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2022高考化学专题复习 专题三 金属及其化合物 第2讲 镁、铝及其化合物学案
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2022高考化学专题复习 专题三 金属及其化合物 第2讲 镁、铝及其化合物学案，共29页。学案主要包含了铝及其重要化合物的性质，镁及其化合物的性质和用途等内容，欢迎下载使用。
一、铝及其重要化合物的性质
1.铝
(1)原子结构与物理性质
(2)化学性质
2.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
3.氢氧化铝
(1)物理性质:白色胶状不溶于水的固体。
(2)化学性质
a.Al(OH)3的电离:
H++AlO2-+H2O酸式电离Al(OH)3Al3++3OH-碱式电离
b.
c.受热分解:2Al(OH)3Al2O3+3H2O
(3)制备
向铝盐中加入氨水,离子方程式为 Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4+ 。
NaAlO2溶液中通入足量CO2,离子方程式为 AlO2-+CO2+2H2OAl(OH)3↓+HCO3- 。
NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合:3AlO2-+Al3++6H2O4Al(OH)3↓。
4.常见的铝盐——明矾
明矾的化学式为 KAl(SO4)2·12H2O ,它是无色晶体,可溶于水,水溶液的pH<7。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 。
二、镁及其化合物的性质和用途
1.镁
(1)物理性质:具有银白色金属光泽的固体。
(2)化学性质(写化学方程式)
a.与O2反应: 2Mg+O22MgO (产生耀眼白光)
b.与N2反应: 3Mg+N2Mg3N2
c.与CO2反应: 2Mg+CO22MgO+C
d.与沸水反应: Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
(3)用途:生产合金,冶金工业上用作还原剂和脱氧剂。
2.氧化镁
(1)物理性质:白色、 不 溶于水的固体,熔点高。
(2)化学性质
MgO+2H+Mg2++H2O
(3)用途:制作耐火材料。
3.氢氧化镁
(1)物理性质:白色、 不 溶于水的固体。
(2)化学性质
4.海水提镁
(1)流程:海水 Mg(OH)2 MgCl2 (溶液) MgCl2·6H2O MgCl2 Mg
(2)涉及的部分化学反应
MgCl2→Mg(OH)2: MgCl2+Ca(OH)2Mg(OH)2↓+CaCl2 ;
Mg(OH)2→MgCl2: Mg(OH)2+2HClMgCl2+2H2O ;
MgCl2→Mg: MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑ 。
1.易错易混辨析(正确的画“√”,错误的画“✕”)。
(1)铝在空气中不易被氧化是因为铝的性质不活泼( )
(2)将一块带有氧化膜的铝片与过量的浓NaOH溶液完全反应后,取澄清溶液将其蒸干,得纯净的NaAlO2固体( )
(3)浓硝酸滴到用砂纸打磨过的铝条上,产生红棕色气体( )
(4)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,发现熔化后的液态铝滴落下来,说明金属铝的熔点较低( )
(5)泡沫灭火器灭火是利用了Al2(SO4)3和小苏打的反应( )
(6)向Al2(SO4)3溶液中加入过量氨水的离子方程式:Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4+( )
(7)Al2O3和MgO均可与NaOH溶液反应( )
(8)明矾[KAl(SO4)2·12H2O]既可用作净水剂,也可用作消毒剂( )
(9)工业上制造镁粉是将镁蒸气在CO2气体中冷却( )
(10)利用氢氧化钠溶液和盐酸能分离氧化镁中混有氧化铝( )
答案 (1)✕ (2)✕ (3)✕ (4)✕ (5)√ (6)√ (7)✕ (8)✕ (9)✕ (10)√
2.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:
① 。
② 。
③ 。
④ 。
答案 ①4Al+3O22Al2O3
②2Al+Fe2O32Fe+Al2O3
③2Al+6H+2Al3++3H2↑
④2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2↑
3.用离子方程式表示下列转化关系的代表反应。
① 。
② 。
③ 。
④ 。
⑤ 。
⑥ 。
⑦ 。
答案 ①Al3++3OH-Al(OH)3↓或Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4+
②Al(OH)3+3H+Al3++3H2O
③Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O
④AlO2-+H++H2OAl(OH)3↓
⑤AlO2-+4H+Al3++2H2O
⑥Al3++4OH-AlO2-+2H2O
⑦Al3++3AlO2-+6H2O4Al(OH)3↓
4.(1)镁在空气中燃烧可能发生哪几个化学反应?
(2)预测镁在二氧化硫中燃烧的现象: ;产物除氧化镁、硫黄外还可能有 生成。
答案 (1)2Mg+O22MgO;3Mg+N2Mg3N2;2Mg+CO22MgO+C。
(2)剧烈燃烧,产生黄色固体 硫化镁(MgS)
考点一 铝及其重要化合物
◆核心整合
铝与酸、碱反应生成H2的量的关系
反应实质:AlAl3+,2H+H2↑;
定量关系:2Al~3H2。
(1)等量的铝分别与足量盐酸、氢氧化钠溶液反应,产生氢气的体积比为V(H2)HClV(H2)NaOH=11。
(2)足量的铝分别与等体积、等物质的量浓度的盐酸、氢氧化钠溶液反应,产生氢气的体积比V(H2)HClV(H2)NaOH=13。
(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸、氢氧化钠溶液反应,若13◆典例探究
例 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 Al与稀硝酸反应生成NO气体,D项不符合题意;由2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑,2Al+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2↑,2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑可知,消耗溶质物质的量最少的是NaOH溶液,A项符合题意。
◆题组训练
题组一 铝的性质
1.取两份铝片,第一份与足量盐酸反应,第二份与足量烧碱溶液反应,同温同压下放出相同体积的气体,则两份铝片的质量之比为( )
A.1∶1 B.2∶3 C.3∶2 D.1∶6
答案 A 铝与盐酸反应的化学方程式为2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑,与烧碱溶液反应的化学方程式为2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑,可以看出,反应关系式都为2Al~3H2,同温同压下放出相同体积的气体,需要铝的物质的量相等,质量相等,A正确。
2.(2020四川成都月考)下列关于铝的性质和用途描述不正确的是( )
A.铝有很好的延展性且是良导体,所以常用作导线
B.用酒精灯外焰加热铝箔,可以看到少量液滴悬而不落,说明铝的熔点较高
C.铝合金质轻,强度大,耐腐蚀,可以用作门窗
D.铝有较强的抗腐蚀性,是因为铝的表面能形成致密的氧化膜
答案 B 铝的熔点低,而氧化铝的熔点高,用酒精灯外焰加热铝箔,可以看到少量液滴悬而不落,是因为熔化后的铝表面生成了熔点高的氧化铝薄膜,故B错误。
3.(2020黑龙江大庆月考)某小组用打磨过的铝片进行如下实验,下列分析不合理的是( )
A.①中铝片发生了钝化
B.②中产生的气泡是氮氧化合物,不是氢气
C.③中沉淀溶解的离子方程式是Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O
D.②中加水稀释过程中,仅发生了氧化还原反应
答案 D ①中铝片未明显溶解,因为浓硝酸具有强氧化性,常温下铝在浓硝酸中发生钝化,A正确;②中加水,硝酸浓度下降,铝和变稀的硝酸发生氧化还原反应,产生的气泡是氮氧化合物,不是氢气,B正确;③中沉淀为Al(OH)3,是两性氢氧化物,其在NaOH溶液中溶解的离子方程式是Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O,C正确;②中加水稀释过程中,铝表面形成的氧化铝薄膜溶于稀硝酸发生复分解反应,过程中不仅发生了氧化还原反应,D错误。
题组二 铝的重要化合物的性质及应用
4.氢氧化铝是治疗胃酸过多的胃药的主要成分,目前已不常用,其原因是( )
A.长期摄入不利于人体健康 B.它不能中和胃酸
C.它不易溶于胃液 D.它的疗效较差
答案 A 不常用Al(OH)3来治疗胃酸过多,是因为服用后生成能被人体吸收的Al3+,长期摄入不利于人体健康,答案选A。
5.下列物质既能与盐酸反应,又能与氢氧化钠溶液反应的是( )
①Al ②Al2O3 ③Ca(OH)2 ④Al(OH)3 ⑤Na2CO3 ⑥NaHCO3
A.①②③⑤ B.①②④⑥
C.①②⑤⑥ D.②③④⑥
答案 B ①Al与盐酸反应生成氯化铝和氢气,与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气,符合题意;②Al2O3与盐酸反应生成氯化铝和水,与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水,符合题意;③Ca(OH)2为强碱,与盐酸能反应生成氯化钙和水,与氢氧化钠不反应,不合题意;④Al(OH)3与盐酸反应生成氯化铝和水,与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水,符合题意;⑤Na2CO3与盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳,与氢氧化钠不反应,不合题意;⑥NaHCO3与盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳,与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水,符合题意。综合以上分析,①②④⑥符合题意,故选B。
题组三 铝及其化合物之间的转化
6.下列物质的制备方法正确的是( )
A.氯化铝溶液和硫化钠溶液反应制备Al2S3
B.用镁粉和空气反应制备Mg3N2
C.用铝粉和MnO2反应制得锰
D.用电解熔融氯化铝的方法制得单质铝
答案 C 在溶液中Al3+与S2-易发生相互促进的水解反应,离子方程式为2Al3++3S2-+6H2O2Al(OH)3↓+3H2S↑,所以氯化铝溶液和硫化钠溶液反应不能制备Al2S3,A不正确;镁是活泼的金属,在空气中燃烧镁不但与氧气、氮气反应,分别生成氧化镁和氮化镁,还能与CO2反应生成氧化镁和单质碳,所以不能用镁粉和空气反应制备Mg3N2,B不正确;铝粉和MnO2混合发生铝热反应制得锰,C正确;氯化铝是共价化合物,在熔融状态下不能导电,因此应该电解熔融的氧化铝制备单质铝,D不正确。
题组四 从铝土矿中提取铝
7.(2020河北高三一模)铝是应用广泛的金属,以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2、Fe2O3等杂质)为原料制备氧化铝的一种工艺流程如图所示。下列有关说法不正确的是( )
A.滤渣中X为Fe2O3
B.“反应”步骤中加入NaHCO3溶液后,溶液的pH增大
C.滤液中溶质的主要成分为Na2CO3
D.NaAlO2溶液呈碱性的原因:AlO2-+2H2OAl(OH)3+OH-
答案 B 分析题给工艺流程,向铝土矿中加入氢氧化钠溶液,Fe2O3不溶解,SiO2转化为硅铝酸钠,Al2O3溶解发生反应Al2O3+2NaOHNaAlO2+H2O,过滤后得到含硅铝酸钠、Fe2O3的滤渣和NaAlO2的溶液,再向NaAlO2溶液中加入NaHCO3溶液,生成Al(OH)3沉淀,过滤,将滤渣进行灼烧得到Al2O3。向NaAlO2溶液中加入NaHCO3溶液,发生反应NaAlO2+NaHCO3+H2ONa2CO3+Al(OH)3↓,溶液碱性减弱,pH减小,B选项错误。
8.甲、乙、丙三种物质均含有铝元素,在溶液中的转化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.若甲是Al,丙是Al(NO3)3,则乙一定是NaAlO2
B.若甲是Al2O3,丙是NaAlO2,则乙一定是Al(NO3)3
C.若甲是Al(NO3)3,丙是NaAlO2,则乙一定是Al(OH)3
D.若甲是Al(OH)3,丙是Al(NO3)3,则乙一定是NaAlO2
答案 C 若甲是Al,丙是Al(NO3)3,则乙可能是NaAlO2或KAlO2等,A错误;若甲是Al2O3,丙是NaAlO2,则乙可能是Al(NO3)3或硫酸铝、氯化铝等,B错误;若甲是Al(NO3)3,丙是NaAlO2,则乙一定是Al(OH)3,C正确;若甲是Al(OH)3,丙是Al(NO3)3,则乙可能是NaAlO2或KAlO2等,D错误。
考点二 氢氧化铝沉淀图像分析和计算
◆核心整合
1.可溶性铝盐溶液与NaOH溶液互滴
2.偏铝酸盐溶液与盐酸互滴
3.有关Al(OH)3沉淀量的计算技巧
(1)根据AlCl3和NaOH的量计算生成Al(OH)3的量
(2)根据AlCl3和Al(OH)3的量计算需要NaOH的量
◆典例探究
例 将CO2气体缓缓地通入含KOH、Ba(OH)2和KAlO2的混合溶液中直至过量,生成沉淀的物质的量与所通CO2的体积关系如图所示。
完成相关反应的离子方程式。
(1)OA段: ;
(2)AB段: ;
(3)BC段: ;
(4)CD段: ;
(5)DE段: 。
答案 (1)Ba2++2OH-+CO2BaCO3↓+H2O
(2)CO2+2OH-CO32-+H2O
(3)CO2+2AlO2-+3H2O2Al(OH)3↓+CO32-
(4)CO32-+CO2+H2O2HCO3-
(5)BaCO3+CO2+H2OBa2++2HCO3-
◆题组训练
题组一 可溶性铝盐溶液与碱反应图像分析
1.在某无色溶液中缓慢地滴入NaOH溶液直至过量,产生沉淀的质量与加入的NaOH溶液体积的关系如图所示,由此确定,原溶液中可能含有的阳离子是( )
A.Mg2+、Al3+、Ba2+ B.H+、Mg2+、Al3+
C.H+、Cu2+、Al3+ D.只有Mg2+、Al3+
答案 B Mg2+、Al3+遇氢氧化钠立即产生沉淀,与第一阶段无沉淀不符合,A项错误;第一阶段加入氢氧化钠溶液没有沉淀产生,溶液中含有氢离子,第二阶段沉淀量逐渐增加,第三阶段有部分沉淀能和氢氧化钠继续反应,说明部分沉淀是氢氧化铝,原溶液中一定含有铝离子,第四阶段沉淀的量不再随着氢氧化钠量的增多而减少,说明一定有一种沉淀和氢氧化钠不反应,可推知该沉淀是氢氧化镁,原溶液中可能含有镁离子,则溶液中可能有H+、Al3+和Mg2+,B项正确;Cu2+在水溶液中呈蓝色,题干中是无色溶液,C项错误;Mg2+、Al3+遇氢氧化钠立即产生沉淀,与第一阶段无沉淀不符合,D项错误。
2.向一定量的NaOH溶液中逐滴加入AlCl3溶液,生成沉淀Al(OH)3的量随AlCl3加入量的变化关系如图所示。则下列离子组在对应的溶液中一定能大量共存的是( )
A.a点对应的溶液中:Na+、Fe3+、SO42-、HCO3-
B.b点对应的溶液中:Ag+、Ca2+、NO3-、F-
C.c点对应的溶液中:Na+、S2-、SO42-、Cl-
D.d点对应的溶液中:K+、NH4+、I-、CO32-
答案 C Ob段发生反应:Al3++4OH-AlO2-+2H2O,bc段发生反应:3AlO2-+Al3++6H2O4Al(OH)3↓。A项,a点NaOH过量,故Fe3+、HCO3-不能存在,错误;B项,Ca2+与F-不能共存,错误;D项,AlCl3过量,CO32-与Al3+发生互相促进的水解反应,错误。
题组二 偏铝酸盐溶液与酸反应的图像分析
3.下列反应过程符合如图所示关系的是( )
A.向Ba(NO3)2溶液中通入SO2气体至过量
B.向Na2SiO3溶液中通入HCl气体至过量
C.向澄清石灰水中通入SO2气体至过量
D.向NaAlO2溶液中通入HCl气体至过量
答案 C 向Ba(NO3)2溶液中通入SO2气体,发生氧化还原反应生成硫酸钡沉淀,再通气体,沉淀不溶解,与题图不符,A错误;向Na2SiO3溶液中通入HCl气体,生成硅酸沉淀,气体过量沉淀不溶解,与题图不符,B错误;向澄清石灰水中通入SO2气体,反应生成亚硫酸钙沉淀,气体过量沉淀溶解,且两个反应中消耗气体体积相同,C正确;向NaAlO2溶液中通入HCl气体,生成氢氧化铝沉淀,HCl过量沉淀溶解,但前后两个反应中消耗的HCl体积之比为1∶3,与题图不符,D错误。
4.在KOH和KAlO2混合溶液中滴加稀盐酸直到过量,下列生成沉淀的物质的量与所加盐酸体积关系的图像正确的是( )
答案 D 首先发生中和反应,没有沉淀产生,然后发生反应:AlO2-+H++H2OAl(OH)3↓,最后发生反应:Al(OH)3+3H+Al3++3H2O,沉淀溶解。沉淀产生和沉淀溶解消耗的盐酸的体积之比是1∶3,故D正确。
考点三 镁及其化合物的性质和用途
◆典例探究
例 向mg镁和铝的混合物中加入适量的稀硫酸,恰好完全反应生成标准状况下的气体bL。向反应后的溶液中加入cml/L氢氧化钾溶液VmL,使金属离子刚好沉淀完全,得到的沉淀质量为ng。再将得到的沉淀灼烧至质量不再改变为止,得到固体pg。则下列关系不正确的是( )
A.n=17Vc+m B.5m/3C.p=m+cV/125 D.c=1000b/11.2V
答案 A A项,得到的氢氧化镁和氢氧化铝的质量等于镁、铝的质量与氢氧根离子的质量之和,即n=m+17×c×V/1000=m+17Vc/1000,错误。B项,若mg全是镁,得到的氧化物为氧化镁,根据元素守恒,氧化物质量=40m/24=5m/3;若mg全是铝,得到的氧化物为氧化铝,根据元素守恒,氧化物质量为m27×12×102=179m;故得到的固体质量应介于二者之间,即5m/3名师点拨
化学计算中常用的两种计算技巧
1.终态法:不管过程,只是比较开始的物质状态和最终的物质状态。
2.极值法:先极端假设产生一种物质的情况,根据计算情况再进行推理分析判断。
◆题组训练
题组一 镁及其化合物的性质与应用
1.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③
C.③和④ D.②和④
答案 C 与镁蒸气不发生反应的Ar、H2可作为冷却气体,故选C。
2.某同学通过一系列实验探讨Mg及其化合物的性质,下列说法正确的是( )
A.将水加入浓硫酸中得到稀硫酸,将镁片放入其中探讨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沉淀转入蒸发皿中,加足量稀盐酸,加热蒸干得无水MgCl2固体
答案 B 浓H2SO4稀释时应将浓H2SO4加到水中,A错误;过滤时要用玻璃棒引流,C错误;由于MgCl2水解,加热蒸干MgCl2溶液,得不到MgCl2固体,D错误。
题组二 镁铝合金的相关计算
3.将mg镁铝合金投入到500mL2ml/L的盐酸中,固体完全溶解,收集到气体5.6L(标准状况下)。向反应所得溶液中加入4ml/L的氢氧化钠溶液,沉淀达到最大值为13.60g,则m的值为( )
答案 D
4.(2020浙江十校联考)某固体混合物可能由Al、(NH4)2SO4、MgCl2、FeCl2、AlCl3中的一种或几种组成,现对该混合物做如下实验,所得现象和有关数据如图所示(气体体积数据已换算成标准状况下的体积):
下列说法正确的是( )
A.固体混合物中一定含有Al,但质量不可确定
B.固体混合物中可能含有MgCl2和AlCl3
C.固体混合物中一定含有MgCl2和FeCl2
D.固体混合物中一定含有(NH4)2SO4、MgCl2
答案 D A项,根据题图可知,该固体与过量的氢氧化钠溶液反应后产生气体,与氢氧化钠反应产生气体的固体可能是Al或硫酸铵;该气体通过浓硫酸,体积由5.60L减少至3.36L,说明产生了氨气,固体混合物中一定存在硫酸铵,与NaOH溶液反应生成的氨气体积为5.60L-3.36L=2.24L,剩余的3.36L气体为氢气,说明固体中含有Al,且质量可通过氢气的体积计算,错误。B项,加入过量浓氢氧化钠溶液后产生白色沉淀,久置无变化,说明不含氯化亚铁,一定含有氯化镁;得到的溶液中加入稀盐酸先产生沉淀,后沉淀溶解,说明此时溶液中含有偏铝酸根离子,因为固体中一定有Al,所以可能含有氯化铝,通过进一步计算验证,m(Al)+m(MgCl2)+m[(NH4)2SO4]<14.05g,所以一定含有AlCl3,错误。C项,固体中一定不含氯化亚铁,错误。D项,根据以上分析,固体混合物中一定含有Al、硫酸铵、氯化镁,可能含有AlCl3,一定不含FeCl2,正确。
题组三 海水提镁
5.海水化学资源开发利用的部分过程如图所示,下列说法正确的是( )
A.用澄清的石灰水可鉴别NaHCO3和Na2CO3
B.从海水中得到粗盐主要是通过蒸发操作实现的
C.在步骤③,中可通入Cl2使溴离子被还原为Br2
D.在步骤④中,SO2水溶液吸收Br2后,溶液的pH增大
答案 B 在NaHCO3或Na2CO3中加入澄清的石灰水,均能产生白色沉淀,所以不能鉴别,A错误;氯化钠的溶解度随温度的变化不明显,故从海水中得到粗盐采用的是蒸发结晶的方法,B正确;若通入Cl2,步骤③中发生反应的化学方程式为2NaBr+Cl2Br2+2NaCl,Br元素的化合价由-1升高到0,溴离子被氧化为Br2,C错误;步骤④中SO2水溶液吸收Br2,发生反应的化学方程式为SO2+Br2+2H2OH2SO4+2HBr,溶液的酸性增强,pH减小,D错误。
6.(1)海水提镁的一段工艺流程如下图所示:
浓海水的主要成分如下:
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 ,1L浓海水最多可得到产品2的质量为 g。
(2)采用石墨阳极、不锈钢阴极电解熔融的氯化镁,发生反应的化学方程式为 ;电解时,若有少量水存在会造成产品镁的消耗,写出有关反应的化学方程式: 。
答案 (1)Ca2++SO42-CaSO4↓ Mg(OH)2 69.6
(2)MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑
Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
解析 (1)由题给浓海水的主要成分可知,脱硫就是除掉硫酸根离子,发生反应:Ca2++SO42-CaSO4↓;由题图信息知,产品2为Mg(OH)2;1L浓海水中含有Mg2+28.8g,物质的量为1.2ml,则最多生成Mg(OH)2的物质的量为1.2ml,质量为1.2ml×58g·ml-1=69.6g。
1.(2020课标Ⅱ,8,6分)某白色固体混合物由NaCl、KCl、MgSO4、CaCO3中的两种组成,进行如下实验:
①混合物溶于水,得到澄清透明溶液;②做焰色反应,通过钴玻璃可观察到紫色;③向溶液中加碱,产生白色沉淀。根据实验现象可判断其组成为( )
A.KCl、NaCl B.KCl、MgSO4
C.KCl、CaCO3 D.MgSO4、NaCl
答案 B ①混合物溶于水,得到澄清透明溶液,则该混合物中不含CaCO3;②做焰色反应,通过钴玻璃可观察到紫色,说明该混合物中含有K+;③向溶液中加碱,产生白色沉淀,则发生反应Mg2++2OH-Mg(OH)2↓,综上所述,该白色固体混合物的组成为KCl、MgSO4。
2.(2020山东,9,2分)以菱镁矿(主要成分为MgCO3,含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)为原料制备高纯镁砂的工艺流程如下:
已知浸出时产生的废渣中有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列说法错误的是( )
A.浸出镁的反应为MgO+2NH4ClMgCl2+2NH3↑+H2O
B.浸出和沉镁的操作均应在较高温度下进行
C.流程中可循环使用的物质有NH3、NH4Cl
D.分离Mg2+与Al3+、Fe3+是利用了它们氢氧化物Ksp的不同
答案 B A项,通过煅烧操作,MgCO3转化为MgO,NH4Cl溶液显酸性,能与MgO发生反应,正确;B项,适当升高温度,可以加快反应速率,提高浸出率,但沉镁时加入的氨水受热易分解,故浸出时可以适当升高温度,沉镁时温度不宜过高,错误;C项,结合题给流程图,浸出时有氨气产生,沉镁时发生的反应为MgCl2+2NH3·H2OMg(OH)2↓+2NH4Cl,故可循环使用的物质有NH3、NH4Cl,正确;D项,结合题给已知信息浸出时产生的废渣中有SiO2、Fe(OH)3、Al(OH)3可知,Fe3+、Al3+在弱酸性环境中完全沉淀,而Mg2+没有产生沉淀,利用了它们氢氧化物Ksp的不同,正确。
3.(2020浙江1月选考,12,2分)下列关于铝及其化合物说法,不正确的是( )
A.明矾可用作净水剂和消毒剂
B.利用铝热反应可冶炼高熔点金属
C.铝可用作包装材料和建筑材料
D.氢氧化铝可用作治疗胃酸过多的药物
答案 A 明矾可以用于净水,但没有消毒作用,故A不正确。
4.(2020江苏单科,3,2分)下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是( )
A.铝的金属活泼性强,可用于制作铝金属制品
B.氧化铝熔点高,可用作电解冶炼铝的原料
C.氢氧化铝受热分解,可用于中和过多的胃酸
D.明矾溶于水并水解形成胶体,可用于净水
答案 D A项,金属铝用于制作金属制品是因为金属铝易加工,且表面形成的氧化膜有一定的防腐作用,错误;B项,冶炼铝用氧化铝作原料,是因为氧化铝是离子化合物,熔融时能电离,错误;C项,氢氧化铝有弱碱性,可用于中和过多的胃酸,错误;D项,明矾中的铝离子在水溶液中水解生成氢氧化铝胶体,可用于净水,正确。
A组 基础达标
1.(2020云南师大附中月考)下列转化过程不能一步实现的是( )
A.Al(OH)3→Al2O3 B.Al2O3→Al(OH)3
C.Al→AlCl3 D.Al→NaAlO2
答案 B Al(OH)3加热分解生成Al2O3,可一步实现转化,A错误;氧化铝不溶于水,不能一步转化生成Al(OH)3,B正确;金属铝与盐酸或氯气反应均生成AlCl3,可一步实现转化,C错误;Al与氢氧化钠溶液反应生成NaAlO2,可一步实现转化,D错误。
2.镁、铝性质相似,下表中对两者的对比不正确的是( )
答案 B 镁能与沸水反应,B错误。
3.(2020上海高三二模)肯定能得到Al(OH)3的一组物质是( )
A.Al片和NaOH溶液
B.Al2O3粉末和H2O
C.Al2(SO4)3溶液和NH3·H2O
D.AlCl3溶液和NaOH溶液
答案 C Al片和NaOH溶液反应得到的是偏铝酸钠和氢气,故A不符合题意;Al2O3不溶于水,也不和H2O反应,故B不符合题意;氢氧化铝不溶于氨水,因此Al2(SO4)3溶液和NH3·H2O反应可以得到氢氧化铝和硫酸铵,故C符合题意;1mlAlCl3和3mlNaOH反应可以得到氢氧化铝,当氢氧化钠过量时,得到的是偏铝酸钠,故D不符合题意。
4.(2020江苏淮安月考)下列关于铝热反应2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe的说法不正确的是( )
A.该反应中Al作还原剂
B.该反应中氧化产物与还原产物的物质的量比为1∶2
C.该反应中冶炼1mlFe转移2ml电子
D.该反应可用于焊接钢轨
答案 C 铝热反应中Fe元素化合价由+3降低到0,则冶炼1mlFe转移3ml电子,故C错误。
5.已知MgO、MgCl2的熔点分别为2800℃、604℃,将MgO、MgCl2加热熔融后通电电解,都可得到金属镁。海水中含有MgCl2,工业上从海水中提取镁正确的方法是( )
A.海水Mg(OH)2Mg
B.海水MgCl2溶液MgCl2(熔融)Mg
C.海水Mg(OH)2MgOMg
D.海水Mg(OH)2MgCl2溶液MgCl2(熔融)Mg
答案 D 从经济效益看,用石灰乳沉淀比用NaOH成本低,电解MgCl2比电解MgO成本低,故A、C不可行;海水中加HCl得不到纯净的MgCl2,故B不可行。
6.(2020山东高三二模)工业上综合利用铝土矿(主要成分为Al2O3,还含有Fe2O3、FeO、SiO2)的部分工艺流程如下:
铝土矿 滤渣 硅酸钠
实验室模拟上述流程,用不到的装置是( )
答案 B 在整个操作过程中,没有将溶液浓缩或蒸发结晶的操作,所以不需要B项装置。
7.(2020安徽安庆月考)a、b、c、d、e分别是Cu、Ag、Fe、Al、Mg五种金属中的一种。已知:①a、b均能与稀硫酸反应放出气体;②c与d的硝酸盐溶液反应,置换出单质d;③b与强碱溶液反应放出气体;④b、e在冷的浓硫酸中钝化。由此可判断a、b、c、d、e依次是( )
A.Mg Al Cu Ag Fe B.Fe Cu Al Ag Mg
C.Mg Cu Al Ag Fe D.Al Mg Ag Cu Fe
答案 A 由题给信息③b与强碱溶液反应放出气体,可知b为Al;由信息④b、e在冷的浓硫酸中钝化,b为Al,推出e为Fe;结合①a、b均能与稀硫酸反应放出气体,可推出a为Mg;Cu与硝酸银溶液反应,置换出单质银,可知c为Cu,d为Ag。因此a、b、c、d、e依次是Mg、Al、Cu、Ag、Fe,故选A。
8.(2020北京朝阳综合)某同学进行如下实验(溶液的浓度均为1ml/L)。
下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )
A.①中:2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2↑
B.根据上述实验判断,NaNO3的氧化性强于水
C.②中:Al+3NO3-+6H+Al3++3NO2↑+3H2O
D.③中使湿润pH试纸变蓝的气体是NH3
答案 C 实验②反应为Al+NO3-+4H+Al3++NO↑+2H2O,2NO+O22NO2,故C错误。
9.(2020湖北武汉调研)工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3,含FeO、Fe2O3等杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图所示。
对上述流程中的判断正确的是( )
A.试剂X为稀硫酸
B.反应Ⅱ中生成Al(OH)3的反应为CO2+AlO2-+2H2OAl(OH)3↓+HCO3-
C.结合质子(H+)的能力:AlO2->CO32->OH-
D.Al2O3熔点很高,工业上还可采用电解熔融AlCl3冶炼Al
答案 B 试剂X为氢氧化钠溶液,A项错误;向偏铝酸盐中通入二氧化碳生成氢氧化铝沉淀,B项正确;结合质子的能力:OH->AlO2->CO32-,C项错误;氯化铝是共价化合物,熔融态不导电,D项错误。
10.(2020北京丰台期末)某同学在实验室利用氢氧化钠、盐酸分离铁粉和铝粉混合物,物质转化关系如图所示:
下列说法不正确的是( )
A.x为NaOH溶液,y为盐酸
B.a→b发生的反应为AlO2-+H++H2OAl(OH)3↓
C.b→c→Al的反应条件分别为加热、电解
D.a、b、c既能与酸反应又能与碱反应
答案 D 铁粉和铝粉混合物,加入试剂x,过滤得到铁,试剂x能溶解铝,盐酸和铁、铝都反应,氢氧化钠溶液只和铝反应:2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑,a为偏铝酸钠溶液,偏铝酸钠和适量盐酸发生反应:NaAlO2+HCl+H2OAl(OH)3↓+NaCl,所以x为NaOH溶液,y为盐酸,故A正确;a为偏铝酸钠溶液,b为氢氧化铝,a→b发生的离子反应为AlO2-+H++H2OAl(OH)3↓,故B正确;b为氢氧化铝,氢氧化铝受热分解发生反应:2Al(OH)3Al2O3+3H2O,电解氧化铝的反应为2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑,故C正确;b为氢氧化铝,属于两性氢氧化物,既能与酸反应又能与碱反应,c为氧化铝,属于两性氧化物,既能与酸反应又能与碱反应,a为偏铝酸钠溶液,只能和酸反应,不能和碱反应,故D错误。
11.(2020河南高三二模)KAl(SO4)2·12H2O(明矾)是一种复盐,在造纸等方面应用广泛。实验室中,采用废易拉罐(主要成分为Al,含有少量的Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如图所示。回答下列问题:
(1)操作Ⅰ中用到的玻璃仪器有 。
(2)为尽量少引入杂质,从易拉罐溶解至生成Al(OH)3过程中,主要发生反应的离子方程式为 、 ;试剂②是 。
(3)已知:常温下KW=1.0×10-14,Al(OH)3溶于NaOH溶液反应的平衡常数等于20。则Al(OH)3+H2O[Al(OH)4]-+H+的平衡常数K= 。
(4)天然水在净化处理过程中加入明矾作絮凝剂,水的净化和软化的区别是 。
(5)普通纸张的主要成分是纤维素,在早期的纸张生产中,常采用纸表面涂覆明矾的工艺,以填补其表面的微孔,防止墨迹扩散。人们发现纸张会发生酸性腐蚀而变脆、破损,严重威胁纸质文物的保存。经分析检验,发现酸性腐蚀主要与造纸中涂覆明矾的工艺有关,请说明理由: ;为保护这些纸质文物,有人建议采取喷洒Zn(C2H5)2的方法,Zn(C2H5)2可以与水反应生成氧化锌和乙烷。用反应方程式表示该方法生成氧化锌及防止酸性腐蚀的原理: 。
答案 (1)漏斗、烧杯、玻璃棒
(2)2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2↑ AlO2-+HCO3-+H2OCO32-+Al(OH)3↓ K2SO4
(3)2.0×10-13
(4)水的净化是用絮凝剂(如明矾等)将水中的悬浮物沉淀下来,而水的软化是除去水中的钙离子和镁离子
(5)明矾水解产生酸性环境,在酸性条件下纤维素水解,使高分子链断裂 Zn(C2H5)2+H2OZnO+2C2H6↑、ZnO+2H+Zn2++H2O
解析 易拉罐的主要成分为Al,含有少量的Fe、Mg杂质,可选择用浓NaOH溶解,得到偏铝酸钠溶液,并通过过滤除去Fe、Mg等杂质,滤液中加入NH4HCO3溶液后,生成Al(OH)3沉淀,过滤后将沉淀溶解在稀硫酸中,得到硫酸铝溶液,加入K2SO4溶液后蒸发浓缩、冷却结晶得到晶体明矾。(3)①Al(OH)3AlO2-+H++H2O,②H2OH++OH-,常温下KW=1.0×10-14,③Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O,Al(OH)3溶于NaOH溶液反应的平衡常数等于20;①=②+③,则Al(OH)3AlO2-+H++H2O即Al(OH)3+H2O[Al(OH)4]-+H+平衡常数K=1.0×10-14×20=2.0×10-13。
B组 综合提升
12.常温下,将一定量的钠铝合金置于水中,合金全部溶解,得到20mL1ml/L的NaOH 溶液,然后用1ml/L的盐酸滴定,测得生成沉淀的质量与消耗盐酸的体积关系如图所示,则下列说法正确的是( )
A.合金质量为0.92g B.图中V2的值为60
C.产生氢气的体积为1120mL D.图中m的值为1.56
答案 D 钠铝合金置于水中,合金全部溶解,发生反应:2Na+2H2O2NaOH+H2↑、2Al+2H2O+2NaOH2NaAlO2+3H2↑,得到1ml/L的NaOH 溶液20mL,故剩余NaOH的物质的量为0.02L×1ml/L=0.02ml。用盐酸滴定,依次发生反应:NaOH+HClNaCl+H2O、NaAlO2+HCl+H2ONaCl+Al(OH)3↓、Al(OH)3+3HClAlCl3+3H2O,V1=0.02ml1ml/L=0.02L=20mL;生成沉淀消耗的盐酸的体积为40mL-20mL=20mL,HCl的物质的量为0.02L×1ml/L=0.02ml,根据NaAlO2+HCl+H2ONaCl+Al(OH)3↓可知,生成Al(OH)3的物质的量为0.02ml。A项,由原子守恒可知,合金的质量为0.04ml×23g/ml+0.02ml×27g/ml=1.46g,错误;B项,由Al(OH)3+3HClAlCl3+3H2O可知,溶解沉淀需要0.06mlHCl,需要盐酸体积为60mL,则V2的值为100,错误;C项,由化学方程式知,生成氢气的物质的量为0.02ml+0.03ml=0.05ml,标准状况下体积为0.05ml×22.4L/ml=1.12L=1120mL,选项中没有指明气体所处状况,错误;D项,由上述分析可知,生成0.02mlAl(OH)3沉淀,其质量为0.02ml×78g/ml=1.56g,正确。
13.(2020广东中山模拟)向MgCl2和AlCl3的混合溶液中加入一定量NaOH溶液,紧接着再加入一定量稀盐酸,生成沉淀的物质的量y与加入溶液的体积x的关系图如图所示。根据图示判断,下列结论不正确的是( )
A.N点时溶液中的溶质只有NaCl
B.M点之前加入的是NaOH溶液,M点之后加入的是盐酸
C.c(NaOH)=c(HCl)
D.原混合溶液中c(MgCl2)∶c(AlCl3)=1∶1
答案 B 向MgCl2和AlCl3的混合溶液中加入NaOH溶液,首先发生反应:Al3++3OH-Al(OH)3↓、Mg2++2OH-Mg(OH)2↓,N点时Al3+、Mg2+全部沉淀,溶液中的溶质只有NaCl,A正确;NM段Al(OH)3溶解,x=6时Al(OH)3完全溶解,MP段沉淀的量不变,说明MP段先加的NaOH溶液,然后又加入盐酸,P点二者恰好中和,B错误;PF段沉淀的量增加,发生反应:AlO2-+H++H2OAl(OH)3↓,消耗盐酸1mL,NM段Al(OH)3溶解消耗NaOH溶液1mL,则c(NaOH)=c(HCl),C正确;沉淀Al3+消耗NaOH溶液3mL,沉淀Mg2+消耗NaOH溶液2mL,原混合溶液中c(MgCl2)∶c(AlCl3)=1∶1,D正确。
14.镁是一种银白色的碱土金属,镁元素在地壳中的含量约为2.00%,位居第八位,镁及其化合物在研究和生产中具有广泛用途。请回答下列问题:
(1)氮化镁(Mg3N2)是由氮和镁所组成的无机化合物。在室温下纯净的氮化镁为黄绿色的粉末,能与水反应,常用作触媒,实验室欲用如图1所示装置和药品制备少量氮化镁。
图1
①A中盛装的是浓氨水,B中可盛装 ,二者混合可制取氨气。
②按照气流的方向从左至右连接装置:a接 、 接 、 接 。
③已知氨气有还原性,能还原氧化铜,生成物之一是空气的主要成分,该反应的化学方程式为 。
④如果没有装有无水氯化钙的装置,可能发生的反应的化学方程式为 。
(2)碳酸镁可用作耐火材料、锅炉和管道的保温材料,以及食品、药品、化妆品、橡胶、墨水等的添加剂。合成碳酸镁晶须的步骤如下:
步骤1:配制0.5ml·L-1MgSO4溶液和0.5ml·L-1NH4HCO3溶液。
步骤2:用量筒量取500mLNH4HCO3溶液于1000mL四口烧瓶中,开启搅拌器,温度控制在50℃。
步骤3:将250mLMgSO4溶液逐滴加入NH4HCO3溶液中,1min内滴加完毕,然后用氨水调节溶液pH到9.5。
步骤4:放置1h后,过滤,洗涤。
步骤5:在40℃的真空干燥箱中干燥10h,得到碳酸镁晶须产品(MgCO3·nH2O,n=1~5)。
①配制0.5ml·L-1MgSO4溶液500mL,需要的仪器有托盘天平、药匙、烧杯、玻璃棒、量筒、胶头滴管、 。
②步骤3中加氨水后反应的离子方程式为 。
测定合成的MgCO3·nH2O中n的值。
称量1.000g碳酸镁晶须,放入如图2所示的广口瓶中,加入适量水,滴入稀硫酸与碳酸镁晶须反应,生成的CO2被NaOH溶液吸收,在室温下反应4~5h,后期将温度升到30℃,最后烧杯中的溶液用已知浓度的盐酸滴定,测得生成CO2的总量;重复上述操作2次。
图2
③图2中气球的作用是 。
④上述反应后期要升温到30℃,主要目的是 。
⑤若实验测得1.000g碳酸镁晶须产生CO2的平均物质的量为aml,则n为
(用含a的表达式表示)。
⑥称取100g上述碳酸镁晶须产品进行热重分析,得到的热重曲线如图3所示,则合成的碳酸镁晶须中n= 。
图3
答案 (1)①生石灰(或氢氧化钠固体) ②decbf ③2NH3+3CuON2+3H2O+3Cu ④Mg3N2+6H2O3Mg(OH)2+2NH3↑
(2)①500mL容量瓶 ②Mg2++HCO3-+NH3·H2O+(n-1)H2OMgCO3·nH2O↓+NH4+ ③暂时储存CO2,有利于CO2被NaOH溶液吸收,且能保持装置中压强相对稳定 ④升高温度,气体的溶解度减小,使溶解在水中的CO2逸出,便于吸收完全 ⑤1-84a18a ⑥1
解析 (2)④题述反应后期将温度升到30℃,是为了使生成的二氧化碳全部逸出,便于其被氢氧化钠溶液完全吸收,从而减小测定产生的误差。⑤若实验测得1.000g碳酸镁晶须产生的CO2的平均物质的量为aml,依据碳元素守恒可知,碳酸镁晶须中碳酸镁的物质的量为aml,根据MgCO3·nH2O中碳酸镁和结晶水的物质的量之比为1∶n,得到1∶n=a∶1.000-84a18,则n=1-84a18a。⑥由题图知最终剩余物质为MgO,质量为39.2g,即m(MgO)=39.2g,则有100g×4018n+84=39.2g,解得n≈1。
考试要点
核心素养
1.掌握镁、铝及其化合物的主要性质及应用。
2.了解镁、铝及其化合物的制备方法。
1.宏观辨识与微观探析:认识镁、铝及其化合物的性质和应用,同时知道两性氧化物和两性氢氧化物的特征反应。
2.科学探究与创新意识:科学领悟镁、铝及其化合物的性质及探究方案。
3.科学精神与社会责任:利用铝土矿的开发利用理解可持续发展意识和绿色化学理念。
操作
向可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量
向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(有但立即溶解)→出现沉淀→较多→最多→沉淀不消失
图像
离子
方程式
① Al3++3OH-Al(OH)3↓
② Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O
③ Al3++4OH-AlO2-+2H2O
④ 3AlO2-+Al3++6H2O4Al(OH)3↓
操作
向偏铝酸盐溶液中逐滴加入盐酸至过量
向盐酸中逐滴加入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(有但立即溶解)→出现沉淀→较多→最多→沉淀不消失
图像
离子
方程式
⑤ AlO2-+H++H2OAl(OH)3↓
⑥ Al(OH)3+3H+Al3++3H2O
⑦ AlO2-+4H+Al3++2H2O
⑧ Al3++3AlO2-+6H2O4Al(OH)3↓
NaOH的量
n(NaOH)
当NaOH不足时
n(NaOH)=3n[Al(OH)3]
当NaOH过量时
n(NaOH)=3n(Al3+)+{n(Al3+)-n[Al(OH)3]}=4n(Al3+)-n[Al(OH)3]
离子
Na+
Mg2+
Cl-
SO42-
浓度(g·L-1)
63.7
28.8
144.6
46.4
选项
反应
铝
镁
A
与非金属
能被Cl2、O2氧化
能与N2、O2反应
B
与水
能与沸水反应
反应很困难
C
与碱
能溶于强碱溶液
不反应
D
与某些氧化物
能与Fe2O3、MnO2、Cr2O3等金属氧化物发生铝热反应
能在CO2中燃烧
实验
现象
①
产生无色气泡
②
产生无色气泡
液面上方呈浅红棕色
③
产生无色气泡
(能使湿润pH试纸变蓝)
2022高考化学专题复习 专题三 金属及其化合物 第2讲 镁、铝及其化合物学案，共29页。学案主要包含了铝及其重要化合物的性质，镁及其化合物的性质和用途等内容，欢迎下载使用。
一、铝及其重要化合物的性质
1.铝
(1)原子结构与物理性质
(2)化学性质
2.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
3.氢氧化铝
(1)物理性质:白色胶状不溶于水的固体。
(2)化学性质
a.Al(OH)3的电离:
H++AlO2-+H2O酸式电离Al(OH)3Al3++3OH-碱式电离
b.
c.受热分解:2Al(OH)3Al2O3+3H2O
(3)制备
向铝盐中加入氨水,离子方程式为 Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4+ 。
NaAlO2溶液中通入足量CO2,离子方程式为 AlO2-+CO2+2H2OAl(OH)3↓+HCO3- 。
NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合:3AlO2-+Al3++6H2O4Al(OH)3↓。
4.常见的铝盐——明矾
明矾的化学式为 KAl(SO4)2·12H2O ,它是无色晶体,可溶于水,水溶液的pH<7。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 。
二、镁及其化合物的性质和用途
1.镁
(1)物理性质:具有银白色金属光泽的固体。
(2)化学性质(写化学方程式)
a.与O2反应: 2Mg+O22MgO (产生耀眼白光)
b.与N2反应: 3Mg+N2Mg3N2
c.与CO2反应: 2Mg+CO22MgO+C
d.与沸水反应: Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
(3)用途:生产合金,冶金工业上用作还原剂和脱氧剂。
2.氧化镁
(1)物理性质:白色、 不 溶于水的固体,熔点高。
(2)化学性质
MgO+2H+Mg2++H2O
(3)用途:制作耐火材料。
3.氢氧化镁
(1)物理性质:白色、 不 溶于水的固体。
(2)化学性质
4.海水提镁
(1)流程:海水 Mg(OH)2 MgCl2 (溶液) MgCl2·6H2O MgCl2 Mg
(2)涉及的部分化学反应
MgCl2→Mg(OH)2: MgCl2+Ca(OH)2Mg(OH)2↓+CaCl2 ;
Mg(OH)2→MgCl2: Mg(OH)2+2HClMgCl2+2H2O ;
MgCl2→Mg: MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑ 。
1.易错易混辨析(正确的画“√”,错误的画“✕”)。
(1)铝在空气中不易被氧化是因为铝的性质不活泼( )
(2)将一块带有氧化膜的铝片与过量的浓NaOH溶液完全反应后,取澄清溶液将其蒸干,得纯净的NaAlO2固体( )
(3)浓硝酸滴到用砂纸打磨过的铝条上,产生红棕色气体( )
(4)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,发现熔化后的液态铝滴落下来,说明金属铝的熔点较低( )
(5)泡沫灭火器灭火是利用了Al2(SO4)3和小苏打的反应( )
(6)向Al2(SO4)3溶液中加入过量氨水的离子方程式:Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4+( )
(7)Al2O3和MgO均可与NaOH溶液反应( )
(8)明矾[KAl(SO4)2·12H2O]既可用作净水剂,也可用作消毒剂( )
(9)工业上制造镁粉是将镁蒸气在CO2气体中冷却( )
(10)利用氢氧化钠溶液和盐酸能分离氧化镁中混有氧化铝( )
答案 (1)✕ (2)✕ (3)✕ (4)✕ (5)√ (6)√ (7)✕ (8)✕ (9)✕ (10)√
2.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:
① 。
② 。
③ 。
④ 。
答案 ①4Al+3O22Al2O3
②2Al+Fe2O32Fe+Al2O3
③2Al+6H+2Al3++3H2↑
④2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2↑
3.用离子方程式表示下列转化关系的代表反应。
① 。
② 。
③ 。
④ 。
⑤ 。
⑥ 。
⑦ 。
答案 ①Al3++3OH-Al(OH)3↓或Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4+
②Al(OH)3+3H+Al3++3H2O
③Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O
④AlO2-+H++H2OAl(OH)3↓
⑤AlO2-+4H+Al3++2H2O
⑥Al3++4OH-AlO2-+2H2O
⑦Al3++3AlO2-+6H2O4Al(OH)3↓
4.(1)镁在空气中燃烧可能发生哪几个化学反应?
(2)预测镁在二氧化硫中燃烧的现象: ;产物除氧化镁、硫黄外还可能有 生成。
答案 (1)2Mg+O22MgO;3Mg+N2Mg3N2;2Mg+CO22MgO+C。
(2)剧烈燃烧,产生黄色固体 硫化镁(MgS)
考点一 铝及其重要化合物
◆核心整合
铝与酸、碱反应生成H2的量的关系
反应实质:AlAl3+,2H+H2↑;
定量关系:2Al~3H2。
(1)等量的铝分别与足量盐酸、氢氧化钠溶液反应,产生氢气的体积比为V(H2)HClV(H2)NaOH=11。
(2)足量的铝分别与等体积、等物质的量浓度的盐酸、氢氧化钠溶液反应,产生氢气的体积比V(H2)HClV(H2)NaOH=13。
(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸、氢氧化钠溶液反应,若13
例 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 Al与稀硝酸反应生成NO气体,D项不符合题意;由2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑,2Al+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2↑,2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑可知,消耗溶质物质的量最少的是NaOH溶液,A项符合题意。
◆题组训练
题组一 铝的性质
1.取两份铝片,第一份与足量盐酸反应,第二份与足量烧碱溶液反应,同温同压下放出相同体积的气体,则两份铝片的质量之比为( )
A.1∶1 B.2∶3 C.3∶2 D.1∶6
答案 A 铝与盐酸反应的化学方程式为2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑,与烧碱溶液反应的化学方程式为2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑,可以看出,反应关系式都为2Al~3H2,同温同压下放出相同体积的气体,需要铝的物质的量相等,质量相等,A正确。
2.(2020四川成都月考)下列关于铝的性质和用途描述不正确的是( )
A.铝有很好的延展性且是良导体,所以常用作导线
B.用酒精灯外焰加热铝箔,可以看到少量液滴悬而不落,说明铝的熔点较高
C.铝合金质轻,强度大,耐腐蚀,可以用作门窗
D.铝有较强的抗腐蚀性,是因为铝的表面能形成致密的氧化膜
答案 B 铝的熔点低,而氧化铝的熔点高,用酒精灯外焰加热铝箔,可以看到少量液滴悬而不落,是因为熔化后的铝表面生成了熔点高的氧化铝薄膜,故B错误。
3.(2020黑龙江大庆月考)某小组用打磨过的铝片进行如下实验,下列分析不合理的是( )
A.①中铝片发生了钝化
B.②中产生的气泡是氮氧化合物,不是氢气
C.③中沉淀溶解的离子方程式是Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O
D.②中加水稀释过程中,仅发生了氧化还原反应
答案 D ①中铝片未明显溶解,因为浓硝酸具有强氧化性,常温下铝在浓硝酸中发生钝化,A正确;②中加水,硝酸浓度下降,铝和变稀的硝酸发生氧化还原反应,产生的气泡是氮氧化合物,不是氢气,B正确;③中沉淀为Al(OH)3,是两性氢氧化物,其在NaOH溶液中溶解的离子方程式是Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O,C正确;②中加水稀释过程中,铝表面形成的氧化铝薄膜溶于稀硝酸发生复分解反应,过程中不仅发生了氧化还原反应,D错误。
题组二 铝的重要化合物的性质及应用
4.氢氧化铝是治疗胃酸过多的胃药的主要成分,目前已不常用,其原因是( )
A.长期摄入不利于人体健康 B.它不能中和胃酸
C.它不易溶于胃液 D.它的疗效较差
答案 A 不常用Al(OH)3来治疗胃酸过多,是因为服用后生成能被人体吸收的Al3+,长期摄入不利于人体健康,答案选A。
5.下列物质既能与盐酸反应,又能与氢氧化钠溶液反应的是( )
①Al ②Al2O3 ③Ca(OH)2 ④Al(OH)3 ⑤Na2CO3 ⑥NaHCO3
A.①②③⑤ B.①②④⑥
C.①②⑤⑥ D.②③④⑥
答案 B ①Al与盐酸反应生成氯化铝和氢气,与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气,符合题意;②Al2O3与盐酸反应生成氯化铝和水,与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水,符合题意;③Ca(OH)2为强碱,与盐酸能反应生成氯化钙和水,与氢氧化钠不反应,不合题意;④Al(OH)3与盐酸反应生成氯化铝和水,与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水,符合题意;⑤Na2CO3与盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳,与氢氧化钠不反应,不合题意;⑥NaHCO3与盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳,与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水,符合题意。综合以上分析,①②④⑥符合题意,故选B。
题组三 铝及其化合物之间的转化
6.下列物质的制备方法正确的是( )
A.氯化铝溶液和硫化钠溶液反应制备Al2S3
B.用镁粉和空气反应制备Mg3N2
C.用铝粉和MnO2反应制得锰
D.用电解熔融氯化铝的方法制得单质铝
答案 C 在溶液中Al3+与S2-易发生相互促进的水解反应,离子方程式为2Al3++3S2-+6H2O2Al(OH)3↓+3H2S↑,所以氯化铝溶液和硫化钠溶液反应不能制备Al2S3,A不正确;镁是活泼的金属,在空气中燃烧镁不但与氧气、氮气反应,分别生成氧化镁和氮化镁,还能与CO2反应生成氧化镁和单质碳,所以不能用镁粉和空气反应制备Mg3N2,B不正确;铝粉和MnO2混合发生铝热反应制得锰,C正确;氯化铝是共价化合物,在熔融状态下不能导电,因此应该电解熔融的氧化铝制备单质铝,D不正确。
题组四 从铝土矿中提取铝
7.(2020河北高三一模)铝是应用广泛的金属,以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2、Fe2O3等杂质)为原料制备氧化铝的一种工艺流程如图所示。下列有关说法不正确的是( )
A.滤渣中X为Fe2O3
B.“反应”步骤中加入NaHCO3溶液后,溶液的pH增大
C.滤液中溶质的主要成分为Na2CO3
D.NaAlO2溶液呈碱性的原因:AlO2-+2H2OAl(OH)3+OH-
答案 B 分析题给工艺流程,向铝土矿中加入氢氧化钠溶液,Fe2O3不溶解,SiO2转化为硅铝酸钠,Al2O3溶解发生反应Al2O3+2NaOHNaAlO2+H2O,过滤后得到含硅铝酸钠、Fe2O3的滤渣和NaAlO2的溶液,再向NaAlO2溶液中加入NaHCO3溶液,生成Al(OH)3沉淀,过滤,将滤渣进行灼烧得到Al2O3。向NaAlO2溶液中加入NaHCO3溶液,发生反应NaAlO2+NaHCO3+H2ONa2CO3+Al(OH)3↓,溶液碱性减弱,pH减小,B选项错误。
8.甲、乙、丙三种物质均含有铝元素,在溶液中的转化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.若甲是Al,丙是Al(NO3)3,则乙一定是NaAlO2
B.若甲是Al2O3,丙是NaAlO2,则乙一定是Al(NO3)3
C.若甲是Al(NO3)3,丙是NaAlO2,则乙一定是Al(OH)3
D.若甲是Al(OH)3,丙是Al(NO3)3,则乙一定是NaAlO2
答案 C 若甲是Al,丙是Al(NO3)3,则乙可能是NaAlO2或KAlO2等,A错误;若甲是Al2O3,丙是NaAlO2,则乙可能是Al(NO3)3或硫酸铝、氯化铝等,B错误;若甲是Al(NO3)3,丙是NaAlO2,则乙一定是Al(OH)3,C正确;若甲是Al(OH)3,丙是Al(NO3)3,则乙可能是NaAlO2或KAlO2等,D错误。
考点二 氢氧化铝沉淀图像分析和计算
◆核心整合
1.可溶性铝盐溶液与NaOH溶液互滴
2.偏铝酸盐溶液与盐酸互滴
3.有关Al(OH)3沉淀量的计算技巧
(1)根据AlCl3和NaOH的量计算生成Al(OH)3的量
(2)根据AlCl3和Al(OH)3的量计算需要NaOH的量
◆典例探究
例 将CO2气体缓缓地通入含KOH、Ba(OH)2和KAlO2的混合溶液中直至过量,生成沉淀的物质的量与所通CO2的体积关系如图所示。
完成相关反应的离子方程式。
(1)OA段: ;
(2)AB段: ;
(3)BC段: ;
(4)CD段: ;
(5)DE段: 。
答案 (1)Ba2++2OH-+CO2BaCO3↓+H2O
(2)CO2+2OH-CO32-+H2O
(3)CO2+2AlO2-+3H2O2Al(OH)3↓+CO32-
(4)CO32-+CO2+H2O2HCO3-
(5)BaCO3+CO2+H2OBa2++2HCO3-
◆题组训练
题组一 可溶性铝盐溶液与碱反应图像分析
1.在某无色溶液中缓慢地滴入NaOH溶液直至过量,产生沉淀的质量与加入的NaOH溶液体积的关系如图所示,由此确定,原溶液中可能含有的阳离子是( )
A.Mg2+、Al3+、Ba2+ B.H+、Mg2+、Al3+
C.H+、Cu2+、Al3+ D.只有Mg2+、Al3+
答案 B Mg2+、Al3+遇氢氧化钠立即产生沉淀,与第一阶段无沉淀不符合,A项错误;第一阶段加入氢氧化钠溶液没有沉淀产生,溶液中含有氢离子,第二阶段沉淀量逐渐增加,第三阶段有部分沉淀能和氢氧化钠继续反应,说明部分沉淀是氢氧化铝,原溶液中一定含有铝离子,第四阶段沉淀的量不再随着氢氧化钠量的增多而减少,说明一定有一种沉淀和氢氧化钠不反应,可推知该沉淀是氢氧化镁,原溶液中可能含有镁离子,则溶液中可能有H+、Al3+和Mg2+,B项正确;Cu2+在水溶液中呈蓝色,题干中是无色溶液,C项错误;Mg2+、Al3+遇氢氧化钠立即产生沉淀,与第一阶段无沉淀不符合,D项错误。
2.向一定量的NaOH溶液中逐滴加入AlCl3溶液,生成沉淀Al(OH)3的量随AlCl3加入量的变化关系如图所示。则下列离子组在对应的溶液中一定能大量共存的是( )
A.a点对应的溶液中:Na+、Fe3+、SO42-、HCO3-
B.b点对应的溶液中:Ag+、Ca2+、NO3-、F-
C.c点对应的溶液中:Na+、S2-、SO42-、Cl-
D.d点对应的溶液中:K+、NH4+、I-、CO32-
答案 C Ob段发生反应:Al3++4OH-AlO2-+2H2O,bc段发生反应:3AlO2-+Al3++6H2O4Al(OH)3↓。A项,a点NaOH过量,故Fe3+、HCO3-不能存在,错误;B项,Ca2+与F-不能共存,错误;D项,AlCl3过量,CO32-与Al3+发生互相促进的水解反应,错误。
题组二 偏铝酸盐溶液与酸反应的图像分析
3.下列反应过程符合如图所示关系的是( )
A.向Ba(NO3)2溶液中通入SO2气体至过量
B.向Na2SiO3溶液中通入HCl气体至过量
C.向澄清石灰水中通入SO2气体至过量
D.向NaAlO2溶液中通入HCl气体至过量
答案 C 向Ba(NO3)2溶液中通入SO2气体,发生氧化还原反应生成硫酸钡沉淀,再通气体,沉淀不溶解,与题图不符,A错误;向Na2SiO3溶液中通入HCl气体,生成硅酸沉淀,气体过量沉淀不溶解,与题图不符,B错误;向澄清石灰水中通入SO2气体,反应生成亚硫酸钙沉淀,气体过量沉淀溶解,且两个反应中消耗气体体积相同,C正确;向NaAlO2溶液中通入HCl气体,生成氢氧化铝沉淀,HCl过量沉淀溶解,但前后两个反应中消耗的HCl体积之比为1∶3,与题图不符,D错误。
4.在KOH和KAlO2混合溶液中滴加稀盐酸直到过量,下列生成沉淀的物质的量与所加盐酸体积关系的图像正确的是( )
答案 D 首先发生中和反应,没有沉淀产生,然后发生反应:AlO2-+H++H2OAl(OH)3↓,最后发生反应:Al(OH)3+3H+Al3++3H2O,沉淀溶解。沉淀产生和沉淀溶解消耗的盐酸的体积之比是1∶3,故D正确。
考点三 镁及其化合物的性质和用途
◆典例探究
例 向mg镁和铝的混合物中加入适量的稀硫酸,恰好完全反应生成标准状况下的气体bL。向反应后的溶液中加入cml/L氢氧化钾溶液VmL,使金属离子刚好沉淀完全,得到的沉淀质量为ng。再将得到的沉淀灼烧至质量不再改变为止,得到固体pg。则下列关系不正确的是( )
A.n=17Vc+m B.5m/3
答案 A A项,得到的氢氧化镁和氢氧化铝的质量等于镁、铝的质量与氢氧根离子的质量之和,即n=m+17×c×V/1000=m+17Vc/1000,错误。B项,若mg全是镁,得到的氧化物为氧化镁,根据元素守恒,氧化物质量=40m/24=5m/3;若mg全是铝,得到的氧化物为氧化铝,根据元素守恒,氧化物质量为m27×12×102=179m;故得到的固体质量应介于二者之间,即5m/3
化学计算中常用的两种计算技巧
1.终态法:不管过程,只是比较开始的物质状态和最终的物质状态。
2.极值法:先极端假设产生一种物质的情况,根据计算情况再进行推理分析判断。
◆题组训练
题组一 镁及其化合物的性质与应用
1.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③
C.③和④ D.②和④
答案 C 与镁蒸气不发生反应的Ar、H2可作为冷却气体,故选C。
2.某同学通过一系列实验探讨Mg及其化合物的性质,下列说法正确的是( )
A.将水加入浓硫酸中得到稀硫酸,将镁片放入其中探讨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沉淀转入蒸发皿中,加足量稀盐酸,加热蒸干得无水MgCl2固体
答案 B 浓H2SO4稀释时应将浓H2SO4加到水中,A错误;过滤时要用玻璃棒引流,C错误;由于MgCl2水解,加热蒸干MgCl2溶液,得不到MgCl2固体,D错误。
题组二 镁铝合金的相关计算
3.将mg镁铝合金投入到500mL2ml/L的盐酸中,固体完全溶解,收集到气体5.6L(标准状况下)。向反应所得溶液中加入4ml/L的氢氧化钠溶液,沉淀达到最大值为13.60g,则m的值为( )
答案 D
4.(2020浙江十校联考)某固体混合物可能由Al、(NH4)2SO4、MgCl2、FeCl2、AlCl3中的一种或几种组成,现对该混合物做如下实验,所得现象和有关数据如图所示(气体体积数据已换算成标准状况下的体积):
下列说法正确的是( )
A.固体混合物中一定含有Al,但质量不可确定
B.固体混合物中可能含有MgCl2和AlCl3
C.固体混合物中一定含有MgCl2和FeCl2
D.固体混合物中一定含有(NH4)2SO4、MgCl2
答案 D A项,根据题图可知,该固体与过量的氢氧化钠溶液反应后产生气体,与氢氧化钠反应产生气体的固体可能是Al或硫酸铵;该气体通过浓硫酸,体积由5.60L减少至3.36L,说明产生了氨气,固体混合物中一定存在硫酸铵,与NaOH溶液反应生成的氨气体积为5.60L-3.36L=2.24L,剩余的3.36L气体为氢气,说明固体中含有Al,且质量可通过氢气的体积计算,错误。B项,加入过量浓氢氧化钠溶液后产生白色沉淀,久置无变化,说明不含氯化亚铁,一定含有氯化镁;得到的溶液中加入稀盐酸先产生沉淀,后沉淀溶解,说明此时溶液中含有偏铝酸根离子,因为固体中一定有Al,所以可能含有氯化铝,通过进一步计算验证,m(Al)+m(MgCl2)+m[(NH4)2SO4]<14.05g,所以一定含有AlCl3,错误。C项,固体中一定不含氯化亚铁,错误。D项,根据以上分析,固体混合物中一定含有Al、硫酸铵、氯化镁,可能含有AlCl3,一定不含FeCl2,正确。
题组三 海水提镁
5.海水化学资源开发利用的部分过程如图所示,下列说法正确的是( )
A.用澄清的石灰水可鉴别NaHCO3和Na2CO3
B.从海水中得到粗盐主要是通过蒸发操作实现的
C.在步骤③,中可通入Cl2使溴离子被还原为Br2
D.在步骤④中,SO2水溶液吸收Br2后,溶液的pH增大
答案 B 在NaHCO3或Na2CO3中加入澄清的石灰水,均能产生白色沉淀,所以不能鉴别,A错误;氯化钠的溶解度随温度的变化不明显,故从海水中得到粗盐采用的是蒸发结晶的方法,B正确;若通入Cl2,步骤③中发生反应的化学方程式为2NaBr+Cl2Br2+2NaCl,Br元素的化合价由-1升高到0,溴离子被氧化为Br2,C错误;步骤④中SO2水溶液吸收Br2,发生反应的化学方程式为SO2+Br2+2H2OH2SO4+2HBr,溶液的酸性增强,pH减小,D错误。
6.(1)海水提镁的一段工艺流程如下图所示:
浓海水的主要成分如下:
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 ,1L浓海水最多可得到产品2的质量为 g。
(2)采用石墨阳极、不锈钢阴极电解熔融的氯化镁,发生反应的化学方程式为 ;电解时,若有少量水存在会造成产品镁的消耗,写出有关反应的化学方程式: 。
答案 (1)Ca2++SO42-CaSO4↓ Mg(OH)2 69.6
(2)MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑
Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
解析 (1)由题给浓海水的主要成分可知,脱硫就是除掉硫酸根离子,发生反应:Ca2++SO42-CaSO4↓;由题图信息知,产品2为Mg(OH)2;1L浓海水中含有Mg2+28.8g,物质的量为1.2ml,则最多生成Mg(OH)2的物质的量为1.2ml,质量为1.2ml×58g·ml-1=69.6g。
1.(2020课标Ⅱ,8,6分)某白色固体混合物由NaCl、KCl、MgSO4、CaCO3中的两种组成,进行如下实验:
①混合物溶于水,得到澄清透明溶液;②做焰色反应,通过钴玻璃可观察到紫色;③向溶液中加碱,产生白色沉淀。根据实验现象可判断其组成为( )
A.KCl、NaCl B.KCl、MgSO4
C.KCl、CaCO3 D.MgSO4、NaCl
答案 B ①混合物溶于水,得到澄清透明溶液,则该混合物中不含CaCO3;②做焰色反应,通过钴玻璃可观察到紫色,说明该混合物中含有K+;③向溶液中加碱,产生白色沉淀,则发生反应Mg2++2OH-Mg(OH)2↓,综上所述,该白色固体混合物的组成为KCl、MgSO4。
2.(2020山东,9,2分)以菱镁矿(主要成分为MgCO3,含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)为原料制备高纯镁砂的工艺流程如下:
已知浸出时产生的废渣中有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列说法错误的是( )
A.浸出镁的反应为MgO+2NH4ClMgCl2+2NH3↑+H2O
B.浸出和沉镁的操作均应在较高温度下进行
C.流程中可循环使用的物质有NH3、NH4Cl
D.分离Mg2+与Al3+、Fe3+是利用了它们氢氧化物Ksp的不同
答案 B A项,通过煅烧操作,MgCO3转化为MgO,NH4Cl溶液显酸性,能与MgO发生反应,正确;B项,适当升高温度,可以加快反应速率,提高浸出率,但沉镁时加入的氨水受热易分解,故浸出时可以适当升高温度,沉镁时温度不宜过高,错误;C项,结合题给流程图,浸出时有氨气产生,沉镁时发生的反应为MgCl2+2NH3·H2OMg(OH)2↓+2NH4Cl,故可循环使用的物质有NH3、NH4Cl,正确;D项,结合题给已知信息浸出时产生的废渣中有SiO2、Fe(OH)3、Al(OH)3可知,Fe3+、Al3+在弱酸性环境中完全沉淀,而Mg2+没有产生沉淀,利用了它们氢氧化物Ksp的不同,正确。
3.(2020浙江1月选考,12,2分)下列关于铝及其化合物说法,不正确的是( )
A.明矾可用作净水剂和消毒剂
B.利用铝热反应可冶炼高熔点金属
C.铝可用作包装材料和建筑材料
D.氢氧化铝可用作治疗胃酸过多的药物
答案 A 明矾可以用于净水,但没有消毒作用,故A不正确。
4.(2020江苏单科,3,2分)下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是( )
A.铝的金属活泼性强,可用于制作铝金属制品
B.氧化铝熔点高,可用作电解冶炼铝的原料
C.氢氧化铝受热分解,可用于中和过多的胃酸
D.明矾溶于水并水解形成胶体,可用于净水
答案 D A项,金属铝用于制作金属制品是因为金属铝易加工,且表面形成的氧化膜有一定的防腐作用,错误;B项,冶炼铝用氧化铝作原料,是因为氧化铝是离子化合物,熔融时能电离,错误;C项,氢氧化铝有弱碱性,可用于中和过多的胃酸,错误;D项,明矾中的铝离子在水溶液中水解生成氢氧化铝胶体,可用于净水,正确。
A组 基础达标
1.(2020云南师大附中月考)下列转化过程不能一步实现的是( )
A.Al(OH)3→Al2O3 B.Al2O3→Al(OH)3
C.Al→AlCl3 D.Al→NaAlO2
答案 B Al(OH)3加热分解生成Al2O3,可一步实现转化,A错误;氧化铝不溶于水,不能一步转化生成Al(OH)3,B正确;金属铝与盐酸或氯气反应均生成AlCl3,可一步实现转化,C错误;Al与氢氧化钠溶液反应生成NaAlO2,可一步实现转化,D错误。
2.镁、铝性质相似,下表中对两者的对比不正确的是( )
答案 B 镁能与沸水反应,B错误。
3.(2020上海高三二模)肯定能得到Al(OH)3的一组物质是( )
A.Al片和NaOH溶液
B.Al2O3粉末和H2O
C.Al2(SO4)3溶液和NH3·H2O
D.AlCl3溶液和NaOH溶液
答案 C Al片和NaOH溶液反应得到的是偏铝酸钠和氢气,故A不符合题意;Al2O3不溶于水,也不和H2O反应,故B不符合题意;氢氧化铝不溶于氨水,因此Al2(SO4)3溶液和NH3·H2O反应可以得到氢氧化铝和硫酸铵,故C符合题意;1mlAlCl3和3mlNaOH反应可以得到氢氧化铝,当氢氧化钠过量时,得到的是偏铝酸钠,故D不符合题意。
4.(2020江苏淮安月考)下列关于铝热反应2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe的说法不正确的是( )
A.该反应中Al作还原剂
B.该反应中氧化产物与还原产物的物质的量比为1∶2
C.该反应中冶炼1mlFe转移2ml电子
D.该反应可用于焊接钢轨
答案 C 铝热反应中Fe元素化合价由+3降低到0,则冶炼1mlFe转移3ml电子,故C错误。
5.已知MgO、MgCl2的熔点分别为2800℃、604℃,将MgO、MgCl2加热熔融后通电电解,都可得到金属镁。海水中含有MgCl2,工业上从海水中提取镁正确的方法是( )
A.海水Mg(OH)2Mg
B.海水MgCl2溶液MgCl2(熔融)Mg
C.海水Mg(OH)2MgOMg
D.海水Mg(OH)2MgCl2溶液MgCl2(熔融)Mg
答案 D 从经济效益看,用石灰乳沉淀比用NaOH成本低,电解MgCl2比电解MgO成本低,故A、C不可行;海水中加HCl得不到纯净的MgCl2,故B不可行。
6.(2020山东高三二模)工业上综合利用铝土矿(主要成分为Al2O3,还含有Fe2O3、FeO、SiO2)的部分工艺流程如下:
铝土矿 滤渣 硅酸钠
实验室模拟上述流程,用不到的装置是( )
答案 B 在整个操作过程中,没有将溶液浓缩或蒸发结晶的操作,所以不需要B项装置。
7.(2020安徽安庆月考)a、b、c、d、e分别是Cu、Ag、Fe、Al、Mg五种金属中的一种。已知:①a、b均能与稀硫酸反应放出气体;②c与d的硝酸盐溶液反应,置换出单质d;③b与强碱溶液反应放出气体;④b、e在冷的浓硫酸中钝化。由此可判断a、b、c、d、e依次是( )
A.Mg Al Cu Ag Fe B.Fe Cu Al Ag Mg
C.Mg Cu Al Ag Fe D.Al Mg Ag Cu Fe
答案 A 由题给信息③b与强碱溶液反应放出气体,可知b为Al;由信息④b、e在冷的浓硫酸中钝化,b为Al,推出e为Fe;结合①a、b均能与稀硫酸反应放出气体,可推出a为Mg;Cu与硝酸银溶液反应,置换出单质银,可知c为Cu,d为Ag。因此a、b、c、d、e依次是Mg、Al、Cu、Ag、Fe,故选A。
8.(2020北京朝阳综合)某同学进行如下实验(溶液的浓度均为1ml/L)。
下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )
A.①中:2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2↑
B.根据上述实验判断,NaNO3的氧化性强于水
C.②中:Al+3NO3-+6H+Al3++3NO2↑+3H2O
D.③中使湿润pH试纸变蓝的气体是NH3
答案 C 实验②反应为Al+NO3-+4H+Al3++NO↑+2H2O,2NO+O22NO2,故C错误。
9.(2020湖北武汉调研)工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3,含FeO、Fe2O3等杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图所示。
对上述流程中的判断正确的是( )
A.试剂X为稀硫酸
B.反应Ⅱ中生成Al(OH)3的反应为CO2+AlO2-+2H2OAl(OH)3↓+HCO3-
C.结合质子(H+)的能力:AlO2->CO32->OH-
D.Al2O3熔点很高,工业上还可采用电解熔融AlCl3冶炼Al
答案 B 试剂X为氢氧化钠溶液,A项错误;向偏铝酸盐中通入二氧化碳生成氢氧化铝沉淀,B项正确;结合质子的能力:OH->AlO2->CO32-,C项错误;氯化铝是共价化合物,熔融态不导电,D项错误。
10.(2020北京丰台期末)某同学在实验室利用氢氧化钠、盐酸分离铁粉和铝粉混合物,物质转化关系如图所示:
下列说法不正确的是( )
A.x为NaOH溶液,y为盐酸
B.a→b发生的反应为AlO2-+H++H2OAl(OH)3↓
C.b→c→Al的反应条件分别为加热、电解
D.a、b、c既能与酸反应又能与碱反应
答案 D 铁粉和铝粉混合物,加入试剂x,过滤得到铁,试剂x能溶解铝,盐酸和铁、铝都反应,氢氧化钠溶液只和铝反应:2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑,a为偏铝酸钠溶液,偏铝酸钠和适量盐酸发生反应:NaAlO2+HCl+H2OAl(OH)3↓+NaCl,所以x为NaOH溶液,y为盐酸,故A正确;a为偏铝酸钠溶液,b为氢氧化铝,a→b发生的离子反应为AlO2-+H++H2OAl(OH)3↓,故B正确;b为氢氧化铝,氢氧化铝受热分解发生反应:2Al(OH)3Al2O3+3H2O,电解氧化铝的反应为2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑,故C正确;b为氢氧化铝,属于两性氢氧化物,既能与酸反应又能与碱反应,c为氧化铝,属于两性氧化物,既能与酸反应又能与碱反应,a为偏铝酸钠溶液,只能和酸反应,不能和碱反应,故D错误。
11.(2020河南高三二模)KAl(SO4)2·12H2O(明矾)是一种复盐,在造纸等方面应用广泛。实验室中,采用废易拉罐(主要成分为Al,含有少量的Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如图所示。回答下列问题:
(1)操作Ⅰ中用到的玻璃仪器有 。
(2)为尽量少引入杂质,从易拉罐溶解至生成Al(OH)3过程中,主要发生反应的离子方程式为 、 ;试剂②是 。
(3)已知:常温下KW=1.0×10-14,Al(OH)3溶于NaOH溶液反应的平衡常数等于20。则Al(OH)3+H2O[Al(OH)4]-+H+的平衡常数K= 。
(4)天然水在净化处理过程中加入明矾作絮凝剂,水的净化和软化的区别是 。
(5)普通纸张的主要成分是纤维素,在早期的纸张生产中,常采用纸表面涂覆明矾的工艺,以填补其表面的微孔,防止墨迹扩散。人们发现纸张会发生酸性腐蚀而变脆、破损,严重威胁纸质文物的保存。经分析检验,发现酸性腐蚀主要与造纸中涂覆明矾的工艺有关,请说明理由: ;为保护这些纸质文物,有人建议采取喷洒Zn(C2H5)2的方法,Zn(C2H5)2可以与水反应生成氧化锌和乙烷。用反应方程式表示该方法生成氧化锌及防止酸性腐蚀的原理: 。
答案 (1)漏斗、烧杯、玻璃棒
(2)2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2↑ AlO2-+HCO3-+H2OCO32-+Al(OH)3↓ K2SO4
(3)2.0×10-13
(4)水的净化是用絮凝剂(如明矾等)将水中的悬浮物沉淀下来,而水的软化是除去水中的钙离子和镁离子
(5)明矾水解产生酸性环境,在酸性条件下纤维素水解,使高分子链断裂 Zn(C2H5)2+H2OZnO+2C2H6↑、ZnO+2H+Zn2++H2O
解析 易拉罐的主要成分为Al,含有少量的Fe、Mg杂质,可选择用浓NaOH溶解,得到偏铝酸钠溶液,并通过过滤除去Fe、Mg等杂质,滤液中加入NH4HCO3溶液后,生成Al(OH)3沉淀,过滤后将沉淀溶解在稀硫酸中,得到硫酸铝溶液,加入K2SO4溶液后蒸发浓缩、冷却结晶得到晶体明矾。(3)①Al(OH)3AlO2-+H++H2O,②H2OH++OH-,常温下KW=1.0×10-14,③Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O,Al(OH)3溶于NaOH溶液反应的平衡常数等于20;①=②+③,则Al(OH)3AlO2-+H++H2O即Al(OH)3+H2O[Al(OH)4]-+H+平衡常数K=1.0×10-14×20=2.0×10-13。
B组 综合提升
12.常温下,将一定量的钠铝合金置于水中,合金全部溶解,得到20mL1ml/L的NaOH 溶液,然后用1ml/L的盐酸滴定,测得生成沉淀的质量与消耗盐酸的体积关系如图所示,则下列说法正确的是( )
A.合金质量为0.92g B.图中V2的值为60
C.产生氢气的体积为1120mL D.图中m的值为1.56
答案 D 钠铝合金置于水中,合金全部溶解,发生反应:2Na+2H2O2NaOH+H2↑、2Al+2H2O+2NaOH2NaAlO2+3H2↑,得到1ml/L的NaOH 溶液20mL,故剩余NaOH的物质的量为0.02L×1ml/L=0.02ml。用盐酸滴定,依次发生反应:NaOH+HClNaCl+H2O、NaAlO2+HCl+H2ONaCl+Al(OH)3↓、Al(OH)3+3HClAlCl3+3H2O,V1=0.02ml1ml/L=0.02L=20mL;生成沉淀消耗的盐酸的体积为40mL-20mL=20mL,HCl的物质的量为0.02L×1ml/L=0.02ml,根据NaAlO2+HCl+H2ONaCl+Al(OH)3↓可知,生成Al(OH)3的物质的量为0.02ml。A项,由原子守恒可知,合金的质量为0.04ml×23g/ml+0.02ml×27g/ml=1.46g,错误;B项,由Al(OH)3+3HClAlCl3+3H2O可知,溶解沉淀需要0.06mlHCl,需要盐酸体积为60mL,则V2的值为100,错误;C项,由化学方程式知,生成氢气的物质的量为0.02ml+0.03ml=0.05ml,标准状况下体积为0.05ml×22.4L/ml=1.12L=1120mL,选项中没有指明气体所处状况,错误;D项,由上述分析可知,生成0.02mlAl(OH)3沉淀,其质量为0.02ml×78g/ml=1.56g,正确。
13.(2020广东中山模拟)向MgCl2和AlCl3的混合溶液中加入一定量NaOH溶液,紧接着再加入一定量稀盐酸,生成沉淀的物质的量y与加入溶液的体积x的关系图如图所示。根据图示判断,下列结论不正确的是( )
A.N点时溶液中的溶质只有NaCl
B.M点之前加入的是NaOH溶液,M点之后加入的是盐酸
C.c(NaOH)=c(HCl)
D.原混合溶液中c(MgCl2)∶c(AlCl3)=1∶1
答案 B 向MgCl2和AlCl3的混合溶液中加入NaOH溶液,首先发生反应:Al3++3OH-Al(OH)3↓、Mg2++2OH-Mg(OH)2↓,N点时Al3+、Mg2+全部沉淀,溶液中的溶质只有NaCl,A正确;NM段Al(OH)3溶解,x=6时Al(OH)3完全溶解,MP段沉淀的量不变,说明MP段先加的NaOH溶液,然后又加入盐酸,P点二者恰好中和,B错误;PF段沉淀的量增加,发生反应:AlO2-+H++H2OAl(OH)3↓,消耗盐酸1mL,NM段Al(OH)3溶解消耗NaOH溶液1mL,则c(NaOH)=c(HCl),C正确;沉淀Al3+消耗NaOH溶液3mL,沉淀Mg2+消耗NaOH溶液2mL,原混合溶液中c(MgCl2)∶c(AlCl3)=1∶1,D正确。
14.镁是一种银白色的碱土金属,镁元素在地壳中的含量约为2.00%,位居第八位,镁及其化合物在研究和生产中具有广泛用途。请回答下列问题:
(1)氮化镁(Mg3N2)是由氮和镁所组成的无机化合物。在室温下纯净的氮化镁为黄绿色的粉末,能与水反应,常用作触媒,实验室欲用如图1所示装置和药品制备少量氮化镁。
图1
①A中盛装的是浓氨水,B中可盛装 ,二者混合可制取氨气。
②按照气流的方向从左至右连接装置:a接 、 接 、 接 。
③已知氨气有还原性,能还原氧化铜,生成物之一是空气的主要成分,该反应的化学方程式为 。
④如果没有装有无水氯化钙的装置,可能发生的反应的化学方程式为 。
(2)碳酸镁可用作耐火材料、锅炉和管道的保温材料,以及食品、药品、化妆品、橡胶、墨水等的添加剂。合成碳酸镁晶须的步骤如下:
步骤1:配制0.5ml·L-1MgSO4溶液和0.5ml·L-1NH4HCO3溶液。
步骤2:用量筒量取500mLNH4HCO3溶液于1000mL四口烧瓶中,开启搅拌器,温度控制在50℃。
步骤3:将250mLMgSO4溶液逐滴加入NH4HCO3溶液中,1min内滴加完毕,然后用氨水调节溶液pH到9.5。
步骤4:放置1h后,过滤,洗涤。
步骤5:在40℃的真空干燥箱中干燥10h,得到碳酸镁晶须产品(MgCO3·nH2O,n=1~5)。
①配制0.5ml·L-1MgSO4溶液500mL,需要的仪器有托盘天平、药匙、烧杯、玻璃棒、量筒、胶头滴管、 。
②步骤3中加氨水后反应的离子方程式为 。
测定合成的MgCO3·nH2O中n的值。
称量1.000g碳酸镁晶须,放入如图2所示的广口瓶中,加入适量水,滴入稀硫酸与碳酸镁晶须反应,生成的CO2被NaOH溶液吸收,在室温下反应4~5h,后期将温度升到30℃,最后烧杯中的溶液用已知浓度的盐酸滴定,测得生成CO2的总量;重复上述操作2次。
图2
③图2中气球的作用是 。
④上述反应后期要升温到30℃,主要目的是 。
⑤若实验测得1.000g碳酸镁晶须产生CO2的平均物质的量为aml,则n为
(用含a的表达式表示)。
⑥称取100g上述碳酸镁晶须产品进行热重分析,得到的热重曲线如图3所示,则合成的碳酸镁晶须中n= 。
图3
答案 (1)①生石灰(或氢氧化钠固体) ②decbf ③2NH3+3CuON2+3H2O+3Cu ④Mg3N2+6H2O3Mg(OH)2+2NH3↑
(2)①500mL容量瓶 ②Mg2++HCO3-+NH3·H2O+(n-1)H2OMgCO3·nH2O↓+NH4+ ③暂时储存CO2,有利于CO2被NaOH溶液吸收,且能保持装置中压强相对稳定 ④升高温度,气体的溶解度减小,使溶解在水中的CO2逸出,便于吸收完全 ⑤1-84a18a ⑥1
解析 (2)④题述反应后期将温度升到30℃,是为了使生成的二氧化碳全部逸出,便于其被氢氧化钠溶液完全吸收,从而减小测定产生的误差。⑤若实验测得1.000g碳酸镁晶须产生的CO2的平均物质的量为aml,依据碳元素守恒可知,碳酸镁晶须中碳酸镁的物质的量为aml,根据MgCO3·nH2O中碳酸镁和结晶水的物质的量之比为1∶n,得到1∶n=a∶1.000-84a18,则n=1-84a18a。⑥由题图知最终剩余物质为MgO,质量为39.2g,即m(MgO)=39.2g,则有100g×4018n+84=39.2g,解得n≈1。
考试要点
核心素养
1.掌握镁、铝及其化合物的主要性质及应用。
2.了解镁、铝及其化合物的制备方法。
1.宏观辨识与微观探析:认识镁、铝及其化合物的性质和应用,同时知道两性氧化物和两性氢氧化物的特征反应。
2.科学探究与创新意识:科学领悟镁、铝及其化合物的性质及探究方案。
3.科学精神与社会责任:利用铝土矿的开发利用理解可持续发展意识和绿色化学理念。
操作
向可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量
向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(有但立即溶解)→出现沉淀→较多→最多→沉淀不消失
图像
离子
方程式
① Al3++3OH-Al(OH)3↓
② Al(OH)3+OH-AlO2-+2H2O
③ Al3++4OH-AlO2-+2H2O
④ 3AlO2-+Al3++6H2O4Al(OH)3↓
操作
向偏铝酸盐溶液中逐滴加入盐酸至过量
向盐酸中逐滴加入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(有但立即溶解)→出现沉淀→较多→最多→沉淀不消失
图像
离子
方程式
⑤ AlO2-+H++H2OAl(OH)3↓
⑥ Al(OH)3+3H+Al3++3H2O
⑦ AlO2-+4H+Al3++2H2O
⑧ Al3++3AlO2-+6H2O4Al(OH)3↓
NaOH的量
n(NaOH)
当NaOH不足时
n(NaOH)=3n[Al(OH)3]
当NaOH过量时
n(NaOH)=3n(Al3+)+{n(Al3+)-n[Al(OH)3]}=4n(Al3+)-n[Al(OH)3]
离子
Na+
Mg2+
Cl-
SO42-
浓度(g·L-1)
63.7
28.8
144.6
46.4
选项
反应
铝
镁
A
与非金属
能被Cl2、O2氧化
能与N2、O2反应
B
与水
能与沸水反应
反应很困难
C
与碱
能溶于强碱溶液
不反应
D
与某些氧化物
能与Fe2O3、MnO2、Cr2O3等金属氧化物发生铝热反应
能在CO2中燃烧
实验
现象
①
产生无色气泡
②
产生无色气泡
液面上方呈浅红棕色
③
产生无色气泡
(能使湿润pH试纸变蓝)
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