主族金属镁铝及其化合物Word文档下载推荐.docx
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Mg3N2(Mg3N2的特殊性质:
Mg3N2+6H2O
3Mg(OH)2↓+2NH3↑,导致其只能干态制取)。
镁不能和氢氟酸反应,因为MgF2难溶会阻碍继续反应。
(4)格氏试剂:
在醚的溶液中,镁能与卤代烃作用生成在有机化学中应用广泛的格氏试剂:
Mg+RX
RMgX
(5)制取单质镁:
一般是先从海水中得到氯化镁,然后电解熔融的氯化镁,MgCl2(熔融)
Mg+Cl2↑。
二、镁的化合物
(1)MgO俗称菱苦土,是一种白色粉末。
MgO对水呈一定惰性,特别是高温火烧后的MgO难溶于水。
煆烧温度在923K左右制成轻质MgO,煆烧温度在1923K以上制成重质MgO。
MgO是耐火材料。
(2)氢氧化镁是白色固体,置于空气中就吸水潮解,是难溶的氢氧化物,属于中强碱。
易溶于酸或铵盐溶液,Mg(OH)2+2H+
Mg2++H2O,Mg(OH)2+2NH4+
Mg2++2NH3·
H2O
(3)MgCl2·
6H2O只有在干燥的氯化氢气流中或加入脱水剂氯化亚砜(SOCl2),MgCl2·
6H2O加热才能生成无水MgCl2。
否则会发生水解,生成碱式氯化镁。
(4)硫酸镁是著名的泻药,也能治疗高血压。
三、铝单质
(1)铝是银白色轻金属,是重要的金属材料。
一般情况下表面有一层氧化保护膜(厚度达10nm),该膜可被NaOH和NaCl侵蚀。
(2)铝是两性金属,易溶于稀酸,在冷的浓硝酸和浓硫酸中的表面会被钝化。
但铝能和热的浓硫酸反应,生成硫酸铝和二氧化硫。
铝能溶于强碱中,2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑。
(3)铝能和许多非金属反应,如O2、S、C、N2、X2,生成+3价的铝的化合物。
(4)铝因与O2在高温下反应放出大量的热,所以铝常被用来从其他氧化剂中置换出金属,称为铝热法,2Al+Fe2O3
2Fe+Al2O3
(5)工业制取铝。
用碱溶液处理铝矾土矿(Al2O3)或用碳酸钠焙烧铝矾土矿:
Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O;
或Al2O3+Na2CO3===2NaAlO2+CO2
向澄清的铝酸盐溶液中通入CO2促使铝酸盐水解;
AlO
+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
将Al(OH)3过滤分离,干燥后煅烧,2Al(OH)3
Al2O3+3H2O
将Al2O3溶于熔融的冰晶石Na3AIF6中进行电解,2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑
三、铝的化合物
(1)氧化铝的两种构型
α-Al2O3:
自然界中的刚玉是此构型。
由于这种紧密堆积结构结构的晶格能大,所以α-Al2O3的熔点高、硬度大,可以作高硬度的研磨材料和耐火材料。
它不溶于水,也不溶于酸或碱,耐腐蚀性及电绝缘性好。
天然的或人造刚玉中由于含有不同的杂质而有多种颜色,例如含有微量的Cr3+的刚玉,称为红宝石,含有Fe2+,Fe3+或Ti4+的刚玉,称为蓝宝石。
将水合氧化铝加热至1273K以上,可以得到α-Al2O3。
γ-Al2O3:
氢氧化铝在较低的温度下脱水,生成γ-Al2O3。
这种氧化铝硬度不高,具有大的表面积、粒子小,具有高的吸附能力和催化活性,性质比α-Al2O3活泼,较易溶于酸或碱溶液,所以γ-Al2O3又称活性氧化铝,可以作吸附剂和催化剂。
Al2O3+6H+===2Al3++3H2O,Al2O3+2OH-===2AlO2-+H2O。
(2)氢氧化铝
由于氢氧化铝不溶于氨水,因此可以向Al3+中加入氨水形成氢氧化铝,Al3++3NH3·
H2O===Al(OH)3↓+3NH
。
氢氧化铝属于两性偏碱的化合物,Al(OH)3+OH-===AlO2-+2H2O,Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O;
向氢氟酸溶液中加入氢氧化铝和碳酸钠,可以得到冰晶石。
(3)氯化铝
共价化合物,易溶于乙醚等有机溶剂。
在气相或非极性溶剂中,AlCl3是二聚的,形成Al2Cl6分子,
无水AlCl3在常温下是一种白色固体,遇水发生强烈水解并放热甚至在潮湿的空气中也强烈地冒烟,最终水解成Al(OH)3。
因此无水氯化铝只能使用干法制备。
(4)明矾
十二水合硫酸钾KAl(SO4)3·
12H2O,其水解产物有吸附和絮凝作用,常用作净水剂。
(5)沸石
是由SiO4和AlO4四面体结构单元所组成。
【习题1】铝、铁是常见的金属,其化合物也有广泛的用途。
回答下列问题:
(1)氢氧化铝是一种两性氢氧化物,写出它的电离方程式_________________________________,将少量的稀盐酸逐渐滴入NaAlO2溶液,产生的现象为_________________________,用平衡移动原理来解释这一现象:
_______________________________________________________。
(2)明矾可以用于净水,用离子反应方程式来解释原理:
_________________________,将Ba(OH)2溶液滴入明矾溶液中,当SO42-完全沉淀,则铝元素在溶液中存在的形式为_________________________________(用化学式表示)。
【习题2】铝土矿(主要成分为Al2O3,还含有SiO2、Fe2O3)是工业上制备氧化铝的主要原料.工业上提取氧化铝的工艺流程如下:
(1)沉淀A的成分是(填化学式)_________。
(2)步骤②中加入过量NaOH溶液发生反应的离子方程式,除了H++OH﹣=H2O还有:
_____________________________、________________________________;
(3)步骤③中通入过量CO2气体而不加入过量盐酸的理由是___________________;
(4)准确称取8g铝土矿样品,加入一定量试剂a的溶液,使其中的Al2O3、Fe2O3恰好溶解;
然后,向滤液中加入10mol·
L-1的NaOH溶液,产生沉淀的质量与加入NaOH溶液的体积关系如图所示,则样品中Al2O3的百分含量为_________。
【习题3】镁、铝及其化合物在生产生活中具有重要的应用.回答下列问题:
(1)工业上冶炼金属镁是采用惰性电极电解熔融MgCl2的方法,此时阴极的电极反应式为:
_____________;
(2)工业上冶炼金属铝则是采用惰性电极电解熔融Al2O3的方法,关于为什么不采用电解熔融AlCl3的方法的叙述正确的是__________________(选择填空):
A.AlCl3是非电解质B.AlCl3水溶液不导电C.AlCl3是共价化合物D.AlCl3熔点太高
(3)用碳棒做电极电解熔融Al2O3时,阳极需要定期更换,其原因是____________________________(用电极反应式和化学方程式回答);
(4)已知:
Al2O3(熔融,l)=2Al(s)+3/2O2(g)△H=1600KJmol﹣1工业上利用惰性电极电解熔融Al2O3冶炼铝,每消耗1000kJ电能时,生成27gAl,则电解过程中能量利用率为_______________.
(5)明矾的化学式为KAl(SO4)212H2O,它可以作为净水剂,用离子方程式表示其能够净水的原因__________;
向明矾溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液至硫酸根离子刚好沉淀完全时,溶液的pH_______7(填>、<、=);
(7)若在空气中加热固体MgCl2•6H2O,可水解生成Mg(OH)Cl,写出相关的化学方程式______________,所以,为了抑制MgCl2•6H2O在加热时水解,可在干燥的______________气流中加热,可得到无水氯化镁.
【习题4】无水氯化铝是有机化工常用催化剂,其外观为白色固体,178℃时升华,极易潮解,遇水后会发热并产生白雾。
实验室用如下装置制备少量无水氯化铝,其反应原理为:
2Al+6HCl(g)→2AlCl3+3H2。
完成下列填空:
(1)写出B处烧瓶中发生反应的化学方程式:
_______________________________________。
(2)C中盛有的试剂为__________。
进行实验时应先点燃___________(选填“B”或“D”)处酒精灯。
(3)用粗短导管连接D、E的目的是_____________________(选填序号)。
a.防堵塞b.防倒吸c.平衡气压d.
冷凝回流
E瓶的作用是_______________________________________________________。
(4)F中盛有碱石灰,其目的是_______________(选填序号)。
a.吸收HClb.吸收Cl2c.吸收CO2d.吸收H2O
(5)①将D中固体改为市售氯化铝(AlCl3·
6H2O)也能进行无水氯化铝的制备,此时通入HCl气体的目的是___________________________________________________。
②若实验条件控制不当,最终得到的物质是碱式氯化铝[化学式为Al2(OH)nCl(6-n)],且质量是原市售氯化铝的40%,则可推算n的值为_____________。
(6)有人建议将上述装置A、B中的试剂改为浓盐酸和二氧化锰,其余装置和试剂均不变,也能制备无水AlCl3。
事实证明这样做比较危险,请简述理由_________________________。
【习题5】氯气在工业上有着重要的用途,某兴趣小组在实验室中模拟工业上用氯气制备无水氯化铝(无水AlCl3(183℃升华)遇潮湿空气即产生大量白雾).可用下列装置制备.
(1)装置B中盛放____________________溶液,其作用是_______________.F中的是_______________溶液,其作用是_______________.用一件仪器装填适当试剂后也可起到F和G的作用,所装填的试剂为____________________.
(2)装置A实验开始时,先检查装置气密性,接下来的操作依次是__________(填序号).
A.往烧瓶中加入MnO2粉末B.加热C.往烧瓶中加入浓盐酸
(3)制备反应会因盐酸浓度下降而停止.为测定反应残余液中盐酸的浓度,探究小组同学提出很多实验方案,其中方案之一为让残留的液体与足量Zn反应,测量生成的H2体积.装置如右图所示(夹持器具已略去).
①使Y形管中的残余清液与锌粒反应的正确操作是将__________转移到__________中.
②反应完毕,每间隔1分钟读取气体体积、气体体积逐渐减小,直至不变.气体体积逐次减小的原因是___________________________________(排除仪器和实验操作的影响因素)。
【习题6】硼镁泥是一种工业废料,主要成分是MgO(占40%),还有CaO、MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质,以此为原料制取的硫酸镁可用于印染、造纸、医药等工业。
从硼镁泥中提取MgSO4·
7H2O的流程如下:
(1)实验中需用1mol/L的硫酸480mL,若用18.4mol/L的浓硫酸来配置,量取浓硫酸时需使用的量筒规格为(_______)。
A10mLB20mLC50mLD100mL
(2)加入的NaClO可与Mn2+反应:
Mn2++ClO-+H2O=MnO2↓+2H++Cl-还有一种离子也会被NaClO氧化,该反应的离子方程式为___________________________;
滤渣中除含有氢氧化铁、氢氧化铝外还有_________。
(3)在“除钙”前需检验滤液中Fe3+是否被除尽,简述检验方法_____________________。
(4)已知硫酸镁、硫酸钙的溶解度如下表
“除钙”是将;
硫酸镁和硫酸钙混合溶液中的硫酸钙除去根据上表数据,采取的操作是_______________、趁热过滤、_________、____________,便得到比较纯净的硫酸镁。
(5)实验中提供的硼镁泥共100g,得到的MgSO4·
7H2O为172.2g,则MgSO4·
7H2O的产率为__________________。
【习题7】镁及其合金是一种用途很广的金属材料,目前世界上60%的镁是从海水中提取的。
某学校课外兴趣小组从海水晒盐后的盐卤(主要含Na+、Mg2+、Cl-、Br-等)中模拟工业生产来提取镁,主要过程如图:
(1)工业上从盐卤中获取Mg(OH)2用石灰乳而不用NaOH溶液的原因是_____________________。
(2)从过程①得到的Mg(OH)2沉淀中混有少量的Ca(OH)2,除去少量Ca(OH)2的方法是先将沉淀加入到盛有_____________________溶液的烧杯中,充分搅拌后经_______________、_______________(填操作方法)可得纯净的Mg(OH)2。
(3)如图是该兴趣小组设计进行过程③的实验装置图:
其中装置A的作用是_________________________。
(4)写出过程④中发生反应的化学方程式___________________________。
【习题8】卤块的主要成分是MgCl2,此外还含Fe3+、Fe2+和Mn2+等离子。
以卤块为原料可制得轻质氧化镁,工艺流程如图:
已知:
Fe2+氢氧化物呈絮状,不易从溶液中除去,所以常将它氧化为Fe3+,生成Fe(OH)3沉淀除去。
若要求产品尽量不含杂质,请根据表1和表2提供的资料,填写空白:
表1生成氢氧化物沉淀的pH
表2化学试剂价格表
物质
开始沉淀
沉淀完全
试剂
价格(元/吨)
Fe(OH)3
2.7
3.7
漂液(含25.2%NaClO)
450
Fe(OH)2
7.6
9.6
双氧水(含30%H2O2)
2400
Mn(OH)2
8.3
9.8
烧碱(含98%NaOH)
2100
Mg(OH)2
10.0
11.1
纯碱(含99.5%Na2CO3)
600
(1)在步骤②中加入的试剂X(从表2中选择)是___而不是双氧水,其原因是_______________________。
写出加入X发生反应的离子方程式_______________________________。
(2)在步骤③中控制pH=9.8,其目的是_______________________________。
(3)沉淀物A的成分为_____________,试剂Y(从表2中选择)应该是________。
(4)在步骤⑤中发生反应的化学方程式是_______________________________。
(5)若在实验室中完成步骤⑥,则沉淀物C必需在______(填仪器名称)中灼烧。
【习题9】用海水可同时生产氯化钠和金属镁或镁的化合物,其流程如下图所示:
(1)在实验室中由粗盐“重结晶”制精盐的操作包括溶解、过滤、蒸发、_________、洗涤等步骤;
有关其中“蒸发”步骤的叙述错误的是____________。
a.蒸发的目的是得到热饱和溶液
b.蒸发的目的是析出晶体
c.应用余热蒸干溶液
d.应蒸发至有较多晶体析出时为止
(2)由MgCl2溶液得到MgCl2·
6H2O也需要蒸发,根据溶解度曲线,蒸发的目的是_________。
a.得到热饱和溶液b.析出晶体
(3)若在空气中加热MgCl2·
6H2O,生成的是Mg(OH)Cl,写出反应的化学方程式:
___________________;
用电解法制取金属镁时,需要无水氯化镁。
在干燥的HCl气流中加热MgCl2·
6H2O时,能得到无水MgCl2,其原因是_______________________________________________________________。
(4)该流程产生的物质中,除Ca2+能被海洋生物利用外,还需综合利用的物质是_________。
(5)MgCl2可电解制Mg,MgO则是重要的耐火材料。
在550℃时,MgCl2·
6H2O会分解生成MgO、MgCl2、HCl和水,若不补充其它原料,使一定量的MgCl2·
6H2O全部生成amolMgO、bmolMgCl2和36.5%的盐酸,则a:
b≈______________(取整数值)。
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- 金属镁 及其 化合物
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