2022届高三统考化学人教版一轮课件：第3单元 第2节　镁、铝及其重要化合物

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考纲要求:1.了解镁、铝及其重要化合物的制备方法。　2.掌握镁、铝及其重要化合物主要性质及其应用。
镁及其重要化合物的性质及海水提镁1.镁的原子结构和存在镁位于元素周期表　　　　 　　　　　,原子结构示意图为　　　　　　　,镁性质活泼,在自然界中的镁全部以　　　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。
MgO+2H+═Mg2++H2O
Mg(OH)2+2H+═Mg2++2H2O
特别提醒(1)由MgCl2·6H2O到无水MgCl2,必须在HCl气流中加热,以防MgCl2水解。(2)因镁在高温下能与O2、N2、CO2等气体发生反应,故工业电解MgCl2得到的镁,应在H2氛围中冷却。
5.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　　　　材料。 
自主巩固判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(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 ( × )
镁及其化合物的转化关系
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
易错警示Mg3N2能与水剧烈反应生成Mg(OH)2沉淀,放出氨气,所以只能在干燥状态下制取。
跟踪训练1.下列叙述正确的是( )A.镁制容器可盛装热的浓硫酸B.镁的金属性比铝的金属性强C.氢氧化镁能溶于过量氨水D.镁在空气中燃烧生成纯净的MgO
解析:镁能与热的浓硫酸发生反应;氢氧化镁不能溶于氨水;镁在空气中燃烧可生成固体有MgO、Mg3N2和C。
铝的性质及应用1.铝的原子结构和存在铝的原子结构示意图为　　　　　　　　。铝位于元素周期表　　　　　　　　　　　,自然界中的铝全部以　　　　态存在。 2.金属铝的物理性质铝是　　　　色、具有金属光泽的固体,硬度　　　,具有良好的　　　　　　、导热性和延展性。 
写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式:
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↑。
自主巩固判断正误,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)1 ml Al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 ( × )
1.铝与酸溶液或强碱溶液的反应(1)铝能与酸溶液反应生成H2和铝盐(Al3+),但与稀硝酸反应不生成H2,且常温下在浓硝酸、浓硫酸中发生钝化。(2)铝与强碱溶液反应生成H2和偏铝酸盐( )。
例2铝是中学阶段学习的唯一既能与强酸(非氧化性酸)溶液反应又能与强碱溶液反应放出H2的金属,就铝的这一特殊性质回答下列问题:(1)等质量的两份铝分别与足量的盐酸、氢氧化钠溶液反应,所得H2的体积之比是　　　　　　。 (2)足量的两份铝分别投入等体积、等物质的量浓度的盐酸和氢氧化钠溶液中,产生H2的体积之比是　　　　　　　　　　　。 (3)足量的两份铝分别投入等体积的HCl、NaOH溶液中,两者产生H2的物质的量相等,则HCl和NaOH的物质的量浓度之比是　　。(4)甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 ml·L-1的盐酸和NaOH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.5.4 gB.3.6 gC.2.7 gD.1.8 g
答案 (1)1∶1　(2)1∶3　(3)3∶1　(4)A解析 (1)根据化学方程式:2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑,可得出Al与H2的关系式均为2Al~3H2,故只要参加反应的Al的质量相等,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和NaOH的物质的量相等时,两者产生H2的体积比为1∶3。(3)因为铝足量且产生H2的物质的量相等,根据关系式n(HCl)∶ n(NaOH)=3∶1,又因为两溶液体积相等,故物质的量浓度c(HCl)∶ c(NaOH)=n(HCl)∶n(NaOH)=3∶1。
(4)其反应原理分别为2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑, 2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑。可见当参加反应的HCl和NaOH的物质的量一样多时,产生H2的体积比是1∶3,而题设条件体积比为1∶2,说明此时投入的铝粉对盐酸来说是过量的,而对于NaOH来说是不足的。2Al+6HCl==2AlCl3　+　3H2↑6 ml 3 ml3 ml·L-1×0.1 L0.15 ml则Al与NaOH溶液反应生成的H2的物质的量为0.15 ml×2=0.3 ml。2Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2↑2×27 g3 ml5.4 g 0.3 ml即投入的铝粉为5.4 g。
易错警示(1)能与铝反应生成H2的溶液,可能是酸性溶液,也可能是碱性溶液。(2)等质量的铝与足量的酸或碱反应,生成H2的量由铝的质量决定。(3)等物质的量的一元酸和一元碱与足量的铝反应,生成H2的量由酸和碱的物质的量决定。
跟踪训练3.下列有关铝及其化合物的叙述正确的是( )A.铝粉与氧化镁共热可制取金属镁B.足量铝分别与含1 ml HCl、1 ml NaOH的溶液反应,产生相同量的氢气C.工业上用电解熔融Al2O3的方法冶炼铝D.在浓硝酸中加入等体积的浓硫酸后,立即加入铝片,铝片表面发生钝化
解析:铝的金属性比镁弱,铝与MgO共热不能置换出Mg,A项错误;足量铝粉与含1 ml HCl、1 ml NaOH的溶液反应,分别生成0.5 ml H2和1.5 ml H2,B项错误;浓硝酸和浓硫酸混合为放热过程,混合后立即加入铝片,铝片不能发生钝化,D项错误。
4.下列说法正确的是(　　)A.用坩埚钳夹住一小块经砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热,熔化后的液态铝滴落下来B.Al、盐酸、NaOH溶液三者之间两两均能发生反应C.铝与Fe2O3发生铝热反应后固体物质增重D.常温下,相同的铝片分别与足量的浓、稀硝酸反应,浓硝酸中铝片先溶解完
解析:加热时,因为铝箔表面生成致密的Al2O3薄膜,且Al2O3的熔点很高,把熔化的液态铝包裹在里面,不会滴落下来,A错误;Al既能与强酸溶液反应又能与强碱溶液反应,B正确;铝与Fe2O3发生铝热反应生成Al2O3和铁,固体质量不会增加,C错误;常温下,铝在浓硝酸中发生钝化,D错误。
铝的重要化合物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):
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。
②受热分解:化学方程式为2Al(OH)3 Al2O3+3H2O。(3)制备(用离子方程式表示)。
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(胶体)+3H+。
自主巩固判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(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 ( √ )
(6)Al(OH)3胶体能凝聚水中的悬浮物,也能吸附色素 ( √ )
(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。
例3下列说法中正确的是(　　)①熔化固体NaOH的坩埚不能选用Al2O3坩埚②用盐酸、氢氧化钠溶液均可除去铝表面的氧化膜③向AlCl3溶液中加入过量NaOH溶液,离子方程式为Al3++3OH-==Al(OH)3↓④AlCl3溶液中滴入过量的氨水,离子方程式为Al3++3NH3·H2O==Al(OH)3↓+3⑤除去氧化铁中氧化铝的方法:向混合物中加入过量氢氧化钠溶液,充分反应后过滤、洗涤、干燥A.①②③B.②③⑤C.①②④⑤D.①②③④⑤
归纳总结(1)含铝元素杂质的除杂方法归类。利用Al、Al2O3、Al(OH)3可溶于强碱溶液的特性,可除去许多物质中的铝杂质,如:①Mg(Al):加足量NaOH溶液,过滤;②Fe2O3(Al2O3):加足量NaOH溶液,过滤;③Mg(OH)2[Al(OH)3]:加足量NaOH溶液,过滤;④Mg2+(Al3+):加过量NaOH溶液,过滤,再加酸充分溶解。(2)中学阶段接触到的既能与酸反应又能与碱反应的物质。①金属单质:Al等;②两性氧化物:Al2O3等;③两性氢氧化物:Al(OH)3等;④弱酸的铵盐:(NH4)2CO3、CH3COONH4、(NH4)2S等;⑤弱酸的酸式盐:NaHCO3、KHS、NaHSO3等;⑥氨基酸等。两性物质是指既能与酸反应又能与碱反应生成盐和水的化合物,上述物质中只有Al2O3、Al(OH)3、氨基酸是两性物质。
跟踪训练5.下列有关说法中不正确的是(　　)A.Al(OH)3在用于治疗胃酸过多类疾病时表现出弱碱性B.明矾溶于水后可得到少量的有强吸附性的Al(OH)3胶体,故明矾可作净水剂C.Al(OH)3可用于中和馒头制作过程(如发酵阶段)中产生的酸D.Al2O3可用于制作耐火材料而Al(OH)3不能
6.用稀硫酸、NaOH溶液和金属铝为原料制取Al(OH)3。甲、乙、丙三个学生的制备途径如下:
若要得到等量的Al(OH)3,则( )A.三人消耗的原料相同B.甲消耗的原料总物质的量最多C.乙消耗的原料总物质的量最少D.丙消耗的原料总物质的量最多
“铝三角”转化关系及应用
2.有关氢氧化铝沉淀的四个基本图像(1)可溶性铝盐溶液与NaOH溶液反应的图像。
(2)偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像。
自主巩固下列图像中,纵坐标为沉淀量,横坐标为某溶液中加入的反应物的物质的量,选择合适图像对应的序号填空。
(1)向AlCl3溶液中加入氨水至过量③。(2)向AlCl3溶液中加入NaOH溶液至过量⑥。(3)向AlCl3、MgCl2混合溶液中加入NaOH溶液至过量①。(4)向澄清石灰水中通入过量CO2②。(5)向含有少量盐酸的AlCl3溶液中加入过量NaOH溶液⑤。(6)向含有少量HCl的AlCl3溶液中加入过量氨水④。
1.从铝土矿中提取Al2O3的方法铝土矿的主要成分是Al2O3,含有的主要杂质是Fe2O3和SiO2,由于Al2O3具有两性,而杂质SiO2是酸性氧化物,Fe2O3是碱性氧化物,因而可设计出提纯氧化铝的方案如下。
2.有关Al(OH)3的五个拓展图像(1)向AlCl3溶液中逐滴滴入氨水或NaAlO2溶液至过量,如图1所示。(2)向NaAlO2溶液中逐滴滴入AlCl3溶液或通入CO2至过量,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,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HCl的物质的量浓度相等),沉淀转化如图4所示。
(5)把Ba(OH)2溶液逐滴加入明矾溶液中至过量,如图5所示。
特别提醒(1)分析图像时要注意加入酸或碱的强弱。因为强酸、强碱溶液会使Al(OH)3溶解,而很弱的弱酸、弱碱溶液不能使Al(OH)3溶解。(2)强酸、强碱溶液使Al(OH)3溶解的图像中要注意加入的量和加入的顺序,因为滴加顺序不同,产生的现象可能不同。(3)若产生的沉淀有多种,则应仔细分析相关量间的关系,要特别关注沉淀是否同步生成,沉淀物是否溶于所加入的过量试剂中。
例4铝是一种重要的金属,在生产、生活中具有许多重要的用途,如图是从铝土矿中制备铝的工艺流程:
已知:①铝土矿的主要成分是Al2O3,此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质;②溶液中的硅酸钠与偏铝酸钠反应,能生成硅铝酸盐沉淀,反应的化学方程式为2Na2SiO3+2NaAlO2+2H2O==Na2Al2Si2O8↓+4NaOH。
回答下列问题:(1)写出溶解铝土矿时,其成分与NaOH溶液发生反应的离子方程式: 　。 (2)滤渣A的主要成分为　　　　　　　　;硅酸盐沉淀写成氧化物的形式是　　　　　　　　　　　　　。 (3)在工艺流程第三步中,选用二氧化碳作酸化剂而不使用盐酸的原因是　。 (4)若该工厂用m kg铝土矿共制得n kg Al(假设每步反应进行完全,忽略硅铝酸盐沉淀中铝的质量),则铝土矿中Al2O3的质量分数为　　　。 (5)若将铝用酸溶解,下列试剂中最好选用　　　　(填字母)。 A.浓硫酸B.稀硫酸C.稀硝酸D.浓硝酸
例5向100 mL 0.1 ml·L-1硫酸铝铵溶液中逐滴滴入0.1 ml·L-1 Ba(OH)2溶液。随着Ba(OH)2溶液体积的变化,沉淀总物质的量的变化如图所示。则下列说法中正确的是(　　)
A.M点的溶液呈中性B.从开始到N点发生反应的总的离子方程式为
C.P点加入Ba(OH)2溶液的体积为200 mLD.P点溶液呈碱性
跟踪训练7.在含有0.06 ml Cl-、0.07 ml 及一定量Mg2+和Al3+的混合溶液中,滴入2 ml·L-1 NaOH溶液,产生沉淀的情况如图。若反应前Al3+的物质的量为a ml,Al3+的物质的量与混合溶液中离子总物质的量的比值为x(不考虑Mg2+和Al3+水解及水的电离)。则下列说法错误的是(　　)。
A.a的取值范围是B.图中m的取值范围为5.2~5.8C.A、B两点横坐标的数值均随x变化而变化D.若B点横坐标数值为120,则a=0.04
8.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为　　　　　　　　　。(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1 000 ℃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 　。
2.易拉罐的主要成分为铝合金,其中以铝铁合金和镁铝合金最为常见。现取几小块易拉罐碎片进行下列实验,其中实验方案与现象、结论正确的是(　　)
3.相同物质的量的下列物质分别与等浓度的NaOH溶液反应,至体系中均无固体物质,消耗碱量最多的是(　　)。A.Al(OH)3D.AlCl3
4.下列曲线图(纵坐标为沉淀的量,横坐标为加入溶液的体积)与对应的选项相符合的是(　　)
A.向1 L浓度均为0.1 ml·L-1的Ba(OH)2、NaAlO2混合溶液中加入0.1 ml·L-1的稀硫酸B.向1 L浓度分别为0.1 ml·L-1和0.3 ml·L-1的AlCl3、NH4Cl的混合溶液中加入0.1 ml·L-1的稀NaOH溶液C.向烧碱溶液中滴加明矾溶液D.向AlCl3溶液中滴加过量氨水
5.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3·xH2O、Fe2O3、SiO2等)提取纯Al2O3作冶炼铝的原料,提取时操作过程如下图,指出图中操作错误的是(　　) A.④⑤B.③④C.②⑤D.①②
Cr3+与Al3+的化学性质相似,在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至过量,可观察到的现象是  　。 (2)Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应的催化剂的主要成分之一。工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是   　(以化学方程式表示)。 (3)Al-Mg合金焊接前用NaOH溶液处理Al2O3膜,其化学方程式为 　。