所属成套资源：2020年高考化学一轮总复习学案（）
2020年高考化学一轮总复习文档：第三章第10讲镁、铝及其重要化合物 学案
展开
第10讲 镁、铝及其重要化合物一、镁及其重要化合物的主要性质和应用1．镁的性质(1)物理性质：具有银白色金属光泽的固体，密度、硬度均较小，熔点较低，有良好的导电性、导热性和延展性。(2)化学性质①与非金属反应②与CO2反应：2Mg＋CO22MgO＋C③与H2O反应：Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑④与H＋反应：Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑2．从海水中提取镁的流程(1)流程(2)主要化学反应①制石灰乳CaCO3CaO＋CO2↑、CaO＋H2O===Ca(OH)2；②沉淀Mg2＋：Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋Ca2＋；③制备MgCl2：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O；④电解MgCl2：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。3．用途生产合金，冶金工业上用作还原剂和脱氧剂。4．镁的重要化合物二、铝的性质及应用1．铝的物理性质注：铝是地壳中含量最高的金属元素。2．铝的化学性质写出图中标号反应的化学方程式或离子方程式：④2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑⑤2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe(铝热反应)3．铝的制备及用途三、铝的重要化合物1．氧化铝(1)物理性质：白色固体，难溶于水，有很高的熔点。(2)化学性质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(用化学方程式表示)Al(OH)3的电离方程式为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。②向NaAlO2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：3AlO＋Al3＋＋6H2O===4Al(OH)3↓。3．常见的铝盐(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，水溶液pH<7(填“＜”“＞”或“＝”)。明矾可以净水，其净水的原理是Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋，Al(OH)3胶体吸附水中杂质形成沉淀而净水。1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，并指明错因。(1)工业电解熔融MgCl2得到的镁需在CO2气体中冷却。(×)错因：镁在高温下与CO2发生反应。(2)将铝片放入到浓硝酸或浓硫酸中没有明显现象，说明铝与这两种溶液不能发生化学反应。(×)错因：铝在浓HNO3和浓H2SO4中发生钝化。(3)AlCl3与过量氨水反应生成NaAlO2。(×)错因：AlCl3与氨水反应只能生成Al(OH)3。(4)明矾水解时能生成具有吸附性的Al(OH)3胶粒，可用于净水和消毒。(×)错因：Al(OH)3胶粒具有吸附性，可用于净水，但不能消毒。(5)相同质量的镁条分别在足量的CO2和O2中完全燃烧，所得固体的质量相同。(×)错因：Mg与CO2反应除MgO外还有固体C生成，得到的固体质量大。(6)工业上制造镁粉时，可将镁蒸气在N2中冷却。(×)错因：热的镁蒸气可与N2发生反应。2．教材改编题(据人教必修一P54 T6)相同体积、相同物质的量浓度的NaOH溶液和盐酸，分别与足量铝反应，生成的H2在相同条件下的体积之比为( )A．1∶1 B．2∶1 C．3∶1 D．3∶2答案 C考点 镁及其重要化合物的性质和应用[典例1] (2018·银川高三质检)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、分解和复分解反应解析 海水中含有大量的镁，A项正确；电解MgCl2时，阳极产生Cl2，B项错误；加热脱水过程中Mg2＋能水解生成Mg(OH)2，为防止Mg2＋水解，应在HCl气体氛围中脱水，C项正确；①、③、⑥分别为化合反应、复分解反应、分解反应，D项正确。答案 B名师精讲Mg及其化合物的转化关系图 1．(2018·银川第一中学月考)镁粉是焰火、闪光粉、鞭炮中不可缺少的原料。工业上制造镁粉是将镁蒸气在某种气体中冷却，有下列气体：①空气、②CO2、③Ar、④H2、⑤N2，其中可作为冷却气体的是( )A．①和② B．②和③C．③和④ D．④和⑤答案 C解析 点燃或高温条件下Mg与O2、CO2、N2均反应，故不能在这些气体中冷却，故选C。2．(1)海水提镁的一段工艺流程如下图：浓海水的主要成分如下：离子Na＋Mg2＋Cl－SO浓度/(g·L－1)63.728.8144.646.4该工艺过程中，脱硫阶段主要反应的离子方程式为_____________________，产品2的化学式为___________,1 L浓海水最多可得到产品2的质量为___________g。(2)采用电解熔融的氯化镁制取金属镁，发生反应的化学方程式为__________________________________________________________________。答案 (1)Ca2＋＋SO===CaSO4↓ Mg(OH)2 69.6(2)MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑解析 (1)由题给海水的主要成分，脱硫就是除掉硫酸根离子，发生反应：Ca2＋＋SO===CaSO4↓；由框图信息知，产品2为Mg(OH)2；1 L浓海水中含有Mg2＋28.8 g，物质的量为1.2 mol，则最多生成Mg(OH)2 1.2 mol，质量为1.2 mol×58 g·mol－1＝69.6 g。(2)电解熔融氯化镁生成氯气和单质镁。考点 铝的性质及应用[典例2] 铝作为一种特殊的金属，既能与酸(非氧化性酸)反应又能与强碱溶液反应放出H2，就铝的这些特性回答下列问题：(1)等质量的两份铝分别与足量的盐酸、氢氧化钠溶液反应，所得H2的体积之比是_________。(2)足量的两份铝分别投入到等体积、等物质的量浓度的盐酸、氢氧化钠溶液中，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_________。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的物质的量相等时，二者产生H2的体积比为1∶3。(3)因为铝足量且产生的H2相等，根据关系式n(HCl)∶n(NaOH)＝3∶1，又因为两溶液体积相等，故物质的量浓度c(HCl)∶c(NaOH)＝n(HCl)∶n(NaOH)＝3∶1。答案 (1)1∶1 (2)1∶3 (3)3∶1名师精讲铝与酸、碱反应生成H2的量的关系铝与盐酸、氢氧化钠反应的化学方程式分别为2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。从化学方程式可以看出Al与酸、碱反应时生成H2的实质都是AlAl3＋/AlO，所以无论与酸还是与碱反应，Al与H2的关系都是2Al～3H2。 (1)等量铝分别与足量盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比＝1∶1。(2)足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比＝1∶3。(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比＜＜，则必定是①铝与盐酸反应时，铝过量而盐酸不足；②铝与氢氧化钠反应时，铝不足而氢氧化钠过量。解题时应充分利用上述过量关系。铝的这种既能与酸(非氧化性酸)反应又能与强碱反应产生H2的性质常作为推断题的“题眼”。 3．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 HCl B．4 mol·L－1 HNO3C．8 mol·L－1 NaOH D．18 mol·L－1 H2SO4答案 A解析 在镁、铝混合物中加入HNO3和浓H2SO4都不产生H2；加入NaOH溶液，只有Al与之反应生成H2，而镁不反应；加入盐酸，镁、铝都与盐酸反应生成H2，所以放出H2的量最多。4．甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·L－1的盐酸和氢氧化钠溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后测得生成的气体体积之比为1∶2，则加入的铝粉的质量为( )A．5.4 g B．3.6 g C．2.7 g D．1.8 g答案 A解析 其反应原理分别为2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。可见当参加反应的HCl和NaOH的物质的量一样多时，产生H2的体积比是1∶3，而题设条件体积比为1∶2，说明此题投入的铝粉对盐酸来说是过量的，而对于NaOH来说是不足的。2Al＋6HCl === 2AlCl3＋3H2↑ 6 mol 3 mol 3 mol·L－1×0.1 L 0.15 mol则Al与NaOH反应生成的H2为0.15 mol×2＝0.3 mol。2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑2×27 g 3 mol5．4 g 0.3 mol即投入的铝粉为5.4 g。 考点 铝的重要化合物[典例3] (2018·仙游月考)在200 mL含Mg2＋、Al3＋、NH、H＋、Cl－的溶液中，逐滴加入5 mol·L－1 NaOH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 molB．原溶液中c(Cl－)＝0.75 mol·L－1C．原溶液的pH＝1D．原溶液中n(Mg2＋)∶n(Al3＋)＝5∶1解析 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不符合题意；加入33 mL氢氧化钠溶液时溶液中溶质为NaCl和NH3·H2O，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符合题意；由图知0～4 mL时发生反应H＋＋OH－===H2O，则H＋的物质的量为4×10－3 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不符合题意；由4～30 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不符合题意。答案 B名师精讲1．铝的化合物间的转化关系及应用(1)Al3＋、AlO、Al(OH)3的转化关系(2)铝盐与强碱(如NaOH)溶液反应，铝元素的存在形式(3)应用①鉴别(利用滴加试剂顺序不同，现象不同)：a．向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液，先产生白色沉淀，后沉淀溶解。b．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分离提纯：a．利用Al能溶于强碱溶液，分离Al与其他金属的混合物。如Mg(Al)：加足量NaOH溶液；b．利用Al2O3能与强碱溶液反应，分离Al2O3与其他金属氧化物。如Fe2O3(Al2O3)：加足量NaOH溶液；c．利用Al(OH)3能与强碱溶液反应，分离Al3＋与其他金属阳离子。如Mg2＋(Al3＋)：加过量NaOH溶液，过滤，再加酸充分溶解。2．铝盐与碱、偏铝酸盐与酸反应的六大图像及应用(1)六大图像(2)应用：制备Al(OH)3的三种方法方法一：可溶性铝盐溶液与过量氨水反应离子方程式：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH方法二：向可溶性偏铝酸盐溶液中通入过量CO2离子方程式：AlO＋2H2O＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO方法三：相互促进水解法3．含Al3＋的混合溶液与碱反应的先后顺序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＋、NH、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，再与NH反应，最后才溶解Al(OH)3沉淀。4．两种提纯氧化铝的方案铝是地壳中含量最多的金属元素，在自然界中主要以化合态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5．破解Al(OH)3图像计算的技巧当横坐标为NaOH溶液，纵坐标为沉淀的物质的量(或质量)时，可利用Al(OH)3溶于NaOH溶液的“量”的关系来计算。原溶液中Al3＋的物质的量、沉淀溶解过程中消耗NaOH的物质的量与沉淀中Al(OH)3的物质的量相等。抓住这一定量关系可迅速破题。例如，向MgCl2、AlCl3混合溶液中加入NaOH溶液的图像如右所示。则AB段为Al(OH)3溶于NaOH的过程，原溶液中n(Al3＋)＝n[Al(OH)3]＝(0.6－0.5)mol＝0.1 mol，n(Mg2＋)＝＝0.1 mol。
5.如图是向MgCl2、AlCl3混合液中依次加入M和N时生成沉淀的物质的量与加入的M和N的体积关系图(M、N分别表示盐酸或氢氧化钠溶液中的一种)，以下结论不正确的是( )A．混合溶液中c(AlCl3)∶c(MgCl2)＝1∶1B．混合溶液中c(AlCl3)∶c(MgCl2)＝3∶1C．点V之前加NaOH溶液，点V之后加盐酸D．所加盐酸与NaOH溶液中溶质的物质的量浓度相同答案 B解析 ①O～A②A～B③B～COH－＋H＋===H2O④C～D⑤D～E6．铝是一种应用广泛的金属，工业上用Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)混合熔融电解制得。铝土矿的主要成分是Al2O3、Fe2O3和SiO2等。从铝土矿中提炼Al2O3的流程如下：回答下列问题：(1)写出反应1的化学方程式______________________________________________________________________________________________________________。(2)滤液Ⅰ中加入CaO生成的沉淀是___________，反应2的离子方程式为____________________________________________________________________。(3)电解制铝的化学方程式是_____________________。答案 (1)2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O、2NaOH＋Al2O3===2NaAlO2＋H2O(2)CaSiO3 AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO(3)2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑解析 本题是常考的Al的制备实验，由流程图可知反应1用于溶解二氧化硅和氧化铝，Fe2O3不与碱反应，利用过滤除去 Fe2O3，所以滤液中的成分为硅酸钠和偏铝酸钠，加入氧化钙后硅酸钠转化为硅酸钙沉淀，偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳气体后转变为氢氧化铝，加热后生成氧化铝，电解氧化铝制备金属铝。
