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从矿物质到金属材料
从矿物质到金属材料
第1课时镁、铝及其重要化合物
[考试标准]
考点
知识条目
必考要求
加试要求
考情分析
镁及其化合物
镁的物理性质及用途
a
a
2015.10T30、2017.4T10
镁的化学性质(跟非金属、酸、某些氧化物的反应)
b
c
2015.10T30、2016.4T17、20、2016.10T6、2017.11T3、7、20、2018.4T6、18、2018.6T5、30
镁的生产原理
a
b
2015.10T30
铝及其重要化合物
地壳中铝的含量及存在形式,铝合金
a
2017.11T31
从铝土矿中获得铝的方法
b
2017.4T30
铝的重要性质(跟酸、碱反应,铝热反应,钝化现象)
b
2015.9T30、2016.4T31
两性氧化物、两性氢氧化物的概念,Al2O3、Al(OH)3的重要性质,铝及其重要化合物之间的转化关系
c
2015.9T30
明矾的组成及净水原理
b
2017.11T31
考点一:
镁的性质
1.下列有关镁的叙述正确的是( )
A.镁条燃烧引起的火灾可用干粉灭火器扑灭
B.镁不能与浓硝酸反应
C.镁制容器可以贮存、运输浓硫酸
D.镁在CO2中燃烧的产物中含有单质
解析 不能用干粉灭火器扑灭镁燃烧引起的火灾,因为镁与CO2能反应生成MgO和C,A错误、D正确;常温下镁可与浓硝酸、浓H2SO4反应,故B、C项错误。
答案 D
考点二:
从海水中提镁
2.根据海水综合利用的工业流程图,判断下列说法不正确的是( )
A.除去粗盐中杂质(Mg2+、SO
、Ca2+),加入的药品顺序为:
NaOH溶液→BaCl2溶液→Na2CO3溶液→过滤后加盐酸
B.在过程②中将MgCl2·6H2O灼烧即可制得无水MgCl2
C.从能量转换角度看,氯碱工业电解饱和食盐水是一个将电能转化为化学能的过程
D.从第④步到第⑤步的目的是富集Br2
解析 A.除去粗盐中Mg2+,常用NaOH,除去SO
,常用BaCl2,除去Ca2+,常用Na2CO3,Na2CO3的作用不仅是除去Ca2+,还要除去过量的BaCl2,因此Na2CO3放在BaCl2的后面,即顺序是NaOH、BaCl2、Na2CO3或者BaCl2、NaOH、Na2CO3或者BaCl2、Na2CO3、NaOH,然后过滤,再加盐酸,除去过量的NaOH和Na2CO3,故A说法正确;B.灼烧MgCl2·6H2O时,需要在HCl氛围中加热,防止Mg2+水解,故B说法不正确;C.电解饱和食盐水,此装置为电解池,是电能转化为化学能,故C说法正确;D.海水中Br-浓度低,从④步到⑤步,目的是富集Br2,故D说法正确。
答案 B
考点三:
铝与铝合金
3.(加试题)agMg、Al合金完全溶解在c1mol·L-1、V1LHCl溶液中,产生bgH2。
再向反应后的溶液中加入c2mol·L-1、V2LNaOH溶液,恰好使沉淀达到最大值,且沉淀质量为dg。
下列关系错误的是( )
A.铝为
mol
B.c1=
C.d=a+17b
D.与金属反应后剩余盐酸为(c1V1-b)mol
解析 首先发生反应:
Mg+2HCl===MgCl2+H2↑,2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑,加入NaOH溶液恰好使沉淀达到最大值,若盐酸剩余,首先发生反应HCl+NaOH===NaCl+H2O(盐酸不剩余,则不发生该反应),然后发生反应AlCl3+3NaOH===Al(OH)3↓+3NaCl,MgCl2+2NaOH===Mg(OH)2↓+2NaCl,A.设合金中含有xmolMg,ymolAl,根据生成氢气的物质的量和金属的质量可列方程组计算合金中镁和铝的物质的量;B.反应后溶液的成分为NaCl,根据原子守恒可知n(HCl)=n(NaCl)=n(NaOH),据此计算;C.根据电荷守恒可知,金属提供电子物质的量等于沉淀中氢氧根离子的物质的量,根据电子转移计算金属提供的电子,沉淀质量=m(金属)+m(沉淀中氢氧根);D.总盐酸的物质的量减去生成氢气所用盐酸的物质的量即为剩余盐酸的物质的量。
答案 A
考点四:
铝与酸、碱的反应
4.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2、Fe2O3等杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下,对下述流程中的判断正确的是( )
A.试剂X为稀硫酸,沉淀中含有硅的化合物
B.反应Ⅱ中生成Al(OH)3的反应为CO2+AlO
+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
C.结合质子(H+)的能力由弱到强的顺序是OH->CO
>AlO
D.Al2O3熔点很高,工业上还可采用电解熔融AlCl3冶炼Al
解析 A项,Al2O3、Fe2O3和硫酸反应,SiO2和硫酸不反应,要将氧化铝溶解为偏铝酸钠,应该选择氢氧化钠,故A错误;B项,铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2、Fe2O3等杂质)中加入过量的氢氧化钠以后会生成偏铝酸钠溶液,偏铝酸盐中通二氧化碳来获得氢氧化铝沉淀,即CO2+AlO
+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
,故B正确;C项,结合质子的能力就是指碱性,结合质子能力越强,相应的酸放出质子的能力就越弱,其对应的酸的酸性就越弱,显然酸性:
HCO
>Al(OH)3>H2O,碱性:
OH->AlO
>CO
,所以结合质子能力:
OH->AlO
>CO
,故C错;D项,氯化铝是共价化合物,熔融时不存在铝离子,电解熔融的氯化铝不能获得金属铝,故D错误。
答案 B
考点五:
氧化铝的性质
5.(加试题)下列说法正确的是( )
A.Al2O3难溶于水,不跟水反应,所以它不是Al(OH)3对应的氧化物
B.因为Al2O3是金属氧化物,所以它是碱性氧化物
C.Al2O3能跟所有的酸碱溶液反应
D.Al2O3能跟强的酸或碱溶液反应
解析 因为2Al(OH)3
Al2O3+3H2O,所以Al2O3是Al(OH)3对应的氧化物。
Al2O3虽然是金属氧化物,但不是碱性氧化物,它是两性氧化物,它能跟强的酸或碱溶液反应,但不溶于很弱的酸或碱溶液中。
答案 D
考点六:
Al(OH)3、铝盐的性质
6.(加试题)无水AlCl3易升华,可用作有机合成的催化剂等。
工业上以铝土矿(Al2O3、Fe2O3)为原料制备无水AlCl3的工艺流程如下。
(1)氯化炉中Al2O3、Cl2和C反应的化学方程式为___________________________________________________________
___________________________________________________________。
(2)用Na2SO3溶液可除去冷却器排出的尾气中的Cl2,此反应的离子方程式为___________________________________________________________
___________________________________________________________。
(3)升华器中主要含有AlCl3和FeCl3,需加入少量Al,其作用是___________________________________________________________。
(4)为测定制得的无水AlCl3产品(含杂质FeCl3)的纯度,称取16.25g无水AlCl3样品,溶于过量的NaOH溶液中,过滤出沉淀物,沉淀物经洗涤、灼烧、冷却、称重,得其质量为0.32g。
①写出上述除杂过程中涉及反应的离子方程式:
___________________________________________________________
___________________________________________________________、
___________________________________________________________。
②AlCl3产品的纯度为________。
(5)工业上另一种以铝灰为原料制备无水AlCl3的工艺中,最后一步是由AlCl3·6H2O脱水制备无水AlCl3,实现这一步的方法是___________________________________________________________
___________________________________________________________。
解析
(1)由经冷却器出来的气体有CO和Cl2可知,CO是氯化炉中的生成物,且Cl2是过量的,故氯化炉中发生反应的化学方程式为Al2O3+3Cl2+3C
2AlCl3+3CO。
(2)亚硫酸钠是还原剂,氯气是氧化剂,则离子方程式为SO
+Cl2+H2O===SO
+2Cl-+2H+。
(4)①除杂过程中涉及反应的离子方程式为Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓、Al3++4OH-===AlO
+2H2O。
②沉淀物经洗涤、灼烧、冷却、称重,得到的0.32g固体物质是氧化铁,其物质的量为0.002mol,则氯化铁的物质的量为0.004mol,其质量为0.65g,得出AlCl3的质量为16.25g-0.65g=15.6g,AlCl3的纯度为
×100%=96%。
(5)由于氯化铝易水解,水解后生成的氯化氢气体挥发后,使水解平衡正向移动,生成大量的氢氧化铝,故为了抑制其水解,必须在氯化氢气流中加热脱去结晶水。
答案
(1)Al2O3+3Cl2+3C
2AlCl3+3CO
(2)SO
+Cl2+H2O===SO
+2Cl-+2H+ (3)除去FeCl3 (4)①Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓ Al3++4OH-===AlO
+2H2O ②96% (5)在HCl气流中加热脱去结晶水
考点七:
铝及其化合物的相关图像
7.(加试题)某溶液中可能含有Fe2+、Mg2+、Cu2+、NH
、Al3+中的一种或几种。
当加入一种淡黄色固体并加热溶液时,有刺激性气体放出和白色沉淀生成,加入淡黄色固体的物质的量(横坐标)与析出沉淀和产生气体的物质的量(纵坐标)的关系,如下图所示。
请填写下列空白:
(1)在该溶液中含有的离子是________,物质的量浓度之比为________。
(2)所加的淡黄色固体是________(化学式)。
解析 淡黄色固体加入溶液中,并加热溶液时,有刺激性气体放出和白色沉淀生成,则淡黄色固体为Na2O2,图像实际为两个图合在一起,较上的是气体,较下的是沉淀,图像中加入8mol过氧化钠后,沉淀减小,且为白色沉淀并没有完全溶解,则溶液中一定没有Fe2+和Cu2+,一定有NH
、Al3+、Mg2+,加入8mol过氧化钠之后,生成气体减小,故加入8mol过氧化钠时,铵根离子完全反应,
(1)由纵坐标可知:
n(Mg2+)=n[Mg(OH)2]=2mol,n(Al3+)=4mol-n[Mg(OH)2]=2mol,当n(Na2O2)=8mol时,由2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑,可知n(O2)=8mol×
=4mol,所以n(NH
)=n(NH3)=10mol-n(O2)=6mol,故n(Mg2+)∶n(Al3+)∶n(NH
)=2mol∶2mol∶6mol=1∶1∶3;
(2)由上述分析可知,淡黄色固体为:
Na2O2。
答案
(1)Mg2+、Al3+、NH
1∶1∶3
(2)Na2O2
易错点一 不能理解铝与NaOH反应的实质
误认为Al和NaOH的反应中,Al作还原剂,NaOH作氧化剂。
Al和NaOH的反应实质是Al先和H2O反应生成Al(OH)3和H2,由于Al(OH)3具有两性,又与NaOH反应生成NaAlO2,因此Al作还原剂,H2O作氧化剂。
[易错训练1] (2018·金华十校)铝土矿的主要成分是Al2O3,此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质,下图所示是从铝土矿中制备铝的工艺流程:
已知:
溶液中硅酸钠与偏铝酸钠反应能生成硅铝酸盐沉淀,化学方程式为:
2Na2SiO3+2NaAlO2+2H2O===Na2Al2Si2O8↓+4NaOH。
下列说法不正确的是( )
A.滤渣A的成分为Na2Al2Si2O8和Fe2O3
B.用过量CO2酸化,生成Al(OH)3的反应:
AlO
+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
C.过滤操作时,用玻璃棒搅拌,可以加快过滤速度
D.灼烧操作前,坩埚需先洗净,再擦干
解析 A.只有氧化铁与碱不反应,结合信息②可知还生成Na2Al2Si2O8沉淀,则滤渣A的主要成分为Fe2O3、Na2Al2Si2O8,故A正确;B.经过足量氢氧化钠溶液的溶解,大部分铝元素均以NaAlO2的形式存在于滤液中,通入过量二氧化碳可以将NaAlO2完全转化为Al(OH)3,反应的离子方程式为:
AlO
+2H2O+CO2===HCO
+Al(OH)3↓,故B正确;C.过滤操作时,不能用玻璃棒搅拌,容易将滤纸捅破,故C错误;D.灼烧操作前,坩埚需先洗净,再擦干,防止加热时坩埚炸裂,故D正确;故选C。
答案 C
易错点二 对铝热反应认识不清
误认为Al与所有金属氧化物均能组成铝热剂。
其实不然,该金属氧化物对应的金属活泼性应比铝弱才能与Al组成铝热剂。
[易错训练2] 已知二氧化硅、二氧化硫和二氧化碳都是酸性氧化物,化学性质具有一定的相似性,镁和钠的化学性质也具有一定的相似性。
用如上图所示装置进行镁和二氧化硫的实验,其中A是制备二氧化硫的发生装置。
(1)选择制取二氧化硫的合适试剂________(填序号)。
①10%的硫酸溶液 ②80%硫酸溶液 ③亚硫酸钠固体 ④亚硫酸钙固体
(2)写出装置B中发生反应的化学方程式:
____________________________
___________________________________________________________。
(3)你认为该装置的不足之处是_____________________________
___________________________________________________________(任写2条)。
解析
(1)制取SO2应选用浓H2SO4和亚硫酸盐,但不可选用CaSO3,因为CaSO3与硫酸反应生成的CaSO4微溶于水,会附在固体表面,阻碍反应进行,所以选择的试剂为②③;
(2)Mg具有还原性,SO2具有氧化性,二者发生氧化还原反应,反应的方程式为3Mg+SO2
2MgO+MgS或2Mg+SO2
2MgO+S、Mg+S
MgS;(3)该装置存在的问题主要有:
A中的水蒸气会进入B中与Mg反应,在A、B之间应连接一个干燥装置;Mg能与玻璃中的SiO2反应,在Mg下方应垫一不锈钢片,隔离Mg和玻璃管;尾气处理装置C的试管用胶塞封闭,且无防倒吸装置。
答案
(1)②③
(2)3Mg+SO2
2MgO+MgS或2Mg+SO2
2MgO+S、Mg+S
MgS (3)在A和B之间没有连接一干燥装置;C装置未与大气相通;在镁下方未垫一不锈钢片,镁与玻璃管反应;未设计一防倒吸装置(任写其中两条即可)
易错点三 铝及其化合物常见的易错点
1.铝是活泼金属,但铝抗腐蚀性相当强,因为铝表面生成一层致密的氧化物薄膜。
2.误认为Fe或者Al在常温下遇到浓硫酸没有发生反应,其实发生了钝化,只是在表面上生成了一层致密的氧化物薄膜,阻止了反应进一步发生而已。
3.Al(OH)3不溶于氨水,实验室常用铝盐和氨水来制备Al(OH)3。
4.泡沫灭火器所用试剂为Al2(SO4)3溶液和NaHCO3溶液。
5.明矾净水只能除去水中的悬浮杂质,不能杀菌消毒,而液氯只能杀菌消毒,不能沉淀悬浮的杂质,二者原理不同。
[易错训练3] 在洪水过后缺乏饮用水的情况下,可以采用明矾进行净水。
下列关于明矾净水的认识正确的是( )
A.明矾具有杀菌消毒之功效
B.明矾在水溶液中形成胶体,起到吸附作用
C.明矾在水溶液中形成氢氧化铝沉淀,起到杀菌作用
D.明矾溶解于水,水中的离子浓度增大,具有杀菌作用
解析 明矾溶解于水,其中的Al3+与水电离出的氢氧根离子形成氢氧化铝胶体,胶体多孔,具有吸附作用,可以吸附水中的悬浮物,从而起到净水的目的。
答案 B
1.铝有较强的抗腐蚀性能,主要是因为( )
A.与氧气在常温下不反应
B.铝性质不活泼
C.铝表面形成了一层致密的氧化膜
D.铝耐酸耐碱
解析 通常情况下铝很耐腐蚀,这是因为铝在常温下与空气中的氧气发生化学反应,使铝的表面生成了一层致密的氧化铝薄膜从而阻止了内部的铝进一步氧化。
答案 C
2.某离子化合物M(仅含三种元素)是一种镁基储氢材料。
为探究M的组成和性质,设计并完成如下实验:
已知:
气体的体积均在标准状况下测定,化合物A仅含两种元素。
请回答:
(1)化合物M中阳离子和阴离子的个数比为1∶2,则M的化学式为________。
(2)化合物A与H2O反应的化学方程式__________________________
___________________________________________________________。
(3)镁条在足量的气体B中燃烧可生成化合物M和气体D,则D的分子式为________。
(4)研究表明液态B也是一种良好的储氢物质,其储氢容量可达17.6%,已知液态B中存在类似水的电离(2H2O
H3O++OH-),用Pt电极对液态B进行电解可产生两种气态单质。
①液态B的电离方程式_____________________________
___________________________________________________________。
②电解时,阴极的电极反应式___________________________________
___________________________________________________________。
解析 气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,则B为NH3,气体的体积均在标准状况下测定,某物质M(仅含三种元素)是一种镁基储氢材料,M高温分解生成固体A和气体B为氨气,物质的量=
=0.2mol,证明M中含有N、H、Mg元素,化合物A只含两种元素,和水反应生成氨气和白色沉淀C,固体A和水反应生成氨气的物质的量=
=0.1mol,白色沉淀C为氢氧化镁沉淀,则A为Mg3N2,物质的量为0.05mol,元素守恒得到Mg元素物质的量0.15mol,所含氮元素0.1mol,M分解生成氨气0.2mol,则M中含氮元素0.2mol+0.1mol=0.3mol,气体B为NH3,物质的量为0.2mol,所含氢元素物质的量=0.2mol×3=0.6mol,M中元素物质的量之比为:
n(Mg)∶n(N)∶n(H)=0.15∶0.3∶0.6=1∶2∶4。
(1)化合物M中阳离子和阴离子的个数比为1∶2,M中元素物质的量之比为:
n(Mg)∶n(N)∶n(H)=0.15∶0.3∶0.6=1∶2∶4,则M的化学式为Mg(NH2)2;
(2)化合物A为Mg3N2,与H2O反应的化学方程式为Mg3N2+6H2O
3Mg(OH)2+2NH3↑;(3)镁条在足量的氨气中燃烧可生成化合物M[Mg(NH2)2]和气体D,在M中n(N)∶n(H)=1∶2,而氨气中n(N)∶n(H)=1∶3,则D中含有H元素,分子式为H2;(4)①液态氨中存在类似水的电离(2H2O
H3O++OH-),则氨的电离方程式为2NH3
NH
+NH
;②用Pt电极对液态B进行电解可产生两种气态单质,分别为氮气和氢气,电解时,阴极发生还原反应,电极反应式为2NH
+2e-===H2↑+2NH3。
答案
(1)Mg(NH2)2
(2)Mg3N2+6H2O
3Mg(OH)2+2NH3↑
(3)H2 (4)2NH3
NH
+NH
2NH3+2e-===H2↑+2NH
或2NH
+2e-===H2↑+2NH3
3.某同学在实验室从如图Ⅰ标签的试剂瓶中取少许镁进行燃烧实验。
(1)实验后发现还有少许黑色固体生成。
从反应物及实验操作猜测:
该黑色物质可能为碳与另一种氧化物组成的混合物,则该氧化物可能是________或________(写化学式)。
写出镁燃烧生产碳的化学反应方程式___________________________________________________________
___________________________________________________________。
(2)对黑色固体物质的组成做如下探究。
仅通过实验Ⅱ,用合理方法能快速确定黑色物质的组成,请完善该设计。
限选试剂稀盐酸、KSCN溶液、KMnO4溶液、10%H2O2。
实验操作:
取少量实验的澄清溶液加入试管中,再加入________。
解析
(1)镁与二氧化碳反应生成氧化镁和碳,镁与氧气反应生成白色氧化镁,镁中含有杂质铁,铁燃烧生成黑色氧化物Fe3O4、FeO都呈黑色;Fe3O4中含有+3价铁,Fe3+遇KSCN溶液变为血红色;
(1)燃烧后生成少许黑色固体。
镁中含有杂质铁,黑色物质可能为碳与另一种氧化物组成的混合物,则该氧化物可能是Fe3O4或FeO;镁与二氧化碳燃烧生产碳和氧化镁,化学反应方程式是2Mg+CO2
2MgO+C;
(2)Fe3+遇KSCN溶液变为血红色,所以实验操作为:
取少量实验的上层澄清溶液加入试管中,再加入适量的KSCN溶液,如果溶液显血红色,则黑色物质为Fe3O4,反之则为FeO。
答案
(1)Fe3O4 FeO 2Mg+CO2
2MgO+C
(2)适量的KSCN溶液,如果溶液显红色,则黑色物质为Fe3O4,反之则为FeO
4.以高硫铝土矿(主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2,少量FeS2和金属硫酸盐)为原料,生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如下:
(1)焙烧过程均会产生SO2,用NaOH溶液吸收过量SO2的离子方程式为___________________________________________________________。
(2)添加1%CaO和不添加CaO的矿粉焙烧,其硫去除率随温度变化曲线如图所示。
已知:
多数金属硫酸盐的分解温度都高于600℃
硫去除率=
×100%
①不添加CaO的矿粉在低于500℃焙烧时,去除的硫元素主要来源于________。
②700℃焙烧时,添加1%CaO的矿粉硫去除率比不添加CaO的矿粉硫去除率低,其主要原因是__________________________________________
___________________________________________________________。
(3)向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2,铝元素存在的形式由________(填化学式)转化为________(填化学式)。
(4)“过滤”得到的滤渣中含大量的Fe2O3。
Fe2O3与FeS2混合后在缺氧条件下焙烧生成Fe3O4和SO2,理论上完全反应消耗的n(FeS2)∶n(Fe2O3)=________。
解析
(1)二氧化硫是酸性氧化物,少量二氧化硫与NaOH溶液反应生成正盐Na2SO3,过量二氧化硫
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- 矿物质 金属材料