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高三化学复习镁、铝

2014-5-11 0:32:32下载本试卷

高三化学复习镁、铝

教学内容

1．掌握镁、铝的重要物理性质和化学性质及重要用途

2．掌握Mg、Al重要化合物的性质及相互转化

二、学习指导

（一）Mg、Al性质的相似性和差异性

Mg和Al属于同周期相邻的两种金属元素，是第ⅡA、ⅢA族析重要代表元素。它们具有强的还原性，但Al正处在周期表中金属与非金属分界线旁，因而Al具有特殊性质。

关于Mg、Al的物理学性质差异可从金属键的强弱分析入手。镁铝合金的特点是质轻而更度和强度都较大，且Mg、Al在常温下即可被空气中O2氧化，生成致密氧化物保护膜，具有一定的抗腐蚀性，因而它们具有广泛的用途。

比较镁和铝

物

理

性

质

光泽　密度

Mg

Al

银白色　　　　　　　　　　  轻金属

原子或离半径

金属键能

溶、沸点

硬度

＞

＜

＜

＜

化

学

性

质

露置于空气

常温被氧化形成致密保护膜，具有一定抗腐蚀性

常温很快被氧化形成致密保护膜，抗蚀性能强于镁

燃烧

（与O2反应条件及现象）

2Mg+O2　　　 2MgO

空气中能点燃发出耀眼强光

4Al+3O2=2Al2O3

在纯氧或高温下点燃也可发出强光

与氧化物反应

（置换）

2Mg+CO2　　　 2MgO+C+Q

2Al+Fe2O3　　　Al2O3+2Fe

+Q

（铝热反应）

与其它非金属反应

3Mg+N2　　　　Mg3N2

2Al+3S　　　 Al2S3

（干法）

与H2O反应

Mg+2H2O(沸)　　　 Mg(OH)2+

H2↑

2Al+6H2O(沸)　　　2Al(OH)3

+3H2↑

与非氧化性酸反应

Mg+2H+=Mg2++H2↑

2Al+6H+=2Al3++3H2↑

与强氧化性酸反应

能反应，无H2放出

常温 被浓H2SO4、浓HNO3钝化

与强碱液反应

不反应

2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO3

+3H2↑

存　在

光卤石（KCl·MgCl2·6H2O）

菱镁矿MgCO3

铝土矿　　　Al(OH)3　

Al2O3　　　　　　 Al

冶　炼

海水　　　　  Mg(OH)­2　

　MgCl2　　

　　Mg

制合金、飞机、汽车、轮船部件、导线、日用品

用　途

制合金、飞机、汽车部件、烟火、照明弹等

注意：

1．镁在空气中燃烧所得产物质种类

　　　　　　　　　　　 MgO

Mg　　　　　　　　　  Mg3N2　

　　　　　　　　　　　 MgO+e

想一想：为什么镁在空气中燃烧产生主要为MgO？

2．比较Mg分别在O2、N2、CO2中燃烧所得产物质量的大小

（1）等物质的量的Mg分别在足量的气体中燃烧

①　　 Mg　～ O2　～ MgO

1mol　　　　　　 40g

②Mg　～N2　～　Mg3N2　　　　　  产物质量大小顺序：

　1mol　　　　　　  g　　　　 ③＞①＞②

③Mg～CO2　　～　MgO+C

　 1mol　　　　　　　 46g

（2）等物质的量的气体与足量Mg反应

①O2　 ～　 2MgO

　 1mol　　80g　　　　　 产物质量大小顺序

②N2　～　 Mg3N2　　　　　 ②＞③＞①

　1mol　　　 100g

③CO2　 ～　　2MgO+C

3．Al与NaOH溶液反应的电子转移情况。

常见的错误有：

2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑

其实该反应的氧化剂只有水。为什么？

从Al与NaOH溶液反应本质分析：

2Al+6H2O ==  2Al(OH)3+3H2↑　　……①

2Al(OH)3+2NaOH==2NaAlO2+4H2O ……②

①+②得

　

2Al+2NaOH+6H2O==2NaAlO2+3H2↑+4H2O

其中NaOH所起的作用：

上述反应①通常条件是微弱的，但NaOH溶液能溶解Al(OH)3促使反应①程度增大。故NaOH仅表现碱性。

4．铝热反应


（1）定义：Al+MxOy　　　　M+Al2O3　 +　 放出大量热

　　　　　　　　　　 

　 铝热剂　　 引发反应发生　　　　 特点

　　

　　　　　　　　　　　  　　　　　使高熔点金属熔化

（2）原因：　 ①Al的强还原性

②Al的亲氧性强

（3）应用：　 ①冶炼高熔点金属（如Fe、Cr、V、Mn等）

②焊接金属。

  （二）铝、硅的相似性

铝、硅虽然不属于同主族，但因们于阶梯玫的两侧，故Al和Si及其人经合物的化学性质有许多相似之外，被称为“孪生兄妹”

现对其单质、氧化物及其水化物比较如下：

单质

Al

Si

与O2反应

4Al+3O2　　　2Al2O3

Si+O2　　　 SiO2

与Cl2反应

2Al+3Cl2　　　 2AlCl3

Si+2Cl　　　SiCl4

与氧化物反应

2Al+Fe2O3　　　Al2O3+2Fe

Si+2FeO　　　2Fe+SiO2

与酸反应

2Al+6HF=2AlF3+3H2↑

Si+4HF=SiF4+H2↑

与碱液反应

2Al+2H2+2NaOH=2NaAlO2+3H2↑

Si+2H2O+2NaOH=Na2SiO3+2H­2↑

氧化物

Al2O3

SiO2

与碱液反应

Al2O3+2OH—=2AlO2—+H2O

SiO2+2OH—=SiO32—+H2O

与酸液反应

Al2O3+6HCl=2AlCl3+H2O

SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O

与碱性氧化物反应

Al2O3+CaO　　　Ca(AlO2)2

SiO2+CaO　　　CaSiO3

氧化物对应水化物

Al(OH)3

H2SiO3

受热分解

2Al(OH)3　　　 Al2O3+3H2O

H2SiO3　　　 SiO2+H2O

与酸反应

Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O

不反应

与碱反应

Al(OH)3+OH—=AlO2—+2H2O

H2SiO3+2OH—=SiO32—+2H2O

含氧酸盐

NaAlO2

Na2SiO3

与强酸反应

AlO2—+H++H2O==Al(OH)3↓

SiO32—+2H+=H2SiO3↓

与弱酸反应

AlO2—+CO2+2H2O==Al(OH)33↓+HCO3—

2AlO2—+CO2+3H2O=2Al(OH)33↓+CO32—

SiO32—+2CO2+H2O=H2SiO3+2HCO3—

­SIo32—+CO2+2H2O=H2SiO3+CO32—

水解呈碱性

AlO2—+3H2O　　　Al(OH)3+OH—

SiO32—+2H2O　　　 H2SiO3+2OH—

双水解反应

AlO2—+NH4++H2O==Al(OH)3↓+NH3↑

SiO32—+2NH4+=H2SiO3↓+2NH3↑

　 （三）Mg、Al及其化合物间的转化

1．Mg元素


2．Al元素

注意

（1）Al(OH)3为何既能与酸又能与强碱液反应？

这是因为Al(OH)3在水中同时存在两种电充平衡：

  AlO2—+H++H2O　　　Al(OH)3　　　 Al3++3OH—

　①酸式电离　　　　　　　　　　　 ②碱式电离

　　 促进②　　　　　　　　　　　　　 促进①

抑制①　　　　只能存在于中　　　 抑制②

[H+]↗　　　　　  性或弱酸性或　　　　　　 [OH—]↗

弱碱性环境中

（2）注意AlO2—、Al(OH)3、Al3+转化条件及所需量的关系，即铝室双三角关系


规律：左右物质的量相对称，对应边强弱相呼应

（四）制取Al(OH)3的可能途径及最佳选择

（1）铝盐与碱液反应

①Al3+　　　　 Al(OH)3　　　　  AlO2—

②Al3+　　　　  Al(OH)3　　　　　 不溶解

 

（2）偏铝酸盐与酸反应：

①AlO2—　　　　　 Al(OH)3　　　　　 Al3+

②AlO2—　　　　　 Al(OH)3　　　　  不溶解

（3）双水解反应：

①Al3++3AlO2—+6H2O=4Al(OH)3↓

当nAl3+：nAlO2—+1 ：3时，不用其它试剂即可将Al元素全部转成Al(OH)3沉淀。

　　　　　　　　 

　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

②Al3+　　　　　　

　　　　　　　　 


　　　　　　　　　　 Al(OH)3+NH3↑　

③AlO2—

　　　　　　　　　　 Al(OH)3+Fe(OH)3(两种沉淀)

思考：如何将a mol AlCl3和b mol NaAlO2 溶液中的Al元素全部合理地转化成Al(OH)2？（提示：注意试剂用量）

（五）典型的图像分析及应用

以Al元素为核心的图像丰富多彩。析图或作图时不仅要注意加入酸或碱的强弱，而且要注意所加入的量或滴加顺序，正因滴加顺序不同可转产生的现象不同，故可用相互滴加法来临别试剂如

　　　　　　  AlCl3　　　 NaAlO2

　　　　

　　　　　　  NaOH　　HCl

若产生沉淀有多种，则应细细分析相关量间的关系。要持别关注沉淀是否同步完全，沉淀物是否溶于所加入的过量试剂中。同时要注意纵生标的物理量意义。对于一些复杂问题可先分解后组合，进行图像的叠加工作。抓住杂些关键点（如最高点，最低点，转折点）和变化趋势，才能较顺利地解决图像问题。

现将基本或重要的有关图像归纳如下：

（1）含1molAlCl3的溶液中滴加NaOH　　　（2）含1molAlCl3的溶液中通入NH3


（3）含1molNaOH的溶液中滴加AlCl3　　　　　  （4）含1molNH3的氨水滴加AlCl3


（5）含1molNaAlO2的溶液中滴加HCl　　　 （6）含1molNaAlO3的溶液中通入CO2


（7）1molHCl溶液中滴加NaAlO2

（8）含各1molMg2+、Al3+混合液中滴加NaOH溶液


（9）含各1molMg2+、Al3+、NH4+混合液中滴加NaOH溶液


（10）含1molKAl(SO4)2的溶液中滴加Ba(OH)2溶液：

A13+　～　Ba(OH)2　 ～Al(OH)3　　　

SO42—　～ Ba(OH)2　 ～ BaSO4　　　　Al(OH)3、BaSO4求能同步沉淀完全

mol　　mol　　　 mol　

①当加入molBa(OH)2时

生成沉淀　　  1.0mol　　　　78g

BaSO4　　　　  1.5mol　　　 349.5g

总　　　　　  2.5mol　　　 427.5g

②当加入Ba(OH)2 2mol时

　　 Al(OH)3已完全溶解

　　 BaSO4　　2mol　　　 总质量466g

图像如下：


三、典型例析：

例1． 7.5gMg、Al合金投入到200Ml5mol·L—1的盐酸中，使其完全溶解，然后逐滴加入4mol·L—1NaOH溶液。问当加入NaOH溶液多少mL时产生沉淀的质量最大？

解析：要使沉淀质量最大，即Mg(OH)2和Al(OH)3沉淀完全时，此时溶液中酸或碱均不能过量，溶液中溶质仅为NaCl，根据Na+、Cl—的来源及守恒原理可知：

HCl　 ～　　 NaOH　 ～　NaCl

1mol　　　　  1mol

0.2L×5mol/L　VL×4mol/L

即　0.2×5=V×4.　  V=0.25L=250mL

此类方法我们称之为“终态求解法”，抓住某个状态的特征，不追究具体过程。此法可大大简化解题过程。

例2．现有20g16%的氢氧化钠溶液和20mL 2mol/L的硫酸，若用它们与足量的铝屑反应生成氢氧化铝，理论上最多可生成多少氢氧化铝？

解析：生成氢氧化铝有三个途径：

（1）Al　　　　　 Al2(SO4)3　　　　  Al(OH)3

（2）Al　　　　  NaAlO2　　　　　　 Al(OH)3

（3）Al　　　　　  Al2(SO4)3　　　

　　 Al　　　　  NaAlO2

通过比较可以确定生成氢氧化铝最多的方法为（3）

n(NaOH)=0.08mol　　　n(H2SO4)=0.04MOL

NaOH　 ～　Al　 ～NaAlO2

0.08mol　　　　　  0.08mol

H2SO4　～　 Al　～ Al2(SO4)3　 ～ Al3+　

0.04mol　　　　　　　　　　　　　　　 mol　

Al3+　 +　 3AlO2—　+　　6H2O　　=　 4Al(OH)3

1mol　　　 3mol　　　　　　　　　　  4mol

mol　　 0.08mol　　　　　　　　 mol


恰好反应

m[Al(OH)3]= mol×78g/mol

　　　　　 =8.32g

答：理论上最多可Al(OH)38.32g

巩固练习

（一）选择：

1．将下列金属分别放入冷的浓硝酸中，不能继续发生反应的是（　　）

A．镁　　　B．铝　　 C．铜　　 D．银

2．下列物质地中，只能由单质直接化合而制得的是（　 ）

A．FeCl3 　　 B．CuS　　 C．Al2S3　　　 D．FeS

3．自然界的镁、铝主要的存在形式是（　　）

A．游离态　　B．化合态　　 C．合金　　 D．氧化态

4．下列不属于更水的是（　　 ）

A．矿泉水　　 B．地下水　　 C．蒸馏水　　　D．海水

5．主要成分的镁盐的物质是（　　）

A．冰晶石　　　 B．重晶石　　 C．光卤石　　D．明矾

6．欲从含少量Al3+的FeCl3溶液中除去Al3+，最好应加入的试剂是（　 ）

A．NaOH溶液和盐酸　　　　 B．　KOH溶液和稀H2SO4

C．氨水和盐酸　　　　　　  D．碳酸铵

7．为了除去MgCl2酸性溶液中的少量Fe3+，可在加热条件下加入一种试剂，过滤后，再加适量盐酸，这种试剂是（　　）

A．NH3·H2O　　　B．NaOH　　　C．Na2CO3　　　D．MgCO3

8．在一定量的偏铝酸钠溶液中，加入下列哪一种溶液可使获得的沉淀量最大（　 ）

A．AlCl3　　　　B．HCl　　　C．CO2　　　　D．NaHSO4

9．镁、铝都是较活泼的金属，下列描述正确的是（　）

A．镁的硬度比铝稍大，熔沸点都比铝高

B．镁、铝都能跟稀盐酸、稀硫酸、强碱反应

C．镁在点燃条件下可以跟二氧化碳起反应，铝在一定条件下可以跟氧化铁发生氧化-还原反应

D．铝热剂是镁条、铝粉和氧化铁的混合物

10．在下列物质的水溶液中，加入稀H2SO4或AlCl3溶液时，都会有沉淀生成的是（　）

A．BaCl2　　　 B．Ba(OH)2　　 C．Na2CO3　　　 D．NaAlO2

11．镁粉在焰火、闪光粉中是不可少的原料，工业制造镁粉是将镁蒸气在气体中冷却，下列可作为冷却气体的是（　　 ）

（1）空气　 （2）CO2　　（3）Ar　　（4）H2　　 （5）N2

A．（1）（2）　　 B．（2）（3）　 C．（3）（4）　　 D．（4）（5）

12．把等质量的金属镁分别放在（1）纯氧气中（2）空气中 （3）二氧化碳气体中，充分燃烧得到固体物质的总质量依次分别是W1、W2、W3，三者的大小关系是（　　）

A．无法判断　　 B．W1一定小于W3　　 C．W3一定大于W2　　D．W1等于W3

13．将5克某金属加入100毫升4摩/升的硫酸溶液中，当硫酸浓度降到原浓度的一半时（设溶液体积不变），金属还没有全部溶解，该金属可能是（　　）

A．铝　　　 B．锌　　 C．铁　　　 D．镁

14．现有Al(OH)3和Mg(OH)2的混合物，欲使Mg(OH)2溶解，Al(OH)3不溶解，可加入的物质是（　　）

A．(NH4)2SO4饱和溶液　　B．NaOH溶液　 C．盐酸　　D．氨水

15．把0.1mol铝投入到100mL 3mol/L的NaOH溶液中充分反应后，再滴入1mol/L的H2SO4溶液120mL，其结果是（　　）

A．溶液的pH值＜7　　　　 B．得到澄清透明溶液

C．沉淀未能完全溶解　　　　D．先有白色沉淀生成，后逐渐溶解

16．向明矾溶液里滴入Ba(OH)2溶液，当SO42—沉淀完全时，铝元素的存在形式是（　 ）

A．一部分为Al(OH)3沉淀，一部分以Al3+形式存在于溶液中

B．一部分为 Al(OH)3沉淀，一部分以AlO2—形式存在于溶液中

C．全部为Al(OH)3沉淀

D．几乎全部以AlO2—形式存在于溶液中

17．既能跟明矾溶液反应，又能跟适量NH4HSO4溶液反应生成白色沉淀的是（　 ）

A． FeCl3溶液　　　 B．NaHCO3溶液　　C．KalO2溶液　　 D．Ba(OH)2溶液

18．冶金工业上常用电解熔融MgCl2而不用电解MgO的方法制取镁，其原因是（　 ）

A．熔融的MgO不导电　　　　　 B．MgO分子间作用力很大

C．MgO熔点高　　　　　　　　  D．MgO属原子晶体

19．将物质的量都为amol的Na和Al一同放入mg足量水中，所得溶液的密度为dg/cm3，则此溶液的物质的量浓度为（　　）

A．mol/L　　　　　 B． mol/L

C．mol/L　　　　　 D．mol/L

20．现有20mLMgCl2和AlCl3的混合溶液，其中[Mg2+]=0.2mol/L、[Cl—]=1.3mol/L.要使Mg2+转化成Mg(OH)2并使Mg2+、Al3+分离开来，至少需要4mol/L NaOH溶液（　　）

A．140mL　　　　  B．120mL　　　C．100mL　　 D．80mL

二、填空题

21．在水溶液中铝元素可以__________或__________两种离子存在，若以__________离子存在水pH值必小于7，若以___________离子存在于水溶液中，pH值必大于7，将分别含有上述离子的两种溶液混和时，析出白色沉淀物，发生反应的离子方程式是__________。

22．有阳离子Al3+、Na+、Mg2+、Ba2+和阴离子CO32—、AlO2—、Cl—、OH—相互形成化合物A、B、C、D、E。试根据其主要性质填写下列分子式。并按要求写出有关离子方程式。

（1）A可由明矾和氨水反应而制得。A________，离子方程式______________。

（2）B微溶于水，可溶于稀H2　SO4，而生成无色澄清溶液，且放出气体。

B___________，离子方程式___________________。

（3）C的水溶液的PH值大于7，通入过量CO2气体可产生沉淀。

C____________，离子方程式___________________。

（4）D的水溶液的PH值小于7，与C溶液混和只产生一种沉淀。

D____________，离子方程式___________________。

（5）E的水溶液的PH值大于7，与D溶液混和产生白色沉淀和气体。

E____________，离子方程式___________________。

23．下图分别表示向I中的溶液逐渐加入（或通入）Ⅱ中的试剂的物质的量（横坐标）与产生沉淀的量（纵坐标）之间的关系。


Ⅰ溶液：A饱和和石灰水B 氯化铝溶液C 偏铝酸钠溶液D 酸化的氯化铝、氯化镁溶液E 氢氧化钠溶液

Ⅱ溶液：a氢氧化钠溶液　 b稀盐酸 c氨水 d二氧化碳 e氯化铝溶液

试将图号对应的溶液标号填入下表（注意：答案不能重复）

图号

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

答

Ⅰ

案

Ⅱ

24．准确称取6g铝土矿样品（含Al2O3、Fe2O3、SiO2）

放入盛有100mL某浓度的硫酸溶液的烧杯中，充分反应后过

滤，向滤液中加入10mol/L的NaOH溶液，产生的沉淀的质

量m与加入NaOH溶液的体积V的关系如右图所示。请填

空回答：

（1）H2SO4溶液的物质的量浓度为_________.

（2）若a=2.3mL，用于沉淀Fe3+消耗NaOH溶液的体积是________mL。铝土矿各组成成分的质量分数：

Al2O3%________，Fe2O3%________，SiO2%_________.

（3）a值的范围应是__________，在这个范围内，a值越大，______含量越小。

（三）计算

25．有一块金属钠投入到盛有100毫升氯化镁和氯化铝的混合注溶液的烧杯中，发现烧杯中沉淀先多后少，反应完毕后收集到标准状况下的氢气13.44升，同时得到21.4克沉淀，将些沉淀溶于过量苛性钠溶液中，发现沉淀减轻了15.6克。求原混合溶液中Mg2+、Al3+及Cl—的物质的量浓度

参考答案

（一）1．B　　2．C　 3．B　 4．C　 5．C　 6．A　 7．D　 8．A　　 9．C　 10．D

11．C　 12．B、C　　13．A、D　　14．A　 15．C　 16．D　 17．C、D　 18．C

19．C　 20．D

（二）21．Al3+，AlO2—，Al3+，AlO2—，Al3++3AlO2—+6H2O==4Al(OH)3↓

22．（1）A：Al(OH)3　　Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH4+

（2）B：MgCO3　　　MgCO3+2H+===Mg2++CO2↑+H2O

（3）C：NaAlO2　　2AlO2 —+CO2+3H2O==2Al(OH)3↓+3CO32—

（4）D：AlCl3　　　 Al3++3AlO2—+6H2O==4Al(OH)3↓

（5）E：Na2CO3　　 3CO32—+2Al3++3H2O==2Al(OH)3↓+3CO2↑

23．

D

C

B

E

A

a

b

c

e

D

24．（1）1.75mol/L　　（2）2.7，85%，12%，3%　　（3）1.625＜a＜5， Fe2O3

25．C(Al3+)=3mol/L　　 C(Mg2+)=1mol/L　 C(Cl—)=11mol/L