第09讲镁、铝及其重要化合物（讲义）-备战2024年高考化学一轮复习精品课件+讲义+练习（新教材新高考）

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第09讲镁、铝及其重要化合物考情分析网络构建考点一镁及其化合物【夯基·必备基础知识梳理】知识点1 镁的性质知识点2 镁的氧化物MgO 知识点3 镁的氢氧化物Mg(OH)2 知识点4 镁的其他化合物【提升·必考题型归纳】考向1 考查镁及其化合物的结构、性质及应用考向2 考查镁及其化合物制备的工艺流程考点二铝及其化合物【夯基·必备基础知识梳理】知识点1 铝的性质知识点2 氧化铝知识点3 氢氧化铝知识4 常见的铝盐知识5 数形结合与“铝三角” 【提升·必考题型归纳】考向1 考查铝及其化合物的结构、性质及其应用考向2 考查铝热反应及其应用考向3 考查铝及其化合物制备的工艺流程考向4 考查铝及其化合物与强酸、强碱反应有关计算真题感悟考点一　镁及其化合物知识点1 镁的性质 1．镁的原子结构及存在（1）镁的原子结构：镁元素在元素周期表中位于第三周期第ⅡA族，原子结构示意图为。镁是较活泼的金属，在金属活动性顺序中位于铝、锌、铁的前面。镁在化学反应中，能表现出较强的金属性，即失电子的能力强，是常用的还原剂。（2）镁的存在：镁蕴藏量丰富，在宇宙中含量第八，在地壳中含量丰度2%。含镁矿物主要来自白云岩[CaMg(CO3)2]、菱镁矿（MgCO3）、水镁矿[Mg(OH)2]、光卤石（KCl·MgCl2·6H2O）和橄榄石[(Mg,Fe)2SiO4]等。海水、天然盐湖水也是含镁丰富的资源。 2.镁的物理性质具有银白色金属光泽的固体，密度、硬度均较小，熔点较低，有良好的导电、传热和延展性。 3.镁的化学性质 ①与非金属反应 A.镁条在O2中燃烧，发出耀眼的强光，生成白色固体物质，反应的化学方程式为2Mg＋O22MgO B.镁条能与N2反应，化学方程式为3Mg＋N2Mg3N2 【易错提醒】Mg3N2能与水剧烈反应生成Mg(OH)2沉淀，放出氨气，所以只能在干态下制取。 C.镁条能与Cl2反应，化学方程式为Mg＋Cl2MgCl2 ②与CO2反应：2Mg＋CO22MgO＋C ③与H2O反应：Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑ ④与H＋反应：Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑ 4.镁的用途 ①制造信号弹和焰火； ②镁合金用于制造火箭、导弹和飞机的部件； ③氧化镁用于制耐高温材料； ④冶金工业上用作还原剂和脱氧剂。 5.镁的工业制备——海水提镁【易错提醒】①由MgCl2·6H2O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。知识点2 镁的氧化物MgO 知识点3 镁的氢氧化物Mg(OH)2 【易错提醒】碳酸镁水解生成氢氧化镁，反应的化学方程式：MgCO3＋H2OMg(OH)2＋CO2↑，镁元素在水垢中的存在形式是Mg(OH)2。知识点4 镁的其他化合物 1．氯化镁：MgCl2可发生水解，由MgCl2·6H2O制备MgCl2时，要在HCl的气氛中脱水，MgCl2·6H2OMgCl2＋6H2O。 2．氮化镁：在水中剧烈水解，其反应的化学方程式为Mg3N2＋6H2O===3Mg(OH)2＋2NH3↑，与酸反应生成两种盐：Mg3N2＋8HCl===3MgCl2＋2NH4Cl。考向1 考查镁及其化合物的结构、性质及应用例1．（2022·浙江舟山·舟山中学统考三模）关于镁的性质，下列说法错误的是 A．金属镁着火，可以用CO2灭火 B．镁是一种具有银白色光泽的金属 C．镁可以与热水反应生成氢气 D．镁可以与盐酸剧烈反应生成氢气【解析】A．镁能够在CO2中燃烧，生成MgO和C，所以镁条着火不可以用CO2灭火，A错误；B．镁是一种银白色、有光泽、质软能导电的金属，B正确；C．镁与热水反应，生成氢气和氢氧化镁，C正确；D．镁的活泼性很强，与盐酸剧烈反应生成氯化镁和氢气，D正确；故选A。【答案】A 【变式训练】（2023·全国·高三专题练习）下列关于镁的叙述正确的是（） A．镁在氮气中不能燃烧 B．镁与水不能反应释放出氢气 C．镁在氯气中燃烧会产生白烟 D．镁可在二氧化碳气体中燃烧，只生成白色固体【答案】C 【解析】A.Mg能在中燃烧生成，A项错误；B.在加热条件下，Mg与反应生成，B项错误；C.镁在氯气中燃烧会产生白色的氯化镁，故C正确；D.Mg与反应生成MgO和C，D项错误。故选：C。【易错提醒】Mg在CO2中能够燃烧，所以活泼金属镁着火不能用干粉灭火器和泡沫灭火器灭火。同时镁与氮气反应生成Mg3N2。考向2 考查镁及其化合物制备的工艺流程例2．（2022·浙江舟山·舟山中学校考模拟预测）菱镁矿(主要成分为，还含有少量、)制备的流程如图。下列说法正确的是 A．步骤(Ⅰ)得到的滤渣主要成分为 B．步骤(Ⅱ)发生的反应有2个 C．步骤(Ⅲ)操作可在蒸发皿中进行 D．滤液Y中加入足量氨水可得到白色沉淀【分析】菱镁矿中加入盐酸，SiO2不与盐酸反应，则滤渣为SiO2，滤液X中加入足量NaOH，生成氢氧化镁沉淀和偏铝酸钠，滤液Y为偏铝酸钠，氢氧化镁灼烧生成氧化镁。【解析】A．菱镁矿主要成分为，还含有少量、等，加入足量盐酸，过滤，滤渣是，A正确；B．滤液X中含有的阳离子主要有、、，加入足量溶液后，发生的反应至少有3个，B错误；C．步骤(Ⅲ)灼烧在坩埚中进行，C错误；D．滤液Y主要成分为，加入足量氨水无法生成白色沉淀，D错误；故答案选A。【答案】A 【变式训练】（2023·山东潍坊·统考二模）以水泥厂的废料(主要成分为，含少量等杂质)为原料制备的工艺流程如下：已知：下列说法正确的是 A．为提高酸浸速率，可使用浓硫酸 B．试剂X可以是 C．滤渣为 D．操作a所得滤液经处理后可循环利用【分析】水泥厂的废料（主要成分为MgO，还有少量等杂质）制取MgSO4•7H2O，废料加入足量稀硫酸，都与硫酸反应，转化为对应的硫酸盐，SiO2不与硫酸反应，向反应后溶液中加入次氯酸钠溶液氧化亚铁离子为铁离子，同时使锰离子转化为MnO2沉淀，再加入氧化镁等物质调节溶液的pH值，除去锰离子、铁离子、铝离子，过滤，将滤液进行一系列操作得到MgSO4•7H2O；【解析】A．适当升温（或粉碎或搅拌）即可提高浸取速率，不需要使用浓硫酸，故A错误；B．试剂X为氧化镁或碳酸镁，不能为，故B错误；C．滤渣为、MnO2，故C错误；D．操作a是从溶液中经过一系列过程得到晶体，过滤时溶液中含有硫酸镁，为了提高原料中镁的利用率，操作a后滤液的处理方法是将操作a后的母液循环利用，故D正确；故答案选D。【答案】D 考点二铝及其化合物知识点1 铝的性质 1．铝的原子结构和存在（1）铝的原子结构：铝位于元素周期表第3周期ⅢA族，原子结构示意图为。（2）铝的存在：自然界中的铝全部以化合态的形式存在，地壳中铝含量位列金属第一位，以铝土矿的形式存在，主要成分是Al2O3，含少量Fe2O3和SiO2。 2．金属铝的物理性质银白色有金属光泽的固体，有良好的延展性、导电性和导热性等，密度较小，质地柔软。 3．金属铝的化学性质 ①常温下，铝与氧气形成致密氧化膜，加热发生：4Al＋3O22Al2O3 ②2Al＋3Cl2eq \o(=====,\s\up7(点燃))2AlCl3 ③常温铝遇氧化性酸——浓硫酸、浓硝酸钝化，与非氧化酸发生反应生成氢气：2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑ ④2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑或2Al＋2OH－＋2H2O===2AlOeq \o\al(－,2)＋3H2↑ ⑤2Al＋Fe2O3eq \o(=====,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3 4．铝热反应 5.铝的制备和用途 (1)制备原理：铝土矿eq \o(――→,\s\up7(提纯))Al2O3eq \o(――→,\s\up7(电解))Al，电解熔融Al2O3：2Al2O3(熔融)eq \o(=====,\s\up7(电解),\s\do7(冰晶石))4Al＋3O2↑。【特别提醒】工业上冶炼Al用电解熔融Al2O3而不用AlCl3的原因：AlCl3是共价化合物，熔融态不导电。 (2)铝的用途：纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等，铝还用作还原剂。 6.铝与酸或碱反应生成H2的量的关系 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ 2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋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。 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eq \f(1,3)＜eq \f(VHClH2,VNaOHH2)＜1，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。【易错警示】(1)常温下，能用铝制容器盛放浓硫酸、浓硝酸的原因是二者能使铝发生“钝化”，而不是铝与浓硫酸、浓硝酸不反应。 (2)铝与稀硝酸反应时生成的气体是NO而不是H2。 (3)铝不但能与酸(H＋)反应，还能够与碱溶液反应，表现为特殊性。2Al＋2OH－＋2H2O===2AlOeq \o\al(－,2)＋3H2↑。其反应机理应为：铝先与强碱溶液中的水反应生成H2和Al(OH)3，然后Al(OH)3再与NaOH反应生成H2O和NaAlO2，反应中铝作还原剂，水作氧化剂，NaOH无电子得失。 (4)铝热反应是在高温状态下进行的置换反应，铝只能与排在金属活动性顺序其后的金属氧化物反应。铝不能与MgO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)。 (5)Mg在CO2中能够燃烧，所以活泼金属镁着火不能用干粉灭火器和泡沫灭火器灭火。同时镁与氮气反应生成Mg3N2。知识点2 氧化铝 1.物理性质：白色固体，难溶于水，熔点很高。 2.化学性质——两性氧化物 ①与酸反应：Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O ②与碱反应：Al2O3＋2OH－===2AlOeq \o\al(－,2)＋H2O 【易错警示】这里的酸碱是指强酸、强碱。 3.用途：①作耐火材料②冶炼铝的原料 4.制备：Al(OH)3加热分解：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O 知识点3 氢氧化铝 1.物理性质：白色胶状不溶于水的固体，有较强的吸附性。 2.化学性质——两性氢氧化物 Al(OH)3的电离方程式为（酸式电离）AlOeq \o\al(－,2)＋H＋＋H2OAl(OH)3Al3＋＋3OH－（碱式电离） ①与酸反应：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O ②与碱反应：Al(OH)3＋OH－===AlOeq \o\al(－,2)＋2H2O ③受热分解：2Al(OH)3Al2O3＋3H2O 【总结归纳】既能与酸反应又能与碱反应的物质：①弱酸的铵盐，如：NH4HCO3、CH3COONH4、(NH4)2S等；②弱酸的酸式盐，如：NaHCO3、KHS、NaHSO3等；③氨基酸；④铝及铝的氧化物、氢氧化物。 3.用途 ①制药　②净水作用 4.制备Al(OH)3的三种方法 ①向铝盐中加入氨水，离子方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq \o\al(＋,4)。 ②NaAlO2溶液中通入足量CO2，离子方程式为AlOeq \o\al(－,2)＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCOeq \o\al(－,3)。 ③可溶性铝盐和偏铝酸盐水溶液中混合：3AlOeq \o\al(－,2)＋Al3＋＋6H2O===4Al(OH)3↓。知识4 常见的铝盐 1.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)2·12H2O，它是无色晶体，可溶于水，水溶液pH＜7。 3）明矾净水的原理：明矾可以净水，其净水的原理是Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋，Al(OH)3胶体吸附水中的杂质形成沉淀而净水，使水澄清。【易错警示】(1)Al2O3、Al(OH)3是中学阶段接触的唯一与碱反应的金属氧化物和氢氧化物，经常应用到除杂、计算题中，所以一定要熟记这两个反应的离子方程式。 (2)Al(OH)3具有两性，能溶于强酸(如盐酸)、强碱(如NaOH溶液)，但不溶于弱酸(如H2CO3)、弱碱溶液(如氨水)。 (3)由Al(OH)3的两式电离以及与酸和碱反应的离子方程式可知：与酸反应时相当于三元碱，与碱反应时相当于一元酸。 (4)明矾净水只能除去水中的悬浮杂质，不能杀菌消毒，与氯气消毒原理不同。 2.AlCl3的结构与性质 1）AlCl3熔点、沸点都很低，且会升华，易溶于乙醚等有机溶剂，因为它是一种共价型化合物。熔化的AlCl3不易导电，AlCl3晶体属于分子晶体，故制备铝时不用AlCl3电解。 2） AlCl3的蒸汽或处于熔融状态时，都以AlCl3二聚分子形式存在。AlCl3二聚分子的形成原因是铝原子的缺电子结构。AlCl3二聚分子结构示意图如图，其中每个铝原子均为sp3杂化，各有1条空的轨道，氯原子处于以铝原子为中心的四面体的4个顶点位置。分子中有桥式氯原子存在，桥式氯原子在与其中一个铝原子成σ键的同时，与另一个铝原子的空轨道发生配位，形成σ配位键。 3）AlCl3能与Cl－生成AlCl4-：AlCl3（aq）＋ Cl－（aq）=AlCl4-（aq） 4）与Al2Cl6类似，AlCl4-、Na3AlF6、Al(OH)4-中均存在配位键。知识5 数形结合与“铝三角” 1．Al3＋、Al(OH)3、[Al(OH)4]－之间的转化关系 (1)①Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq \o\al(＋,4)②Al3＋＋3[Al(OH)4]－===4Al(OH)3↓③Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓ (2)Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O (3)Al3＋＋4OH－===[Al(OH)4]－ (4)[Al(OH)4]－＋4H＋===Al3＋＋4H2O (5)①[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCOeq \o\al(－,3) ②[Al(OH)4]－＋H＋===Al(OH)3↓＋H2O (6)Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－ 2．与Al(OH)3沉淀生成有关的图像分析 (1)可溶性铝盐溶液与NaOH溶液反应的图像(从上述转化关系中选择符合图像变化的离子方程式，下同) (2)偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像 (3)突破Al(OH)3沉淀图像三个秘诀 ①明晰横、纵坐标含义，然后通过曲线变化特点分析反应原理。 ②掌握Al3＋、Al(OH)3、AlOeq \o\al(－,2)三者之间的转化比例： ③明晰Al3＋溶液中加碱(OH－)的几种常见变形图像，如：图A中，n(H＋)∶n(Al3＋)＝2∶1。图B中，若已知原溶液中含有Mg2＋。则可推出： n(Mg2＋)∶n(Al3＋)＝1∶1。图C中，若已知原溶液中含有H＋和Mg2＋，则可推导出：n(H＋)∶n(Al3＋)∶n(Mg2＋)＝2∶1∶1。 3.铝三角的应用 (1)选择制备Al(OH)3的最佳途径 ①由Al3＋制备Al(OH)3，宜用Al3＋与氨水反应： Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq \o\al(＋,4) ②由NaAlO2制备Al(OH)3宜用CO2与AlOeq \o\al(－,2)反应： 2H2O＋AlOeq \o\al(－,2)＋CO2===Al(OH)3↓＋HCOeq \o\al(－,3) ③从节约原料角度，由Al制备Al(OH)3，宜用eq \f(1,4)Al制备Al3＋，eq \f(3,4)Al制备AlOeq \o\al(－,2)，然后将二者混合： Al3＋＋3AlOeq \o\al(－,2)＋6H2O===4Al(OH)3↓ (2)有关离子共存问题 ①与Al3＋不能大量共存的(阴)离子有：OH－、AlOeq \o\al(－,2)、HS－、SiOeq \o\al(2－,3)、COeq \o\al(2－,3)、HCOeq \o\al(－,3)、SOeq \o\al(2－,3)等。 ②与AlOeq \o\al(－,2)不能大量共存的(阳)离子有：H＋、Al3＋、NHeq \o\al(＋,4)、Fe2＋、Fe3＋等。 ③AlOeq \o\al(－,2)与HCOeq \o\al(－,3)因发生(相对)强酸制弱酸的反应而不能共存。 (3)分析离子反应顺序 ①向含有Al3＋、NHeq \o\al(＋,4)、H＋的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液，反应顺序是：Ⅰ.H＋＋OH－===H2O；Ⅱ.Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓(若先与NHeq \o\al(＋,4)反应，则生成的NH3·H2O又使Al3＋沉淀且生成NHeq \o\al(＋,4))；Ⅲ.NHeq \o\al(＋,4)＋OH－===NH3·H2O[若先溶解Al(OH)3，则产生的AlOeq \o\al(－,2)又与NHeq \o\al(＋,4)反应生成沉淀]；Ⅳ.Al(OH)3＋OH－===AlOeq \o\al(－,2)＋2H2O。 ②向含有AlOeq \o\al(－,2)、COeq \o\al(2－,3)、OH－的混合溶液中逐滴加入盐酸，反应顺序是：Ⅰ.OH－＋H＋===H2O；Ⅱ.AlOeq \o\al(－,2)＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓(AlOeq \o\al(－,2)比COeq \o\al(2－,3)先反应)；Ⅲ.COeq \o\al(2－,3)＋H＋===HCOeq \o\al(－,3)；Ⅳ.HCOeq \o\al(－,3)＋H＋===CO2↑＋H2O[HCOeq \o\al(－,3)比Al(OH)3先反应]；Ⅴ.Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。 (4)有关Al(OH)3的计算 1)求产物Al(OH)3的量 ①当n(OH－)≤3n(Al3＋)时，n[Al(OH)3]＝eq \f(1,3)n(OH－)； ②当3n(Al3＋)