内容正文:
第四章 金属及其化合物
第17讲 铝、镁及其化合物
1
铝及其化合物
1.铝的结构和存在
铝位于元素周期表 ,处于金属与非金属的交界处,原子结构示意图为 。铝元素在地壳中含量丰富,仅次于 。
自然界中的铝、镁全部以化合态存在。
第三周期ⅢA族
硅
基态Al排布式:1s22s22p63s23p1或[Ne]3s23p1
价电子排布: 3s23p1
铁及其化合物
铝及其化合物
2.铝、镁的物理性质比较
镁 铝
颜色状态
熔点(℃)
密度(g/cm3)
硬度
银白色固体 银白色固体
648.8 660.4
1.74 2.7
2.1 2.9
低
小
小
镁、铝都是银白色的轻金属,硬度小,熔沸点低。
镁、铝一般制成合金,用于制造汽车、飞机、生活用品等。
铁及其化合物
铝及其化合物
3.铝、镁的化学性质比较
点燃
Mg+O2=== 2MgO (发出耀眼的白光)
点燃
4Al+ 3O2 === 2Al2O3
常温下: 镁、铝均能被空气中O2氧化,形成氧化物薄膜,具抗腐蚀性
O2
N2
S
Cl2
Mg Al
操作:用坩埚钳夹住一小块铝箔,在酒精灯上加热至其熔化。
与非金属反应
铁及其化合物
铝及其化合物
3.铝、镁的化学性质比较
点燃
Mg+O2=== 2MgO (发出耀眼的白光)
点燃
4Al+ 3O2 === 2Al2O3
常温下: 镁、铝均能被空气中O2氧化,形成氧化物薄膜,具抗腐蚀性
O2
N2
S
Cl2
Mg Al
熔点: 2050℃
操作:用坩埚钳夹住一小块铝箔,在酒精灯上加热至其熔化。
现象:铝箔熔化,失去光泽,但熔化的铝并不滴落,好像一层膜兜着。
原因:反应生成熔点很高的Al2O3薄膜, 使内部铝被Al2O3包裹着
与非金属反应
铁及其化合物
铝及其化合物
3.铝、镁的化学性质比较
点燃
Mg+O2=== 2MgO (发出耀眼的白光)
点燃
4Al+ 3O2 === 2Al2O3
常温下: 镁、铝均能被空气中O2氧化,形成氧化物薄膜,具抗腐蚀性
O2
N2
S
Cl2
Mg Al
点燃
3Mg+ N2===Mg3N2
1. Mg3N2是离子化合物, 请写出它与水反应的化学方程式。
2. 若将Mg3N2投入稀盐酸溶液中,产物为 。
MgCl2和NH4Cl
与非金属反应
铁及其化合物
铝及其化合物
3.铝、镁的化学性质比较
点燃
Mg+O2=== 2MgO (发出耀眼的白光)
点燃
4Al+ 3O2 === 2Al2O3
常温下: 镁、铝均能被空气中O2氧化,形成氧化物薄膜,具抗腐蚀性
O2
N2
S
Cl2
与非金属反应
Mg Al
点燃
3Mg+ N2===Mg3N2
△
Mg+ S == MgS
△
2Al+ 3S == Al2S3
注意:Al2S3只在干态下生成,遇水发生双水解
Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3↓+ 3H2S↑
点燃
Mg+Cl2 === MgCl2
点燃
2Al+ 3Cl2 === 2AlCl3
铁及其化合物
铝及其化合物
3.铝、镁的化学性质比较
H2O
CO2
Fe2O3
与氧化物反应
Mg Al
除氧化膜后可与沸水微弱反应
2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑
高温
2Al+ Fe2O3===2Fe+ Al2O3
铝热反应
Mg+2H2O == Mg(OH)2+H2↑
热水
2Mg+ CO2 === 2MgO + C
点燃
铝热反应:铝和金属氧化物在高温下剧烈反应生成另一种金属,并放出大量热的化学反应。
镁着火不能用干粉灭火器和泡沫灭火器灭火
铁及其化合物
知识回顾:铝热反应
反应现象:镁带剧烈燃烧,放出大量的热,并发出耀眼的白光,反应剧烈;纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中。
Fe2O3+2Al===2Fe + Al2O3
高温
问题:1.引发该铝热反应的操作?
2.镁条的作用是什么?
3.氯酸钾的作用是什么?
铝粉+某些难熔金属氧化物
(如Fe2O3 、V2O5、Cr2O3 、MnO2等)
在铝热剂上加少量KClO3,插上镁条,并将其点燃
引燃物
助燃物
铝热剂
铁及其化合物
知识回顾:铝热反应
铝热反应在生产上的应用
①用于焊接钢轨等;
②冶炼钒、铬、锰、镍等熔点高的金属。
(一般不用于炼铁)
说明:
铝只能与排在金属活动性顺序其后的金属氧化物反应。
铝热反应不能用来冶炼大量的金属铁、铜等(要考虑冶炼成本)。
铁及其化合物
铝及其化合物
3.铝、镁的化学性质比较
与氧化性酸
(HNO3 浓硫酸)
与非氧化性酸
(HCl 稀硫酸)
与碱反应
与盐反应
(CuSO4溶液)
Mg Al
反应,无H2生成
在冷浓硝酸、浓硫酸中“钝化”,加热时反应,无H2生成
反应速度比Al快
Mg+2H+=Mg2++H2↑
2Al+6H+=2Al3++3H2↑
Mg+Cu2+ = Mg2++Cu
2Al+3Cu2+ = 2Al3++3Cu
2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑
2Al+2H2O+2OH- =2AlO2- + 3H2↑
铁及其化合物
铝及其化合物
思考与讨论:铝与强碱溶液反应的实质是?
该反应还原剂、氧化剂分别是何物质?
① 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2↑
② 2Al(OH)3 + 2NaOH = 2NaAlO2 +4H2O
总: 2Al+ 6H2O + 2NaOH = 2NaAlO2 + 3H2↑+ 4H2O
请用“双线桥法”表示该反应中的电子转移情况!
0
+1
0
+3
失2×3e-
得6×e-
反应的实质是:
铁及其化合物
1.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盐酸、氢氧化钠溶液反应,所得H2的体积之比是______。
解析: 2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑
2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑
关系式:2Al~3H2
故只要参加反应的Al的量相等,所得H2的量必相等。
1∶1
铝与酸、碱反应的定量关系
铁及其化合物
1.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:
(2)足量的两份铝分别投入到等体积、等物质的量浓度的盐酸和氢氧化钠溶液中,产生H2的体积之比是______。
解析: 2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑
2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑
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。
1∶3
铝与酸、碱反应的定量关系
铁及其化合物
1.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:
(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: 2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑
2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑
关系式:6HCl~3H2、2NaOH~3H2,
故当产生H2的量相等时, HCl、NaOH物质的量浓度之比为3∶1。
3∶1
铝与酸、碱反应的定量关系
铁及其化合物
1.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:
(4)甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3 mol·L-1的盐酸和NaOH溶液,向两烧杯中分别加入等质量的铝粉,反应结束后,测得生成的气体体积比为V(甲)∶V(乙)=1∶2,则加入铝粉的质量为____
A.5.4 g B.3.6 g C.2.7 g D.1.8 g
A
解析: 2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑
2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑
此题铝粉对盐酸来说是过量的,对NaOH来说是不足的。
铝与酸、碱反应的定量关系
铁及其化合物
铝与酸或碱反应生成H2的量的关系
2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑
2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑
(1)等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液分别反应:
①产生H2的物质的量相等,即1:1。
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HCl和NaOH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、氢氧化钠溶液反应:
若产生氢气的体积比为 ,则必定:
①铝与盐酸反应时,铝过量而HCl不足。
②铝与氢氧化钠溶液反应时,铝不足而NaOH过量。
铁及其化合物
铝的重要化合物
1.氧化铝
(1)物理性质:白色固体,难溶于水,晶体硬度大,有很高的熔点
常作耐火材料(耐火坩埚、耐火管、耐高温的实验仪器等)
红宝石
蓝宝石
氧化铝的天然产物俗称刚玉
含少量铬元素的刚玉 含少量的铁和钛元素的刚玉
熔点: 2050℃
铁及其化合物
铝的重要化合物
1.氧化铝
Al2O3+6H+ = 2Al3++3H2O
Al2O3+2OH- = 2AlO2-+H2O
(2)化学性质
2Al2O3(熔融)====4Al+3O2↑
电解
(3)用途:①冶炼Al
②做耐火材料
铁及其化合物
铝的重要化合物
2.氢氧化铝
(1)物理性质:白色胶状不溶于水的固体,有较强的 性
吸附
(2)化学性质——两性氢氧化物
Al(OH)3的电离方程式为:
AlO2-+H++H2O Al(OH)3 Al3++3OH-
① 酸式电离 ② 碱式电离
可以吸附水中的悬浮物和各种色素
可以看作一元弱酸或三元弱碱
铁及其化合物
铝的重要化合物
②受热分解:
2Al(OH)3 == Al2O3 + 3H2O
(3)制备方法
①向铝盐中加入氨水
离子方程式为: 。②NaAlO2溶液中通入足量CO2
离子方程式为: 。③NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合:
离子方程式为: 。
Al3++3NH3·H2O==Al(OH)3↓+3NH4+
AlO2-+CO2+2H2O==Al(OH)3↓+HCO3-
3AlO2-+Al3++6H2O==4Al(OH)3↓
(4)用途:①制药 ②净水作用
强碱制弱碱
强酸制弱酸
完全双水解
2AlO2—+CO2+3H2O=2Al(OH)3↓+ CO32 —
少量
铁及其化合物
思维拓展
下列物质既与盐酸反应,又能与氢氧化钠溶液反应的是( )
A.NaHCO3 B.(NH4)2CO3 C. Al(OH)3 D.NH4Cl
E.CH3COOH F. G.蛋白质
既可以与强酸反应,又能与强碱溶液反应的物质有:
Al Al2O3 Al(OH)3
弱酸的铵盐 如:(NH4)2CO3 (NH4)2SO3 CH3COONH4等
弱酸的酸式盐 如:NaHCO3 NaHSO3 NaHS Na2HPO4等
氨基酸 蛋白质
ABCFG
铁及其化合物
铝的重要化合物
3.铝盐——明矾
(1)明矾的化学式为 ,属于复盐。
(2)明矾净水的原理
明矾为无色晶体,可溶于水,溶于水时发生电离,电离方程式为 ,
溶液pH 7(填“>”、“<”或“=”),其中净水的原理为:
。
KAl(SO4)2·12H2O
<
Al3++3H2O ==Al(OH)3(胶体)+3H+,
Al(OH)3胶体吸附能力很强,可以吸附水中的悬浮的颗粒并形成沉淀,使水澄清。
△
或 K2SO4·Al2 (SO4)3·24H2O
铁及其化合物
铝的重要化合物
3.铝盐——明矾
(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 。②SO42-恰好完全沉淀 。
铁及其化合物
铝的重要化合物
3.铝盐
(2) AlCl3
①可与碱(OH-、氨水等)反应
② Al3+水解呈酸性
与AlO2—、CO32—(HCO3—)、SO32—(HSO3—)、
S2- (HS—)、ClO—等发生双水解
(3) NaAlO2
①与比偏铝酸更强的酸性物质(H+、CO2、HCO3—等)反应
②AlO2-水解呈碱性,与所有弱碱阳离子发生双水解反应。
(Mg2+、Al3+、Zn2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Ag+、NH4+等)
铁及其化合物
4.“铝三角”——Al3+、Al(OH)3、AlO2-之间的转化关系
铝的重要化合物
5.工业炼铝的流程
从铝土矿中提取铝
铝是地壳中含量最多的金属元素,以化合态形式,铝土矿的主要成分是Al2O3(两性氧化物)。
方案一:碱溶法
方案二:酸溶法
Al2O3
(SiO2、Fe2O3)
铁及其化合物
铝的重要化合物
方案一:碱溶法
Al2O3
(SiO2、Fe2O3)
Fe2O3
NaAlO2
Na2SiO3
NaOH
H2SiO3
AlCl3
HCl
铁及其化合物
铝的重要化合物
方案二:酸溶法
Al2O3
(SiO2、Fe2O3)
SiO2
AlCl3
FeCl3
HCl
Fe(OH)3↓
NaAlO2
NaCl
NaOH
铁及其化合物
铝及其化合物
铝土矿
Al2O3(熔融)
Al
Na3AlF6
5.工业炼铝的流程
铁及其化合物
镁 海水提镁
1.从海水中提取镁的流程
①制石灰乳:
②沉淀Mg2+:
③制备MgCl2:
④电解MgCl2:
CaCO3 CaO+CO2↑ CaO+H2O=Ca(OH)2
Mg2++Ca(OH)2===Mg(OH)2+Ca2+
Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O
MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑
抑制Mg2+水解
铁及其化合物
镁 海水提镁
1.从海水中提取镁的流程
铁及其化合物
镁 海水提镁
2.镁的重要化合物
氧化镁 碱性氧化物 MgO+2H+===Mg2++H2O
氢氧化镁 中强碱 Mg(OH)2+2H+===Mg2++2H2O
难溶于水 Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
溶解度小于碳酸镁 MgCO3+H2O Mg(OH)2+CO2↑
热稳定性 Mg(OH)2 MgO+H2O
氯化镁 用于冶炼金属镁 MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑
白色粉末状固体,难溶于水
白色粉末固体,难溶于水,中强碱
镁元素在水垢中的存在形式是Mg(OH)2
铁及其化合物
3.(1)H+、Al3+、Al(OH)3、NH4+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:______________________。
H+、Al3+、NH4+、Al(OH)3
H+
Mg2+、Al3+
NH4+
Al(OH)3
H++OH-=H2O
Al3++3OH-===Al(OH)3↓
Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
NH4+ < Al3+(弱碱阳离子) < H+
Fe2+
Fe3+
Cu2+
Mg2+
Ag+
碱越弱,对应阳离子结合OH-的能力越强
NH3·H2O > 难溶氢氧化物[如Al(OH)3] > H2O
可溶性铝盐与NaOH溶液反应的图像分析
铁及其化合物
可溶性铝盐与NaOH溶液反应的图像分析
向NaOH、Na2CO3、NaAlO2溶液中(假设各1 mol),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:分析图像的变化情况,回答下列问题:
(1)OH-、CO32-、HCO3-、AlO2-、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:______________________ 。
OH-、AlO2-、CO32-、HCO3-、Al(OH)3
OH-+H+===H2O
Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O
CO32-+H+=HCO3-
HCO3-+H+=CO2↑+H2O
酸越弱, 对应阴离子结合H+的能力越强
酸性:H2SO3> CH3COOH > H2CO3 > HClO > HCO3— > Al(OH)3 > H2O
结合H+能力: HSO32—<CH3COO—<HCO3—<ClO—<CO32—<AlO2—<OH-
铁及其化合物
关键能力
专项突破
4.工业上用某种氧化铝矿石(含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下:
对上述流程中的判断正确的是
A.试剂X可以为氨水,沉淀中含有铁的化合物
B.CO2可以用H2SO4溶液或稀盐酸代替
C.反应Ⅱ中的离子方程式为CO2+AlO2-+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-
D.工业上还可采用Fe还原Al2O3的方法制Al,成本更低
C
Al2O3
(含Fe2O3杂质)
强碱
Fe2O3
NaAlO2
NaHCO3
铁及其化合物
关键能力
专项突破
5.利用铝灰(主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等)制备铝鞣剂[主要成分为Al(OH)2Cl]的一种工艺如下:
(1)气体A能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。铝灰在90 ℃时水解生成A的化学方程式为_____________________________,“水解”采用90 ℃而不在室温下进行的原因是 。(2)“酸溶”时,Al2O3发生反应的离子方程式为____________________
加快AlN的水解反应速率,降低NH3在水中的溶解度,促使NH3逸出
Al2O3+6H+=2Al3++3H2O
Al、Al2O3、
AlN、FeO
铁及其化合物
关键能力
专项突破
5.利用铝灰(主要成分为Al、Al2O3、AlN、FeO等)制备铝鞣剂[主要成分为Al(OH)2Cl]的一种工艺如下:
Al、Al2O3、
AlN、FeO
(3)“氧化”时,发生反应的离子方程式为_________________________。
(4)“废渣”的成分为__________(填化学式)。
(5)采用喷雾干燥而不用蒸发的原因____________________________。
2Fe2++2H++ClO-=2Fe3++Cl-+H2O
Fe(OH)3
防止Al(OH)2Cl水解生成Al(OH)3
铁及其化合物
1.以混有SiO2的MgCO3为原料制备MgO的实验流程如图:
下列说法错误的是
A.酸浸的离子方程式为CO32-+2H+=CO2↑+H2O
B.浸出渣的成分是SiO2
C.母液的主要溶质是NH4Cl
D.固体X是Mg(OH)2
A
MgCl 2+2NH3·H2O=Mg(OH)2↓+2NH4Cl
关键能力
专项突破
铁及其化合物
关键能力
专项突破
2.从海水中提取镁的工艺流程如图所示:
(1)海水通过结晶、过滤得到的固体物质主要是________。
NaCl
(2)怎样使MgCl2·6H2O失去结晶水得到MgCl2?
答案 将晶体置于HCl气体氛围中脱水。
(3)上述工艺流程涉及到的基本反应类型有____________________。
化合反应、分解反应、
复分解反应
(4)写出电解熔融MgCl2的电极反应式。
答案 阳极:2Cl--2e-=Cl2↑ 阴极:Mg2++2e-=Mg
铁及其化合物
真题演练
1.正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)氧化铝熔点高,常用于制造耐高温材料(2022·浙江6月选考,8C)( )
(2)工业上通过电解六水合氯化镁制取金属镁(2022·浙江6月选考,9A)( )
(3)铝热反应非常剧烈,操作时要戴上石棉手套和护目镜( )
(4)技术人员开发高端耐腐蚀镀铝钢板,是因为铝能形成致密氧化膜( )
(5)利用海水制取溴和镁单质,此过程中Br-可被氧化,Mg2+可被还原( )
(6)MgCl2溶液中滴加NaOH溶液至过量,现象为产生白色沉淀后沉淀
消失( )
√
×
√
√
√
×
铁及其化合物
真题演练
3.(2020·山东,9)以菱镁矿(主要成分为MgCO3,含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)为原料制备高纯镁砂的工艺流程如下:
已知浸出时产生的废渣中有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列说法错误的是
A.浸出镁的反应为MgO+2NH4Cl===MgCl2+2NH3↑+H2O
B.浸出和沉镁的操作均应在较高温度下进行
C.流程中可循环使用的物质有NH3、NH4Cl
D.分离Mg2+与Al3+、Fe3+是利用了它们氢氧化物Ksp的不同
B
铁及其化合物
4. KAl(SO4)2·12H2O(明矾)是一种复盐,在造纸等方面应用广泛。实验室中,采用废易拉罐(主要成分为Al,含有少量的Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如下图所示。回答下列问题:
(2)易拉罐溶解过程中主要反应的化学方程式为____________________
(1)为尽量少引入杂质,试剂①应选用_____(填标号)。
a.HCl溶液 b.H2SO4溶液 c.氨水 d.NaOH溶液
d
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
Al(Fe、Mg)
NaOH溶液
NaAlO2
AlO2-+HCO3-+H2O=Al(OH)3↓+CO32-
Al(OH)3↓
KAl(SO4)2·12H2O
(明矾)
真题演练
铁及其化合物
4. KAl(SO4)2·12H2O(明矾)是一种复盐,在造纸等方面应用广泛。实验室中,采用废易拉罐(主要成分为Al,含有少量的Fe、Mg杂质)制备明矾的过程如下图所示。回答下列问题:
Al(Fe、Mg)
NaOH溶液
NaAlO2
AlO2-+HCO3-+H2O=Al(OH)3↓+CO32-
Al(OH)3↓
KAl(SO4)2·12H2O
(明矾)
(3)沉淀B的化学式为_________;
将少量明矾溶于水,溶液呈弱酸性,其原因是___________________。
Al(OH)3
Al3+水解,使溶液中H+浓度增大
真题演练
铁及其化合物
<<1
<<1
KAl(SO4)2===K++Al3++2SO
2Al3++3SO+3Ba2++6OH-===2Al(OH)3↓+3BaSO4↓
Al3++2SO+2Ba2++4OH-===AlO+2BaSO4↓+2H2O
2Al2O3(熔融)eq \o(=====,\s\up16(电解),\s\do16(冰晶石))4Al+3O2↑
MgCl2(熔融)eq \o(=====,\s\up16(电解))Mg+Cl2↑
(1)由MgCl2·6H2O得到无水MgCl2,必须在HCl气流中加热,
以防MgCl2水解。
(2)因镁在高温下能与O2、N2、CO2等气体发生反应,故工业电
解MgCl2得到的镁,应在H2氛围中冷却。
NH+OH-===NH3·H2O
Al(OH)3+OH-===AlO+2H2O
AlO+H++H2O===Al(OH)3↓
AlN+3H2OAl(OH)3+NH3↑
$$