(江苏专版)2020版高考化学一轮复习专题二第八讲从铝土矿到铝合金镁讲义(含解析).doc
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1、1从铝土矿到铝 合金 镁江苏考纲要求1理解并能应用常见金属的活动顺序。2了解常见金属铝及其重要化合物的主要性质和重要应用。3认识化学在金属矿物等自然资源综合利用和实现物质间转化等方面的实际应用。4了解金属材料在生产和生活中的重要应用。认识常见无机物在生产中的应用和对生态环境的影响。教材基础自热身1铝的物理性质(1)位置与地位铝元素处在周期表中第三周期第A 族,在地壳中含量仅次于硅,是地壳中含量最多的金属元素,在自然界中以化合态存在。(2)物理性质色 态 密度 质地银白色,有金属光泽 固体 较小 较软2.掌握铝的化学性质与用途(1)铝的化学性质铝的原子结构示意图为 ,其最外层有 3 个电子,决定
2、了其金属性相对活泼,能与非金属、酸等发生反应。与 O2反应与非金属反应(O 2、Cl 2)与 Cl2反应:2Al3Cl 2 2AlCl3= = = = = 常温下,Al 与浓硫酸、浓硝酸发生钝化,而遇稀的强氧化性稀 HNO3:AlNO 4H =Al3 NO2H 2O 3与酸反应非氧化性酸(盐酸或稀 H2SO4):2Al6H =2Al3 3H 2与强碱反应(NaOH) 2Al2OH 2H 2O=2AlO 3H 2 2镁、铝的性质及应用 2与氧化物反应(Fe 2O3) 2AlFe2O3 2FeAl 2O3(铝热反应)= = = = =高 温 (2)铝热反应实验装置实验现象镁带剧烈燃烧,放出一定的热
3、,并发出耀眼的白光,氧化铁和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应;纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中实验结论高温下,铝与氧化铁发生反应,放出大量的热,反应的化学方程式为2AlFe 2O3 2FeAl 2O3= = = = =高 温 原理应用制取熔点较高、活泼性弱于 Al 的金属铬、锰、钨等;金属焊接,如野外焊接钢轨等(3)铝的制备及用途制备 电解熔融 Al2O3:2Al 2O3 4Al3O 2= = = = =电 解 用途纯铝用作导线铝合金制备汽车、飞机、生活用品等知能深化扫盲点提能点 一 镁、铝的化学性质比较单质 镁 铝与非金属反应2MgO 2 2MgO= = = = =点 燃 (发出耀眼白光)
4、MgCl 2 MgCl2= = = = =点 燃 3MgN 2 Mg3N2= = = = =点 燃 4Al3O 2 2A= = = = = l2O32Al3Cl 2 2= = = = = AlCl32Al3S Al2= = = = = S33与沸水反应 Mg2H 2O Mg(OH)= = = = = 2H 2与非氧化性酸:Mg2H =Mg2 H 2与非氧化性酸:2Al6H =2Al3 3H 2与酸反应 与氧化性酸:Mg 与稀 HNO3反应生成 Mg(NO3)2、NO x(或 N2、NH 4NO3)、H 2O与氧化性酸:在冷的浓 H2SO4或浓 HNO3中钝化与氧化物反应2MgCO 2 2MgO
5、C(在= = = = =点 燃 CO2中剧烈燃烧,生成白色粉末和黑色固体)2AlFe 2O3 2= = = = =高 温 FeAl 2O3(铝热反应)与盐溶液反应发生置换反应 发生置换反应与强碱反应 不反应2Al2OH 2H 2O=2AlO 23H 2注意 (1)镁、铝都是较活泼的金属,也都具有抗腐蚀的性能,原因是其在常温下能与氧气反应生成一层致密的氧化物薄膜而防止内部金属的继续氧化(会使金属失去光泽)。(2)Al 与 MgO 不发生铝热反应;Mg 能与 CO2反应,因此 Mg 着火不能用 CO2灭火。提能点 二 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
6、2Al6HCl= =2AlCl33H 22Al2NaOH2H 2O=2NaAlO23H 2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Al0 失 3e Al 3 不论是 Al 与酸还是与碱反应,Al 与产生的 H2的关系均是 2Al3H 2。(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 。VHCl H2VNaOH H2 11(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 。VHCl H2VNaOH H2 13(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 13 ,则必定是铝与盐酸反应时,铝过量
7、而盐酸不足;铝与氢氧化钠溶液VHCl H2VNaOH H2 11反应时,铝不足而氢氧化钠过量。4对点练甲、乙两烧杯中各盛有 100 mL 3 molL1 的盐酸和氢氧化钠溶液,向两烧杯中分别加入等质量的铝粉,反应结束后测得生成气体体积之比为 12,则加入的铝粉的质量为( )A5.4 g B3.6 gC2.7 g D1.8 g解析:选 A 由 2Al6HCl= =2AlCl33H 2,2Al2NaOH2H 2O=2NaAlO23H 2可知,两份等质量的 Al 都完全反应时,生成 H2的量相等,消耗 HCl 与 NaOH 的量不相等。题中已知 HCl、NaOH 的物质的量均为 0.3 mol,且生
8、成 H2的体积之比为 12,所以实际发生反应时的情况为 HCl 的量不足,Al 过量;NaOH 过量,Al 的量不足。由生成 H2的体积之比为 12 可知,反应的 Al 的量之比也为 12,即与 0.3 mol 盐酸完全反应的 Al 为 2.7 g,与 NaOH 溶液反应的 Al 为 5.4 g。题点全练过高考题点一 镁、铝的性质1(2019徐州模拟)用一张已除去表面氧化膜的铝箔紧紧包裹在试管外壁(如图),将试管浸入硝酸汞溶液中,片刻取出,然后置于空气中,不久铝箔表面生出“白毛” ,红墨水柱右端上升。根据实验现象判断下列说法错误的是( )A实验中发生的反应都是氧化还原反应B铝是一种较活泼的金属
9、C铝与氧气反应放出大量的热量D铝片上生成的白毛是氧化铝和氧化汞的混合物解析:选 D 过程中发生了两个反应,第一个反应是铝与硝酸汞反应置换出汞,第二个反应是铝被空气中的氧气氧化生成氧化铝,反应放热;“白毛”是氧化铝。2如图所示的反应均在高温引燃后进行,选项中的物质表示 a 和 b,不合理的是( )AMgO Al BCO 2 MgCFe 3O4 Al DCuO H 2解析:选 A A 项,Mg 的活泼性强于 Al,MgO 与 Al 不能发生反应,不合理;B 项,CO 2与 Mg 反应生成 C(c)和 MgO(d),Mg 与 O2反应生成 MgO,c 与足量 O2反应生成 CO2,合理;C 项,Fe
10、 3O4与 Al 能发生铝热反应生成 Fe(c)和 Al2O3(d),Fe 与足量 O2反应生成 Fe3O4,Al与 O2反应生成 Al2O3,合理;D 项,H 2还原 CuO 生成 Cu(c)和 H2O(d),Cu 与 O2反应生成CuO,H 2与 O2反应生成 H2O,合理。3某同学将光亮的镁条放入盛有 NH4Cl 溶液的试管中,有大量气泡产生。为探究该反5应原理,该同学做了以下实验并观察到相关现象,由此得出的结论不合理的是( )选项 实验及现象 结论A 将湿润的红色石蕊试纸放在试管口,试纸变蓝 反应中有 NH3产生B 收集产生的气体并点燃,火焰呈淡蓝色 反应中有 H2产生C 收集气体的同
11、时测得溶液的 pH 为 8.6 弱碱性溶液中 Mg 也可被氧化D将光亮的镁条放入 pH 为 8.6 的 NaHCO3溶液中,有气泡产生弱碱性溶液中 OH 氧化了 Mg解析:选 D 氯化铵溶液中,NH 水解使溶液显酸性,活泼金属镁与 H 反应生成 4H2,H 2燃烧的火焰呈淡蓝色,同时 NH 水解平衡右移,产生的 NH3可以使湿润的红色石蕊 4试纸变蓝,水溶液的 pH 不断增大至 8.6 时还有气体生成,证明在弱碱性环境中 Mg 可继续被氧化,A、B、C 正确;弱碱性溶液中 Mg 是被 H 氧化,而不是 OH 氧化了 Mg,D 错误。题点二 铝与酸或碱反应的计算4取四等份铝,分别加入足量的下列溶
12、液中,充分反应后,放出氢气最多的是( )A3 molL 1 氨水 B4 molL 1 HNO3C8 molL 1 NaOH D18 molL 1 H2SO4解析:选 C A 项,氨水与铝不反应,不产生氢气;B 项,铝与 HNO3反应不放出氢气;C 项,铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠与氢气;D 项,铝与浓硫酸发生钝化,不产生氢气。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,就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
13、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:2Al6HCl= =2AlCl33H 2、 2Al2NaOH2H 2O=2NaAlO23H 2,Al 与 H2的关系式均为2Al3H 2,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:6HCl3H 2、2NaOH3H 2,故当 HCl、NaOH 物质的
14、量相等时,二者产生 H2的体积比为13。(3)因为铝足量且产生 H2相等,根据关系式 n(HCl) n(NaOH)31,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)31。答案:(1)11 (2)13 (3)31 镁、铝的重要化合物6教材基础自热身1MgO 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,熔点高总述 碱性氧化物 两性氧化物与 H2O MgOH 2O Mg(OH)2(反= = = = = 应缓慢)不反应与 H MgO2H =Mg2 H 2O Al2O36H =2Al3 3H 2O化
15、学性质与 OH 不反应 Al2O32OH =2AlO H 2O 2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。2Mg(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胶体吸附能力强总述中强碱,悬浊液使酚酞变浅红:Mg(OH)2Mg 2 2OH 典型两性氢氧化物:H AlO H 2O(酸式电离) 2Al(OH) 3Al 3 3OH (碱式电离);不能与较弱的酸、碱反应,如H2CO3、NH 3H2O与 H Mg(OH)22H =Mg2 2H 2O Al(OH
16、)33H =Al3 3H 2O与 OH 不反应 Al(OH)3OH =AlO 2H 2O 2与盐溶于 NH4Cl 浓溶液:Mg(OH)22NH 4Cl=MgCl22NH 3H2OAl(OH)3不溶于 NH4Cl 浓溶液化学性质热稳定性Mg(OH)2 MgOH 2O= = = = = 2Al(OH)3 Al2O33H 2O= = = = = 实验室 Mg2 2OH =Mg(OH)2 Al3 3NH 3H2O=Al(OH)33NH 4制法 工业Mg2 2OH =Mg(OH)2等多种方法AlO CO 2(足量)2H 2O=Al(OH) 23HCO 37用途 阻燃剂;镁盐的制造治疗胃酸过多;Al(OH
17、) 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)212H2O,它是无色晶体,可溶于水,水溶液 pH7(填“” “”或“”)。明矾可以净水,其净水的原理是:Al 3 3H 2OAl(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:Al 3 恰好完全沉淀2Al3 3SO 3Ba 2 6OH =2Al(OH)33BaSO 4。24SO 恰好完全沉淀24Al3 2SO 2Ba 2 4OH =AlO 2BaSO 42H 2O。24 2
18、知能深化扫盲点提能点 一 从平衡角度认识氢氧化铝的两性(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。(4)既能与盐酸反应,又能与 NaOH 溶液反应的物质有:Al、Al 2O3、Al(OH) 3、多元弱酸的酸式盐(如 NaHCO3、NaHSO 3、NaH 2PO4等)、弱酸的铵盐(如 CH3COONH4
19、等)、氨基酸。提能点 二 从海水中提取 Mg(1)流程(2)主要化学反应制石灰乳:CaCO3 CaOCO 2、CaOH 2O=Ca(OH)2;= = = = =高 温 8沉淀 Mg2 :Mg 2 2OH =Mg(OH)2;制备 MgCl2:Mg(OH) 22HCl= =MgCl22H 2O;电解 MgCl2:MgCl 2(熔融) MgCl 2。= = = = =通 电 对点练1从海水中提取镁的工艺流程如图所示:下列说法错误的是( )A用此法提取镁的优点之一是原料来源丰富B步骤电解 MgCl2时阴极产生氯气C步骤可将晶体置于 HCl 气体氛围中脱水D上述工艺流程中涉及化合、分解和复分解反应解析:
20、选 B 海水中含有大量的镁元素,A 项正确;电解 MgCl2时,阳极产生 Cl2,B项错误;加热脱水过程中 Mg2 水解生成 Mg(OH)2,为防止 Mg2 水解,应在 HCl 气体氛围中脱水,C 项正确;、分别为化合反应、复分解反应、分解反应,D 项正确。提 能 点 三 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,Fe 2O3是碱性氧化物,因而可设计出两种提纯 Al2O3的方案。方案 1:碱溶法方案 2:酸溶法对点练2铝土矿的主要成分为氧化铝、氧化铁和二氧化硅,工
21、业上经过下列工艺可以冶炼金9属铝。下列说法中不正确的是( )铝 土 矿 盐 酸 a 过 量 NaOH溶 液 b c d 电 解 AlA中除加试剂外,还需要进行过滤操作Ba、b 中铝元素的化合价相同C中需要通入过量的氨气D进行的操作是过滤、加热,而且 d 一定是氧化铝解析:选 C A 项,反应后的体系中有 SiO2,需要过滤除去;反应后的体系中有Fe(OH)3,也需过滤除去,正确;B 项,a、b 中铝元素分别以 Al3 和 AlO 形式存在,化 2合价均是3 价,正确;C 项,应通入过量 CO2,错误;D 项,Al(OH) 3加热分解得到Al2O3,正确。题点全练过高考题点一 Al 2O3和 A
22、l(OH)3的两性1将表面已完全钝化的铝条,插入下列溶液中,不会发生反应的是( )A稀硝酸 B稀盐酸C硝酸铜 D氢氧化钠解析:选 C 钝化的实质是 Fe、Al 在浓 H2SO4或浓 HNO3作用下其表面被氧化成一层致密的氧化物保护膜。由于铝的氧化物 Al2O3是一种两性氧化物,既可与强酸反应,又可与强碱反应,故 A、B、D 三项皆不符合题意,只有 C 选项中的 Cu(NO3)2不与 Al2O3反应,故不可能与钝化的铝条发生反应。2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 Fe3 溶液中的少量 Al3CAl(OH) 3中混
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