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高三化学复习镁铝

镁铝铁铜

【高考考点】

1.掌握镁、铝、铁、铜及其重要化合物的性质与应用;

2.运用化学平衡移动原理分析氢氧化铝的两性;

3.掌握解图像题的方法,培养学生分析图像的能力。

4.掌握氢氧化铁胶体制备,能列举合金材料的应用。

5.能利用氧化还原反应原理掌握金属及其化合物之间的相互转化。

第1-4课时

一、镁和铝的性质

1、结构及物理性质

结构

周期表位置及结构

第三周期ⅡA

第三周期ⅢA

元素性质

金属性

Mg__﹥__Al(填﹥、﹤)

化合价

+2

+3

单质还原性

Mg__﹥__Al(填﹥、﹤)

物理性质

共性

银白色金属光泽,熔沸点低,硬度小,密度低,良好的导电、导热和延展性

不同

Al的熔沸点、硬度、密度均大于镁(原因?

2、化学性质

化学性质

非金属

2Mg+O2

2MgO

4Al+3O2

2Al2O3

常温下镁铝与空气中的氧气起反应,生成一层致密而坚固的氧化物薄膜,阻止金属继续氧化,所以镁铝都有抗腐蚀性

N2+3Mg

Mg3N2

2Al+3S

Al2S3

Mg+Cl2

MgCl2

2Al+3Cl2

2AlCl3

氧化物

Mg+CO2

2MgO+C

现象:

剧烈燃烧,生成白烟(白色粉末),瓶内壁有黑色碳附着

2Al+Fe2O3

Al2O3+2Fe

10Al+3V2O5

5Al2O3+6V

Mg+2H2O

Mg(OH)2+H2↑

 

化学性质

H+

Mg+2H+=Mg2++H2↑

2Al+6H+=2Al3++3H2↑

浓硫酸

Mg+2H2SO4(浓)

MgSO4+SO2↑+H2O

2Al+6H2SO4(浓)

Al2(SO4)3+3SO2↑+3H2O常温下钝化

浓硝酸

Mg+4HNO3(浓)

Mg(NO3)2+2NO2↑+2H2O

Al+6HNO3(浓)

Al(NO3)3+3NO2↑+3H2O

常温下钝化

与碱反应

不反应

2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑

2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑

[讨论]

1、用双线桥分析铝与氢氧化钠溶液反应的电子转移情况

实质:

2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑

Al(OH)3+NaOH=Na[Al(OH)4]

所以,在该反应中铝是还原剂,水是氧化剂,NaOH是介质。

6e--

2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑

2、与盐的反应:

①镁的活动性较强,与盐通常不发生置换反应,而是放出氢气的反应

②铝的活动性较弱,可与一些盐发生置换反应,如毛刷实验:

3Hg(NO3)2+2Al===2Al(NO3)3+3Hg形成Al-Hg合金(铝汞齐),放置在空气中,

Al做负极,被氧化,生成不致密的氧化膜,而呈毛刷状,常用来证明常温下铝被氧化所生成的致密氧化物薄膜有保护作用。

重点实验——铝热反应:

利用铝的强还原性和铝转化为氧化铝时显著放热的性质,工业上常用铝粉来还原一些难熔性氧化物(如Fe2O3、Fe3O4、WO3、V2O5等),这类反应被称为铝热反应。

1、实验操作:

(1)取一张圆形滤纸,倒入5克炒干的氧化铁粉末,再倒入2克铝粉。

(2)将两者混合均匀。

用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状,将其中一个取出,在底部剪一个孔,用水润湿,再跟另一个漏斗套在一起,使四周都是四层。

(3)架在铁圈上,下面放置盛有细沙的器皿,把混合均匀的氧化铁粉末和铝粉放在纸漏斗中,上面加少量KClO3,并在混合物中间插一根镁条,点燃镁条,观察发生的现象:

镁条剧烈燃烧,氧化铁与铝粉剧烈反应,发出耀眼的光芒,从纸漏斗下端漏下火红的熔融物,熔融物冷却后呈黑色,能被磁铁吸引。

2、实验原理

装置如右图所示:

镁条为引燃剂,利用镁条燃烧放热引发铝热反应,氯酸钾为受热时分解放出氧气利于反应发生,同时放出足够的热量引发氧化铁和铝粉的反应。

由于该反应是放热反应,只要反应一经引发就可剧烈进行,并使生成的铁熔化为液态。

实验反应化学方程式:

2Mg+O2

2MgO;2KClO3

2KCl+3O2;2Al+Fe2O3

Al2O3+2Fe

思考:

氯酸钾能用高锰酸钾代替吗?

为什么?

答案:

不能。

因为高锰酸钾反应剧烈,容易爆炸;同时反应生成MnO2,容易发生铝热反应,生成物中混有Mn。

3、用途和制备

用途

制各种轻质合金,用于汽车、飞机、船舶等制造业、照明弹

制各种轻质合金、导线、电缆、包装纸、焊接钢轨、冶炼难熔金属、盛放浓硫酸和浓硝酸,制作防锈漆等

制备

MgCl2

Mg+Cl2↑

2Al2O3

4Al+2O2↑

练习:

1、在加入Al粉能产生H2的溶液中,下列各组离子可能大量共存的是(C)

A.NH4+、NO3―、CO32―、Na+B.Na+、Mg2+、AlO2―、NO3―

C.Na+、Ba2+、Cl―、NO3―D.Fe2+、K+、NO3―、Cl―

2.元素的性质包含金属性和非金属性,其强弱可以通过该元素对应的某些化学性质体现出来。

某同学认为铝元素是金属元素,但是有一定的非金属性。

下列化学反应中,你认为能支持该同学观点的是(B)

A.铝片与盐酸反应生成氢气B.氢氧化铝溶于强碱溶液

C.氢氧化铝溶于强酸溶液D.铝热反应

3.等量镁铝合金粉末分别与下列4种过量的溶液充分反应,放出氢气最多的是(A)A.2mol·L–1H2SO4溶液B.18mol·L–1H2SO4溶液

C.6mol·L–1KOH溶液D.3mol·L–1HNO3溶液

4.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(B)

A.甲、乙中都是碱过量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

5.下列关于铝的叙述中正确的是(A)

A.铝还原性强且亲氧性强,所以可通过铝热反应冶炼高熔点金属

B.铝在空气中极易锈蚀,所以铝制品的使用时间很短

C.铝能耐稀硫酸腐蚀,所以运送稀硫酸可用铝制槽车

D.铝的导电性比铜、银更强,所以常用以制造电线、电缆

6.把铝粉和某铁氧化物xFeO·yFe2O3粉末配成铝热剂,分成两等份。

一份在高温下恰好完全反应后,再与足量盐酸反应;另一份直接放人足量的烧碱溶液中充分反应。

前后两种情况下生成的气体质量比是5∶7,则x∶y为(A)

A.1∶2B.1∶1C.5∶7D.7∶5

7.镁带在空气中燃烧生成的固体产物主要是氧化镁和氮化镁。

将燃烧后的固体产物溶解在60mL浓度为2.0mol/L的盐酸溶液中,(氮化镁和盐酸反应的化学方程式为:

Mg3N2+8HCl=3MgCl2+2NH4Cl)以20mL0.5mol/L的氢氧化钠溶液中和多余的盐酸,然后在此溶液中加入过量的碱,把氨全部蒸发出来,用稀盐酸吸收,稀盐酸增重0.17g。

镁带的质量为(B)

A.0.6gB.1.2gC.2.4gD.3.6g

8.某校化学兴趣小组在学习对铝热反应的性质时,对教材中实验产生了深入研究的想法,他们准备对铝热最佳配比和对实验现象及产物组成进行研究,他们分成两组,各自确定了研究方案,并进行了明确分工,研究过程如下:

第一小组:

为确定某铝热剂(含氧化铁和铝)的组成,分别进行下列实验。

(1)取ag样品,向其中加入足量的NaOH溶液,测得生成的气体(标准状况,下同)体积为bL。

反应的化学方程式是2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑;样品中铝的质量是9b/11.2g。

(2)取ag样品将其点燃,恰好完全反应,反应的化学方程式是:

_2Al+Fe2O3

Al2O3+2Fe__;氧化铁与铝的质量比是:

80:

27。

(3)待

(2)中反应产物冷却后,加入足量盐酸,测得生成的气体体积为cL,该气体与

(1)中所得气体的体积比c∶b=2:

3。

第二小组:

从教材中对“铝热反应”的现象描述入手进行,教材中有这样的描述:

“反应放出大量热,并发出耀眼的光芒”、“纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中”又已知:

Al、Fe2O3、Al2O3、Fe的熔点、沸点数据如下:

物质

Al

Fe2O3

Al2O3

Fe

熔点(℃)

660

1462

2054

1535

沸点(℃)

2467

——

(2980)

2750

(4)将铝热反应引发的方法是在铝热剂表面铺一层KClO3,在中间插入镁带,点燃镁带。

(5)某同学推测,铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。

理由是:

该反应放热能使铁熔化,而铝的熔点比铁低,此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。

你认为他的解释是否合理?

答合理(填“合理”或“不合理”)

(6)设计一个简单的实验方案,证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。

填写下列表格:

所用试剂

NaOH溶液

实验操作及现象

取样品置于试管中,加入NaOH溶液;有气体产生

反应的化学方程式

2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑

(7)实验室欲溶解此熔融物,下列试剂中最好的是B。

(填序号),理由是稀硫酸能完全熔解此熔融物,并且不造成环境污染(或浓硫酸会使铁、铝钝化;稀硝酸溶解金属时,会产生氮氧化物,污染空气;NaOH溶液不能溶解单质铁)。

A.浓硫酸B.稀硫酸C.稀硝酸D.NaOH溶液

二.镁和铝的氧化物的主要性质

氧化镁

氧化铝

物质类别

碱性氧化物

两性氧化物

物理性质

白色粉末,熔点高(耐火材料)

白色固体,熔点高(晶体又称为刚玉,硬度仅次于金刚石)

化学性质

与酸反应

MgO+2H+=Mg2++H2O

Al2O3+6H+==2Al3++3H2O

与碱反应

不反应

Al2O3+2NaOH+3H2O=2Na[Al(OH)4]

制备

MgCO3

MgO+CO2↑

2Al(OH)3

Al2O3+3H2O

[指出]氧化铝是冶炼铝的原料,但由于其熔点较高,常需加入助熔剂冰晶石;同时氧化铝是较好的耐火材料,它可用来制造耐火坩埚、耐火管和耐高温的实验仪器,但是不能用来熔融碱。

刚玉是天然产的无色氧化铝晶体。

刚玉的硬度很大,仅次于金刚石。

因此,它常被有来

制成砂轮、研磨纸或研磨石等,用以加工光学仪器和某些金属制品。

通常所说的蓝宝石和红宝石是混有少量不同氧化物杂质的刚玉。

它们可以用做精密仪器和手表的轴承。

[练习]

1、粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。

进行如下实验:

①取适量A进行铝热反应,产物中有单质B生成;

②另取20gA全部溶于0.15L6.0mol·

盐酸中,得溶液C;

③将①中得到的单质B和溶液C反应,放出l.12L(标况)气体,同时生成溶液D,还残留有固体物质B;

④用KSCN溶液检验时,溶液D不变色。

请填空:

(1)①中引发铝热反应的实验操作是_________________________,产物中的单质B是__________________。

(2)②中所发生的各反应的化学方程式是______________________。

(3)③中所发生的各反应的离子方程式是__________________________。

(4)若溶液D的体积仍视为0.15L,则该溶液中c(Mg2+)为_________________,

c(Fe2+)为_________________。

答案:

(1)加少量KClO3,插上Mg条并将其点燃Fe

(2)Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2OMgO+2HCl=MgCl2+H2O

(3)Fe+2H+=Fe2++H2↑Fe+2Fe3+=3Fe2+

(4)c(Mg2+)0.67mol·

,c(Fe2+)2.3mol·

2、金属镁在二氧化碳中燃烧生成MgO和C,将一定量金属镁在含二氧化碳、氧气的混合气体中燃烧后得到的固体,加入足量盐酸中,充分反应后,将溶液蒸干,然后隔绝空气灼烧,得到的固体成分可能是(AB)

A.MgO和CB.MgOC.MgCl2和CD.Mg(OH)2

三、镁和铝的氢氧化物的主要性质

氢氧化镁

氢氧化铝

物质类别

中强碱

两性氢氧化物

物理性质

白色粉末,难溶于水

白色固体,难溶于水

化学性质

Mg(OH)2+2H+=Mg2++2H2O

Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O

不反应

Al(OH)3+OH-=[Al(OH)4]-

受热分解

Mg(OH)2

MgO+H2O

2Al(OH)3

Al2O3+3H2O

制备

可溶性镁盐+强碱(或氨水)

可溶性铝盐+氨水

强调:

a.Al3+存在酸性条件下,碱性条件生成Al(OH)3↓,强碱过量生成AlO2-

b.AlO2-存在碱性条件下,酸性条件生成Al(OH)3↓,强酸过量沉淀溶解生成Al3+

c.Al(OH)3溶于酸或强碱溶液中,一般情况下从定性的角度考查时,酸也必须是强酸(使反应进行完全对H+和OH-浓度有要求)。

思考:

水垢的主要成分是什么?

用离子方程式表示其形成过程。

如何除去(用离子方程式表示)?

水垢的主要成分:

CaCO3Mg(OH)2

形成过程:

Ca2++2HCO3-

CaCO3↓+CO2↑+H2O

Mg2++2HCO3-

MgCO3↓+CO2↑+H2O

MgCO3+2H2O

Mg(OH)2+CO2↑+H2O

除水垢:

CaCO3+2CH3COOH=Ca2++2CH3COO-+CO2↑+H2O

Mg(OH)2+2CH3COOH=Mg2++2CH3COO-+2H2O

四、重要的铝盐

明矾:

KAl(SO4)2(化学式),硫酸铝钾,无色晶体,易溶于水,属于复盐:

_KAl(SO4)2=K++Al3++2SO42-_____(电离方程式)

1.明矾可做净水剂(用相关的方程式表示):

Al3++3H2O

Al(OH)3(胶体)+3H+

2.常见铝盐(AlCl3、Al2(SO4)3、KAl(SO4)2)与盐溶液的反应(用离子方程式表示):

(1)均能与Na2CO3、NaHCO3、Na[Al(OH)4]、Na2S、NaHS发生双水解反应

分别写出离子方程式:

2Al3++3CO32-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CO2↑Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑

2Al3++3S2-+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2S↑Al3++3HS-+3H2O=Al(OH)3↓+3H2S↑

Al3++3[Al(OH)4]-=4Al(OH)3↓

(2)与碱反应

①与氢氧化钠溶液的反应:

三种铝盐与氢氧化钠溶液的反应是分步反应,以AlCl3为例请写出分步反应的方程式:

AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓+3NaClAl(OH)3+NaOH=Na[Al(OH)4]

若NaOH溶液过量的化学方程式:

AlCl3+4NaOH=Na[Al(OH)4]+3NaCl

②与氢氧化钡的反应

AlCl3

Al2(SO4)3

KAl(SO4)2

均为分步反应

以Al3+沉淀及溶解分步,注意SO42-的沉淀,写出分步反应的化学方程式

2AlCl3+3Ba(OH)2=2Al(OH)3↓+3BaCl2

2Al(OH)3+Ba(OH)2=

Ba[Al(OH)4]2

Al2(SO4)3+3Ba(OH)2=2Al(OH)3↓+3BaSO4↓

2Al(OH)3+Ba(OH)2=Ba[Al(OH)4]2

2KAl(SO4)2+3Ba(OH)2=2Al(OH)3↓+3BaSO4↓+K2SO4

2Al(OH)3+Ba(OH)2+K2SO4=BaSO4↓+2KAlO2+4H2O

Ba(OH)2过量时

2AlCl3+4Ba(OH)2=3BaCl2+

Ba[Al(OH)4]2

Al2(SO4)3+4Ba(OH)2=Ba[Al(OH)4]2+3BaSO4↓

2Ba(OH)2+KAl(SO4)2=KAlO2+2BaSO4↓+2H2O

③与氨水的反应:

以Al2(SO4)3为例请写出反应的化学方程式:

Al2(SO4)3+6NH3·H2O==2Al(OH)3↓+3(NH4)2SO4

思考:

比较氯化铝、硫酸铝、明矾与适量氢氧化钡溶液、过量氢氧化钡溶液的反应,用氢氧化钡的物质的量做横坐标、沉淀的物质的量作纵坐标分别绘出有关图像。

(注意坐标数值)

五、铝盐溶液与强碱溶液的反应图像

1、向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液

①反应现象:

白色沉淀

沉淀增加

减少

消失

②反应的离子方程式:

Al3++3OH-=Al(OH)3↓

Al(OH)3+OH-=[Al(OH)4]-

2、向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液

①反应现象:

无沉淀

沉淀

沉淀增加

沉淀量不变

②反应的离子方程式:

Al3++4OH-=[Al(OH)4]-

Al3++3[Al(OH)4]-=4Al(OH)3↓

3、向AlCl3溶液中滴加氨水沉淀沉淀y

①反应现象:

白色沉淀

沉淀增加

②反应的离子方程式:

Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3+3NH4+n(氨水)

4、向氨水中滴加AlCl3溶液沉淀y

①反应现象:

白色沉淀

沉淀增加

②反应的离子方程式:

Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3+3NH4+n(氨水)

5、向Na[Al(OH)4]溶液中滴加稀盐酸

①反应现象:

白色沉淀

沉淀增加

减少

消失

②反应的离子方程式:

[Al(OH)4]-+H+=Al(OH)3↓+H2O

Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O

6、向稀盐酸中滴加Na[Al(OH)4]溶液

①反应现象:

无沉淀

沉淀

沉淀增加

沉淀量不变

②反应的离子方程式:

[Al(OH)4]-+4H+=Al3++4H2O

Al3++3[Al(OH)4]-=4Al(OH)3↓

7、向Na[Al(OH)4]溶液中通入CO2

①反应现象:

生成白色沉淀

沉淀增加

沉淀量不变沉淀y

②反应的离子方程式:

CO2少量:

2AlO2-+CO2+3H2O=2Al(OH)3↓+CO32-

CO2过量:

AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-

n(CO2)

思考:

向NaOH与Na[Al(OH)4]混合溶液中滴加稀盐酸的图像如何?

 

练习:

1.不用任何试剂,仅用两两混合的方法就能鉴别的是(AC)

A.Al2(SO4)3和NaOHB.MgCl2和KOH

C.KAlO2和HNO3D.AgNO3和NaCl

2.下列物质后面的括号中为杂质,最后一种为除杂试剂,其中正确的是(A)

A.MgO(Al2O3):

NaOH溶液B.Mg(OH)2(Al(OH)3):

稀HCl

C.Al(Si):

KOH溶液D.Cu(Mg):

浓的NaOH溶液

3.以稀H2SO4和NaOH溶液及铝为原料用两种途径制等量的Al(OH)3:

甲:

Al→Al2(SO4)3→Al(OH)3;乙:

Al→Na[Al(OH)4]→Al(OH)3。

对两种途径有关叙述正确的是(A)

A.甲消耗的原料多B.乙消耗的原料多

C.甲、乙反应时生成H2的量不等D.甲、乙消耗的原料相同

4.下列曲线图(纵坐标为沉淀的量,横坐标为加入物质的量)正确的是(AB)

A.向1L浓度均为0.1mol/L的Ba(OH)2、NaAlO2混合液加入0.1mol/L稀H2SO4

B.向含有0.1mol/LAlCl3和0.3mol/LNH4Cl的混合液1L中加入0.1mol/LNaOH溶液

C.向烧碱溶液滴加明矾溶液

D.向AlCl3溶液滴加过量氨水

 

5.下图是向MgCl2、AlCl3混合溶液中,开始滴加试剂A,之后改滴试剂B,所得沉淀ymol与试剂体积V(ml)间的关系.以下结论不正确的是(AD)

A.A是盐酸,B是NaOH,且[B]=2[A]

B.原混合液中,[Al3+]∶[Mg2+]∶[Cl-]=1∶1∶5

C.A是NaOH,B是盐酸,且[NaOH]∶[HCl]=2∶1

D.从6到9,相应离子反应式H++OH-

H2O

6.已知Ba[Al(OH)4]2可溶于水。

右图是向A12(SO4)3溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液时,生成沉淀的物质的量y与加人Ba(OH)2的物质的量x的关系。

下列有关叙述正确的是(BD)

A.a—b时沉淀的物质的量:

A1(OH)3比BaSO4多

B.c—d时溶液中离子的物质的量:

[Al(OH)4]–比Ba2+多

C.a—d时沉淀的物质的量:

BaSO4可能小于A1(OH)3

D.d—e时溶液中离子的物质的量:

Ba2+可能等于OH–

7.若在加入铝粉能放出氢气的溶液中,分别加入下列各组离子,可能共存的是(CD)

A.NH4+、NO3-、CO32-、Na+B.Ba2+、Mg2+、HCO3-、AlO2-

C.NO3-、Ca2+、K+、Cl-D.NO3-、K+、AlO2-、OH-

8、A是一种无色透明的晶体,进行如下实验

①取少量A晶体做焰色反应实验,透过蓝色钴玻璃片观察,火焰呈紫色。

②取少量A晶体溶于水可以得到无色的溶液,该溶液使石蕊变红。

③取少量A的溶液加过量氨水,有白色沉淀B生成。

④过滤除去③中的B后,在滤液中滴加氯化钡溶液,有白色沉淀C生成,C不溶于稀硝酸。

⑤取少量B滴加氢氧化钠溶液,得无色溶液D。

⑥取少量B滴加盐酸,得无色溶液E。

⑦将47.4gA晶体在120℃下加热脱水,剩余物的质量为25.8g。

根据上述实验现象和结果确定A、B、C、D、E、,写出它们的化学式。

___(KAl(SO4)2·12H2OAl(OH)3BaSO4NaAlO2AlCl3)

六、有关计算

1、将0.5mol/LAlCl3溶液100mL,跟未知浓度的NaOH溶液50mL混合,得到1.56gAl(OH)3沉淀,则烧碱的物质的量浓度是多少?

解析:

n(Al(OH)3)=1.56g/78g·mol=0.02mol

NaOH不足:

AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓

n(NaOH)=3n(Al(OH)3)=0.02mol×3=0.06mol

C(NaOH)=0.06mol/0.05L=1.2mol/L

NaOH过量:

AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓

Al(OH)3+NaOH=Na[Al(OH)4]

n(NaOH)=4n(AlCl3)-n(Al(OH)3)=4×0.5mol/L×0.1L-0.02mol=0.18mol

C(NaOH)=0.18mol

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