(通用版)高考化学一轮复习课时分层提升练七3.2镁铝及其重要化合物(含解析)

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　镁、铝及其重要化合物

一、选择题
1.镁、铝性质相似,下表中对两者的对比不正确的是 (　　)
选项
反应
铝
镁
A
与非金属反应
能被Cl2、O2氧化
能与N2、O2反应
B
与水反应
能与沸水反应
反应很困难
C
与碱反应
能溶于强碱溶液
不反应
D
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
【解析】选B。镁铝均可与部分非金属反应,A项正确;镁的金属性强于铝,铝与水反应很困难,镁能与沸水反应,B错误;铝可与强碱溶液反应生成氢气,镁不反应,C正确;铝可与部分金属氧化物发生铝热反应,镁可与CO2反应,D正确。
2.(2019·衡水模拟)在铝制易拉罐中收集满CO2,加入过量的NaOH溶液,立即封口并振荡,可以发现易拉罐先咔咔作响,变瘪,然后再次鼓起来,其过程中没有涉及的化学反应是 (　　)
A.Al(OH)3分解　　　　B.CO2+OH-
C.Al+OH-+H2O D.Al2O3+OH-
【解析】选A。NaOH溶液先与CO2反应,气压减小,易拉罐变瘪;再与铝表面的Al2O3反应,最后与Al反应,生成H2,易拉罐变鼓。
3.(2019·厦门模拟)向Fe和Al2O3的混合物中加入足量稀硫酸将其溶解,室温下向所得溶液中加入指定物质,反应后的溶液中主要存在的一组离子正确的是
(　　)
A.通入过量Cl2:Cl-、S、Fe2+、Al3+
B.加入过量NaOH溶液:S、Na+、Al、OH-
C.加入过量氨水:N、S、Na+、Al
D.加入过量NaNO3溶液:N、S、Fe2+、Al3+
【解析】选B。A、Fe2+被氯气氧化成Fe3+,不能大量存在,故错误;B、Fe和硫酸反应:Fe+2H+Fe2++H2↑,Al2O3和硫酸反应:Al2O3+6H+2Al3++3H2O,加入NaOH后,发生Fe2++2OH-Fe(OH)2↓、Al3++4OH-Al+2H2O,故正确;C、加入氨水:Fe2++ 2NH3·H2OFe(OH)2↓+2N、Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3N,氢氧化铝不溶于弱碱,此溶液中不含Al,故错误;D、N在酸性条件下具有强氧化性,能把Fe2+氧化成Fe3+,故错误。
4.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溶液的体积如图所示。原溶液中Cl-与S的物质的量之比为 (　　)

A.1∶3　　　B.2∶3　　　C.6∶1　　　D.3∶1
【解析】选C。OA上升的直线表示Al(OH)3和Mg(OH)2一起沉淀,AB下降的直线表示Al(OH)3沉淀溶解,B点表示Al(OH)3完全溶解。AB段完全溶解Al(OH)3消耗NaOH溶液0.1 L,则Al3+生成Al(OH)3消耗NaOH溶液0.3 L,沉淀Mg2+消耗NaOH溶液0.1 L,因而n(AlCl3)∶n(MgSO4)=2∶1,所以,n(Cl-)∶n(S)=6∶1。
二、非选择题
5.(2019·抚州模拟)将0.1 mol Mg、Al混合物溶于100 mL 3 mol·L-1HCl中,再滴加1 mol·L-1NaOH溶液,在滴加NaOH溶液的过程中,沉淀的质量m随NaOH溶液体积V变化如图所示。

(1)写出A→B段反应的离子方程式___________________________。 
(2)A点沉淀的总物质的量n=________mol 
(3)欲使Mg2+、Al3+刚好沉淀完全,则加入NaOH溶液的体积为多少________mol 
(4)若V1=60 mL,则混合物中Mg的物质的量为多少________mol,V3=________mL 
【解析】(1)A→B段是氢氧化铝和氢氧化钠溶液发生的反应,离子方程式为Al(OH)3+OH-Al+2H2O。(2)A点时沉淀量最大,说明镁、铝全部生成沉淀Mg(OH)2、Al(OH)3,根据原子守恒知A点沉淀的总物质的量等于镁铝的物质的量,为0.1 mol。(3)欲使Mg2+、Al3+刚好沉淀完全时,溶液中的溶质是氯化钠,则盐酸的物质的量等于氢氧化钠的物质的量=3 mol·L-1×0.1 L=0.3 mol,氢氧化钠的体积==300 mL。
(4)若V1=60 mL,说明盐酸有剩余,剩余盐酸的物质的量=1 mol·L-1×0.06 L=
0.06 mol,则和金属反应的盐酸的物质的量=3 mol·L-1×0.1 L-0.06 mol=0.24 mol,设镁的物质的量是x,铝的物质的量是y,x+y=0.1、2x+3y=0.24;解得:x=0.06,y=0.04;所以镁的物质的量是0.06 mol,B点时溶液中的溶质是偏铝酸钠和氯化钠,根据原子守恒知,n(NaOH)=n(Al)+n(HCl)=0.04 mol+0.3 mol=
0.34 mol,所以氢氧化钠的体积==340 mL。
答案:(1)Al(OH)3+OH-Al+2H2O
(2)0.1 　(3)300　(4)0.06　340
【方法规律】当溶液中有多种离子时,要考虑离子之间的反应顺序,如向含有H+、N、Mg2+、Al3+的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,NaOH先与H+反应,再与Al3+、Mg2+反应生成沉淀后与N反应,最后才溶解Al(OH)3沉淀。
6.铝是地壳中含量最高的金属元素,铝及其化合物在生产生活中的应用日趋广泛。
(1)铝的原子结构示意图是________。 
(2)三氧化二铝是一种两性氧化物,写出其与NaOH溶液反应的化学方程式________________________。 
(3)工业上常用铝土矿(含SiO2等杂质)生产铝。从Na2SiO3和NaAlO2混合溶液中制得Al(OH)3,需要从下列试剂中选择两种,最好选用的试剂组合是______。 
a.NaOH溶液　　b.氨水　　c.CO2　　d.盐酸
(4)如图表示将足量的CO2不断通入NaOH、Ba(OH)2、NaAlO2的混合溶液中,生成沉淀与通入CO2的量的关系,最先与CO2发生反应的物质是________,ab段发生反应的离子方程式为____________________。 

(5)某Mg-Al合金是一种潜在的贮氢材料。73.2 g该合金恰好溶解于1.4 L
5.0 mol·L-1盐酸中,则合金中Mg和Al的物质的量之比为________。 
【解析】(1)Al的原子序数为13,原子核外有3个电子层,最外层电子数为3,则原子结构示意图为。
(2)氧化铝和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水,反应的化学方程式为Al2O3+ 2NaOH2NaAlO2+H2O。
(3)利用过量盐酸与Na2SiO3和NaAlO2混合溶液反应生成硅酸沉淀和氯化铝溶液,过滤后再向滤液中加入过量的氨水生成氢氧化铝沉淀,选择试剂为盐酸和氨水。
(4)通入CO2,依次发生:
CO2+Ba(OH)2BaCO3↓+H2O、
CO2+2NaOHNa2CO3+H2O、
CO2+3H2O+2NaAlO22Al(OH)3↓+Na2CO3、
CO2+H2O+Na2CO32NaHCO3,
BaCO3+CO2+H2OBa(HCO3)2,
由以上反应可知,最先与CO2发生反应的物质是Ba(OH)2,ab段发生反应的离子方程式为CO2+3H2O+2Al2Al(OH)3↓+C。
(5)设Mg、Al的物质的量分别为x、y,则由Mg～2HCl、Al～3HCl可知,
解得x=1.7 mol,y=1.2 mol,则合金中Mg和Al的物质的量之比为1.7 mol∶1.2 mol=17∶12。
答案:(1)
(2)Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2O　(3)bd
(4)Ba(OH)2　CO2+3H2O+2Al2Al(OH)3↓+C
(5)17∶12
7.(2016·海南高考)KAl(SO4)2·12H2O(明矾)是一种复盐,在造纸等方面应用广泛。实验室中,采用废易拉罐(主要成分为Al,含有少量的Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如图所示。回答下列问题:

(1)为尽量少引入杂质,试剂①应选用________(填标号)。 
a.HCl溶液 b.H2SO4溶液
c.氨水 d.NaOH溶液
(2)易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为________________________ ________________________________。 
(3)沉淀B的化学式为________________________;将少量明矾溶于水,溶液呈弱酸性,其原因是________________________。 
(4)已知:Kw=1.0×10-14,Al(OH)3Al+H++H2O　K=2.0×10-13。Al(OH)3溶于NaOH溶液反应的平衡常数等于________。 
【解析】(1)试剂①的作用是除去废易拉罐中Fe、Mg杂质,选择NaOH溶液,溶解Al,过滤出Fe、Mg。(2)易拉罐溶解过程,发生Al与NaOH溶液的反应。(3)滤液A主要为NaAlO2溶液,加入NH4HCO3,得到的沉淀为Al(OH)3。明矾溶于水,溶液呈弱酸性,是由于Al3+发生水解。(4)Al(OH)3Al+H++H2O的K=c(Al)·c(H+) =2.0×10-13。Al(OH)3溶于NaOH溶液的反应为:Al(OH)3+OH-Al+2H2O,平衡常数K====20。
答案:(1)d
(2)2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑
(3)Al(OH)3　Al3+水解,使溶液中H+浓度增大
(4)20

一、选择题
1.通过观察化学实验现象,分析归纳出正确的结论,是学习化学科学最基本的技能之一。下列由实验现象得出正确结论的是 (　　)
选项
实验现象
结论
A
把相同大小的一块铝和镁分别投入相同浓度的NaOH溶液中:铝溶解有气泡放出,而镁没有任何变化
由此得出:铝的金属性比镁强
B
取一块铝箔,用酒精灯点燃:铝箔只熔化成液体而没有脱落
由此得出:铝不易燃烧
C
向氯化铵溶液中投入一铝片:铝片上产生大量气泡
由此得出:该气体是氨气
D
向氯化铝溶液中逐滴滴加NaOH溶液至过量:先产生白色沉淀,后沉淀逐渐溶解,最后沉淀完全消失
由此得出:氢氧化铝能溶于强碱溶液
【解析】选D。A项,比较金属性的强弱是用金属单质与水或酸反应产生H2的快慢程度,错误;B项,由于生成了熔点很高的氧化铝,起到隔绝空气的作用,错误;C项,产生的气体应为H2和NH3的混合气体,错误。
2.(2019·佛山模拟)下列各组物质中,存在X→Y或Y→Z不能通过一步反应完成转化的一组是 (　　)
选项
X
Y
Z
A
Al
NaAlO2(aq)
Al(OH)3
B
MgO
MgCl2(aq)
Mg
C
H2O(g)
Fe3O4
Fe
D
NaOH(aq)
Na2CO3(aq)
NaHCO3(aq)
【解析】选B。A.2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑,NaAlO2+HCl+H2OAl(OH)3↓+NaCl;B.MgO+2HClMgCl2+H2O,MgCl2(aq)→Mg不能通过一步反应完成转化;C.3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2,Fe3O4+4H23Fe+4H2O;D.2NaOH+CO2Na2CO3+H2O,Na2CO3+H2O+CO22NaHCO3。
3.(2019·株洲模拟)如图中横坐标为加入反应物的物质的量,纵坐标为产生沉淀或气体的物质的量。下列反应对应的曲线错误的是 (　　)

A.向NaAlO2溶液中滴入HCl至过量
B.向澄清石灰水中通入CO2至过量
C.向Na2CO3溶液中滴入盐酸至过量
D.向含有等物质的量的KOH、Ba(OH)2的混合溶液中通入CO2至沉淀消失
【解析】选D。发生反应:Al+H++H2OAl(OH)3↓、Al(OH)3+3H+Al3++3H2O,产生沉淀、溶解沉淀消耗盐酸的物质的量之比为1∶3,A项正确;发生反应:Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+H2O、CaCO3+H2O+CO2Ca(HCO3)2,产生沉淀、溶解沉淀消耗CO2的物质的量之比为1∶1,B项正确;发生反应:C+H+HC、HC+ H+H2O+CO2↑,产生CO2前后消耗盐酸的物质的量之比为1∶1,C项正确;发生反应Ba(OH)2+CO2BaCO3↓+H2O、KOH+CO2KHCO3、BaCO3+CO2+H2OBa(HCO3)2,三个阶段消耗CO2的物质的量相等,D项错误。
4.在200 mL含Mg2+、Al3+、N、H+、Cl-的溶液中,逐滴加入5 mol·L-1NaOH溶液,所加NaOH溶液的体积(mL)与产生沉淀的物质的量(mol)的关系如图所示。下列叙述不正确的是 (　　)

A.x-y=0.01 mol
B.原溶液中c(Cl-)=0.75 mol·L-1
C.原溶液的pH=1
D.原溶液中n(Mg2+)∶n(Al3+)=5∶1
【解析】选B。分析图示可知x-y的值即为氢氧化铝的物质的量,溶解氢氧化铝消耗氢氧化钠溶液的体积为35 mL-33 mL=2 mL,x-y=5 mol·L-1×2×10-3 L=
0.01 mol,A项正确;加入33 mL氢氧化钠溶液时溶液中溶质为NaCl,原溶液中n(Cl-)=5 mol·L-1×33×10-3 L=0.165 mol,c(Cl-)=0.825 mol·L-1,B项错误;由图知0～4 mL时发生反应H++OH-H2O,则H+的物质的量为4×0.001 L×5 mol·L-1
=0.02 mol,H+的物质的量浓度为=0.1 mol·L-1,则pH=1,C项正确;由4 mL～30 mL Mg2+、Al3+结合OH-生成沉淀的反应知,n(OH-)=5 mol·L-1×26×10-3 L=
0.13 mol,则根据Al3++3OH-Al(OH)3↓,与0.01 mol Al3+反应的OH-的物质的量为0.03 mol,与Mg2+反应的OH-的物质的量为0.1 mol,由Mg2++2OH-Mg(OH)2↓知,n(Mg2+)=0.05 mol,则原溶液中n(Mg2+)∶n(Al3+)=0.05∶0.01=5∶1,D项正确。
【加固训练】
某溶液中可能含有H+、N、Mg2+、Al3+、Fe3+、C、S、N中的几种。
①若加入锌粒,产生无色无味的气体;②若加入NaOH溶液,产生白色沉淀,且产生的沉淀量与加入NaOH的物质的量之间的关系如图所示。则下列说法正确的是
(　　)

A.溶液中的阳离子只有H+、Mg2+、Al3+
B.溶液中n(N)=0.2 mol
C.溶液中一定不含C,可能含有S和N
D.n(H+)∶n(Al3+)∶n(Mg2+)=1∶1∶1
【解析】选B。由①知溶液中一定含有H+,一定没有C、N,由②及图象知溶液中一定含有Mg2+、Al3+和N,且n(N)=0.7 mol-0.5 mol=0.2 mol,n(H+) =0.1 mol,n(Al3+)=0.8 mol-0.7 mol=0.1 mol,沉淀Al3+、Mg2+共消耗0.4 mol OH-,其中沉淀Al3+消耗0.3 mol OH-,沉淀Mg2+消耗0.1 mol OH-,根据Mg2+～2OH-,可得n(Mg2+)=0.05 mol,故只有选项B正确。
二、非选择题
5.(新题预测)用铝土矿(含30% SiO2、40.8% Al2O3和少量Fe2O3等)制取铝硅合金材料有湿法、干法等方法,其中干法制备的工艺流程如下:

(1)若湿法处理铝土矿,用强酸浸取时,所得溶液中阳离子有_____________ _____________。 
(2)焙烧除铁的反应为4(NH4)2SO4+Fe2O32NH4Fe(SO4)2+3H2O+6NH3↑(Al2O3部分发生类似反应)。氧化物转化为硫酸盐的转化率与温度的关系如图,最适宜的焙烧温度为________。 

(3)操作①包括加水溶解、________。 
(4)用焦炭还原SiO2、Al2O3会产生中间体SiC、Al4C3。写出高温下Al4C3与Al2O3反应生成铝单质的化学方程式:__________________________________。 
(5)铝硅合金材料中若含铁,会影响其抗腐蚀性,原因是__________________。 
(6)不计损失,投入1 t铝土矿,当加入54 kg纯铝后,铝硅合金中m∶n= ________。 
【解析】铝土矿加(NH4)2SO4焙烧,Fe2O3转化为NH4Fe(SO4)2,同时生成氨气,加水溶解、过滤,滤渣为SiO2和Al2O3,用焦炭在高温条件下还原SiO2、Al2O3得到铝硅熔体,再加纯铝搅拌,得到铝硅合金。
(1)铝土矿中的氧化铝和氧化铁能溶于强酸生成Al3+、Fe3+,另外还有剩余的H+,所以溶液中的阳离子有Al3+、Fe3+、H+。
(2)焙烧除铁时尽可能使氧化铁的转化率升高,并使氧化铝的转化率降低,由图可知在300 ℃时,氧化铁转化为硫酸盐的转化率很高,而氧化铝转化为硫酸盐的转化率最低,所以最适宜的焙烧温度为300 ℃。
(3)由流程分析可知,操作①包括加水溶解、过滤。
(4)在高温条件下,Al4C3与Al2O3反应生成Al和CO,其反应的化学方程式为Al4C3+ Al2O36Al+3CO↑。
(5)Al、Fe形成原电池,Al的活泼性比Fe强,作负极,被腐蚀,所以铝硅合金材料中若含铁,容易发生电化学腐蚀。
(6)已知铝土矿中含30% SiO2、40.8% Al2O3,不考虑损失,投入1 t铝土矿,加入54 kg纯铝,则得到的铝硅合金中铝元素的总质量为1000 kg×40.8%×+
54 kg=270 kg,硅元素的总质量为1000 kg×30%×=140 kg,则铝硅合金中
m∶n=∶=2∶1。
答案:(1)Al3+、Fe3+、H+　(2)300 ℃　(3)过滤
(4)Al4C3+Al2O36Al+3CO↑
(5)铁与铝形成原电池,加快了铝的腐蚀　(6)2∶1
6.(2019·邵阳模拟)无水AlCl3易升华,可用作有机合成的催化剂等。工业上以铝土矿(Al2O3、Fe2O3)为原料制备无水AlCl3的工艺流程如下。

(1)氯化炉中Al2O3、Cl2和C反应的化学方程式为____________________ ______________。  
(2)用Na2SO3溶液可除去冷却器排出的尾气中的Cl2,此反应的离子方程式为________________。  
(3)升华器中主要含有AlCl3和FeCl3,需加入少量Al,其作用是___________ _________。  
(4)为测定制得的无水AlCl3产品(含杂质FeCl3)的纯度,称取16.25 g无水AlCl3样品,溶于过量的NaOH溶液中,过滤出沉淀物,沉淀物经洗涤、灼烧、冷却、称重,得其质量为0.32 g。
①写出上述除杂过程中涉及反应的离子方程式:______________________ ________、____________________________________________。  
②AlCl3产品的纯度为______________。  
(5)工业上另一种以铝灰为原料制备无水AlCl3的工艺中,最后一步是由AlCl3·6H2O脱水制备无水AlCl3,实现这一步的方法是________________ ______。  
【解析】(1)由经冷却器出来的气体有CO和Cl2可知,CO是氯化炉中的生成物,且Cl2是过量的,故氯化炉中发生反应的化学方程式为Al2O3+3Cl2+3C2AlCl3+ 3CO。
(2)亚硫酸钠是还原剂,氯气是氧化剂,则离子方程式为S+Cl2+H2OS +2Cl-+2H+。
(4)①除杂过程中涉及反应的离子方程式为Fe3++3OH-Fe(OH)3↓、Al3++4OH-Al+2H2O。②沉淀物经洗涤、灼烧、冷却、称重,得到的0.32 g固体物质是氧化铁,其物质的量为0.002 mol,则氯化铁的物质的量为0.004 mol,其质量为0.65 g,得出AlCl3的质量为16.25 g-0.65 g=15.6 g,AlCl3的纯度为×100%=96%。
(5)由于氯化铝易水解,水解后生成的氯化氢气体挥发后,使水解平衡正向移动,生成大量的氢氧化铝,故为了抑制其水解,必须在氯化氢气流中加热脱去结晶水。
答案:(1)Al2O3+3Cl2+3C2AlCl3+3CO
(2)S+Cl2+H2OS+2Cl-+2H+
(3)除去FeCl3
(4)①Fe3++3OH-Fe(OH)3↓
Al3++4OH-Al+2H2O　②96%
(5)在HCl气流中加热脱去结晶水