判]
(1)镁在冷的浓硫酸中钝化( )
(2)镁燃烧时火花四射，烟花中通常掺有一定量的镁粉，以达到美观效果( )
(3)氧化镁是优质的耐高温材料( )
(4)工业上冶炼金属镁采用电解熔融MgO的方法( )
(5)向Mg(HCO3)2溶液中加入足量的Ca(OH)2 溶液，最终得到的沉淀是MgCO3和CaCO3( )
答案：(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)×
1.下列关于镁及其化合物的说法正确的是( )
A．Mg在CO2中的燃烧是置换反应
B．将Mg(OH)2沉淀转化为MgCl2，是镁原子失电子转化为Mg2＋
C．电解得到镁的过程可以写出离子方程式，但不是氧化还原反应
D．Mg在N2中燃烧时，N2既是氧化剂又是还原剂
解析：选A。Mg在CO2中燃烧生成MgO和C，属于置换反应，A正确；将Mg(OH)2沉淀转化为MgCl2的过程是复分解反应，无电子得失，B错误；电解得到镁的过程有元素化合价的变化，是氧化还原反应，C错误；Mg在N2中燃烧时，N2是氧化剂，Mg是还原剂，D错误。
2.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，置镁片于其中探究Mg的活泼性
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沉淀转入蒸发皿中，加入足量稀盐酸，加热蒸干得无水MgCl2固体
解析：选B。A.浓硫酸溶于水放热，且密度比水的大，因此稀释浓硫酸时，应将浓硫酸加入水中，并用玻璃棒不断搅拌，A错误；B.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正确；C.过滤时将浊液转移到漏斗中应该用玻璃棒引流，C错误；D.由于氯化镁水解生成氢氧化镁和氯化氢，氯化氢易挥发，所以加热氯化镁溶液时促进镁离子水解，加热蒸干得不到无水MgCl2固体，得到的是Mg(OH)2固体，D错误。
3.一种工业制备无水氯化镁的工艺流程如下：
下列说法错误的是( )
A．物质X常选用生石灰
B．工业上常用电解熔融MgCl2制备金属镁
C．“氯化”过程中发生的反应为MgO＋C＋Cl2 eq \(=====,\s\up7(高温)) MgCl2＋CO
D．“煅烧”后的产物中加稀盐酸，将所得溶液加热蒸发也可得到无水MgCl2
解析：选D。海水经一系列处理得到苦卤水，苦卤水中含较多的Mg2＋，向其中加入物质X使Mg2＋转化为Mg(OH)2，过滤除去滤液，煅烧Mg(OH)2得到MgO，MgO和C、Cl2经“氯化”得无水MgCl2。物质X的作用是使Mg2＋转化为Mg(OH)2，工业上常选用CaO，发生的反应为CaO＋H2O===Ca(OH)2，Ca(OH)2＋Mg2＋===Mg(OH)2＋Ca2＋，A正确；Mg是较活泼金属，工业上常用电解熔融MgCl2制备金属镁，B正确；由题图可知，“氯化”过程的反应物为MgO、Cl2、C，生成物之一为MgCl2，C在高温下被氧化为CO，故“气体”为CO，化学方程式为MgO＋C＋Cl2 eq \(=====,\s\up7(高温)) MgCl2＋CO，C正确；“煅烧”后得到MgO，MgO和盐酸反应得到MgCl2溶液，由于MgCl2在溶液中水解为Mg(OH)2和HCl，所以将MgCl2溶液加热蒸发时HCl会逸出，MgCl2水解平衡正向移动，得到 Mg(OH)2，得不到无水MgCl2，D错误。
考点二 铝及其化合物
1.铝
(1)物理性质。
(2)化学性质。
写出图中有关反应的化学方程式：
a．
b． eq \(□,\s\up1(2)) _______________________
c．
d． eq \(□,\s\up1(5)) _____________________________________________
e． eq \(□,\s\up1(6)) ______________________________(铝热反应)
(3)制备和用途。
2.铝的化合物
(1)氧化铝和氢氧化铝——两性化合物。
(2)常见的铝盐——明矾。
①明矾的化学式为 eq \(□,\s\up1(9)) __________________________________，
属于复盐。
②明矾净水的原理：电离方程式为 eq \(□,\s\up1(10)) ______________________________________，
其中Al3＋发生 eq \(□,\s\up1(11)) ________________________，产生 eq \(□,\s\up1(12)) ________________________，可以吸附水中的悬浮杂质并聚沉，使水变得澄清。
3.铝的工业制备——铝土矿制铝
由铝土矿(主要成分是Al2O3，含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)提取Al2O3的两大工艺流程：
[流程一] 碱溶法
(1)步骤①③中可能发生反应的离子方程式：
①Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－，SiO2＋2OH－===SiO eq \\al(2－,3) ＋H2O；
③[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO eq \\al(－,3) ，SiO eq \\al(2－,3) ＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2HCO eq \\al(－,3) 。
(2)步骤③中不能用盐酸或硫酸酸化，因为[Al(OH)4]－与酸反应生成的Al(OH)3具有两性，可溶于强酸，不易控制酸的量；CO2廉价且生成的副产物NaHCO3用途广泛，经济效益好。
(3)步骤④中得到较纯的Al2O3，可能含有SiO2杂质，在电解时它不会影响铝的纯度，是因为SiO2的熔点很高，加热到1 000 ℃时不会熔化。
[流程二] 酸溶法
(1)步骤①②中可能发生反应的离子方程式：
①Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O，Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O，MgO＋2H＋===Mg2＋＋H2O；
②Al3＋＋4OH－===[Al(OH)4]－，Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓，Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓。
(2)步骤②中不能用氨水沉淀Fe3＋、Mg2＋，是因为Al(OH)3只能溶于强碱，不能溶于氨水，若用氨水，则不能将Fe(OH)3、Mg(OH)2和Al(OH)3 分离。
[答案自填][CS] eq \(□,\s\up1(1)) 银白 eq \(□,\s\up1(2)) 2Al＋3Cl2 eq \(=====,\s\up7(△)) 2AlCl3 eq \(□,\s\up1(3)) 钝化 eq \(□,\s\up1(4)) 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ eq \(□,\s\up1(5)) 2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ eq \(□,\s\up1(6)) 2Al＋Fe2O3 eq \(=====,\s\up7(高温)) Al2O3＋2Fe eq \(□,\s\up1(7)) 2Al2O3(熔融) eq \(=====,\s\up7(电解),\s\d5(冰晶石)) 4Al＋3O2↑
eq \(□,\s\up1(8)) Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O eq \(□,\s\up1(9)) KAl(SO4)2·12H2O eq \(□,\s\up1(10)) KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO eq \\al(2－,4) eq \(□,\s\up1(11)) 水解反应 eq \(□,\s\up1(12)) Al(OH)3胶体
[易错秒判]
(1)铝制餐具不能长时间存放酸性或碱性食物( )
(2)投入铝片能产生氢气的溶液一定呈强酸性( )
(3)能用铝槽车储运浓硫酸与浓硝酸，是因为铝的性质稳定，不与浓硫酸、浓硝酸反应( )
(4)实验室可用氧化铝坩埚熔化NaOH、Na2CO3等固体( )
(5)除去Fe2O3中的Al2O3，需先加入足量NaOH溶液，然后过滤( )
(6)能用过量氨水除去Fe3＋溶液中的少量Al3＋( )
(7)明矾可用作净水剂，起到杀菌消毒的作用( )
答案：(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)×
一、铝及其化合物的性质
1.化学在生产和日常生活中有着重要的应用。下列说法不正确的是( )
A．铝比铁活泼，但铝制品比铁制品在空气中耐腐蚀
B．铝热反应不仅用于焊接钢轨，还常用于冶炼熔点较高的金属
C．电解AlCl3饱和溶液可制得金属铝
D．Al2O3的熔点很高，可用于制作耐高温材料
答案：C
2.根据如下图所示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，反应①和②消耗的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，消耗铝的物质的量相等，根据铝元素守恒，设1 ml铝分别与NaOH、HCl完全反应，需1 ml NaOH、3 ml HCl，所以生成等质量H2时，反应①和②消耗的n(HCl)＝3n(NaOH)，A错误；铝与硫酸铜溶液反应，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，B错误；反应③和④消耗等量的Al时，失电子的物质的量相等，设2 ml 铝参加反应，由得失电子守恒可知，生成铜的物质的量为3 ml，生成铁的物质的量为2 ml，所以生成的n(Cu)∶n(Fe)＝3∶2，C正确；一水合氨是弱电解质，书写离子方程式时要用化学式，正确的离子方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH eq \\al(＋,4) ，D错误。
二、工艺流程中铝及其化合物的转化
3.铝土矿的主要成分为氧化铝、氧化铁和二氧化硅，工业上经过下列工艺可以冶炼金属铝。下列说法不正确的是( )
A．①②中除加试剂外，还需要进行过滤操作
B．a、b中铝元素的化合价相同
C．③中需要通入过量的CO2
D．④进行的操作是过滤、加热，而且d一定是氢氧化铝
解析：选D。根据铝土矿的成分，Al2O3为两性氧化物，Fe2O3为碱性氧化物，SiO2为酸性氧化物，加入盐酸后，Al2O3→AlCl3，Fe2O3→FeCl3，SiO2不与盐酸反应，也不溶于盐酸，进行过滤时，除去SiO2，即a为AlCl3和FeCl3混合溶液，加入过量NaOH溶液，AlCl3→Na[Al(OH)4]，FeCl3→Fe(OH)3，进行过滤时，除去 Fe(OH)3，b为Na[Al(OH)4]溶液，H2CO3的酸性强于Al(OH)3的酸性，且Al(OH)3不溶于碳酸，因此③通入过量CO2，过滤得到Al(OH)3沉淀，加热Al(OH)3使之分解生成Al2O3和H2O，最后电解熔融状态的氧化铝冶炼铝。A项，根据上述分析，正确；B项，a是AlCl3和FeCl3混合溶液，b是Na[Al(OH)4]溶液，两溶液中Al元素的化合价都是＋3价，正确；C项，根据上述分析，③中需要通入过量的CO2，正确；D项，反应④为氢氧化铝受热分解生成氧化铝和水，进行的操作是过滤、加热，d一定是Al2O3，错误。
4.(2024·佛山调研)工业上用某种氧化铝矿石(含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下：
对上述流程的判断正确的是( )
A．试剂X可以为氨水，沉淀中含有铁的化合物
B．CO2可以用稀硫酸或稀盐酸代替
C．反应Ⅱ的离子方程式为CO2＋[Al(OH)4]－===Al(OH)3↓＋HCO eq \\al(－,3)
D．工业上还可采用Fe还原Al2O3的方法制Al，成本更低
解析：选C。A项，试剂X应为强碱溶液，使Al2O3溶解；B项，若用强酸代替CO2，强酸过量时，Al(OH)3会溶解；D项，因为Al比Fe活泼，所以不能用Fe置换出Al。
1.下列关于镁、铝及其化合物的说法正确的是______________。
①(2023·新高考辽宁卷)工业冶炼镁：2MgO eq \(=====,\s\up7(电解)) 2Mg＋O2↑
②(2023·新高考湖南卷)取一定体积的NaOH溶液和Al2(SO4)3 溶液进行反应，改变两种试剂的滴加顺序(浓度均为0.1 ml·L－1)，反应现象没有明显差别
③(2022·新高考广东卷)技术人员开发高端耐腐蚀镀铝钢板，是因为铝能形成致密氧化膜
④(2022·新高考广东卷)利用海水制取溴和镁单质，此过程中Br－可被氧化，Mg2＋可被还原
⑤(2022·新高考海南卷)MgCl2溶液中滴加NaOH溶液至过量，现象为产生白色沉淀后沉淀消失
答案：③④
2. (2022·浙江6月选考)尖晶石矿的主要成分为MgAl2O4(含SiO2杂质)。已知：MgAl2O4(s)＋4Cl2(g)===MgCl2(s)＋2AlCl3(g)＋2O2(g) ΔH>0。该反应难以发生，但采用“加炭氯化法”可以制备MgCl2和AlCl3，同时还可得到副产物 SiCl4(SiCl4沸点为58 ℃，AlCl3在180 ℃升华)：MgAl2O4(s)＋4C(s)＋4Cl2(g) eq \(=====,\s\up7(高温)) MgCl2(s)＋2AlCl3(g)＋4CO(g)。下列说法不正确的是( )
A．制备时要保持无水环境
B．输送气态产物的管道温度要保持在180 ℃以上
C．氯化时加炭，既增大了反应的趋势，又为氯化提供了能量
D．为避免产生大量CO2，反应过程中需保持炭过量
解析：选D。AlCl3、MgCl2均易水解，且高温下C能与H2O反应，故制备时需保持无水环境，A项正确；为保证AlCl3为气态，且防止其凝华堵塞管道，必须保持管道温度高于AlCl3的升华温度，B项正确；高温时C转化为CO，放出热量，为氯化提供了能量，加入C，消耗生成物O2，增大了反应的趋势，C项正确；高温时C过量得到的固体中可能混有Si，D项错误。
3.(2022·新高考湖南卷)铝电解厂烟气净化的一种简单流程如下：
下列说法错误的是( )
A．不宜用陶瓷作为吸收塔内衬材料
B．采用溶液喷淋法可提高吸收塔内烟气吸收效率
C．合成槽中产物主要有Na3AlF6和CO2
D．滤液可回收进入吸收塔循环利用
解析：选C。陶瓷中的SiO2能与HF反应，故不宜用陶瓷作为吸收塔内衬材料，A项正确；喷淋法能使溶液与烟气充分接触，提高吸收效率，B项正确；分析题中流程图可知，吸收塔中发生反应：HF＋Na2CO3===NaHCO3＋NaF，合成槽中发生反应：6NaF＋Na[Al(OH)4]＋4NaHCO3===Na3AlF6↓＋4Na2CO3＋4H2O，故合成槽中产物主要有Na3AlF6和Na2CO3，C项错误；滤液中含有Na2CO3，可用作吸收塔中的吸收剂，D项正确。
4.(2021·高考全国乙卷)磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有 TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的 Fe2O3。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。
该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表：
回答下列问题：
(1)“焙烧”中，TiO2、SiO2几乎不发生反应，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3转化为相应的硫酸盐。写出Al2O3转化为 NH4Al eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(SO4)) eq \s\d7(2) 的化学方程式：__________________________________________
________________________________________________。
(2)“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是_____________。
(3)“水浸渣”在160 ℃“酸溶”，最适合的酸是_____________。“酸溶渣”的成分是_________、_________。
解析：(1)“焙烧”中，Al2O3和(NH4)2SO4反应生成 NH4Al(SO4)2，同时放出NH3，反应的化学方程式为Al2O3＋4(NH4)2SO4 eq \(=====,\s\up7(高温)) 2NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O。(2)由题表中Fe3＋、Al3＋、Mg2＋沉淀完全的pH分别为3.2、4.7、11.1可知，用氨水逐步调节pH至11.6的过程中，依次析出的金属离子是Fe3＋、Al3＋、Mg2＋。(3)“水浸渣”在160 ℃ “酸溶”，为了尽可能减少酸溶液的挥发而造成不必要的损失，且保证TiO2可以完全溶解，最好选择硫酸；SiO2不溶于硫酸，CaO“焙烧”生成CaSO4固体，故“酸溶”后所得“酸溶渣”的成分为SiO2、CaSO4。
答案：(1)Al2O3＋4(NH4)2SO4 eq \(=====,\s\up7(高温)) 2NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O (2)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋ (3)硫酸 SiO2
CaSO4
课时跟踪练
[基础巩固]
1.(2024·韶关阶段测试)下列物质的性质和用途具有对应关系的是( )
A．Al2O3熔点高，可用于电解制铝
B．Al(OH)3不稳定，可用于治疗胃酸过多症
C．明矾水解生成胶体，可用作絮凝剂
D．铝具有导热性，可用于制备铝热剂
答案：C
2.下列关于镁的性质，说法错误的是( )
A．金属镁着火，可以用CO2灭火
B．镁是一种具有银白色光泽的金属
C．镁可以与沸水反应生成氢气
D．镁可以与盐酸剧烈反应生成氢气
答案：A
3.(2024·清远模拟)下列关于铝及其化合物反应的离子方程式书写正确的是( )
A.铝与NaOH溶液反应：Al＋6OH－===[Al(OH)4]－＋H2↑＋H2O
B．Al2O3与NaOH溶液反应：Al2O3＋OH－＋H2O===[Al(OH)4]－
C．明矾净水原理：Al3＋＋3H2O⇌Al(OH)3(胶体)＋3H＋
D．Al2(SO4)3与过量氨水反应：Al3＋＋4NH3·H2O===[Al(OH)4]－＋4NH eq \\al(＋,4)
解析：选C。A.铝与NaOH溶液反应的氧化剂是水，故离子方程式为2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑，A错误；B.Al2O3 与NaOH溶液反应的离子方程式未配平，配平后的离子方程式为Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－，B错误；C.明矾溶于水后电离产生的铝离子发生水解产生氢氧化铝胶体，吸附悬浮物，起到净水作用，C正确；D.一水合氨为弱碱，故氢氧化铝无法与一水合氨发生反应，Al2(SO4)3与过量氨水反应的离子方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH eq \\al(＋,4) ，D错误。
4.将去掉氧化膜的铝片放入足量Na2CO3溶液中，铝片表面产生气泡，充分反应后得到无色溶液M。下列分析错误的是( )
A．产生的气体中有H2
B．反应与 CO eq \\al(2－,3) 水解有关
C．Al(OH)3向酸式电离方向移动
D．M中含大量Na＋、Al3＋、HCO eq \\al(－,3)
解析：选D。Na2CO3溶液中，CO eq \\al(2－,3) 发生水解生成OH－，OH－与Al发生反应生成[Al(OH)4]－和H2。A.由分析可知，产生的气体中有H2，A正确；B.由分析可知，与Al反应的OH－来自CO eq \\al(2－,3) 水解，B正确；C.Al(OH)3的酸式电离为Al(OH)3＋H2O⇌[Al(OH)4]－＋H＋，Na2CO3溶液呈碱性，故Al(OH)3向酸式电离方向移动，C正确；D.Al3＋、HCO eq \\al(－,3) 在溶液中能发生相互促进的水解反应，不能大量共存，所以M中不可能含大量Al3＋、HCO eq \\al(－,3) ，D错误。
5.实验室以空气和镁为原料制备Mg3N2的装置如下(夹持和加热装置略去)。下列说法正确的是( )
A．装置甲、乙中可依次加入浓硫酸、NaOH 溶液
B．若去掉装置丙，则对产品纯度无影响
C．实验时应先加热装置丙，通入一段时间空气后再加热装置丁
D．装置戊中碱石灰的作用是吸收尾气
解析：选C。要制备氮化镁，需要除去空气中的氧气、CO2和水蒸气，故装置甲、乙中可依次加入NaOH溶液、浓硫酸，A错误；若去掉装置丙，则镁与氧气反应生成氧化镁，对产品纯度有影响，B错误；实验时，应先加热装置丙，通入一段时间空气除去其中的氧气，再加热装置丁，C正确；装置戊中碱石灰的作用是吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，避免进入装置丁中干扰实验，D错误。
6.(2024·广州第二中学联考)铝的生产原理示意图如下，下列相关说法不正确的是( )
A．冰晶石用作助熔剂
B．氧化铝属于过渡晶体
C．金属铁、铜的冶炼方法与铝类似
D．铝在工业上是一种很好的还原剂
解析：选C。A.冰晶石在电解铝工业中常用作助熔剂，正确；B.氧化铝中的化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键，因此属于过渡晶体，正确；C.工业上用电解熔融的氧化铝冶炼金属铝，而用热还原法来冶炼金属铁、铜，错误；D.Al为活泼金属，冶金工业中常用作还原剂，正确。
7.菱镁矿(主要成分为 MgCO3，还含有少量 SiO2、Al2O3)制备MgO的流程如下。下列说法正确的是( )
A．步骤(Ⅰ)得到滤渣的主要成分为 SiO2
B．步骤(Ⅱ)发生的反应有2个
C．步骤(Ⅲ)操作可在蒸发皿中进行
D．滤液Y中加入足量氨水可得到白色沉淀
解析：选A。菱镁矿中加入足量盐酸，SiO2不与盐酸反应，滤渣为SiO2，滤液X中加入足量NaOH溶液，生成氯化钠、氢氧化镁沉淀和四羟基合铝酸钠，滤液Y为氯化钠、氢氧化钠和四羟基合铝酸钠的混合溶液，氢氧化镁灼烧生成氧化镁。A.由上述分析可知，滤渣的主要成分是 SiO2，A正确；B.滤液X中含有的阳离子主要有 Mg2＋、Al3＋、H＋，加入足量NaOH溶液后，发生的反应至少有3个，B错误；C.步骤(Ⅲ)为灼烧，应在坩埚中进行，C错误；D.滤液Y为氯化钠、氢氧化钠和四羟基合铝酸钠的混合溶液，加入足量氨水无法生成白色沉淀，D错误。
8.(2024·珠海实验中学测试)铝热反应常用于冶炼高熔点金属，某小组探究Al粉与Fe3O4发生反应所得黑色固体的成分，实验流程及现象如下：
下列说法不正确的是( )
A．反应①产生的气体是H2
B．反应②的离子方程式为Al2O3＋2OH－＋3H2O===
2[Al(OH)4]－
C．反应③生成的白色沉淀是Al(OH)3
D．黑色固体中一定不含Al和Fe3O4
解析：选D。探究Al粉与Fe3O4发生反应所得黑色固体的成分，由实验可知，黑色固体与稀硫酸反应产生气体，且溶液b中加入KSCN溶液不变红，说明溶液b中不含Fe3＋；黑色固体与NaOH溶液反应无气体产生，说明一定不含Al；溶液a中通入二氧化碳有白色沉淀生成，白色沉淀为氢氧化铝，说明黑色固体中一定含有Al2O3。由上述分析可知，黑色固体中一定含有Al2O3、Fe，一定不含Al，可能含有Fe3O4。
9.无水AlCl3常用于有机合成的催化剂。现以铝酸钙(主要成分为CaO·Al2O3，含少量SiO2等杂质)和稀盐酸为原料制备无水氯化铝的方案如下：
已知：AlCl3易升华，沸点为181 ℃；SOCl2熔点为－105 ℃、沸点为76 ℃，遇水剧烈水解生成两种酸性气体。相关物质的溶解度数据见下表：
(1)步骤①中稀盐酸应适当过量的原因是_____________________________________________________________
______________________________________________________。
(2)操作a是____________________。
(3)操作b是____________________。
(4)某兴趣小组设计如图所示的装置获取无水AlCl3。锥形瓶中得到的物质X的化学式为__________。碱石灰的作用是防止外界水蒸气进入和____________________。
答案：(1)确保铝元素尽可能完全溶出，并抑制氯化铝水解
(2)蒸发浓缩、趁热过滤 (3)在干燥的HCl气流中加热脱水 (4)SOCl2 除去SO2和HCl等有害气体
[素养提升]
10.明矾[KAl(SO4)2·12H2O]可用作净水剂。某同学设计利用废铝箔(主要成分为Al，含少量Mg、Fe等)制备明矾的流程如下。下列说法不正确的是( )
废铝箔 eq \(――→,\s\up7(①NaOH溶液),\s\d5(过滤)) 甲溶液 eq \(――→,\s\up7(②通入CO2),\s\d5(过滤、洗涤)) 滤渣 eq \(――→,\s\up7(③稀硫酸),\s\d5()) 乙溶液 eq \(――→,\s\up7(④K2SO4饱和溶液),\s\d5(操作a)) 明矾
A.①中反应的离子方程式是2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
B.③中反应的离子方程式是 Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
C.操作a是蒸发结晶，用到的仪器有蒸发皿、酒精灯、玻璃棒等
D.明矾净水的原理：Al3＋水解生成的Al(OH)3胶体能吸附水中的悬浮颗粒物
解析：选C。铝和氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸钠和氢气，四羟基合铝酸钠溶液中通入二氧化碳反应生成碳酸氢钠和氢氧化铝沉淀，过滤后滤渣为氢氧化铝，氢氧化铝和硫酸反应生成硫酸铝，再加入硫酸钾饱和溶液，蒸发浓缩、冷却结晶得到明矾。A.铝和氢氧化钠溶液反应的离子方程式为2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑，A正确；B.③为氢氧化铝和硫酸反应生成硫酸铝和水，离子方程式是Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O，B正确；C.混合溶液蒸发结晶不能得到带结晶水的物质，该操作为蒸发浓缩、冷却结晶得到明矾，C错误；D.明矾中的铝离子水解生成氢氧化铝胶体，胶体具有较大的表面积，能吸附水中的悬浮颗粒物，从而达到净水目的，D正确。
11.将等物质的量的金属Na、Mg、Al分别与100 mL 2 ml·L－1的盐酸反应，实验测得生成气体的体积V(已折合为标准状况)与时间t的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.x＝2.24
B.钠的物质的量为0.2 ml
C.反应时，Na、Mg、Al均过量
D.曲线b为Mg与盐酸反应的图像
解析：选C。由图像可以看出，生成气体的体积相等，故盐酸完全反应，x＝2.24，A正确；根据生成的H2的体积为 2.24 L 可知，Na失去0.2 ml电子，钠的物质的量为0.2 ml，B正确；反应时，如果钠过量，则过量的钠还会与水反应，生成的气体一定多于2.24 L，C错误；根据反应速率可知，曲线a、b、c依次是Na、Mg、Al与盐酸反应的图像，D正确。
12.以水泥厂的废料(主要成分为MgO，含少量MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质)为原料制备 MgSO4·7H2O的工艺流程如下：
已知：MnO＋2H＋===Mn2＋＋H2O，ClO－＋Mn2＋＋H2O===Cl－＋MnO2↓＋2H＋。下列说法正确的是( )
A.为提高酸浸速率，可使用浓硫酸
B.试剂X可以是 MgSO4
C.滤渣为 Al(OH)3、Fe(OH)3、SiO2
D.操作a所得滤液经处理后可循环利用
解析：选D。以水泥厂的废料(主要成分为MgO，含少量MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质)为原料制取MgSO4·7H2O，废料中加入过量稀硫酸，MgO、MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3都与硫酸反应，转化为对应的硫酸盐，SiO2不与硫酸反应，向反应后的溶液中加入次氯酸钠将亚铁离子氧化为铁离子，同时使锰离子转化为MnO2沉淀，再加入氧化镁等物质调节溶液的pH，除去铁离子、铝离子，过滤，将滤液进行一系列操作得到MgSO4·7H2O。A.浓硫酸中主要为H2SO4分子，H＋浓度较小，不能提高酸浸速率，故A错误；B.试剂X为氧化镁或碳酸镁，不能为 MgSO4，故B错误；C.滤渣为 Al(OH)3、Fe(OH)3、SiO2、MnO2，故C错误；D.操作a是从溶液中经过一系列过程得到MgSO4·7H2O晶体，过滤时溶液中含有硫酸镁，为了提高原料中镁的利用率，操作a后滤液可以循环利用，故D正确。
13.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)如下：
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为干燥装置
解析：选C。实验室以MgCl2·6H2O制取无水MgCl2，应该是在HCl气氛中加热MgCl2·6H2O，所以装置a中物质甲为盐酸，盐酸受热挥发出HCl，通过酸性干燥剂或中性干燥剂干燥，然后进入装置c；加热装置c，在HCl气氛中MgCl2·6H2O分解生成无水MgCl2；装置d为干燥装置，用于吸收MgCl2·6H2O分解生成的水蒸气，同时防止循环物质盐酸中的水蒸气进入装置c。
14.聚合氯化铝晶体是介于AlCl3和Al(OH)3 之间的一种水溶性无机高分子聚合物，其制备原料主要是铝加工行业的废渣——铝灰，它主要含Al2O3、Al，还有SiO2等杂质。聚合氯化铝生产的工艺流程如下：
(1)反应中得到的气体a是__________(用化学式表示)。
(2)升高pH至4.0～5.0的目的是____________________________。
(3)生产过程中可循环使用的物质是________(用化学式表示)。
(4)为使得到的晶体较纯净，生产过程中使pH升高的C物质可选用________(填字母)。
a.NaOH b．Al c．氨水 d．Al2O3 e．Na[Al(OH)4]
(5)聚合氯化铝晶体的化学式可表示为[Al2(OH)nCl6－n·xH2O]m，实验室测定n值的操作如下：
①称取a g晶体，制成粉末，加热至质量不再变化为止，称得质量为b g。此过程可能用到下列仪器中的________(填字母)。
a.蒸发皿 b．坩埚 c．研钵 d．试管
②另取a g晶体，进行如下操作：用A试剂溶解→加足量AgNO3溶液→操作C→烘干→称得质量为c g。
A试剂为______________(填试剂名称)，操作C为______________(填操作名称)，n＝____________(用含b、c的代数式表示)。
解析：(1)铝灰用水清洗后，加入盐酸，Al与盐酸反应产生H2，因此气体a为H2。
(2)铝灰加入盐酸得到的B为AlCl3溶液，降温熟化后，升高pH可以促进AlCl3水解，从而使晶体析出。
(3)生产过程中HCl可以循环使用。
(4)生产过程中为使pH升高，可以加入Al、Al2O3，它们与AlCl3水解生成的H＋反应，且不会引入其他杂质。
(5)①将晶体制成粉末，需要用到研钵，加热粉末至质量不再变化，需要用到坩埚，得到的b g物质为Al2O3。②将晶体溶解，选择硝酸，不能选盐酸或硫酸，否则会干扰生成的沉淀量的测定。操作C为过滤、洗涤，得到的c g物质为AgCl。根据关系式：Al2O3～(6－n)AgCl，有102∶(861－143.5n)＝b∶c，解得n＝ eq \f(861b－102c,143.5b) 。
答案：(1)H2 (2)促进AlCl3水解，使晶体析出 (3)HCl
(4)bd (5)①bc ②硝酸 过滤、洗涤 eq \f(861b－102c,143.5b)
物质
主要性质
反应的化学或离子方程式
镁
与O2、N2反应
eq \(□,\s\up1(1)) 、
3Mg＋N2 eq \(=====,\s\up7(点燃)) Mg3N2
与CO2反应
eq \(□,\s\up1(2))
与非氧化性强酸反应
eq \(□,\s\up1(3))
与沸水反应
Mg＋2H2O eq \(=====,\s\up7(△)) Mg(OH)2＋H2↑
氧化镁
具有碱性氧化物的通性
MgO＋2H＋===Mg2＋＋H2O
氢氧化镁
中强碱，能与酸反应
Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O
难溶于水，能通过复分解反应生成
Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
溶解度小于碳酸镁
MgCO3＋H2O eq \(=====,\s\up7(△)) Mg(OH)2＋CO2↑
镁单质
制造信号弹和焰火
镁合金
制造火箭、导弹和飞机的部件
氧化镁
熔点高，可用作耐高温材料
工艺流程
基本步骤及主要反应
制石灰乳：CaCO3 eq \(=====,\s\up7(高温)) CaO＋CO2↑、 eq \(□,\s\up1(4)) ________________________________________________________________________(填化学方程式，下同)
沉淀： eq \(□,\s\up1(5)) ________________________________________________________________________
酸化： eq \(□,\s\up1(6)) ________________________________________________________________________
蒸发、结晶，析出MgCl2·6H2O
脱水：MgCl2·6H2O eq \(=====,\s\up7(△)) MgCl2＋6H2O，在氯化氢气流中使MgCl2·6H2O脱水制得无水氯化镁，氯化氢的作用是抑制Mg2＋的水解
电解：电解熔融氯化镁制得镁，化学方程式为 eq \(□,\s\up1(7))
颜色
状态
密度
质地
延展性、导电性、导热性
eq \(□,\s\up1(1)) _________色
固体
较小
柔软
良好
制备
电解熔融Al2O3： eq \(□,\s\up1(7)) ______________________ ______________________
用途
纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等
名称
氧化铝(Al2O3)
氢氧化铝[Al(OH)3]
物理性质
白色固体，熔点很高
白色胶状物质，难溶于水
化学性质
与酸反应
Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O
eq \(□,\s\up1(8)) ________________________________________________________________________
(填离子方程式)
与碱
反应
Al2O3＋2OH－＋3H2O===
2[Al(OH)4]－
Al(OH)3＋OH－===
[Al(OH)4]－
加热
—
2Al(OH)3 eq \(=====,\s\up7(△)) Al2O3＋3H2O
主要用途
①用作耐火材料；
②冶炼铝的原料
①制药；
②Al(OH)3胶体用于净水
金属离子
Fe3＋
Al3＋
Mg2＋
Ca2＋
开始沉淀的pH
2.2
3.5
9.5
12.4
沉淀完全(c＝1.0×10－5 ml·L－1)的pH
3.2
4.7
11.1
13.8
物质
0 ℃
80 ℃
AlCl3
31.03 g
33.23 g
CaCl2
37.3 g
59.5 g