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- 2021-07-09 发布
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第7讲 铝、镁及其化合物
考纲定位 选项示例
1.理解Mg、Al的化
学性质。
2.了解Mg、Al的重
要化合物的主要性
质和用途。
1.将NaOH溶液缓慢滴入MgSO4溶液中,
观察Mg(OH)2沉淀的生成。(2011年广
东高考T10—B)
2.明矾能水解生成Al(OH)3胶体,可用
作净水剂。(2012年江苏高考T5—A)
3.Mg和Al都可以用电解法冶炼得到。
(2011年广东广州调研T9—A)
一、铝
三 ⅢA
氧和硅
化合
1.铝的结构和存在
铝位于周期表中第______周期第______族,原子结构示意
图为__________。铝元素在地壳中含量丰富,仅次于________。
自然界中的铝全部以__________态存在。
2.物理性质
银白 低 小 小
良好 良好
铝是一种_____色金属,熔点较____,密度___,硬度较___,
导电、导热性______,延展性______。
3.化学性质
4Al+3O2
化学性质 化学方程式 备注
①暴露在
空气中
(与O2
反应)
___________________
金属铝的熔点低,但其在空
气中易被氧化生成致密的且
熔点高的__________,故在
生活中可用铝制器皿来烹制
或盛放食物
②燃烧(与
O2反应) 2Al2O3 —
③与酸反
应(与HCl
反应)
___________________
___________________
当金属铝与冷浓硫酸接触时
会发生_______,表面形成
致密的________,故可用铝
制容器来盛放冷浓硫酸
4Al+3O2===2Al2O3 氧化膜
2Al+6HCl===
2AlCl3+3H2↑
钝化
氧化膜
化学性质 化学方程式 备注
④与碱反应
(与 NaOH 反
应)
________________________
________________________
—
⑤铝热反应 ________________________ —
⑥铝的工业
制备
电解
2Al2O3(熔融) ===== 冰晶石 —
(续表)
4Al+3O2↑
2Al+2NaOH+2H2O
===2NaAlO2+3H2↑
二、铝的氧化物与氢氧化物
2Al(OH)3
化学式 Al2O3 Al(OH)3
①类别 ________氧化物 ________氢氧化物
②颜色状态 白色固体 白色粉末
③溶解性 ______溶于水 ______溶于水
④热稳定性 稳定
_______________
⑤与强酸反应
(离子方程式)
_______________
_______________
_______________________
_______________________
两性 两性
难 难
Al2O3+3H2O
Al2O3+6H+===
2Al3++3H2O
Al(OH)3+3H+===
Al3++3H2O
(续表)
化学式 Al2O3 Al(OH)3
⑥与强碱反应
(离子方程式)
________________
______________
______________________
______________________
⑦制备方法
(化学方程式) —
AlCl3+3NH3·H2O===
______________________
用途 耐火材料 净水剂、胃酸中和剂
Al(OH)3↓+3NH4Cl
三、明矾与偏铝酸盐
1.明矾[KAl(SO4)2·12H2O]
KAl(SO4)2·12H2O 俗称明矾,是无色晶体,易溶于水,常用
作净水剂、吸附剂。用于净水时,反应的离子方程式:Al3++
3H2O===____________________。
Al(OH)3(胶体)+3H+
2.偏铝酸钠
偏铝酸钠的化学式为____________,加入同一种酸的量不
同,生成物也不同。试写出偏铝酸钠与下列物质反应的离子方
程式:(1)少量盐酸:____________________________________。
(2)过量盐酸:_____________________________________。
(3)少量 CO2:_____________________________________。
(4)过量 CO2:______________________________________。
NaAlO2
四、镁及其化合物
1.镁
发出耀眼的白光
Mg3N2
2MgO+C
Mg(OH)2+H2↑
Mg2++H2↑
2.氧化镁和氢氧化镁
物质 MgO Mg(OH)2
类别 ________氧化物 中强碱
与水反应
MgO+H2O===
Mg(OH)2(缓慢化
合)
不反应
与盐酸反应
(离子方程式)
_______________
_______________
____
_______________
_______________
____
碱性
MgO+2H+===
Mg2++H2O
Mg(OH)2+2H+===
Mg2++2H2O
考点1 “铝三角”的相互转化关系及图像分析
1.“铝三角”
图 2-7-1
2.图像分析
(续表)
(续表)
【例1】将一定质量的镁、铝合金投入一定浓度的 100 mL
盐酸中,使合金全部溶解,向所得溶液中滴加 5.00 mol·L-1 的
NaOH 溶液至过量,生成沉淀的质量与加入 NaOH 溶液的体积
图 2-7-2
的关系如图 2-7-2 所示。
试求:(1)原合金中
铝的质量分数。
(2)盐酸的物质的量
浓度。
思路指导:本题生成的沉淀有Mg(OH)2 和Al(OH)3,生成
沉淀达到最大量后,减少的质量为Al(OH)3 的质量,由消耗的
NaOH 的量通过计算可分别求出合金中镁、铝的质量。而盐酸
的物质的量浓度可由生成沉淀达到最大量时所消耗的NaOH 的
量求取。解析:观察图像可知:①镁、铝溶于盐酸后,盐酸过量,
中和过量的盐酸消耗NaOH 溶液20 mL。②当沉淀质量不变时,
此时沉淀(11.6 g)只有Mg(OH)2,则沉淀达到最大量时,Al(OH)3
的质量为(19.4-11.6)g,沉淀减少的过程中,消耗的NaOH 溶
液用于溶解Al(OH)3。
则c(HCl)=—=
(2)由图像可知,完全沉淀时消耗NaOH 溶液的物质的量,
相当于中和剩余的盐酸和溶解Mg、Al 所消耗盐酸的总量,即
n(HCl)=0.16 L×5.00 mol·L-1=0.80 mol。n
V
0.80 mol
0.10 L =8.00 mol·L-1
答:略。
【例2】(2013 年江苏南京模拟)在硝酸铝和硝酸镁的混合
溶液中,逐滴加入稀氢氧化钠溶液,直至过量。下列表示氢氧
化钠加入量(x)与溶液中沉淀的量(y)的关系示意图中正确的是( )。
解析:向混合溶液中加入NaOH 溶液的过程中,Mg(NO3)2
会生成难溶物Mg(OH)2,Al(NO3)3 会生成难溶物Al(OH)3,随
着NaOH 溶液的加入,Al(OH)3 逐渐溶解,而Mg(OH)2 不能溶
解。
答案:C
考点2 利用滴加顺序不同的方法鉴别物质
2.NaAlO2 和盐酸:向 NaAlO2 溶液中逐滴滴加盐酸,先出
现白色沉淀,后沉淀消失:
【例3】下列各组溶液,只要用试管和胶头滴管,不用任
何试剂就可以鉴别的是( )。
思路指导:做题时,要认真阅读题干信息,由“不用任何
试剂”“只用试管和胶头滴管”可知,只能通过物理性质(如颜
色、状态等)或滴加顺序不同出现的现象不同而进行鉴别。
A.KOH和Al2(SO4)3
B.稀H2SO4和NaHCO3
C.CaCl2和Na2CO3
D.Ba(OH)2和NaHSO4
解析:向Al2(SO4)3 溶液中逐滴滴加KOH 溶液,先出现白
色沉淀后,沉淀消失;向KOH 溶液中逐滴滴加Al2(SO4)3 溶液,
开始无现象,后出现白色沉淀。答案:A
【例 4】(2012 年辽宁锦州模拟)只用试管和胶头滴管就可
以鉴别的下列各组溶液是( )。
①AlCl3 溶液和 NaOH 溶液;②Ca(HCO3)2 溶液和 NaOH 溶
液;③NaAlO2 溶液和盐酸;④Al2(SO4)3 溶液和氨水。
A.①③
C.②③④
B.①②③
D.③④
解析:①向AlCl3 溶液中滴加NaOH 溶液,随加入量依次
观察到的现象为出现白色沉淀,沉淀后溶解,向NaOH 溶液中
滴加AlCl3 溶液,产生沉淀,沉淀立刻消失,继续滴加至AlCl3
溶液过量,白色沉淀不溶解;②只有白色沉淀;③向NaAlO2
溶液中滴加盐酸,先出现白色沉淀,后沉淀溶解,向稀盐酸中
滴加NaAlO2 溶液,产生白色沉淀,但沉淀立刻消失,继续滴加
至NaAlO2 溶液过量,白色沉淀不溶解;④只有Al(OH)3 白色沉
淀。
答案:A
规律方法 有关铝及其化合物的定量计算
1.酸碱抵消法在计算中的应用
一般格式:
当沉淀量达最大值时,n(H+)=n(OH-)。
原金属质量+结合的OH 质量。
金属溶于酸,再加碱生成沉淀的质量的求法:
所以金属失去n mol 电子,就结合n mol OH-,沉淀质量=
-
【例5】Al 和 Al2O3 的混合物 15 g,加入稀硫酸 150 mL,
在标准状况下放出氢气 1.68 L,Al 和 Al2O3 均不剩余,为中和
过量的硫酸,并使溶液中的 Al3+恰好完全转化为 Al(OH)3 沉淀,需要消耗 3 mol·L-1 的 NaOH 溶液 200 mL,则该稀硫酸的物质
的量浓度为( )。
A.2.25 mol·L-1
C.0.3 mol·L-1
B.2 mol·L L-1
D.0.6 mol·L-1
解析:
根据最终溶液中电荷守恒和化学反应中质量守恒可得:
答案:B
2.铝及其化合物常见题型的计算
图 2-7-3
①n(Al3+)=(b-a)mol;
②n(Mg2+)=4a-3b
2 mol。
【例6】(2013年辽宁模拟)将一定量的钠铝合金置于水中,
合金全部溶解,得到 20 mL pH=14 的溶液,然后用 1 mol·L-1
的盐酸滴定,沉淀质量与消耗盐酸的体积关系如图 2-7-4 所示,则下列选项正确的是( )。
图 2-7-4
A.原合金质量为 0.92 g
B.标准状况下产生氢气
896 mL
C.图中 m 值为 1.56 g
D.图中 V2 为 60 mL
解。当沉淀量最大时溶液中只有氯化钠,n(Na+)=n(Cl-)=
解析:据分析可知反应过程为钠与水反应生成氢氧化钠,
铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠,因溶液pH 为14,则说
明氢氧化钠过量,滴加盐酸后先与氢氧化钠反应,再与偏铝酸
钠反应生成氢氧化铝沉淀,继续滴加盐酸,则氢氧化铝沉淀溶
1 mol·L-1×0.04 L=0.04 mol,即合金中钠的物质的量为0.04 mol,
与水反应生成 0.04 mol NaOH,由合金全部溶解后的溶液为
20 mL,pH=14,可知铝与氢氧化钠反应后过量的氢氧化钠为
0.02 mol,则反应的氢氧化钠为0.02 mol,铝的物质的量也是
C正确。0.02 mol氢氧化铝完全溶解需1 mol·L-1的HCl 60 mL,
0.02 mol,所以原合金的质量为0.92 g+0.54 g=1.46 g。0.04 mol
钠与水反应生成0.02 mol 氢气,0.02 mol 铝与氢氧化钠溶液反应
生成0.03 mol 氢气,故标况下体积为1120 mL,B 错误。沉淀
量最大时生成氢氧化铝的质量为0.02 mol×78 g·mol-1=1.56 g,
则V2=100 mL,D错误。
答案:C
实验探究 铝及其化合物的探究实验
【例7】在一次学生实验中,某学生用铝片分别和稀盐酸、
稀硫酸反应,发现铝片和稀盐酸反应现象非常明显,而和稀硫
酸几乎不反应。这和教材上的内容“铝能跟稀盐酸或稀硫酸反
应生成氢气”不一致。为了寻找原因,该学生在老师的指导下,
重新用浓盐酸和浓硫酸配制了一定浓度的溶液,然后加入
0.1 mm×10 mm×20 mm、纯度≥99.5%的铝片验证是否确实存
在上述现象,实验结果如下表:
从上表可以看出,无论用 1.5 mol·L-1 H2SO4还是3 mol·L-1
H2SO4 均无明显现象,为了探究“铝与稀盐酸和稀硫酸反应的
差异原因”,请回答下列问题:
反应时间 1 min 2 min 5 min 15 min 20 min
3 mol·L-1 HCl 少量
气泡
较多
气泡
大量
气泡
反应
剧烈
铝片
耗尽
1.5 mol·L-1 H2SO4 均无明显现象(无气泡)
3 mol·L-1 H2SO4 均无明显现象(无气泡)
实验步骤 可能的实验现象及可能的结论
(1)请写出盐酸与铝片反应的离子方程式:______________
____________。
(3)请设计一个实验方案对你的假设进行论证。
答案:(2)Al+6H+===2Al3++3H2↑ (2)、(3)
实验步骤 可能的实验现象及可能的结
论
取一支试管倒入1.5 mol·L-1
H2SO4 5 mL,加入约0.5 g NaCl
晶体(约0.01 mol),然后再加入
0.1 mm×10 mm×20 mm、纯度
≥99.5%的铝片;另一支试管倒
入1.5 mol·L-1 H2SO4 5 mL,加
入约1.4 g Na2SO4晶体(约0.01
mol),然后加入0.1 mm×10
mm×20 mm、纯度≥99.5%的
铝片进行对比实验
若加NaCl晶体的试管中的反
应明显加快,而加Na2SO4晶
体的试管中反应现象仍不明
显,说明假设正确。若加
NaCl晶体的试管中的反应现
象不明显,说明假设错误
题组一 镁及其化合物
1.将相同质量的镁条分别在①氧气中;②空气中;③氮气
中;④二氧化碳中完全燃烧,燃烧后所得固体产物的质量由小
)。到大的顺序是(
A.④②①③
C.③②①④
B.④①②③
D.④①③②
答案:C
解析:Mg在氧气中燃烧:2Mg+O2===2MgO;
Mg在空气中燃烧:2Mg+O2===2MgO(主),3Mg+N2
=== Mg3N2(微量);
Mg在氮气中燃烧:3Mg+N2===Mg3N2;
Mg在二氧化碳中燃烧:2Mg+CO2===2MgO+C;
依元素守恒法,1 mol Mg 燃烧生成1 mol MgO,质量增
加16 g;1 mol Mg燃烧生成1/3 mol Mg3N2,质量增加28/3 g;
1mol Mg在二氧化碳中燃烧,固体产物分别为1/2 mol C和
1 mol MgO,质量增加6 g+16 g=22 g。因此,相同质量的镁
粉若分别在上述气体中燃烧,所得固体产物的质量是在二氧
化碳中燃烧最大,应选C。
2.(2011 年广东高考)某同学通过系列实验探究 Mg 及其化
合物的性质,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 沉淀转入表面皿中,加足量稀盐酸,加热
蒸干得无水 MgCl2 固体
解析:稀释浓硫酸时,应将浓硫酸沿着器壁慢慢加入水中,
并及时搅拌,A不正确;过滤时需要用玻璃棒引流,C 不正确;
蒸发溶液时应该用蒸发皿而不是表面皿,因为MgCl2 水解,所
以加热时必须在HCl 的气流中才能得到MgCl2 固体,D 不正确。
答案:B
A.3 mol·L B.4 mol·L
题组二 铝的性质与应用
3.将等物质的量的镁和铝相混合,取等质量的该混合物四
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( )。
-1 HCl -1 HNO3
C.8 mol·L-1NaOH D.18 mol·L-1H2SO4
解析:镁、铝与硝酸、浓硫酸反应均不产生H2;Mg 不与
NaOH 反应;Mg、Al 都能与盐酸反应产生H2。
答案:A
4.(2013 年黑龙江哈尔滨模拟)下列有关铝及其化合物的叙
述正确的是( )。
A.铝粉与氧化镁共热可制取金属镁
B.足量铝分别与含 1 mol HCl、1 mol NaOH 的溶液反应,
产生相同量的氢气
C.工业上用电解熔融 Al2O3 的方法冶炼铝
D.在浓硝酸中加入等体积的浓硫酸后,立即加入铝片,
铝片表面发生钝化
解析:Mg 的活泼性强于铝,因而A 项反应不能发生;B
项后者产生的H2 多;D 项不再发生钝化,因为浓硫酸稀释后会
释放出大量的热,而热的浓硝酸与铝会发生反应。
答案:C
题组三 铝的氧化物与氢氧化物
5.向 MgSO4 和 Al2(SO4)3 的混合溶液中,逐滴加入 NaOH
溶液。下列图像中,能正确表示上述反应的是(横坐标表示加入
NaOH 溶液的体积,纵坐标表示反应生成沉淀的质量)( )。
解析:MgSO4 和Al2(SO4)3 都能与NaOH 溶液反应生成沉淀,
但只有Al(OH)3 能继续与NaOH 反应生成可溶的NaAlO2,所以
沉淀只会部分溶解。
答案:D
6.治胃病的药物中通常含有氢氧化铝。某研究性学习小组
根据化学原理设计了如下五种制备方案:
A.铝屑与硫酸反应,然后再加入氢氧化钠溶液沉淀铝离
子;
B.铝屑与硫酸反应,然后再加氨水沉淀铝离子;
C.铝屑与足量氢氧化钠溶液反应,再加入硫酸生成氢氧
化铝;
D.铝屑与足量氢氧化钠溶液反应,再通入二氧化碳生成
氢氧化铝;
E.铝屑先分别与硫酸、氢氧化钠溶液反应,然后将二者反
应后的溶液混合,生成氢氧化铝。
(1)你认为________(填选项)方案最佳。
(2)在你选择的最佳方案中,如何调整反应物的比例,从理
论上使铝全部转化成氢氧化铝: ________________________
_____________________________________________________。
(3)科学研究发现,长期服用含氢氧化铝药剂,会造成一些
副作用,如________(填字母)。
A.重金属中毒
C.智力低下
B.引起甲状腺肿
D.贫血症
上述三种方案若制取等量Al(OH)3,方案E 消耗的原料最
少,因此属于最佳方案。
H2SO4 氨水
NaOH CO2
6H2O===4Al(OH)3↓。因此使与H2SO4 反应的铝的物质的量和
与NaOH 反应的铝的物质的量比为1∶ 3,就能使铝完全转化成
Al(OH)3。
答案:(1)E (2)使与硫酸反应的铝的量和与氢氧化钠反应
的铝的量之比为 1∶ 3 (3)C
题组四 计算题
7.将 5.1 g 镁铝合金溶于 60 mL 5.0 mol·L-1 H2SO4溶液中。
完全溶解后再加入65 mL 10.0 mol·L-1 的 NaOH 溶液,得到沉淀
9.7 g,继续滴加 NaOH 溶液时沉淀会减少。
(1)当加入________mL NaOH 溶液,可使溶解在硫酸中的
Mg2+和 Al3+恰好完全沉淀。
(2)计算合金溶于硫酸时产生的氢气在标准状况下的体积。
解析:(1)当沉淀的量达到最大值的时,溶质只有Na2SO4,
V(NaOH)=0.06×5×2
10 L=0.06 L=60 mL。
答案:(1)60 mL
根据第一问的结论,当加入氢氧化钠溶液的体积为 65 mL 时,
此时沉淀的质量不是最大值,有一部分的 Al(OH)3 被过量的
5 mL NaOH 溶解。
答:略
(2)解:硫酸是过量的,氢气不能直接用硫酸中的H+来算。
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