1.冶金工业的分类方法:
黑色金属(铁.铬.锰)
有色金属(除以上三种)
2. 根据密度的大小分类:
轻金属(小于
重金属(大于
3.根据地壳中的含量:
常见金属 如:铁.铜.锡
稀有金属 如:钽.锆.铌
金属的分类:
1. 常温时,除汞外,其它都是固体。
2. 有金属光泽(粉末状时呈暗灰色或黑色)
3. 导电、导热性良好
4. 延展性良好
5. 熔沸点高、硬度大。
金属的物理性质:
高中化学总复习
镁铝及其化合物
知识要点:
光泽 密度
原子或离子半径
金 属 键 能
熔、 沸 点
硬 度
Mg Al
小结:
共性: 银白色轻金属,固体,熔点较低,硬度较小,密度较
小,有良好的导电、导热、延展性和韧性
异性: 铝比镁硬度稍大、熔沸点稍高(铝的金属键比镁强)
镁
铝
的
物
理
性
质
银白色轻金属
>
<
<
Mg Al
O2
Mg+ O2 = 2MgO
点燃
与
非
金
属
反
应
4Al+ 3O2 = 2Al2O3
点燃
N2
S
Cl2
3Mg+ N2 = Mg3N2
Mg+ S = MgS 2Al+ 3S = Al2S3
Mg+Cl2 = MgCl2 2Al+ 3Cl2 =2AlCl3
点燃
点燃 加热
点燃 点燃
常温下、空气中形成氧化物薄膜,具
有抗腐蚀的性能
镁铝的化学性质
与
氧
化
物
反
应
H2O
CO2
Fe2O3
Mg+2H2O ==Mg(OH)2
+H2↑
△
除氧化膜后可与水微弱反应
2Mg+ CO2 ====2MgO+C
点燃
2Al+ Fe2O3 ====2Fe+ Al2O3
高温
与
酸
反
应
氧化
性酸
反应,无氢气生成 在冷浓硝酸、浓硫酸中“
钝
化”,加热时反应,无氢
气
生成H+ Mg+2H
+=Mg2++H2↑ 2Al+6H+=2Al3++3H2↑
2Al+2H2O+2OH— = 2AlO2—
+3H2↑
与碱反应
试分析铝与强碱溶液反应的实质,该反应还原
剂、氧化剂分别是何物质?
[解析]铝和强碱溶液反应,通常认为是铝先和强
碱溶液中的水反应生成氢氧化铝,然后氢氧化铝再和强
碱反应生成偏铝酸盐。
2Al+6H2O=== 2Al(OH)3 +3H2↑
2Al(OH)
3
+ 2NaOH===2NaAlO2 +4H2O
2Al+6H2O+2NaOH===2NaAlO2+3H2↑+4H2O
此反应中,还原剂是 ,氧化剂是 铝 水
【思考1】
6e-
6e-
(1)若烧杯中溶液为稀硫酸,则观察到的现象。
两极反应式为:正极 ;
负极 。
该装置将 能转化为 能。
(2)若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液,则负极为 ,
总反应方程为 。
镁逐渐溶解,铝极上有气泡冒出,电流表指针发生偏转;
2H++2eˉ=H2↑
Mg-2eˉ=Mg2 +
化学能 电能
Al
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
【思考2】如图
海水 Mg(OH)2
MgCl2
Mg
HCl 电解冶 炼
存 在
用 途
光卤石
菱镁矿
铝土矿
电解
△
铝土矿 Al(OH)3
Al
2
O
3
Al
(KCl·MgCl2·6H2
O)
(MgCO3)
(Al2O3·Fe2O3·SiO2等
)
制合金、飞机、汽
车部件、烟火、照
明弹等
制合金、飞机、汽车、
轮船部件、导线、日用
品
冰晶石冰晶石NaNa33AlFAlF66
三、合金
1.定义:由两种以上的金属(或金属与非金属)
熔合在一起形成的具有金属特性的物质。
2.性质特点:一般说,合金的熔点比其成分金属都低,
而硬度.韧性等往往有其它金属所不具备的
独特性质。
思考1:铝硅合金在凝固时收缩率很小,适合铸造。
在下面三种晶体:铝、硅、铝硅合金中,熔点
从低到高的顺序如何。
思考2:为测定镁铝合金的成份,取一定量的合金加入足
量的稀H2SO4,产生 L(标况)。再取等量的合
金加入足量的稀NaOH 溶液产生(标况)。试
确定其百分比组成。
【例1】
Mg粉加入NH4Cl溶液中可能有几种气体产生?
请说明理由.
[解析]将镁粉加入NH
4
Cl溶液中,有氢气和刺激性的
氨气生成,这是由于NH
4
Cl水解呈酸性,镁与水解产生的H+
反应生成氢气而破坏了NH
4
Cl的水解平衡,NH
3
•H
2
O浓度不
断增大而分解放出NH
3
.反应的化学方程式可表示为:
Mg +2NH4Cl === 2NH3↑+MgCl2 +H2↑
【例2】将相同质量的镁条分别在①氧气中②空气
中③氮气中④二氧化碳中完全燃烧,燃烧后所得固体产
物的质量由小到大的顺序 ( )
A.②<①<③<④
B.④=①=②=③
C.③<②<①<④
D.③<①<②<④
C
【例题3】锌和铝都是活泼金属,其氢氧化物既能溶
于强酸,又能溶于强碱。但是氢氧化铝不溶于氨水,而
氢氧化锌能溶于氨水,生成 。 04天津理综Zn(NH3)42+
回答下列问题:
(1)单质铝溶于氢氧化钠溶液后,溶液中铝元素的存
在形式为 (用化学式表示)。
(2)写出锌和氢氧化钠溶液反应的化学方程式
(3)下列各组中的两种溶液,用相互滴加的实验方法
即可鉴别的是 。
① 硫酸铝和氢氧化钠 ② 硫酸铝和氨水 ③ 硫酸锌和氢
氧化钠 ④ 硫酸锌和氨水
(4)写出可溶性铝盐与氨水反应的离子方程式
试解释在实验室不适宜用可溶性锌盐与氨水反应制备
氢氧化锌的原因____________________________________
。
Zn+2NaOH=Na2ZnO2+H2
①③④
Al3++3NH3·H2O=3NH4
++AlOH3
可溶性锌盐与氨水反应产生的ZnOH2可溶于
过量氨水中,生成,氨水的用量不易控制
AlO2
某学生用铝片分别与c(H+)均为3 mol/L的稀盐酸和稀硫
酸反应,其实验过程:往装有相同铝片的2支试管中分别加入等体积,
且c(H+)= mol/L的盐酸和硫酸,观察反应进行到1、2、5、15、20
min时铝片与酸反应的情况。实验结果如下表:
通过上述实验可知,铝片与盐酸和硫酸反应存在较大的差异。
这和课本中“铝能与稀盐酸和稀硫酸反应生成氢气”的说法不一致。
假如你将开展实验探究铝片与稀盐酸和稀硫酸反应差异的原因,
为设计实验,你将对差异的原因作出哪些假设或猜想(填2种即可)
?
假设(猜想)一:____________________________
假设(猜想)二:____________________________
假设一:Cl-能够促进金属铝与H+反应;
假设二:SO42—对H+与金属铝的反应起阻碍作用。
【例题4】
反应进程
(min)
1 2 5 15 20
盐酸 少量气泡 较多气泡 大量气泡 反应剧烈 铝片耗尽
硫酸 均无明显现象(无气泡产生)
【例1】下列叙述正确的是 ( )
A.铝制槽车可用来贮运浓硫酸、浓硝酸是因为常温下
铝和浓硫酸、浓硝酸不反应。
B.两份相同质量的铝粉,分别与足量的稀硫酸和氢氧
化钠溶液反应,产生的氢气前者多。
C.合金的熔点一般比组成它的各成分的熔点都低。
D.工业上常利用铝热反应冶炼难熔金属,如钒、铬、
锰。
CD
例题剖析
四 重要化合物:
1.氧化铝
白色粉末,熔点高,可做耐火材料。
自然界中纯净的为无色晶体,硬度仅次与金刚石,
俗称刚玉。
练习:写出Al2O3分别与盐酸、NaOH溶液反应
的化学方程式及离子方程式。
Al2O3 + 6H+ == 2Al3+ + 3H2O
Al2O3 + 2OH == 2AlO2 + H2O
典型两性氧化物
2.氢氧化铝.
(2)两性氢氧化物
Al3+ + 3 OH Al(OH)3 AlO2 + H2O + H+
Al(OH)3的电离
Al(OH)3 + 3H + == Al3+ + 3H2O
Al(OH)3 + OH == AlO2 + 2H2O
注:Al(OH)3只溶于强酸强碱,不溶于弱酸弱碱
(3)制备 a. Al3+ + 3NH3·H2O == 3NH4+ Al(OH)3
b. 2AlO2 + CO2+ 3H2O == CO32 + 2Al(OH)3
c. 3AlO2 + Al 3+ + 6H2O == 4Al(OH)3
(1)受热分解:2 Al(OH)3 Al2O3 + 3 H2O
△
第二部分 镁铝化合物
MgO Al2O3
物理性质
化
学
性
质
H2O
H+
OH—
类别
主要用途
工业制法
白色粉末,难熔 白色粉末,难熔,不溶于水
MgO+2H+=Mg2++H2O Al2O3+6H
+=2Al3++3H2O
Al2O3+2OH
ˉ=2AlO2
ˉ+ H2O
碱性氧化物 两性氧化物
耐火材料,制备镁盐
耐火材料,冶炼原料,制备铝盐,
制备偏铝酸盐,刚玉为耐磨材料
煅烧MgCO3 从铝土矿中提取
MgO+H2O= Mg(OH)2
(缓慢)
(1)Mg、Al的氧化物
(2)Mg、Al的氢氧化物
Mg(OH)2 Al(OH)3
物理性质
化
学
性
质
热稳
定性
H+
OH—
类别
主要用途
实验室
制 法
Mg(OH)2 MgO+ H2O
△
2Al(OH)3 Al2O3+3H2O
△
白色,不溶于水(溶解部
分电离出的OH—可使酚酞
变红)
白色胶状,不溶于水、
有很强的吸附性
Mg(OH)2+2H
+= Mg2++H2O 2Al(OH)3+6H
+=2Al3++3H2O
Al(OH)3+OH
—=AlO2
ˉ+2H2O
中强碱 两性氢氧化物
制MgO和镁盐 制备Al2O3和净水剂
Mg2++2OHˉ = Mg(OH)2↓
Al3++3NH3•H2O=Al(OH)3↓+3NH4
+
2AlO2
ˉ+CO2+2H2O=2Al(OH)3↓+CO3
2ˉ
AlO2
ˉ+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3
ˉ
3 AlO2
ˉ+Al3++6 H2O=4Al(OH)3↓
AlO2
-+H++H2O Al(OH)3 Al
3++3OH-
① 酸式电离 ② 碱式电离
只能存在于
中性或弱酸
性或弱碱性
环境中
【思考】
(1)Al(OH)3为何既能与酸又能与强碱液反应?
[解析]这是因为Al(OH)3在水中同时存在两种电离平
衡:
(2)制取Al(OH)3的可能途径有那些?
[解析](1) 铝盐与碱液反应
法②优于法①
① Al3+ Al(OH)3
AlO2
-OH
-
适量
OH-
过量
② Al3+ Al(OH)3 不溶解
NH3 ·H2O
足量
NH3 ·H2O
过量
(2)偏铝酸盐与酸反应:
(3)互相促进水解反应:
法②优于法①
① AlO2
- Al(OH)3 Al
3+
H+
过量
H+
适量
② AlO2
- Al(OH)3
不溶解
CO2
适量
CO2
过量
Al3++3AlO2
-+6H2O=4Al(OH)3↓
Al3+ AlO2
Al(OH)3
铝三角
[思考]试作出下列反应图像,并写出各阶段离子方
程式。
0 1 2 3 4 n(NaOH)
n[Al(OH)3]
①向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液直至过量
向NaOH溶液中滴加AlCl3 溶液直至过量
0 1 2 3 4 n(AlCl3)
n[Al(OH)3]
Al3+ + 3OHˉ(少量) = Al(OH)3↓
Al(OH)3 + OHˉ = AlO2ˉ+2H2O
Al3++4OHˉ(过量) = AlO2ˉ+2H2O
Al3++3AlO2
ˉ+6H2O=4Al(OH)3↓
3mol3mol
1mol
3mol
1mol
3mol
0 1 2 3 4
n[Al(OH)3]
n(HCl)
②向NaAlO2溶液中滴加HCl溶液直至过量
向HCl溶液中滴加NaAlO2 溶液直至过量
0 1 2 3 4 n(NaAlO2 )
n[Al(OH)3]
AlO2ˉ+H2O+H+(少量)= Al(OH)3↓
Al(OH)3 +3H+ = Al3++3H2O
AlO2ˉ+4H+(过量)= Al3++2H2O
Al3++3AlO2
ˉ+6H2O=4Al(OH)3↓
1mol
3mol
1mol
3mol
n(NaOH)
n[Al(OH)3
]
③向HCl酸化的AlCl3溶液中滴加NaOH溶液直至过量
④向含Mg2+、Al3+的混合溶液中滴加NaOH溶液直至
过量
Al(OH)3、 Mg(OH)2
Mg(OH)2
n(NaOH)
H++OHˉ=H2O
Al3+ + 3OHˉ(少量) = Al(OH)3↓
Al(OH)3 + OHˉ= AlO2ˉ+2H2O
Al3+ + 3OHˉ(少量) = Al(OH)3↓
Al(OH)3 + OHˉ = AlO2ˉ+2H2O
Mg2+ + 2OHˉ = Mg (OH)2↓
【例1】今用铝、稀硫酸和氢氧化钠溶液为原料,
在实验室制备一定量的氢氧化铝。可分别采用如下化学
方程式所表示的两种方法:
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)上述哪一种方法比较节约试剂?(提示:试
从每生产2 mol Al(OH)3所消耗的试剂用量予以说明)
(2)原料相同,请设计一种更为节约试剂的方法
(用化学方程式表示,并说明其可以最节约试剂的
根据)
[解析]
(1) ②法较①法节约了酸、碱试剂。因为同样是制备
2 mol Al(OH)3,
①法 需 2 mol Al、3 mol H2SO4、6 mol NaOH;
②法只需2 mol Al、1 mol H2SO4、2 mol NaOH。
(2)利用Al3+和AlO2
-的互相促进水解反应制备Al(OH)3
2Al+3H2SO4====Al2(SO4)3+ H2↑
2Al+2NaOH+2H2O====2NaAlO2+ 3H2↑
Al2(SO4)3+6NaAlO2+12H2O===8Al(OH)3↓+3Na2SO4
2 mol
mol
mol
制备2 mol Al(OH)3 所用原料为2 mol Al、
mol H2SO4、 mol NaOH,比①②试剂用量少。
【例2】某混合物 A,含有 KAl(SO4)2、Al2O3和
Fe2O3,在一定条件下可实现下图所示的物质之间的变化:
据此判断
(1)固体B所含物质的化学式为___________。
(2)固体E所含物质的化学式为__________________ __。
(3)反应①的离子方程式为:
Al2O3
(NH4)2SO4、K2SO4
AlO2ˉ+2H2O+CO2 (过量) = Al(OH)3↓ +HCO3ˉ
或: 2AlO2ˉ+3H2O+CO2 (不足) = 2Al(OH)3↓ +CO32ˉ
【例3 】 如图,A、C、E、H是常
见单质,B、F是常见氧化物,D是无色
液体,I的焰色反应呈黄色。它们之间
的转化关系如下图所示:
试回答:(1)写出化学式:
B 、C 。 (2)写出
反应①②的化学方程式:
① ;
② ;
(3)A与G溶液反应的离子方程式:
Fe3O4
高温 8Al+3Fe3O4 9Fe+4Al2O3
Na
高温3Fe+4H2O Fe3O4+4H2↑
2Al+2OH-+2H2O===2AlO2
-+3H2↑
[分析] ①单质A与氧化物B在高温下反应生成单质E和氧化物F,
联系中学学习内容,最典型的为Al与铁的氧化物反应,若A为Al,
则B为Fe3O4,E为Fe,F为Al2O3。②由框图可知D为水,则H为H2。
③I中含有Na+,故G为NaOH,结合H为H2 ,则C为Na。
【例题4】.已知黑色固体X可溶于盐酸,白色固体Y既可溶于盐
酸,又可溶于NaOH溶液,C为棕红色,E是金属,如下所示,它们
之间有下列变化(其反应条件均略去):
(1)写出化学式:
X__________;D__________;
(2)写出Y溶于NaOH溶液的离子方程式:
(3)写出B与C反应的化学方程式:
FeS SO2
Al2O3+2OHˉ=2AlO2ˉ+H2O
Fe2O3+2Al = Al2O3+2Fe
点燃
[点拨]解答本题的突破口:C为棕红色,C是Fe2O3,白色固体Y既可溶于盐酸,又可
溶于NaOH溶液,Y是Al2O3或Al(OH)3,由题知Y是Al2O3.
第三部分 镁铝热点追踪
制作:唐百川
2005年10月12日
【例1】两个烧杯中各加入相同体积的3 mol的硫酸,置
于天平的左右两个托盘上,调节天平使达到平衡。向一
个烧杯中加入 g Al,向另一个烧杯中加入 g Mg
,问反应完毕后,天平可能会发生怎样的变化? 试根据计
算进行分析。
[解析]本题属于天平平衡的有关计算,是一个重要考点。
此类计算宜用差量法。关键是:放入烧杯中的物质的质量
可以不等,从烧杯中逸出的物质的质量也可以不等,但留
在烧杯中的物质质量(即质量差)必须相等,天平才能保持
平衡。
在本例题中,由于H2SO4的体积没有给定,因此需讨
论H2SO4的相对用量。
[解答]设一个烧杯中所加入的硫酸的体积为VL,跟 g铝
和镁完全反应分别需H2SO4为x mol、y mol,
据2Al + 3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2↑, 得x = ,需3
molH2SO4的体积为=;
据Mg+ H2SO4=MgSO4 +H2↑ 得y = ,需
3molH2SO4的体积为= 。
[讨论] (1)当V≤时,两烧杯中的H2SO4都全部参加反应,
两端消耗H2SO4的量相等,所以逸出H2的量相等,天平仍保持
平衡。
(2)当V>时,跟镁反应消耗的H2SO4恒为
,而跟铝反应消耗H2SO4的量多于,所以铝置换出的
H2多于镁,天平发生倾斜,放入铝的一端托盘上升。
【例2】将100 mL amol/L的NaOH溶液滴加到100mL bmol/L的
AlCl3溶液中,试推导a与b的关系,并计算能得到Al(OH)3的物质
的量。
[解析]1. 此时必须注意整个反应过程中的现象:
将NaOH溶液滴入AlCl3溶液中,开始时有沉淀生成,反应为
Al3++3OHˉ= Al(OH)3↓;
当溶液中Al3+全部转变为Al(OH)3沉淀后,继续加入NaOH,沉
淀将溶解,其反应为Al(OH)3+OHˉ=AlO2ˉ+2H2O。
2.当n(OHˉ) = 3n(Al3+)时,Al3+恰好完全转变为Al(OH)3沉淀,
沉淀达到最大值。
3.当n(OHˉ)<3n(Al3+)时,Al3+尚未转变为Al(OH)3沉淀。
4.当n(OHˉ)≥4n(Al3+)时,Al3+完全转变为AlO2ˉ,无沉淀。
5.当3n(Al3+)<n(OHˉ)<4n(Al3+)时,一部分Al3+转变为Al(OH)3
沉淀,另一部分Al3+转变为AlO2ˉ。
以上关系是进行可溶性铝盐与强碱反应的有关计算的依据。
[答案
]
(1)当AlCl3过量
n(OHˉ)<3n(Al3+), 即a<3b, 沉淀量应根据NaOH的量计算:
n[Al(OH)3]=n(NaOH)/3=
(2) 当NaOH与AlCl3恰好完全反应时
n(OHˉ)=3n(Al3+),即a=3b
n[Al(OH)3]= mol=
(3) 当NaOH过量,生成的沉淀完全溶解
n(OH)≥4n(Al3+),即a≥4b, n[Al(OH)3]=0 mol。
(4) 当NaOH过量,生成的沉淀部分溶解时
3n(Al3+)<n(OH-)<4n(Al3+),即3b<a<4b。
设生成的 Al(OH)3为xmol,生成的AlO2ˉ为ymol,根据Al3+
和OHˉ的物质的量守恒,有:
x+y=
3x+4y=
x=(-
)(mol)
y=(-
)(mol)
【例3】将 moL的镁、铝混合物溶于100mL 2mol/L H2SO4
溶液中,然后再滴入1 mol/L NaOH溶液。请回答
(1)若在滴加NaOH溶液的过程中,沉淀质量m随加入NaOH溶液
的体积V变化如图所示。当V1=160 mL时,则金属粉末中n(Mg)=
mol,V2= mL。
解析:本题涉及的化学反应有:
①Mg+2H+=Mg2++H2↑ ②2Al+6H
+=2Al3++3H2↑
③H++OH—=H2O ④Mg
2++2OH=Mg(OH)2↓
⑤Al3++3OH—= Al(OH)3 ↓ ⑥Al(OH)3 + OH— = AlO2—+2H2O
(1)n(Mg)+n(Al)=
2n(Mg)+3n(Al)+1mol/L×=
解得:n(Mg)= n(Al)=
当发生④、⑤、⑥时,消耗的碱为:
n(NaOH)=2n(Mg)+4n(Al)
=2×+4×=,
故V2= V1+ V(NaOH)=440mL 0
m
V1 V2 V/mL
440
(2)若在滴加NaOH溶液过程中,欲使Mg2+、Al3+刚好沉淀完全,
则滴入NaOH溶液的体积V(NaOH)= mL
0
m
V1 V2 V/mL
400
[解析](2)当刚好发生至④、⑤反应时,
消耗的碱为:
n(NaOH)=2n(Mg)+3n(Al)=2×
mol+3×=,
所需NaOH体积为。故
V(NaOH)=160mL+240mL=400mL
【例4 】将 moL的镁、铝混合物溶于100mL 2mol/L H2SO4
溶液中,然后再滴入1 mol/L NaOH溶液。请回答
(3)若镁铝混合物仍为,其中
Mg粉的物质的量分数为a,用100mL
2mol/L的硫酸溶解此混合物后,再加入
450mL 1mol/L 的NaOH溶液,所得沉
淀中无Al(OH)3。满足此条件的a的取值范
围是 。
0
m
V1 V2 V/mL
方法一:根据方程式计算
加入450mL 1mol/L 的NaOH溶液,完全反应后NaOH过量:
—×
若要完全溶解Al(OH)3,则
n Al(OH)3 ≤ ,1—a ≤ 解得:a≥1/2
方法二:守恒法当所得沉淀中无Al(OH)3时,溶液中的溶质一定
含有Na2SO4、NaAlO2,可能含有NaOH(过量),根据Na
+守恒,
有下列关系式: 2n(H2SO4)+n(Al)≤n(NaOH)
即:×2mol//L+(1—a)≤×1mol/L,
解得:a≥1/2
结合a的化学含义,知a的取值范围为:1/2≤a<1。
1/2≤a<1
【例5】 向含1molKAl(SO4)2的溶液中,滴加Ba(OH)2
溶液。请分别以沉淀物质的量n(mol)、沉淀质量m(g)对
Ba(OH)2的物质的量x(mol)作图.
解析:
【例6】 向含1 mol NaAlO
2
、1 mol BaCl
2
的混合液中逐
滴加入稀H
2
SO
4
.
(1) 作图:沉淀总量(n mol)—— H
2
SO
4
(x mol)
(2) 当x为何值时,nBaSO
4
=nAl(OH)
3
(3)改加何种试剂能同时使Al(OH)
3
、BaSO
4
达最大值?
(1) ( 2)当 x= a时, Al(OH)3、
BaSO
4
均为a mol.
H
2
SO
4
提供2a mol H+
由电荷守恒可得:
2a-1=3(1-a)
a= mol
沉淀总量:×2=(mol).
AlO
2
-+2aH+→aAl(OH)
3
↓+(1-a)Al3+
(3)NaHSO4