2021高三全国统考化学（经典版）一轮学案：第3章第2节镁、铝及其重要化合物


第2节　镁、铝及其重要化合物
[考试说明]　1.掌握铝及其重要化合物的主要性质及其应用。2.掌握镁及其重要化合物的主要性质及其应用。3.了解铝、镁及其重要化合物的制备方法。
[命题规律]　有关Al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。高考中常结合离子方程式的书写及正误判断、离子共存问题以选择题型考查Al及其化合物的转化；以化工流程图中铝土矿的开发为载体，以填空题型考查镁、铝及其化合物的性质、制备等。
考点1　镁及其化合物
知识梳理
1.镁的物理性质
银白色固体，密度较小、质软、有延展性，是电和热的良导体。

2．镁及其重要化合物的化学性质

物质
主要性质
反应方程式
镁
与非金属
单质反应
2Mg＋O22MgO
(发出耀眼白光)
3Mg＋N2Mg3N2
与CO2
反应
2Mg＋CO22MgO＋C
(燃烧，生成白色粉末和黑色固体)

续表

物质
主要性质
反应方程式
镁
与非氧化性
强酸反应
Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
与沸水
反应
Mg＋2H2OMg(OH)2↓＋H2↑

氧化镁
碱性氧化物
MgO＋2H＋===Mg2＋＋H2O
氢氧化镁
中强碱
Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O
难溶于水
Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
溶解度小
于碳酸镁
MgCO3＋H2OMg(OH)2＋CO2↑

3．镁的工业制备
电解熔融MgCl2：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。

(1)Mg在空气中燃烧得到的固体物质主要为MgO和少量Mg3N2的混合物。
(2)Mg着火后，不可用CO2灭火。
(3)由于Mg(OH)2的溶解度比MgCO3的小，故水垢的主要成分中含有的是Mg(OH)2，而非MgCO3。

1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)镁条燃烧引起的火灾可用干冰灭火器扑灭。(×)
错因：Mg与CO2发生反应。
(2)镁制容器可以贮存、运输浓硫酸。(×)
错因：Mg＋2H2SO4(浓)===MgSO4＋SO2↑＋2H2O
(3)镁在空气中燃烧的产物全为MgO。(×)
错因：除MgO外还有少量的Mg3N2。
(4)工业上电解熔融的MgO制镁。(×)
错因：MgO熔点高、电解时耗能大，故用电解熔融MgCl2制金属镁。
2．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．2.4 g Mg与H2SO4完全反应，转移的电子数为0.1NA
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
答案　B
　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组训练
1.镁粉在焰火、闪光粉、鞭炮中是不可缺少的原料，工业制造镁蒸气在某气体中冷却。下列可作为冷却气体的是(　　)
①空气　②CO2　③Ar　④H2　⑤N2
A．①和② B．②和④
C．③和④ D．④和⑤
答案　C
2．从海水中提取镁的工艺流程如图所示：

下列说法错误的是(　　)
A．用此法提取镁的优点之一是原料来源丰富
B．步骤⑥电解MgCl2时阴极产生氯气
C．步骤⑤可将晶体置于HCl气体氛围中脱水
D．上述工艺流程中涉及化合、分解和复分解反应
答案　B
解析　海水中含有大量的镁元素，A正确；电解MgCl2时，阳极产生Cl2，B错误；加热脱水过程中Mg2＋水解生成Mg(OH)2，为防止Mg2＋水解，应在HCl气体氛围中脱水，C正确；①、③、⑤⑥⑦分别为化合反应、复分解反应、分解反应，D正确。

从海水中提取镁的工艺流程

考点2　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三周期第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存在。
2．铝的物理性质及用途

物理性质
状态
色泽
密度
熔点
沸点
硬度
导电、
导热性
延展
性
固态
银
白色
2.7
g·cm－3
660.4
℃
2467
℃
较软
很好
良好
用途
纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等

3．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：

②铝与氯气加热反应：2Al＋3Cl22AlCl3

④铝与氢氧化钠溶液反应：2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
4．铝热反应
(1)原理
铝将金属氧化物中化合态的金属还原为金属单质，如
Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3、Cr2O3＋2Al2Cr＋Al2O3等。
(2)实验装置

(3)反应现象及结论
混合物剧烈反应，放出大量的热，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中；待熔融物冷却后，除去外层熔渣，可以发现落下的是铁珠。
(4)应用
①野外焊接钢轨。
②冶炼高熔点金属。
5．铝的工业制备
电解熔融Al2O3：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。

(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”(即表面形成一层氧化物保护膜，阻止Al与浓H2SO4、浓硝酸进一步反应)，而不是铝与浓H2SO4、浓HNO3不反应，是常温下Al2O3与浓H2SO4、浓HNO3不反应。
(2)2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑。其反应机理应为：铝先与强碱溶液中的水反应生成H2和Al(OH)3，然后 Al(OH)3 再与NaOH反应生成H2O和NaAlO2，反应中铝作还原剂，水作氧化剂，NaOH无电子得失。
(3)铝热反应是在高温状态下进行的置换反应，铝只能与金属活动性顺序表中排在其后的金属形成的氧化物反应。铝不能与MgO反应，铝热反应不适用于冶炼大量的金属铁、铜等(要考虑冶炼成本)。

1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)铝制餐具不能长时间存放酸性食物但可以长时间存放碱性或咸的食物。(×)
错因：碱性或咸的食物都能破坏铝表面的氧化膜，故也不能久放。
(2)用坩埚钳夹住一小块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。(×)
错因：加热时，表面形成高熔点的氧化铝，包裹在Al的外面，Al虽熔化但不滴落。
(3)MgO与Al粉的混合物称为铝热剂。(×)
错因：形成氧化物的金属活泼性要比铝弱，才能发生铝热反应。
(4)能用铝槽车储运浓H2SO4与浓HNO3，是因为铝的化学性质稳定，不与浓H2SO4、浓HNO3反应。(×)
错因：常温下，铝遇浓H2SO4、浓HNO3在表面生成一层致密的氧化膜而钝化，并不是不反应。
(5)铝与盐酸反应时，盐酸作氧化剂，铝与氢氧化钠溶液反应时，氢氧化钠作氧化剂。(×)
错因：Al与NaOH溶液的反应，水作氧化剂。
(6)等质量的Al分别与足量HCl、NaOH溶液反应，与NaOH溶液生成的H2多。(×)
错因：生成的H2一样多。
2．将一块铝箔用砂纸打磨表面后，在酒精灯上加热熔化，下列说法正确的是(　　)
A．铝箔燃烧 B．熔化的是Al2O3
C．熔化物滴落 D．熔化物不滴落
答案　D
　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组训练
题组一 铝的化学性质
1．常温下可用铝质容器储运的试剂是(　　)
A．浓硝酸 B．食醋
C．石灰水 D．稀盐酸
答案　A
2．将等物质的量的镁和铝混合，取等质量该混合物四份，分别加到足量的下列溶液中，充分反应后，放出氢气最多的是(　　)
A．3 mol·L－1盐酸
B．4 mol·L－1 HNO3溶液
C．8 mol·L－1 NaOH溶液
D．18 mol·L－1 H2SO4溶液
答案　A
题组二 铝与酸、碱溶液反应的定量计算
3．相同质量的镁和铝分别与足量的盐酸反应，生成的氢气在相同条件下的体积比是(　　)
A．1∶1 B．1∶2
C．2∶3 D．3∶4
答案　D
解析　镁和铝分别与盐酸反应，有关系式：Mg～H2，Al～H2，设镁、铝的质量均为m g，则Mg产生的H2为 mol，Al产生的H2为 mol×＝ mol，相同条件下气体体积之比等于物质的量之比，所以两者生成的气体的体积比为∶＝3∶4，D正确。
4．甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol/L盐酸和氢氧化钠溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后测得甲、乙两烧杯中产生的气体体积之比为1∶2，则加入铝粉的质量为(　　)
A．5.4 g B．3.6 g
C．2.7 g D．1.6 g
答案　A
解析　根据铝粉与盐酸、氢氧化钠溶液反应的化学方程式：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，可知若在含等物质的量的HCl和NaOH溶液中分别加入足量的铝粉，产生的H2的体积之比为1∶3。而题中产生的H2的体积之比为1∶2，说明铝粉的量相对盐酸是过量的，而相对NaOH是不足的，0.3 mol HCl完全反应，生成0.15 mol H2所以NaOH反应中生成H2为0.3 mol，则与盐酸反应的铝粉是2.7 g，与NaOH溶液反应的铝粉应为5.4 g。

铝与酸、碱反应的定量关系
铝分别与盐酸、NaOH溶液反应的化学方程式如下：
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。
(1)等量的铝与足量盐酸和足量氢氧化钠溶液反应，产生H2的体积比为＝。
(2)足量铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生H2的体积比为＝。
(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸和NaOH溶液反应，若产生H2的体积比为＜＜，则必定是：铝与盐酸反应时，铝过量而盐酸不足；铝与NaOH溶液反应时，铝不足而NaOH溶液过量。
考点3　铝的重要化合物
知识梳理
1.氧化铝
(1)物理性质和用途
白色固体，不溶于水，硬度大，具有很高的熔点。是一种比较好的耐火材料，也是冶炼铝的原料，天然刚玉的主要成分是Al2O3。
(2)化学性质(用离子方程式表示)

②电解：化学方程式为2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。
2．氢氧化铝
(1)物理性质：白色胶状不溶于水的固体，有较强的吸附性。
(2)化学性质
①两性氢氧化物：Al(OH)3的电离方程式为：

Al(OH)3既能溶于强酸又能溶于强碱，且都生成盐和水。
与强酸反应：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O，
与强碱溶液反应：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。
②受热分解：2Al(OH)3Al2O3＋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↓＋3NH。
②NaAlO2溶液中通入足量CO2，离子方程式为
AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO。
③NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合：离子方程式为
3AlO＋Al3＋＋6H2O===4Al(OH)3↓。
3．常见的铝盐及其应用
(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，电离方程式为KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO。明矾可用于净水，其原因是Al3＋水解产生Al(OH)3 胶体，Al(OH)3胶体可以和悬浮于水中的泥沙形成絮状不溶物而沉降下来，使水澄清。
4．与Al(OH)3沉淀生成有关的图像分析
(1)把强碱溶液逐滴加入到铝盐(Al3＋)溶液中至过量

①现象：先有白色沉淀产生，然后沉淀逐渐溶解。
②有关反应的离子方程式：
A→B：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，
B→D：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。
(2)把铝盐(Al3＋)溶液逐滴加入到强碱溶液中至过量

①现象：先无明显现象，然后逐渐产生大量的白色沉淀。
②有关反应的离子方程式：
A→B：Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O，
B→C：Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓。
(3)在AlO溶液中逐滴加入强酸至过量

①现象：先生成白色沉淀，然后沉淀逐渐溶解。
②有关反应的离子方程式：
A→B：AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓，
B→C：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。
(4)在强酸溶液中逐滴加入AlO溶液至过量

①现象：先无明显现象，反应一段时间后逐渐产生白色沉淀。
②有关反应的离子方程式：
A→B：4H＋＋AlO===Al3＋＋2H2O，
B→C：Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓。

(1)既能与强酸反应，又能与强碱反应的物质有多元弱酸的酸式盐(如：NaHCO3、KHS、NaHSO3等)；弱酸弱碱盐[如：(NH4)2CO3、CH3COONH4、(NH4)2SO3等]；两性化合物[如：Al2O3、Al(OH)3、氨基酸等]；金属Al。
(2)分析铝系图像时要注意：①加入酸或碱的强弱。因为强酸、强碱会使Al(OH)3溶解，而弱酸、弱碱不能使Al(OH)3溶解。
②领悟2个数量关系。
a．沉淀Al3＋所需n(OH－)与Al(OH)3溶解所需n(OH－)的比为3∶1。
b．Al(OH)3溶解所需n(OH－)＝n[Al(OH)3]。


1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)向AlCl3溶液中加过量的NaOH溶液制备Al(OH)3悬浊液。(×)
错因：Al(OH)3溶在过量的NaOH溶液中，生成偏铝酸钠。
(2)向NaAlO2溶液中加入过量盐酸制Al(OH)3的离子方程式：H＋＋AlO＋2H2O===Al(OH)3↓。(×)
错因：NaAlO2溶液中加入过量盐酸的离子方程式为AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O。
(3)制备AlCl3可采用将溶液直接蒸干的方法。(×)
错因：AlCl3溶液中存在水解：AlCl3＋3H2OAl(OH)3＋3HCl，故直接蒸干将得到Al(OH)3固体。
(4)工业电解熔融的AlCl3制铝。(×)
错因：AlCl3熔融状态不电离，故不能电解熔融的AlCl3制铝。工业上电解熔融的Al2O3来制铝。
(5)常用明矾对自来水进行杀菌消毒。(×)
错因：明矾化学式为：KAl(SO4)2·12H2O。Al3＋水解生成Al(OH)3胶体，吸附水中的悬浮物质起到净水的作用，而不能杀菌消毒。
2．下列说法不正确的是(　　)
A．日用铝制品表面覆盖着氧化膜，对内部金属起保护作用
B．明矾[KAl(SO4)2·12H2O]用于净水是因为它有氧化性
C．铝箔具有还原性，可作为脱氧剂用于药品包装材料
D．碳酸氢钠、氢氧化铝可用于治疗胃酸过多
答案　B
　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组训练
题组一 Al2O3和Al(OH)3的两性
1．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＋均反应生成氢氧化物沉淀，不符合除杂的要求。
2．A、B、C、D、E五种化合物均含有某种短周期常见元素，它们的转化关系如下图所示，其中A的溶液为澄清溶液，C为难熔的白色固体，E则易溶于水，取A的溶液灼烧，焰色反应为紫色(透过蓝色钴玻璃)。

(1)写出化学式：A ，B ，C ，
D ，E 。
(2)写出下列反应的离子方程式：
A→B： ；
A→D： 。
答案　(1)KAlO2　Al(OH)3　Al2O3　AlCl3　NaAlO2
(2)AlO＋2H2O＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO
AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O
解析　B为两性物质，由A→B知B为Al(OH)3，C为Al2O3，A溶液的焰色反应为紫色，则A为KAlO2。
题组二 Al(OH)3的制备
3．用含少量镁粉的铝粉制取纯净的氢氧化铝，下列操作步骤中最恰当的组合是(　　)
①加盐酸溶解　②加烧碱溶液溶解　③过滤　④通入过量CO2生成Al(OH)3沉淀　⑤加入盐酸生成Al(OH)3沉淀
⑥加入过量烧碱溶液
A．①⑥⑤③ B．②③④③
C．②③⑤③ D．①③⑤③
答案　B
题组三 Al3＋、AlO形成Al(OH)3图像的综合分析
4．下列曲线图(纵坐标为沉淀的量，横坐标为加入物质的量)与对应的选项相符合的是(　　)


A．向1 L浓度均为0.1 mol·L－1的Ba(OH)2、NaAlO2混合溶液中加入0.1 mol·L－1的稀H2SO4
B．向1 L浓度分别为0.1 mol·L－1和0.3 mol·L－1的AlCl3、NH4Cl的混合溶液中加入0.1 mol·L－1的稀NaOH溶液
C．向烧碱溶液中滴加明矾溶液
D．向AlCl3溶液中滴加过量氨水
答案　A
解析　Ba(OH)2和NaAlO2中加入H2SO4，发生的反应依次为Ba2＋＋2OH－＋2H＋＋SO===BaSO4↓＋2H2O、AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓、Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O，所以加1 L H2SO4时，Ba(OH)2反应完，再加0.5 L H2SO4时，AlO反应完全，再加1.5 L H2SO4时，Al(OH)3全部溶解，A正确。
5．将0.1 mol的镁、铝混合物溶于100 mL 2 mol/L H2SO4中，然后再滴加1 mol/L NaOH溶液。请回答：

(1)若在滴加NaOH溶液的过程中，沉淀质量m随加入NaOH溶液的体积V变化如下图所示。当V1＝160 mL时，则金属粉末中n(Mg)＝ mol，V2＝ mL。
(2)若在滴加NaOH溶液过程中，欲使Mg2＋、Al3＋刚好沉淀完全，则滴入NaOH溶液的体积V(NaOH)＝ mL。
答案　(1)0.06　440　(2)400
解析　(1)由图像可知：V1 mL的NaOH溶液是与过量H2SO4反应的，则与Mg、Al反应的H2SO4为：
0．2 mol－0.16 mol×＝0.12 mol。
假设n(Mg)＝x mol，n(Al)＝y mol
则有方程组：
解得：x＝0.06，y＝0.04。
当加入V2 mL NaOH溶液时，
得到Mg(OH)2沉淀和NaAlO2关系式为：
Mg2＋～2OH－，Al3＋～4OH－，
所以，V2＝160 mL＋×103 mL/L＝440 mL。
(2)当Mg2＋、Al3＋刚好沉淀完全时，溶液中只有Na2SO4，关系式为2NaOH～H2SO4，
所以，V(NaOH)＝＝400 mL。

Al元素的存在形态与OH－、H＋的关系



高考真题实战

1．(高考集萃)判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
(1)(2019·天津高考)铝中添加适量锂，制得低密度、高强度的铝合金，可用于航空工业。(　　)
(2)(2019·江苏高考)MgCl2(aq)石灰乳,Mg(OH)2(s)煅烧,MgO(s)。(　　)
(3)(2018·全国卷Ⅱ)氢氧化铝可用于中和过多胃酸。(　　)
(4)(2017·天津高考)蒸发Al与稀HCl反应后的溶液制备AlCl3。(　　)
(5)(2017·江苏高考)明矾的化学式：Al2(SO4)3。(　　)
(6)(2016·天津高考)用氢氧化钠溶液除去镁粉中的杂质铝：2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑。(　　)
(7)(2015·重庆高考)Al2O3和MgO均可与NaOH溶液反应。(　　)
答案　(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√　(7)×
2．(2015·安徽高考)某同学将光亮的镁条放入盛有NH4Cl溶液的试管中，有大量气泡产生。为探究该反应原理，该同学做了以下实验并观察到相关现象，由此得出的结论不合理的是(　　)

选项
实验及现象
结论
A
将湿润的红色石蕊试纸放在试管口，试纸变蓝
反应中有NH3产生
B
收集产生的气体并点燃，火焰呈淡蓝色
反应中有H2产生
C
收集气体的同时测得溶液的pH为8.6
弱碱性溶液中Mg也可被氧化
D
将光亮的镁条放入pH为8.6的NaHCO3溶液中，有气泡产生
弱碱性溶液中OH－氧化了Mg

答案　D
解析　解答本题时，首先要通过实验及现象对此反应作出准确的分析：氯化铵溶液与镁条反应生成氯化镁、氨气和氢气，A、B合理；因NH3·H2O电离而使溶液显弱碱性，在弱碱性溶液中镁也可被氧化，C合理；将镁条放入pH为8.6的NaHCO3溶液中，有气泡产生，根据C实验知，应是镁与溶液中的H＋作用产生了氢气，D不合理。
3．(2015·江苏高考)在CO2中，Mg燃烧生成MgO和C。下列说法正确的是(　　)
A．元素C的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体
B．Mg、MgO中镁元素微粒的半径：r(Mg2＋)>r(Mg)
C．在该反应条件下，Mg的还原性强于C的还原性
D．该反应中化学能全部转化为热能
答案　C
解析　C还存在C60等其他同素异形体，A错误；Mg的电子层数比Mg2＋多，所以半径：r(Mg)>r(Mg2＋)，B错误；反应方程式为2Mg＋CO22MgO＋C，还原剂为Mg，还原产物为C，根据还原剂的还原性强于还原产物的还原性知，Mg的还原性强于C的还原性，C正确；燃烧过程中化学能除转化为热能外，还转化为光能等其他能量，D错误。
4．(2016·浙江高考节选)化合物Mg5Al3(OH)19(H2O)4可作环保型阻燃材料，受热时按如下化学方程式分解：
2Mg5Al3(OH)19(H2O)427H2O↑＋10MgO＋3Al2O3
(1)写出该化合物作阻燃剂的两条依据：
。
(2)用离子方程式表示除去固体产物中Al2O3的原理： 。
(3)已知MgO可溶于NH4Cl的水溶液，用化学方程式表示其原理：
。
答案　(1)反应吸热降低温度，固体氧化物隔绝空气，水蒸气稀释空气
(2)Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O
(3)MgO＋2NH4Cl＋H2O===MgCl2＋2NH3·H2O(或NH4Cl＋H2ONH3·H2O＋HCl，MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O)