第7讲铝、镁及其化合物考纲定位选项示例1.了解Mg、Al及其重要化合物的制备方法。2.掌握Mg、Al及其重要化合物的主要性质和应用。1.2.4 g 镁在足量的氧气中燃烧，转移的电子数为0.1NA。(2016年四川卷)2.Al2O3熔点高，可用作耐高温材料。向Al2(SO4)3溶液中加入过量氨水：Al33NH3H2O=3.用氢氧化钠溶液除去镁粉中的杂质铝：2Al T4B)4.Al2O32OH3H2O2Al(OH)4。(2016年上海卷 T20B)考纲导视基础反馈(4)工业上电解熔融状态的 Al2O3制备Al涉及氧化还原反应()。(5)将 NaOH 溶液缓慢倒入MgSO4溶液中，观察Mg(OH)2沉淀的生成()。(6)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：(1)(2)(3)(4)(5) (6)2冶炼金属镁时为什么电解熔融的 MgCl2 而不是熔融的MgO?答案：因为 MgO 的熔点高达 2800 ，远远高于 MgCl2 的熔点，使之熔化需要消耗更多的能量。考点一铝的化学性质【知识梳理】1.铝的结构和存在。三A铝位于周期表中第_周期第_族，原子结构示意图为_ 。铝元素在地壳中含量丰富，仅次于_。自然界中的铝全部以_态存在。氧和硅化合2物理性质。银白低小小良好良好铝是一种_色金属，熔点较_，密度_，硬度较_，导电、导热性_，延展性_。化学性质化学方程式备注暴露在空气中(与 O2反应)_金属铝的熔点低，但其在空气中易被氧化生成致密的且熔点高的_，故在生活中可用铝制器皿来烹制或盛放食物燃烧(与 O2反应)4Al3O2 2Al2O3与酸反应(与 HCl反应)_当金属铝与冷浓硫酸、浓硝酸接触时会发生_，表面形成致密的_，故可用铝制容器来盛放冷浓硫酸、浓硝酸3化学性质。4Al3O2=2Al2O3氧化膜2Al6HCl=2AlCl33H2钝化氧化膜化学性质化学方程式备注与碱反应(与 NaOH反应)_铝热反应(与 Fe2O3反应)_铝的工业制备2Al2O3(熔融) 4Al3O2(续表)2NaAlO23H22AlFe2O3 Al2O32Fe2Al2NaOH2H2O=4.铝与酸或碱反应生成H2的量的关系。2Al6HCl=2AlCl33H22Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2(1)等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液分别反应：产生H2的物质的量相等。消耗H、OH的物质的量之比为n(H)n(OH)31。(2)足量的铝分别与等物质的量的HCl和NaOH反应：消耗Al的物质的量之比为13。生成H2的物质的量之比为13。(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸、氢氧化钠溶液反应：铝与盐酸反应时，铝过量而 HCl 不足。铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而 NaOH 过量。【考点集训】例1(20162017 学年河北保定望都中学月考)甲、乙两烧瓶中各盛有100 mL 3 molL1的盐酸和氢氧化钠溶液；向两烧瓶中分别加入等质量的铝粉，反应结束测得生成的气体体积甲乙23(相同状况)，则加入铝粉的质量为()。A.2.7 gC.5.04 gB.3.6 gD.4.05 g解析：铝的质量相同，盐酸和氢氧化钠溶液中溶质的物质的量相同，若Al都完全反应，则生成氢气应相等，而结束后测得生成的气体体积比为甲乙23，由方程式：2Al6HCl=2AlCl33H2、2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，可知相同物质的量的Al反应时，消耗HCl较多，可知酸与金属反应时酸不过量，碱与金属反应时碱过量，盐酸和氢氧化钠溶液中溶质的物质的量均为0.1 L3 molL10.3 mol，设铝与酸反应时酸完全反应，生成的氢气的物质的量为x，则：2Al6HCl=2AlCl33H260.3 mol3x2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H22y30.225 mol 答案：D则铝的质量为0.15 mol27 gmol14.05 g。归纳总结铝及其化合物的除杂(1)Mg(Al)：加足量NaOH 溶液。(2)Fe2O3(Al2O3)：加足量NaOH 溶液。(3)Mg(OH)2Al(OH)3：加足量NaOH 溶液。(4)Mg2(Al3)：加过量NaOH 溶液，过滤，再加酸充分溶解。例2(2014 年山东卷节选)(1)为测定镀层厚度，用 NaOH 溶液溶解钢制品表面的铝镀层，当反应转移 6 mol 电子时，所得还原产物的物质的量为_mol。(2)用铝粉和 Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有_。a.KClb.KClO3c.MnO2d.Mg取少量铝热反应所得到的固体混合物，将其溶于足量稀H2SO4，滴加 KSCN 溶液无明显现象，_(填“能”或“不能”)说明固体混合物中无 Fe2O3，理由是_(用离子方程式说明)。解析：(1)铝与NaOH溶液反应的还原产物是H2，由化学方程式或离子守恒可知，每转移6 mol电子，生成3 mol H2。(2)铝热反应需要Mg和KClO3引发反应；滴加KSCN溶液无明显现象，说明溶液中无Fe3，但是，固体溶于足量稀硫酸，由于Fe2O3与H2SO4反应生成Fe2(SO4)3，生成的Fe2(SO4)3能与Fe反应，生成FeSO4，所以不能说明固体中无Fe2O3。答案：(1)3(2)bd不能Fe2O36H=2Fe33H2O、2Fe3Fe=3Fe2(或只写Fe2Fe3=3Fe2)例 3一位同学在复习时遇到这样一道习题：某无色溶液中该无色溶液中能大量存在哪几种离子。(1)加入铝粉产生 H2，说明铝具有_(填“氧化性”或“还原性”)。可能含有H、OH、Na、NO，加入铝粉后，只产生H2，问装置现象.实验初始，未见明显现象.过一会儿，出现气泡，液面上方呈浅棕色.试管变热，溶液沸腾设计实验证实如下：盐酸溶解Al2O3 薄膜的离子方程式是_。实验内容现象实验 1将湿润淀粉-KI 试纸置于空气中未变蓝实验 2用湿润淀粉-KI 试纸检验浅棕色气体试纸变蓝根据现象，推测溶液中产生了 NO，为进一步确认，进行如下实验：a.浅棕色气体是_。b.实验 1 的目的是_。c.实验 1、2 说明反应生成了 NO，将生成 NO 的离子方程式补充完整：装置现象.实验初始，未见明显现象.过一会儿，出现气泡，有刺激性气味(3)再假设：若 OH大量存在， 也可能不能大量存在。重新设计实验证实如下：为确认“刺激性气味”气体，进行如下实验：用湿润淀粉-KI 试纸检验，未变蓝；用湿润红色石蕊试纸检验，试纸变蓝。刺激性气味的气体是_。产生该气体的离子方程式是_。(4)在 NaOH 溶液中加入铝粉，结果只检验出有 H2 生成，其化学方程式是_。解析：(1)加入铝粉产生H2，Al 失去电子，H 得到电子，则Al 为还原剂，具有还原性。(2)盐酸与氧化铝反应生成氯化铝和水，该离子反应为6HAl2O3=2Al33H2O。液面上方呈浅棕色，一定不是氢气，为氮的氧化物，由将湿润淀粉-KI 试纸置于空气中未变蓝，说明 KI 在空气中不能被氧化，而用湿润淀粉-KI 试纸检验浅棕色气体试纸变蓝，则 KI 被氧化，即二氧化氮与水反应生成硝酸，再氧化碘离子生成碘单质。由上述分析可知，浅棕色气体是 NO2；实验1 的目的是对比实验；答案：(1)还原性(2)6HAl2O3=2Al33H2Oa.NO2b.对比实验，排除氧气使湿润的淀粉-KI 试纸变蓝的可能c.114H112H2O(3)NH3 (4)2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2考点二铝的重要化合物【知识梳理】1.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。Al2O36H=2Al33H2O2.氢氧化铝。(1)物理性质。白色胶状不溶于水的固体，有较强的吸附性。(2)化学性质。 Al(OH)3 的电离方程式为：受热分解：_。Al(OH)33H = Al33H2OAl(OH)3OH = AlO2 2H2O2Al(OH)3Al2O33H2O(3)制备。制取 Al(OH)3 一般不用强酸或强碱，因为强酸、强碱都能溶解生成的 Al(OH)3，而不易控制酸、碱的用量。一般用氨水向铝盐中加入氨水，离子方程式为：_NaAlO2 溶液中通入足量CO2，离子方程式为：_。_。Al33NH3H2O= Al(OH)33NH_。NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合：3.常见的铝盐。NaAlO2(2)偏铝酸钠。偏铝酸钠的化学式为_，加入同一种酸的量不同，生成物也不同。试写出偏铝酸钠与下列物质反应的离子方程式：Al(OH)3(胶体)3H+(1)明矾KAl(SO4)212H2O。KAl(SO4)212H2O俗称明矾，是无色晶体，易溶于水，常用3H2O_。作净水剂、吸附剂。用于净水时，反应的离子方程式：Al3少量盐酸：_。过量盐酸：_。少量 CO2：_。过量 CO2：_。4.“铝三角”(写出反应的离子方程式)。_。_。_。或Al33OH=Al(OH)3Al(OH)33H=Al33H2O_。_。_。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(有但即溶)出现沉淀渐多最多沉淀不消失5.用数形结合思想分析氢氧化铝图象。.四个基本图象。(1)可溶性铝盐溶液与 NaOH 溶液反应的图象图象离子方程式_(续表)Al33OH=Al(OH)3Al34OH=4Al(OH)3Al(OH)3OH=操作向偏铝酸盐溶液中逐滴加入稀盐酸至过量向稀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(有但即溶)出现沉淀渐多最多沉淀不消失(2)偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图象：图象离子方程式_(续表)Al(OH)3 Al(OH)33H=Al33H2O=4Al(OH)3Al32H2O.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。图 1图 2(3)向含 MgCl2、AlCl3、盐酸、NH4Cl 的混合溶液中，逐滴加入 NaOH 溶液至过量，沉淀图象如图 3 所示。图 3_。_。_。_。【考点集训】例4(20162017 学年宁夏平罗中学月考)使一镁铝合金粉末在过量稀 H2SO4中溶解，在所得溶液中加入 NaOH 溶液，生成沉淀的质量 m 和加入 NaOH 溶液的体积 V 的关系如图所示，则该合金中镁和铝的质量之比为()。A.23B.11C.43D.89解析：生成沉淀与沉淀溶解两个阶段消耗 NaOH 的体积之比为(61)(76)51，假设溶解氢氧化铝消耗 NaOH1 mol，则生成沉淀消耗 NaOH 5 mol，由 Al 元素守恒，可知m(Al)1 mol27 gmol127 g，生成1 mol氢氧化铝消耗NaOH 为1 mol33 mol，则生成氢氧化镁消耗NaOH 为5 mol3 mol2 mol，则氢氧化镁为1 mol，由Mg 元素守恒，则m(Mg)1 mol24 gmol124 g，故该合金中镁和铝的质量之比为24 g27 g89。答案：D例 5(20162017 学年河南鹤壁浚县一中月考)把 NaOH、MgCl2、AlCl3三种固体组成的混合物溶于足量水后有 1.16 g 白色沉淀，在所得的悬浊液中逐滴加入 1 molL1 HCl溶液，加入HCl 溶液的体积 V 与生成沉淀的质量 m 的关系如下图所示，试回答：(1)A 点的沉淀物的化学式为_，B 点的沉淀物的化学式为_。(2)原混合物中 MgCl2 的质量是_g，AlCl3 的质量是_g，NaOH 的质量是_g。(3)Q 点 HCl 溶液加入量是_mL。和盐酸，对比知反应前后MgCl2、AlCl3 不变，实际上相当于氢氧化钠和盐酸的反应，所以Q 点可以看作氢氧化钠和盐酸二者恰好反应，n(NaOH)n(HCl)，(1)中已分析：B 点溶液中存在的溶质是氯化钠，由Na离子和Cl离子守恒得，原混合物中n(NaOH)n(NaCl)n(Cl)2n(MgCl2)3n(AlCl3)n(HCl)0.02 mol20.02 mol30.03 L1 molL10.13 mol，则(2)1.9 2.671.2(3)130答案：(1)Mg(OH)2Mg(OH)2、Al(OH)3(1)写出 m 点反应的离子方程式：_。(2)若在NH4Al(SO4)2溶液中改加20 mL 1.2 molL1 Ba(OH)2 溶液，充分反应后，溶液中产生沉淀的物质的量为_mol。例6(2015年天津卷节选)向盛有10 mL 1 molL1NH4Al(SO4)2溶液的烧杯中滴加1 molL1NaOH溶液，沉淀物质的量随NaOH溶液体积的变化示意图如下：例7(2016年上海卷)已知NaOHAl(OH)3NaAl(OH)4。向集满 CO2 的铝制易拉罐中加入过量 NaOH 浓溶液，立即封闭罐口，易拉罐渐渐凹瘪；再过一段时间，罐壁又重新凸起。上述实验过程中没有发生的离子反应是()。B.Al2O32OH3H2O2Al(OH)4C.2Al2OH6H2O2Al(OH)43H2D.Al34OHAl(OH)4解析：向集满CO2 的铝罐中加入过量氢氧化钠，首先CO2与氢氧化钠反应，表现为铝罐变瘪，接着过量的氢氧化钠再与铝罐反应，而铝罐表面有氧化膜Al2O3，故可发生 A、B、C 的反应。答案：D归纳总结考点三镁及其化合物【知识梳理】物理性质银白色金属，表面有致密的氧化膜化学性质与氧气反应2MgO2 2MgO(现象：_)与氮气反应3MgN2 _与二氧化碳反应 2MgCO2 _与沸水反应Mg2H2O _(酚酞变浅红色)与非氧化性酸反应(盐酸、稀硫酸) Mg2H+ =_1镁。发出耀眼的白光Mg3N22MgOCMg(OH)2H2Mg2H2注意：Mg在CO2中能够燃烧，所以活泼金属着火不能用干冰灭火器和泡沫灭火器。2氧化镁和氢氧化镁。碱性物质MgOMg(OH)2类别_氧化物中强碱与水反应MgOH2O=Mg(OH)2 (缓慢化合)不反应与盐酸反应(离子方程式)_MgO2H=Mg2H2OMg(OH)22H=Mg22H2O【考点集训】解析：化学反应方程式为：MgH2SO4=MgSO4H2；2Al3H2SO4=Al2(SO4)33H2；MgSO42KOH=Mg(OH)2K2SO4；Al2(SO4)36KOH=2Al(OH)33K2SO4；Mg(OH)2MgOH2O；2Al(OH)3Al2O33H2O。根据化学方程式的定量关系，生成的氢气的物质的量等于参加反应的答案：C例9(2016年上海浦东新区一模)Mg在CO2中燃烧生成MgO和C，下列说法正确的是()。A.碳只存在金刚石和石墨两种同素异形体B.Mg、MgO中微粒的半径：r(O2)r(Mg2)r(Mg)C.在该反应条件下，Mg的还原性强于C的还原性D.相同质量的镁在足量的CO2和O2中完全燃烧，固体质量增重相等解析：碳有金刚石、石墨、足球烯等多种同素异形体，A错误；Mg、MgO中微粒的半径：r(Mg)r(O2)r(Mg2)，B错误；同一氧化还原反应中，还原剂的还原性大于还原产物的还原性，该反应中 Mg 是还原剂，C 是还原产物，所以 Mg 的还原性大于C，C正确；相同质量的镁在足量的CO2和O2中完全燃烧，在二氧化碳中燃烧时固体质量的增重多于在氧气中燃烧的增重，D 错误。答案：C例10(2017 届北京四中顺义分校期中)实验室采用MgCl2、AlCl3 的混合溶液与过量氨水反应制备 MgAl2O4 的主要流程如下：(1)制备 MgAl2O4 过程中，高温焙烧时发生反应的化学方程式为_。(2)判断流程中沉淀是否洗净所用的试剂是_。(3)在25 下，向浓度均为0.01 molL1的MgCl2和AlCl3混合溶液中逐滴加入氨水，先生成_沉淀(填化学式)，生成该沉淀的离子方程式：_已知25 时KspMg(OH)21.81011，KspAl(OH)331034。(4)无水AlCl3(183 升华)遇潮湿空气即产生大量白雾，实验室可用下列装置制备。装置 B 中盛放饱和 NaCl 溶液，该装置的主要作用是_；F 中试剂的作用是_。(5)将 Mg、Cu 组成的 3.92 g 混合物投入过量稀硝酸中，充分反应后，固体完全溶解时收集到还原产物 NO 气体 1.792 L(标准状况)，向反应后的溶液中加入4 molL1的 NaOH 溶液 80 mL时金属离子恰好完全沉淀。则形成沉淀的质量为_g。答案：(1)2Al(OH)3Mg(OH)2MgAl2O44H2O(2)AgNO3 溶液(或硝酸酸化的 AgNO3 溶液)(3)Al(OH)3Al33NH3H2O=Al(OH)3(4)除去 HCl吸收水蒸气(5)8.00HCl气体；因为氯化铝易发生水解，故应该防止空气中的水蒸气进入E装置，F中试剂的作用是吸收水蒸气。(5)设Mg和Cu的物质的量分别为a mol、b mol，根据电子守恒可得：2a2b0.083，则ab0.12，m(沉淀)m(金属)m(OH)3.92 g0.12 mol217 gmol18.00 g。规律方法以化工生产流程为载体考查 Mg、Al 的性质铝是地壳中含量最多的金属元素，在自然界主要以化合态形式存在于氧化铝中。铝土矿的主要成分是 Al2O3，此外还含有少量 SiO2、Fe2O3 等杂质，冶炼金属铝的一个重要过程是 Al2O3的提纯。对于以提纯某一物质为实验目的的流程题，其实就是考查混合物的除杂、分离、提纯的有关知识。当遇到这一类题时，一般的思路是认真地在流程中找出得到的主要物质是什么，混有的杂质有哪些；认真分析当加入某一试剂后，能与什么物质发生反应，生成了什么产物，要用什么样的方法才能将杂质除去。只有这样才能明白每一步所加试剂或操作的目的。由于Al2O3是两性氧化物，而杂质SiO2是酸性氧化物，Fe2O3是碱性氧化物，因而可设计出两种提纯氧化铝的方案。方案一：碱溶法。讨论回答下列问题：(1) 写出、两步骤中可能发生反应的离子方程式：_。(2)步骤中不用盐酸(或 H2SO4)酸化的理由是_。(3)步骤中得到较纯的 Al2O3，可能含有_杂质，在电解时它不会影响铝的纯度的原因：_。(2)步骤中不用氨水沉淀Fe3的原因：_方案二：酸溶法。讨论回答下列问题：(1)写出、中可能发生反应的离子方程式：_。_。答案：方案一(1)Al2O32OH= 2AlOH2O、(2)因为 AlO 与酸反应生成的 Al(OH)3 具有两性，可溶于强酸，不易控制酸的量；CO2 廉价而且生成的副产物 NaHCO3用途广泛，经济效益好(3)SiO2由于 SiO2 的熔点很高，在加热到 1000 左右时不会熔化，因而不影响铝的纯度方案二(1)Al2O36H=2Al33H2O、 Fe33OH= Fe(OH)3(2)Al(OH)3 只能溶于强碱，不能溶于氨水，用氨水不能将Fe(OH)3 和 Al(OH)3 分离Fe2O36H=2Fe33H2O；典例某混合物A，含有KAl(SO4)2、Al2O3和Fe2O3，在一定条件下可实现下图所示的物质之间的变化：据此回答下列问题：(1)、四步中对于溶液和沉淀的分离采取的方法是_。(2)根据上述框图反应关系，写出下列 B、C、D、E 所含物质的化学式(提示：可为混合物)。固体 B_；沉淀 C_；沉淀 D _；溶液 E _。(3)写出、三个反应离子方程式。_；_；_。(4)步骤较难操作，如何将实验方案进行改进？_。解析：明矾易溶于水，氧化铝和氧化铁不溶于水，所以C是氧化铝和氧化铁的混合物，所得溶液是明矾溶液。明矾溶液和氨水反应生成白色沉淀氢氧化铝、还有硫酸铵和氯酸钾生成，因此溶液 E 中含有硫酸铵和氯酸钾；氧化铝能溶于氢氧化钠溶液中，但氧化铁不能溶解，所以 D 是氧化铁，溶液是偏铝酸钠。偏铝酸钠和盐酸反应可以生成白色沉淀氢氧化铝。氢氧化铝分解生成氧化铝和水，所以 B 是氧化铝。答案：(1)过滤(2)Al2O3Al2O3和Fe2O3Fe2O3K2SO4和(NH4)2SO4 应用(2015年安徽池州一模)明矾石的主要成分是K2SO4Al2(SO4)32Al2O36H2O，还含有少量Fe2O3杂质。利用明矾石制备氢氧化铝的流程如下：(1)焙烧炉中发生反应的化学方程式为： 2Al2(SO4)33S2Al2O39SO2 ，该反应的氧化剂是_，若生成 1 molAl2O3，则转移的电子数为_。(2)将标准状况下1.12 L炉气通入100 mL 0.5 molL1 NaOH溶液中，得到一种酸性溶液，则该溶液中各种离子浓度由大到小的排列顺序为_。(3)熟料溶解时反应的离子方程式为：_。(4)检验废渣中含有 Fe2O3 所需的试剂是_。(5)母液中溶质主要成分的化学式为_，溶液调节 pH 后经过滤、洗涤可得 Al(OH)3 沉淀，证明沉淀已洗涤干净的实验操作和现象是_。答案：(1)Al2(SO4)33.6121024(5)K2SO4、Na2SO4取最后的洗涤液于试管中，滴加BaCl2溶液，若没有白色沉淀生成则已洗涤干净(4)盐酸、KSCN 溶液