2021届一轮复习人教版镁、铝及其化合物学案

2021届一轮复习人教版镁、铝及其化合物学案

第二节　镁、铝及其化合物 ‎[高考备考指南]‎ 考纲定位 ‎1.掌握镁、铝的主要性质及其应用。‎ ‎2.掌握镁、铝的重要化合物的主要性质及其应用。 ‎ ‎3.了解镁、铝及其重要化合物的制备方法。‎ 核心素养 ‎1.宏观辨识——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——科学领悟镁、铝及其化合物的性质及探究方案并实验探究过程。‎ ‎3.社会责任——利用铝土矿的开发利用领悟可持续发展意识和绿色化学理念。 ‎ ‎　镁、铝的主要性质及其应用 ‎1．镁的性质 镁是银白色有金属光泽的轻金属，密度较小，硬度较小。‎ ‎(1)与非金属单质的反应 ‎①镁条在O2中燃烧，发出耀眼的强光，生成白色固体物质，反应的化学方程式为2Mg＋O22MgO。‎ ‎②镁条能与N2反应，化学方程式为3Mg＋N2Mg3N2。‎ ‎(2)与水或酸的反应 ‎①镁与水反应：镁不易与冷水反应，能与沸水反应 Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑。‎ ‎②镁与酸的反应：镁是活泼金属，能与盐酸、稀硫酸反应放出H2，反应的离子方程式为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑。‎ ‎(3)与某些氧化物的反应 镁能在CO2中燃烧，反应的化学方程式为2Mg＋CO2C＋2MgO。‎ ‎2．海水中提镁 ‎(1)工艺流程 ‎(2)基本步骤及主要反应 制熟石灰 CaCO3CaO＋CO2↑，CaO＋H2O===Ca(OH)2‎ 沉淀 Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓‎ 酸化 Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O 蒸发结晶 析出MgCl2·6H2O 脱水 在氯化氢气流中使MgCl2·6H2O脱水制得无水氯化镁 电解 电解熔融氯化镁制得镁：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑‎ ‎3.铝的结构与性质 ‎(1)结构 Al的结构示意图：＋13 2?,? 8?,? 3?,? ，铝是地壳中含量最多的金属元素。‎ ‎(2)性质 银白色有金属光泽的固体，有良好的延展性、导电性和导热性等，密度较小，质地柔软。‎ 写出图中有关反应的方程式(能写离子方程式的写离子方程式)：‎ ‎ ②2Al＋3Cl22AlCl3，‎ ‎③Al ‎ ④2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑，‎ ‎ ⑤2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3(铝热反应)。‎ ‎[提醒]　(1)Mg、Al与HNO3反应均不生成H2。‎ ‎(2)铝热反应体现了Al的强还原性。‎ ‎(1)铝在自然界中有游离态和化合态两种形式。(　　)‎ ‎(2)MgO与Al粉的混合物也可称为铝热剂。(　　)‎ ‎(3)将浓HNO3滴入用砂纸打磨过的铝条中，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，熔化后的液态铝滴落下来，说明Al的熔点较低。(　　)‎ ‎(5)1 mol Al与足量的稀硫酸或足量的氢氧化钠溶液反应转移电子数相同。(　　)‎ ‎(6)镁在空气中燃烧只生成MgO。(　　)‎ ‎[提示]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×‎ 角度1　镁、铝的主要性质及有关计算 ‎1．下列关于镁、铝的说法正确的是(　　)‎ A．镁铝制品在空气中能稳定存在是因为铝不活泼 B．浓HNO3、浓H2SO4能用铝制器皿盛装是因为铝与浓HNO3、浓H2SO4不反应 C．镁、铝均与NaOH溶液反应 D．铝与Fe2O3发生铝热反应是利用了Al的还原性比Fe强 D　[A项，镁铝制品在空气中稳定存在的原因是形成了一层致密氧化膜保护内部金属；B项，浓HNO3、浓H2SO4用铝制器皿盛装是因为铝遇浓HNO3、浓H2SO4钝化，不是不反应；C项，镁与NaOH溶液不反应。]‎ ‎2．将等物质的量的镁和铝混合，取等质量该混合物四份，分别加到足量的下列溶液中，充分反应后，放出氢气最多的是(　　)‎ A．3 mol·L－1HCl　　　B．4 mol·L－1HNO3‎ ‎ C．8 mol·L－1NaOH D．18 mol·L－1H2SO4‎ A　[在镁、铝混合物中加入HNO3和浓H2SO4都不产生H2；加入NaOH溶液，只有Al与其反应生成H2，而镁不反应；加入盐酸，镁、铝都与盐酸反应生成H2，所以放出H2的量最多。]‎ ‎3．(1)等质量的两份铝分别与足量的HCl、NaOH溶液反应，所得H2的体积之比是________。‎ ‎(2)足量的两份铝分别投入到等体积、等物质的量浓度的HCl、NaOH溶液中，产生H2的体积之比是________。‎ ‎[解析]　(1)根据化学方程式：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑得Al与H2的关系式均为2Al～3H2，故只要参加反应的Al的量相等，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、NaOH物质的量相等时，二者产生H2的体积比为1∶3。‎ ‎[答案]　(1)1∶1　(2)1∶3‎ 铝与酸、碱反应生成H2的量的关系 ‎(1)无论与酸还是与碱反应，Al与H2的关系都是2Al～3H2。‎ ‎(2)等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液分别反应：‎ ‎①产生H2的物质的量相等。‎ ‎②消耗H＋、OH－的物质的量之比为n(H＋)∶n(OH－)＝3∶1。‎ ‎(3)足量的铝分别与等物质的量的HCl和NaOH反应：‎ ‎①消耗Al的物质的量之比为1∶3。‎ ‎②生成H2的物质的量之比为1∶3。‎ ‎(4)一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比<<，则必定是a.铝与盐酸反应时，铝过量而盐酸不足；b.铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而氢氧化钠过量。‎ 角度2　海水中提取镁 ‎4．世界上60%的镁是从海水中提取的，其提取步骤如下：①把贝壳制成生石灰；②向海水中加入生石灰，过滤，洗涤沉淀物；③将沉淀物与盐酸反应，结晶、过滤；④在氯化氢热气流中加热晶体；⑤电解上述所得盐(熔融条件下)。下列说法正确的是(　　)‎ A．向洗涤液中滴加碳酸钠溶液可检验沉淀是否洗涤干净 B．上述转化过程中包括了分解、化合、复分解、置换四种反应类型 C．在氯化氢热气流中干燥晶体是为了加快干燥速率 D．步骤⑤也可以采用电解该盐水溶液的方法 A　[洗涤液中如果含有Ca2＋，滴加碳酸钠溶液会生成白色沉淀，所以可检验沉淀是否洗涤干净，故A正确。提取镁的过程中涉及的反应主要有：CaCO3CaO＋CO2↑、CaO＋H ‎2O===Ca(OH)2、Ca(OH)2＋MgCl2===CaCl2＋Mg(OH)2↓、Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O、MgCl2·6H2OMgCl2＋6H2O↑、MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。上述反应中没有置换反应，故B错误。在氯化氢热气流中干燥晶体是为了抑制MgCl2水解，故C错误。电解MgCl2溶液将得到氢氧化镁，故D错误。]‎ ‎　铝的重要化合物 ‎1．氧化铝——两性氧化物 ‎(1)物理性质：白色固体，难溶于水，熔、沸点很高，可用作耐火材料。‎ ‎(2)化学性质(写离子方程式)‎ ‎①Al2O3Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2OAl2O3＋2OH－===2AlO＋H2O ‎ ②Al2O3制备Al：2Al2O34Al＋3O2↑‎ ‎2．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(用化学方程式表示)‎ ‎①Al(OH)3＋3HCl===AlCl3＋3H2OAl(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O ‎②受热分解：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。‎ ‎(3)制备 ‎①向铝盐溶液中加入氨水，离子方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。‎ ‎②向NaAlO2溶液中通入足量CO2，离子方程式为AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO。‎ ‎③NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合：3AlO＋Al3＋＋6H2O===4Al(OH)3↓。‎ ‎3．常见的铝盐 ‎(1)硫酸铝钾是由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的复盐。‎ ‎(2)化学式为KAl(SO4)2。‎ ‎(3)电离方程式为KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO。‎ ‎(4)应用：净水；净水原理为明矾电离出的Al3＋在水中水解生成Al(OH)3胶体，吸附水中悬浮物而沉淀，使水净化，其离子方程式为Al3＋＋3H2O??Al(OH)3(胶体)＋3H＋。‎ ‎(5)向明矾溶液中加入Ba(OH)2溶液至SO恰好沉淀完全，其离子方程式为Al3＋＋2SO＋2Ba2＋＋4OH－===2BaSO4↓＋AlO＋2H2O。‎ 角度1　铝的重要化合物的性质及应用 ‎1．下列关于铝的化合物的性质及应用叙述正确的是________(填序号)。‎ ‎①氨气使AlCl3溶液产生白色沉淀是因为氨气被还原 ‎②氢氧化铝可用于中和过多胃酸(　　)‎ ‎③泡沫灭火器中所用试剂为Al2(SO4)3溶液和小苏打溶液 ‎④将氯化铝溶液滴入浓氢氧化钠溶液中，会产生大量白色沉淀 ‎⑤铝与Fe2O3发生铝热反应，反应后固体质量增加 ‎[答案]　②③‎ ‎2．下列除去杂质的方法不正确的是(　　)‎ A．镁粉中混有少量铝粉：加入过量烧碱溶液充分反应，过滤、洗涤、干燥 B．用过量氨水除去Fe3＋溶液中的少量Al3＋‎ C．Al(OH)3中混有少量Mg(OH)2：加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤，向滤液中通入过量CO2后过滤 D．MgO中混有少量Al2O3：加入足量烧碱溶液，充分反应，过滤、洗涤、干燥得到MgO B　[氨水与Fe3＋、Al3＋均产生沉淀，无法分离。]‎ 角度2　铝土矿提铝和Al(OH)3的制备 ‎3．工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图所示：‎ 下列叙述正确的是(　　)‎ A．试剂X可以是NaOH溶液，也可以是盐酸 B．反应①过滤后所得沉淀为Fe(OH)3‎ C．图中所有转化反应都不是氧化还原反应 D．反应②的化学方程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3‎ D　[根据流程图可知，X一定是NaOH，Y一定是CO2，加X后得到的沉淀为Fe2O3。]‎ ‎4．实验室可用铝屑、氨水、氢氧化钠溶液、稀硫酸等来制备氢氧化铝，某同学设计了三种实验方案：‎ 方案①‎ Al→Al3＋→Al(OH)3‎ 方案②‎ Al→AlO→Al(OH)3‎ 方案③‎ →Al(OH)3‎ ‎(1)用方案①制备Al(OH)3时使用的药品最好是铝屑、稀硫酸和氨水，不用氢氧化钠代替氨水的原因是__________________________________________________________________；‎ 写出该方案中有关的离子方程式：___________________________________________。‎ ‎(2)用方案②来制备Al(OH)3时，必须注意________的用量，以防止生成的Al(OH)3溶解。‎ ‎(3)三种方案中，你认为最好的是________(填序号)，原因是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎[解析]　分析本题应从Al(OH)3的两性着手，过量的强酸、强碱均会降低Al(OH)3的产率，而Al3＋与AlO反应制取Al(OH)3，则不存在该问题，故方案③最佳。‎ ‎[答案]　(1)若用NaOH溶液沉淀Al3＋，终点不易控制，因为Al(OH)3会溶于过量的NaOH溶液，从而影响Al(OH)3的生成量　2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑、Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH　(2)稀硫酸　(3)③　药品用量最少 铝土矿提取Al2O3的两工艺流程 ‎　“铝三角”和Al(OH)3图像分析 ‎1．“铝三角”转化与应用 ‎(1)Al3＋、Al(OH)3、AlO之间的转化关系 ‎(2)“铝三角”转化的应用 ‎①判断离子共存问题：Al3＋与OH－及AlO、CO、S2－等弱酸根阴离子；AlO与H＋、HCO以及弱碱阳离子Al3＋、Fe3＋等因生成沉淀或发生水解相互促进反应而不能大量共存。‎ ‎②鉴别(利用滴加顺序不同，现象不同)。‎ a．向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液，先产生白色沉淀，后沉淀溶解。‎ b．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。‎ ‎2．氢氧化铝沉淀图像分析与计算 ‎(1)四个基本图像 ‎①可溶性铝盐溶液与NaOH溶液反应的图像 操作 向可溶性铝盐溶液中逐滴滴入NaOH溶液至过量 向NaOH溶液中逐滴滴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→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失 图像 离子方程式 Al3＋＋3OH－=== Al(OH)3↓‎ Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O ‎3AlO＋Al3＋＋6H2O===4Al(OH)3↓‎ ‎②偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像 操作 向偏铝酸盐溶液中逐滴加稀盐酸至过量 向稀盐酸中逐滴加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→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失 图像 离子方程式 AlO＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓‎ Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O AlO＋4H＋===Al3＋＋2H2O Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓‎ ‎(2)三个拓展图像 ‎①向AlCl3溶液中逐滴滴入氨水或NaAlO2溶液至过量，图像如图1所示。‎ ‎②向NaAlO2溶液中逐滴滴入AlCl3溶液或通入CO2至过量，图像如图2所示。‎ 图1　　　　　 　 　　　图2‎ ‎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，图像如图3所示。‎ 角度1　“铝三角”转化及应用 ‎1．常温下，下列各组离子在指定溶液中能大量共存的是(　　)‎ A．中性溶液中：Cl－、Mg2＋、Al3＋、K＋‎ B．1.0 mol·L－1的NaAlO2溶液中：Cl－、HCO、K＋、Ca2＋‎ C．在强碱性环境中：AlO、SiO、Na＋、K＋‎ D．0.1 mol·L－1明矾溶液中：NH、AlO、HCO、Na＋‎ C　[A项，Al3＋、Mg2＋水解，溶液呈酸性；B项，AlO与HCO反应；D项，Al3＋与AlO、HCO均反应，不能共存。]‎ ‎2．下列各组物质，前者逐滴滴加到后者中直至过量，先出现白色沉淀，后来沉淀又消失的是(　　)‎ A．H2SO4滴入NaAlO2溶液中 B．Ba(OH)2溶液滴入Al2(SO4)3溶液中 C．Al2(SO4)3溶液滴入NaOH溶液中 D．氨水滴入Al2(SO4)3溶液中 A　[将H2SO4滴入NaAlO2溶液中，先生成Al(OH)3沉淀，Al(OH)3又溶于过量的H2SO4中，A正确；Ba(OH)2溶液滴入Al2(SO4)3溶液中，先生成BaSO4、Al(OH)3沉淀，而Al(OH)3又溶于Ba(OH)2溶液，但BaSO4不溶解，B错误；Al2(SO4)3溶液滴入NaOH溶液中，开始由于OH－过量发生反应：Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O，故开始无沉淀生成，C错误；氨水滴入Al2(SO4)3溶液中，立即产生Al(OH)3沉淀，但沉淀不溶于氨水，D错误。]‎ 角度2　Al(OH)3沉淀图像分析 ‎3．如图表示AlCl3溶液与NaOH溶液相互滴加过程中微粒的量的关系曲线。下列判断错误的是(　　)‎ A．①线表示Al3＋的物质的量的变化 B．x表示AlCl3的物质的量 C．③线表示Al(OH)3的物质的量的变化 D．④线表示AlO的物质的量的变化 B　[x代表的是强碱NaOH。]‎ ‎4.在200 mL 含Mg2＋、Al3＋、NH、H＋、Cl－的溶液中，逐滴加入5 mol·L－1 NaOH溶液，所加NaOH溶液的体积(mL)与产生沉淀的物质的量(mol)的关系如图所示。下列叙述不正确的是(　　)‎ A．x－y＝0.01 mol B．原溶液中c(Cl－)＝0.75 mol·L－1‎ C．原溶液的pH＝1‎ D．原溶液中n(Mg2＋)∶n(Al3＋)＝5∶1‎ B　[分析图示可知x－y的值即为氢氧化铝的物质的量，溶解氢氧化铝消耗氢氧化钠溶液的体积为35 mL－33 mL＝2 mL，x－y＝5 mol·L－1×2×10－3 L＝0.01 mol，A不符合题意；加入33 mL氢氧化钠溶液时溶液中溶质为NaCl，原溶液中n(Cl－)＝5 mol·L－1×33×10－3 L＝0.165 mol，c(Cl－)＝0.825 mol·L－1，B符合题意；由图知0～4 mL时发生反应H＋＋OH－===H2O，则H＋的物质的量为4 mL×0.001 L×5 mol·L－1＝0.02 mol，H＋的物质的量浓度为＝0.1 mol·L－1，则pH＝1，C不符合题意；由4 mL～30 mL Mg2＋、Al3＋结合OH－生成沉淀的反应知，n(OH－)＝5 mol·L－1×26×10－3 L＝0.13 mol，则根据Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，与0.01 mol Al3＋反应的OH－的物质的量为0.03 mol，与Mg2＋反应的OH－的物质的量为0.1 mol，由Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓知，n(Mg2＋)＝0.05 mol，则原溶液中n(Mg2＋)∶n(Al3＋)＝0.05∶0.01＝5∶1，D不符合题意。]‎