推荐学习K122018年高考化学第一轮复习 专题 钠、镁、铝的性质学案 苏教版
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钠、镁、铝的性质
【本讲教育信息】
一. 教学内容:
钠、镁、铝的性质
二. 教学目标:
认识钠是一种很活泼的金属,了解钠及其化合物的物理性质,掌握钠及其化合物的化学性质;
了解镁和铝的物理性质、化学性质和主要用途;了解镁及铝的化合物的性质及用途;
运用氢氧化铝的两性能解决有关计算和图象问题。
三. 教学重点、难点:
钠及其化合物的性质;铝及其化合物的两性
四. 教学过程:
(一)钠及其化合物:
1、钠的性质:
金属钠很软,用刀切开可以看到它具有银白色的金属光泽,是热和电的良导体;它的密度为0.97g/cm3,比水的密度小比煤油的密度大;熔点(97.8℃)、沸点(882.9℃)都较低。
钠元素位于元素周期表中第三周期ⅠA族;钠原子最外电子层上只有1个电子,在化学反应中很容易失去电子。
因此,钠的化学性质很活泼,具有强的还原性。
钠的化学性质很活泼,能与许多非金属单质直接化合:如与S、O2、Cl2等反应:
2Na+S=Na2S;4Na+O2=2Na2O;2Na+O2点燃
Na2O2;2Na+Cl2
点燃
2NaCl;
钠还能与酸及水反应放出H2:2Na+2H2O=2NaOH+H2↑,反应比较剧烈;
工业上利用钠作还原剂把钛、锆、铌、钽等金属从它们的熔融卤化物中还原出来,但不能有水参与,否则就先与水反应;
钠还可以和某些有机物反应:如钠与含有-OH官能团的有机物:醇、酚和羧酸等物质反应:
3、氢氧化钠(NaOH)俗称火碱、烧碱、苛性钠,主要物理性质:白色固体,易吸收空气中的水而潮解,易溶解于水,并且放出大量的热,水溶液有涩味,有强碱性。
主要化学性质:一元强碱,具有碱的通性。
如:NaOH与酸、酸性氧化物、两性物质、某些盐反应,还可以提供碱性环境发生无机和有机反应,如卤代烃的水解和消去反应,酯类的水解,油脂的皂化反应等。
说明:
1、钠的性质很活泼,能与空气中的氧气和水反应,因此少量钠必须保存在煤油中,而大量钠,则必须保存在密闭容器中;
2、钠与氧气反应时,条件不同产物不一样。
露置于空气中生成Na2O,而在空气中燃烧时,则生成Na2O2;
3、Na2O2具有强氧化性和漂白性,其漂泊原理与新制氯水的漂白原理相似,都是利用强氧化性使有色物质被氧化而褪色;
4、钠与水、酸、盐溶液反应,实质上是钠原子与水或酸电离出的H+的反应,所以H+浓度不同,反应的剧烈程度不同。
金属活动顺序表中氢后面的金属阳离子的氧化性强于H+,但其反应速率远小于钠与H+的反应速率,故钠投入盐溶液中首先是与水反应,然后再分析NaOH 是否与盐发生复分解反应。
如果是铝盐溶液还要考虑钠与铝的量的问题,因过量的NaOH能溶解Al(OH)3。
5、钠的用途:工业上用钠作强还原剂来冶炼金属;钠-钾合金(液态)用作原子反应堆的导热剂;在电光源上,用钠制造高压钠灯。
6、Na2O2具有强氧化性,它不仅能与H2O、CO2反应,还能与几乎所有的常见气态非金属氧化物反应,在与高价非金属氧化物反应时,过氧化钠既作氧化剂又是还原剂,产物一般为高价含氧酸盐和O2;在与低价的氧化物反应时,一般反应生成高价含氧酸盐。
7、盛NaOH的试剂瓶需用橡皮塞,不能用玻璃塞,因为玻璃可与碱溶液反应,从而使瓶口和瓶塞粘在一起,不易打开;NaOH的碱性很强,贮存时若未密闭,表层易变质生成碳酸钠;称量NaOH要放在烧杯里,动作要迅速,不能放在量筒、量杯、纸上称量;不慎将浓NaOH 沾在皮肤上,应先用大量水冲洗,然后再涂上硼酸稀溶液;在实验室里常用NaOH溶液吸收Cl2,在工业上常用NaOH溶液吸收NO和NO2的尾气,以消除污染;实验室制取少量的NaOH 溶液可在饱和碳酸钠溶液中撒入石灰粉末、加热、过滤。
8、往Na2CO3溶液中逐滴滴加盐酸,先无气体放出,后有气体产生,反应方程式为:
Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl、NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑
往NaHCO3溶液中逐滴滴加盐酸,迅速产生气体,方程式为:NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑
因此,利用两者的这一性质,可采用互滴的方法来鉴别Na2CO3和NaHCO3;
9、碳酸氢钠和碳酸钠的制法:
A、制取NaHCO3的方法
①减压低温蒸干NaHCO3溶液。
NaHCO3遇热易分解,其水溶液加热更易分解,所以不可能采用常压下蒸发溶剂的方法制得NaHCO3晶体。
②往饱和Na2CO3溶液中通入CO2,过滤得到晶体。
Na2CO3+C02+H2O=2NaHCO3
B、制取NaCO3的方法
往饱和食盐水中依次通入足量的NH3、CO2(氨碱法),利用NaHCO3的溶解性小于NH4HCO3的溶解性原理,使NaHCO3从溶液中析出(依次通入CO2、NH3至饱和行吗?):NH3+H2O+CO2=NH4HCO3
NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl;2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2↑(制纯碱的工业方法)[例1]某干燥粉末可能由Na2O、Na2O2、Na2CO3、NaHCO3、NaCl中的一种或几种组成。
将该粉末与足量的盐酸反应有气体X逸出,X通过足量的NaOH溶液后体积缩小(同温、同压下测定)。
若将原来混合粉末在空气中用酒精灯加热,也有气体放出,且剩余固体的质量大于原混合粉末的质量。
下列判断正确的是:
A. 粉末中一定有Na2O、Na2O2、NaHCO3
B. 粉末中一定不含有Na2CO3和NaCl
C. 粉末中一定不含有Na2O和NaCl
D. 无法肯定粉末里是否含有Na2CO3和NaCl
解析:与盐酸反应产生气体的物质可能为Na2O2 (生成O2)、Na2CO3和NaHCO3(生成CO2),气体X通过NaOH溶液后体积缩小(而不是气体全部消失),说明X由O2和CO2组成,原粉末中Na2O2、Na2CO3和NaHCO3至少有一种一定存在。
将原混合粉末加热,有气体放出,说明混合物中一定有NaHCO3,但NaHCO3受热分解会使混合粉末质量减少,而实际剩余固体的质量却增加了,原因只能是发生了反应:2Na2O+O2=2Na2O2。
综上分析,混合物中一定有Na2O、Na2O2、NaHCO3,无法确定混合物中是否有Na2CO3和NaCl。
故答案为A、D。
答案:AD
[例2]在一定条件下,将钠与氧气反应的生成物1.5g溶于水,所得溶液恰好能被80mL 浓度为0.50 mol/L的HCl溶液中和,则该生成物的成分是:
A. Na2O
B. Na2O2
C. Na2O和Na2O2
D. Na2O2和NaO2
解析:HCl为0.04mol。
钠的氧化物若为Na2O,应为0.02mol×62g·mol-1=1.24g;若为Na2O2,应为0.02mol×78g·mol-1=1.56g。
因1.5g介于1.24~1.56之间,应为二者的混合物
答案:C
[例3]纯碱是一种重要的化工原料。
目前制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺。
请按要求回答问题:
(1)“氨碱法”产生大量CaCl2废弃物,请写出该工艺中产生CaCl2的化学方程式:________;
(2)写出“联合制碱法”有关反应的化学方程式:____________________________;______________________________________。
(3)CO 2是制碱工业的重要原料,“联合制碱法”与“氨碱法”中CO 2的来源有何不同?____________________________________________________________________________;
(4)绿色化学的重要原则之一是提高反应的原子利用率。
根据“联合制碱法”的总反应,列出计算原子利用率的表达式:
原子利用率(%) =________________________________________。
解析:(1)“氨碱法”中产生的NH 4Cl 与Ca (OH )2作用生成CaCl 2:
2NH 4Cl +Ca (OH )2△2NH 3↑+CaCl 2+2H 2O 。
(2)“联合制碱法”又称“侯氏制碱法”是向饱和食盐水中通入过量的NH 3气体,再向其中通入过量的CO 2,发生反应的方程式为:
NH 3+CO 2+H 2O +NaCl (饱和)=NaHCO 3↓+NH 4Cl ;2NaHCO 3△Na 2CO 3+CO 2↑+H 2O ; (3)“氨碱法”的CO 2来源于石灰石煅烧,“联合制碱法”的CO 2来源于合成氨工业的废气。
(4)由于“联合制碱法”总反应可看作是:2NH 3+2NaCl +CO 2+H 2O =Na 2CO 3+2NH 4Cl ,所以:
原子利用率(%) =反应物总质量
目标产物总质量×100% =
O)
(H )(CO )(NH (NaCl)Cl)
(NH )CO (Na 223432m m m m m m ++++×100%;
答案:(1)2NH 4Cl +Ca (OH )2△2NH 3↑+CaCl 2+2H 2O 。
(2)NH 3+CO 2+H 2O +NaCl (饱和)=NaHCO 3↓+NH 4Cl ; 2NaHCO 3△Na 2CO 3+CO 2↑+H 2O ; (3)“氨碱法”的CO 2来源于石灰石煅烧,“联合制碱法”的CO 2来源于合成氨工业的废气。
(4)原子利用率(%)=O)
(H )(CO )(NH (NaCl)Cl)
(NH )CO (Na 223432m m m m m m ++++×100%;
[例4]下图中A 至F 是化合物,G 是单质。
写出A 、B 、E 、F 的化学式:A :____________;B____________;E____________;F____________。
解析:试题中包含着多条信息,若是一条、一条地单独分析,似乎找不到明显的突破口,这里要求解题者先弄清每条信息的含义,再综合起来,就可确定推断的范围。
在此基础上进行验证。
从题示条件可得出下列结论:
(1)固体A 可分解为三种物质,可能是多元弱酸盐之类的物质;
(2)A 的分解产物C 、D 都可跟化合物E 反应产生单质G ,像是过氧化物跟水、二氧化碳等之间的反应;
(3)A 和B 可互相转化,可能是某种多元酸、多元酸盐之间的关系。
综合起来,可推测A 是碳酸氢钠、碳酸氢钾等,E 是过氧化钠、过氧化钾等。
代入题给
反应进行验证很吻合。
所以答案可确定为:A 为 NaHCO 3 ,B 为Na 2CO 3,E 为Na 2O 2,F 为NaOH ;也可能是KHCO 3,K 2CO 3,K 2O 2,KOH 。
答案:A 为NaHCO 3,B 为Na 2CO 3,E 为Na 2O 2,F 为NaOH ;也可能是KHCO 3,K 2CO 3,K 2O 2,KOH 。
[例5]在隔绝空气的条件下,某同学将一块部分被氧化的钠块用一张已除去氧化膜、并用针刺一些小孔的铝箔包好,然后放入盛满水且倒置于水槽中的容器内。
待钠块反应完全后,在容器中仅收集到1.12 L 氢气(标准状况),此时测得铝箔质量比反应前减少了0.27 g ,
水槽和容器内溶液的总体积为2.0 L ,溶液中NaOH 的浓度为0.050 mol ·L -1
(忽略溶液中离子的水解和溶解的氢气的量)。
(1)写出该实验中发生反应的化学方程式。
(2)试通过计算确定该钠块中钠元素的质量分数。
解析:(1)Na 2O +H 2O =2NaOH ,2Na +2H 2O =2NaOH +H 2↑,
2Al +2NaOH +2H 2O =2NaAlO 2+3H 2↑。
(2)n (NaOH 余)=2.0 L ×0.05 mol ·L -1
=0.1 mol ,
n (H 2)=
1
L L 4.22L 12.1-⋅=0.05mol ,n (Al )=1mol g 27g 27.0-⋅=0.01 mol =n (NaAlO 2),
由电子守恒知:n (Na )+3n (Al )=2n (H 2),即:n (Na )+3×0.01 mol =2×0.05 mol ,
得:
n (Na )=0.07 mol 。
由钠守恒知:n (NaAlO 2)+n (NaOH )=n (Na )+2n (Na 2O ),即:0.01 mol +0.1 mol =0.07 mol +2n (Na 2O ),
得:n (Na 2O )=0.02 mol 。
w (Na )=
1
1mol g 62mol 0.02mol g 23mol 0.07g/mol
23mol) 02.02mol 07.0(--⋅⨯+⋅⨯⨯⨯+≈89%。
答案:(1)Na 2O +H 2O =2NaOH ,2Na +2H 2O =2NaOH +H 2↑,
2Al +2NaOH +2H 2O =2NaAlO 2+3H 2↑ (2)89%
(二)镁、铝及其化合物的性质: 1、镁和铝的性质:
镁和铝都属于密度小,熔点较低,硬度较小的银白色金属,但它们的熔沸点都比同周期的钠的熔沸点高,硬度大,其中铝的熔沸点比镁和钠都大。
镁和铝元素原子的最外层电子数分别为2和3,都容易失去电子,在化学反应中显还原性。
(1)跟O 2及其它非金属反应:
常温下,在空气中都因生成氧化膜,具有抗腐蚀能力. 2Mg +O 22MgO 3Mg +N 2Mg 3N 2 Mg +Br 2MgBr 2 2Al +3S Al 2S 3 4Al +3O 22Al 2O 3
(2)跟某些氧化物: 2Mg +CO 22MgO +C ; 2Al +Fe 2O 32Fe +Al 2O 3(铝热反应)
(3)跟水反应 Mg +2H 2O Mg (OH )2+H 2↑(冷水慢,沸水快)
铝与水一般不反应,只有氧化膜被破坏后才可能缓慢发生反应。
(4)跟酸的反应:
Mg+2H+=Mg2++H2↑(比铝与酸反应快)
2Al+6H+=2Al3++3H2↑(常温下,在浓H2SO4、浓HNO3中钝化)
(5)跟碱反应
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
2、镁和铝的化合物:
23
说明:
1、铝与强碱溶液反应的实质
反应过程:2Al+6H2O=2Al(OH)3↓+3H 2↑;2Al(OH)3+2NaOH=2NaAlO2+4H2O 总反应式:2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2↑
Al与水很难反应,且生成的Al(OH)3附在Al的表面,阻止了Al继续反应,但强碱NaOH能溶解Al(OH)3,故可促使Al与强碱溶液反应,而弱碱如氨水,不溶解Al(OH)3,故Al在弱碱溶液中不反应。
2、Al(OH)3的两性:Al(OH)3在溶液中同时发生酸式电离和碱式电离.
Al(OH)3=H3AlO3HAlO2+H2O
Al3++3OH-AlO2-+H+
若向此溶液中加入酸,因H+与OH-结合生成水,反应向碱式电离方向进行,此时Al(OH)
3是碱性;若加入碱,因OH -与H+结合生成水,故向酸式电离方向进行,这时Al(OH)
3显
酸性。
3、铝盐溶液与强碱溶液的反应:
(1)向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液
①现象:白色沉淀→沉淀增加→减少→消失
②有关反应:Al3++3OH-=Al(OH)3↓;Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O
(2)向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液
①现象:沉淀→立刻消失,沉淀→沉淀增加→沉淀量不变
②有关反应:Al3++4OH-=AlO2-+2H2O;Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓
4、铝热反应:铝和金属氧化物所形成的混合物称为铝热剂,在引燃剂(KClO3与镁条或KClO3、蔗糖和浓硫酸存在时)发生氧化还原反应,冶炼高熔点金属。
如冶炼金属:铁、钨、铜等,也可用来焊接钢轨;
5、MgCl2、AlCl3都属于强酸弱碱盐,其水溶液均水解显酸性,因此欲制得无水物,均必须在HCl气流中蒸发结晶。
否则,均水解得到相应的氢氧化物,加热后分解得到相应的氧化物;
6、金属镁的冶炼可电解熔融的制取:MgCl2=Mg+Cl2;而固体AlCl3属于分子晶体,熔融状态不能导电,因此金属铝的冶炼,只能通过电解熔融Al2O3的方法制取:
2Al2O3=4Al+3O2↑,但由于Al2O3的熔点很高,为了使其在较低的温度下熔化,可加入冰晶石(Na3AlF6)
[例1]由海水制备无水氯化镁,主要有以下步骤:①在一定条件下脱水干燥;②加熟石灰;③加盐酸;④过滤;⑤浓缩结晶。
其先后顺序正确的是:
A、②④⑤③①
B、③②④①⑤
C、③④②⑤①
D、②④③⑤①
解析:海水中存在着丰富的镁,均以Mg2+的形式存在,可以用碱将Mg2+沉淀析出,Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓过滤后,用盐酸溶解产生的Mg(OH)2,并在HCl气流中蒸发结晶,就可以得到无水氯化镁,故本题的答案为②④③⑤①
答案:D
[例2]两个烧杯加入同体积的浓度为2mol/L的H2SO4,置于天平两端,调平天平后分别加入10.8g的A1和Mg,则反应完毕后,天平:
A、可能加Mg一端下倾
B、可能加Al一端下倾
C、可能仍保持天平平衡
D、无法判断
解析:此题未说明稀H2SO4的体积,分下列三种情况讨论:
(1)加入稀H2SO4过量,Al、Mg都已反应完毕,按化学反应方程式计算,加入Al、Mg 每端增加的重量:
2Al+3H2SO4=A12(SO4)3+3H2↑ △w
54 g 6 g 48 g
10.8 g m(A1) m(A1)=9.6g
Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑ △w
24 g 2 g 22 g
10.8 g m (Mg) m(Mg)=9.9 g
则加入Mg一端增加质量多,往下倾。
(2)加入稀H2SO4对Al和Mg都不足,两金属都有剩余。
因加稀H2SO4物质的量一定,则产生的H2的量也相同,故天平保持平衡。
(3)若加入H2SO4的量能使Mg完全反应,反应放出H2后,溶液增重9.9 g,使Al不能完全反应,Al有余,加入Al的一端增加质量小于9.6 g,故天平向加入Mg的一端下倾。
答案:A、C。
[例3]向100mL 2mol·L-1的AlCl3溶液中,逐滴加入NaOH溶液100mL时产生沉淀为
7.8g,则加入NaOH溶液的物质的量浓度是:
A、1mol·L-1
B、1.5 mol·L-1
C、3mol·L-1
D、7 mol·L-1
解析:7.8gAl(OH)3的物质的量为0.1mol。
AlCl3逐滴加入NaOH溶液有关反应为:
Al3++3OH一=Al(OH)3↓A1(OH)3+OH一=A1O2-+2H2O
(1)NaOH不足
设参加反应的NaOH的物质的量为n(NaOH)
Al3++3OH一=Al(OH)3↓
3 1
n(NaOH) 0.1 mol 则n(NaOH)=0.3mol
c(NaOH)=0.3mol/0.1L=3mol·L-1
(2)NaOH过量
Al3+全部沉淀为Al(OH)3,过量的NaOH溶解部分的Al(OH)3,只余0.1mol Al(OH)
3沉淀。
设使Al 3+全部沉淀需NaOH的物质的量为n
1(NaOH)
溶解部分Al(OH)3需NaOH的物质的量为n2(NaOH)
Al3++3OH-=Al(OH)3↓
1 3 1
0.2mol n1(NaOH) 0.2 mol n1(NaOH)=0.6mol
Al(OH)3+OH-=A1O2-+2H2O
1 1
0.1mol n2(NaOH)n2(NaOH)=0.1mol
c(NaOH)=0.7mol/0.1L=7mol·L-1
答案:CD
[例4]A、B、C、D、E、F是中学化学中的常见物质,它们之间的转化关系如图所示.其中 A、B为单质,F为白色沉淀,D为气体.
(1)若D的水溶液显弱酸性,则A是_____,B是_____,C是_____,D是_____,E是_____,F是_____.
(2)若D的水溶液显弱碱性,则A是_____,B是_____,C是_____,D是_____,E是_____,F是_____.
解析:E与NaOH溶液反应生成白色沉淀F,则F必为氢氧化物,常见的白色氢氧化物沉淀有Mg(OH)2和Al(OH)3。
进一步推知E为MgCl2或AlCl3,B为Mg或Al,A为非金属单质.又因C能与H2O反应同时生成Al(OH)3或Mg(OH)2,则C与H2O的反应是水解反应.显碱性的气体常见的只有NH3,可确定C为Mg3N2,A为N2,B为Mg。
当D为酸性气体时,且是水解产生的,则C同样是与Mg3N2相类似的盐,常见的为A12S3,推知A为S,B为A1.答案:(1)A.S B.Al C. A12S3 D.H2S E.AlCl3 F.Al(OH)3(2)A.N2 B.Mg C. Mg3N2 D.NH3 E.MgCl2 F.Mg(OH)2
[例5]向明矾[KAl(SO4)2·12H2O]溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液至过量.
(1)写出可能发生的有关反应的离子方程式.
(2)在图中,纵坐标表示生成沉淀的物质的量,横坐标表示加入Ba (OH )2的物质的量.试在图中画出当溶液中明矾为1 mol 时,生成的每一种沉淀的物质的量随Ba (OH )2物质的量变化的曲线(在曲线上标明沉淀的化学式).
(3)当向a L 物质的量浓度为M mol /L 的明矾溶液中滴加物质的量浓度为n mol /L 的Ba (OH )2溶液b L ,用含a ,M ,N 的表达式表示:
①当b 满足______条件时,沉淀的总物质的量为最大值. ②当b 满足______条件时,沉淀的质量为最大值. 解析:(1)设溶液中明矾的物质的量为1 mol .则当滴加的Ba (OH )2的物质的量分别在0~1.5 mol 和1.5mol ~2.0mol 时,所发生的反应的化学方程式和离子方程式分别为:
2KAl (SO 4)2+3Ba (OH )2=K 2SO 4+3BaSO 4+2Al (OH )3↓① K 2SO 4+2Al (OH )3+Ba (OH )2=2KAlO 2+BaSO 4↓+4H 2O②
(2)从化学方程式可以看出,生成BaSO 4的物质的量随Ba (OH )2的量的增加而增加,生成Al (OH )3的物质的量随Ba (OH )2的量的增加而发生先增加后减少直至完全溶解的变化过程.
(3)由方程式①知,当加入了 1.5molBa (OH )2时,生成沉淀的物质的量为
mol mol
mol 5.22
23=+,质量为1.5mol×233g/mol +1mol×78g /mol =427.5g ;由方程
式②知,当继续滴加0.5molBa (OH )2时,沉淀的物质的量将减少1mol×2
1
=0.5mol ,沉淀
的质量却增加了0.5mol×233g/mol -78g =38.5g .所以,把明矾溶液中Al 3+
恰好沉淀完全
时,生成沉淀的总的物质的量最大,把SO 42-
沉淀完全时,生成沉淀的质量最大。
则根据方程式①可得,当b =3aM/2n (L )时,沉淀的总物质的量最大; 根据方程式②可得,当b =2aM/n (L )时,沉淀的总质量最大, 答案:(1)2KAl (SO 4)2+3Ba (OH )2=K 2SO 4+3BaSO 4+2Al (OH )3↓
K 2SO 4+2Al (OH )3+Ba (OH )2=2KAlO 2+BaSO 4↓+4H 2O (2)见下图
(3)当b =3aM/2n (L )时,沉淀的总物质的量最大; 当b =2aM/n (L )时,沉淀的总质量最大。