专题2-2-镁、铝及其重要化合物(解析版)

专题2.2镁、铝及其重要化合物一、镁及其重要化合物【知识梳理】1.镁的原子结构和存在

镁位于元素周期表第3周期第ⅡA族,原子结构示意图为,镁性质活泼,在自然界中的镁全部以化合态存在。2.镁单质的性质

(1)物理性质:

镁是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)化学性质:①与非金属反应,如与N2、Cl2、O2反应:3Mg+N2Mg3N2、Mg+Cl2MgCl2、2Mg+O22MgO。②与CO2反应:2Mg+CO22MgO+C。③与H2O反应:Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑。④与H+反应:Mg+2H+Mg2++H2↑。3.镁的重要化合物4.镁及其化合物用途

镁应用于生产合金,冶金工业上用作还原剂和脱氧剂。MgO熔点很高,可作耐火材料。

【易错辨析】(1)点燃的镁条能够在空气中剧烈燃烧,将点燃的镁条放入CO2气体中,镁条停止燃烧()

(2)镁条在空气中燃烧得到的灰白色的物质为纯净物()

(3)在镁条参加的化学反应中,镁均作还原剂()

(4)从海水中提取镁所涉及的化学反应全部是氧化还原反应()

(5)将氯化镁晶体(MgCl2·6H2O)直接加热可制得无水氯化镁()

【答案】××√××【典例】1.某同学通过系列实验探究Mg及其化合物的性质,下列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,置镁片于其中探讨Mg的活动性

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【答案】B【解析】浓硫酸溶于水放热,且密度大于水,因此稀释浓硫酸时应将浓硫酸加到水中,而不能将水加入浓硫酸中,A项错误；将NaOH溶液缓慢滴入MgSO4溶液中,镁离子与氢氧根离子反应生成氢氧化镁沉淀,B项正确；将浊液加入过滤器中应该用玻璃棒引流,C项错误；将Mg(OH)2沉淀转入蒸发皿中,加足量稀盐酸,生成氯化镁。由于氯化镁水解生成氢氧化镁和氯化氢,因水解吸热,且氯化氢易挥发,所以加热时促进镁离子水解,蒸干得不到无水MgCl2固体,可得到氢氧化镁固体,D项错误。方法技巧：通过镁的价类二维图的整合，实现镁及其化合物间的转化，掌握镁及其化合物转化的依据，再结合实验基本操作技能，以及制备物质的基本思想来进行解答。【即时检测】1.某研究性学习小组为了探究镁粉与溴水反应的机理,做了如下四组实验:①将镁粉投入冷水中,未见任何现象;②将镁粉放入溴水中,观察到只是开始时产生极少量的气泡,但溴水的颜色逐渐褪去;③将镁粉放入液溴中,未观察到任何明显现象;④向含足量镁粉的液溴中滴加几滴水,观察到溴的红棕色很快褪去。则下列关于镁与溴水的反应机理的论述中正确的是()A.镁粉只直接与溴水中的溴反应B.镁粉只与溴水中的酸反应C.极少量的气泡是由于镁粉与水反应得到的D.镁粉在水的催化下与溴发生反应【答案】D【解析】由①知镁粉与冷水并不反应;由②知镁粉放入溴水中,开始放出少量的气泡,说明镁和溴水中的酸能反应产生H2,但溴水很快褪色,说明镁粉也能与溴直接发生反应;由③知镁粉与液溴并不反应;由④知水应该是镁粉与溴反应的催化剂。二、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3周期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的形式存在。2．金属铝的物理性质银白色有金属光泽的固体，有良好的延展性、导电性和导热性等，密度较小，质地柔软。3．金属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：【答案】①4Al＋3O22Al2O3②2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3③2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑④2Al＋2OH－＋6H2O=2[Al(OH)4]－＋3H2↑4.铝的制备

工业上利用电解熔融氧化铝的方法制备铝单质:

2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑。

5．铝热反应实验装置实验现象①镁带剧烈燃烧，放出大量的热，并发出耀眼的白光，氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；②纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中实验结论高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热：Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3原理应用①制取熔点较高、活动性弱于Al的金属，如铁、铬、锰、钨等，3MnO2＋4Al3Mn＋2Al2O3；②金属焊接，如野外焊接钢轨等6.铝的用途纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。【易错辨析】判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。

(1)铝制餐具可长时间存放酸性或碱性食物()

(2)常温下,铝与稀硝酸反应生成氢气()

(3)铝在空气中耐腐蚀,所以铝是不活泼金属()

(4)氧化铝是金属氧化物,也是碱性氧化物()

(5)1molAl与足量硫酸或足量氢氧化钠溶液反应转移电子数相同()

(6)铝与少量NaOH溶液反应得到铝盐,与足量NaOH溶液反应生成偏铝酸盐()

【答案】××××√×【典例】2．下列关于铝单质的叙述中，正确的是()A．不能用铝制的器皿来盛放酸梅汤或碱水是因为铝会和酸或碱反应B．铝制品在空气中有很强的抗腐蚀性是因为铝的化学性质很稳定C．铝和NaOH溶液反应：Al＋2OH－＋2H2O=[Al(OH)4]－＋H2↑D．用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热，熔化后的液态铝会滴落下来，是因为金属铝的熔点较低【答案】A【解析】A项，无论是铝还是其氧化物都能与酸或碱反应，正确；B项，铝表面形成致密的氧－＋3H2↑，错误；D项，打磨后的铝箔在酒精灯上灼烧表面生成Al2O3，高熔点的Al2O3兜住了熔融的液态铝，不会滴落，错误。3.镁铝合金5.1g溶于300mL2mol·L-1盐酸中,(标准状况)放出气体的体积为5.6L下,向反应后的溶液中加入500mLNaOH溶液充分反应,最终产生白色沉淀。下列有关说法不正确的是()A.5.1g镁铝合金中含有镁、铝的质量分别为2.4g、2.7gB.溶解5.1g镁铝合金时,剩余盐酸中溶质的物质的量为0.1molC.生成白色沉淀的最大质量为13.6gD.若白色沉淀只有Mg(OH)2,该NaOH溶液的物质的量浓度至少为1.2mol·L-1【答案】D【解析】盐酸中n(HCl)=300×10-3L×2mol·L-1=0.6mol,H2中氢原子的物质的量n(H)=×2=0.5mol<0.6mol,说明盐酸过量,合金全部溶解,设金属镁的物质的量为x,金属铝为y,则有24g·mol-1×x+27g·mol-1×y=5.1g,根据得失电子守恒,2x+3y=,两式联立解得x=y=0.1mol。根据上述分析,合金中Mg、Al的质量分别是2.4g、2.7g,A项正确;剩余盐酸中溶质的物质的量为0.1mol,B项正确;沉淀最多时,Mg全部转化成Mg(OH)2,Al全部转化成Al(OH)3,m(沉淀)=m(合金)+m(OH-),n(OH-)=n(合金失电子)=n(H+得电子),因此沉淀的质量为5.1g+0.5mol×17g·mol-1=13.6g,C项正确;根据溶液呈电中性,反应后的溶质为NaCl、NaAlO2,即n(Na+)=n(Cl-)+n(Al)=0.6mol+0.1mol=0.7mol,因此NaOH溶液的物质的量浓度最小为=1.4mol·L-1,D项错误。方法技巧：铝与酸或碱反应生成H2的量的关系2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑2Al＋2NaOH＋6H2O=2Na[Al(OH)4]＋3H2↑(1)等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液分别反应：①产生H2的物质的量相等。②消耗H＋、OH－的物质的量之比为n(H＋)∶n(OH－)＝3∶1。(2)足量的铝分别与等物质的量的HCl和NaOH反应：①消耗Al的物质的量之比为1∶3。②生成H2的物质的量之比为1∶3。(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸、氢氧化钠溶液反应：若产生氢气的体积比为＜＜1，则必定①铝与盐酸反应时，铝过量而HCl不足。②铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而NaOH过量。三、铝的重要化合物及应用【知识梳理】1.Al2O3

(1)物理性质:Al2O3是高熔点的氧化物,常作为耐火材料及冶炼金属铝的原料。

(2)化学性质(用离子方程式表示):

两性2.Al(OH)3

(1)物理性质:Al(OH)3是难溶于水的白色胶状沉淀,它能吸附水中的悬浮物,常用于水的净化,并能吸附色素。

(2)化学性质。

①两性②受热分解:化学方程式为(3)制备(用离子方程式表示)。

“铝三角”及其应用1．具体反应Al(OH)3+OH−+2H2OAl(OH)3+3H+Al3++3H2OAl3++3OH−Al(OH)3↓+H++H2OAl(OH)3↓+4H+Al3++2H2OAl3++4OH−+2H2OAl3++3+6H2O4Al(OH)3↓2．应用（1）判断离子共存问题Al3+与OH−及、、S2−等弱酸根阴离子或与H+、以及弱碱阳离子Al3+、Fe3+等因生成沉淀或发生水解相互促进反应而不能大量共存。（2）鉴别(利用滴加顺序不同，现象不同)①向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液，先产生白色沉淀，后沉淀溶解。②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（3）分离提纯①利用Al能溶于强碱溶液，分离Al与其他金属的混合物。②利用Al2O3，能与强碱溶液反应，分离Al2O3与其他金属氧化物。③利用Al(OH)3能与强碱溶液反应，分离Al3+与其他金属阳离子。3.明矾净水原理

明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O,其净水原理涉及的离子方程式:Al3++3H2O==Al(OH)3(体)+3H+。

【易错辨析】(1)明矾用作净水剂不涉及化学变化()

(2)氢氧化铝具有弱碱性,可用于制胃酸中和剂()

(3)Al(OH)3既能与稀硫酸反应又能与NaOH溶液反应()

(4)向NaAlO2溶液中通入过量CO2制Al(OH)3的离子方程式:()(5)向Al2(SO4)3溶液中加入过量氨水:()(6)Al(OH)3胶体能凝聚水中的悬浮物,也能吸附色素()

【答案】×√√√×√【典例】3.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+均能反应生成氢氧化物沉淀,不符合除杂的要求。方法技巧：含铝化合物转化关系的应用(1)判断离子共存问题:Al3+与OH-及AlO2-、CO32-、S2-等弱酸根阴离子或AlO2-与H+、HC以及弱碱阳离子Al3+、Fe3+等因生成沉淀或发生相互促进的水解反应而不能大量共存。(2)鉴别物质(利用滴加试剂顺序不同,现象不同):

①向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液,先产生白色沉淀,后沉淀溶解。

②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)鉴别物质(利用滴加试剂顺序不同,现象不同):

①向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液,先产生白色沉淀,后沉淀溶解。

②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。【即时检测】2.固体粉末X中可能含有K2SO3、KAlO2、MgCl2、Na2CO3中的一种或几种。为确定该固体粉末的成分,取X少量溶于水得澄清透明溶液。再取X进行下列实验,实验过程及现象如下:根据上述实验,以下说法正确的是()A.气体1可能为SO2和CO2的混合物B.沉淀3可能为Mg(OH)2和Al(OH)3的混合物C.固体粉末X中一定有Na2CO3,可能有KAlO2D.固体粉末X中一定有K2SO3和KAlO2【答案】D【解析】固体X加入足量稀硝酸后的溶液2中加BaCl2溶液有沉淀4生成,则沉淀4为BaSO4,X中一定含K2SO3,它被稀硝酸氧化成K2SO4,同时生成的气体不是SO2,而是NO。X溶于水得澄清透明溶液,因K2SO3与MgCl2在溶液中不能共存,故X中无MgCl2。固体X加足量稀硝酸后的溶液2中加足量氨水能生成沉淀3,结合Al+4H+Al3++2H2O、Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3N,可推知X中一定有KAlO2,沉淀3是Al(OH)3。题给实验现象无法确定Na2CO3是否存在。综上分析,可知A、B、C项错误,D项正确。考向二铝与酸、碱反应的有关计算（1）铝能与酸溶液反应生成H2和铝盐(Al3+)，但与稀HNO3反应不生成H2，且在浓HNO3、浓H2SO4中钝化。（2）铝与强碱溶液反应生成H2和偏铝酸盐()。（3）铝与酸或碱溶液反应生成H2的量的关系：有关离子方程式为：2Al+6H+2Al3++3H2↑2Al+2OH−+2H2O2+3H2↑Al与酸、碱反应的实质都是：AlAl3+，2H+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。①等量Al分别与足量酸(H+)和碱(OH−)溶液反应，生成H2之比为1∶1，消耗H+和OH−之比为3∶1。②足量Al分别与所含H+和OH−物质的量相等的溶液反应，生成H2之比为1∶3。③若产生H2之比为eq\f(1,3)<<eq\f(1,1)，则必定是：与酸反应时，Al过量、H+不足，而与碱反应时，Al不足、OH−过量。典例2（1）等质量的两份铝分别与足量的HCl、NaOH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HCl、NaOH溶液中，产生H2的体积之比是________。【答案】（1）1∶1（2）1∶3【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物质的量相等时，二者产生H2的体积比为1∶3。2．有两种金属组成的混合物粉末15g与足量的稀盐酸反应，生成11.2L(标准状况下)H2，则该混合物的组成不可能是A．Fe、Zn B．Al、CuC．Al、Na D．Al、Fe【答案】A【解析】本题考查了混合物计算。标况下，11.2L氢气的物质的量为=0.5mol，假设金属都为+2价，根据电子转移守恒，金属物质的量为0.5mol，金属平均相对原子质量为=30。Fe的相对原子质量为56，Zn的相对原子质量为65，均大于30，不符合题意，故A错，选A。如Al为+2价，其相对原子质量为27×=18，Cu不与盐酸反应，相对原子质量视作无穷大，符合题意，故B正确，不选。如Al为+2价，其相对原子质量为27×=18，如Na为+2价，其相对原子质量为23×2=46，符合条件，故C正确，不选。如Al为+2价，其相对原子质量为27×=18，Fe的相对原子质量为56，符合题意，故D正确，不选。考向三Al(OH)3沉淀的图象分析1．四个基本图象（1）可溶性铝盐溶液与NaOH溶液反应的图象：操作可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量NaOH溶液中逐滴加入可溶性铝盐溶液至过量现象立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失无沉淀(有但即溶)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失图象离子方程式Al3++3OH−Al(OH)3↓Al(OH)3+OH−+2H2OAl3++4OH−+2H2O3+Al3++6H2O4Al(OH)3↓（2）偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图象：操作偏铝酸盐溶液中逐滴加稀盐酸至过量稀盐酸中逐滴加偏铝酸盐溶液至过量现象立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失无沉淀(有但即溶)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失图象离子方程式+H++H2OAl(OH)3↓Al(OH)3+3H+Al3++3H2O+4H+Al3++2H2O；Al3++3+6H2O4Al(OH)3↓2．拓展图象（1）向AlCl3溶液中逐滴加入氨水或NaAlO2溶液至过量，图象如图1所示。（2）向NaAlO2溶液中逐滴加入AlCl3溶液或通入CO2至过量，图象如图2所示。（3）向MgCl2、AlCl3和盐酸的混合溶液(即将Mg、Al溶于过量盐酸所得的溶液)中逐滴滴入NaOH溶液至过量，图象如图3所示。（4）向MgCl2、AlCl3混合溶液中先加入NaOH溶液，后加入盐酸(NaOH与盐酸的物质的量浓度相等)，沉淀图象如图4所示。典例3如图表示AlCl3溶液与NaOH溶液相互滴加过程中微粒的量的关系曲线。下列判断错误的是A．①线表示Al3＋的物质的量的变化B．x表示AlCl3的物质的量C．③线表示Al(OH)3的物质的量的变化D．④线表示AlOeq\o\al(－,2)的物质的量的变化【答案】B【解析】假定向含有1molAlCl3溶液中滴加NaOH溶液，首先发生反应Al3++3OH-=Al(OH)3↓，Al3+完全沉淀，消耗3molOH-，生成1molAl(OH)3，然后发生反应Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O，沉淀完全溶解消耗1molOH-，生成1molAlO2-，前后两部分消耗的OH-为3：1，假定向含有4molNaOH溶液中滴加AlCl3溶液，首先发生反应Al3++4OH-=AlO2-+2H2O，OH-完全反应消耗1molAl3+，生成1molAlO2-，然后发生反应Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓，AlO2-完全反应，消耗molAl3+，生成molAl(OH)3↓，前后两部分消耗的Al3+为1mol：mol=3：1，由图象可知，①②表示微粒、③④表示微粒物质的量关系为1：1可知，该图表示向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液，A．由上述分析可知，首先发生反应Al3++3OH-=Al(OH)3↓，溶液中铝离子物质的量减少，①线表示Al3+的物质的量的变化，故A正确；B．由上述分析可知，x表示NaOH溶液，故B错误；C．由上述分析可知，随反应进行Al(OH)3物质的量先增大，或减小，故②③线表示Al(OH)3的物质的量的变化，故C正确；D．由上述分析可知，Al(OH)3溶解时，AlO2-的物质的量增大，④线表示AlO2-的物质的量的变化，故D正确；故选B。3．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溶液的体积如下图所示。原溶液中Cl-与SO42-的物质的量之比为（）A． B． C． D．【答案】D【解析】由图可知加入0.4LNaOH时沉淀达最大量，沉淀为Mg（OH）2、Al（OH）3，由方程式可知2n[Mg（OH）2]+3n[Al（OH）3]=n（OH﹣），加入0.5LNaOH时，沉淀由最大值变为为最小值，故0.1LNaOH恰好溶解氢氧化铝沉淀，根据反应Al（OH）3+NaOH=NaAlO2+2H2O可计算出n[Al（OH）3]，再计算出n[Mg（OH）2]，进而计算原溶液中Cl﹣与SO42﹣的物质的量浓度之比。【详解】由图可知加入0.4LNaOH时沉淀达最大量，沉淀为Mg（OH）2、Al（OH）3，由方程式可知2n[Mg（OH）2]+3n[Al（OH）3]=n（OH﹣），加入0.5LNaOH时，沉淀由最大值变为为最小值，故0.1LNaOH恰好溶解氢氧化铝沉淀。设氢氧化钠溶液溶液的浓度为c，根据反应Al（OH）3+NaOH=NaAlO2+2H2O可知，n[Al（OH）3]=n（NaOH）=0.1c，所以n[Mg（OH）2]==0.05c，溶液中n（Cl﹣）=3n[Al（OH）3]=0.3c，原溶液中n（SO42﹣）=n[Mg（OH）2]=0.05c，则原溶液中Cl﹣与SO42﹣的物质的量之比为0.3c：0.05c=6：1，故选D。考向四有关镁、铝合金的定量计算镁、铝都能与非氧化性酸反应生成相应的盐。镁和铝的化合物与强碱溶液反应时，一个重要的特征是它们相对量的不同，沉淀量也有所不同。沉淀量随强碱量的变化关系用文字很难表达清楚，但若用图象表示，不仅有助于理解镁和铝的化合物与强碱反应的过程，也有助于解决有关计算问题。1.向含Mg2+与Al3+的混合溶液中逐滴加入强碱溶液（1）现象：出现沉淀→渐多→最多→减少→不变。（2）图象：如图甲。（3）量的关系：①n(Al3+)=(b−a)mol；②n(Mg2+)=mol。2.向含Mg2+与Al3+的酸性溶液中逐滴加入强碱溶液（1）现象：无明显现象→出现沉淀→渐多→最多→减少→不变。（2）图象：如图乙。典例4将一定质量的镁和铝混合物投入200mL硫酸中，固体全部溶解后，向所得溶液中加入NaOH溶液，生成沉淀的物质的量n与加入NaOH溶液的体积V的变化如下图所示。.则下列说法不正确的是:A．镁和铝的总质量为9gB．最初20mLNaOH溶液用于中和过量的硫酸C．硫酸的物质的量浓度为2.5mol·L－1D．生成的氢气在标准状况下的体积为11.2L【答案】D【解析】从图象中看到，从开始至加入NaOH溶液20mL，没有沉淀生成，说明原溶液中硫酸溶解Mg、Al后有剩余，此时发生的反应为：H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O。当V（NaOH溶液）=200mL时，沉淀量最大，此时为Mg(OH)2和Al(OH)3。【详解】A、当V（NaOH溶液）=240mL时，沉淀不再减少，此时全部为Mg(OH)2，n（Mg）=n[Mg(OH)2]=0.15mol，m（Mg）=0.15mol×24g•mol-1=3.6g，n（Al）=n[Al(OH)3]=0.35mol-0.15mol=0.2mol，m（Al）=0.2mol×27g