镁铝及其化合物知识归纳及巩固之一镁铝单质文档格式.docx

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很好

[特别提醒]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.

（三）镁、铝单质的化学性质

1．与非金属反应

（1）与O2反应。

常温下与空气中的O2反应生成一层致密的氧化物薄膜，所以镁、铝都有抗腐蚀的性能，不需要密封保存。

镁、铝都能在空气中燃烧：

2Mg+O2

2MgO4Al+3O2

2Al2O3

（2）与卤素单质、硫等反应。

Mg+Cl2

MgCl22Al+3Cl2

2AlCl3

2Al+3S

Al2S3（用于工业制备）Mg+S

MgS

[特别提醒]①镁在空气中用酒精灯火焰点燃即可燃烧，而铝在空气中需要高温点燃才能燃烧。

镁在空气中燃烧时有三个反应发生：

2MgO3Mg+N2

Mg3N22Mg+CO2

2MgO+C

②燃烧时都放出大量的热，发出耀眼的白光。

利用镁的这种性质来制造照明弹。

③集气瓶底部都要放一些细纱，以防止集气瓶炸裂。

2．与H2O反应

Mg、A1和冷水都不反应，但在加热条件下镁与水反应生成氢氧化镁和氢气；

铝在强碱溶液中会与水反应。

Mg+2H2O

Mg（OH）2+H2↑2A1+6H2O

2A1（OH）3+3H2↑（强碱溶液中）

[特别提醒]镁和铝都是较活泼的金属，在一定条件下，它们都可以和水反应，置换出水中的氢。

镁跟冷水缓慢地反应，加热时反应更为显著。

铝和沸水也能微弱的反应，但现象不明显。

这一方面是因为镁的金属活动性较铝相对较强，另一个不可忽视的原因是它们的氢氧化物虽然都难溶于水，但Mg（OH）2较Al（OH）3的溶解性相对较大（25℃时氢氧化镁的KSP为1.8×

10-11，氢氧化铝的KSP为5×

10-34），所以与水反应时生成的Mg（OH）2在镁条表面的覆盖要小，尤其是在加热的条件下（加热时水中的氢离子浓度也相对较大）。

但在像在NaOH溶液的强碱性条件下，情况就不一样了。

在强碱溶液中，Mg（OH）2的溶解度大为减小，水中的氢离子浓度也减小了，事实证明，镁和强碱溶液不反应，而铝则不然，由于Al（OH）3是典型的两性氢氧化物，它可溶于强碱溶液。

3．与酸反应

Mg、A1与浓、稀盐酸、稀硫酸、磷酸等非氧化性酸反应置换出H2。

反应实质：

2Al+6H+=2Al3++3H2↑

与氧化性酸（硝酸、浓硫酸）作用无H2。

其中铝在冷浓H2SO4，冷浓硝酸中发生钝化现象（铝的表面被氧化为致密的氧化物薄膜，这层薄膜阻止了酸与内层金属的进一步反应）。

所以可用铝制容器贮存冷的浓硫酸或浓硝酸。

4．与某些氧化物反应

（1）镁与二氧化碳反应：

2Mg+CO2

[特别提醒]“CO2不能助燃”的说法是不全面的，CO2对绝大多数可燃物是良好的灭火剂，而对K、Ca、Na、Mg等可燃物却是助燃剂。

（2）铝热反应：

2Al+Fe2O3

2Fe+Al2O3

实验现象：

当反应被引发后，反应剧烈进行，放出大量的热，发出耀眼的白光；

从漏斗底部流出火红的液滴，在蒸发皿内的沙中冷却为黑色固体，该固体可被磁铁吸引。

铝热反应可用于焊接钢轨和冶炼某些难熔金属，如：

V、Cr、Mn等。

[特别提醒]①铝热剂是指铝粉和某些还原性比铝弱的金属氧化物的混合物，金属氧化物可以是：

Fe2O3、FeO、Fe3O4、Cr2O3、V2O5、MnO2等。

②铝热反应的特点是反应放出大量的热，使生成的金属呈液态。

③要使用没有氧化的铝粉，氧化铁粉末要烘干。

④引发铝热反应的实验操作是：

加入少量KClO3,插上Mg条并将其点燃.镁条的作用是通过其燃烧放出的热量引发铝热反应，作引发剂；

KClO3的作用是做氧化剂，使伸入混合物内部的镁条继续燃烧。

5．与碱反应

镁不与碱反应，铝与碱液反应：

2Al+2NaOH+2H2O

2NaAlO2+3H2↑

反应的实质:

分两步进行:

（2）Al（OH）3+NaOH========NaAlO2+2H2O

[特别提醒]在铝与氢氧化钠反应中，氧化剂是水而不是氢氧化钠。

6.与盐溶液反应：

镁与氯化铵溶液反应：

Mg+2NH4Cl=MgCl2+2NH3↑+H2↑

铝与硫酸铜溶液反应:

2Al+3CuSO4=Al2（SO4）3+3Cu

（4）用途：

1.镁的用途：

①制造业中，用来制造轻合金。

在国防工业中有重要应用，被誉为“国防金属”。

②冶金工业上，金属镁常用作还原剂和脱氧剂。

2.铝的用途：

铝由其优良的物理性质而决定的重要用途主要有：

①延展性——制作铝线、铝箔、多种容器；

②导电性——作电的导体。

铝的导电性仅次于银、铜，是优良的导体之一；

③导热性——作热的导体；

④不透明——作忌光物（如胶卷）的包装材料

银白色金属光泽——作涂料（俗称银粉、银漆）。

（五）镁和铝的制取：

镁、铝在自然界中均以化合态存在，铝是地壳里存在最多的金属元素。

工业上用电解熔融的MgCl2制取Mg,用电解熔融的Al2O3制取Al。

1.电解熔融状态的氯化镁制取镁

阳极反应：

2Cl--2e-=Cl2↑

阴极反应：

Mg2++2e-=Mg

总反应：

MgCl2（熔融）

Mg+Cl2↑

2.电解熔融状态的氧化铝制取铝

6O2--12e-=3O2↑

4Al3++12e-=4Al

2Al2O3（熔融）

4Al+3O2↑

（六）铝与酸、碱反应的生成H2的量的关系计算规律：

铝分别与盐酸、氢氧化钠溶液反应的原理

2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑①

2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑②

（1）等量的铝与足量的酸、碱分别反应

①产生H2的物质的量相等

②消耗H＋、OH－的物质的量之比为：

n（H＋）∶n（OH－）＝3∶1

（2）足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠反应。

①消耗Al的物质的量之比为1∶3

②生成H2的物质的量之比为1∶3

（3）一定量的铝分别与一定量的盐酸或氢氧化钠溶液反应，若产生氢气的体积比为

1/3＜VHCl（H2）/VNaOH（H2）＜1/1，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。

【例1】铝分别与足量的稀盐酸和足量氢氧化钠溶液反应，当两个反应放出的气体在相同状况下体积相等时，反应中消耗的HCl和NaOH的物质的量之比为（　）

A.1∶1　　　B．2∶1　　　C．3∶1　　　D.1∶3

解析：

抓住2个反应生成H2的体积相等进行计算

有关化学反应的方程式如下：

2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑

2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

由此可知，在同温同压下生成等体积（也是等物质的量）的H2时，消耗的HCl与NaOH的物质的量之比为6∶2＝3∶1。

[方法技巧]铝与盐酸、NaOH溶液的反应，还原剂为Al，由电子守恒知：

生成等量的H2，消耗Al的物质的量相等，即生成等物质的量的AlCl3、NaAlO2，根据Cl-、Na+守恒得所需HCl和NaOH的物质的量之比为3∶1

【例2】甲、乙两烧杯中各盛有100mL

的盐酸和氢氧化钠溶液，向两烧杯中加入等质量的铝粉，反应结束后生成气体的体积比为甲：

乙=1：

2，则加入铝粉的质量为（）

A.5.4gB.3.6gC.2.7gD.1.8g

铝和盐酸的反应方程式为

；

铝与NaOH溶液的反应方程式为

，

若在等物质的量的盐酸和NaOH溶液中分别投入足量的铝粉，则产生的

的体积比为1：

3。

现在产生的气体体积比为1：

2，说明铝粉的量对盐酸来说是过量的，而对NaOH是不足量的，与盐酸反应的铝粉是2.7g，与NaOH反应的铝粉应是盐酸的2倍，所以投入铝粉的质量应为5.4g。

答案为A项。

【巩固】等体积、等物质的量浓度的硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中，各加等质量的铝，生成氢气的体积比为5:

6，则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是（）

A．甲、乙中都是铝过量B．甲中铝过量，乙中碱过量

C．甲中酸过量，乙中铝过量D．甲中酸过量，乙中碱过量

生成氢气的体积比即物质的量之比为n（甲）:

n（乙）＝5:

6，

设甲中产生H2为5mol，则乙中产生H2为6mol。

甲：

2Al＋3H2SO4===Al2（SO4）3＋3H2↑

233

10/3mol5mol5mol

乙：

2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

223

4mol4mol6mol

甲、乙中加入的铝是等量的，甲中n（H2SO4）和乙中n（NaOH）相等，

故甲中铝过量4mol－10/3mol＝2/3mol，乙中氢氧化钠过量5mol－4mol＝1mol。

【例3】将相同质量的镁条分别在①氧气中②空气中③氮气中④二氧化碳中完全燃烧，燃烧后所得固体产物的质量由小到大的顺序是（）

A.②①③④B.④①②③

C.③②①④D.③①②④

解析:

本题考查Mg在O2、N2、CO2中燃烧的反应以及定量分析问题的能力,只要能利用质量守恒定律,逐一分析其质量关系,即可解题。

具体如下：

Mg在氧气中：

2Mg+O2=2MgO

Mg在氮气中：

2Mg+O2=2MgO（主）3Mg+N2=Mg3N2（微量）

Mg在二氧化碳中：

2Mg+CO2=2MgO+C

依元素守恒法，1molMg燃烧生成1molMgO，质量增加16g；

1molMg燃烧生成1/3molMg3N2，质量增加28/3g；

1molMg在二氧化碳中燃烧，固体产物分别为1/2mol在C和1mol的MgO，质量增加6g+16g=22g。

因此，相同质量的镁粉若分别在上述气体中燃烧，所得固体产物的质量的大小关系是在二氧化碳中燃烧最大，应选C。

注意：

Mg在空气中燃烧时，不存在2Mg+CO2=2MgO+C的反应，这是因为在空气中的主要成分是N2和O2，只含微量的CO2，O2的氧化性远强于CO2，所以存在过量O2的条件下，不可能发生与CO2的反应（即使假定发生了此反应，生成的C也会继续与O2反应生成CO2，最终结果也相当于没反应）。

【例4】等物质的量的钠、镁、铝分别与1L1mol/L的盐酸作用产生氢气，可出现下列四种情况：

①Na＜Mg＜Al;

②Na＜Mg=Al;

③Na=Mg=Al;

④Na＞Mg=Al.讨讨论上述四种情况所需金属的物质的量分别在何范围?

本题可用分段讨论的方法，但比较繁琐，用作图法则方便快捷.

化学反应中，反应物与生成物的量通常成线性关系，作图时可利用特殊点（如刚开始反应，恰好完全反应等）画出投入金属量与产生氢气量的关系图，各种情况一目了然.

根据Na～H+～1/2H2Mg～2H+～H2Al～3H+～3/2H2

对于Na:

起点O（0，0），盐酸恰好完全反应时为A点（1，1/2）；

对于Mg:

起点O（0，0），盐酸恰好完全反应时为B点（1/2、1/2）；

对于Al：

起点O（0，0），盐酸恰好完全反应时为C点（1/3，1/2）

显然，当n＜1/2时，Na＜Mg＜Al

当1/2≤n＜1时，Na＜Mg=Al

当n=1时，Na=Mg=Al

当n＞1时，Na＞Mg=Al.

参考答案：

①n＜1/2②1/2≤n＜1

③n=1④n＞1

【例5】镁是一种很活泼的金属，常用作脱硫剂、脱氧剂。

在电子工业中利用镁制取硅的反应为：

2Mg＋SiO2

2MgO＋Si同时有副反应发生：

2Mg＋Si

Mg2Si

Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4（硅烷）。

SiH4在常温下是一种不稳定、易分解的气体。

（1）图（甲）是进行Mg与SiO2反应的实验装置。

Ⅰ.由于O2的存在对该实验有较大影响，实验中应通入X气体作为保护气。

X气体应选用①CO2、②N2、③H2中的。

Ⅱ.实验开始时，必须先通入X的气体，再接通电源加热反应物，其理由是；

当反应引发后，切断电源，反应能继续进行，其原因是。

Ⅲ.反应结束时，待冷却至常温后，关闭K，从分液漏斗处加入稀盐酸，可观察到导管口a处有闪亮的火星。

据此现象可推知在空气中能自燃。

（2）图（乙）所示装置进行的实验如下：

先关闭K，使A中反应进行；

加热玻璃管C，可观察到C管中发出耀眼白光，产生白烟，管壁上附着有淡黄色物质。

实验完成后，将C管中固体全部加入盐酸中，有臭鸡蛋气味的气体生成。

Ⅰ.C中的Mg应放在不锈钢垫片上而不能直接接触管壁，这是因为。

Ⅱ.停止实验时，先打开K，再停止滴加浓硫酸并熄灭酒精灯。

橡胶气胆B在实验中的作用是。

Ⅲ.C中全部反应产物有、、。

（填化学式）

（1）Ⅰ.③Ⅱ.防止加热条件下H2与空气混合爆炸Mg与SiO2的反应是放热反应

Ⅲ.SiH4

（2）Ⅰ.同在加热条件下，Mg能与玻璃中的SiO2反应

Ⅱ.防止C管降温时因气体压强减小，而引起D中溶液倒流Ⅲ.MgOSMgS

【例6】有铝粉和四氧化三铁组成的铝热剂，在隔绝空气的条件下灼烧，使之充分反应。

将所得混合物研细并分成两等份，分别投入过量的烧碱溶液和盐酸中。

充分反应后，前者消耗ｍ　mol　NaOH，放出气体0．336　L；

后者消耗n　mol　HCl，放出气体VL。

若将等质量的这种铝热剂中的铝粉与足量的稀硫酸作用，可得3．36　L气体（气体体积均在标准状况下测定。

）求：

（1）该铝热剂中铝粉和四氧化三铁的质量分数分别为。

（2）ｍ、ｎ、Ｖ的值、、。

（1）Al:

27.95%Fe3O4:

72.05%

（2）m=0.05moln=0.24molV=1.344L

【例7】在标准状况下进行甲、乙、丙三组实验，三组各取30ｍL同浓度的盐酸溶液，加入同一种镁铝合金粉末，产生气体，有关数据列表如下：

实验序号

甲

乙

丙

合金质量（ｍｇ）

255

385

459

生成气体体积

（ｍL）

280

336

（1）甲组实验中，盐酸（填“过量”“适量”或“不足量”），理由是。

乙组实验中，盐酸（填“过量”“适量”或“不足量”），理由是。

要算出盐酸的物质的量浓度，题中可作计算依据的数据是，求得的盐酸的物质的量浓度为。

（2）求合金中Mg、Al的物质的量之比，题中可作计算依据的数据是，求得的Mg、Al的物质的量之比为。

（3）在丙组实验之后，向容器中加入1　mol·

L－1的氢氧化钠溶液，能使合金中的铝恰好溶解，不形成含铝的沉淀，并使Mg2＋刚好沉淀完全，再过滤出不溶固体，求滤液中各溶质的物质的量和所加入氢氧化钠溶液的体积（写计算过程）。

（1）过量、因为乙组所用合金量比甲组多，产生H2也多，说明甲组中HCl未反应完；

不足量、因为甲组255　ｇ合金生成H2　280　ｍＬ，每克合金生成H2：

ｍＬ。

若乙组中合金耗尽，应生成H2：

×

385＝423　ｍＬ，实际只生成336　ｍＬ，所

以盐酸不足量；

盐酸30　ｍＬ和气体336　ｍＬ；

１　mol·

Ｌ－1

（2）合金255　ｍｇ，气体280　ｍＬ１∶1

（3）滤液中溶质为NaCl，NaＡlO2

设丙组中Mg、Al的物质的量均为ｘ

则24ｘ＋27ｘ＝0．459ｘ＝0．009　mol

根据Cl元素守恒：

ｎ（NaCl）＝ｎ（HCl）＝１×

0．03＝0．03　mol

根据Ａl元素守恒：

ｎ（NaAlO2）＝ｎ（Al）＝0．009　mol

由Na元素守恒：

ｎ（NaOH）＝ｎ（NaCl）＋ｎ（NaＡlO2）＝0．03＋0．009＝0．039　mol

V（NaOH）＝

＝0．039　Ｌ＝39　ｍＬ

【例8】某课外小组对一些金属单质和化合物的性质进行研究．

（1）下表为“铝与氯化铜溶液反应”实验报告的一部分：

实验步骤

实验现象

将打磨过的铝片（过量）放入一定浓度的CuCl2溶液中

产生气泡，析出疏松的红色固体，溶液逐渐变为无色

反应结束后分离出溶液备用

红色固体用蒸馏水洗涤后，置于潮湿空气中

一段时间后固体由红色变为绿色[其主要成分为Cu2（OH）2CO3]

按反应类型写出实验中所发生反应的化学方程式各一个（是离子反应的只写离子方程式）。

置换反应：

____________________________________________________；

化合反应：

_____________________________________________________。

（2）用石墨作电极，电解上述实验分离出的溶液，两极产生气泡．持续电解，在阴极附近的溶液中还可以观察到的现象是____________________________。

解释此现象的离子方程式是：

_________________________________________.

（3）工业上可用铝与软锰矿（主要成分为MnO2）反应来冶炼金属锰。

①用铝与软锰矿冶炼锰的原理是（用化学方程式来表示）：

__________________________________。

②MnO2在H2O2分解反应中作催化剂．若将适量MnO2加入酸化的H2O2溶液中，MnO2溶解产生Mn2＋，该反应的离子方程式是：

________________________。

【解析】

（1）Al放入CuCl2溶液中，产生气泡，一定是H2，因为Cu2＋水解：

Cu2＋＋2H2O=Cu（OH）2＋2H＋，溶液的酸性较强，发生反应：

2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，红色固体为置换出的Cu：

2Al＋3Cu2＋===2Al3＋＋3Cu，以上两个反应都是置换反应，要写化合反应，显然是Cu、O2、CO2、H2O发生了复杂的反应生成Cu2（OH）2CO3，根据氧化还原反应原理，参加反应的Cu与O2物质的量之比为2∶1，再根据原子个数守恒可配平其他物质的化学计量数。

（2）电解AlCl3溶液，移向阳极的阴离子有OH－、Cl－，Cl－放电产生Cl2，移向阴极的阳离子有Al3＋、H＋，阴极附近H＋放电产生H2，Al3＋与OH－发生反应：

Al3＋＋3OH－===Al（OH）3↓，若OH－过量发生反应：

Al（OH）3＋OH－===AlO

＋2H2O。

（3）①为铝热反应，可根据氧化还原反应原理写出．②MnO2在酸化后的H2O2中溶解产生Mn2＋，MnO2中＋4价的锰被还原，则H2O2中－1价的氧被氧化，产生O2，酸化要注意很可能有H＋参与反应。

【答案】

（1）2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑或2Al＋3Cu2＋===2Al3＋＋3Cu　

2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2（OH）2CO3

（2）有白色沉淀生成，后来沉淀逐渐溶解至消失：

（3）Al3＋＋3OH－===Al（OH）3↓，Al（OH）3＋OH－===AlO

＋2H2O；

（3）①3MnO2＋4Al

3Mn＋2Al2O3；

②MnO2＋H2O2＋2H＋===Mn2＋＋O2↑＋2H2O

【例8】铝镁合金已成为轮船制造、化工生产等行业的重要材料．某研究性学习小组的三位同学，为测定某含镁3%～5%的铝镁合金（不含其他元素）中镁的质量分数，设计下列三种不同实验方案进行探究．填写下列空白．

[探究一]

实验方案：

铝镁合金

测定剩余固体质量

实验中发生反应的化学方程式是：

____________________________________。

实验步骤：

（1）称取5.4g铝镁合金粉末样品，投入VmL2.0mol/L　NaOH溶液中，充分反应．NaOH溶液的体积V≥________。

（2）过滤、洗涤、干燥、称量固体．该步骤中若未洗涤固体，测得镁的质量分数将_______（填“偏高”或“偏低”）。

[探究二]

铝镁合金盐酸,测定生成气体的体积（实验装置如图所示）

问题讨论：

（1）某同学提出该实验装置不够完善，应在A、B之间添加一个干燥、除酸雾的装置．你的意见是________（填“需要”或“不需要”）。

（2）为使测定结果尽可能精确，实验中应注意的问题是（写出两点）：

①________________________________________________________________；

②________________________________________________________________。

[探究三]

称量xg铝镁合金粉末，放在如图所示装置的惰性电热板上，通电使其充分灼烧。

（1）欲计算Mg的质量分数，该实验中还需测定的数据是__________________。

（2）若用空气代替O2进行实验，对测定结果是否有影响？

________（填“是”或“否”）。

[实验拓展]

参照探究一、探究二实验方案，请你另设计一个实验方案，测定该铝镁合金中镁的质量分数。

___________________________________________________________________。

【解析】[探究一]利用NaOH溶液溶解铝，余下为Mg.合金质量5.4g，Al的最小质量为

5.4×

95%g，Al与NaOH按物质的量比1∶1反应，

V（NaOH）＝

＝

＝0.095L，即95mL，

Al的最大质量为5.4×

97%⇒V（NaOH）＝97mL。

所以V（NaOH）≥97mL。

若不洗涤沉淀，杂质附着在Mg上，使结果偏高．

[探究二]酸雾可溶于水，不需要加除杂装置．注意量气装置的使用：

①要检查气密性，②读数时一定要保证B、C装置中液面相平，③恢复到室温后再读数，④读数时保证视线与凹液面的最低点相平，⑤加入足量盐酸保证合金完全溶解等。

[探究三]利用合金与O2充分反应后增加的质量和合金反应前的质量可以推算出Mg、Al各自的质量．如果用空气代替O2，空气中N2、CO2会与Mg反应：

N2＋3Mg

Mg3N2，CO2＋2Mg

2MgO＋C，对实验造成影响。

【答案】[探究一]2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

（1）97　

（2）偏高

[探究二]

（1）不需要

（2）①检查装置的气密性　②合金完全溶解（或加入足量盐酸，或调整量气管C的高度，

使C中液面与B中液面相平等，合理答案均可）