第2节 镁、铝及其重要化合物
一、选择题
1.氧化还原反应在生产、生活中具有广泛的用途。下列做法中涉及到铝元素的还原性的是( )
A.明矾净化水
B.用氢氧化铝治疗胃酸过多
C.用铝制容器存放浓硫酸
D.电解熔融氧化铝制单质铝
解析:选C。A项是Al3++3H2OAl(OH)3(胶体)+3H+,Al(OH)3胶体吸附悬浮杂质而起到净化水的作用;B项是Al(OH)3+3HCl===AlCl3+3H2O;D项是电解时铝从化合物中被还原得到铝单质,表现出氧化性;而C项铝被浓硫酸氧化,表现出还原性,故选C项。
2.化学在生产和日常生活中有着重要的应用。下列说法中不正确的是( )
A.铝比铁活泼,但铝制品比铁制品在空气中耐腐蚀
B.铝热反应不仅被用于焊接钢轨,而且还常被用于冶炼熔点较高的金属
C.电解AlCl3饱和溶液,可制得金属铝
D.Al2O3、MgO的熔点很高,可用于制作耐高温材料
解析:选C。A.铝比铁活泼,但铝制品表面容易形成致密的氧化物薄膜,比铁制品在空气中耐腐蚀,故A正确;B.铝属于活泼的金属元素,具有较强的还原性,铝热反应不仅被用于焊接钢轨,而且还常被用于冶炼熔点较高的金属,故B正确;C.冶炼铝,一般通过电解熔融状态的氧化铝,铝属于活泼的金属元素,电解AlCl3饱和溶液,得不到铝,故C错误;D.Al2O3、MgO的熔点很高,可用于制作耐高温材料,故D正确。
3.下列反应的离子方程式书写正确的是( )
A.CO2通入NaAlO2溶液中:AlO
B.Al2O3与过量氨水:Al2O3+6NH3·H2O===2Al3++6NH
C.向AlCl3溶液中加入过量NaOH溶液:Al3++3OH-===Al(OH)3↓
D.向AlCl3溶液中滴入过量的氨水:Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
解析:选D。 A项电荷不守恒,质量不守恒;B项Al2O3不溶于氨水;C项AlCl3与过量NaOH溶液反应生成的是NaAlO2而不是Al(OH)3沉淀。
4.下列各组物质,不能按(“→”表示反应一步完成)关系转化的是( )
选项
a
b
c
A
Al2O3
NaAlO2
Al(OH)3
B
AlCl3
Al(OH)3
NaAlO2
C
Al
Al(OH)3
Al2O3
D
MgCl2
Mg(OH)2
MgO
解析:选C。A、B、D三项中的转化关系分别为,,,C项中Al不能经一步反应转化为Al(OH)3。
5.将等物质的量的金属Na、Mg、Al分别与100 mL 2 mol·L-1的盐酸反应,实验测得生成气体的体积V(已折合为
标准
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状况)与时间t的关系如图所示,则下列说法错误的是( )
A.x=2.24
B.钠的物质的量为0.2 mol
C.反应时,Na、Mg、Al均过量
D.曲线b为Mg与盐酸反应的图像
解析:选C。由图像可以看出,生成气体的体积相等,则盐酸完全反应,x=2.24,A正确。根据生成的H2为2.24 L,可知Na失去0.2 mol电子,则钠的物质的量为0.2 mol,B正确。反应时如果钠过量,则钠会与水反应,生成的气体必多于2.24 L,C错误。根据反应速率可知曲线a、b、c依次是Na、Mg、Al与盐酸反应的图像,D正确。
6.将铁铝矾[Al2Fe(SO4)4·xH2O]溶于水中,得到浅绿色溶液,有关该溶液的叙述正确的是( )
A.铁铝矾有净水作用,其水溶液显中性
B.向该溶液中加入Na2S溶液,有淡黄色沉淀
C.用惰性电极电解该溶液时,阴极区有沉淀
D.在空气中,蒸干并灼烧该溶液,最后所得的残留固体为Al2O3、Fe2O3
解析:选C。A.铁铝矾溶于水电离出铝离子和亚铁离子,Al3+、Fe2+水解显酸性,A项错误;B.S2-和Al3+水解相互促进,生成氢氧化铝和H2S,B项错误;C.阴极氢离子放电,所以会生成氢氧化铝和氢氧化亚铁沉淀,C项正确;D.Fe2+易被空气中的氧气氧化成Fe3+,Al3+、Fe3+水解生成硫酸,硫酸难挥发,所以最终得到的是硫酸铝和硫酸铁,D项错误。
7.某同学通过一系列实验探究Mg及其化合物的性质,操作正确且能达到目的的是( )
A.将水加入浓硫酸中得到稀硫酸,置镁片于其中探究Mg的活泼性
B.将NaOH溶液缓慢滴入MgSO4溶液中,观察Mg(OH)2沉淀的生成
C.将Mg(OH)2浊液直接倒入已装好滤纸的漏斗中过滤,洗涤并收集沉淀
D.将Mg(OH)2沉淀转入蒸发皿中,加足量稀盐酸,加热蒸干得无水MgCl2固体
解析:选B。A.浓硫酸的密度大于水,因此稀释浓硫酸,应把浓硫酸加入到水中,边加边搅拌,故错误;B.Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓,故正确;C.过滤时,沿着玻璃棒倒入漏斗中,故错误;D.需要先在烧杯中加稀盐酸溶解沉淀;加热促进Mg2+的水解,加热蒸干不能得到MgCl2固体,故错误。
8.已知NH
①H++OH-===H2O
②Al(OH)3+OH-===AlO
③Al3++3OH-===Al(OH)3↓
④NH
先后顺序正确的是( )
A.①→②→③→④
B.①→③→②→④
C.①→③→④→②
D.①→④→②→③
解析:选C。结合OH-能力强的先反应,第一个反应为H++OH-===H2O;第二个反应为Al3++3OH-===Al(OH)3↓;AlO
9.通过观察化学实验现象,分析归纳出正确的结论,是学习化学科学最基本的技能之一。下列由实验现象得出的结论正确的是( )
选项
实验现象
结论
A
把相同大小的一块铝和镁分别投入相同浓度的NaOH溶液中:铝溶解有气泡放出,而镁没有任何变化
由此得出:铝的金属性比镁强
B
取一块铝箔,用酒精灯点燃:铝箔只熔化成液体而没有脱落
由此得出:铝不易燃烧
C
向氯化铵溶液中投入一铝片:铝片上产生大量气泡
由此得出:该气体是氨气
D
向氯化铝溶液中逐滴滴加NaOH溶液至过量:先产生白色沉淀,后沉淀逐渐溶解,最后沉淀完全消失
由此得出:氢氧化铝能溶于强碱溶液
解析:选D 。A项,比较金属性的强弱是用金属单质与水或酸反应产生H2的难易程度,错误;B项,由于生成了熔点很高的氧化铝,起到隔绝空气的作用,错误;C项,产生的气体应为H2,错误。
10.工业上用某种氧化铝矿石(含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下:
对上述流程中的判断正确的是( )
A.试剂X可以为氨水,沉淀中含有铁的化合物
B.CO2可以用H2SO4溶液或稀盐酸代替
C.反应Ⅱ中的离子方程式为CO2+AlO
D.工业上还可采用Fe还原Al2O3的
方法
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制Al,成本更低
解析:选C。A项,试剂X应为强碱溶液,使Al2O3溶解;B项,若用强酸代替CO2,强酸过量时,Al(OH)3会溶解,不能保证生成Al(OH)3沉淀;D项,因Al比Fe活泼,不能用Fe置换Al。
二、非选择题
11.某混合物甲中含有明矾[KAl(SO4)2·12H2O]、Al2O3和Fe2O3。在一定条件下由甲可实现如图所示的物质之间的转化。
请回答下列问题:
(1)写出A、B、D的化学式:A______________、B______________、D______________。
(2)试剂a最好选用________。
A.NaOH溶液
B.稀盐酸
C.二氧化碳
D.氨水
(3)写出反应②的离子方程式:______________________________________________。
(4)固体E可以作为复合性的化学肥料,E中所含物质的化学式为_______________。
解析:根据已知信息中甲的成分,可推断B为氧化铝,因此反应③是通过电解Al2O3而得到D(氧气)和A(单质铝)。甲加入水过滤得到明矾溶液(溶液中含有Al3+、K+和SO
答案:(1)Al Al2O3 O2
(2)D
(3)AlO
(4)K2SO4、(NH4)2SO4
12.铝是人类生活中继铜、铁之后又一个重要的金属。工业上冶炼金属铝的原料来源于自然界中重要的矿物质钒土(主要成分Al2O3;还有SiO2、Fe2O3、FeCO3、MgCO3等杂质)。从钒土中提取得到Al2O3的工艺流程如下图所示:
请回答下列问题:
(1)固体A所含物质的化学式是________________________________。
(2)写出溶液A与足量气体B反应的离子方程式:_____________________________。
(3)工业冶炼金属铝通常用石墨碳块作电解槽的阳极,请你根据电解原理解释电解冶炼铝的过程中,需要定期补充阳极碳块的原因:_____________________________________。
(4)Al2O3的熔点很高,因而在工业冶炼时,需将Al2O3熔于熔化的冰晶石(Na3AlF6)中进行电解。请写出电解过程中阴极的电极反应式:________________________________。
工业上通常将Al(OH)3和Na2CO3一同溶于氢氟酸来制取冰晶石,反应时放出CO2气体,写出该反应的化学方程式:________________________________________________。
(5)有一位同学查阅资料发现,AlCl3的熔点很低。他提出:可通过电解熔融状态的AlCl3制取金属铝。你认为他提出的方案是否可行?为什么?____________________________。
(6)某企业用上述工艺流程进行生产,每10.0 t钒土可得到金属铝1.35 t。如果不考虑生产过程的损耗,则钒土中Al2O3的质量分数为______________。
解析:(1)钒土的主要成分是Al2O3,还有SiO2、Fe2O3、FeCO3、MgCO3等杂质,除SiO2不反应外,与盐酸反应生成的金属阳离子有Al3+、Fe3+、Fe2+、Mg2+等,这些金属阳离子再与氢氧化钠反应后生成的可溶物为NaAlO2,不溶物为Fe(OH)2、Fe(OH)3、Mg(OH)2;
(2)由(1)知溶液A主要成分为NaAlO2和剩余的氢氧化钠,通入足量二氧化碳气体发生反应:CO2+OH-===HCO
(3)电解冶炼铝的阳极产物为O2,在高温条件下,O2与阳极碳发生反应消耗阳极碳块,所以需要定期补充阳极碳块;
(4)电解熔融的氧化铝,阴极发生还原反应,即铝离子得电子生成单质铝,阴极的电极反应为Al3++3e-===Al;工业上通常将Al(OH)3和Na2CO3一同溶于氢氟酸来制取冰晶石,反应时放出CO2气体,根据原子守恒配平,则该反应的化学方程式为2Al(OH)3+3Na2CO3+12HF===2Na3AlF6+3CO2↑+9H2O。
(5)AlCl3是共价化合物,在熔融状态下不导电,不能用来电解,而氧化铝为离子化合物,在熔融状态下可导电,可以用来电解;
(6)根据元素守恒,钒土中每1 mol Al2O3会生成2 mol Al,则钒土中Al2O3的质量分数=(1.35 t×102 g·mol-1)÷(27 g·mol-1×2×10 t)×100%=25.5%。
答案:(1)Fe(OH)2、Fe(OH)3、Mg(OH)2
(2)CO2+OH-=== HCO
(3)电解冶炼铝的阳极产物为氧气,在高温条件下,氧气与阳极碳发生反应消耗阳极碳块
(4)Al3++3e-===Al 2Al(OH)3+3Na2CO3+12HF===2Na3AlF6+3CO2↑+9H2O
(5)不可行;AlCl3是共价化合物,熔融状态的AlCl3不导电
(6)25.5%(或0.255)
13.聚合氯化铝晶体是介于AlCl3和Al(OH)3 之间的一种水溶性无机高分子聚合物,其制备原料主要是铝加工行业的废渣——铝灰,它主要含Al2O3、Al,还有SiO2等杂质。聚合氯化铝生产的工艺流程如下:
(1)反应中副产品a是________(用化学式表示)。
(2)升高pH至4.0~5.0的目的是___________________________________________。
(3)生产过程中可循环使用的物质是___________________________(用化学式表示)。
(4)为使得到的晶体较纯净,生产过程中使pH升高的C物质可选用________(填编号)。
a.NaOH b.Al c.氨水 d.Al2O3 e.NaAlO2
(5)聚合氯化铝晶体的化学式可表示为[Al2(OH)nCl6-n·xH2O]m,实验室测定n的值:
①称取a g晶体,制成粉末,加热至质量不再变化为止,称量为b g。此过程可能用到的下列仪器有________。
a.蒸发皿 b.坩埚 c.研钵 d.试管
②另取a g晶体,进行如下操作:用A试剂溶解→加足量AgNO3溶液→C操作→烘干→称量为c g。
A试剂为_________(填试剂名称),C操作为__________(填操作名称)。n=__________(用含b、c的代数式表示)。
解析:(1)铝灰用水清洗后,加入盐酸,Al与盐酸反应产生H2,因此气体a为H2。
(2)铝灰加入盐酸得到的B为AlCl3溶液,降温熟化后,升高pH可以促进AlCl3水解,从而使晶体析出。
(3)生产过程中HCl可以循环使用。
(4)生产过程中为使pH升高,可以加入Al、Al2O3,它们与AlCl3水解生成的H+反应,且不会引入其他杂质。
(5)①将晶体制成粉末,需要用到研钵,加热粉末至质量不再变化,需要用到坩埚,得到的b g物质为Al2O3。
②将晶体溶解,选择硝酸,操作C为过滤、洗涤,得到的c g物质为AgCl。根据关系式:Al2O3~(6-n)AgCl,有102∶(861-143.5n)=b∶c,解得n=
答案:(1)H2 (2)促进AlCl3的水解,使晶体析出
(3)HCl (4)bd (5)①bc ②硝酸 过滤、洗涤
14.铝镁合金是飞机制造、化工生产等行业的重要材料。研究性学习小组的同学为测定某含镁3%~5%的铝镁合金(不含其他元素)中镁的质量分数,设计了下列两种不同实验方案进行探究。
方案一:
[实验方案] 将铝镁合金与足量NaOH溶液反应,测定剩余固体质量。
实验中发生反应的化学方程式是____________________________________________。
[实验步骤]
(1)称取10.8 g铝镁合金粉末样品,溶于体积为V mL、物质的量浓度为 4.0 mol·L-1的NaOH溶液中,充分反应。则NaOH溶液的体积V≥________mL。
(2)过滤、洗涤、干燥、称量固体。该步骤中若未洗涤固体,测得镁的质量分数将________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
方案二:
[实验方案] 将铝镁合金与足量稀硫酸溶液反应,测定生成气体的体积。
[实验步骤]
(1)同学们拟选用下列实验装置完成实验:
你认为最简易的装置连接顺序是A接( )( )接( )( )接( )(填接口字母,可不填满)。
(2)仔细分析实验装置后,同学们经讨论认为以下两点会引起较大误差:稀硫酸滴入锥形瓶中,即使不生成H2,也会将瓶内空气排出,使所测H2体积偏大;实验结束时,连接广口瓶和量筒的导管中有少量水存在,使所测氢气体积偏小。于是他们设计了如图所示的实验装置。
①装置中导管a的作用是_________________________________________________。
②实验前后量气管(由碱式滴定管改装)中液面读数分别为V1 mL、V2 mL,则产生氢气的体积为________mL。
③若需确定产生氢气的量,还需测定的数据是________________________。
答案:方案一:2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑ (1)97 (2)偏高
方案二:(1)E D G (2)①使分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等,打开分液漏斗活塞时稀硫酸能顺利滴下;滴入锥形瓶的稀硫酸的体积等于进入分液漏斗的气体体积,从而消除由于加入稀硫酸引起的氢气体积误差 ②(V1-V2) ③实验时的温度和压强