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第三章第二讲镁铝及其重要化合物
第二讲 镁、铝及其重要化合物
[2017高考导航]
考纲要求
真题统计
命题趋势
1.了解金属铝的主要性质及其应用。
2.了解铝的重要化合物的主要性质及其应用。
3.了解“铝三角”和铝热反应。
2015,卷Ⅰ10T(C)、27T(6);
2015,卷Ⅱ13T(BC);
2014,卷Ⅱ9T(C);
2013,卷Ⅰ28T
(1)
铝及其化合物与生产、生活有较多联系,高考在本部分中往往以铝及其化合物知识为载体,考查对化学基本概念、基本理论的掌握。
预计2017年高考中,重点仍会放在铝与碱的反应、氧化铝的两性等基础知识上,还可能涉及铝的重要化合物的用途,如明矾净水、与铝有关的药品、食物的摄入等与生活联系密切的内容。
复习备考时注意Al3+、AlO
、Al(OH)3的相互转化。
考点一 镁、铝的性质及应用[学生用书P59]
1.铝的结构和存在
铝位于元素周期表的第三周期ⅢA族,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.金属铝的物理性质
铝是银白色、具有金属光泽的固体,硬度较小,具有良好的导电性、导热性和延展性。
3.金属铝的化学性质
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+3Cl2
2AlCl3
④2Al+2OH-+2H2O===2AlO
+3H2↑
⑤2Al+Fe2O3
Al2O3+2Fe(铝热反应)
4.铝的用途
纯铝用作导线,铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。
5.对比记忆铝、镁的化学性质
铝
镁
与非金属反应
能被Cl2、O2氧化
2Mg+O2
2MgO
3Mg+N2
Mg3N2
与水反应
反应很困难
能与沸水反应:
Mg+2H2O
Mg(OH)2+H2↑
与碱反应
能溶于强碱溶液
不反应
与某些氧化物反应
能与Fe2O3、MnO2、Cr2O3等金属氧化物发生铝热反应
能在CO2中燃烧:
2Mg+CO2
2MgO+C
Mg在CO2中能够燃烧,所以活泼金属着火时不能用二氧化碳灭火器和泡沫灭火器灭火。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)铝在自然界中有游离态和化合态两种形式。
( )
(2)Mg、Al在空气中性质稳定,因而都具有很强的抗腐蚀性。
( )
(3)MgO与Al粉的混合物也可称为铝热剂。
( )
(4)Mg是活泼金属,而Al是两性金属。
( )
答案:
(1)×
(2)× (3)× (4)×
2.镁、铝单质的化学性质以相似性为主,但也存在某些重大差异性,下列物质能用于证明二者存在较大差异性的是( )
①CO2 ②盐酸 ③NaOH溶液 ④CuSO4溶液
A.①④B.②③
C.①③D.②③④
解析:
选C。
镁能与CO2反应而铝不能,铝能与NaOH溶液反应而镁不能。
名师点拨
(1)Mg、Al在常温下均易在其表面形成致密的氧化膜。
(2)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。
(3)铝与稀硝酸反应时生成的气体是NO而不是H2。
(4)用铝箔包裹的钠与水反应时既考虑Na与水的反应,又考虑Al与NaOH溶液的反应。
(5)铝热剂(发生铝热反应)
铝与金属氧化物的混合物,其中金属氧化物中金属元素的还原性要比铝弱。
例如:
CuO与Al能发生铝热反应,而Al与MgO的混合物不能发生铝热反应。
(2016·郑州模拟)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H2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、等物质的量浓度的盐酸、氢氧化钠溶液中,在相同状况下,产生H2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H2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100mL3mol·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,测得生成的气体在相同状况下体积之比为V(甲)∶V(乙)=1∶2,则加入铝粉的质量为________。
A.5.4g B.3.6g
C.2.7gD.1.8g
[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。
(3)因为铝足量且产生H2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===2AlCl3+3H2↑,2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑。
可见当参加反应的HCl和NaOH的物质的量一样多时,产生H2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。
2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑
6mol3mol
3mol·L-1×0.1L0.15mol
则Al与NaOH反应生成的H2为0.15mol×2=0.3mol。
2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑
2×27g3mol
5.4g0.3mol
即投入的铝粉为5.4g。
[答案]
(1)1∶1
(2)1∶3 (3)3∶1 (4)A
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?
答案:
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。
铝与酸、碱反应生成H2的量的关系
铝与盐酸、氢氧化钠反应的化学方程式分别为2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑、2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑。
从化学方程式可以看出Al与酸、碱反应时生成H2的实质都是Al
Al3+,所以无论与酸还是与碱反应,Al与H2的关系都是2Al~3H2。
(1)等量铝分别与足量盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生氢气体积比
=1。
(2)足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生氢气的体积比
=
。
(3)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
<
<1,则必定是①铝与盐酸反应时,铝过量而盐酸不足;②铝与氢氧化钠反应时,铝不足而氢氧化钠过量。
解题时应充分利用上述过量关系。
铝的这种既能与酸(非氧化性酸)又能与强碱反应产生H2的性质常作为推断题的“题眼”。
题组 镁、铝的性质及计算
1.(2015·高考江苏卷)在CO2中,Mg燃烧生成MgO和C。
下列说法正确的是( )
A.元素C的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体
B.Mg、MgO中镁元素微粒的半径:
r(Mg2+)>r(Mg)
C.在该反应条件下,Mg的还原性强于C的还原性
D.该反应中化学能全部转化为热能
解析:
选C。
A选项,元素C还存在足球烯等其他同素异形体,所以错误;B选项,镁离子比镁原子少一个电子层,其半径比镁原子的小,所以错误;C选项,该反应中镁作还原剂,其还原性强于还原产物的还原性,所以正确;D选项,该反应发光,因此化学能不可能全部转化为热能,所以错误。
2.下列关于铝的叙述中正确的是( )
A.由于铝在空气中不会锈蚀,所以铝制品的使用寿命都很长
B.由于铝具有强还原性,所以常用铝来冶炼某些高熔点金属
C.常温下,铝被浓硫酸钝化,所以可用浓硫酸除去铝表面的铜镀层
D.由于铝的导电性能比铜强,所以常用铝制造电线、电缆
解析:
选B。
铝在空气中与O2反应,生成致密的氧化物薄膜,Al本身易于锈蚀,A错误;由于铝具有强还原性,可利用铝热反应来冶炼难熔金属,B正确;铜与浓硫酸常温下不反应,C错误;铝的导电性能比铜差,但价格相对低廉且密度较小,故常用铝制造电线、电缆,D错误。
3.用盐酸和NaOH溶液将4mol金属Al全部转化为Al(OH)3,共计消耗HClamol,NaOHbmol,则a+b的最小值为( )
A.4 B.6
C.8D.16
解析:
选B。
4molAl分别与HCl、NaOH反应全部转化为Al(OH)3,按如下方案分配a+b值最小,此方案逆推如下:
Al3++3AlO
+6H2O===4Al(OH)3↓
1mol3mol4mol
2Al3+~6HCl;NaOH~AlO
1mol 3mol 3mol 3mol
a+b的最小值为3+3=6。
考点二 铝的重要化合物[学生用书P60]
1.氧化铝
(1)物理性质:
白色固体,难溶于水,有很高的熔点。
(2)化学性质(填化学方程式)
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
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)
①Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O;
②Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O;
③2Al(OH)3
Al2O3+3H2O。
(3)制备
①向铝盐溶液中加入NH3·H2O,离子方程式为
Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
;
②向偏铝酸盐溶液中通入足量CO2,离子方程式为
AlO
+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
。
3.明矾净水原理
明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O,其净水原理涉及的离子方程式表示为Al3++3H2O
Al(OH)3(胶体)+3H+。
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)(2015·高考全国卷Ⅰ,10-C)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,说明金属铝的熔点较低。
( )
(2)(2014·高考四川卷)AlCl3溶液中加入过量稀氨水:
Al3++4NH3·H2O===AlO
+4NH
+2H2O。
( )
(3)(2014·高考北京卷)Al片溶于NaOH溶液中,产生气体:
2Al+2OH-+2H2O===2AlO
+3H2↑。
( )
(4)向明矾溶液中滴加Ba(OH)2溶液,恰好使SO
沉淀完全:
2Al3++3SO
+3Ba2++6OH-===2Al(OH)3↓+3BaSO4↓。
( )
(5)0.10mol·L-1的氨水与AlCl3溶液发生反应的离子方程式为Al3++3OH-===Al(OH)3↓。
( )
(6)明矾溶于水产生Al(OH)3胶体:
Al3++3H2O===Al(OH)3↓+3H+。
( )
(7)新制的氧化铝可溶于氢氧化钠溶液:
Al2O3+2OH-===2AlO
+H2O。
( )
答案:
(1)×
(2)× (3)√ (4)× (5)× (6)× (7)√
名师点拨
(1)Al(OH)3是一种不溶于水的白色胶状物,能作净水剂,能中和胃酸,也是一种阻燃材料。
(2)Al(OH)3具有两性,能溶于强酸、强碱,但不溶于弱酸(如H2CO3)、弱碱(如氨水)。
因此,制备Al(OH)3是用可溶性铝盐与过量氨水反应而不是过量NaOH溶液。
(高考组合题)下列说法中正确的是( )
A.(2015·高考重庆卷)Al2O3和MgO均可与NaOH溶液反应
B.(2015·高考山东卷)向Al2(SO4)3溶液中加入过量NH3·H2O:
Al3++4NH3·H2O===AlO
+2H2O+4NH
C.(2015·高考江苏卷)制备Al(OH)3悬浊液:
向1mol·L-1AlCl3溶液中加过量的6mol·L-1NaOH溶液
D.(2014·高考重庆卷)用CO2鉴别NaAlO2溶液和CH3COONa溶液
[解析] A项中MgO与NaOH溶液不反应,A不正确。
Al(OH)3不溶于氨水,B项离子方程式书写错误,应为Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
。
Al(OH)3溶于过量的NaOH溶液,C项不正确。
D项中CO2通入到NaAlO2溶液中可产生白色沉淀,通入到CH3COONa溶液中没有明显现象,故可鉴别二者,D项正确。
[答案] D
中学学习阶段接触到许多既能与酸反应又能与碱反应的物质,除了铝及其重要化合物外,你还知道哪些?
答案:
①弱酸的铵盐,如NH4HCO3、CH3COONH4、(NH4)2S等;②弱酸的酸式盐,如NaHCO3、KHS、NaHSO3;③氨基酸。
铝及其化合物与H+、OH-的反应规律
题组一 Al2O3、Al(OH)3的两性
1.(教材改编)某氧化物X难溶于水,能与烧碱反应,生成易溶于水的化合物Y,将少量Y溶液滴入盐酸中无沉淀生成,则X是( )
A.SiO2 B.Al2O3
C.MgOD.CuO
答案:
B
2.(2016·最新改编题)按要求填空。
①NaHSO3 ②Al2O3 ③Al(OH)3 ④(NH4)2CO3
⑤CH3COONH4 ⑥NaHCO3 ⑦Al
(1)在以上物质中,既能与强酸反应,又能与强碱反应的是________。
(2)属于两性化合物的是________。
解析:
两性物质是指既能与酸反应又能和碱反应生成盐和水的化合物,故只有Al2O3和Al(OH)3符合。
答案:
(1)①②③④⑤⑥⑦
(2)②③
题组二 制备Al(OH)3的途径选择
3.甲、乙、丙三位同学用规定的药品制备Al(OH)3。
规定必用的药品如下:
350g70%H2SO4溶液、NaOH固体240g、足量铝屑、水(不能用其他药品)。
甲、乙、丙用各自设计的方案制得Al(OH)3的质量分别是W1、W2、W3。
三种实验方案如下:
甲:
铝→加NaOH溶液→加H2SO4溶液→W1gAl(OH)3
乙:
铝→加H2SO4溶液→加NaOH溶液→W2gAl(OH)3
丙:
→W3gAl(OH)3
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,W1、W2、W3其质量由大到小的顺序是__________。
(3)制得Al(OH)3的最大质量是________。
解析:
甲:
2Al+2OH-+2H2O===2AlO
+3H2↑,
AlO
+H++H2O===Al(OH)3↓。
乙:
2Al+6H+===2Al3++3H2↑,
Al3++3OH-===Al(OH)3↓。
丙:
Al
Al3+,3Al
3AlO
,
Al3++3AlO
+6H2O===4Al(OH)3↓。
分析:
(从化学方程式的计量数角度考虑)
甲:
制取2molAl(OH)3消耗H+2mol、OH-2mol。
乙:
制取2molAl(OH)3消耗H+6mol、OH-6mol。
丙:
制取4molAl(OH)3消耗H+3mol、OH-3mol,
即制取2molAl(OH)3消耗H+1.5mol、OH-1.5mol。
结论是丙以较少的原料制出较多的Al(OH)3,最合理;乙以较多的原料制出较少的产品,最不合理。
相同的原料制取的Al(OH)3质量应是W3>W1>W2。
n(H+)=
×2=5mol,
n(OH-)=
=6mol,
由电荷守恒:
OH-过量,按H+计算。
按丙的方法:
3H+~3OH-~4Al(OH)3
3mol 312g
5mol x
x=
=520g。
答案:
(1)丙
(2)W3>W1>W2 (3)520g
4.[2013·高考全国卷Ⅰ,28-
(1)]Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。
工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是________________________(以化学方程式表示)。
解析:
从铝土矿(主要成分Al2O3)中提取Al2O3,主要应用Al2O3能与强碱溶液反应,生成可溶性NaAlO2溶液,过滤除去其他不溶性杂质,向滤液中通入酸性气体CO2,生成Al(OH)3沉淀,过滤,洗涤,加热分解Al(OH)3得到Al2O3。
答案:
Al2O3(铝土矿)+2NaOH===2NaAlO2+H2O、NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3、
2Al(OH)3△,Al2O3+3H2O
1.两性物质的概念辨析
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,既能与酸反应又能与碱反应的物质不一定是两性物质,Al2O3、Al(OH)3、氨基酸是两性物质。
2.Al(OH)3与Al2O3两性的重要应用
(1)用过量NaOH溶液检验Al3+的存在。
(2)用过量NaOH溶液鉴别Al3+和Mg2+。
(3)用互滴法鉴别Al3+与OH-、AlO
与H+。
(4)用过量NaOH溶液和相应酸溶液分离Al3+与Mg2+、Fe3+等离子或分离MgO、Al2O3。
3.Al(OH)3的三种制备方法
制取Al(OH)3时,一般不用强酸或强碱溶液,因为强酸、强碱能溶解生成的Al(OH)3,而又无法控制酸碱的用量,一般使用氨水或CO2制取。
考点三 “铝三角”转化关系及应用[学生用书P62]
1.Al3+、Al(OH)3、AlO
之间的转化关系
写出上述转化的离子方程式:
(1)①Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
,
②Al3++3AlO
+6H2O===4Al(OH)3↓,
③Al3++3OH-===Al(OH)3↓;
(2)Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O;
(3)Al3++4OH-===AlO
+2H2O;
(4)AlO
+4H+===Al3++2H2O;
(5)①AlO
+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
(CO2过量),
②AlO
+H++H2O===Al(OH)3↓;
(6)Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O。
2.Al3+、Al(OH)3、AlO
之间的定性分析和定量计算
(1)把NaOH溶液逐滴加入到AlCl3溶液中至过量
Ⅰ.定性分析
①现象:
先有白色沉淀产生,然后沉淀逐渐溶解。
②原理:
Al3++3OH-===Al(OH)3↓、
Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O。
③图像
Ⅱ.定量计算
①根据AlCl3(设为amol)与NaOH(设为bmol)计算生成Al(OH)3沉淀的量
②根据AlCl3(设为amol)和Al(OH)3(设为bmol)计算需要NaOH的量
当NaOH不足时,n(NaOH)=3b;
当NaOH过量时,n(NaOH)=4a-b。
(2)把AlCl3溶液逐滴加入到NaOH溶液中至过量
①现象:
开始时无明显现象,然后逐渐产生大量的白色沉淀。
②原理:
Al3++4OH-===AlO
+2H2O、
Al3++3AlO
+6H2O===4Al(OH)3↓。
③图像
(3)向NaAlO2溶液中逐滴加盐酸至过量
①现象:
先生成白色沉淀,随后沉淀逐渐溶解。
②原理:
AlO
+H++H2O===Al(OH)3↓、
Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O。
③图像
(4)向HCl溶液中逐滴加入NaAlO2溶液至过量
①现象:
开始无明显现象,反应一段时间后逐渐产生大量的白色沉淀。
②原理:
4H++AlO
===Al3++2H2O、
Al3++3AlO
+6H2O===4Al(OH)3↓。
③图像
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铝的化合物的图象问题
1.下列各项操作中,不发生“先产生沉淀,然后沉淀又溶解”现象的是( )
①向饱和碳酸钠溶液中通入过量的CO2 ②向NaAlO2溶液中逐滴加入过量的稀盐酸 ③向AlCl3溶液中逐滴加入过量稀氢氧化钠溶液 ④向硅酸钠溶液中逐滴加入过量的盐酸
A.①② B.①③
C.①④D.②③
解析:
选C。
①Na2CO3与CO2、H2O反应生成NaHCO3,由于Na2CO3的溶解度比NaHCO3的大,因而只会产生NaHCO3沉淀;②NaAlO2中加入稀盐酸,开始产生白色沉淀Al(OH)3,当盐酸过量时,Al(OH)3又溶于盐酸;③向AlCl3溶液中加入NaOH溶液开始产生白色沉淀Al(OH)3,当NaOH过量时,Al(OH)3又溶于NaOH;④只会生成H2SiO3沉淀。
2.(2016·哈尔滨高三模拟)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1molHCl、1molNaOH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:
选C。
镁比铝活泼,不能用铝粉与氧化镁共热制取镁,A错误;根据关系式2Al~6HCl~3H2,2Al~2NaOH~3H2,当铝足量时,等量的HCl和NaOH产生H2的体积比为1∶3,B错误;浓H2SO4可吸收浓HNO3中的水分,并放出大量热,促进HNO3挥发,使两种酸的浓度减小,铝片不钝化,D错误。
名师点拨
在Al3+、Al(OH)3、AlO
之间的定性分析和定量计算问题中应注意:
(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。
(高考经典题)铝是一种应用广泛的金属,工业上用Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)混合熔融电解制得。
铝土矿的主要成分是Al2O3和SiO2等。
从铝土矿中提炼Al2O3的流程如下:
回答下列问题:
(1)写出反应1的化学方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________;
(2)滤液Ⅰ中加入CaO生成的沉淀是________,反应2的离子方程式为________________________________________________________________________;
(3)电解制铝的化学方程式是_____
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- 第三 第二 讲镁铝 及其 重要 化合物