高考化学一轮复习专题十四镁、铝及其化合物考点二镁、铝化合物的性质及应用教学案
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考点二镁、铝化合物的性质及应用
1 镁的重要化合物
(1)氧化铝和氢氧化铝
(2)复盐——硫酸铝钾
①复盐定义:由两种不同的金属离子(或NH+4)与一种酸根离子组成的盐叫复盐。
②明矾
明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O,可溶于水,电离方程式为KAl(SO4)2===K++Al3++2SO2-4。
水溶液的pH<7(填“>”“<”或“=”),原因是Al3++3H23+3H+。
明矾可用于净水,其原因是Al3+水解产生Al(OH)3胶体,Al(OH)3胶体可以和悬浮于水
中的泥沙形成絮状不溶物而沉降下来,使水澄清。
(1)由于Mg(OH)2的溶解度比MgCO3的小,故水垢的主要成分中是Mg(OH)2,而非MgCO3。
(2)Al2O3、Al(OH)3只与强酸、强碱溶液反应,与氨水和碳酸溶液不反应。
(3)Al3+只能存在于酸性溶液中,AlO-2只能存在于碱性溶液中。
若将分别含Al3+和AlO-2
的盐溶液混合,发生反应:Al3++3AlO-2+6H2O===4Al(OH)3↓。
(4)Al2O3、Al(OH)3是中学阶段接触的唯一与碱反应的金属氧化物和氢氧化物,经常应用
到除杂、计算题中,所以一定要熟记这两个反应的离子方程式。
(5)明矾净水只能除去水中的悬浮杂质,不能杀菌消毒,与氯气消毒原理不同。
1.思维辨析
(1)在加热情况下利用氢气还原氧化铝的方法得到金属铝。
( )
(2)将Al(OH)3沉淀转入蒸发皿中,加足量稀硫酸,加热蒸干得无水Al 2(SO 4)3固体。
( ) (3)将NaOH 溶液缓慢滴入Al 2(SO 4)3溶液中至过量,最终观察到有沉淀生成。
( ) (4)日用铝制品表面覆盖着氧化膜对内部金属起保护作用。
( ) (5)Al 2O 3的熔点很高,可用作耐高温材料。
( )
(6)明矾水解形成的Al(OH)3胶体能吸附水中的悬浮物,可用于对水的杀菌、消毒。
( ) 答案 (1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√ (6)×
2.将等体积的AlCl 3溶液和NaOH 溶液混合后,沉淀物中含铝元素的物质的量与溶液中含铝元素的物质的量相等,则原AlCl 3溶液与NaOH 溶液的物质的量浓度之比是 ( )
A .1∶3
B .2∶5
C .1∶4
D .2∶7 答案 D
解析 设AlCl 3和NaOH 的物质的量分别为a 、b 。
当NaOH 少量时,铝元素以Al 3+
和Al(OH)3
形式存在,a
2×3=b ,a ∶b =2∶3;当NaOH 过量时,铝元素以Al(OH)3和AlO -
2形式存在,a
2×3
+a
2
×4=b ,a ∶b =2∶7。
[考法综述] 铝的化合物是高考命题的热点,主要是“铝三角”的转化关系及应
用,涉及内容较多,如书写离子方程式,离子共存的判断,实验操作中的鉴别、分离、提纯,结合图象的分析或计算等,综合性较强,属较难题。
命题法1 常见的两性物质
典例1 下列物质既能跟盐酸反应,又能跟NaOH 溶液反应的是( )
①SiO 2 ②Al ③Al 2O 3 ④Al(OH)3 ⑤Na 2CO 3溶液 ⑥Ca(HCO 3)2溶液 ⑦NH 4HCO 3溶液 ⑧KHSO 4溶液
A .④⑥⑦⑧
B .②③④⑥⑦
C .①②③④⑦
D .②③④⑤⑧
[解析] SiO 2只能与NaOH 溶液反应,与盐酸不反应;Al 、Al 2O 3、Al(OH)3、Ca(HCO 3)2、NH 4HCO 3既能跟盐酸反应,又能跟NaOH 溶液反应;Na 2CO 3只能与盐酸反应,与NaOH 溶液不反应;KHSO 4只能与NaOH 溶液反应,与盐酸不反应。
[答案] B
【解题法】 常见的两性物质归纳总结
(1)中学学习阶段接触到的既能与酸反应又能与碱反应的物质有:①金属单质:Al 等;②两性氧化物:Al 2O 3等;③两性氢氧化物:Al(OH)3等;④弱酸的铵盐:(NH 4)2CO 3、CH 3COONH 4、(NH 4)2S 等;⑤弱酸的酸式盐:NaHCO 3、KHS 、NaHSO 3等;⑥氨基酸等。
(2)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,上述物质中只有Al 2O 3、Al(OH)3、氨基酸是两性物质。
命题法2 “铝三角”转化关系
典例2 下列各组物质,不能按 (“―→”表示反应一步完成)
关系转化的是( )
[解析] 各选项中物质间的转化为:A 项,Al 2O 3――→NaAlO 2――→2Al(OH)3――→
△Al 2O 3;B 项,AlCl 3――→NH 3·H 2O
Al(OH)3――→NaOH
NaAlO 2――→HCl
AlCl 3;D 项,MgCl 2――→NaOH
Mg(OH)2――→
△
MgO ――→HCl
MgCl 2;C 项中,Al 不能一步转化成Al(OH)3。
[答案] C
【解题法】 “铝三角”间的转化关系
相互转化的离子方程式如下: (1)Al 3+
+3OH -
===Al(OH)3↓
或Al 3+
+3NH 3·H 2O===Al(OH)3↓+3NH +
4 (2)Al(OH)3+OH -
===AlO -
2+2H 2O (3)Al 3+
+4OH -
===AlO -
2+2H 2O (4)AlO -
2+H +
+H 2O===Al(OH)3↓ 或AlO -
2+CO 2+2H 2O===Al(OH)3↓+HCO -
3 (5)Al(OH)3+3H +
===Al 3+
+3H 2O
(6)AlO-2+4H+===Al3++2H2O
相互关系:①+②=③,④+⑤=⑥,注意,Al(OH)3只溶于强酸强碱。
命题法3 含Al3+的混合溶液中滴加NaOH的图象题
典例3 某溶液中可能含有H+、Na+、NH+4、Mg2+、Fe3+、Al3+、SO2-4、CO2-3等。
当向该溶液中加入一定物质的量浓度的NaOH溶液时,发现生成沉淀的物质的量随NaOH溶液的体积变化的图象如图所示。
下列说法正确的是( )
A.原溶液中含有的阳离子是H+、NH+4、Mg2+、Al3+
B.原溶液中一定含有SO2-4和Na+
C.原溶液中含有的Fe3+和Al3+的物质的量之比为1∶1
D.反应最后形成的溶液中含有的溶质为Na2SO4
[解析] 从题中图象可知,滴入氢氧化钠溶液的过程中发生了四种反应:开始一个单位是中和反应,接下来六个单位是沉淀反应,再接下来的两个单位是铵根离子与氢氧根离子的反应,最后一个单位为氢氧化铝的溶解,由此确定生成氢氧化铝需要的氢氧化钠为三个单位,另外三个单位的氢氧化钠生成的是氢氧化铁沉淀;有铝离子则没有碳酸根离子。
因此可以确定有H+、NH+4、Fe3+、Al3+、SO2-4,不能确定是否有Na+,可以确定没有Mg2+、CO2-3。
[答案] C
【解题法】含Al3+的混合溶液与OH-反应的先后顺序
当溶液中有多种离子时,要考虑离子之间的反应顺序,如向含有H+、NH+4、Mg2+、Al3+的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液,NaOH先与H+反应,再与Mg2+、Al3+反应生成沉淀,再与NH+4反应,最后才溶解Al(OH)3沉
淀。
即“先结合,后溶解”。
若不清楚结合的先后顺序,则可以采用“假设法”,如假设NH+4先与OH-结合,则会发生NH+4+OH-===NH3·H2O,但溶液中的Al3+、Mg2+会与NH3·H2O 反应又生成NH+4,所以NH+4不能优先于Al3+和Mg2+与OH-结合。
若要正确排出结合的先后顺序,需熟练掌握离子间的反应原理。
命题法4 “铝三角”的主要应用
典例4 Al(OH)3的制备
若甲、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:350 g 70% H2SO4溶液,NaOH固体240 g,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→W1 gAl(OH)3
乙:铝→加H 2SO 4溶液→加NaOH 溶液→W 2 gAl(OH)3 丙:
⎭
⎪⎬⎪
⎫铝→加H 2SO 4溶液铝→加NaOH 溶液→W 3 gAl(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,W 1、W 2、W 3其质量由大到小的顺序是____________________________________。
[解析] n (NaOH)=240 g 40 g·mol -1=6 mol ,n (H 2SO 4)=350 g×70%
98 g·mol -1=2.5 mol ,
甲方案:2Al +2NaOH +2H 2O===2NaAlO 2+3H 2↑ 6 mol ⇒ 6 mol AlO -
2+ H +
+H 2O===Al(OH)3↓ 过量 2.5×2 m ol ⇒ 5 mol 因此,甲方案最多制得5 mol Al(OH)3。
乙方案:2Al +3H 2SO 4===Al 2(SO 4)3+3H 2↑ 2.5 mol ⇒1
3×2.5 mol
Al 2(SO 4)3+ 6NaOH===2Al(OH)3↓+Na 2SO 4 13×2.5 mol 过量 ⇒2
3×2.5 mol 因此,乙方案最多制得5
3 mol Al(OH)3。
丙方案:2Al +6H +
===2Al 3+
+3H 2↑ 5 mol ⇒5
3 mol
2Al +2OH -
+2H 2O===2AlO -
2+3H 2↑ 6 mol ⇒ 6 mol Al 3+
+3AlO -2+6H 2O===4Al(OH)3↓ 53 mol 过量 ⇒ 20
3 mol 因此,丙方案最多制得 20
3 mol Al(OH)3。
故W 3>W 1>W 2。
[答案] (1)丙 (2)W 3>W 1>W 2
典例5 与铝元素有关的物质的分离、提纯 下列除去杂质的方法不正确的是( )
A .镁粉中混有少量铝粉:加入过量烧碱溶液充分反应,过滤、洗涤、干燥
B .用过量氨水除去Fe 3+
溶液中的少量Al 3+
C .Al(OH)3中混有少量Mg(OH)2:加入足量烧碱溶液,充分反应,过滤,向滤液中通入过量CO 2后过滤
D.MgO中混有少量Al2O3:加入足量烧碱溶液,充分反应,过滤、洗涤、干燥得到MgO [解析] Al(OH)3不溶于氨水,故向含少量Al3+的Fe3+溶液中加入过量氨水时,Fe3+、Al3+均转化为氢氧化物沉淀,达不到除杂的目的。
[答案] B
典例6 利用“铝三角”转化关系进行物质鉴别
下列各组物质的无色溶液,不用其他试剂即可鉴别的是( )
①KOH Na2SO4AlCl3
②NaHCO3Ba(OH)2H2SO4
③HCl NaAlO2NaHSO4
④Ca(OH)2Na2CO3BaCl2
A.①② B.②③
C.①③④ D.①②④
[解析] 不用其他试剂鉴别,即用物质间相互滴加现象不同来鉴别。
①中,将KOH逐滴滴入AlCl3溶液中时,先后发生反应Al3++3OH-===Al(OH)3↓,Al(OH)3+OH-===AlO-2+2H2O,现象是:白色沉淀生成→溶解至消失;而将AlCl3逐滴滴入KOH溶液中时,先后发生Al3++4OH-===AlO-2+2H2O;Al3++3AlO-2+6H2O===4Al(OH)3↓,现象是:开始无明显现象→白色沉淀逐渐增多。
两种滴加方式不同,现象也不同,从而可以鉴别。
②中NaHCO3和H2SO4分别滴加到Ba(OH)2中都有白色沉淀生成,但BaCO3沉淀溶于H2SO4中,且有气泡产生的是NaHCO3和H2SO4溶液混合,可鉴别出各种物质。
③中HCl和NaHSO4都显酸性,无法鉴别。
④中CaCO3和BaCO3都是白色沉淀,无法鉴别出Ca(OH)2和BaCl2,所以答案为A。
[答案] A
典例7 利用Al3+或AlO-2的存在环境进行离子共存的判断
常温下,下列各组离子在指定溶液中能大量共存的是( )
A.无色溶液中:ClO-、MnO-4、Al3+、K+
B.1.0 mol·L-1的NaAlO2溶液中:Cl-、HCO-3、K+、Ca2+
C.在强碱性环境中:AlO-2、SiO2-3、Na+、K+
D.能使甲基橙显红色的溶液中:NH+4、AlO-2、Na+
[解析] A项MnO-4有颜色,ClO-与Al3+可发生双水解反应;B项中HCO-3+AlO-2+H2O===Al(OH)3↓+CO2-3;D项中,酸性条件下AlO-2不能大量存在。
[答案] C
【解题法】“铝三角”关系的应用小结
(1)Al(OH)3的制备
方法一:可溶性铝盐溶液与过量氨水反应
反应原理:Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH+4
方法二:向可溶性偏铝酸盐溶液中通入过量CO2
反应原理:AlO-2+2H2O+CO2===Al(OH)3↓+HCO-3
方法三:相互促进水解法
Al3++3AlO-2+6H2O===4Al(OH)3↓
(2)含铝元素的混合物的分离提纯
利用Al、Al2O3、Al(OH)3可溶于强碱的特性,可除去许多物质中的含铝杂质,如:
①Mg(Al):加足量NaOH溶液;
②Fe2O3(Al2O3):加足量NaOH溶液;
③Mg(OH)2[Al(OH)3]:加足量NaOH溶液;
④Mg2+(Al3+):加过量NaOH溶液,过滤,再加酸充分溶解。
(3)鉴别(利用滴加试剂顺序不同,现象不同)
①向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液,先产生白色沉淀,后沉淀溶解。
②向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液,开始无明显现象,后产生白色沉淀,沉淀不溶解。
③向NaAlO2溶液中滴加HCl溶液,开始产生白色沉淀,后沉淀逐渐溶解。
④向HCl溶液中滴加NaAlO2溶液,开始无明显现象,后产生白色沉淀,沉淀不溶解。
(4)判断离子共存问题
Al3+与OH-、AlO-2、CO2-3、S2-等弱酸根阴离子或AlO-2与H+、HCO-3以及弱碱阳离子Al3+、Fe3+等因生成沉淀或发生水解相互促进的反应而不能大量共存。
1.某化合物由两种单质直接反应生成,将其加入Ba(HCO3)2溶液中同时有气体和沉淀产生。
下列化合物中符合上述条件的是( )
A.AlCl3B.Na2O
C.FeCl2D.SiO2
答案 A
解析FeCl2不能由Fe和Cl2直接反应生成,C项错误;SiO2不溶于水,也不能与Ba(HCO3)2溶液反应,D项错误;Na2O可由Na和O2直接反应生成,Na2O+H2O===2NaOH,2NaOH+Ba(HCO3)2===BaCO3↓+Na2CO3+2H2O,反应中无气体生成,B项错误;AlCl3可由Al与Cl2直接反应生成,将AlCl3加入Ba(HCO3)2溶液中,Al3++3HCO-3===Al(OH)3↓+3CO2↑,发生强烈双水解反应,生成Al(OH)3沉淀和CO2气体,A项正确。
2.用如图所示装置进行下列实验:将①中溶液滴入②中,预测的现象与实际相符的是( )
解析稀盐酸滴入Na2CO3和NaOH的混合溶液中,先发生酸碱中和反应,开始没有气泡产生,A项错误;浓硝酸与Al发生钝化,无红棕色的NO2生成,B项错误;将AlCl3溶液滴入NaOH溶液中,开始无大量白色沉淀,C项错误;草酸与酸性KMnO4溶液发生氧化还原反应,KMnO4溶液的紫红色褪去,D项正确。
3.化学与生活密切相关。
下列说法不正确的是( )
A.乙烯可作水果的催熟剂
B.硅胶可作袋装食品的干燥剂
C.福尔马林可作食品的保鲜剂
D.氢氧化铝可作胃酸的中和剂
答案 C
解析乙烯是一种植物生长调节剂,可以催熟果实,A正确;硅胶无毒,可用作食品的干燥剂,B正确;福尔马林是35%~40%的甲醛水溶液,有毒,C错误;氢氧化铝可以中和盐酸,可作胃酸的中和剂,D正确。
4.常温下,下列各组物质中,Y既能与X反应又能与Z反应的是( )
A.①③
C.②④ D.②③
答案 B
解析 本题考查常见物质的性质,意在考查考生利用所学知识分析问题的能力。
Al(OH)3
显两性,既能与酸反应生成盐和水,又能与碱反应生成盐和水,①正确;SiO 2与盐酸不反应,②错误;N 2与O 2在放电条件下反应生成NO ,N 2在高温、高压及催化剂存在条件下与H 2反应生成NH 3,但在常温时N 2与O 2、H 2均不反应,③错误;根据方程式:Cu +2FeCl 3===CuCl 2+2FeCl 2、Cu +4HNO 3(浓)===Cu(NO 3)2+2NO 2↑+2H 2O 可知,④正确。
5.室温下,在0.2 mol·L -1
Al 2(SO 4)3溶液中,逐滴加入1.0 mol·L -1
NaOH 溶液,实验测得溶液pH 随NaOH 溶液体积变化曲线如下图,下列有关说法正确的是( )
A .a 点时,溶液呈酸性的原因是Al 3+
水解,离子方程式为Al 3+
+3OH -
3
B .a ~b 段,溶液pH 增大,Al 3+
浓度不变
C .b ~c 段,加入的OH -
主要用于生成Al(OH)3沉淀 D .d 点时,Al(OH)3沉淀开始溶解 答案 C
解析 本题考查铝的化合物的转化、水解平衡的移动以及图象分析。
Al 3+
水解方程式为Al 3+
+3H 2
Al(OH)3+3H +,A 项错误;a ~b 段,加入NaOH 主要是与水解生成的H +
反应,
pH 增大,促进水解,Al 3+
浓度减小,B 项错误;b ~c 段pH 增大缓慢,主要是生成氢氧化铝沉淀,C 项正确;c 点后pH 增大加快,主要是发生反应Al(OH)3 +OH -
===AlO -
2+2H 2O ,d 点表示氢氧化铝完全溶解,D 项错误。
6.a g Mg 、Al 合金完全溶解在c 1 mol·L -1
、V 1 L HCl 溶液中,产生b g H 2。
再向反应后的溶液中加入c 2 mol·L -1
、V 2 L NaOH 溶液,恰好使沉淀达到最大值,且沉淀质量为d g 。
下列关系错误的是( )
A .与金属反应后剩余盐酸为(c 1V 1-b ) mol
B .c 1=
c 2V 2
V 1
C .铝失去电子的物质的量为b mol
D .d =a +17b 答案 C
解析 反应后的溶液中溶质为NaCl ,根据Cl 原子守恒可得c 1V 1=c 2V 2,即c 1=
c 2V 2
V 1
,B 项正确;根据题意可知消耗的n (HCl)=b
2×2 mol=b mol ,故剩余的HCl 的物质的量为(c 1V 1
-b ) mol ,A 项正确;题中的沉淀为Al(OH)3、Mg(OH)2,故有n (OH -
)=n (H +
)=2n (H 2),沉淀质量为(a +17b ) g ,D 项正确;C 项设n (Mg)=x mol ,n (Al)=y mol ,
则⎩
⎪⎨⎪⎧
24x +27y =a 2x +3y =b 2×2,求得:y =12b -a
9
,
所以铝失电子的物质的量为⎝ ⎛
⎭⎪⎫
4b -a 3 mol ,C 项错误。
7.无水氯化铝在生产、生活中应用广泛。
(1)氯化铝在水中形成具有净水作用的氢氧化铝胶体,其反应的离子方程式为____________________。
(2)工业上用铝土矿(主要成分为Al 2O 3,含有Fe 2O 3、SiO 2等杂质)制取无水氯化铝的一种工艺流程示意如下:
已知:
用是_______________________________________(只要求写出一种)。
②步骤Ⅱ中若不通入氯气和氧气,则反应生成相对原子质量比硅大的单质是________。
③已知:
Al 2O 3(s)+3C(s)===2Al(s)+3CO(g)ΔH 1=+1344.1 kJ·mol -1
2AlCl 3(g)===2Al(s)+3Cl 2(g)ΔH 2=+1169.2 kJ·mol -1
由Al 2O 3、C 和Cl 2反应生成AlCl 3的热化学方程式为______________________。
④步骤Ⅲ的尾气经冷却至室温后,气体用足量的NaOH 冷溶液吸收,生成的盐主要有3种,其化学式分别为____________。
⑤结合流程及相关数据分析,步骤Ⅴ中加入铝粉的目的是_________________________________________________________。
答案 (1)Al 3+
+3H 23
+3H +
(2)①防止后续步骤生成的AlCl 3水解(或增大反应物的接触面积,加快反应速率)
②铁(或Fe)
③Al 2O 3(s)+3C(s)+3Cl 2(g)===2AlCl 3(g)+3CO(g) ΔH =+174.9 kJ·mol -1
④NaCl、NaClO、Na2CO3
⑤除FeCl3杂质,提高AlCl3纯度
解析(1)AlCl3溶于水,Al3+水解生成Al(OH)3胶体。
(2)①步骤Ⅰ中焙烧时,固体水分挥发,可以防止后续步骤生成的AlCl3水解;气孔数目增多,可以增大反应物的接触面积,加快反应速率。
②铝土矿粉和焦炭焙烧时,焦炭能还原Fe2O3得到单质铁。
③根据盖斯定律,由题中第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式可得Al2O3(s)+3C(s)+3Cl2(g)===2AlCl3(g)+3CO(g) ΔH=+1344.1 kJ·mol-1-1169.2 kJ·mol-1=+174.9 kJ·mol-1。
④步骤Ⅲ的尾气中含有Cl2、CO2、O2等,用足量NaOH 冷溶液吸收,生成的盐主要有NaCl、NaClO、Na2CO3。
⑤根据图示流程知AlCl3粗品中含有杂质FeCl3、SiCl4,根据提供数据知SiCl4沸点较低,步骤Ⅴ中加入铝粉,将FeCl3转化为AlCl3,以提高AlCl3的纯度。
工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3,含Fe2O3等杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下:
下列判断正确的是( )
A.试剂X为稀硫酸
B.反应Ⅱ的离子方程式为CO2+AlO-2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO-3
C.反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的反应类型完全相同
D.反应Ⅰ所得的沉淀无任何价值
[错解] A或C
[错因分析] 不清楚Al2O3、Fe2O3的性质差异,错误判断试剂X为稀硫酸。
不仔细阅读流程信息,思维单一,不能根据反应Ⅱ的产物写出其离子方程式,对基础知识不熟悉,认为B项应生成CO2-3。
不熟悉原理和常规实验操作而错选C。
[解析] 选项A,试剂X应是NaOH溶液;选项B,溶液乙中含有AlO-2,AlO-2与过量CO2、H2O反应生成Al(OH)3沉淀,正确;选项C,反应Ⅰ、Ⅱ是复分解反应,反应Ⅲ是分解反应,反应Ⅳ是电解Al2O3生成Al的反应,属于分解反应,且该反应有电子转移,是氧化还原反应;选项D,反应Ⅰ所得沉淀的主要成分为Fe2O3,经提纯后可用于作颜料或冶铁等。
[答案] B
[心得体会]。