高考化学一轮配套课件：第7讲 铝、镁及其化合物

高考化学一轮配套课件：第7讲 铝、镁及其化合物

第7讲 　铝、镁及其化合物 考纲定位 选项示例 1.理解Mg、Al的化 学性质。 2.了解Mg、Al的重 要化合物的主要性 质和用途。 1.将NaOH溶液缓慢滴入MgSO4溶液中， 观察Mg(OH)2沉淀的生成。(2011年广 东高考T10—B) 2.明矾能水解生成Al(OH)3胶体，可用 作净水剂。(2012年江苏高考T5—A) 3.Mg和Al都可以用电解法冶炼得到。 (2011年广东广州调研T9—A) 一、铝 三 ⅢA 氧和硅 化合 1．铝的结构和存在 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。 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______。 3．化学性质 4Al＋3O2 化学性质 化学方程式 备注 ①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 ②燃烧(与 O2反应) 　　　　　　2Al2O3 — ③与酸反 应(与HCl 反应) ___________________ ___________________ 当金属铝与冷浓硫酸接触时 会发生_______，表面形成 致密的________，故可用铝 制容器来盛放冷浓硫酸 4Al＋3O2===2Al2O3　 氧化膜 2Al＋6HCl=== 2AlCl3＋3H2↑ 钝化　 氧化膜 化学性质 化学方程式 备注 ④与碱反应 (与 NaOH 反 应) ________________________ ________________________ — ⑤铝热反应 ________________________ — ⑥铝的工业 制备 电解 2Al2O3(熔融) =====　　　　　 冰晶石 — (续表) 4Al＋3O2↑ 2Al＋2NaOH＋2H2O ===2NaAlO2＋3H2↑ 二、铝的氧化物与氢氧化物 2Al(OH)3 化学式 Al2O3 Al(OH)3 ①类别 ________氧化物 ________氢氧化物 ②颜色状态 白色固体 白色粉末 ③溶解性 ______溶于水 ______溶于水 ④热稳定性 稳定 _______________ ⑤与强酸反应 (离子方程式) _______________ _______________ _______________________ _______________________ 两性 两性 难 难 Al2O3＋3H2O Al2O3＋6H＋=== 2Al3＋＋3H2O Al(OH)3＋3H＋=== Al3＋＋3H2O (续表) 化学式 Al2O3 Al(OH)3 ⑥与强碱反应 (离子方程式) ________________ ______________ ______________________ ______________________ ⑦制备方法 (化学方程式) — AlCl3＋3NH3·H2O=== ______________________ 用途 耐火材料 净水剂、胃酸中和剂 Al(OH)3↓＋3NH4Cl 三、明矾与偏铝酸盐 1．明矾[KAl(SO4)2·12H2O] KAl(SO4)2·12H2O 俗称明矾，是无色晶体，易溶于水，常用 作净水剂、吸附剂。用于净水时，反应的离子方程式：Al3＋＋ 3H2O===____________________。 Al(OH)3(胶体)＋3H＋ 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：(1)少量盐酸：____________________________________。 (2)过量盐酸：_____________________________________。 (3)少量 CO2：_____________________________________。 (4)过量 CO2：______________________________________。 NaAlO2 四、镁及其化合物 1．镁 发出耀眼的白光 　Mg3N2　 2MgO＋C Mg(OH)2＋H2↑ Mg2＋＋H2↑ 2.氧化镁和氢氧化镁 物质 MgO Mg(OH)2 类别 ________氧化物 中强碱 与水反应 MgO＋H2O=== Mg(OH)2(缓慢化 合) 不反应 与盐酸反应 (离子方程式) _______________ _______________ ____ _______________ _______________ ____ 碱性 MgO＋2H＋=== Mg2＋＋H2O Mg(OH)2＋2H＋=== Mg2＋＋2H2O 考点1 “铝三角”的相互转化关系及图像分析 1．“铝三角” 图 2-7-1 2．图像分析 (续表) （续表） 【例1】将一定质量的镁、铝合金投入一定浓度的 100 mL 盐酸中，使合金全部溶解，向所得溶液中滴加 5.00 mol·L－1 的 NaOH 溶液至过量，生成沉淀的质量与加入 NaOH 溶液的体积 图 2-7-2 的关系如图 2-7-2 所示。 试求：(1)原合金中 铝的质量分数。 (2)盐酸的物质的量 浓度。 思路指导：本题生成的沉淀有Mg(OH)2 和Al(OH)3，生成 沉淀达到最大量后，减少的质量为Al(OH)3 的质量，由消耗的 NaOH 的量通过计算可分别求出合金中镁、铝的质量。而盐酸 的物质的量浓度可由生成沉淀达到最大量时所消耗的NaOH 的 量求取。解析：观察图像可知：①镁、铝溶于盐酸后，盐酸过量， 中和过量的盐酸消耗NaOH 溶液20 mL。②当沉淀质量不变时， 此时沉淀(11.6 g)只有Mg(OH)2，则沉淀达到最大量时，Al(OH)3 的质量为(19.4－11.6)g，沉淀减少的过程中，消耗的NaOH 溶 液用于溶解Al(OH)3。 则c(HCl)＝—＝ (2)由图像可知，完全沉淀时消耗NaOH 溶液的物质的量， 相当于中和剩余的盐酸和溶解Mg、Al 所消耗盐酸的总量，即 n(HCl)＝0.16 L×5.00 mol·L－1＝0.80 mol。n V 0.80 mol 0.10 L ＝8.00 mol·L－1 答：略。 【例2】(2013 年江苏南京模拟)在硝酸铝和硝酸镁的混合 溶液中，逐滴加入稀氢氧化钠溶液，直至过量。下列表示氢氧 化钠加入量(x)与溶液中沉淀的量(y)的关系示意图中正确的是( )。 解析：向混合溶液中加入NaOH 溶液的过程中，Mg(NO3)2 会生成难溶物Mg(OH)2，Al(NO3)3 会生成难溶物Al(OH)3，随 着NaOH 溶液的加入，Al(OH)3 逐渐溶解，而Mg(OH)2 不能溶 解。 答案：C 考点2 利用滴加顺序不同的方法鉴别物质 2．NaAlO2 和盐酸：向 NaAlO2 溶液中逐滴滴加盐酸，先出 现白色沉淀，后沉淀消失： 【例3】下列各组溶液，只要用试管和胶头滴管，不用任 何试剂就可以鉴别的是( )。 思路指导：做题时，要认真阅读题干信息，由“不用任何 试剂”“只用试管和胶头滴管”可知，只能通过物理性质(如颜 色、状态等)或滴加顺序不同出现的现象不同而进行鉴别。 A．KOH和Al2(SO4)3 B．稀H2SO4和NaHCO3 C．CaCl2和Na2CO3 D．Ba(OH)2和NaHSO4 解析：向Al2(SO4)3 溶液中逐滴滴加KOH 溶液，先出现白 色沉淀后，沉淀消失；向KOH 溶液中逐滴滴加Al2(SO4)3 溶液， 开始无现象，后出现白色沉淀。答案：A 【例 4】(2012 年辽宁锦州模拟)只用试管和胶头滴管就可 以鉴别的下列各组溶液是( )。 ①AlCl3 溶液和 NaOH 溶液；②Ca(HCO3)2 溶液和 NaOH 溶 液；③NaAlO2 溶液和盐酸；④Al2(SO4)3 溶液和氨水。 A．①③ C．②③④ B．①②③ D．③④ 解析：①向AlCl3 溶液中滴加NaOH 溶液，随加入量依次 观察到的现象为出现白色沉淀，沉淀后溶解，向NaOH 溶液中 滴加AlCl3 溶液，产生沉淀，沉淀立刻消失，继续滴加至AlCl3 溶液过量，白色沉淀不溶解；②只有白色沉淀；③向NaAlO2 溶液中滴加盐酸，先出现白色沉淀，后沉淀溶解，向稀盐酸中 滴加NaAlO2 溶液，产生白色沉淀，但沉淀立刻消失，继续滴加 至NaAlO2 溶液过量，白色沉淀不溶解；④只有Al(OH)3 白色沉 淀。 答案：A 规律方法 有关铝及其化合物的定量计算 1．酸碱抵消法在计算中的应用 一般格式： 当沉淀量达最大值时，n(H＋)＝n(OH－)。 原金属质量＋结合的OH 质量。 金属溶于酸，再加碱生成沉淀的质量的求法： 所以金属失去n mol 电子，就结合n mol OH－，沉淀质量＝ － 【例5】Al 和 Al2O3 的混合物 15 g，加入稀硫酸 150 mL， 在标准状况下放出氢气 1.68 L，Al 和 Al2O3 均不剩余，为中和 过量的硫酸，并使溶液中的 Al3＋恰好完全转化为 Al(OH)3 沉淀，需要消耗 3 mol·L－1 的 NaOH 溶液 200 mL，则该稀硫酸的物质 的量浓度为( )。 A．2.25 mol·L－1 C．0.3 mol·L－1 B．2 mol·L L－1 D．0.6 mol·L－1 解析： 根据最终溶液中电荷守恒和化学反应中质量守恒可得： 答案：B 2．铝及其化合物常见题型的计算 图 2-7-3 ①n(Al3＋)＝(b－a)mol； ②n(Mg2＋)＝4a－3b 2 mol。 【例6】(2013年辽宁模拟)将一定量的钠铝合金置于水中， 合金全部溶解，得到 20 mL pH＝14 的溶液，然后用 1 mol·L－1 的盐酸滴定，沉淀质量与消耗盐酸的体积关系如图 2-7-4 所示，则下列选项正确的是( )。 图 2-7-4 A．原合金质量为 0.92 g B．标准状况下产生氢气 896 mL C．图中 m 值为 1.56 g D．图中 V2 为 60 mL 解。当沉淀量最大时溶液中只有氯化钠，n(Na＋)＝n(Cl－)＝ 解析：据分析可知反应过程为钠与水反应生成氢氧化钠， 铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠，因溶液pH 为14，则说 明氢氧化钠过量，滴加盐酸后先与氢氧化钠反应，再与偏铝酸 钠反应生成氢氧化铝沉淀，继续滴加盐酸，则氢氧化铝沉淀溶 1 mol·L－1×0.04 L＝0.04 mol，即合金中钠的物质的量为0.04 mol， 与水反应生成 0.04 mol NaOH，由合金全部溶解后的溶液为 20 mL，pH＝14，可知铝与氢氧化钠反应后过量的氢氧化钠为 0.02 mol，则反应的氢氧化钠为0.02 mol，铝的物质的量也是 C正确。0.02 mol氢氧化铝完全溶解需1 mol·L－1的HCl 60 mL， 0.02 mol，所以原合金的质量为0.92 g＋0.54 g＝1.46 g。0.04 mol 钠与水反应生成0.02 mol 氢气，0.02 mol 铝与氢氧化钠溶液反应 生成0.03 mol 氢气，故标况下体积为1120 mL，B 错误。沉淀 量最大时生成氢氧化铝的质量为0.02 mol×78 g·mol－1＝1.56 g， 则V2＝100 mL，D错误。 答案：C 实验探究 铝及其化合物的探究实验 【例7】在一次学生实验中，某学生用铝片分别和稀盐酸、 稀硫酸反应，发现铝片和稀盐酸反应现象非常明显，而和稀硫 酸几乎不反应。这和教材上的内容“铝能跟稀盐酸或稀硫酸反 应生成氢气”不一致。为了寻找原因，该学生在老师的指导下， 重新用浓盐酸和浓硫酸配制了一定浓度的溶液，然后加入 0.1 mm×10 mm×20 mm、纯度≥99.5%的铝片验证是否确实存 在上述现象，实验结果如下表： 从上表可以看出，无论用 1.5 mol·L－1 H2SO4还是3 mol·L－1 H2SO4 均无明显现象，为了探究“铝与稀盐酸和稀硫酸反应的 差异原因”，请回答下列问题： 反应时间 1 min 2 min 5 min 15 min 20 min 3 mol·L－1 HCl 少量 气泡 较多 气泡 大量 气泡 反应 剧烈 铝片 耗尽 1.5 mol·L－1 H2SO4 均无明显现象(无气泡) 3 mol·L－1 H2SO4 均无明显现象(无气泡) 实验步骤 可能的实验现象及可能的结论 (1)请写出盐酸与铝片反应的离子方程式：______________ ____________。 (3)请设计一个实验方案对你的假设进行论证。 答案：(2)Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑ (2)、(3) 实验步骤 可能的实验现象及可能的结 论 取一支试管倒入1.5 mol·L－1 H2SO4 5 mL，加入约0.5 g NaCl 晶体(约0.01 mol)，然后再加入 0.1 mm×10 mm×20 mm、纯度 ≥99.5%的铝片；另一支试管倒 入1.5 mol·L－1 H2SO4 5 mL，加 入约1.4 g Na2SO4晶体(约0.01 mol)，然后加入0.1 mm×10 mm×20 mm、纯度≥99.5%的 铝片进行对比实验 若加NaCl晶体的试管中的反 应明显加快，而加Na2SO4晶 体的试管中反应现象仍不明 显，说明假设正确。若加 NaCl晶体的试管中的反应现 象不明显，说明假设错误 题组一 镁及其化合物 1．将相同质量的镁条分别在①氧气中；②空气中；③氮气 中；④二氧化碳中完全燃烧，燃烧后所得固体产物的质量由小 )。到大的顺序是( A．④②①③ C．③②①④ B．④①②③ D．④①③② 答案：C 　　解析：Mg在氧气中燃烧：2Mg＋O2===2MgO； 　　Mg在空气中燃烧：2Mg＋O2===2MgO(主)，3Mg＋N2 === Mg3N2(微量)； 　　Mg在氮气中燃烧：3Mg＋N2===Mg3N2； 　　Mg在二氧化碳中燃烧：2Mg＋CO2===2MgO＋C； 　　依元素守恒法，1 mol Mg 燃烧生成1 mol MgO，质量增 加16 g；1 mol Mg燃烧生成1/3 mol Mg3N2，质量增加28/3 g； １mol Mg在二氧化碳中燃烧，固体产物分别为1/2 mol C和 1 mol MgO，质量增加6 g＋16 g＝22 g。因此，相同质量的镁 粉若分别在上述气体中燃烧，所得固体产物的质量是在二氧 化碳中燃烧最大，应选C。 2．(2011 年广东高考)某同学通过系列实验探究 Mg 及其化 合物的性质，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，置镁片于其中探究 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 沉淀转入表面皿中，加足量稀盐酸，加热 蒸干得无水 MgCl2 固体 解析：稀释浓硫酸时，应将浓硫酸沿着器壁慢慢加入水中， 并及时搅拌，A不正确；过滤时需要用玻璃棒引流，C 不正确； 蒸发溶液时应该用蒸发皿而不是表面皿，因为MgCl2 水解，所 以加热时必须在HCl 的气流中才能得到MgCl2 固体，D 不正确。 答案：B A．3 mol·L B．4 mol·L 题组二 铝的性质与应用 3．将等物质的量的镁和铝相混合，取等质量的该混合物四 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( )。 －1 HCl －1 HNO3 C．8 mol·L－1NaOH D．18 mol·L－1H2SO4 解析：镁、铝与硝酸、浓硫酸反应均不产生H2；Mg 不与 NaOH 反应；Mg、Al 都能与盐酸反应产生H2。 答案：A 4．(2013 年黑龙江哈尔滨模拟)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 mol HCl、1 mol 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：Mg 的活泼性强于铝，因而A 项反应不能发生；B 项后者产生的H2 多；D 项不再发生钝化，因为浓硫酸稀释后会 释放出大量的热，而热的浓硝酸与铝会发生反应。 答案：C 题组三 铝的氧化物与氢氧化物 5．向 MgSO4 和 Al2(SO4)3 的混合溶液中，逐滴加入 NaOH 溶液。下列图像中，能正确表示上述反应的是(横坐标表示加入 NaOH 溶液的体积，纵坐标表示反应生成沉淀的质量)( )。 解析：MgSO4 和Al2(SO4)3 都能与NaOH 溶液反应生成沉淀， 但只有Al(OH)3 能继续与NaOH 反应生成可溶的NaAlO2，所以 沉淀只会部分溶解。 答案：D 6．治胃病的药物中通常含有氢氧化铝。某研究性学习小组 根据化学原理设计了如下五种制备方案： A．铝屑与硫酸反应，然后再加入氢氧化钠溶液沉淀铝离 子； B．铝屑与硫酸反应，然后再加氨水沉淀铝离子； C．铝屑与足量氢氧化钠溶液反应，再加入硫酸生成氢氧 化铝； D．铝屑与足量氢氧化钠溶液反应，再通入二氧化碳生成 氢氧化铝； E．铝屑先分别与硫酸、氢氧化钠溶液反应，然后将二者反 应后的溶液混合，生成氢氧化铝。 (1)你认为________(填选项)方案最佳。 (2)在你选择的最佳方案中，如何调整反应物的比例，从理 论上使铝全部转化成氢氧化铝： ________________________ _____________________________________________________。 (3)科学研究发现，长期服用含氢氧化铝药剂，会造成一些 副作用，如________(填字母)。 A．重金属中毒 C．智力低下 B．引起甲状腺肿 D．贫血症 上述三种方案若制取等量Al(OH)3，方案E 消耗的原料最 少，因此属于最佳方案。 H2SO4 氨水 NaOH CO2 6H2O===4Al(OH)3↓。因此使与H2SO4 反应的铝的物质的量和 与NaOH 反应的铝的物质的量比为1∶ 3，就能使铝完全转化成 Al(OH)3。 答案：(1)E (2)使与硫酸反应的铝的量和与氢氧化钠反应 的铝的量之比为 1∶ 3 (3)C 题组四 计算题 7．将 5.1 g 镁铝合金溶于 60 mL 5.0 mol·L－1 H2SO4溶液中。 完全溶解后再加入65 mL 10.0 mol·L－1 的 NaOH 溶液，得到沉淀 9.7 g，继续滴加 NaOH 溶液时沉淀会减少。 (1)当加入________mL NaOH 溶液，可使溶解在硫酸中的 Mg2＋和 Al3＋恰好完全沉淀。 (2)计算合金溶于硫酸时产生的氢气在标准状况下的体积。 解析：(1)当沉淀的量达到最大值的时，溶质只有Na2SO4， V(NaOH)＝0.06×5×2 10 L＝0.06 L＝60 mL。 答案：(1)60 mL 根据第一问的结论，当加入氢氧化钠溶液的体积为 65 mL 时， 此时沉淀的质量不是最大值，有一部分的 Al(OH)3 被过量的 5 mL NaOH 溶解。 答：略 (2)解：硫酸是过量的，氢气不能直接用硫酸中的H＋来算。