专题八 碱土金属元素与铝（讲义）-《无机化学》(化工社）专题复习讲练测

专题8 碱土金属元素与铝（讲义）-《无机化学》化工社-专题复习讲练测 一、考纲解读 1.能够准确描述镁的颜色、密度、硬度、导电性、导热性和延展性等物理性质特点。例如，学生应知道镁是银白色金属，密度较小，质地较软。 2.熟悉碱土金属元素（铍、镁、钙、锶、钡、镭）原子最外层电子数均为 2 的结构特点。 3.理解铝在常温下表面形成致密氧化铝薄膜的原理及其对铝抗腐蚀性的影响，知道在一些特殊条件下（如加热）铝的化学活泼性会表现出来。 二、知识点梳理 一、镁 1.镁的物理性质 镁是一种银白色有金属光泽的轻金属，质软，密度为 1.74g/cm’，熔点 649C，沸点1090°C，镁是电和热的良导体。 2.镁的化学性质 镁化学性质很活泼，能和氧气、水、酸和二氧化碳起反应。 (1) 与氧气反应 镁暴露在空气中，会被空气中的氧气氧化，表层形成一层致密的氧化物薄膜，阻止内部的镁被进一步氧化，因此镁在空气中是稳定的，不需要密封保存。加热时，镁条能在空气中剧烈燃烧，放出耀眼的白光，生成白色粉末状固体氧化镁。故可以用镁来制造照明弹和照相镁光灯。 (2)与水、酸反应 取一段镁条，用砂纸擦去表层的氧化物，将其投入事先装有少量水和几滴酚酞试液的试管中，观察现象。将试管置于酒精灯上加热，观察现象。 从实验可以看到，常温下，镁条与水反应非常缓慢，不易察觉，但在沸水中反应较快。 镁还能和稀盐酸、稀硫酸反应，生成相应的盐，并释放出氢气。 (3) 与二氧化碳反应 镁不仅能和空气中的氧气反应，还可以和空气中的二氧化碳起反应。 在工业中，镁的主要用途是用于制高强度的轻合金。广泛用于导弹、高级汽车、飞机制造业中。镁也可以做还原剂，用于稀有金属的冶炼。 二、镁的重要化合物 1.氧化镁 氧化镁 (MgO)在工业上又称苦土，是一种难溶于水的白色粉末状固体。熔点 2800C，硬度也很高，是优良的耐火材料，可以用于制备陶瓷、搪瓷、耐火堆场和耐火砖的原料，氧化镁是碱性氧化物，能和酸反应生成镁盐和水。 医学上可用纯的氧化镁中和过多的胃酸，治疗胃溃疡和十二指肠溃疡病。中和胃酸作用强且缓慢持久，不产生二氧化碳。 2.氢氧化镁 氢氧化镁 [Mg(OH)2] 是一种白色粉末，微溶于水。它是一种弱碱，热稳定性差，加热时会分解。 氢氧化镁可用来制造牙膏、牙粉。其乳状悬浊液在医学上作为制酸剂(治疗胃酸过多)和缓泻剂。 三、碱土金属元素的性质 1.物理性质的比较 碱土金属(除皱外) 都是银白色轻金属，具有一般金属的通性，如具有金属光泽、延展性、导电性、导热性等。碱土金属的物理性质见表 4-4。 2.化学性质的比较 碱土金属原子最外层电子数都为 2 个，在发生化学反应时易失去而呈现出典型的金属性。随着核电荷数的递增，碱土金属电子层数逐渐增多，因此原子半径逐渐增大，失去最外层电子的倾向也逐渐增大，即金属性顺序为 Be< Mg<Ca<Sr<Ba。 四、铝 铝在自然界中分布极广，主要以化合态形式存在于各种矿物和岩石中，如长石、云母、铝土矿 (Al2O3·H20) 和冰晶石 (Na3AlF6)。 1.铝的物理性质 铝是银白色有光泽的金属，密度 2.7g/cm3，熔点 660℃。具有良好的导电性、导热性和延展性。 铝可以用于制造电线、高压电缆、热交换器、民用炊具等。铝还可以做成铝箔，用于香烟和食物等的包装。 2.铝的化学性质 铝原子最外层电子数为 3，在发生化学反应时，较容易失去 3 个电子形成+3 价铝离子所以铝是比较活泼的金属。 (1) 与氧气反应 铝在常温下，容易和空气中的氧气反应，生成一层致密的氧化物薄膜保护金属铝。因此铝在常温下很稳定，这一性质使铝制器具在生活中得到广泛的应用。但在加热或高温条件下，铝在氧气中燃烧，发出耀眼的白光，放出大量的热。 (2)与酸反应 铝能和稀盐酸或稀硫酸起反应，置换出酸中的氢。 常温下，铝遇到浓硫酸或浓硝酸能在其表层形成致密的氧化物薄膜，即铝会钝化，因此可用铝制容器盛放和运输浓硫酸或浓硝酸。 (3)与碱反应 铝是两性金属，它既能和稀酸反应，还能和强碱溶液反应，形成偏铝酸盐。 (4) 与金属氧化物反应 铝能置换出活泼性比其弱的金属 (如 Fe、Mn、Cr 等) 氧化物中的金属单质，同时放出大量的热。 铝粉和氧化铁或四氧化三铁反应剧烈，放出大量的热，可使铁熔化。这种用铝从金属氧化物中置换出另一种金属的方法叫铝热法。铝粉和金属氧化物的混合物叫铝热剂。工业上常用铝热法焊接铁轨以及冶炼高熔点的金属(如 Cr、Mn 等)。 五、铝的重要化合物 1.氧化铝 氧化铝 (Al2O3)是一种难溶于水的白色粉末，熔点 2050℃。它是两性氧化物，既能溶于酸，又能溶于强碱。 天然的无色氧化铝晶体称为刚玉，人工高温烧结的氧化铝晶体叫人造刚玉。刚玉硬度8.8，仅次于金刚石(硬度 10)，熔点很高，是很好的耐高温材料，常被用来制成砂轮、研磨材料、耐高温实验仪器(如刚玉甘场) 和耐火材料。刚玉中含不同杂质时呈现出不同的颜色，例如含微量铬的氧化物时显红色，称为红宝石;含钦、铁的氧化物时则显蓝色，称为蓝宝石。它们不仅可以作为贵重的装饰品，还可以用于精密仪器的轴承，具体见图 4-5。 2.氧化铝 氢氧化铝 [AI(OH)3] 是一种难溶于水的白色固体。铝盐和氨水作用，可制得氢氧化铝胶体。氢氧化铝胶体吸附性很强，可以吸附水中的悬浮杂质，使其沉淀下来，达到净水的目的。 三、真题练讲 1.(2021年湖南省统一考试)如表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及两者间因果关系的判断，完全正确的是 (　　) 选项 陈述Ⅰ 陈述Ⅱ 判断 A 铝制炊具最好不要盛放酸性或碱性较强的液体食物 因为Al和Al2O3既可以与酸反应、也可以与碱反应 Ⅰ对，Ⅱ对；有 B 铝箔在酒精灯火焰上加热熔化但不滴落 铝箔对熔化的铝有较强的吸附作用 Ⅰ对，Ⅱ对；有 C 海啸使水源发生污染可用明矾进行消毒或净化 因为明矾水解生成Al(OH)3胶体，具有吸附性 Ⅰ对，Ⅱ错；无 D 铁或铝制成的槽车可以密封贮运浓硫酸或浓硝酸 因为铁和铝不能与浓硫酸或浓硝酸反应 Ⅰ错，Ⅱ对；无 【答案】A 【解析】因为Al和Al2O3既可以与酸反应，又可以与碱反应，故最好不要盛放酸性或碱性较强的液体食物，两者有因果关系，A正确；铝与氧气反应生成氧化铝，其熔点高，铝箔在酒精灯火焰上加热熔化但不滴落，Ⅱ错，B错误；明矾中铝离子水解生成氢氧化铝胶体，胶体吸附水中的悬浮物而净化水，不能杀菌消毒，C错误；铁和铝与浓硫酸或浓硝酸发生钝化反应。D错误。 2.(2021年河南省统一考试)从铝土矿(主要成分为Al2O3)中提取铝的工艺流程如图。下列说法不正确的是(　　) A．从NaAlO2→Al(OH)3→Al2O3的转化过程中涉及的反应均为非氧化还原反应 B．Al2O3与NaOH溶液反应的化学方程式：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O C．NaAlO2生成Al(OH)3的离子方程式：AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO D．电解熔融Al2O3阳极的电极反应式：Al3＋＋3e－===Al 【答案】D 【解析】向NaAlO2溶液中通入CO2气体，发生反应生成Al(OH)3，Al(OH)3不稳定，受热分解产生Al2O3，在上述转化过程中无元素化合价的变化，因此涉及的反应均为非氧化还原反应，A正确；Al2O3是两性氧化物，与NaOH溶液反应产生NaAlO2和水，B正确；酸性：H2CO3＞Al(OH)3，向NaAlO2溶液中通入过量CO2气体，反应产生Al(OH)3、NaHCO3，该反应的离子方程式为AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO，C正确；电解熔融Al2O3时，阳极上O2－失去电子变为O2，电极反应式为2O2－－4e－===O2↑，D错误。 3.(2021年浙江省统一考试)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 【答案】B 【解析】氯化铵溶液显酸性，与MgO反应，相当于MgO促进了氯化铵的水解，生成氨气，A项正确；NH3·H2O易分解，故沉镁时温度不可太高，B项错误；由流程图可知氨气可循环使用，沉镁过程中产生氯化铵，故氯化铵也可循环使用，C项正确；浸出过程中产生Fe(OH)3和Al(OH)3，沉镁过程中加氨水调节pH产生Mg(OH)2，利用三种离子氢氧化物Ksp的不同，使其先后沉淀而分离，D项正确。 4.(2020年浙江省统一考试)由工业废渣(主要含Fe、Si、Al等的氧化物)制取聚合硫酸铁铝净水剂的流程如下： 下列有关说法不正确的是(　　) A．“浸取”时先将废渣粉碎并不断搅拌，有利于提高铁、铝元素的浸取率 B．Al2O3与稀硫酸反应的离子方程式为Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O C．“过滤”前用K3[Fe6]检验浸取液中是否存在Fe2＋的反应是氧化还原反应 D．聚合硫酸铁铝水解形成的胶体具有吸附作用 【答案】C 【解析】　将废渣粉碎并不断搅拌，可以增大接触面积、加快反应速率，充分反应，有利于提高铁、铝元素的浸取率，A正确；Al2O3与稀硫酸反应生成硫酸铝和水，离子方程式为Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O，B正确；用K3[Fe(CN)6]检验浸取液中是否存在Fe2＋，K3[Fe(CN)6]与Fe2＋发生反应产生蓝色沉淀：K＋＋Fe2＋＋[Fe(CN)6]3－===KFe[Fe(CN)6]↓，反应中无元素化合价的变化，不是氧化还原反应，C错误；聚合硫酸铁铝水解可以生成氢氧化铝和氢氧化铁胶体，胶体表面积较大，具有吸附作用，D正确。 5.(2019年浙江省统一考试)氧化镁与盐酸反应的化学方程式为（ ） A. MgO + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂O B. MgO + 2HCl = MgCl₂ + H₂O C. MgO + NaOH = Na₂MgO₂ + H₂O D. 2MgO + 2HCl = 2MgCl + H₂O 【答案】B 【解析】氧化镁是碱性氧化物，与盐酸反应生成氯化镁和水，A 选项是与硫酸反应，C 选项氧化镁与氢氧化钠不反应，D 选项氯化镁化学式书写错误。 四、限时练讲 1．下列各组物质的稀溶液相互反应，无论是前者滴入后者还是后者滴入前者，反应现象相同的是(　　) A．AlCl3和NaOH　　　 B．硫酸铝和浓氨水 C．NaAlO2和H2SO4 D．氨水和AgNO3溶液 【答案】B 【解析】AlCl3溶液滴入NaOH溶液中，起始无沉淀，后有沉淀产生，反之起始有沉淀产生后沉淀溶解；硫酸铝溶液滴入氨水与氨水滴入硫酸铝溶液中现象一样，均为产生沉淀；NaAlO2 溶液滴入H2SO4中起始无沉淀，后有沉淀产生，反之起始有沉淀产生后沉淀溶解；AgNO3溶液滴入氨水中，起始无沉淀，后有沉淀产生，反之起始有沉淀产生后沉淀溶解。 2．某溶液既能溶解Al(OH)3，又能溶解Al，但不能溶解Fe，在该溶液中可以大量共存的离子组是(　　) A．K＋、Na＋、HCO、NO B．Na＋、SO、Cl－、S2－ C．NH、Mg2＋、SO、NO D．H＋、K＋、Cl－、Na＋ 【答案】B 【解析】能溶解Al(OH)3、Al，而不能溶解Fe的溶液只能是强碱溶液，A中的HCO，C中的NH、Mg2＋，D中的H＋都不能在强碱溶液中大量共存。 3．化学与科学、技术、社会、环境密切相关。下列说法不正确的是 (　　) A．常温下浓硝酸与铝发生钝化，可用铝制容器存放浓硝酸 B．MgCl2、AlCl3溶液中分别加入过量的氨水来比较镁、铝的金属性强弱 C．铝合金的大量使用归功于人们能使用电解法从氧化铝中获得铝 D．明矾在水中能形成Al(OH)3胶体，可用作净水剂 【答案】B 【解析】　MgCl2和AlCl3分别加入过量氨水，均会产生白色沉淀，故无法用氨水比较Mg、Al金属性的强弱。 4.两份铝屑，第一份与过量的盐酸反应，第二份与过量的NaOH溶液反应，产生氢气的体积比为1∶3，则第一份铝屑与第二份铝屑的质量比为 (　　) A．1∶1　 B．1∶3　 C．1∶2　 D．2∶1 【答案】B 【解析】根据2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑可知，Al无论是与盐酸反应还是与NaOH溶液反应，相同质量的铝屑完全反应生成的氢气的量相同。若产生氢气的体积比为1∶3，说明两份铝的质量比为1∶3，B正确。 5．下列各组物质相互反应后，最终没有白色沉淀生成的是(　　) A．过量Ba(OH)2溶液加入明矾溶液 B．过氧化钠投入FeCl2溶液中 C．向NaAlO2溶液中通入过量CO2 D．向饱和Na2CO3溶液中通入过量CO2 【答案】B 【解析】A中最终只有白色BaSO4沉淀；B中Na2O2投入FeCl2溶液中最终生成红褐色的Fe(OH)3沉淀；C中生成白色 Al(OH)3沉淀；D中向饱和Na2CO3溶液中通入过量CO2，发生反应Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3，有NaHCO3析出。 6.镁和铝分别与等浓度、等 体积的过量稀硫酸反应，产生气体的体积(V)与时间(t)关系如图。反应中镁和铝的(　　) A．物质的量之比为3∶2 B．质量之比为3∶2 C．摩尔质量之比为2∶3 D．反应速率之比为2∶3 【答案】A 【解析】由关系式：Mg～H2,2Al～3H2，可知产生等量H2时，消耗Mg、Al的物质的量之比为3∶2，A正确；两者质量之比为4∶3，摩尔质量之比为24∶27＝8∶9，反应速率之比为 3∶2。 7．下列说法不正确的是(　　) A．通过电解熔融的无水MgCl2可以制得金属镁 B．镁条在空气中燃烧所得的固体物质是混合物 C．氧化镁是优质的耐火材料 D．金属镁质地柔软，不适宜制作高强度的合金材料 【答案】D 【解析】　工业上采用电解熔融MgCl2的方法冶炼Mg，故A正确；Mg在空气中燃烧生成MgO、Mg3N2和C，所得的固体物质是混合物，故B正确；MgO熔点很高，在一般条件下不熔融，所以氧化镁是优质的耐火材料，故C正确；虽然Mg质地柔软，但密度小，常用来制作合金材料，如镁铝合金，故D错误。 8．下列有关叙述正确的是 (　　) A．氢氧化铝、碳酸氢钠、碳酸钠都是常见的胃酸中和剂 B．常温下，由于HCO只水解，不电离，所以饱和NaHCO3溶液显碱性 C．泡沫灭火器是利用Al2(SO4)3溶液与饱和NaHCO3溶液反应产生气体 D．配制氯化铝溶液时，先将氯化铝溶于浓盐酸，再加水稀释并加入少量Al2O3 【答案】C 【解析】碳酸钠的腐蚀性较强，对胃的刺激性较大，不能用于治疗胃酸过多，A项错误；NaHCO3溶液显碱性，是由于HCO水解程度大于其电离程度，B项错误；Al3＋与HCO相互促进水解，生成阻燃性气体CO2，通过隔绝空气，达到灭火的目的，C项正确；配制氯化铝溶液应将氯化铝溶于浓盐酸，再加水稀释，D项错误。 9.氯化镁是重要的无机材料，在常温下易吸湿，可溶于水和乙醇。某兴趣小组以海水为原料制备无水氯化镁。 实验1　制备MgCl2·6H2O晶体 以海水为原料，对其进行一系列处理，得到晶体。 (1)除去海水中不溶性杂质常用的实验操作是 (填名称)。 (2)从氯化镁溶液中析出MgCl2·6H2O晶体的结晶方法是 (填“降温结晶”或“蒸发结晶”)。 实验2　样品中MgCl2·6H2O晶体含量测定 准确称取实验1制得的MgCl2·6H2O晶体a g于锥形瓶中，加去离子水溶解，依次加入一定量三乙醇胺、NH3­NH4Cl缓冲溶液，摇匀，滴入铬黑T指示剂，用0.020 00 mol·L－1 EDTA(用H2Y2－表示)标准溶液滴定至终点，消耗EDTA溶液的体积为V mL。 已知：①0.020 00 mol·L－1 EDTA标准溶液的pH约为5，指示剂铬黑T使用的适宜pH范围为8～11，NH3­NH4Cl缓冲溶液pH约为10。 ②滴定原理：Mg2＋＋H2Y2－===MgY2－＋2H＋。 (3)该实验中使用的滴定管是 (填“甲”或“乙”)。 (4)NH3­NH4Cl缓冲溶液的作用是 。 (5)样品中MgCl2·6H2O的质量分数为 。 实验3　制备无水氯化镁 利用如图实验装置(夹持和加热装置省略)，准确称取一定质量MgCl2·6H2O晶体在HCl气流中小心加热。 (6)A装置的作用是 。 (7)某同学在实验前后测得玻璃管B减重m1 g，干燥管C增重m2 g，m1>m2，其可能的原因是 (用化学方程式表示)。 【答案】　(1)过滤　(2)降温结晶　(3)甲　(4)控制溶液的pH为8～11　(5)×100% (6)干燥氯化氢气体　(7)MgCl2·6H2OMgO＋2HCl＋5H2O[或MgCl2·6H2OMg(OH)Cl＋HCl＋5H2O或MgCl2·6H2OMg(OH)2＋2HCl＋4H2O] 【解析】(2)为降低水解程度，从氯化镁溶液中析出MgCl2·6H2O晶体的结晶方法是降温结晶。(3)EDTA标准溶液pH约为5，呈酸性，应选用酸式滴定管，故使用的滴定管是甲。(5)根据反应Mg2＋＋H2Y2－===MgY2－＋2H＋，可计算样品中MgCl2·6H2O的质量分数。(6)抑制晶体水解，A装置的作用是干燥氯化氢气体。 10.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____________。 (2)足量的两份铝分别投入等体积、等物质的量浓度的盐酸、氢氧化钠溶液中，产生H2的体积之比是________。 (3)足量的两份铝分别投入等体积、一定物质的量浓度的HCl、NaOH溶液中，两者产生的H2相等，则HCl和NaOH的物质的量浓度之比是____________。 (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 【答案】 (1)1∶1　(2)1∶3　(3)3∶1　(4)A 【解析】(1)铝与盐酸、氢氧化钠溶液反应的化学方程式分别为2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。HCl、NaOH足量时，参加反应的Al的量相等，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。则6HCl～3H2、2NaOH～3H2，故当HCl、NaOH物质的量相等时，两者产生H2的体积比为1∶3。 (3)因为Al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。 (4)由上述化学方程式知，当n(HCl)＝n(NaOH)＝3 mol·L－1×0.1 L＝0.3 mol时，产生H2的体积比是1∶3，而题设条件体积比为1∶2，则说明Al与盐酸反应时铝粉过量，故Al与盐酸反应生成H2 0.3 mol×＝0.15 mol，所以Al与NaOH溶液反应生成H2：0.3 mol，即m(Al)＝0.3 mol××27 g·mol－1＝5.4 g。 五、学法建议 重点复习知识点： 1.镁是一种银白色金属，密度小、硬度低，具有良好的导电性、导热性和延展性。这些物理性质决定了镁在工业上的一些应用。 2.氧化镁：白色固体，属于碱性氧化物。它能与酸反应生成盐和水，如 MgO + 2HCl = MgCl₂ + H₂O，常用于耐火材料，因为其熔点高、化学性质稳定。 3.碱土金属元素包括铍（Be）、镁（Mg）、钙（Ca）、锶（Sr）、钡（Ba）、镭（Ra），它们原子最外层电子数均为 2。 4.铝是一种活泼金属，但在常温下，铝表面会形成一层致密的氧化铝薄膜（4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃），这层薄膜能阻止铝进一步被氧化，使铝在空气中具有一定的抗腐蚀性。 请同学们多结合实际操作，加深对理论知识的理解；操作需要反复练习，加深记忆；要注意安全，避免发生意外。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$