高考化学课时基础知识点复习教学案14 专题十四 镁铝及其化合物 考点一 镁铝单质的性质及应用

专题十四镁、铝及其化合物考纲展示命题探究eq\a\vs4\al(考点一镁、铝单质的性质及应用)1镁(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、传热和延展性。(2)结构eq\o(→,\s\up17(－2e－))(3)化学性质①与非金属单质反应(O2、N2、Cl2)2Mg＋O2eq\o(=,\s\up17(点燃))2MgO(产生耀眼的白光)3Mg＋N2eq\o(=,\s\up17(点燃))Mg3N2Mg＋Cl2eq\o(=,\s\up17(点燃))MgCl2②与水(反应)Mg＋2H2Oeq\o(=,\s\up17(△))Mg(OH)2＋H2↑③与酸反应Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑④与盐反应Mg＋Cu2＋=Mg2＋＋Cu⑤与CO2反应2Mg＋CO2eq\o(=,\s\up17(点燃))2MgO＋C(4)用途生产合金，冶金工业上用作还原剂和脱氧剂。(5)冶炼工业炼镁：MgCl2eq\o(=,\s\up17(通电),\s\do15(熔融))Mg＋Cl2↑2铝(1)铝的物理性质及用途(2)铝的结构和存在铝位于元素周期表第3周期ⅢA族，原子结构示意图为。铝元素在地壳中含量丰富，仅次于硅。自然界中的铝全部以化合态存在。(3)化学性质①与非金属单质反应(O2、Cl2、S)2Al＋3Cl2eq\o(=,\s\up17(△))2AlCl32Al＋3Seq\o(=,\s\up17(△))Al2S3(水溶液不存在)②与酸反应③与碱反应2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑④与盐反应Al＋3Ag＋=Al3＋＋3Ag⑤与氧化物反应(铝热反应)2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up17(高温))2Fe＋Al2O34Al＋3MnO2eq\o(=,\s\up17(高温))3Mn＋2Al2O3Cr2O3＋2Aleq\o(=,\s\up17(高温))2Cr＋Al2O3(4)冶炼工业炼铝：2Al2O3eq\o(=,\s\up17(通电),\s\do15(熔融))4Al＋3O2↑学霸巧学卡对镁、铝性质的深层理解(1)Mg在CO2中能够燃烧，所以活泼金属镁着火不能用干粉灭火器和泡沫灭火器灭火。同时镁与氮气反应生成Mg3N2。(2)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”，而不是铝与浓硫酸、浓硝酸不反应。(3)能与铝反应产生氢气的溶液可能呈强酸性也可能呈强碱性。(4)铝与强碱溶液的反应中，水作氧化剂(NaOH不是氧化剂)：2Al＋2NaOH＋6H6e－2O=2NaAlO2＋3H2↑＋4H2O。(5)铝热反应是在高温干态下进行的置换反应，铝只能与排在金属活动性顺序其后的金属氧化物反应。铝不能与MgO反应，铝热反应不能用来冶炼大量的金属铁、铜等(要考虑冶炼成本)。1.思维辨析(1)铝在自然界中有游离态和化合态两种形式。()(2)Mg、Al在空气中性质稳定，因而都具有很强的抗腐蚀性。()(3)MgO与Al粉的混合物也可称为铝热剂。()(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。()(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。()(6)铝制餐具可长时间存放酸性或碱性食物。()(7)金属镁在空气中燃烧可生成MgO和Mg3N2。()答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×(7)√2．下列叙述中正确的是()A．氯化铝溶液中加入过量氨水，反应实质是Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)B．在加入铝粉能放出氢气的溶液中，K＋、NHeq\o\al(＋,4)、COeq\o\al(2－,3)、Cl－一定能够大量共存C．镁铝合金既可完全溶于过量盐酸又可完全溶于过量NaOH溶液D．依据铝热反应原理，能发生反应：2Al＋3MgOeq\o(=,\s\up17(高温))3Mg＋Al2O3答案A解析A项正确，氢氧化铝不溶于氨水等弱碱溶液；B项错误，铝粉与强酸或强碱溶液反应均能放出氢气，在强酸溶液中COeq\o\al(2－,3)不能大量存在，在强碱溶液中NHeq\o\al(＋,4)不能大量存在；C项错误，镁只能溶于盐酸，而不能溶于过量NaOH溶液；D项错误，镁的还原性大于铝，铝不能置换出镁单质。[考法综述]镁、铝是中学化学中的两种重要的金属元素，尤其是考纲中明确规定了铝元素，主要考查铝单质的特殊性，如与碱反应，铝热反应等。题目往往难度不大，属基础题。但有关铝冶炼的化工流程题由于综合性较强，难度较大。命题法1铝单质的性质及应用典例1铝与酸、碱反应的计算甲、乙两烧杯各盛有100mL3mol·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比为V(甲)∶V(乙)＝1∶2，则加入铝粉的质量为()A．5.4g B．3.6gC．2.7g D．1.8g[解析]利用极值法分析，若盐酸恰好完全反应，消耗Al2.7g；若NaOH恰好完全反应，消耗Al8.1g。当Al≤2.7g时，Al完全溶解，生成H2体积之比为1∶1，当Al≥8.1g时，Al足量，生成H2体积之比为1∶3，现生成H2体积之比为1∶2，故盐酸全部消耗完毕，铝有剩余；而NaOH溶液有剩余，Al粉不足。则产生气体的物质的量，n(甲)＝eq\f(1,2)n(HCl)＝0.15mol，n(乙)＝0.3mol，Al全部与NaOH反应，由2Al～3H2↑知，n(Al)＝eq\f(2,3)n(乙)＝0.2mol，其质量为5.4g。[答案]A典例2有关铝单质的离子共存加入铝粉能放出H2的溶液中肯定不能大量共存的离子组是()①Fe3＋、NOeq\o\al(－,3)、Cl－、NHeq\o\al(＋,4)②Ba2＋、Mg2＋、HCOeq\o\al(－,3)、Cl－③SOeq\o\al(2－,4)、Cl－、K＋、NHeq\o\al(＋,4)④SOeq\o\al(2－,3)、K＋、AlOeq\o\al(－,2)、Na＋A．①③ B．②④C．①② D．③④[解析]加铝粉能放出H2的溶液呈酸性或强碱性，①若呈强碱性，则Fe3＋、NHeq\o\al(＋,4)不能存在；因存在NOeq\o\al(－,3)，故溶液不可能呈酸性，因为Al与HNO3反应不可能生成H2；②HCOeq\o\al(－,3)无论在酸性或碱性条件下均不可能存在；③在酸性条件下可共存；④在碱性条件下可共存。[答案]C【解题法】铝与酸、碱反应的应用总结反应原理：2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑(1)等量铝分别与足量盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为eq\f(VHClH2,VNaOHH2)＝eq\f(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，产生氢气的体积比为eq\f(VHClH2,VNaOHH2)＝eq\f(1,3)。(3)一定量的铝分别和一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，若产生氢气的体积比为eq\f(1,3)<eq\f(VHClH2,VNaOHH2)<eq\f(1,1)，则必定是：①铝与盐酸反应时，铝过量而盐酸不足；②铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而氢氧化钠过量。Al与酸、碱反应的实质都是Aleq\o(→,\s\up17(失去3e－))Al3＋，2H＋eq\o(→,\s\up17(得到2e－))H2，故与酸或碱反应时，铝与氢气的关系均为2Al～3H2↑，利用此性质可以方便地进行有关计算，也可用于离子共存的判断，即与铝反应放出氢气的溶液可能呈酸性也可能呈碱性。铝的这种既能与酸(非氧化性酸)又能与强碱反应产生H2的性质也常作为推断题的“题眼”。命题法2铝热反应典例3铝热反应实验操作某校化学兴趣小组在学习铝热反应的性质时，对教材中的实验产生了深入研究的想法，他们准备对实验现象及产物组成进行研究，确定了研究方案，研究过程如下：从教材中对“铝热反应”的现象描述入手，教材中有这样的描述：“反应放出大量热，并发出耀眼的光芒”“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。又已知：Al、Fe2O3、Al2O3、Fe的熔点、沸点数据如下：物质AlFe2O3Al2O3Fe熔点(℃)660146220541535沸点(℃)2467－(2980)2750(1)将铝热反应引发的方法是_____________________。(2)某同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。理由是：该反应放热能使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。你认为他的解释是否合理？答：________(填“合理”或“不合理”)。(3)设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。填写下列表格：所用试剂实验操作及现象有关反应的化学方程式(4)实验室欲溶解此熔融物，下列试剂中最好的是________(填序号)，理由是______________________________。A．浓硫酸 B．稀硫酸C．稀硝酸 D．NaOH溶液[解析]本题解题的基本思路是依据铝热反应，即2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up17(高温))Al2O3＋2Fe，首先从引发铝热反应的方法入手，考查铝热反应的实验步骤，引发铝热反应的方法有三个要点：①在铝热剂表面铺一层KClO3，②在中间插入镁带，③点燃镁带。然后根据本实验的两个重要现象，即“反应放出大量热，并发出耀眼的光芒”“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。”分析产物成分，结合相关熔点数据资料，可得出当铁是熔融态时，铝一定是液态，二者可以熔合形成合金，故(2)推测完全合理。证明该熔融物中含铝的方法是利用铝与铁的性质区别，铝能与NaOH溶液反应，而铁不能，将固体溶于NaOH溶液中，若有气体产生，且有不溶于水的固体物质剩余，则说明是铝铁合金，原理是2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑。(4)需根据混合物本身的性质从能否溶解、环境保护、操作方便等角度进行思考，熔融物是Al、Fe、Fe2O3、Al2O3等物质的混合物，选择的试剂必须能溶解上述所有物质，并且不能产生污染性气体，同时试剂还应该是常见，操作应该是最简单。综合分析各种因素，可知稀硫酸是最佳试剂。[答案](1)①在铝热剂表面铺一层KClO3，②在中间插入镁带，③点燃镁带(2)合理(3)氢氧化钠溶液取样品置于试管中，加入NaOH溶液；有气体产生2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑(4)B稀硫酸能完全溶解此熔融物，并且不造成环境污染(浓硫酸会使铁、铝钝化；稀硝酸溶解金属时，会产生氮氧化物，污染空气；NaOH溶液不能溶解单质铁)典例4铝热反应的有关计算(双选)实验室将9g铝粉跟一定量的金属氧化物粉末混合形成铝热剂。发生铝热反应之后，所得固体中含金属单质为18g，则该氧化物粉末可能是()A．Fe2O3和MnO2 B．MnO2和V2O5C．Cr2O3和V2O5 D．Fe3O4和FeO[解析]n(Al)＝eq\f(9g,27g/mol)＝eq\f(1,3)mol，Al完全反应时转移电子的物质的量为eq\f(1,3)mol×3＝1mol，则生成金属的摩尔电子质量(转移1mole－生成金属的质量)为18g/mol。A项生成Fe的摩尔电子质量为eq\f(56g,3mol)＝18.67g/mol，生成Mn的摩尔电子质量为eq\f(55g,4mol)＝13.75g/mol，根据平均值规律，A项正确；B项生成锰的摩尔电子质量为13.75g/mol，生成V的摩尔电子质量为eq\f(51g,5mol)＝10.2g/mol，根据平均值规律，B项不可能生成金属单质18g；同理，C项也不可能生成单质18g；D项，Al完成反应时生成Fe的质量大于18g，当氧化物粉末不足量时，生成的金属可能为18g，D项正确。[答案]AD【解题法】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＋2Aleq\o(=,\s\up17(高温))2Fe＋Al2O3、Cr2O3＋2Aleq\o(=,\s\up17(高温))2Cr＋Al2O3、3Co3O4＋8Aleq\o(=,\s\up17(高温))9Co＋4Al2O3等。(2)实验装置(3)反应现象及结论剧烈燃烧，放出大量的热，导致混合物剧烈反应过后，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。命题法3工业冶炼镁、铝的化工流程典例5有关铝冶炼的工业流程工业上用的铝土矿(主要成分是氧化铝，含氧化铁杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下：下列叙述正确的是()A．反应①中试剂X是氢氧化钠溶液B．试剂Y是HCl，它与AlOeq\o\al(－,2)反应生成氢氧化铝C．图中所示转化反应中包含2个氧化还原反应D．将X与Y试剂进行对换，最终可以达到相同结果[解析]B项，若试剂Y是HCl，它与AlOeq\o\al(－,2)反应生成Al3＋，错误；C项，图中所示转化只有一步是氧化还原反应：2Al2O3eq\o(=,\s\up17(通电))4Al＋3O2↑，错误；D项，试剂X为氢氧化钠，沉淀为氧化铁，溶液为偏铝酸钠和氢氧化钠混合溶液，通入过量二氧化碳气体，NaAlO2＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋NaHCO3，不能调换，错误。[答案]A【解题法】解答化工流程题的基本方法和铝冶炼流程总结(1)解答化工流程题的基本方法①明确目的，提取有用信息通过阅读题头，明确生产目的——制备什么物质，找到制备物质时所需的原料及所含杂质，提取出所给的相关信息——化学反应方程式、物质的稳定性和溶解性等。②分析流程，弄清各步作用对比分析流程图中的一种物质(原料)与最后一种物质(产品)，找出原料与产品之间的关系，联系问题有针对性地思考：原料转化为产品的过程中依次进行了什么反应？每一步除目标物质外还产生了什么杂质或副产物？杂质是否要除去，采用什么操作方法除去？③看清问题，准确规范作答这一步很关键，答题时要看清问题，不能答非所问，要注意语言表达的科学性和准确性，如分清是要求回答实验操作名称还是具体操作步骤。(2)从铝土矿中提取铝的流程方案一：碱溶法方案二：酸溶法1．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项错误；Mg的电子层数比Mg2＋多，所以半径：r(Mg)>r(Mg2＋)，B项错误；反应方程式为2Mg＋CO2eq\o(=,\s\up17(点燃))2MgO＋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项正确；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项错误。2．下列金属中，表面自然形成的氧化层能保护内层金属不被空气氧化的是()A．K B．NaC．Fe D．Al答案D解析Fe在空气中被氧化为疏松的氧化铁，起不到保护内层金属的作用；金属铝的表面易形成致密的氧化物薄膜，保护内层金属不被腐蚀，选D。3．足量下列物质与相同质量的铝反应，放出氢气且消耗溶质物质的量最少的是()A．氢氧化钠溶液 B．稀硫酸C．盐酸 D．稀硝酸答案A解析Al与稀硝酸反应生成NO气体，D项不符合题意；2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑，2Al＋3H2SO4=Al2(SO4)3＋3H2↑，2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑，可知消耗溶质物质的量最少的是NaOH溶液，A项符合题意。4．(双选)下列实验的现象与对应结论均正确的是()选项操作现象结论A将浓硫酸滴到蔗糖表面固体变黑膨胀浓硫酸有脱水性和强氧化性B常温下将Al片放入浓硝酸中无明显现象Al与浓硝酸不反应C将一小块Na放入无水乙醇中产生气泡Na能置换出醇羟基中的氢D将水蒸气通过灼热的铁粉粉末变红铁与水在高温下发生反应答案AC解析A项有关反应原理为C12H22O11eq\o(→,\s\up17(浓H2SO4))12C(黑色)＋11H2O，反应放热后促进反应：C＋2H2SO4(浓)=CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，第一个反应说明浓H2SO4有脱水性，第二个反应说明浓H2SO4具有强氧化性，A正确；Al在浓HNO3中会发生“钝化”，而钝化是化学变化，B错误；Na与无水乙醇反应产生H2，H2来自—OH，C正确；Fe在高温下与水蒸气反应生成黑色的Fe3O4，即粉末变黑，D错误。5．某同学将某种金属分别与等体积的甲、乙两种溶液反应，所加金属的质量与相同条件下产生气体的体积关系如图所示，下列推论可能正确的是()A．金属是镁，甲溶液为0.2mol/L盐酸，乙溶液为0.1mol/L盐酸B．金属是铁，甲溶液为pH＝1的醋酸溶液，乙溶液为pH＝1的盐酸C．金属是铝，甲溶液为0.1mol/L盐酸，乙溶液为0.1mol