1、1专题 15 镁、铝及其重要化合物一、镁和铝的性质金属项目镁(Mg) 铝(Al)原子结构 原子最外层 2 个电子 原子最外层 3 个电子原子半径 1.601010 m 1.431010 m化合价 +2 +3物 理性 质镁和铝都是密度较小、熔点较低、硬度较小的银白色金属，但镁和铝相比较，铝的硬度比镁的稍大，熔点和沸点都是铝比镁的高活泼性 较活泼 较活泼抗 腐蚀 性在空气中都能跟氧气反应，表面覆盖一层致密而坚硬的氧化物薄膜，都具有高腐蚀性能与 O2反应 2Mg+O2 2MgO 4Al+3O2 2Al2O3与卤素单质、硫等反应Mg+ Cl2 点 燃 MgCl2Mg+S MgS2Al+3Cl2 点 燃
2、 2AlCl32Al+3S Al2S3与 酸反 应Mg+2H+ Mg2+H2 2Al + 6H+ 2Al3+3H2 与水反应 Mg+2H2O Mg(OH)2+H2 不反应与碱反应 不反应 2Al+2NaOH +2H2O 2NaAlO2 +3H2 与氧化物反应 2Mg+CO2 点 燃 2MgO+C 2Al+Fe2O3 高 温 2Fe+Al2O3结 论 镁、铝均为较活泼的金属，但镁的金属性强于铝单质性质解 释核电荷数镁小于铝，而原子半径镁大于铝，故核对最外层的电子引力镁小于铝，即 Al 比 Mg 难失电子，金属性弱于 Mg2主要用途镁合金汽车、飞机制造、照明弹等铝合金汽车、船舶、飞机制造、防锈油漆
3、、导线、电缆等铝热反应2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O34Al+3MnO2 3Mn+2Al2O3在实验室按如图所示装置进行铝热反应，实验现象是当外露部分镁条刚刚燃烧完毕时，纸漏斗内混合物立即剧烈反应，发出耀眼的光芒，产生大量的烟。纸漏斗被烧破，有红热状的液珠落入蒸发皿内的细沙上，液珠冷却后变为黑色固体(落下的是铁珠)。铝热反应是指工业上用铝粉来还原一些金属氧化物，得到 Fe、V、Cr、Mn 等难溶金属的一类反应。铝热反应的实质是铝在高温条件下将活动性比铝弱的金属从其氧化物中置换出来。二、氧化铝和氢氧化铝两性氧化物：既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物。两性氢氧化物：既能与
4、酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氢氧化物。名称 氧化铝 氢氧化铝化学式 Al2O3 Al(OH)3类别 两性氧化物 两性氢氧化物物理性质高熔点，高沸点，高硬度，不溶于水的白色固体不溶于水的白色胶状固体，具有吸附性化学性质与强酸反应：Al2O3+6H+ 2Al3+3H2O与强碱反应：Al2O3+2OH- 2Al+H2O两性：Al(OH)3+3H+ Al3+3H2OAl(OH)3+OH- Al+2H2O热稳定性：32Al(OH)3 Al2O3+3H2O用途 炼铝原料、制作耐火材料可用作吸附剂、媒染剂和净水剂；治疗胃酸；可作为制造瓷釉、耐火材料、防水织物的原料三、“铝三角”及其应用1具体反
5、应Al(OH)3+OH 2AlO+2H2OAl(OH)3+3H+ Al3+3H2OAl3+3OH Al(OH)32l+H+H2O Al(OH)3A+4H+ Al3+2H2OAl3+4OH l+2H2OAl3+3 2l+6H2O 4Al(OH)32应用（1）判断离子共存问题Al3+与 OH及 2AlO、 3C、S 2等弱酸根阴离子或 2Al与 H+、 3C以及弱碱阳离子 Al3+、Fe 3+等因生成沉淀或发生水解相互促进反应而不能大量共存。（2）鉴别(利用滴加顺序不同，现象不同)向 AlCl3溶液中滴加 NaOH 溶液，先产生白色沉淀，后沉淀溶解。向 NaOH 溶液中滴加 AlCl3溶液，开始无
6、明显现象，后产生白色沉淀，沉淀不溶解。（3）分离提纯利用 Al 能溶于强碱溶液，分离 Al 与其他金属的混合物。4利用 Al2O3，能与强碱溶液反应，分离 Al2O3与其他金属氧化物。利用 Al(OH)3能与强碱溶液反应，分离 Al3+与其他金属阳离子。四、硫酸铝钾KAl(SO 4)2（1）硫酸铝钾在水溶液中的电离方程式为 KAl(SO4)2=K+Al3+224SO。（2）带有十二个结晶水的硫酸铝钾称为十二水合硫酸铝钾，俗称明矾，化形式为 KAl(SO4)212H2O，它是无色晶体，可溶于水。由于 Al3+能水解生成具有强吸附性的胶体：Al 3+3H2O=3H+Al(OH)3，故明矾是一种常用
7、的净水剂。明矾中含有 Al3+和24SO，向明矾溶液中滴入 Ba(OH)2溶液，当 Al3+ 恰好完全沉淀时，离子方程式为2Al3+ +324+3Ba2+ +6OH=2Al(OH)3+3BaSO 4，此时 4S只沉淀了总量的四分之三，总的沉淀的物质的量达到最大；当24完全沉淀时，离子方程式为 Al3+224O+2Ba2+4OH=2BaSO4+ 2AlO+2H2O，此时 Al3+ 恰好完全转化为 2AlO，总的沉淀的质量达到最大。考向一 铝及其化合物的转化典例 1 下列各组物质，不能按 (“”表示反应一步完成)关系转化的是选项 a b cA Al2O3 NaAlO2 Al(OH)3B AlCl3
8、 Al(OH)3 NaAlO2C Al Al(OH)3 Al2O3D MgCl2 Mg(OH)2 MgO【答案】C51铝及其化合物在生产、生活等方面有广泛的应用。（1）铝元素位于周期表中第_周期_族。硼、镓与铝位于同一主族，现有下列三种物质：NaAl(OH) 4、NaB(OH) 4、NaGa(OH) 4，浓度相同的这三种物质的溶液 pH 由大到小的顺序为_(用序号表示)。NaAl(OH) 4也可表示偏铝酸钠，硼、镓类似（2）将 20.0 mL 0.1 mol/L Ba(OH)2溶液和 20.0 mL 0.1 mol/L NH4Al(SO4)2溶液混合，所得溶液中Al3+、 4NH、 24SO、
9、OH 、H +的浓度由大到小的顺序为 _。（3）氮化铝(AlN)是一种新型的无机非金属材料，可用作热交换器材料。某 AlN 样品中仅含有 Al2O3杂质，为测定 AlN 的含量，甲组同学设计了如下流程：已知：AlN+NaOH+H 2O=NaAlO2+NH3。过滤时用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗和_。实验过程中，称得样品的质量为 4.2 g，最后得到的固体为 5.1 g，则样品中 AlN 的质量分数为_。(不考虑整个过程中的损耗)考向二 铝与酸、碱反应的有关计算（1）铝能与酸溶液反应生成 H2和铝盐(Al 3+)，但与稀 HNO3反应不生成 H2，且在浓 HNO3、浓 H2SO4中钝化。（2）铝与强
10、碱溶液反应生成 H2和偏铝酸盐( 2AlO)。（3）铝与酸或碱溶液反应生成 H2的量的关系：有关离子方程式为：2Al+6H+ 2Al3+3H22Al+2OH+2H2O 2Al+3H2Al 与酸、碱反应的实质都是：Al Al3+，2H + H2，故与酸或碱反应时，铝与氢气的关6系均为 2Al3H 2，利用此性质可以方便地进行有关计算。等量 Al 分别与足量酸(H +)和碱(OH )溶液反应，生成 H2之比为 11，消耗 H+和 OH之比为 31。足量 Al 分别与所含 H+和 OH物质的量相等的溶液反应，生成 H2之比为 13。若产生 H2之比为 （2） c( 24SO)c( 4NH)c(Al3
11、+)c(H+)c(OH)（3）玻璃棒 87.86%（3） 过滤时用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗和玻璃棒；设 AlN 的质量为 a g，根据关系式2AlNAl2O3 m82 102 20a 0.9a=0.369 g，AlN 的质量分数为 0.3691%=4287.86%。2【答案】A173【答案】D【解析】向含 Al2(SO4)3和 AlCl3的混合溶液与 Ba(OH)2溶液反应的实质是 Al3+与 OH、Ba 2+与 24SO之间的离子反应，如下：Ba 2+ 24SO=BaSO4，Al 3+3OH=Al(OH)3，Al(OH) 3+OH= 2Al+2H2O，假设1 mol Al2(SO4)3中 2
12、4完全被沉淀所需 Ba(OH)2量为 3 mol，提供 6 mol OH，1 mol Al 2(SO4)3中含有2 mol Al3+，由反应 Al3+3OH=Al(OH)3可知，2 mol Al 3+完全沉淀，需要 6 mol OH，故：从起点到A 点，可以认为是硫酸铝与氢氧化钡恰好发生反应生成硫酸钡、氢氧化铝沉淀，A 点时 24SO完全沉淀，AB 为氯化铝与氢氧化钡的反应，B 点时溶液中 Al3+完全沉淀，产生沉淀达最大值，溶液中溶质为BaCl2，BC 为氢氧化铝与氢氧化钡反应，C 点时氢氧化铝完全溶解。A、C 点时氢氧化铝完全溶解，转化为偏铝酸盐，故 C 点铝元素存在形式是 2lO，A 正
13、确；B、D 点的溶液中含有 Ba2+、 2Al，通入二氧化碳立即产生碳酸钡、氢氧化铝沉淀，B 正确；C、前 3 L Ba(OH)2溶液与溶液中 Al2(SO4)3反应，从 3 L6 L 为 Ba(OH)2溶液与溶液中 AlCl3反应，二者消耗的氢氧化钡的物质的量相等为 3 L1 mol/L=3 mol，由生成硫酸钡可知 3nAl2(SO4)3= n Ba(OH)2，故 nAl2(SO4)3=1 mol，由氯化铝与氢氧化钡生成氢氧化铝可知 3n(AlCl3)=2n Ba(OH)2=6 mol，故 n(AlCl3)=2 mol，故原溶液中原混合液中cAl2(SO4)3 c(AlCl3)=12，C
14、正确；D、OA 段实质为硫酸铝与氢氧化钡恰好发生反应生成硫酸钡、氢氧化铝沉淀，反应离子方程式为：3Ba 2+2Al3+6OH+3 24SO=3BaSO4+2Al(OH) 3，D 错误；答案选D。4【答案】（1）0.06 440 （2）400 mL （3） 12 a118考点冲关1【答案】B【解析】A浓硫酸的密度大于水，因此稀释浓硫酸，应把浓硫酸加入到水中，边加边搅拌，故错误；BMg 2 2OH =Mg(OH)2，故正确；C过滤时，沿着玻璃棒倒入漏斗中，故错误；D需要先在烧杯中加稀盐酸溶解沉淀；加热促进 Mg2 的水解，加热蒸干不能得到 MgCl2固体，故错误。2【答案】C【解析】由图像可以看出
15、，生成气体的体积相等，则盐酸完全反应， x2.24，A 正确。根据生成的 H2为 2.24 L，可知 Na 失去 0.2 mol 电子，则钠的物质的量为 0.2 mol，B 正确。反应时如果钠过量，则钠会与水反应，生成的气体必多于 2.24 L，C 错误。根据反应速率可知曲线 a、b、c 依次是Na、Mg、Al 与盐酸反应的图像，D 正确。3【答案】A【解析】本题考查了镁铝的性质及计算。反应的先后顺序：Mg+2H+ Mg2+H2，2Al+6H + 2Al3+3H2，H +OH H2O，Mg 2+2OH Mg(OH)2，Al 3+3OHAl(OH)3，Al(OH) 3+OH AlO2 +H2O，
16、镁铝的质量比 89，即物质的量之比为 11，假设镁和铝物质的量都为 1 mol，沉淀达到最大，其质量为 1 mol58 g/mol+78 g/mol1 mol=136 g，继续加入 NaOH，氢氧化铝溶解，当全部溶解后，沉淀是氢氧化镁，此时沉淀的质量为 58 g，比总质量的一半还要小，符合题意的图像是 A，故该题选 A。194【答案】C【解析】A铁铝矾溶于水电离出铝离子和亚铁离子，Al 3 、Fe 2 水解显酸性，A 项错误；BS 2 和Al3 水解相互促进，生成氢氧化铝和 H2S，B 项错误；C阴极氢离子放电，所以会生成氢氧化铝和氢氧化亚铁沉淀，C 项正确；DFe 2 易被空气中的氧气氧化成
17、 Fe3 ，Al 3 、Fe 3 水解生成硫酸，硫酸难挥发，所以最终得到的是硫酸铝和硫酸铁，D 项错误。5【答案】C6【答案】D【解析】Na 2CO3、NaAlO 2的混合溶液中加入 HCl 溶液，先发生反应： 2AlOH H 2O=Al(OH)3，A 正确；第二阶段， AlO反应完毕，发生反应：23COH = 3，b 线表示 3C减少，c 线表示3HC的增加，所以 b 和 c 曲线表示的离子反应是相同的，B 正确；加盐酸 50 mL 时 NaAlO2中铝元素全部转化为氢氧化铝沉淀，加 50100 mL 盐酸时23转化为 3，加 100150 mL 时盐酸与 3HCO反应，氢氧化铝沉淀不溶解，
18、则 M 点沉淀的质量和盐酸 50 mL 时沉淀的质量相同，由NaAlO2HClH 2O=NaClAl(OH) 3知， nAl(OH)3 n(NaAlO2) n(HCl)0.05 mol， mAl(OH)30.05 mol78 gmol1 3.9 g，C 正确；第一、第二两段消耗的盐酸的体积都是 50 mL，所以消耗的氯化氢的物质的量相等，依据第一阶段、第二阶段发生反应 2AlOH H 2O=Al(OH)3，23CH = 3，可知23与 2AlO的物质的量之比为 11，D 错误。7【答案】C208【答案】（1）Mg 2 2OH =Mg(OH)2，Al 3 4OH = 2AlO2H 2O（2）H
19、2O 2AlH =Al(OH)3 Mg(OH) 2、Al(OH) 3（3）AlCl 3的物质的量为 0.02 mol，NaOH 的质量为 5.20 g（4）130 mL 【解析】（1）向所得浊液中加入盐酸时，开始没有沉淀生成，说明浊液中 NaOH 过量，则 Al3 完全转化为 2AlO，浊液中存在的沉淀为 Mg(OH)2，反应的离子方程式为 Mg2 2OH =Mg(OH)2，Al 3 4OH = 2l2H2O。（2） AB 段，盐酸和偏铝酸钠反应生成氢氧化铝沉淀，离子方程式为H2O 2lH =Al(OH)3， B 点溶液中存在的溶质是氯化钠，沉淀为 Mg(OH)2、Al(OH) 3。（3） A
20、 点的沉淀是氢氧化镁，则 nMg(OH)21.6g58mol0.02 mol，根据 Mg 原子守恒得 n(MgCl2) nMg(OH)20.02 mol； AB 段，盐酸和偏铝酸钠反应生成氢氧化铝沉淀，离子方程式为H2O 2AlH =Al(OH)3，根据 HCl 的体积知， n( 2AlO) n(HCl)1 molL1 (0.030.01) L0.02 mol，根据铝原子守恒得 n(AlCl3) n( 2)0.02 mol，由 Na 和 Cl 守恒得，原混合物中n(NaOH) n(NaCl) n(Cl )2 n(MgCl2)3 n(AlCl3) n(HCl)0.02 mol20.02 mol3
21、0.03 L1 molL1 0.13 mol， m(NaOH)0.13 mol40 gmol1 5.20 g。（4） BQ 段中，氢氧化镁和氢氧化铝都与盐酸反应生成氯化铝和氯化镁，所以 Q 点溶液中的溶质是氯化铝、氯化镁和氯化钠，实际上相当于氢氧化钠和盐酸的反应，所以二者恰好反应时： n(NaOH) n(HCl)，则 V(HCl) 10.3molL0.13 L130 mL。9【答案】（1）Fe(OH) 2、Fe(OH) 3、Mg(OH) 2（2）CO 2OH = 3HCO、 2AlCO 22H 2O=Al(OH)3 3HCO（3）电解冶炼铝的阳极产物为氧气，在高温条件下，氧气与阳极碳发生反应消
22、耗阳极碳块21（4）Al 3 3e =Al 2Al(OH) 33Na 2CO312HF=2Na 3AlF63CO 29H 2O（5）不可行；AlCl 3是共价化合物，熔融状态的 AlCl3不导电（6）25.5%(或 0.255) 【解析】（1）钒土的主要成分是 Al2O3，还有 SiO2、Fe 2O3、FeCO 3、MgCO 3等杂质，除 SiO2不反应外，与盐酸反应生成的金属阳离子有 Al3 、Fe 3 、Fe 2 、Mg 2 等，这些金属阳离子再与氢氧化钠反应后生成的可溶物为 NaAlO2，不溶物为 Fe(OH)2、Fe(OH) 3、Mg(OH) 2；（2）由（1）知溶液 A 主要成分为
23、NaAlO2和剩余的氢氧化钠，通入足量二氧化碳气体发生反应：CO2OH = 3HCO和 2lCO 22H 2O=Al(OH)3 3HCO；（3）电解冶炼铝的阳极产物为 O2，在高温条件下，O 2与阳极碳发生反应消耗阳极碳块，所以需要定期补充阳极碳块；（4）电解熔融的氧化铝，阴极发生还原反应，即铝离子得电子生成单质铝，阴极的电极反应为Al3 3e =Al；工业上通常将 Al(OH)3和 Na2CO3一同溶于氢氟酸来制取冰晶石，反应时放出 CO2气体，根据原子守恒配平，则该反应的化学方程式为 2Al(OH)33Na 2CO312HF=2Na 3AlF63CO 29H 2O。（5）AlCl 3是共价
24、化合物，在熔融状态下不导电，不能用来电解，而氧化铝为离子化合物，在熔融状态下可导电，可以用来电解；（6）根据元素守恒，钒土中每 1 mol Al2O3会生成 2 mol Al，则钒土中 Al2O3的质量分数(1.35 t102 gmol1 )(27 gmol1 210 t)100%25.5%。直通高考1【答案】A与过量 HCl 反应生成 NaCl、AlCl 3和 H2O。2【答案】D223【答案】AC【解析】氢氧化铝是两性氢氧化物，能溶于强碱氢氧化钠溶液中，因此向混合液中慢慢通入 CO2时反应的先后顺序为Ba 2+2OH +CO2BaCO 3+H 2O1mol 1mol 1mol2OH +CO
25、2 3CO+H2O2mol 1mol 1mol2Al(OH) 4 +CO22Al(OH) 3+23C+H2O2mol 1mol 2mol 1mol23CO+CO2+H2O2 3H2mol 2molBaCO 3+CO2+H2OBa 2+2 3CO1mol 1mol则 A、当通入 2 mol CO2时， 生成 1 mol 碳酸钡，A 正确；B、当通入 3 mol CO2时，生成 1 mol 碳酸钡和 2 mol 氢氧化铝沉淀，共计是 3 mol，B 不正确；C、当通入 4 mol CO2时，生成 1 mol 碳酸钡和 2 mol 氢氧化铝沉淀，共计是 3 mol，C 正确；D、当通入 6 mol
26、CO2时，只有 2mol 氢氧化铝沉淀，D 不正确，答案选 AC。4【答案】D【解析】解答本题应明确常见金属的性质，K、Na 性质非常活泼，在空气中极易被氧化，表面不能形成保护内部金属不被氧化的氧化锰，Fe 在空气中被氧化后形成的氧化铁膜比较疏松，起不到保护内层金属的作用；金属铝的表面易形成致密的氧化物薄膜保护内层金属不被腐蚀，选 D。5【答案】（1）反应吸热降低温度，固体氧化物隔绝空气，水蒸气稀释空气（2）Al 2O3+2OH 2Al+H2O（3）MgO+2NH 4Cl+H2O MgCl2+2NH3H2O(或 NH4Cl+H2O NH3H2O+HCl MgO+2HCl MgCl2+H2O)23
