2025届高三化学一轮复习 第17讲 金属之铝、镁及其化合物 课件

2024-10-28
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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↑ $$

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