版高考化学一轮复习第三章第二节镁铝及其化合物学案.docx

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版高考化学一轮复习第三章第二节镁铝及其化合物学案

第二节

镁、铝及其化合物

考点

（一）　镁、铝【点多面广精细研】

1．铝的性质和用途

（1）物理性质

色、态

密度

质地

导电、导热、延展性

存在

银白色，有金属光泽的固体

较小

柔软

良好

自然界中以化合态存在

[注意]　铝是地壳中含量最高的金属元素，仅次于硅元素。

（2）化学性质

　写出图中标号反应的化学方程式或离子方程式：

④2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2。

⑤2Al＋Fe2O3

2Fe＋Al2O3（铝热反应）。

（3）制备及用途

制备

电解熔融Al2O3：

2Al2O34Al＋3O2↑

用途

①纯铝用作导线

②铝合金制备汽车、飞机、生活用品等

2.镁的性质和用途

（1）物理性质

①镁：

镁是银白色有金属光泽的固体，密度较小，硬度较低。

②镁合金：

密度较小，硬度和强度都较大。

（2）对比记忆镁的化学性质

铝

镁

与非金属反应

能被Cl2、O2氧化

2Mg＋O22MgO

3Mg＋N2Mg3N2

与水反应

反应很困难

能与沸水反应：

Mg＋2H2OMg（OH）2＋H2↑

续表

铝

镁

与碱反应

能溶于强碱溶液

不反应

与某些氧化物反应

能与Fe2O3、MnO2、Cr2O3等金属氧化物发生铝热反应　　

能在CO2中燃烧：

2Mg＋CO22MgO＋C

（3）用途

①镁合金——用于制造火箭、导弹和飞机的部件。

②镁——制造信号弹和焰火。

[小题练微点]

判断下列说法的正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）（2017·全国卷Ⅱ）2.4gMg与H2SO4完全反应，转移的电子数为0.1NA（　　）

（2）（2016·天津高考）用NaOH溶液除去镁粉中的杂质铝：

2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑（　　）

（3）（2015·全国卷Ⅰ）用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热，熔化后的液态铝滴落下来，说明铝的熔点较低（　　）

（4）（2015·全国卷Ⅱ）浓硝酸滴入用砂纸打磨过的铝条中，产生红棕色气体（　　）

（5）（2014·全国卷Ⅱ）铝与Fe2O3发生铝热反应，反应后固体物质增重（　　）

（6）Mg粉与浓NH4Cl溶液反应放出H2和NH3（　　）

（7）冶炼铝时常用焦炭作还原剂（　　）

（8）1molAl与足量的硫酸或足量的氢氧化钠溶液反应转移电子数相同（　　）

（9）铝与少量NaOH溶液反应得到铝盐，与足量NaOH溶液反应生成偏铝酸盐（　　）

（10）相同质量的镁条分别在足量的CO2和O2中完全燃烧，所得固体的质量相同（　　）

（11）工业上制造镁粉时，可将镁蒸气在N2中冷却（　　）

答案：

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）×　（5）×　（6）√　（7）×（8）√　（9）×　（10）×　（11）×

1.铝制品具有较强的抗腐蚀性，主要是因为（　　）

A．铝的化学性质稳定

B．铝在常温时与氧气不反应

C．铝具有金属性，也具有非金属性

D．铝与氧气反应生成一层致密的氧化物薄膜

解析：

选D　铝是活泼金属，化学性质活泼，故A错误；铝被氧气氧化生成氧化铝，而不是不反应，故B错误；铝具有金属性，不具有非金属性，故C错误；铝被氧气氧化生成氧化铝，氧化铝是致密的氧化物，能阻止铝进一步被氧化，故D正确。

2.如图所示的装置中，把X溶液逐滴滴下与Y物质反应，若X为浓硫酸，Y为第三周期金属元素的单质，常温下难与水反应。

Z为品红溶液，实验中观察到Z褪色。

则Y为（　　）

A．Na　　　　　　　　　　B．Mg

C．AlD．Mg或Al

解析：

选B　实验中品红溶液褪色，说明反应中有SO2产生，因此该金属是Mg，因为Al在常温下遇浓硫酸钝化，而Na是活泼的金属，极易与水反应生成H2，B项正确。

3.（2019·石景山区模拟）根据如图的转化关系判断，下列说法正确的是（反应条件已略去）（　　）

A．生成等质量H2时，①和②反应消耗n（HCl）＝n（NaOH）

B．反应③中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶3

C．反应③和④消耗等量的Al时，生成的n（Cu）∶n（Fe）＝3∶2

D．反应⑤的离子方程式为Al3＋＋3OH－===Al（OH）3↓

解析：

选C　根据得失电子守恒，生成氢气的物质的量相等则消耗铝的物质的量相等，根据铝原子守恒，设1mol铝参加反应，则生成偏铝酸钠1mol需氢氧化钠为1mol，生成氯化铝1mol需HCl为3mol，所以①和②反应消耗n（HCl）＝3n（NaOH），故A错误；铝与硫酸铜反应，铝是还原剂，硫酸铜是氧化剂，根据得失电子守恒可知：

硫酸铜与铝的物质的量之比为3∶2，故B错误；反应③和④消耗等量的Al时，Al失电子的物质的量相等，设2mol

的铝参加反应，由得失电子守恒可知：

生成铜的物质的量为3mol，生成铁的物质的量为2mol，所以生成的n（Cu）∶n（Fe）＝3∶2，故C正确；一水合氨是弱电解质，书写离子方程式用化学式，氯化铝与氨水反应生成氢氧化铝沉淀和氯化铵，正确的离子方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH，故D错误。

4．新型镁铝合金（Mg17Al12）有储氢性能，它在一定条件下完全吸氢的反应为Mg17Al12＋17H2===17MgH2＋12Al，得到的混合物Y（17MgH2＋12Al）能与酸反应释放出大量氢气。

下列说法正确的是（　　）

A．该合金应在氮气保护下，将一定比例的Mg、Al单质熔炼而成

B．该合金中含有离子键，铝元素呈正价

C．1molMg17Al12完全吸氢后得到的Y与盐酸完全反应放出的H2在标准状况下的体积为1164.8L

D．合金的熔点高于金属镁、金属铝的熔点

解析：

选C　镁和氮气反应，A错误；合金是金属的混合物，不存在离子键，B错误；

1molMg17Al12吸氢的反应为Mg17Al12＋17H2===17MgH2＋12Al，即吸收了17mol的氢气，

1molMg17Al12相当于17mol镁和12mol铝，和盐酸反应生成的氢气为mol＝

35mol，所以总共产生的氢气为（35＋17）mol＝52mol，其标准状况下的体积为52mol×22.4L·mol－1＝1164.8L，C正确；合金的熔点低于各成分金属的熔点，D错误。

5．铝是中学化学学习阶段的唯一一种既能与酸（非氧化性酸）反应又能与强碱溶液反应放出H2的金属，根据铝的这一特殊性质回答下列问题：

（1）等质量的两份铝分别与足量的HCl、NaOH溶液反应，所得H2的体积之比是______。

（2）足量的两份铝分别投入到等体积、等物质的量浓度的HCl、NaOH溶液中，产生H2的体积之比是________。

（3）足量的两份铝分别投入到等体积、一定物质的量浓度的HCl、NaOH溶液中，二者产生的H2相等，则HCl和NaOH的物质的量浓度之比是________。

解析：

（1）根据化学方程式：

2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O

===2NaAlO2＋3H2↑，Al与H2的关系式均为2Al～3H2，故两份等质量的Al都完全反应时，所得H2的量必相等。

（2）因为在反应中Al过量，产生的H2由HCl和NaOH的量决定。

根据化学反应中的关系式：

6HCl～3H2、2NaOH～3H2，故当HCl、NaOH物质的量相等时，二者产生H2的体积比为1∶3。

（3）因为铝足量且产生H2相等，根据关系式n（HCl）∶n（NaOH）＝3∶1，又因为两溶液体积相等，故物质的量浓度c（HCl）∶c（NaOH）＝n（HCl）∶n（NaOH）＝3∶1。

答案：

（1）1∶1　

（2）1∶3　（3）3∶1　

铝与酸、碱反应生成H2的量的关系

铝分别与盐酸、NaOH溶液反应的化学方程式为

2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。

从化学方程式可以看出，Al与酸、碱反应时生成H2的实质是，所以不论是Al与酸还是与碱反应，Al与产生的H2的关系均是2Al～3H2。

（1）等量铝分别与足量盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为＝。

（2）足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为＝。

（3）一定量的铝分别和一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，当产生氢气的体积比为＜＜，则必定是①铝与盐酸反应时，铝过量而盐酸不足；②铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而氢氧化钠过量。

考点

（二）　镁、铝的重要化合物【点多面广精细研】

1．MgO和Al2O3

氧化物

MgO

Al2O3

物理性质

白色固体，难溶，熔点高，密度小

白色固体，难溶，熔点高

化

学

性

质

类别

碱性氧化物

两性氧化物

与H2O反应

MgO＋H2OMg（OH）2（反应缓慢）

不反应

与H＋反应

MgO＋2H＋===Mg2＋＋H2O

Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O

与OH－反应

不反应

Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O

重要用途

制耐火、耐高温器材

制耐火、耐高温器材；炼铝和人造宝石的原料

[注意]　不能用氧化铝坩埚熔融NaOH固体。

2．Mg（OH）2和Al（OH）3

氢氧化物

Mg（OH）2

Al（OH）3

物理性质

白色固体，难溶

白色固体，难溶；Al（OH）3胶体吸附能力强

化

学

性

质

类别

中强碱，悬浊液使酚酞变浅红：

Mg（OH）2Mg2＋＋2OH－

典型两性氢氧化物：

H＋＋AlO＋H2O（酸式电离）Al（OH）3Al3＋＋3OH－（碱式电离）；不能与较弱的酸、碱反应，如H2CO3、NH3·H2O

与H＋

反应

Mg（OH）2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O

Al（OH）3＋3H＋===Al3＋＋3H2O

与OH－

反应

不反应

Al（OH）3＋OH－===AlO＋2H2O

与盐

反应

溶于NH4Cl浓溶液：

Mg（OH）2＋2NH4Cl===MgCl2＋2NH3·H2O

Al（OH）3不溶于NH4Cl浓溶液

热稳

定性

Mg（OH）2MgO＋H2O

2Al（OH）3Al2O3＋3H2O

制法

实验室

Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓

Al3＋＋3NH3·H2O===Al（OH）3↓＋3NH

工业

Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓等多种方法

AlO＋CO2（足量）＋2H2O===Al（OH）3↓＋HCO

用途

①阻燃剂②镁盐的制造

①治疗胃酸过多

②Al（OH）3胶体可用于净水

3.一种重要的复盐——明矾

（1）硫酸铝钾是由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的复盐。

（2）明矾的化学式为KAl（SO4）2·12H2O，它是无色晶体，可溶于水，水溶液pH＜7（填“＜”“＞”或“＝”）。

明矾可以净水，其净水的原理是Al3＋＋3H2OAl（OH）3（胶体）＋3H＋，Al（OH）3胶体吸附水中杂质形成沉淀而净水。

（3）明矾溶液与Ba（OH）2溶液反应的离子方程式：

①Al3＋恰好完全沉淀

2Al3＋＋3SO＋3Ba2＋＋6OH－===2Al（OH）3↓＋3BaSO4↓。

②SO恰好完全沉淀

Al3＋＋2SO＋2Ba2＋＋4OH－===AlO＋2BaSO4↓＋2H2O。

[小题练微点]

判断下列说法的正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）MgO、Al2O3的熔点很高，可制作耐高温材料（　　）

（2）AlCl3与过量NaOH溶液反应生成NaAlO2，但与过量氨水反应却生成Al（OH）3（　　）

（3）中国古代利用明矾溶液的酸性清除铜镜表面的铜锈（　　）

（4）氢氧化铝、NaHCO3、Na2CO3均可作胃酸的中和剂（　　）

（5）明矾水解时能生成具有吸附性的Al（OH）3胶粒，可用于净水和消毒（　　）

（6）下列物质的转化在给定条件下能够实现：

Al2O3NaAlO2（aq）Al（OH）3（　　）

答案：

（1）√　

（2）√　（3）√　（4）×　（5）×　（6）√

[学霸微提醒]

从平衡角度认识Al（OH）3的两性

（1）Al（OH）3的电离：

（2）Al（OH）3的碱性：

加入强酸（如盐酸）时，Al（OH）3电离出的OH－与H＋反应，平衡向右移动，生成铝盐，体现Al（OH）3的碱性。

（3）Al（OH）3的酸性：

加入强碱（如NaOH溶液）时，Al（OH）3电离出的H＋与OH－反应，平衡向左移动，生成偏铝酸盐，体现Al（OH）3的酸性。

1.判断下列说法的正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）（2018·全国卷Ⅱ）氢氧化铝可用于中和过多胃酸（　　）

（2）（2018·江苏高考）KAl（SO4）2·12H2O溶于水可形成Al（OH）3胶体（　　）

（3）（2018·江苏高考）Al（s）NaAlO2（aq）Al（OH）3（s）（　　）

（4）（2016·全国卷Ⅲ）泡沫灭火器灭火是利用了Al2（SO4）3和小苏打的反应（　　）

（5）（2016·江苏高考）向Al2（SO4）3溶液中加入过量氨水的离子方程式：

Al3＋＋3NH3·H2O

===Al（OH）3↓＋3NH（　　）

（6）（2015·全国卷Ⅱ）氯化铝溶液滴入浓NaOH溶液中，产生大量白色沉淀（　　）

答案：

（1）√　

（2）√　（3）×　（4）√　（5）√　（6）×

2．向HCl、MgCl2、AlCl3、NH4Cl溶液中（假设各1mol）逐滴加入NaOH溶液，沉淀的

物质的量随NaOH溶液体积变化的图像如图所示。

（假设Mg2＋、Al3＋结合OH－能力相同）

分析图像的变化情况，回答下列问题：

（1）H＋、Al3＋、Al（OH）3、NH四种微粒与OH－反应的先后顺序依次为_____________。

（2）依次写出各阶段的离子方程式：

①OA：

______________________________________________________________。

②AB：

______________________________________________________________。

③BC：

______________________________________________________________。

④CD：

______________________________________________________________。

答案：

（1）H＋、Al3＋、NH、Al（OH）3

（2）①H＋＋OH－===H2O

②Al3＋＋3OH－===Al（OH）3↓，Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓

③NH＋OH－===NH3·H2O

④Al（OH）3＋OH－===AlO＋2H2O

3.向NaOH、Na2CO3、NaAlO2溶液中（假设各1mol）逐滴加入HCl溶液，产生沉淀的物

质的量随HCl溶液体积变化的图像如图所示。

分析图像的变化情况，回答下列问题：

（1）OH－、CO、HCO、AlO、Al（OH）3这五种微粒与H＋反应的先后顺序依次为

________________________________________________________________________。

（2）依次写出各阶段的离子方程式：

①OA：

______________________________________________________________。

②AB：

______________________________________________________________。

③BC：

______________________________________________________________。

④CD：

______________________________________________________________。

答案：

（1）OH－、AlO、CO、HCO、Al（OH）3

（2）①OH－＋H＋===H2O

②AlO＋H＋＋H2O===Al（OH）3↓

③CO＋H＋===HCO，HCO＋H＋===CO2↑＋H2O

④Al（OH）3＋3H＋===Al3＋＋3H2O

铝线规律

Al（OH）3有两性，既溶于强酸（H＋）生成铝盐（Al3＋），又溶于强碱（OH－）生成偏铝酸盐（AlO），Al（OH）3、H＋、Al3＋、OH－、AlO是铝的化合物转化关系中最常见的5种粒子，将这5种粒子按pH由小到大列出线型关系：

H＋…Al3＋…Al（OH）3…AlO…OH－

我们将这条线型排列称为“铝线”。

这条“铝线”上相邻粒子不反应，不相邻粒子间可以反应。

相隔的粒子反应生成处于两个反应粒子中间的粒子（产物水被略去）。

相隔越远的粒子越容易发生反应。

我们将上述规律称为“铝线规律”，“铝线规律”有着重要的应用。

（1）用于判断粒子间能否大量共存

应用“铝线规律”，可直接判断粒子能否大量共存。

例如，H＋和Al3＋、OH－和AlO能大量共存；而Al3＋和OH－、H＋和AlO不能大量共存。

（2）用于判断粒子间反应的生成物

应用“铝线规律”，可直接判断相隔的粒子反应后的生成物。

例如，H＋和Al（OH）3能反应生成Al3＋，Al3＋和AlO能反应生成Al（OH）3，OH－和Al（OH）3能反应生成AlO等。

若处于两个粒子中间的粒子不是一个，而是有两个时，该规律仍能成立。

例如，H＋与AlO能反应，生成Al3＋或Al（OH）3或含Al3＋和Al（OH）3的混合物，Al3＋与OH－能反应生成

Al（OH）3或AlO或含Al（OH）3和AlO的混合物。

（3）用于判断粒子间反应的先后顺序

如向含Al（OH）3和AlO的混合物中加入H＋，与H＋先反应的是AlO，所以沉淀量先增大，后减少；向含Al3＋和Al（OH）3的混合物中加入OH－，与OH－先反应的是Al3＋，沉淀量依然先增大，后减少。

4.（2018·江苏高考节选）以高硫铝土矿（主要成分为Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金属硫酸盐）为原料，生产氧化铝并获得Fe3O4的部分工艺流程如图：

向“过滤”得到的滤液中通入过量CO2，铝元素存在的形式由________（填化学式）转化为________（填化学式）。

解析：

用NaOH溶液碱浸后，Al2O3、SiO2溶解，转化为NaAlO2和Na2SiO3，通入过量CO2后，NaAlO2与CO2反应转化为Al（OH）3。

答案：

NaAlO2　Al（OH）3

5．（2017·江苏高考）铝是应用广泛的金属。

以铝土矿（重要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质）为原料制备铝的一种工艺流程如图：

注：

SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。

（1）“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为__________________________________。

（2）向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH________（填“增大”“不变”或“减小”）。

（3）“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是

________________________________________________________________________。

（4）“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如图所示。

阳极的电极反应式为____________

_____________，阴极产生的物质A的化学式为________。

（5）铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN。

在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是______________________________________________。

解析：

（1）Al2O3为两性氧化物，在NaOH溶液中会溶解生成NaAlO2。

（2）加入的NaHCO3与过量的NaOH反应，导致溶液的pH减小。

（3）电解Al2O3时阳极上生成O2，O2会氧化石墨。

（4）阳极上OH－失去电子生成O2，由H2O电离出的H＋可以与CO反应生成HCO。

阴极上H2O放电生成H2。

答案：

（1）Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O

（2）减小　（3）石墨电极被阳极上产生的O2氧化

（4）4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑　H2

（5）NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜

6．（2014·全国卷Ⅱ节选）

（1）海水提镁的一段工艺流程如图：

浓海水的主要成分如表：

离子

Na＋

Mg2＋

Cl－

SO

浓度/（g·L－1）

63.7

28.8

144.6

46.4

该工艺过程中，脱硫阶段主要反应的离子方程式为______________________，产品2的化学式为________________，1L浓海水最多可得到产品2的质量为________g。

（2）采用石墨阳极、不锈钢阴极电解熔融的氯化镁，发生反应的化学方程式为

________________________________________________________________________；

电解时，若有少量水存在会造成产品镁的消耗，写出有关反应的化学方程式：

________________________________________________________________________。

解析：

（1）由题给海水的主要成分，脱硫就是除掉SO，发生反应：

Ca2＋＋SO===

CaSO4↓；由框图信息知，产品2为Mg（OH）2；1L浓海水中含有Mg2＋28.8g，物质的量为1.2mol，则最多生成Mg（OH）21.2mol，质量为1.2mol×58g·mol－1＝69.6g。

（2）电解熔融氯化镁生成氯气和单质镁，若有水存在，则高温下镁与水反应。

答案：

（1）Ca2＋＋SO===CaSO4↓　Mg（OH）2　69.6

（2）MgCl2Mg＋Cl2↑Mg＋2H2OMg（OH）2＋H2↑

1．从铝土矿中提纯Al2O3的方法

铝土矿的主要成分是Al2O3，含有的杂质是Fe2O3和SiO2，由于Al2O3具有两性，而杂质SiO2是酸性氧化物，Fe2O3是碱性氧化物，因而可设计出两种提纯Al2O3的方案。

2．从海水中提取镁的方法

（1）流程

（2）主要化学反应

①制石灰乳：

CaCO3CaO＋CO2↑、CaO＋H2O===Ca（OH）2。

②沉淀Mg2＋：

Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓。

③制备MgCl2：

Mg（OH）2＋2HCl===MgCl2＋2H2O。

④电解MgCl2：

MgCl2（熔融）Mg＋Cl2↑。

1．工业上用铝土矿（主要成分为Al2O3·xH2O、Fe2O3、SiO2等）提取纯Al2O3作的原料，提取时操作过程如图所示，图中操作错误的是（　　）

A．④⑤　　　　　　　　　B．③④

C．②⑤D．①②

谨记：

冶炼Al的化学方程式为2Al2O34Al＋3O2↑。

不能用AlCl3，因为AlCl3是共价化合物，熔融时AlCl3不导电；不能电解AlC