第六節     鎂和鋁

【知識網絡】

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

【易錯指津】

    1．鎂是活潑金屬，雖不跟堿性溶液反應，但能置換出酸中的氫，也能與水解呈酸性的鹽溶液反應產生H2。

    2．注意對Al2O3、Al(OH)3兩性的理解，以及對Al3+、AlO2-存在條件的認識。

Al2O3、Al(OH)3僅能溶于強酸和強堿溶液中（如在氨水和碳酸中均不溶），Al3+、AlO2-只能分別存在于酸性與堿性溶液中。

Al3+與下列離子不能大量共存：OH-、CO32-、HCO3-、SO32-、S2-、AlO2-，其中OH-是因為直接反應，其余均是“雙水解”。

AlO2-與下列離子不能大量共存：H+、HCO3-、NH4+、Al3+、Mg2+、Cu2+。其中H+和HCO3-是因為直接反應（AlO2-+ HCO3-+H2O=Al(OH)3↓+CO32-），其余也是“雙水解”。

3．注意正確理解圖象的涵義。

圖示中每個曲線或每條曲線的轉折點（拐點），都反映了特定的反應，若沒有找對，或對生成沉淀和沉淀溶解所需加入（或通入）溶液（或氣體）的量之比沒搞清，易導致錯誤。

注意研究以下幾個實驗現象及產生沉淀的量與加入物質的量的數量關系的圖象：

①向AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至過量；②向AlCl3和MgCl2混合中逐滴加入NaOH溶液直至過量；④向HCl、MgCl2、AlCl3混合液中逐滴加入NaOH溶液直至過量；③向NaAlO2溶液中逐滴加入HCl溶液直至過量；⑤向HCl溶液中逐滴加入NaAlO2溶液直至過量。

    這些是以化學知識為載體考查學生的綜合能力的重要的命題內容，認真研究一定會有益處。

    4．Mg(OH)2的溶解度小于MgCO3。所以在堿性溶液中Mg2+總是轉化為Mg(OH)2沉淀，產生的MgCO3也會在加熱的條件下逐漸轉化為Mg(OH)2[MgCO3+H2O(沸水)=Mg(OH)2+CO2↑]。

【典型例題評析】

例1  在下列各物質中，加入過量鹽酸后，最終不產生沉淀或渾濁的是（1997年上海高考題）

A.偏鋁酸鈉溶液       B.苯酚鈉溶液         C.硅酸鈉溶液        D.硫代硫酸鈉溶液

思路分析：各選項中產物依次為Al(OH)3、C6H5OH、H2SiO3、S。但Al(OH)3是兩性氫氧化物，能溶于過量的鹽酸中。

答案：A

方法要領：注意鹽酸的量，氫氧化鋁溶于強酸；苯酚微溶于水，通常呈渾濁，而不是沉淀，常用分液法分離。復習中注意歸納物質的化學性質，搞清反應物用量不同時的有關實驗現象。

例2  將等物質的量的鎂和鋁相混合,取等質量該混合物四份,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(1996年上海高考題)

A.3mol/LHCl          B.4mol/LHNO3         C.8mol/LNaOH         D.18mol/LH2SO4

思路分析：在鎂、鋁混合物中加入HNO3和濃H2SO4（兩物質均具有強氧化性）都不能產生H2，加入NaOH溶液只有Al與NaOH溶液反應生成H2而與Mg不反應。而加入HCl，Mg和Al都與鹽酸反應生成H2，所以H2量最多。

答案：A

方法要領：該題溶液的濃度不是計算的數據，而是判斷溶液屬于“濃”或是“稀”。8mol/L以上的HCl、H2SO4、HNO3通常認為是濃酸。

解答時要注意：①等物質的量的鋁和足量酸（非氧化性的酸）和堿反應放出的氣體相同；②鎂、鋁與硝酸反應不能生成氫氣；③鎂與濃硫酸（18mol/LH2SO4）反應生成SO2氣體，鋁與濃硫酸發生鈍化（常溫）；④鎂與鹽酸反應產生氫氣，與NaOH溶液不發生反應。

記住Al與H+反應產生H2之間的物質的量的關系：

n(Al)～3n(H+)～n(OH-)～3/2n(H2)

例3  下列物質能跟鎂反應并生成氫氣的是（1995年全國高考題）

A.甲酸溶液        B.氫氧化鈉溶液         C.氯化銨溶液          D.碳酸鈉溶液

思路分析：鎂為金屬與H+反應而產生氫氣：Mg+2H+=Mg2++H2↑。

答案：A、C

方法要領：酸中的有機酸也可與較活潑金屬反應。解題中防漏選C，氯化銨水解其溶液呈酸性，產生的H+可與Mg反應產生氫氣。

例4  甲、乙兩燒杯中各盛有100mL3mol/L的鹽酸和氫氧化鈉溶液，向兩燒杯中分別加入等質量的鋁粉，反應結束后測得生成的氣體體積比為甲:乙=1:2，則加入鋁粉的質量為

A.5.4g               B.3.6g                C.2.7g                D.1.6g

思路分析：根據鋁與鹽酸和氫氧化鈉溶液反應的方程式判斷，若在含等物質的量的HCl和NaOH溶液中分別加入足量的鋁粉，產生的H2之比為1:3。而題中為1:2，說明鋁粉的量相對鹽酸是過量的，而對NaOH是不足的。與前者反應的鋁粉是2.7g，則與后者反應的鋁粉應為5.4g。

答案：A

一題多解：解題關鍵是判斷Al在哪種溶液中是完全反應的，并以它作為計算的依據。

根據化學反應：2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑    2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2↑

可見相同質量的鋁分別與足量鹽酸、氫氧化鈉溶液反應時產生氫氣的量相同；但相同質量的鋁分別與不足量的鹽酸、氫氧化鈉溶液反應時產生氫氣的量不相同，需要鹽酸的物質的量比氫氧化鈉多。現產生H2的質量比為1:2，說明鹽酸的量不足，于是根據0.3mol鹽酸產生H2為0.15mol，可知與NaOH反應產生的H2為0.3mol，再推得放入相同質量的鋁片應為0.2mol，即5.4g。

例5  若在加入鋁粉能放出氫氣的溶液中，分別加入下列各組離子，可能共存的是（1995年上海高考題）

A.NH4+  NO3-  CO32-  Na+                           B.Na+  Ba2+  Mg2+  HCO3-

C.NO3-  Ca2+  K+  Cl-                             D.NO3-  K+  AlO2-  OH-

思路分析：鋁粉加入酸溶液或強堿溶液中均可放出H2，A中NH4+與OH-不能大量共存，CO32-不能與H+大量共存；B中HCO3-既能與H+反應又能與OH-反應；C、D在強堿條件下可以共存。

答案：C、D

方法要領：解該題要把題干中“加入鋁粉能放出氫氣的溶液中”的題設要求遷移為在酸性溶液或強堿溶液中，這樣就變成了一般的離子共存問題了。

例6  將溶液（或氣體）X，逐漸加入（或通入）到一定量的Y溶液中，產生沉淀的量與加入

文本框: 沉淀量X物質的量的關系如圖，符合圖中情況的一組物質是（1991年上海高考題）

 

A

B

C

D

X

H2S

HCl

NH3

NH3.H2O

Y

Na2SO3

NaAlO2

AlCl3

AgNO3

思路分析：由圖可知，B中加入試劑1份，沉淀完全，再加入3份，

沉淀全溶解。

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

A中二者反應生成S，繼續通入不溶解；C中通入NH3生成沉淀，繼續通入也不溶；而D中AgNO3AgOH↓[Ag(NH3)2]++OH-。

答案：B

方法要領：有關圖像的問題，通常的解法是“三看”：

一看起點：即加入極少量X物質時，看能否產生沉淀。

二看終點：即加入過量的X物質時，看所生成的沉淀能否全部消失。A組中生成的沉淀S，不溶于過量的H2S，C組中生成的Al(OH)3沉淀不溶于過量的NH3.H2O中。

三看“拐點”：即圖像中拐彎的點在X軸上的坐標。也就是生成最大量沉淀所需X的量與完全溶解這些沉淀所需X量的比值。在B組中拐點前后比為1:3，在D組中，拐點前后比為1:2。

前二“看”直觀，難度較小，所以應先考慮。第三“看“難度大些，要求正確書寫出變化過程中的反應方程式，尤其是方程式中的化學計量數。

例7  怎樣將氯化鋁和氯化鐵的混合溶液分離成氯化鋁和氯化鐵兩種溶液？（寫出實驗操作步驟和有關離子方程式）（1994年上海高考題）

思路分析：本題屬于物質的分離題，題中文字雖少，但它考查的知識面卻比較廣，要答好這道題，必須對Al3+、Fe3+性質的差異及各自相互轉化條件和關系有清楚的認識。答好這類題要注意當步驟較多時，應考慮周全、條理清晰、分步列答。

答案：（1）向混合液中加過量NaOH溶液，過濾。Al3++4OH-=AlO2-+2H2O，Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓

(2)把Fe(OH)3沉淀洗滌后加入鹽酸到沉淀完全溶解得FeCl3溶液。Fe(OH)3+3H+=Fe3++3H2O

(3)取步驟（1）所得濾液，加入適量鹽酸（或通入足量CO2）至完全沉淀為止。AlO2-+H++H2O=Al(OH)3↓(或AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-)

(4)再過濾，沉淀經洗滌后，再用鹽酸溶解，得AlCl3溶液：Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O

方法要領：一、為使Al3+、Fe3+完全分離，步驟（1）所加NaOH溶液必須過量，這是答題時考慮的；二、在（2）、（4）兩步中，洗滌沉淀的目的是洗去沉淀里吸附的可溶性雜質離子，這屬較高層次要求，答題時洗滌操作不寫會扣分；三、在（3）步中，若加入過量鹽酸，直接得到AlCl3溶液，因混有Na+使制得AlCl3溶液不純，因此在步驟中要注意不要犯這種錯誤。

例8  四種化合物①NaHCO3，②Al(OH)3，③(NH4)2S，④CH2-COOH中，跟鹽酸和氫氧化鈉溶液

                                                        NH2

都能反應的是（1991年全國高考題）

A.只有②④             B.只有①②           C.只有①②③           D.①②③④

思路分析：該題在于考查對氨基酸中羧基和氨基的酸堿性的認識，并聯系無機化學中的有關物質，歸納“既能與酸反應，又能和堿反應”的物質類別。

題中Al(OH)3和NH2CH2-COOH均是兩性化合物，它們既能跟酸反應，又能跟堿反應。氨基酸反應方程式為：

試題詳情

CH2-COOH+HCl→CH2-COOH       CH2-COOH+NaOH→CH2-COONa+H2O

NH2                   NH3+Cl-               NH2                 NH2

NaHCO3是弱酸酸式鹽，HCO3-能跟H+結合生成H2O和CO2，又能跟OH-結合生成H2O和CO32-，(NH4)2S是弱酸弱堿鹽，其中S2-遇H+生成H2S，NH4+遇OH-生成NH3和H2O。綜上所述，題中的四種化合物都能與鹽酸和NaOH溶液反應。

答案：D

引申發散：既能與強酸反應又能與強堿反應的物質有：①Al、Be，②Al2O3、BeO，③Al(OH)3、Be(OH)2，④弱酸的酸式鹽，如：HCO3-、HSO3-、HS-、HPO42-、H2PO4-，⑤弱酸的銨鹽，如(NH4)2S、(NH4)2CO3⑥有機物：氨基酸、蛋白質。

例9  在一定條件下可實現下圖所示物質之間的轉化：（1995年全國高考題）

Δ

Δ

過量

NaOH溶液

明礬

A

孔雀石

電鍍

G

D

F

B

E

H2O

沉淀C

溶液

H2O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

（1）孔雀石的主要成分是CuCO3.Cu(OH)2(堿式碳酸銅)，受熱易分解。下圖中的F是_____。

（2）寫出明礬溶液與過量NaOH溶液反應的離子方程式：______________________。

（3）圖中所得G和D都為固體，混和后在高溫下可發生反應，寫出該反應的化學方程式：______________________。

（4）每生成1molD，同時生成____molE。

    思路分析：A為NaAlO2，反應式Al3++4OH-=AlO2-+2H2O。孔石分解的反應式：CuCO3.Cu(OH)2=2CuO+CO2↑+H2O  F是CO2，A、F發生的反應式是CO2+AlO2-+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-，沉淀C是Al(OH)3，受熱分解后生成Al2O3（B）和水。

    Al和CuO的反應，類似于鋁熱反應。

    第四問可根據2Al2O34Al+3O2↑求解。

    答案：（1）CO2（或二氧化碳）   （2）Al3++4OH-=AlO2-+2H2O   （3）3CuO+2Al=====Al2O3+3Cu

（4）3/4

   方法要領：本題難度不大，著重考查基礎知識。此框圖題已給出的起始物質，可順向推導。

例10  我國規定飲用水質量標準必須符合下列要求：（2000年上海高考題）

             pH

試題詳情

       6.5～6.8

Ca2+、Mg2+總濃度

試題詳情

      <0.0045mol/L

細菌總數

      <100個/L

以下是源水處理成自來水的工藝流程示意圖：

源水→曝氣池           一級沉降池           二級沉降池          過濾池→自來水

 

(1)源水中含Ca2+ 、Mg2+、HCO3-、Cl-等,加入石灰后生成Ca(OH)2 ，進而發生若干復分解反應，寫出其中一個離子方程式                         。

(2)凝聚劑除去懸浮固體顆粒的過程      (填寫編號，多選倒扣分)

①只是物理過程              ②只是化學過程            ③是物理和化學過程

FeSO4.7H2O是常用的凝聚劑，它在水中最終生成         沉淀。

(3)通入二氧化碳的目的是                和                   。

(4)氣體A的作用是                   。這種作用是基于氣體A和水反應的產物具有   性.

(5)下列物質中，    可以作為氣體A的代用品。(填寫編號,多選倒扣分)

①Ca(ClO)2             ②NH3 (液)          ③K2FeO4              ④SO2

思路分析：自來水的質量標準從酸度、硬度、細菌總數等方面來衡量。

降低水的硬度是用石灰，降低Mg2+濃度，減少HCO3-和CO32-的含量；再通入CO2氣體降低Ca2+的濃度，從而降低水的硬度，同時調pH。

降低細菌總數：靠強氧化劑的氧化性殺死細菌；常用Cl2，但近年改用Ca(ClO)2、K2FeO4、ClO2等。

除去固體懸浮物：金屬離子水解形成膠體，膠粒表面積大吸附性強，而吸附懸浮物沉降，達到凈水的目的。

常用的凈水劑：明礬：Al3++3H2O   Al(OH)3(膠體)+3H+；因Al3+在人體內聚集過多會造成老年性癡呆，故改用FeSO4.7H2O；Fe2++H2O   Fe(OH)2+2H+，且4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3；Fe(OH)3膠體吸附懸浮物沉降，凈水效果好。

（1）由題給信息，水中含有暫時硬度和永久硬度，加石灰后分發生如下離子反應：

Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓；HCO3-+OH-=CO32-+H2O；Ca2++HCO3-+OH-=CaCO3↓+H2O；

（2）凝聚劑既有水解反應，又有膠體的凝聚作用，屬于物理化學過程。例如FeSO4在水中發生水解：Fe2++2H2O   Fe(OH)2+2H+，Fe(OH)2極易被氧化成Fe(OH)3，Fe(OH)3能將懸浮顆粒凝聚而除去。

（3）通入CO2能將Ca2+除去，同時調整溶液中的pH達到飲用水質量標準：

(1)單質F是_____________________。

(2)寫出由E生成G的離子反應方程式（或化學方程式）________________________。
(3)溶液I中所含金屬離子是_______。
(4)由C→E+F若改用濃酸，則不能選用的濃酸是（寫分子式）_______________。

思路分析：粗讀本題，抓住紅褐色沉淀G就是Fe(OH)3逆推，則E中含Fe2+，單質C為Fe，F是H2。

由“化合物A+單質B單質C+化合物D”，且單質C為Fe，從記憶中搜尋典型反應：3Fe3O4+8Al9Fe+4Al2O3   Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3，則知單質B為Al，化合物D為Al2O3。

由B 為Al，推知單質F為H2，溶液K為含AlO2-的溶液，其反應是：

2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑

由K溶液中含AlO2-，逆推化合物H為NaAlO2�；衔颒也可由D結合題干信息推出：Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2O。

由H為NaAlO2推知溶液I中含Al3+，發生的反應是：AlO2-+4H+=Al3++2H2O。

繼續往下推知沉淀J是Al(OH)3，因為：Al3++3NH3.H2O=Al(OH)3↓+3NH4+，Al(OH)3溶于強堿溶液生成AlO2-（K溶液），與前面推理相吻合：Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O。

答案：（1）H2  （2）4Fe2++8NH3.H2O+O2+2H2O=4Fe(OH)3↓+8NH4+或分兩步寫出亦可：①Fe2++2NH3.H2O=Fe(OH)2↓+2NH4+  ②4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3↓  (3)Al3+和Na+  （4）H2SO4（或HNO3）

方法要領：題中框圖看起來很復雜，似乎無從下手，實際上圖中有很多有關物質性質的特征信息，如紅褐色沉淀G（是氫氧化鐵的特征），溶于強堿的沉淀J（是氫氧化鋁的特征）等。抓住這些特征可順利推出答案。

試題詳情


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