考點36鎂和鋁

1．復習重點

1．鎂和鋁單質的化學性質；

2。鎂和鋁的重要化合物的化學性質。

3．重點是Al2O3、Al(OH)3的兩性。

2．難點聚焦                                                

    一、金屬的通性

項目

內容

周期表中的分布

位于從硼到砹的左下方，在已知的109種元素中有87種是金屬元素

原子結構的特征（最外層電子）

最外層電子數(shù)一般少于4個（ⅣA～ⅥA的某些金屬元素有4～5個，但核外電子層數(shù)較多，原子半徑較大）

組成微粒

及通常狀態(tài)

金屬離子和自由電子

通常情況下都是金屬晶體，只有汞在常溫下呈液態(tài)

分類

冶金工業(yè)

黑色金屬：鐵、鉻、錳

有色金屬：除鐵、鉻、錳以外的金屬

密度

輕金屬：密度小于4.5g/cm3

重金屬：密度大于4.5g/cm3

從與人的接觸分

常見金屬：如鐵、銅、鋁等

稀有金屬：如鋯、鉿、鈮等

物理性質（通性）

有金屬光澤、不透明，熱和電的良導體，有良好的延性和展性

1．金屬的晶體結構：

金屬具有一些共同性質，是由它們的原子結構和晶體結構的相似性決定的。金屬的價電子較少，容易失去價電子變成金屬離子，這些釋出的價電子，不在屬于那個或那幾個指定的金屬離子，而是整體金屬的“集體財富”。它們在整個晶體內自由移動，人稱“自由電子”。有人描述金屬晶體內的實際情況是“金屬離子沉浸在自由電子的海洋中”。換言之，是金屬離子和自由電子之間存在著較強的電性作用，使許多金屬離子和自由電子相互結合在一起形成晶體。

但是金屬晶體中的“金屬離子和自由電子之間存在著較強的電性作用”有相對強弱之分。一般來說，價電子數(shù)越多，原子半徑越小，“作用”愈強，其熔沸點相對較高，密度、硬度也相對較大。

例如：同一主族金屬元素的原子，價電子數(shù)目相同，從上到下隨原子序數(shù)的遞增，電子層數(shù)增多，原子半徑增大，金屬晶體中金屬陽離子與自由電子的作用逐漸減弱，因此，它們的熔點逐漸降低，硬度逐漸減小。如：堿金屬熔點鈉比鉀高，硬度鈉比鉀大。

同一周期金屬元素的原子的電子層數(shù)相同，從左到右隨原子序數(shù)的遞增，價電子數(shù)增多，原子半徑減小，金屬晶體中金屬陽離子與自由電子的作用逐漸增強。因此它們的熔點逐漸升高，硬度逐漸增大。如：按鈉、鎂、鋁的順序熔點依次升高，硬度逐漸增大。

2.金屬的物理特性及解釋

（1）金屬都是電的良導體，通常情況下，自由電子在金屬晶體內部的自由電子在金屬內部作無規(guī)則的熱運動，當金屬的兩端存在電勢差的時候，在電場力的作用下，這些自由電子便作定向的移動，酷似人的定向移動就形成“人流”一樣，電子的定向移動也便成了電流。

（2）在金屬晶體內，自由電子運動時與金屬離子相碰撞，引起兩者的能量交換，致使整塊金屬達到了同樣的溫度，這是金屬導熱的原因。

大多數(shù)金屬有良好的導電性和導熱性，是由于這兩種性質都與自由電子有關，所以善于導電的金屬也善于導熱。常見的幾種金屬的導電、導熱能力由大到小的順序為：

Ag、Cu、Au、Al、Zn、Pt、Sn、Fe、Pb、Hg。

（3）金屬受外力作用晶體中各層之間發(fā)生相對滑動，但金屬離子與自由電子間的較強的相互作用仍然存在，也就金屬雖發(fā)生變形而不致破碎。

金屬的延性，是指金屬可以抽成絲。例如：最細的白金絲直徑不過1/5000mm；金屬又有展性，指的是可以壓成薄片，最薄的金箔，只有1/10000mm厚。延展性最好的金屬是金。但也有少數(shù)金屬，如銻、鉍、錳等，性質較脆，沒有延展性。

3.金屬晶體與其它常見晶體的比較

晶體類型

離子晶體

原子晶體

分子晶體

金屬晶體

實例

NaCl晶體

金剛石

干冰

鎂

構成晶體的微粒

陰、陽離子

原子

分子

金屬離子、自由電子

微粒間的相互作用

離子鍵

共價鍵

范得華力

金屬鍵

物理性質

硬度

較大

很大

很小

較小

熔沸點

較高

很高

低、很低

多數(shù)較高

導電性

晶體不導電（熔化時或水溶液中導電）

一般為非導體

非導體（有的水溶液能導電）

 

良導體

4.為什么整塊金屬會具有金屬光澤而金屬粉末常呈暗灰色或黑色？

由于金屬原子以最緊密狀態(tài)堆積排列，內部存在自由電子，所以當光線投射到它的表面時，自由電子可以吸收所有頻率的光，然后很快放出各種頻率的光，這就使絕大多數(shù)金屬呈現(xiàn)鋼灰色以至銀白色光澤。而金顯黃色，銅顯赤紅色，鉍為淡紅色，銫為淡黃色，鉛為灰藍色，是由于它們較易吸收某些頻率的光。

在粉末狀態(tài)時，金屬的晶面取向雜亂，晶格排列的不規(guī)則，吸收可見光后輻射不出去，所以為黑色。

二、鎂和鋁的性質

1.60×10－10m

試題詳情

1.43×10－10m

化合價

+2

+3

晶體結構

金屬晶體

金屬晶體

單質

物理

性質

鎂和鋁都是密度較小、熔點較低、硬度較小的銀白色金屬，但鎂和鋁相比較，鋁的硬度比鎂的稍大，熔點和沸點都是鋁比鎂的高

活潑性

較活潑：Mg－2e=Mg2+

較活潑：Al－3e=Al3+

抗腐

蝕性

在空氣中都能跟氧氣反應，表面覆蓋一層致密而堅硬的氧化物薄膜，都具有搞腐蝕性能

與O2反應

  點燃

2Mg+O2 = 2MgO

 △

4Al+3O2 = 2Al2O3

與酸

反應

Mg+2H+=Mg2++H2↑

2Al+6H+=Al3++3H2↑

與堿

反應

不反應

2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑

與氧化物反應

點燃

2Mg+CO2 = 2MgO+C

            △

2Al+Fe2O3=Al2O3+2Fe

結論

鎂、鋁均為較活潑的金屬，但鎂的金屬性強于鋁

解釋

 

核電荷數(shù)鎂小于鋁，而原子半徑鎂大于鋁，故核對最外層的電子引力鎂小于鋁，即Al比Mg難失電子，金屬性弱于Mg

主要

用途

鎂合金汽車、飛機制造、照明彈等

鋁合金汽車、船舶、飛機制造、防銹油漆、導線、電纜等

試題詳情

1．我們要善于從鎂和鋁的原子結構、晶體結構的相同和相似的一面認識它們性質的相似性；從結構上不同的一面提示和把握它的性質上相異性以及遞變。

鎂和鋁都是較活潑的金屬。在一定條件下，它們都可以和水反應，置換出水中的氫。鎂跟冷水便緩慢地反應，加熱時反應更為顯著。鋁和沸水也能微弱的反應，但現(xiàn)象不明顯。這一方面是因為鎂的金屬活動性較鋁相對較強，另一個不可忽視的原因是它們的氫氧化物雖然都難溶于水，但Mg(OH)2較Al(OH)3的溶解性相對較大，所以與水反應時生成的Mg(OH)2在鎂條表面的覆蓋要小，尤其是在加熱的條件下（加熱時水中的氫離子濃度也相對較大）。但在像在NaOH溶液的強堿性條件下，情況就不一樣了。在強堿溶液中，Mg(OH)2的溶解度大為減小，水中的氫離子濃度也減小了，事實證明，鎂和強堿溶液不反應，而鋁則不然，由于Al(OH)3是典型的兩性氫氧化物，它可溶于強堿溶液。即：

Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O

由上分析可知：鋁是一種較活潑的金屬，它并不能直接與堿反應，而是先與水反應，2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑……①

生成的Al(OH)3是典型的兩性氫氧化物，它溶于強堿

Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O……②

將兩反應按①+②×2合并，即得總反應方程式：

2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑

所以在上述反應中鋁是還原劑，而氧化劑是H2O，不是NaOH。

試題詳情

2.鋁熱劑、鋁熱反應

某些金屬氧化物粉末，與鋁粉混合后在較高溫度下劇烈反應生成Al2O3和其它金屬并放出大量的熱的反應，叫鋁熱反應。

能作鋁熱劑的不只是Fe2O3,還可以是V2O5、Cr2O3、MnO2等與Al粉形成鋁熱劑，鋁熱反應較多的應用于生產上，如：焊接鋼軌，熔煉難熔金屬V、Cr等。

試題詳情

3.鎂、鋁在自然界中均以化合態(tài)存在，鋁是地殼里存在最多的金屬元素。工業(yè)上用電解熔融的MgCl2制取Mg,用電解熔融的Al2O3制取Al。

試題詳情

三、鎂和鋁的重要化合物

1.鎂及其化合物轉化關系

試題詳情

 

試題詳情

2.鋁及其化合物轉化關系

試題詳情

試題詳情

3.MgO與Al2O3的比較

 

MgO

Al2O3

物理

性質

均為白色粉末，不溶于水，

熔點高（MgO>Al2O3），是優(yōu)良的耐火材料

化

學

性

質

與熱水反應

MgO+H2O=Mg(OH)2

與水不反應

堿性氧化物

MgO+2H+=Mg2++H2O

兩性氧化物

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

Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O

 

試題詳情

4.Mg(OH)2與Al(OH)3的比較

 

Mg(OH)2

Al(OH)3

物理

性質

均為白色固體，不溶于水

化

學

性

質

不穩(wěn)定性

Mg(OH)2=MgO+ H2O

不穩(wěn)定性

2Al(OH)3=Al2O3+3H2O

堿性

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

兩性Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O

Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O

 

制

備

Mg2++2OH-= Mg(OH)2↓

Mg2++2NH3?H2O =Mg(OH)2↓+2NH4+

 

Al3++3NH3?H2O=Al(OH)3↓+3NH4+

不用強堿

AlO2-+CO2+2H2O= Al(OH)3↓+HCO3-

不用強酸

試題詳情

  1．在學習過程中一定要注意以下幾點：

（1）注重理論知識的指導作用，培養(yǎng)思維能力.如學習鎂、鋁性質時，可用元素周期表及周期律的理論為指導；在學習Al(OH)3兩性時，可運用電離理論和化學平衡理論進行分析.這樣不僅可以鞏固所學的理論知識，還可以培養(yǎng)自己分析問題解決問題的能力.

（2）溫故知新，培養(yǎng)自己歸納總結的能力.如鋁的一些性質在初三和高一曾學習過.要在復習有關知識的基礎上學完本節(jié)后學會總結、歸納的方法，使所學的知識系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化.

（3）充分發(fā)揮主體作用，培養(yǎng)自學能力.如金屬的通性、合金等內容通過自學，不僅可以獲得知識，更重要的是學會讀書的方法，培養(yǎng)自學能力.

（4）掌握圖像題的解題技巧，如Al(OH)3兩性的計算.

   

試題詳情

2.兩性物質與物質的兩性

兩性物質指即能與酸反應，又能與堿作用生成鹽和水的化合物，如Al2O3、ZnO、Zn（OH）2、Al(OH)3、氨基酸、蛋白質等。

物質的兩性，如強堿弱酸鹽（NaHCO3、KHS、Na2HPO4等）弱酸弱堿鹽（CH3COONH4、NH4HS）等，既能與強酸反應，又能與強堿作用，但只能說這種物質的性質有兩性，不能將它們稱為兩性物質，因為這些化合物不是由本身直接電離出的H+和OH-參加反應，并且生成物不全是鹽和水。

Al既能與酸作用，又能與強堿溶液反應，但不屬于兩性物質，也不能說它具有兩性，因為Al與強堿溶液反應的本質是：2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑，Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O，兩式相加為：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，由以上反應可知：Al不直接與NaOH溶液反應，Al仍然為金屬元素。

Al(OH)3具有兩性，是兩性物質，可用電離平衡移動的原理來解釋：Al(OH)3的電離方程式可表示如下：

AlO2-+H++H2OㄐAl(OH)3ㄐAl3++3OH-

其電離程度相當微弱，只有加入強酸（或強堿）時，大量的H+（或OH-）才能破壞Al(OH)3的電離平衡，使平衡向右（或左）移動，生成鋁鹽（或偏鋁酸鹽），所以Al(OH)3即具有堿性，又具有酸性。當加入弱酸或弱堿時，因H+（或OH-）濃度太小，不能使上述平衡移動，因此Al(OH)3只溶于強酸或強堿，而不溶于弱酸或弱堿（如碳酸、氨水）。

Al3+只能在酸性溶液中大量存在，如AlCl3、Al2(SO4)3溶液均是酸性溶液；鋁元素在堿性溶液中能以AlO2-離子大量存在，所以AlO2-與OH-、Al3+與H+ 不能大量共存，AlO2-與Al3+也不能大量共存，其離子方程式是：Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓。

 

試題詳情

3．試劑的滴加順序不同產生的現(xiàn)象不同

（1）NaOH和AlCl3

向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液，先出現(xiàn)白色沉淀后消失：

Al3++3OH-=Al(OH)3 ↓        Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O

向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液，開始無現(xiàn)象后出現(xiàn)白色沉淀：

Al3++4OH-= AlO2-+2H2O         Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3↓

（2）NaAlO2和鹽酸

向NaAlO2溶液中滴加鹽酸，先出現(xiàn)白色沉淀后消失：

NaAlO2+HCl+H2O= Al(OH)3↓+NaCl     Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O

向鹽酸中滴加NaAlO2溶液，開始無現(xiàn)象后出現(xiàn)白色沉淀：

4HCl+NaAlO2= NaCl+AlCl3+2H2O      AlCl3+3NaAlO2+6H2O=4Al(OH)3↓+3NaCl

(3)Na2CO3和鹽酸

向Na2CO3溶液中滴加鹽酸，開始無現(xiàn)象，后產生氣泡

Na2CO3+HCl=NaCl+NaHCO3                      NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑

向鹽酸中滴加Na2CO3溶液，立即產生氣泡

Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑

四、合金與復鹽

試題詳情

    1．合金的組成成份，可以是不同的金屬，也可以是金屬和非金屬，不要望文生義，把合金理解為只是金屬與金屬的熔合，從而使合金的外延變窄。一般來說，合金的硬度一般比它的各成份金屬的大，如硬鋁（含少量的Cu、Mg、Mn、Si等）；合金的熔點比它的各成份金屬的熔點都低，如K～Na合金可以作原子反應堆的導熱劑；又如做保險絲材料的“伍德合金”，是錫、鉍、鎘、鉛按1：4：1：2質量比組成的合金，熔點僅為67℃，比水的沸點還低，因此，當電路上電流過大，電線發(fā)熱到70℃左右，保除絲即可熔化，自動切斷電路，保證電路安全。

合金可以分為三種類型：

（1）金屬固熔體：這是一種金屬均勻地分布在另一種金屬內形成的復合體，是固態(tài)溶液。如黃銅（67％Cu、33%Zn），銀與金的合金都是金屬固溶體。

（2）金屬互化物：金屬與金屬之間形成的化合物。其組成有的是固定不變的，如銅化鋅（ZnCu）、碳化鐵（Fe3C）等，有的是可變的，如銅錫合金就有Cu5Sn、Cu31Sn8、Cu3Sn等多種不同組成。金屬互化物不能用通常的化合價來解釋。

（3）機械混合物：其晶體由兩種或兩種以上的晶體結構混合而成的，每一小晶體中只有一種金屬。同前兩類合金不同，機械混合物的組成是非均一的。鋼、生鐵、青銅等屬于這一類合金。

從以上介紹可以看出籠統(tǒng)的說合金是混合物還是化合物都是不合適的。

試題詳情

2.復鹽可以看作是兩種簡單的鹽復合而成的，但復鹽屬于純凈物，復鹽與普通正鹽或酸式鹽的區(qū)別在于復鹽電離時，可以電離出兩種不同的金屬離子（或一種是銨根離子）。

例如：KAl(SO4)2=K++Al3++2SO42- (兩種金屬離子)

明礬〖KAl(SO4)2?12H2O〗、光鹵石〖KCl?MgCl2?6H2O〗等均為復鹽。

絡鹽：指含有絡離子的鹽類，象Na3AlF6，[Ag(NH3)2]OH等，絡鹽中絡離子在溶液中十分穩(wěn)定，很難電離。如：Na3AlF6=3Na++AlF6-,這是絡鹽與復鹽的明顯區(qū)別。

試題詳情

3.明礬是一種凈水劑，明礬溶于水后Al3+能與水反應：

Al3++3H2OㄐAl(OH)3+3H+

有膠狀Al(OH)3沉淀生成，可以吸附水中懸浮的雜質，而不能除去溶解在水中的物質。

礬是一價金屬（M+）或銨根離子（NH4+）和三價金屬（M3+）硫酸鹽的含水復鹽的總稱。它的種類很多，其通式為（M2SO4?M2(SO4)3?24H2O）,例如：明礬K2SO4?Al2(SO4)3?24H2O,鐵銨礬（NH4）2SO4?Fe2(SO4)3?24H2O等。習慣上把某些含有結晶水的硫酸鹽也稱為礬，如膽礬（CuSO4?5H2O），綠礬（FeSO4?7H2O）等，它們不屬于真正的礬，完全是人們的習慣稱呼。

3．例題精講

例1  下列敘述中，正確的是：

A：某物質中只含有一種元素，該物質一定是純凈物。

B：某晶體中含有陽離子，則必定含有陰離子。

C：金屬晶體的自由電子屬整個晶體所共有。

D:金屬晶體發(fā)生形變時其內部金屬離子與自由電子的相互作用消失了。

解析：由同素異形體（如金剛石、石墨）組成的混合物中只含有一種元素，故A的敘述是錯誤的；在金屬晶體中含有金屬陽離子卻不含有陰離子，故B的敘述是錯誤的；金屬雖發(fā)生形變，只是“各層之間發(fā)生了相對的滑動”，但不致斷裂，就是因為“金屬離子和自由電子之間較強的相互作用仍然存在”，故B的敘述也同樣是錯誤的，所以只有C項是正確的，應選C。

例2  下列金屬晶體中，金屬離子和自由電子的相互作用最弱的是：

A:鈉       B:鉀       C:鎂         D:鋁

解析：鈉、鎂、鋁屬于同一周期，在同一周期中，從左到右，“作用”增強，故鈉、鎂、鋁中，“鈉”最弱；在同一主族中，從上到下，“作用”減弱，鈉和鉀同屬堿金屬元素，鉀在鈉的下方，“作用”不如鈉，故選B。

例3.下列各組物質中，按熔點由低到高排列正確的是          （     ）

A.O2、I2、Hg                     B.CO2、KCl、SiO2

C.Na、K、Rb                      D.SiC、NaCl、SO2

解析：本題主要考查離子晶體、原子晶體、分子晶體、金屬晶體四類典型晶體熔點的關系。一般的分子晶體的熔點低于金屬晶體與離子晶體，這兩種晶體的熔點又低于原子晶體。同一類型晶體間，其微粒之間的作用力越強，熔點越高。A組中O2、I2、Hg常溫下分別是氣體、固體和液體，所以熔點應為O2<Hg<I2，A不符合題意。B中CO2、KCl、SiO2分別屬于分子晶體、離子晶體和原子晶體，它們的熔點由低到高的順序為：CO2<KCl<SiO2，符合題意要求。C中的晶體都是金屬晶體，結合堿金屬的知識，熔點應為Na>K>Rb，C不符合題意。D中SiC、NaCl、SO2分別屬于原子晶體、離子晶體和分子晶體，它們的熔點為SiC>NaCl>SO2。

故選B。

例4  將相同質量的鎂條分別在①氧氣中②空氣中③氮氣中④二氧化碳中完全燃燒，燃燒后所得固體產物的質量由小到大的順序是          （      ）

A.②①③④                B.④①②③

C.③②①④                D.③①②④

[思路]: 本題考查Mg在O2、N2、CO2中燃燒的反應以及定量分析問題的能力,只要能利用質量守恒定律,逐一分析其質量關系,即可解題。

[解析]：

Mg在氧氣中：2Mg+O2 = 2MgO

Mg在氮氣中：2Mg+O2 = 2MgO（主）   3Mg+N2 = Mg3N2（微量）

Mg在二氧化碳中：2Mg+CO2 = 2MgO+C

依元素守恒法，1mol Mg燃燒生成1mol MgO，質量增加16g；1mol Mg燃燒生成1/3mol Mg3N2，質量增加28/3g；1molMg在二氧化碳中燃燒，固體產物分別為1/2mol在C和1mol的MgO，質量增加6g+16g=22g。因此，相同質量的鎂粉若分別在上述氣體中燃燒，所得固體產物的質量的大小關系是在二氧化碳中燃燒最大，應選C。

[注意]：Mg在二氧化碳中燃燒時，不存在2Mg+CO2 = 2MgO+C的反應，這是因為在空氣中的主要成分是N2和O2，只含微量的CO2，O2的氧化性遠強于CO2，所以存在過量O2的條件下，不可能發(fā)生與CO2的反應（即使假定發(fā)生了此反應，生成的C也會繼續(xù)與O2反應生成CO2，最終結果也相當于沒反應）。

例5、如何用化學方法除去下列物質中的雜質，寫出有關的化學方程式：

（1）鋁中含少量的鎂              （2）鎂中含少量的鋁

[思路]：提純物質主要應考慮：①利用被提純物質與雜質的不同化學性質，②所加試劑最好只與雜質作用，不改變被提純的物質，③不要引入新雜質，④反應較快，操作方便，被提純物質易于分離出來。

[解析]本題所給物質為金屬混合物，主要從金屬活潑性來考慮。（1）中的鎂比鋁活潑，可利用金屬與鹽的轉換反應除雜。（2）中的鋁能與強堿溶液反應，鎂不能，可選用強堿溶液作試劑。

答案：（1）將混合物加入足量的氯化鋁溶液中，充分反應后過濾。

3Mg+2AlCl3=3MgCl2+3Al

(2) 將混合物加入足量的氫氧化鈉溶液中，充分反應后過濾。

2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑

例6.若鎂粉著火，請注意不要用泡沫滅火器滅火，也不要用干粉滅火器滅火。簡述理由（提示：泡沫滅火器產生CO2和H2O等，干粉滅火器中含NaHCO3）。

[思路]：本題應從Mg活潑的化學性質入手。

[解析]:在泡沫滅火器噴射出CO2和H2O的混合物時，Mg可與CO2和H2O反應，會促進燃燒，事與愿違。

2Mg+CO2 = 2MgO+C     Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑    2H2+O2=2H2O

干粉滅火器中：2NaHCO3=Na2CO3+CO2↑+H2O,Mg仍在CO2中燃燒，所以不能使用。

例7：等物質的量的鈉、鎂、鋁分別與1L1mol/L的鹽酸作用產生氫氣，可出現(xiàn)下列四種情況：①Na＜Mg＜Al;②Na＜Mg=Al;③Na=Mg=Al;④Na＞Mg=Al.討討論上述四種情況所需金屬的物質的量分別在何范圍?

[思路]：本題可用分段討論的方法，但比較繁瑣，用作圖法則方便快捷.

[解析]:化學反應中，反應物與生成物的量通常成線性關系，作圖時可利用特殊點(如剛開始反應，恰好完全反應等)畫出投入金屬量與產生氫氣量的關系圖，各種情況一目了然.

試題詳情

 

根據(jù)Na～H+～ H2  Mg～2H+～H2

Al～3H+～ H2

對于Na:起點O(0，0)，鹽酸恰好完全反應時為A點(1，1/2 )；

試題詳情

對于Mg:起點O(0，0)，鹽酸恰好完全反應時為B點( 1/2、1/2 )；

對于Al：起點O(0，0)，鹽酸恰好完全反應時為C點(1/3 ，1/2 )

顯然，當n＜1/2 時，Na＜Mg＜Al

當 1/2≤n＜1時，Na＜Mg=Al

當n=1時，Na=Mg=Al

當n＞1時，Na＞Mg=Al.

試題詳情

③n=1                 ④n＞1

例8下列各組離子在溶液中可以大量共存，且加入氨水后也不產生沉淀的是                                                     （    ）

A.Na+  Ba2+  Cl-  SO42-               B.K+  AlO2-  NO3-   OH-

C.H+  NH4+  Al3+   SO42-               D.H+  Cl-  CH3COO-   NO3-

[思路]：離子共存問題，一直是高考的“熱點”。解決這類問題，只要考慮兩大方面即可：（1）能否發(fā)生復分解反應，（2）能否發(fā)生氧化還原反應。若兩類反應均不發(fā)生，則可共存。

[解析]:Al3+只能存在于酸性條件下，故C可共存，但加入氨水后可生成Al(OH)3沉淀，且不溶于溶液中銨鹽；AlO2-存在于堿性環(huán)境中，加入氨水后不會產生沉淀；A答案中Ba2+、SO42-不共存，而D中的H+ 和CH3COO-不能共存。故選B。

例9.下列離子方程式正確的是                        （           ）

A.稀硫酸與氫氧化鋇溶液反應

H++SO42-+Ba2++OH-=BaSO4↓+H2O

B.硫酸鋁溶液中滴入氨水

Al3++3OH-=Al(OH)3 ↓

C.碳酸氫鎂溶液中加入氫氧化鈉溶液

Mg2++2HCO3-+4OH-=Mg(OH)2↓+CO32-+2H2O

D.硝酸鋁溶液中滴加少量的氫氧化鈉溶液

Al3++3OH-=Al(OH)3 ↓

[思路與解析]：A式錯在若一種物質中有兩種或兩種以上的離子參加反應，必須維持在原物質中的微粒數(shù)比，在稀硫酸中1個SO42-離子對應兩個H+離子，在氫氧化鋇中1個Ba2+對應2個OH-離子，故該反應的離子方程式為：

2H++SO42-+Ba2++2OH-=BaSO4↓+2H2O

B項中氨水（NH3?H2O）為一元弱堿，是弱電解質，應該保留分子式，故該反應的離子方程式為：Al3++3 NH3?H2O=Al(OH)3↓+3NH4+

C項中的碳酸氫鎂屬易溶且易電離的物質，它與NaOH溶液反應，屬酸式鹽與堿的反應。變成的是正鹽MgCO3，而Mg2+和OH-結合生成的Mg(OH)2因其溶解度較MgCO3低的多，根據(jù)離子反應總是向著離子減少的方向進行的規(guī)律，Mg2+變成Mg(OH)2而不會生成MgCO3，該離子方程式是正確的。

D項在過量的硝酸鋁溶液中滴加少量的NaOH溶液，生成的Al(OH)3沉淀不會溶解，故該離子方程式是正確的。

故選C、D。

例10 今有鋁、稀硫酸和氫氧化鈉溶液為原料，在實驗室制備一定量的氫氧化鋁�？煞謩e采用如下化學方程式所表示的兩種方法：

①2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2↑

  Al2(SO4)3+6NaOH=2Al(OH)3↓+3Na2SO4

②2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑

  2NaAlO2+2H2O+H2SO4=2Al(OH)3↓+Na2SO4

（1）上述那一種方法比較節(jié)約試劑？（提示：試從每生產2molAl(OH)3所耗費的試劑用量給予說明）

（2）原料相同，請設計一種更為節(jié)約試劑的方法（以方程式表示，并說明其可以最節(jié)約試劑的根據(jù)）。

思路與解析：（1）Al即可以跟稀硫酸，也可跟氫氧化鈉溶液反應放出氫氣。反應后如果再以H2SO4或NaOH溶液處理，實際上是調控pH，使之得到Al(OH)3，達到制備的目的。先用酸，后用堿，還是先用堿，后用酸，都是可行的，但是耗用的酸、堿用量卻不同。同樣是制備2molAl(OH)3，前法需2molAl、3molH2SO4、6molNaOH；后法只需2molAl、1molH2SO4、2molNaOH，顯然，后法較前法節(jié)約了酸、堿試劑。

（2）仔細觀察第一種方法，它第一步生成的是Al2(SO4)3，略有酸性，所以要用較多的NaOH。第二種方法生成的是NaAlO2，略有堿性，所以要用較多的硫酸。因此，設想是否能用略有酸性的Al2(SO4)3和略有堿性的NaAlO2自己中和呢？聯(lián)合兩法可設計出第三種方法。

2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2↑

2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑

Al2(SO4)3+6NaAlO2+12H2O=8Al(OH)3↓+3Na2SO4

相當于制備2molAl(OH)3需要的原料為2molAl、0.75molH2SO4、1.5molNaOH,確實節(jié)約了試劑。

例11：某復鹽的化學式AxB(ED4)y?z H2O,已知x、y、z均為正整數(shù)，且x+y+z=10，用該晶體完成下列實驗：①稱取晶體40.2g，加熱至質量不再改變，質量減少了10.8g，②將剩余固體溶于水，配成200mL溶液，取出20mL，向其中加入過量的Ba(OH)2溶液，ED4離子和B離子完全沉淀，經(jīng)測定為5.24g，③將沉淀物加到足量的鹽酸中，固體質量又減少了0.580g。

試通過計算和推理回答A、B是何種元素及晶體的化學式。

[思路]：所謂復鹽，即含有兩種或兩種以上的金屬離子（含NH4+ ）和一種酸根離子的鹽。題設復鹽的化學式為AxB(ED4)y?z H2O，顯然A、B為簡單金屬離子；ED4離子和B離子與過量的Ba(OH)2溶液反應得到兩種沉淀物，顯然是陰離子ED4離子與Ba2+  結合得一沉淀，陽離子B離子與OH-結合得一沉淀，且可溶于鹽酸的必為B離子與OH-結合得到的金屬B的難溶氫氧化物，另一不溶于鹽酸的必為ED4離子與Ba2+  結合得到的難溶性鋇鹽，而且從陰離子的形式使我們想起了SO42-，即初步確認難溶性鋇鹽為BaSO4。

[解析]：這類問題的解決，一般還要輔之于定量的計算，由題給實驗數(shù)據(jù)，在4.02g復鹽中：

結晶水的物質的量為：10.8g÷18g/mol=0.600mol

初步確認的SO42-的物質的量為：｛（5.24g-0.580g）÷233g/mol｝×200mL/20mL=0.200mol

這樣，該復鹽中y：z=0.200：0.600=1：3

這就找到了解決問題的突破口，因為有了y：z=1：3，加之題給x+y+z=10，就創(chuàng)造了利用數(shù)學手段，結合化學意義進行討論進而確認的機會。討論：

當y=1時，z=3，則x=6，依該結論，則該復鹽的化學式當初步確定為A6B(ED4)?3H2O，這顯然與化合價法則相矛盾。原假設不能成立。

當y=2時，z=6，則x=2，依該結論，則該復鹽的化學式當初步確定為A2B(ED4)2?6H2O，且可能成立的情況必然為A為+1價，則B必為+2價。依上述推論推得的40.2g中含結晶水0.600mol，則含A為0.200mol、B為0.100mol，可知生成金屬B的氫氧化物的化學式為B（OH）2,且其摩爾質量為：

（0.58g×200mL/20mL）/0.100mol=58.0g/mol

易得金屬B的相對原子質量為58.0-17.0×2=24.0，顯然B元素為Mg。40.2g復鹽中A元素的質量為：

40.2g-10.8g-96g/mol×0.2mol-2.4g=7.80g

金屬A的摩爾質量為：7.80g÷0.2mol=39.0g/mol,所以A元素為K元素。

這樣復鹽的化學式是K2Mg(SO4)2?6H2O。

例12.向已知含有Zn2+的溶液中滴加氨水，有白色沉淀Zn(OH)2生成，繼續(xù)滴加氨水使其過量，沉淀溶解，生成了[Zn(NH3)4](OH)2。此外Zn(OH)2即可溶于鹽酸，又可溶于NaOH溶液，生成ZnO22-,所以Zn(OH)2是一種兩性氫氧化物。

現(xiàn)有四種離子，每組有兩種金屬離子。請各選一種試劑，將它們兩者分開�？晒┻x擇的試劑有：

A.硫酸    B.鹽酸    C.硝酸    D.氫氧化鈉溶液    E.氨水   

根據(jù)上述內容填寫下表：

 

離子組

選用試劑代號

沉淀物化學式

保留在溶液中的離子

①Zn2+和Al3+

 

 

 

②Zn2+和Mg2+

 

 

 

③Zn2+和Ba2+

 

 

 

④Mg2+和Al3+

 

 

 

[思路]：本題給出的知識性信息是Zn(OH)2兩性和可生成溶于水的[Zn(NH3)4](OH)2。運用它們的化學性質，選擇適當?shù)脑噭┘右苑蛛x。

[解析]：①Zn2+和Al3+的分離：由于Al(OH)3和Zn(OH)2均為兩性氫氧化物，不能用酸堿加以區(qū)分，但是Zn2+可與過量的氨水反應，生成Zn(NH3)42+，Al3+無此性質，可選用氨水（E）為試劑，生成沉淀Al(OH)3，留在溶液中的為Zn(NH3)42+。

②Zn2+和Mg2+的分離：因Zn(OH)2為兩性氫氧化物，Mg(OH)2無兩性且為難溶于水的沉淀，可選用NaOH（D）為試劑。沉淀為Mg(OH)2，留在溶液中的離子為：ZnO22-。

③Zn2+和Ba2+的分離：由于BaSO4難溶于水且不溶于酸，而ZnSO4則能溶于水，可選用H2SO4（A）為試劑。沉淀為BaSO4，保留在溶液中的離子為Zn2+。

④Mg2+和Al3+的分離：Al(OH)3有兩性，能溶于過量的NaOH溶液中，Mg(OH)2無兩性且為難溶于水的沉淀，可選用NaOH（D）為試劑。沉淀為Mg(OH)2，留在溶液中的離子為：AlO2-。

4．實戰(zhàn)演練

一、選擇題

1.(2001年春季高考題）將一定質量的Mg、Zn、Al混合物與足量稀H2SO4反應，生成H2 2.8 L(標準狀況)，原混合物中的質量可能是?

A.2 g                                      B.14 g?

C.8 g                                                D.10 g?

2.將某物質的量的鎂和鋁相混合，取等質量的該混合物四份，分別加到足量的下列溶液中，充分反應后，放出氫氣最多的是?

A.3 mol?L－1 HCl?

B.4 mol?L－1的HNO3?

C.8 mol?L－1 NaOH?

D.18 mol?L－1 H2SO4?

3.人的純凈的胃液是一種強酸性液體，pH在0.9～1.5左右，氫氧化鋁是一種治療胃液過多的胃藥的主要成分，目前這種胃藥已不常用，原因主要是?

A.長期攝入鋁元素不利于人體健康?

B.它不能中和胃液?

C.它不易溶于胃液?

D.它的療效太差?

4.下列氣體逐漸通入NaAlO2溶液中，開始時產生沉淀，繼續(xù)通入氣體時沉淀又溶解，該氣體是?

A.NO2                                                     B.NO?

C.CO2                                                      D.H2S?

5.在硝酸鋁和硝酸鎂的混合溶液中，逐滴加入稀氫氧化鈉溶液，直至過量。下列表示氫氧化鈉加入量(ｘ)與溶液中沉淀物的量（ｙ）的關系示意圖中正確的是?

6.在氯化鎂和硫酸鎂的混合液中，若Mg2＋與Cl－的物質的量濃度之比為4∶3時，下列判斷正確的是?

A.溶液中Mg2＋與SO的物質的量濃度相等?

B.溶液中Mg2＋與SO物質的量濃度之比為5∶8?

C.溶液中Mg2＋與SO物質的量濃度之比為8∶5?

D.溶液中氯化鎂和硫酸鎂物質的量相等?

7.將AlCl3溶液和NaOH溶液等體積混合得到的沉淀物和溶液中所含鋁元素的質量相等，則原AlCl3溶液和NaOH溶液物質的量濃度之比可能是?

A.2∶3                                              B.1∶3?

C.1∶4                                              D.2∶7?

8.ｍ ｇ鈉、鋁混合物，放入n ｇ水中，反應停止后，仍有不溶物a ｇ，則溶液中溶質為

A．NaOH?

B．NaAlO2?

C．NaOH和NaAlO2?

Ｄ．無法確定?

9.將鋁粉放入燒堿溶液中，若反應過程中有1．5　mol電子發(fā)生轉移，則參加反應的水為?

A．9�。�?                                      B．18　ｇ?

C．0．5　mol?                              D． mol?

10.將物質X逐漸加入Y溶液中，生成沉淀物質的量n2與所加X的物質的量n1的關系如圖所示。符合圖示情況的是?

 

A

B

C

D

X

NaOH

AlCl3

HCl

NaAlO2

Y

AlCl3

NaOH

NaAlO2

HCl

二、非選擇題（共50分）?

11.(12分)在50�。鞮　b　mol?L－1 AlCl3溶液中加入50�。鞮　a　mol?L－1　NaOH溶液。

(1)當a≤3b時，生成Al（OH）3沉淀的物質的量為                    。?

(2)當a、b滿足                    條件時，先有沉淀，后又有部分沉淀溶解，此時Al（OH）3的質量為                    ｇ。

12.(12分)今用鋁、稀硫酸和氫氧化鈉溶液為原料，在實驗室制備一定量的氫氧化鋁。可分別采用如下化學方程式所表示的兩種方法：?

①2Al＋3H2SO4===Al2（SO4）3＋3H2↑?

Al2（SO4）3＋6NaOH===2Al（OH）3↓＋3Na2SO4?

②2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑?

2NaAlO2＋H2SO4＋2H2O===2Al（OH）3↓＋Na2SO4?

(1)上述哪一種方法比較節(jié)約試劑?［提示：試從每生產2　mol　Al（OH）3所耗費的試劑用量予以說明］?

(2)原料相同，請設計一種更為節(jié)約試劑的方法(以方程式表示，并說明其可以最節(jié)約試劑的根據(jù))。?????????

13.(10分)鎂是一種很活潑的金屬，常用作脫硫劑、脫氧劑。在電子工業(yè)中利用鎂制取硅的反應為：?

2Mg＋SiO22MgO＋Si?

同時有副反應發(fā)生：2Mg＋SiMg2Si?

Mg2Si遇鹽酸迅速反應生成SiH4(硅烷）。?

SiH4在常溫下是一種不穩(wěn)定、易分解的氣體。?

（1）圖（甲）是進行Mg與SiO2反應的實驗裝置。?

Ⅰ.由于O2的存在對該實驗有較大影響，實驗中應通入X氣體作為保護氣。X氣體應選用①CO2、②N2、③H2中的                    。

Ⅱ.實驗開始時，必須先通入X的氣體，再接通電源加熱反應物，其理由是                    ；當反應引發(fā)后，切斷電源，反應能繼續(xù)進行，其原因是                    。

Ⅲ.反應結束時，待冷卻至常溫后，關閉K，從分液漏斗處加入稀鹽酸，可觀察到導管口a處有閃亮的火星。據(jù)此現(xiàn)象可推知                    在空氣中能自燃。?

（2）圖（乙）所示裝置進行的實驗如下：先關閉K，使A中反應進行；加熱玻璃管C，可觀察到C管中發(fā)出耀眼白光，產生白煙，管壁上附著有淡黃色物質。實驗完成后，將C管中固體全部加入鹽酸中，有臭雞蛋氣味的氣體生成。?

Ⅰ.C中的Mg應放在不銹鋼墊片上而不能直接接觸管壁，這是因為                    。

Ⅱ.停止實驗時，先打開K，再停止滴加濃硫酸并熄滅酒精燈。橡膠氣膽B(tài)在實驗中的作用是                    。

Ⅲ.C中全部反應產物有                、                    、               。（填化學式）?

14.(8分)有鋁粉和四氧化三鐵組成的鋁熱劑，在隔絕空氣的條件下灼燒，使之充分反應。將所得混合物研細并分成兩等份，分別投入過量的燒堿溶液和鹽酸中。充分反應后，前者消耗ｍ　mol　NaOH，放出氣體0．336　L；后者消耗n　mol　HCl，放出氣體V L。若將等質量的這種鋁熱劑中的鋁粉與足量的稀硫酸作用，可得3．36　L氣體(氣體體積均在標準狀況下測定。)求：?

(1)該鋁熱劑的質量分數(shù)。?

(2)ｍ、ｎ、Ｖ的值。

15.(8分)在標準狀況下進行甲、乙、丙三組實驗，三組各取30�。鞮同濃度的鹽酸溶液，加入同一種鎂鋁合金粉末，產生氣體，有關數(shù)據(jù)列表如下：?

實驗序號

甲

乙

丙

合金質量(ｍｇ)

255

385

459

生成氣體體積（ｍL）

280

336

336

(1)甲組實驗中，鹽酸                     (填“過量”“適量”或“不足量”)，理由是                            。乙組實驗中，鹽酸                     (填“過量”“適量”或“不足量”)，理由是                    。要算出鹽酸的物質的量濃度，題中可作計算依據(jù)的數(shù)據(jù)是                    ，求得的鹽酸的物質的量濃度為                    。

(2)求合金中Mg、Al的物質的量之比，題中可作計算依據(jù)的數(shù)據(jù)是                    ，求得的Mg、Al的物質的量之比為                    。

(3)在丙組實驗之后，向容器中加入1　mol?L－1的氫氧化鈉溶液，能使合金中的鋁恰好溶解，不形成含鋁的沉淀，并使Mg2＋剛好沉淀完全，再過濾出不溶固體，求濾液中各溶質的物質的量和所加入氫氧化鈉溶液的體積(寫計算過程)。

 

 

附參考答案

一、1.C?

2.解析：鎂、鋁不能與HNO3、濃H2SO4反應產生H2；Mg不與NaOH反應，Al能；Mg\,Al都能與鹽酸反應產生H2。?

答案：A?

3.A  4.A  5.C  6.C  7.AD  8.B  9.AC  10.C?

二、11.（1）a mol  (2)3b＜a＜4b  (15.6b－3.9a)

12.(1)方法②比方法①更節(jié)約試劑。?

(2)2Ａl＋3H2SO4===Ａl2（SO4）3＋3H2↑?

2Ａl＋2NaOH＋2H2O===2NaＡlO2＋3H2↑?

Ａl2（SO4）3＋6NaＡlO2＋１2H2O===8Ａl（OH）3↓＋3Na2SO4?

相當于制備2molＡl（OH）3所用原料為2mol�。羖、mol　H2SO4、１．5　mol　NaOH，確實節(jié)約了試劑。

13.（1）Ⅰ.③  Ⅱ.防止加熱條件下H2與空氣混合爆炸  Mg與SiO2的反應是放熱反應  Ⅲ.SiH4?

(2)Ⅰ.同在加熱條件下，Mg能與玻璃中的SiO2反應  Ⅱ.防止C管降溫時因氣體壓強減小，而引起D中溶液倒流  Ⅲ.MgO  S  MgS?

14.(1)Al:27.95%  Fe3O4:72.05%?

(2)m=0.05 mol  n=0.24 mol  V=1.344 L?

15.(1)過量  因為乙組所用合金量比甲組多，產生H2也多，說明甲組中HCl未反應完  不足量  因為甲組255�。绾辖鹕蒆2　280　ｍＬ，每克合金生成H2：ｍＬ。若乙組中合金耗盡，應生成H2：×385＝423�。恚�，實際只生成336　ｍＬ，所以鹽酸不足量  鹽酸30　ｍＬ、氣體336�。恚�  １　mol?Ｌ－1?

(2)合金255　ｍｇ，氣體280　ｍＬ  １∶1?

(3)濾液中溶質為NaCl，NaＡlO2?

設丙組中Ｍｇ、Ａl的物質的量均為ｘ?

則24ｘ＋27ｘ＝0．459   ｘ＝0．009　mol?

根據(jù)Cl元素守恒：?

ｎ（NaCl）＝ｎ（HCl）＝１×0．03＝0．03　mol?

根據(jù)Ａl元素守恒：ｎ（NaＡlO2）＝ｎ（Ａl）＝0．009　mol?

由Na元素守恒：ｎ（NaOH）＝ｎ（NaCl）＋ｎ（NaＡlO2）＝0．03＋0．009

＝0．039　mol

V（NaOH）＝＝0．039　Ｌ＝39�。恚�

 


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