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文档介绍
全国版2021高考化学一轮复习第8讲镁铝及其重要化合物课件
金属及其化合物 第三章 第 8 讲 镁、铝及其重要化合物 1. 了解镁、铝及其重要化合物的制备方法。 2. 掌握镁、铝及其重要化合物的主要性质及其应用。 栏 目 导 航 考点一 镁、铝及其化合物的性质及应用 考点二 铝的重要化合物的主要性质及应用 考点三 有关镁、铝冶炼的化工流程 微专题 8 “铝三角”的转化及其数形结合思想的应用 探究高考 · 明确考向 1 . 镁 (1) 物理性质: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。 考点一 镁、铝及其化合物的性质及应用 (2) 化学性质: Mg + 2H + ===Mg 2 + + H 2 ↑ MgO 、 Mg 3 N 2 、 C 2 . 铝 (1) 原子结构和存在 铝位于元素周期表 ________________ __ ,原子结构示意图为 __________ 。铝是地壳中含量最多的金属元素。自然界中的铝全部以化合态的形式存在。 (2) 物理性质 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。 第三周期 ⅢA 族 (3) 化学性质 写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式: ②___________________________ 。 钝化 2Al + 6HCl===2AlCl 3 + 3H 2 ↑ ④ ___________________________________________________ 。 ⑤ _______________ __ _______________ ( 铝热反应 ) 。 2Al + 2NaOH + 2H 2 O===2NaAlO 2 + 3H 2 ↑ (1) 常温下,能用铝制容器盛放浓硫酸、浓硝酸的原因是二者能使铝发生 “ 钝化 ” ,而不是铝与浓硫酸、浓硝酸不反应。 (2) 铝与稀硝酸反应时生成的气体是 NO 而不是 H 2 。 (3) 能与铝反应产生氢气的溶液可能呈强酸性也可能呈强碱性。 [ 想一想 ] (1)Al 既能溶于强酸,又能溶于强碱,所以说 “ Al 既有金属性,又有非金属性 ” 你认为这种说法是否恰当?为什么? 提示: 不恰当。金属性是指元素的原子失电子的能力,非金属性是指元素的原子得电子的能力。铝不论是与酸反应还是与碱反应,都是失去 3e - ,化合价升高为+ 3 价,均是还原剂,因而铝具有较强的金属性。 (2) 铝与酸、碱反应的实质是什么?氧化剂是什么? (4) 用途 纯铝用作导线,铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。 题组一 镁、铝的性质及用途 1 . (2019 · 浙江杭州模拟 ) 下列有关金属镁的说法不正确的是 ( ) A . Mg 在 CO 2 中燃烧生成 MgO 和 C ,是放热反应 B .由于铝的导电性能比铜强,所以常用铝制造电线、电缆 C .由于铝具有强还原性,所以常用铝来冶炼某些高熔点金属 D .镁可以用来制造信号弹和焰火, MgO 可以作耐高温材料 答案 B 2 . (2019 · 河北保定统考 ) 下列关于镁、铝的说法正确的是 ( ) A .铝制品在空气中能稳定存在是因为铝不活泼 B .浓 HNO 3 、浓 H 2 SO 4 能用铝制器皿盛装是因为铝与浓 HNO 3 、浓 H 2 SO 4 不反应 C .镁、铝均能与 NaOH 溶液反应 D .铝与 Fe 2 O 3 发生铝热反应是利用了 Al 的还原性比 Fe 强 答案 D 3 . (2019 · 广西钦州检测 ) 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 - 1 HCl B . 4 mol · L - 1 HNO 3 C . 8 mol · L - 1 NaOH D . 18 mol · L - 1 H 2 SO 4 答案 A 题组二 铝与酸、碱反应的定量分析 4 .铝是中学化学学习阶段的唯一一种既能与酸 ( 非氧化性酸 ) 反应又能与强碱溶液反应放出 H 2 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 H 2 的体积之比是 ________ 。 (2) 足量的两份铝分别投入到等体积、等物质的量浓度的盐酸和氢氧化钠溶液中,产生 H 2 的体积之比是 ________ 。 (3) 足量的两份铝分别投入到等体积、一定物质的量浓度的 HCl 、 NaOH 溶液中,二者产生的 H 2 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 mol · 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 ________ 。 1∶1 1∶3 3∶1 5.4 g 解析 (1) 根据化学方程式: 2Al + 6HCl===2AlCl 3 + 3H 2 ↑ 、 2Al + 2NaOH + 2H 2 O===2NaAlO 2 + 3H 2 ↑ ,得 Al 与 H 2 的关系式均为 2Al ~ 3H 2 ,故只要参加反应的 Al 的量相等,所得 H 2 的量必相等。 (2) 因为在反应中 Al 过量,产生的 H 2 由 HCl 和 NaOH 的量决定。根据化学反应中的关系式: 6HCl ~ 3H 2 、 2NaOH ~ 3H 2 ,故当 HCl 、 NaOH 物质的量相等时,二者产生 H 2 的体积比为 1∶3 。 (3) 因为铝足量且产生 H 2 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===2AlCl 3 + 3H 2 ↑ , 2Al + 2NaOH + 2H 2 O===2NaAlO 2 + 3H 2 ↑ 。可见当参加反应的 HCl 和 NaOH 的物质的量一样多时,产生 H 2 的体积比是 1∶3 ,而题设条件体积比为 1∶2 ,说明此题投入的铝粉对盐酸来说是过量的,而对于 NaOH 来说是不足的。 考点二 铝的重要化合物的主要性质及应用 难 高 两性 Al 2 O 3 + 6H + ===2Al 3 + + 3H 2 O 耐火 [ 想一想 ] 在做铝的燃烧实验时,用坩埚钳夹住一小块铝箔,在酒精灯上加热至其熔化,会看到的现象是铝箔熔化,失去光泽,但熔化的铝并不滴落。原因是什么? 提示: 铝箔加热时与 O 2 发生反应生成熔点很高的 Al 2 O 3 薄膜,使内部的铝被 Al 2 O 3 包裹着,所以熔化的铝不易滴下 2 . 氢氧化铝 (1) 物理性质: ______ 色胶状 ______ 溶于水的固体,有较强的吸附性。 (2) 化学性质 Ⅰ . 白 不 写出图中有关反应的化学 ( 或离子 ) 方程式: ① ____________________________________ ; ② ________________________________ __ __ ; ③ _______________ __ _______________ 。 (3) 制备: ①向可溶性铝盐中滴加氨水,离子方程式为 ______________________________________________ __ __ ; ②向可溶性偏铝酸盐中通入足量 CO 2 ,离子方程式为 ________ __ _________________________________________ __ __ ; ③ NaAlO 2 溶液与 AlCl 3 溶液混合,离子方程式为 _________ __ ____________________________________ 。 Al(OH) 3 + 3H + ===Al 3 + + 3H 2 O 既能与酸反应又能与碱反应的物质 中学阶段接触到许多既能与酸反应又能与碱反应的物质,除了 Al 、 Al 2 O 3 和 Al(OH) 3 外,还有以下三类物质: (1) 弱酸的铵盐,如: CH 3 COONH 4 、 (NH 4 ) 2 S 等; (2) 弱酸的酸式盐,如: NaHCO 3 、 KHS 、 NaHSO 3 ; (3) 氨基酸,蛋白质等。但是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 Al 2 O 3 、 Al(OH) 3 、氨基酸是两性物质。 题组一 铝的重要化合物的性质及应用 1 .将表面已完全钝化的铝条,插入下列溶液中,不会发生反应的是 ( ) A .稀硝酸 B .稀盐酸 C .硝酸铜 D .氢氧化钠 解析 钝化的实质是 Fe 、 Al 在浓 H 2 SO 4 或浓 HNO 3 作用下其表面被氧化成一层致密的氧化物保护膜。由于铝的氧化物 Al 2 O 3 是一种两性氧化物,既可与强酸反应,又可与强碱反应,故 A 、 B 、 D 三项皆不符合题意,只有 C 选项中的 Cu(NO 3 ) 2 不与 Al 2 O 3 反应,故不可能与钝化的铝条发生反应。 C 2 . (2019 · 河南信阳月考 ) 下列有关铝的化合物的说法正确的是 ( ) A .氧化铝坩埚可用于熔融 NaOH 实验 B .工业上利用电解熔融氯化铝冶炼铝 C .氢氧化铝能中和胃酸,可用于治疗胃酸过多 D .明矾可用于自来水的消毒 解析 氧化铝能与 NaOH 反应,氧化铝坩埚不能用于熔融 NaOH 实验, A 错误;工业上利用电解熔融氧化铝冶炼铝, B 错误;明矾用于自来水的净化而不能用于自来水的消毒, D 错误。 C 3 . (2019 · 河南郑州段考 ) 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 Fe 3 + 溶液中的少量 Al 3 + 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 CO 2 后过滤 D . MgO 中混有少量 Al 2 O 3 :加入足量烧碱溶液,充分反应,过滤、洗涤、干燥得到 MgO 解析 Al(OH) 3 不溶于氨水,故向含少量 Al 3 + 的 Fe 3 + 溶液中加入过量氨水时, Fe 3 + 、 Al 3 + 均转化为氢氧化物沉淀,达不到除杂的目的。 B 含铝杂质的提纯方法归类 利用 Al 、 Al 2 O 3 、 Al(OH) 3 可溶于强碱的特性,可除去许多物质中的含铝杂质,如: (1)Mg(Al) :加足量 NaOH 溶液。 (2)Fe 2 O 3 (Al 2 O 3 ) :加足量 NaOH 溶液。 (3)Mg(OH) 2 [Al(OH) 3 ] :加足量 NaOH 溶液。 (4)Mg 2 + (Al 3 + ) :加过量 NaOH 溶液,过滤,再加酸充分溶解。 题组二 制备 Al(OH) 3 途径的优化选择 4 . (2019 · 浙江台州质检 ) 用含少量镁粉的铝粉制取纯净的氢氧化铝,下列操作步骤中最恰当的组合是 ( ) ① 加盐酸溶解 ②加烧碱溶液溶解 ③过滤 ④通入过量 CO 2 生成 Al(OH) 3 沉淀 ⑤加入盐酸生成 Al(OH) 3 沉淀 ⑥加入过量烧碱溶液 A .①⑥⑤③ B .②③④③ C .②③⑤③ D .①③⑤③ 解析 镁、铝都能与酸反应,但铝可溶于强碱,所以可加入烧碱溶液溶解,过滤后可得到 NaAlO 2 溶液,在反应后的溶液中加入弱酸,可通入过量 CO 2 ,生成 Al(OH) 3 沉淀,经过滤、洗涤可得到纯净的氢氧化铝。正确的顺序为②③④③ 。 B 试回答: (1) 从充分利用原料、降低成本和提高产率等因素分析,实验方案最合理的是 _______ 。 (2) 三位学生制得的 Al(OH) 3 , W 1 、 W 2 、 W 3 其质量由大到小的顺序是 _______________________ 。 (3) 制得 Al(OH) 3 的最大质量是 ____________ 。 丙 W 3 > W 1 > W 2 520 g “ 铝三角 ” 的转化及其数形结合思想的应用 实现上述各步转化的离子方程式为: (1)①_____________________________________________ ; ② _______________ __ ______________________________ ; ③ ___________________________________ 。 (2)______________________________________ 。 (3)_________________________ __ _________ 。 (4)________ __ ________________________ 。 (5)①________ __ _________________________________________ __ __ ; ② ________ __ ________________________________ 。 (6)________________________________ __ _________ 。 Al 3 + + 3OH - ===Al(OH) 3 ↓ Al(OH) 3 + 3H + ===Al 3 + + 3H 2 O 2 . 有关 Al(OH) 3 沉淀图像的分析 (1) 可溶性铝盐溶液与 NaOH 溶液反应的图像 ( 从上述转化关系中选择符合图像变化的离子方程式,下同 ) (2) 偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像 H + + OH - ===H 2 O Al 3 + + 3OH - ===Al(OH) 3 ↓ , Mg 2 + + 2OH - ===Mg(OH) 2 ↓ OH - + H + ===H 2 O Al(OH) 3 + 3H + ===Al 3 + + 3H 2 O 题组一 铝及其化合物的转化关系及应用 1 . (2019 · 福建泉州质检 ) 下列各组物质,不能按 bca( “ ―→ ” 表示反应一步完成 ) 关系转化的是 ( ) C 选项 a b c A Al 2 O 3 NaAlO 2 Al(OH) 3 B AlCl 3 Al(OH) 3 NaAlO 2 C Al Al(OH) 3 Al 2 O 3 D MgCl 2 Mg(OH) 2 MgO 解析 A 中 a 、 b 、 c 分别与 NaOH 溶液反应、与 CO 2 反应、受热分解即可完成如图所示转化,故 A 项可行; B 中 a 、 b 、 c 分别与氨水、 NaOH 溶液、盐酸反应即可完成如图所示转化,故 B 项可行; C 中铝无法通过一步反应生成 Al(OH) 3 ,故 C 项不可行; D 中 a 、 b 、 c 分别与 NaOH 溶液反应、加热分解、与盐酸反应即可完成题图所示转化,故 D 项可行。 D C 解析 由于开始无沉淀生成,所以溶液中有 H + ,又因为生成的沉淀再继续加入 NaOH 溶液后又部分溶解,所以符合题意的为 Mg 2 + 、 Al 3 + 。 B 5 .某混合溶液中可能含有 HCl 、 MgCl 2 、 AlCl 3 、 NH 4 Cl 、 Na 2 CO 3 、 KCl 中的一种或几种物质,往该溶液中逐滴加入 NaOH 溶液,产生沉淀的物质的量 ( n ) 与加入的 NaOH 溶液体积 ( V ) 的关系如图所示。回答下列问题: (1) 溶液中一定含有的溶质是 ________________________( 填化学式,下同 ) ,一定不含有的溶质是 __________________________ 。 (2) 溶液中可能含有的溶质是 _________( 填名称 ) ,判断该物质是否存在的实验方法是 ___________ ,现象是 __________________________________________ 。 (3) 分别写出 AB 段、 BC 段发生反应的离子方程式: ① AB 段为 _______________________________ ; ② BC 段为 _______________________________ 。 HCl 、 AlCl 3 、 NH 4 Cl MgCl 2 、 Na 2 CO 3 氯化钾 焰色反应 透过蓝色钴玻璃观察火焰颜色是否为紫色 Al 3 + + 3OH - ===Al(OH) 3 ↓ 解析 首先分析图像中的拐点、斜线及水平线所表示的化学意义。 O A 段是 NaOH 溶液中和 HCl ;加入过量 NaOH 溶液,沉淀全部溶解,说明无 MgCl 2 ,所以沉淀只有 Al(OH) 3 ; BC 段是 NaOH 溶液与 NH 4 Cl 反应,故原溶液中一定含有 HCl 、 AlCl 3 和 NH 4 Cl ,一定无 MgCl 2 ;又因为 HCl 与 Na 2 CO 3 不能大量共存,所以一定无 Na 2 CO 3 ,可能含有 KCl ,可用焰色反应进行确定。 B 7 .如图所示为一定量 AlCl 3 溶液中加入 NaOH 溶液后,产生 Al(OH) 3 白色沉淀的质量与 NaOH 的物质的量之间的关系曲线。 请回答下列问题: (1)A 点时已参加反应的 AlCl 3 和 NaOH 的物质的量之比为 ________ 。 (2)AB 段曲线所表示的反应的离子方程式为 _____________________________ 。 (3) 向 B 处生成的溶液中通入二氧化碳,可观察到的现象是 ________________ 。 1∶3 生成白色沉淀 (4) 向含有 0.1 mol NH 4 Al(SO 4 ) 2 溶液中逐滴加入 5 mol · L - 1 NaOH 溶液,开始发现溶液中出现白色沉淀并逐渐增多;一段时间后有刺激性气味的气体逸出;最后白色沉淀逐渐减少并最终消失。请在下图中画出生成沉淀的物质的量与加入 NaOH 溶液体积的关系示意图。 (1) 分析图像或作图时不仅要注意加入的酸或碱的强弱,还要注意所加入的量和滴加的顺序,因为滴加的顺序不同可能产生的现象不同。 (2) 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,同时要注意横纵坐标的意义。 考点三 有关镁、铝冶炼的化工流程 1 . 从海水中提取镁的流程 (1) 流程 2 . 工业炼铝的流程 铝是地壳中含量最多的金属元素,在自然界主要以化合态的形式存在于氧化铝中。铝土矿的主要成分是 Al 2 O 3 ,此外还含有少量 SiO 2 、 Fe 2 O 3 等杂质,冶炼金属铝很重要的一个过程是 Al 2 O 3 的提纯。由于 Al 2 O 3 是两性氧化物,而杂质 SiO 2 是酸性氧化物, Fe 2 O 3 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 [ 想一想 ] (1) 写出①③两步骤中可能发生反应的离子方程式。 (2) 步骤③中不用盐酸 ( 或 H 2 SO 4 ) 酸化的理由是 ______________ __ _______ _________________________________________________________________________________________________________________ 。 (3) 步骤④中得到较纯的 Al 2 O 3 ,可能含有 __________ 杂质,在电解时它不会影响铝的纯度的原因: _____________________________________________________ _________________________________ 。 SiO 2 由于 SiO 2 的熔点很高,在加热到 1 000 ℃ 左右时不会熔化,因而不影响铝的纯度 方案二:酸溶法 [ 想一想 ] (4) 写出①②中可能发生反应的离子方程式。 (5) 步骤②中不用氨水沉淀 Fe 3 + 的原因: _______________________________ _______________________________________________________ 。 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 答案 D 2 . (2019 · 河北唐山模拟 ) 工业从铝土矿 ( 主要成分是 Al 2 O 3 · x H 2 O 、 SiO 2 、 Fe 2 O 3 等 ) 提取纯 Al 2 O 3 做冶炼铝的原料,提取操作过程如图,图中操作错误的是 ( ) A .④⑤ B .③④ C .②⑤ D .①② A 解析 铝土矿灼烧除去结晶水,灼热后的不挥发物质中加入过量的盐酸, Al 2 O 3 、 Fe 2 O 3 溶解成铝盐、铁盐,过滤除去不溶的杂质二氧化硅等,溶液中含有过量的盐酸,向②的滤液中加入过量氢氧化钠使铝盐变成偏铝酸盐,而铁离子转化为氢氧化铁沉淀,过滤除去,滤液中含有过量的氢氧化钠,向③的滤液中加入过量盐酸,溶液中偏铝酸根、氢氧化钠转化为氯化铝、氯化钠,溶液溶质为氯化铝、氯化钠,不能生成氢氧化铝沉淀,应通入二氧化碳,可得氢氧化铝沉淀,故④错误,氢氧化铝沉淀灼热分解生成氧化铝,干燥不能使氢氧化铝分解,故⑤错误。 3 .如图是工业利用菱镁矿 MgCO 3 ( 含杂质 Al 2 O 3 、 FeCO 3 ) 制取镁的工艺流程。 回答有关问题: (1) 菱镁矿送入酸浸池前需要粉碎,目的是 __________________ 。 (2) 氧化池中通入氯气的目的是氧化 ______________( 填化学式 ) ,工业上不选用硝酸作氧化剂的原因是 ______________________ 和 ____________________ 。 (3) 沉淀混合物为 __________ 和 __________( 填化学式 ) 。 (4) 利用熔融氯化镁制取金属镁,选用的方法是 ________( 填序号 ) 。 A .电解法 B .氧气还原法 C .碳还原法 D .分解法 提高酸浸速率 Fe 2 + ( 或 FeCl 2 ) 会产生污染性气体 NO x Al(OH) 3 Fe(OH) 3 A 探究高考 · 明确考向 √ × × √ × × D 3 . (2017 · 江苏卷, 16 节选 ) 铝是应用广泛的金属。以铝土矿 ( 主要成分为 Al 2 O 3 ,含 SiO 2 和 Fe 2 O 3 等杂质 ) 为原料制备铝的一种工艺流程如下: 注: SiO 2 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 NaHCO 3 溶液,溶液的 pH________( 填 “ 增大 ”“ 不变 ” 或 “ 减小 ” ) 。 (3) “ 电解 Ⅰ ” 是电解熔融 Al 2 O 3 ,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是 _________________________________________ 。 (4) 铝粉在 1 000 ℃ 时可与 N 2 反应制备 AlN 。在铝粉中添加少量 NH 4 Cl 固体并充分混合,有利于 AlN 的制备,其主要原因是 ___________________________________ _____________________ 。 减小 石墨电极被阳极上产生的 O 2 氧化 NH 4 Cl 分解产生的 HCl 能够破坏 Al 表面的 Al 2 O 3 薄膜 4 . (2018 · 天津卷, 7) 下图中反应①是制备 SiH 4 的一种方法,其副产物 MgCl 2 · 6NH 3 是优质的镁资源。回答下列问题: (1)MgCl 2 · 6NH 3 所含元素的简单离子半径由小到大的顺序 (H - 除外 ) : ___________________________________ , Mg 在元素周期表中的位置: __________________ , Mg(OH) 2 的电子式: __________________________ 。 (2)A 2 B 的化学式为 ________ 。反应②的必备条件是 ______________ 。上图中可以循环使用的物质有 ______________ 。 (3) 在一定条件下,由 SiH 4 和 CH 4 反应生成 H 2 和一种固体耐磨材料 ________( 写化学式 ) 。 (4) 为实现燃煤脱硫,向煤中加入浆状 Mg(OH) 2 ,使燃烧产生的 SO 2 转化为稳定的 Mg 化合物,写出该反应的化学方程式: ____________________________ _______________________ 。 r (H + ) < r (Mg 2 + ) < r (N 3 - ) < r (Cl - ) 第三周期 ⅡA 族 Mg 2 Si 熔融、电解 NH 3 、 NH 4 Cl SiC 2Mg(OH) 2 + 2SO 2 + O 2 === 2MgSO 4 + 2H 2 O查看更多