盐城市2024届高三化学二轮专题复习讲义（16）-专题四第一讲 金属及其化合物（一）

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【复习目标】
1．构建钠、镁、铝及其化合物性质及用途的知识体系，形成知识网络。
2．加强这部分知识的综合运用，提升学生的综合能力。
【重点突破】
钠、镁、铝及其化合物性质这部分知识在工业流程图题中的综合运用
【真题再现】
例1．（2017·江苏16）铝是应用广泛的金属。以铝土矿（主要成分为 Al2O3，含 SiO2和 Fe2O3等杂质）为原料制备铝的一种工艺流程如下：
注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
（1）“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式 。
（2）向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入 NaHCO3 溶液，溶液的 pH 。（填“增大”、 “不变”或“减小”）
（3）“电解Ⅰ ”是电解熔融Al2O3 ，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是 。
（4）“电解Ⅱ”是电解 Na2CO3溶液，原理如图所示：
阳极的电极反应式为 ，阴极产生的物质 A的化学式为 。
（5）铝粉在 1000℃时可与 N2 反应制备 AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于 AlN的制备，其主要原因是 。
解析：（1）氧化铝为两性氧化物，可溶于强碱溶液生成偏铝酸盐和水，离子方程式为Al2O3+2OH−===2 AlO2-+H2O（2）为了提高铝土矿的浸取率，氢氧化钠溶液必须过量，所以过滤I所得滤液中含有氢氧化钠，加入碳酸氢钠溶液后，氢氧化钠与碳酸氢钠发生反应生成碳酸钠和水，所以溶液的pH减小。（3）电解I过程中，石墨阳极上氧离子被氧化为氧气，在高温下，氧气与石墨发生反应生成气体，所以，石墨电极易消耗的原因是被阳极上产生的氧气氧化。（4）由图中信息可知，生成氧气的为阳极室，溶液中水电离的OH−放电生成氧气，破坏了水的电离平衡，碳酸根结合H+转化为HCO3-，所以电极反应式为4CO32-+2H2O−4e−===4HCO3-+O2↑，阴极室氢氧化钠溶液浓度变大，说明水电离的H+放电生成氢气而破坏水的电离平衡，所以阴极产生的物质A为H2。（5）铝在常温下就容易与空气中的氧气反应生成一层致密的氧化膜。氯化铵受热分解产生的氯化氢能够破坏铝表面的氧化铝薄膜，所以加入少量的氯化铵有利于AlN的制备。
答案：（1）Al2O3+2OH−=2 AlO2-+H2O
（2）减小
（3）石墨电极被阳极上产生的O2氧化
（4）4CO32-+2H2O−4e−=4HCO3--+O2↑ H2
（5）NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜
小结：
本题流程来源于教材，但对教材中的流程又进行了深化，更贴近工业生产实际。注重对教材中的工业流程进行二次加工，提高分析问题、解决能力的能力。例如：结合流程及题中信息可知，铝土矿在碱溶时，氧化铝和二氧化硅可与强碱性溶液反应，题中信息交代了SiO2的最终产物。过滤后，滤液中偏铝酸钠与碳酸氢钠反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸钠，氢氧化铝经灼烧后分解为氧化铝，最后电解熔融的氧化铝。碳酸钠溶液经电解后可以生成碳酸氢钠和氢氧化钠进行循环利用。
【知能整合】
1．钠及其化合物
（1）理清知识主线
Na→Na2O→Na2O2→NaOH→Na2CO3→NaHCO3
（2）形成网络构建
2．镁及其化合物
3．铝及其化合物
（1）理清知识主线
Al→Al2O3←Al(OH)3→NaAlO2、AlCl3、Al2(SO4)3、KAl(SO4)2·12H2O
（2）形成网络构建
例2．（2020·南京市第三次模拟）MgCl2·6H2O可用于医药、农业等领域。一种用镁渣[含有MgCO3、Mg(OH)2、CaCO3、Fe2O3和SiO2]制备MgCl2·6H2O的实验流程如下：
（1）“煅烧”只有MgCO3、Mg(OH)2发生分解。“煅烧”须用到下列仪器中的 （填字母）。
A．蒸发皿 B．坩埚 C．泥三角
（2） “蒸氨”在如图所示装置中进行（NH4Cl溶液仅与体系中的MgO反应）。
①三颈烧瓶中发生主要反应的离子方程式为 。
②倒扣漏斗的作用是 。
③烧杯中溶液红色深浅不再变化可判断“蒸氨”已完成，其原因是 。
（3）“过滤”所得滤液经盐酸酸化、蒸发、结晶、过滤、洗涤和低温干燥得到产品。向所得产品中加入蒸馏水，测得溶液呈碱性，其可能原因是 。
（4）请补充完整以“滤渣”为原料，制取FeSO4溶液的实验方案：边搅拌边向滤渣中加入1.0 ml·L－1盐酸， ，得FeSO4溶液(实验中必须用的试剂：1.0 ml·L-1 NaOH溶液、1.0 ml·L-1 H2SO4溶液、铁粉、蒸馏水)。
已知部分金属离子形成氢氧化物沉淀的pH范围如下表：
解析：（1）“煅烧”只有MgCO3、Mg(OH)2发生分解。“煅烧”须用到的仪器主要是酒精灯，三脚架、泥三角、坩埚、玻璃棒、坩埚钳。（2）①三颈烧瓶中NH4Cl溶液仅与体系中的MgO反应，氯化铵水溶液显酸性，和碱性氧化物反应生成镁离子、氨气和水，发生主要反应的离子方程式为MgO＋2NHeq \\al(＋,4)eq \(=====,\s\up7(△))Mg2＋＋2NH3↑＋H2O。②由于反应生成了氨气，将氨气蒸出，则烧杯中吸收氨气，由于氨气极易溶于水，因此倒扣漏斗的作用是防止倒吸。③氨气极易溶于水，烧杯中溶液红色深浅不再变化，说明氨气的量不再被蒸出即说明三颈烧瓶中已无NH3逸出，“蒸氨”完成，因此烧杯中溶液pH不再变化。（3）向所得产品中加入蒸馏水，测得溶液呈碱性，低温蒸干得到氯化镁，如果温度过高或过度蒸发会导致MgCl2水解，水解生成Mg(OH)2，因此产品中含Mg(OH)2或Mg(OH)Cl。（4）滤渣主要是碳酸钙、氧化铁、二氧化硅及少量含镁的物质，边搅拌边向滤渣中加入1.0ml·L－1盐酸，当溶液中不再产生气泡时，过滤，得到滤渣为二氧化硅，滤液主要是氯化铁、氯化钙，向滤液中分批加入1.0 ml·L－1 NaOH溶液至pH介于3.2～8.4，过滤，得到滤渣氢氧化铁，用蒸馏水洗涤滤渣2～3次后，加入1.0 ml·L－1 H2SO4溶液直至滤渣完全溶解，边搅拌边向所得溶液分批加入铁粉，当有固体不能溶解时，过滤。
答案：（1）BC
（2）① MgO＋2NHeq \\al(＋,4)eq \(===,\s\up7(△))Mg2＋＋2NH3↑＋H2O ② 防止倒吸 ③此时烧杯中溶液pH不再变化，说明三颈烧瓶中已无NH3逸出，即“蒸氨”完成
（3）过度蒸发导致MgCl2水解，产品中含Mg(OH)2或Mg(OH)Cl (4)当溶液中不再产生气泡时，过滤；向滤液中分批加入1.0 ml·L-1NaOH溶液至pH介于3.2～8.4，过滤；用蒸馏水洗涤滤渣2～3次后，加入1.0 ml·L-1H2SO4溶液直至滤渣完全溶解，边搅拌边向所得溶液分批加入铁粉，当有固体不能溶解时，过滤
小结：
注重设计新的情境，提高学生分析问题、解决能力的能力。例如：结合流程及题中信息可知，氯化铵水溶液显酸性，和碱性氧化物反应生成镁离子、氨气和水。低温蒸干得到氯化镁，如果温度过高或过度蒸发会导致MgCl2水解，水解生成Mg(OH)2，因此产品中含Mg(OH)2或Mg(OH)Cl。将书本上的知识进行升华与提高。
【体系再构】
【随堂反馈】
基础训练
1．下列指定反应的离子方程式正确的是
A．Na与水反应：Na＋2H2O===Na＋＋2OH－＋H2↑
B．用NaOH溶液吸收NO2：2NO2＋Na＋＋2OH－===NaNO3＋NOeq \\al(－,2)＋H2O
C．用MnO2和浓盐酸反应制备Cl2：MnO2＋4H＋＋2Cl－eq \(=====,\s\up7(△))Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O
D．NaHCO3溶液中加足量Ba(OH)2溶液：2HCOeq \\al(－,3)＋Ba2＋＋2OH－===BaCO3↓＋COeq \\al(2－,3)＋2H2O
2．下列实验操作能达到实验目的的是
A．用经水湿润的pH试纸测量溶液的pH
B．将4.0 g NaOH固体置于100 mL容量瓶中，加水至刻度，配制1.0ml·L－1 NaOH溶液
C．用装置甲蒸干AlCl3溶液制无水AlCl3固体
D．用装置乙除去实验室所制乙烯中的少量SO2
3．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．明矾溶于水并水解形成胶体,可用于净水
D．氢氧化铝受热分解,可用于中和过多的胃酸
（2021·苏州市高三调研）阅读下列材料，回答4～6题：侯氏制碱法以氯化钠、二氧化碳、氨和水为原料，发生反应NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。将析出的固体灼烧获取纯碱，向析出固体后的母液中加入食盐可获得副产品氯化铵。
4．下列说法正确的是
A．COeq \\al(2－,3)中C原子的轨道杂化类型为sp3
B．NaHCO3的热稳定性比Na2CO3强
C．用澄清石灰水可以鉴别Na2CO3与NaHCO3
D．相同温度下，NH4Cl在水中的溶解度大于在NaCl溶液中的溶解度
5．下列有关模拟侯氏制碱法的实验原理和装置能达到实验目的的是( )

A．制取氨气 B．制NaHCO3 C．分离NaHCO3 D．制Na2CO3
6．通过以下两步反应可实现NH4Cl分解产物的分离。
NH4Cl(s)＋MgO(s)eq \(=====,\s\up7(350 ℃))NH3(g)＋Mg(OH)Cl(s) ΔH＝＋61.34 kJ·ml－1
Mg(OH)Cl(s)eq \(=====,\s\up7(570 ℃))HCl(g)＋MgO(s) ΔH＝＋97.50 kJ·ml－1
下列说法不正确的是
A．反应NH4Cl(s)===NH3(g)＋HCl(g)的ΔH＝＋158.84 kJ·ml－1
B．两步反应的ΔS均大于0
C．5.35 g NH4Cl完全分解理论上可获得标准状况下的HCl约2.24 L
D．MgO是NH4Cl分解反应的催化剂
7．以菱镁矿（主要成分为MgCO3，含少量SiO2，Fe2O3和A12O3）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＋2NH4Cl＝MgCl2＋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
拓展训练
8．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）制备明矾的过程如下图所示。回答下列问题：
（1）为尽量少引入杂质，试剂①应选用______（填标号）。
A．HCl溶液 B．H2SO4溶液 C．氨水 D．NaOH溶液
（2）易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为__________________。
（3）沉淀B的化学式为_____；将少量明矾溶于水，溶液呈弱酸性，其原因是______。
（4）已知：常温下Kw=1.0×10-14，Al(OH)3 AlO2－+H++H2O K=2.0×10-13。Al(OH)3溶于NaOH溶液反应的平衡常数等于_______________。
9．碱式硫酸镁晶须［化学式为xMgSO4·yMg(OH)2·zH2O]是一种无机阻燃材料，其一种制备流程如下：
（1）“沉淀”是在50~60℃条件下进行，适合的加热方式为 .
（2）“抽滤”在题17图所示的装置中进行，装置X的作用是 .
（3）“洗涤”步骤中用无水乙醇洗涤的目的是 。
（4）以蛇纹石粉末（主要含MgO、FeO、Fe2O3、SiO2等）为原料制备实验所需的MgSO4溶液。请补充完整相应的实验方案：取一定量蛇纹石粉末， ，得到MgSO4溶液。
已知：①该实验中pH=3.2时，Fe3+完全沉淀；pH=8.5时，Mg2+开始沉淀。
②Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液反应产生蓝色沉淀。
实验中可选用的试剂：1.0 ml·L-1H2SO4、1.0ml·L-1NaOH,3%H2O2、MgCO3粉末、
K3[Fe(CN)6]溶液。
（5）通过下列方法测定碱式硫酸镁晶须化学式：
I．准确称取1.8560g产品，溶于100.00mL 0.5600 ml·L-1HC1,将所得溶液配成250.00mL溶液A；
II．取25.00mL溶液A,调节溶液pH=10,用0.1000 ml·L-1的EDTA(Na2H2Y)标准溶液滴定其中的Mg2+（离子方程式为Mg2++H2Y2-===MgY2-+2H+）,消耗EDTA标准溶液24.00mL；
III.另取25.00mL溶液A,用0.0800 ml·L-1NaOH标准溶液滴定至终点，消耗NaOH标准溶液20.00mL.计算碱式硫酸镁晶须的化学式（写出计算过程）。
【巩固练习】答案
1．C 2．D 3．C 4．D 5．C 6．D 7．B
8．（1）D
（2）2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑
（3）Al(OH)3 Al3+水解,使溶液中H+浓度增大
（4）20
9．（1）50～60℃水浴加热（或水浴加热）
（2）作安全瓶或防倒吸
（3）洗去晶体表面的水分，有利于后期快速干燥
（4）边搅拌边向其中加入一定量1.0 ml·L-1H2SO4，直至固体不再溶解，过滤；向滤液中滴加3%H2O2，直至向取出的少量溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液不再出现蓝色沉淀时，向原滤液中分批加入MgCO3粉末，搅拌并测定溶液pH，当测得pH介于3.2～8.5时，过滤
（5） MgSO4•5Mg(OH)2•3H2O
【课后作业】
1．（2023·扬州模拟）从铝土矿（主要成分为Al2O3）中提取铝的工艺流程如图。下列说法不正确的是
A．从NaAlO2→Al(OH)3→Al2O3的转化过程中涉及的反应均为非氧化还原反应
B．Al2O3与NaOH溶液反应的化学方程式：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O
C．NaAlO2生成Al(OH)3的离子方程式：AlOeq \\al(－,2)＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCOeq \\al(－,3)
D．电解熔融Al2O3阳极的电极反应式：Al3＋＋3e－===Al
2．（2022·苏州高三开学考试）由工业废渣（主要含Fe、Si、Al等的氧化物）制取聚合硫酸铁铝净水剂的流程如下：
下列有关说法不正确的是
A．“浸取”时先将废渣粉碎并不断搅拌，有利于提高铁、铝元素的浸取率
B．Al2O3与稀硫酸反应的离子方程式为Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O
C．“过滤”前用K3[Fe(CN)6]检验浸取液中是否存在Fe2＋的反应是氧化还原反应
D．聚合硫酸铁铝水解形成的胶体具有吸附作用
3．（2020·江苏）下列选项所示的物质间转化均能实现的是
A．NaCl(aq)eq \(――→,\s\up7(电解))Cl2(g)eq \(――→,\s\up7(石灰水))漂白粉(s)
B．NaCl(aq)eq \(――→,\s\up7(CO2(g)))NaHCO3(s)eq \(――→,\s\up7(加热))Na2CO3(s)
C．NaBr(aq)eq \(――→,\s\up7(Cl2(g)))Br2(aq)eq \(―――→,\s\up7(NaI(aq)))I2(aq)
D．Mg(OH)2(s)eq \(――→,\s\up7(HCl(aq)))MgCl2(aq)eq \(――→,\s\up7(电解))Mg(s)
4．从海水中提取镁的工艺流程如图所示：
下列说法错误的是
A．用此法提取镁的优点之一是原料来源丰富
B．步骤⑥电解MgCl2时阴极产生氯气
C．步骤⑤可将晶体置于HCl气体氛围中脱水
D．上述工艺流程中涉及化合、分解和复分解反应
5．硼酸（H3BO3）是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。一种以硼镁矿（含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3）为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：
回答下列问题：
（1）在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式 。
（2）“滤渣1”的主要成分有 。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3+离子，可选用的化学试剂是 。
（3）根据H3BO3的解离反应：H3BO3+H2OH++B(OH)−4 Ka=5.81×10−10，可判断H3BO3是 酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节至3.5，目的是 。
（4）在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为 ，母液经加热后可返回 工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是 。
6．（2020·苏锡常镇四市高三第二次模拟）实验室以NaClO3、H2SO4、SO2、H2O2和NaOH为原料，制备NaClO2和无水Na2SO4，其主要流程如下：
已知：① 2ClO2＋H2O2＋2NaOH===2NaClO2＋O2＋2H2O；
② 2ClO2＋2NaOH===NaClO2＋NaClO3＋H2O；
③温度高于60 ℃时，NaClO2发生分解生成NaClO3和NaCl。
（1）反应1中SO2与NaClO3反应制得ClO2气体，该反应的化学方程式为 。
（2）在图1所示装置中发生反应2生成NaClO2，反应过程中放出大量的热。
①研究表明，实验时吸收液中H2O2与NaOH的物料比需要控制在0.8左右，原因可能是 。
②在吸收液中H2O2和NaOH的物料比、浓度和体积不变的条件下，控制反应在0～3 ℃进行，实验中可采取的措施是 。
③装置Ⅱ的作用是 。
（3）母液2经过减压蒸发、冷却结晶等操作获得NaClO2粗产品。实验中采用减压蒸发的原因是 。
（4）Na2SO4的溶解度曲线如图2所示。请补充完整由母液1制备无水Na2SO4的实验方案： ，用无水乙醇洗涤，干燥得到产品。
【课后作业】答案
1．D 2．C 3．C 4．B
5．（1）NH4HCO3+NH3===(NH4)2CO3
（2）SiO2、Fe2O3、Al2O3 KSCN
（3）一元弱 转化为H3BO3，促进析出
（4）2Mg2++3 CO32-+2H2O==Mg(OH)2·MgCO3↓+2 HCO3-
（或2Mg2++2 CO32-+H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑） 溶浸 高温焙烧
6．（1）SO2＋2NaClO3＋H2SO4===2ClO2＋2NaHSO4
（2）①H2O2受热易分解，配料时应略过量，同时防止ClO2和NaOH反应生成杂质 ②使用冰水浴且缓慢通入ClO2 ③吸收ClO2，防止污染环境
（3）可在较低温度下使溶剂蒸发，防止NaClO2受热分解
（4）边搅拌边向母液1中滴加NaOH溶液至pH约为7时，停止滴加NaOH溶液，加热浓缩溶液至有大量晶体析出，在高于32 ℃条件下趁热过滤金属离子
开始沉淀的pH
完全沉淀的pH
Fe3＋
1.1
3.2
Ca2＋
11.3
—
Mg2＋
8.4
10.9