备战高考化学镁及其化合物的推断题综合题试题含详细答案.docx
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备战高考化学镁及其化合物的推断题综合题试题含详细答案
2020-2021备战高考化学镁及其化合物的推断题综合题试题含详细答案
一、镁及其化合物
1.镁铝合金在交通、航空、电子等行业有着广泛的应用。
某化学兴趣小组试对镁铝合金废料进行回收利用,实验中可将铝转化为硫酸铝晶体,并对硫酸铝晶体进行热重分析。
镁铝合金废料转化为硫酸铝晶体实验流程如下:
试回答下列问题:
(1)在镁铝合金中加入NaOH溶液,写出反应的化学反应方程式,固体B的化学式。
(2)操作Ⅱ包含的实验步骤有:
蒸发浓缩、、、洗涤、干燥。
(3)操作Ⅱ中常用无水乙醇对晶体进行洗涤,选用无水乙醇的原因是。
(4)若初始时称取的镁铝合金废料的质量为9.00g,得到固体A的质量为4.95g,硫酸铝晶体的质量为49.95g(假设每一步的转化率均为100%,合金废料中不含溶于碱的杂质)。
计算得硫酸铝晶体的化学式为。
(5)取上述硫酸铝晶体进行热重分析,其热分解主要分为三个阶段:
323K-523K,553K-687K,1043K以上不再失重,其热分解的TG曲线见下图,
已知:
。
根据图示数据计算确定每步分解的产物,写出第一阶段分解产物的化学式,第三阶段反应化学方程式。
【答案】
(1)2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
(2)Al(OH)3(3)冷却结晶(4)过滤减少晶体的溶解(5)洗去晶体表面杂质(6)有利于晶体的干燥(7)Al2(SO4)3·18H2O(8)Al2(SO4)3·3H2O(9)Al2(SO4)3
Al2O3+3SO3↑
【解析】
【分析】
向镁铝合金中加入足量氢氧化钠溶液,发生反应:
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑,镁不反应,固体A为Mg,采用过滤的方法进行分离,向滤液中通入二氧化碳,发生反应:
NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3,再通过过量进行分离,固体B为氢氧化铝,氢氧化铝与硫酸反应得到硫酸铝溶液,再经过蒸发浓缩、冷却结晶、洗涤、干燥得到硫酸铝晶体
(1)Al和氢氧化钠溶液生成可溶性的偏铝酸钠,镁不反应;
(2)从溶液中获得晶体,需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等操作;
(3)用乙醇洗涤,可以减少晶体的溶解,有利于晶体的干燥;
(4)Al的质量为9g-4.95g=4.05g,设硫酸铝晶体化学式为:
Al2(SO4)3·nH2O,根据Al元素守恒计算硫酸铝晶体的物质的量,再计算硫酸铝晶体的相对分子质量,进而计算n的值,确定化学式;
(5)根据(4)中计算可知,晶体中结晶水的质量分数,低温加热,首先失去结晶水,高温下,最终硫酸铝分解,根据失重%计算判断各阶段分解产物,再书写化学方程式;
【详解】
(1)在镁铝合金中加入NaOH溶液,Al可以与强碱溶液发生反应,而Mg不能反应,该反应的化学反应方程式是2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑;所以固体A是Mg;向滤液中通入过量的CO2气体,由于酸性H2CO3>Al(OH)3,会发生反应:
NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3;所以固体B是Al(OH)3;
(2)用硫酸溶解该固体,发生反应:
2Al(OH)3+3H2SO4=Al2(SO4)3+6H2O;得到的溶液C是Al2(SO4)3溶液;由于其溶解度随温度的升高而增大,所以从溶液中获得晶体的方法是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥;
(3)操作Ⅱ中常用无水乙醇对晶体进行洗涤,来洗去表面的杂质离子,选用无水乙醇的原因是减少晶体的溶解;洗去晶体表面杂质;有利于晶体的干燥;
(4)若初始时称取的镁铝合金废料的质量为9.00g,得到固体A的质量为4.95g,金属发生反应,而镁不反应,减少的质量为金属铝的质量,则m(Al)=9.00g—4.95g=4.05g,n(Al)=
=0.15mol,硫酸铝晶体的质量为49.95g,硫酸铝晶体中含有SO42-的物质的量为n(SO42-)=
n(Al3+)=
×0.15mol=0.225mol,Al2(SO4)3的质量是m(Al2(SO4)3)=(
)×342g/mol=25.65g,则含有的结晶水的物质的量是n(H2O)=
=1.35mol,则n(Al2(SO4)3):
n(H2O)=(
):
1.35mol=1:
18,所以该结晶水合物的化学式是:
Al2(SO4)3·18H2O。
(5)在第一个阶段,减少的水的质量是:
m(H2O)=40.54%×49.95g=20.25g,失去的结晶水的物质的量是:
n(H2O)=
=1.125mol,则在晶体中n(Al2(SO4)3):
n(H2O)=
:
(1.35mol-1.125mol)=1:
3,所以此时得到的晶体的化学式是Al2(SO4)3·3H2O;
在第二个阶段,失去结晶水的物质的量是n(H2O)=
=1.35mol,结晶水完全失去,得到的固体物质是:
Al2(SO4)3,则在第三个阶段加热发生分解反应,是硫酸铝的分解,方程式是:
Al2(SO4)3
Al2O3+3SO3↑。
2.有A、B、C三种常见的金属单质,A在空气中燃烧生成淡黄色固体;B也能在空气中剧烈燃烧,发出耀眼的白光;C在一定条件下与水蒸气反应生成氢气和一种黑色固体。
根据以上信息回答下列问题:
(1)写出化学式:
A.________;B.________;C.________。
(2)写出化学方程式:
①C与水蒸气反应______________________________________________________;
②A与水反应_______________________________________________________。
【答案】NaMgFe3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H22Na+2H2O=2NaOH+H2↑
【解析】
【分析】
有A、B、C三种常见的金属单质,A在空气中燃烧生成淡黄色固体,则A为钠;B也能在空气中剧烈燃烧,发出耀眼的白光,则B为镁;C在一定条件下与水蒸气反应生成H2和一种黑色固体,则C为铁,据此分析。
【详解】
有A、B、C三种常见的金属单质,A在空气中燃烧生成淡黄色固体,则A为钠;B也能在空气中剧烈燃烧,发出耀眼的白光,则B为镁;C在一定条件下与水蒸气反应生成H2和一种黑色固体,则C为铁。
(1)A、B、C的化学式分别为Na、Mg、Fe。
(2)化学方程式为
①C与水蒸气反应化学方程式为3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2;
②A与水反应化学方程式为2Na+2H2O=2NaOH+H2↑。
3.如图中A~H都是中学化学中常见的物质,其中,常温下A能使铁或铝钝化,B是固体非金属单质,C为水,D是一种能使品红溶液褪色的无色气体,F是金属单质,G可以用作耐火材料,它们之间有如下转化关系:
(1)写出下列物质的化学式:
E____________,H____________;
(2)写出A溶液与B反应的化学方程式:
____________;
试写出E与F的反应方程式:
_______________。
【答案】CO2SO3C+2H2SO4(浓)
2SO2↑+CO2↑+2H2O2Mg+CO2
2MgO+C
【解析】
【分析】
常温下A能使铁或铝钝化,A可能为浓硝酸或浓硫酸,B是固体非金属单质,C为水,D是一种能使品红溶液褪色的无色气体,则A为浓硫酸,B为碳,D为SO2,E为CO2,SO2被氧气氧化产生SO3,所以H为SO3,SO3与H2O反应产生H2SO4,F是金属单质,能够在CO2发生燃烧反应,则F是Mg,Mg在CO2中燃烧产生C、MgO,G可以用作耐火材料,则G为MgO,据此解答。
【详解】
根据上述分析可知:
A为浓H2SO4,B为C,C为H2O,D为SO2,E为CO2,F是Mg,G为MgO,H为SO3。
(1)E为CO2,H为SO3;
(2)C与浓硫酸混合加热发生氧化还原反应,产生CO2、SO2、H2O,反应的化学方程式:
C+2H2SO4(浓)
2SO2↑+CO2↑+2H2O;Mg在CO2中在点燃时反应产生MgO和C,反应方程式为:
2Mg+CO2
2MgO+C。
【点睛】
本题考查了无机物的推断。
常温下A能使铁或铝钝化,D是一种能使品红溶液褪色的无色气体是本题的突破口,要掌握各种物质的性质及转化关系,注意镁可以在二氧化碳气体中燃烧。
4.置换反应的通式可表示为:
请回答下列问题:
(1)若甲为黄绿色气体,单质乙能使淀粉溶液变蓝色,则该反应的离子方程式为:
;
(2)若过量的单质甲与化合物A发生反应的化学方程式为:
2Al+Fe2O3
Al2O3+2Fe。
该反应可用于焊接铁轨,要除去反应后混合物中剩余的铝粉与生成的Al2O3所用的试剂是:
;
(3)若单质甲是一种常见的金属单质,化合物B是一种磁性黑色晶体,写出该反应的化学方程式:
;
(4)若单质乙是黑色非金属固体单质,化合物B是一种优质的耐高温材料,则该反应的化学方程式为:
。
(5)硅是一种重要的半导体材料,广泛应用于电子工业的各个领域。
工业上制取硅单质所用的化合物A是,A非常细,导光能力很强,可用作。
【答案】
(1)2I-+Cl2=I2+2Cl-
(2)NaOH溶液
(3)3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2
(4)2Mg+CO2
2MgO+C
(5)SiO2光导纤维
【解析】
【分析】
置换反应的反应物、生成物中都有单质和化合物,一定属于氧化还原反应,因而有化合价的升高和降低。
【详解】
(1)黄绿色气体甲为氯气,能使淀粉溶液变蓝色的单质乙为碘,则反应的离子方程式为2I-+Cl2=I2+2Cl-;
(2)Al、Al2O3都能溶于强碱溶液,而Fe、Fe2O3不溶。
要除去反应后混合物中剩余的铝粉与生成的Al2O3可使用NaOH溶液;
(3)常见的金属单质有钠、铝、铁、铜等,磁性黑色晶体B为Fe3O4,则反应的化学方程式为3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2;
(4)黑色非金属固体单质为焦炭,耐高温材料有MgO、Al2O3等高熔点物质,则该反应的化学方程式为2Mg+CO2
2MgO+C。
(5)工业上制取硅单质通常用焦炭和石英砂高温反应,则化合物A是SiO2,因其导光能力很强,可用作光导纤维。
5.已知A、B、C为常见的单质,在一定条件下相互转化的关系如图:
(1)若常温下,A、B均为气体,C为红色固体,E为黑色固体,则E的化学式为__________,写出A+E→D的化学反应方程式__________________________。
(2)若常温下B、C均为气体,A为金属单质,D为黑色晶体,则E的电子式为_____________,写出A+E→D的化学反应方程式_____________________。
(3)若常温下B为气体,C为黑色固体,则构成金属A的原子结构示意图为____________,写出A+E→D的化学反应方程式___________________________。
【答案】CuOCuO+H2
Cu+H2O
3Fe+4H2O
Fe3O4+4H2
2Mg+CO2
2MgO+C
【解析】
【详解】
(1)若常温下,A、B均为气体,C为红色固体,E为黑色固体,则A-E分别为氢气、氧气、铜、水、氧化铜,氢气与氧化铜加热时反应生成铜和水;
(2)若常温下B、C均为气体,A为金属单质,D为黑色晶体,则A-E分别为铁、氧气、氢气、四氧化三铁、水;铁与水蒸气加热时反应生成四氧化三铁和氢气;
(3)若常温下B为气体,C为黑色固体,则A-E分别为Mg、氧气、C、MgO、二氧化碳,镁与二氧化碳反应生成氧化镁和碳;
6.在MgCl2和AlCl3的混合溶液中,逐滴加入NaOH溶液直至过量。
经测定,加入的NaOH的物质的量(mol)和所得沉淀的物质的量(mol)的关系如下图所示。
(1)写出代表下列线段发生的反应的离子方程式:
DC段________________________________________________。
(2)原溶液中Mg2+、Al3+的物质的量之比为_____________。
(3)图中B点时所加入溶液中含NaOH为________mol
(4)若向50mL2mol·L-1的AlCl3溶液中加入100mLKOH溶液,充分反应后得到3.12g沉淀。
则KOH的物质的量浓度可能为________________________________。
【答案】Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O2∶10.8mol1.2mol·L﹣1、3.6mol·L﹣1
【解析】试题分析:
本题考查与Al(OH)3有关的图像的计算,Al3+与强碱反应的计算。
在MgCl2和AlCl3的混合溶液中,逐滴加入NaOH溶液,图像中OD段发生的反应为MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2↓+2NaCl、AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓+3NaCl;Mg(OH)2不溶于NaOH溶液,Al(OH)3溶于NaOH溶液,DC段发生的反应为Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O。
(1)DC段为Al(OH)3溶于NaOH生成NaAlO2和H2O,反应的离子方程式为Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O。
(2)根据纵坐标,Mg(OH)2物质的量为0.2mol,n(Mg2+)=n[Mg(OH)2]=0.2mol,Al(OH)3物质的量为0.3mol-0.2mol=0.1mol,n(Al3+)=n[Al(OH)3]=0.1mol,原溶液中Mg2+、Al3+物质的量之比为0.2mol:
0.1mol=2:
1。
(3)根据反应Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓,Mg2+消耗的NaOH物质的量为0.2mol
2=0.4mol;B点时Al3+完全转化为AlO2-,根据反应Al3++4OH-=AlO2-+2H2O,到B点时Al3+消耗的NaOH物质的量为0.1mol
4=0.4mol;图中B点所加溶液中含NaOH物质的量为0.4mol+0.4mol=0.8mol。
(4)n(AlCl3)=2mol/L
0.05L=0.1mol,n[Al(OH)3]=
=0.04mol
0.1mol。
可能存在两种情况,①若加入的KOH溶液较少使部分AlCl3反应生成Al(OH)3沉淀,根据反应AlCl3+3KOH=3KCl+Al(OH)3↓,消耗的KOH物质的量n(KOH)=3n[Al(OH)3]=3
0.04mol=0.12mol,c(KOH)=
=1.2mol/L;②若加入的KOH使AlCl3完全沉淀,KOH又溶解了部分Al(OH)3,AlCl3完全沉淀消耗KOH物质的量为0.1mol
3=0.3mol,生成Al(OH)3沉淀的最大值为0.1mol,则溶解的Al(OH)3物质的量为0.1mol-0.04mol=0.06mol,根据反应Al(OH)3+KOH=KAlO2+2H2O,溶解Al(OH)3消耗的KOH物质的量为0.06mol,加入的KOH物质的量为0.3mol+0.06mol=0.36mol,c(KOH)=
=3.6mol/L;KOH物质的量浓度可能为1.2mol/L或3.6mol/L。
7.将一定质量的Mg和Al的混合物投入500mL稀硫酸中,固体全部溶解并产生气体.待反应完全后,向所得溶液中加入NaOH溶液,生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液的体积关系如图所示.
(1)Mg和Al的总质量为g
(2)硫酸的物质的量浓度为.
(3)NaOH溶液的物质的量浓度为.
【答案】
(1)9.0g
(2)1.0mol/L(3)5.0mol/L
【解析】
试题分析:
(1)由图可知,0~20mL发生酸碱中和反应,20~200mL发生反应生成氢氧化镁和氢氧化铝沉淀,200~240mL发生Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O,由图象可知,n(Mg)="0.15"mol,n(Al)="0.2"mol,则Mg和Al的总质量为0.15×24+0.2×27=9.0g;
(2)由200~240mL发生Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O,则c(NaOH)="0.2/0.04"="5"mol/L,200mL时生成沉淀最多,溶液中的溶质为硫酸钠,则c(H2SO4)=(0.2×5÷2)/0.5=1.0mol/L;
(3)NaOH溶液的物质的量浓度为5.0mol/L。
考点:
镁、铝的性质
8.镁的化合物具有广泛用途,请回答有关镁的下列问题:
(1)单质镁在空气中燃烧的主要产物是________,还生成少量的________(填化学式)。
(2)物质的量为0.10mol的镁条在只含有CO2和O2混合气体的容器中燃烧(产物不含碳酸镁),反应后容器内固体物质的质量不可能为_____________
A.3.2gB.4.0gC.4.2gD.4.6g
(3)镁作为一种强还原剂,还用于钛和铀的生产,写出镁与TiCl4在高温条件下制取钛的化学方程式_______________。
(4)氢气是一种清洁能源,氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。
Mg2Cu是一种储氢合金。
350℃时,Mg2Cu与H2反应,生成MgCu2和仅含一种金属元素的氢化物(其中氢的质量分数为0.077),Mg2Cu与H2反应的化学方程式为___________。
(5)CH3MgCl是一种重要的有机合成剂,其中镁的化合价是__________,该化合物水解时生成甲烷、氯化镁和氢氧化镁,请写出该反应的化学方程式______________________。
【答案】MgOMg3N2D
+2价2CH3MgCl+2H2O=Mg(OH)2↓+2CH4↑+MgCl2
【解析】
【分析】
(1)镁在空气中燃烧,不仅和氧气反应还和氮气反应;
(2)金属Mg在只含有CO2和O2混合气体的容器中燃烧,固体的质量包括未反应镁的质量、生成的碳的质量和生成的氧化镁的质量,采用极限讨论法,若镁全部与二氧化碳反应生成固体量最大,假设镁没有反应,则固体量最少,计算出固体的范围,然后对各选项进行判断;
(3)镁与TiCl4在高温条件生成钛和氯化镁;
(4)令金属氢化物为RHx,金属R的相对分子质量为a,则
=0.077,即923x=77a,X为金属的化合价,讨论可得x=2,a=24,故该金属氢化物为MgH2;
(5)根据化合价代数和为0判断镁的化合价,根据元素守恒书写化学方程式。
【详解】
(1)镁在空气中燃烧,镁和氧气反应生成氧化镁(化学式为MgO),和氮气反应生成氮化镁,所以单质镁在空气中燃烧的主要产物是白色的氧化镁,还生成少量的氮化镁,化学式为Mg3N2;
(2)镁条在只含有CO2和O2混合气体的容器中燃烧,反应后容器内固体物质的质量为:
未反应镁的质量、生成的碳的质量及生成的MgO的质量,若气体中无氧气,镁完全与二氧化碳反应时,反应后固体的质量最大;
2 2 1
0.10mol 0.10mol 0.05mol
则0.1mol镁完全反应最多可生成固体的质量为:
0.10mol×40g/mol+0.05mol×12g/mol=4.6g;
若金属镁没有反应,则固体的质量最少,固体质量最小为:
0.10mol×24g/mol=2.4g;
由于含有二氧化碳和氧气,且镁条也参加了反应,则反应后固体质量m的范围应为:
2.4g<m<4.6g,故答案为D;
(3)镁与TiCl4在高温条件生成钛和氯化镁,发生的化学方程式为
;
(4)令金属氢化物为RHx,金属R的相对分子质量为a,则
=0.077,即923x=77a,X为金属的化合价,讨论可得x=2,a=24,故该金属氢化物为MgH2,故反应方程式为
;
(5)根据CH3MgCl中各元素化合价代数和为0可知镁的化合价为+2价,CH3MgCl水解时生成甲烷、氯化镁和氢氧化镁,反应的化学方程式为2CH3MgCl+2H2O=Mg(OH)2+MgCl2+2CH4↑。
9.镁、铝的混合物共0.2mol,溶于200mL4mol·L-1的盐酸溶液中,然后再滴加2mol·L-1的NaOH溶液。
若在滴加NaOH溶液的过程中,沉淀质量m随加入NaOH溶液的体积V变化情况如图所示。
请回答下列问题:
(1)当V1=160mL时,则金属粉末中m(Al)=_____________mol。
(2)V2~V3段发生反应的离子方程式为____________________________。
(3)若在滴加NaOH溶液的过程中,欲使Mg2+、Al3+刚好沉淀完全,则加入NaOH溶液的体积V(NaOH)=____________mL。
(4)若镁、铝的混合物仍为0.2mol,其中镁粉的物质的量分数为a,改用200mL4mol·L-1的硫酸溶解此混合物后,再加入840mL2mol·L-1的NaOH溶液,所得沉淀中无Al(OH)3,则a的取值范围为_______________________。
【答案】0.08Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O4000.6≤a<1
【解析】
(1)当V1=160mL时,此时溶液是MgCl2、AlCl3和NaCl的混合液,由Na+离子守恒可知,n(NaCl)=n(Na+)=n(NaOH)=0.16L×2mol/L=0.32mol。
200mL4mol•L-1的盐酸溶液中含有氯化氢的物质的量为:
4mol/L×0.2L=0.8mol,设混合物中含有MgCl2为xmol、AlCl3为ymol,则:
根据Mg原子、Al原子守恒有:
x+y=0.2,根据Cl-离子守恒有:
2x+3y=0.8-0.32=0.48,联立方程解得:
x=0.12、y=0.08,所以金属粉末中:
n(Mg)=0.12mol、n(Al)=y=0.08mol;
(2)V2~V3段发生氢氧化钠溶解氢氧化铝的反应,反应的离子方程式为Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O;(3)当溶液中Mg2+、Al3+恰好沉淀完全时,此时溶液是NaCl溶液,根据Cl-离子和Na+离子守恒有:
n(Na+)=n(NaCl)=(HCl)=4mol/L×0.2L=0.8mol,所以需要加入氢氧化钠溶液体积为:
V(NaOH)=0.8mol÷2mol/L=0.4L=400mL;(4)由于为金属混合物,则a<1,Al的物质的量为:
0.2(1-a)mol,反应后的混合溶液中再加入840mL2mol•L-1的NaOH溶液,所得沉淀中无Al(OH)3,则溶质为硫酸钠、偏铝酸钠,根据铝元素守恒可知:
n(NaAlO2)=0.2(1-a)mol,根据钠离子守恒,应满足:
n(NaOH)≥2n(Na2SO4)+n(NaAlO2),即0.84×2≥2×0.2×4+0.2(1-a),解得:
a≥0.6,所以a的取值范围为:
故0.6≤a<1。
点睛:
本题考查了有关混合物反应的计算,题目难度较大,对于图象题,要明确每一段图象发生的化学反应、知道拐点代表的含义及溶液中溶质的成分,结合方程式对有关问题进行分析;具体计算时注意守恒思想的运用,使计算简化。
最后一问的计算注意利用好数学中的极值法。
10.今有甲、乙两种固体物质,已知其中之一为氧化镁;另有A、B、C、D四种无色溶液分别为氢氧化钠溶液、硝酸镁溶液、硝酸钠溶液和稀硝酸中的某一种,它们之间的相互转变关系可用下列式子表示:
(1)乙+B→A+水(2
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