镁和铝的化合物及反应

镁和铝的化合物

【知识归纳】

一、镁的提取

1．镁的存在：自然界中的镁主要以 化合态 的形式存在于地壳和海水中。海水中镁的总储量约为1.8×1015吨。

2．镁的提取

从海水中提取镁，步骤如下：

(1)煅烧海边贝壳(石灰石)，制成石灰乳。化学方程式：CaCO 3===CaO ＋CO 2↑，CaO ＋H 2O ===Ca(OH)2↓。

(2)将石灰乳加入到海水沉淀池中，得到氢氧化镁沉淀。化学方程式：MgCl 2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl 2，

该反应实质上是Mg 2＋与OH －结合生成Mg(OH)2沉淀的反应，离子方程式：Mg 2＋＋Ca(OH)2===Ca 2＋＋Mg(OH)2

↓。

(3)将氢氧化镁与盐酸反应，化学方程式：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl 2＋2H 2O ，该反应实质上是Mg(OH)2与H

＋反应生成Mg 2＋与H 2O ，离子方程式：Mg(OH)2＋2H ＋===Mg 2＋＋2H 2O 。所得溶液蒸发结晶可获得六水合氯化镁晶

体(MgCl 2·6H 2O)，然后在氯化氢气流中加热，转化成氯化镁。

化学方程式：

(4)电解熔融氯化镁制得金属镁。化学方程式：

二、镁的性质

1．镁的物理性质

镁是银白色的金属，密度较小 (1.74 g ·cm －3)，有较强的韧性、延展性、是电和热良导体。硬度、熔点、

沸点介于钠、铝之间。

2．镁的原子结构

镁的原子结构示意图为 。由其结构可知，镁原子容易失去最外层的2个电子，形成镁离子。因此，镁是活泼的金属，在自然界中主要以化合态存在。

3．镁的化学性质

镁的化学性质活泼，可与活泼非金属、酸等发生反应。

(1)镁与非金属单质反应 ①镁与氧气的反应：2Mg ＋O 2 2MgO 。 ②镁与氯气、氮气的反应，化学方程式分别为：Mg ＋Cl2 MgCl2 3Mg ＋N2 Mg3N2。 (2)镁与酸的反应

把一小段擦去氧化膜的镁条放入一定量的稀硫酸中，镁条上有气泡产生，这是因为镁与酸所电离的H ＋发

生氧化还原反应，把H ＋还原成氢气。化学方程式：Mg ＋H 2SO 4(稀)===MgSO 4＋H 2↑，离子方程式为

Mg ＋2H ＋===Mg 2＋＋H 2↑。

(3)镁与某些氧化物的反应

将燃着的镁条伸入盛满二氧化碳的集气瓶中，镁条剧烈燃烧，发生耀眼的白光，瓶内壁上有黑色物质生成。化学方程式：2Mg ＋CO 2 2MgO ＋C 。 三、镁及其化合物的重要用途

1．镁的用途

(1)镁能与铜、铝、锡、锰、钛等形成许多合金(约含镁80%)。虽然镁合金的密度只有1.8 g ·cm -3左右，

但硬度和强度都较大，因此被大量用于制造火箭、导弹和飞机的部件等。因此，镁被誉为“国防金属”。

(2)由于镁燃烧发出耀眼的白光，因此常用来制造 信号弹 和 焰火。

2．氧化镁的用途：氧化镁的熔点高达2 800 ℃，是优质的耐高温材料。

=====点燃 =====

点燃 =====点燃 =====

点燃

【典例精析】能否采用直接电解Mg(OH)2的方法来制镁？

解析：不能。Mg(OH)2受热易分解生成MgO 。而氧化镁耐高温，熔点很高，电解耗能太大，反应要求的条件也高。

【课堂练习】1.铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。下列与这些用途无关的性质是( )

A ．不易生锈

B ．导电性好

C ．密度小

D ．强度高

2.下列关于镁元素及其单质的说法中，不正确的是( )

A ．镁在常温下能与氧气反应，生成氧化镁保护膜

B ．镁在自然界中只有化合态，没有游离态

C ．镁能在氯气、二氧化碳中燃烧，这说明不只是氧气才有助燃性

D ．镁的化学性质很活泼，能与O 2、Cl 2、N 2及酸、碱发生反应

3.将相同质量的镁条分别在①氧气 ②空气 ③氮气 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是( )

A ．②<①<③<④

B ．④＝①＝②＝③

C ．③<②<①<④

D ．③<①<②<④

【知识归纳】

一、铝及铝合金

1、物理性质

铝是银白色的轻金属，密度是2.70，熔点为660.4℃，沸点为2467℃。有较强的韧性、延展性，有良好的导电性、导热性。

2、化学性质 铝在元素周期表中位于第3周期、ⅢA 族，原子结构示意图为 ，易失去最外层的3个电

子形成稳定的Al 3+，所以铝具有强还原性。

（1）与非金属反应

① 与氧气反应

常温下能与空气中的氧气反应：

在点燃条件下，铝在空气中燃烧，发出耀眼的白光，生成一种白色物质。

铝在空气中能表现出良好的抗腐蚀性，是因为它与空气中的氧气反应生成致密的氧化膜，并牢固地覆盖在铝表面，阻止了内部的铝与空气接触，从而防止铝进一步被氧化。

② 与硫、氯气等多种非金属单质反应

（2）铝与酸、碱的反应

① 铝与酸反应

A 、与氧化性酸反应生成盐和氢气。如：

2Al+3H 2SO 4==Al 2(SO 4)3+3H 2↑

2Al+6H +==Al 3++3H 2↑

B 、钝化

在常温下，铝遇到冷的浓硝酸、浓硫酸时会在其表面生成一层致密的氧化膜，从而阻止了内部金属进一步发生反应，这一现象称为钝化，利用这一性质，可以用铝制容器贮存或运输浓硫酸、浓硝酸。 ②铝与碱反应

2Al+2NaOH+2H 2O==2NaAlO 2+2H 2↑

2Al+2OH -+2H 2O==2AlO 2-+2H 2↑

2 8

3 +13

（3）与冷水反应

铝与冷水不反应，与热水缓慢反应：2Al+6H2O====2Al(OH)3+3H2↑

（4）与氧化物反应—铝热反应

特点：放出大量的热，使生成的金属呈液态。

应用：焊接铁轨。

3、铝合金

（1）合金指的是两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。

（2）合金有比它的成分金属更优良的性质。

A．合金的熔点一般比它的各成分金属的低。

B．合金的硬度一般比它的各成分金属的大。

（3）铝合金具有密度小、强度高、塑性好、易于成型、制造工艺简单、成本低廉等特点，并且具有一定的抗腐蚀能力。主要用于建筑业、容器、包装业、交通运输等。

二、Al2O3的性质及应用

1．两性氧化物：既能与酸反应，又能与碱反应，生成盐和水的氧化物。

2．请写出Al2O3分别与H2SO4、烧碱反应的化学方程式，并改写为离子方程式：

(1) Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O

Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O

(2) Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O

Al2O3＋2OH－===2AlO2－＋H2O

3．Al2O3的物理性质

硬度高，熔点高，不溶于水(填溶解性)的白色固体、常用于制造耐火材料。

4．存在：铝土矿、刚玉、红宝石、蓝宝石

三、氢氧化铝 Al(OH)3

1．两性氢氧化物：既可以与酸反应，又可以与碱反应，生成盐和水的氢氧化物。

2．物理性质：氢氧化铝是白色胶状物质，不溶于水，有强的吸附性，可以吸附水中的悬浮物和各种色素。3．化学性质：不稳定性：氢氧化铝不稳定，受热易分解。

2Al(OH)3＝Al2O3＋2H2O（这是工业上制取纯净氧化铝的方法）

4．Al3+和强碱反应

AlCl3+3NaOH === Al(0H)3↓+3NaCl沉淀完全后,继续加入NaOH，沉淀被溶解

Al(0H)3+NaOH===NaAlO2+2H2O

将上面两个反应相加得：AlCl3+4NaOH===NaAlO2+ 3NaCl+2H2O

写成离子方程式：

Al3++3OH- ===Al(0H)3↓（碱少量）；Al3++4OH- ===AlO2-+2H2O（碱过量）

5．Al3+和弱碱反应

AlCl3+3NH3.H2O===Al(0H)3↓+3NH4Cl沉淀完全后,继续滴加氨水：沉淀不溶解（注意Al3+和强碱反应的区别）

写成离子方程式：

Al3++3NH3.H2O===Al(0H)3↓+3NH4+，故用Al3+制取Al(0H)3用弱碱更合适

6．AlO2-与强酸的反应

NaAlO2+HCl+H2O===Al(0H)3↓+NaCl 沉淀完全后，继续加入盐酸，

Al(OH)3+3HCl===AlCl3+3H2O

将上面两化学反应加和得：NaAlO2+4HCl===AlCl3+2H2O +NaCl

写成离子方程式：

AlO2-+H++H2O===Al(0H)3↓（酸少量）；AlO2-+4H+= Al3++2H2O（酸过量）

7．AlO2-与弱酸的反应

2NaAlO2+CO2+3H2O===Na2CO3+2Al(0H)3↓沉淀完全后，继续通入CO2沉淀不溶解，发生了如下反应：CO2+H2O+Na2CO3===2NaHCO3（注意AlO2-与强酸反应的区别）

写成离子方程式:

2AlO2-+CO2+3H2O===2Al(0H)3↓+CO32-；AlO2-+CO2+2H2O===Al(0H)3↓+HCO3-

故，由AlO2-制取Al(0H)3用弱酸更合适

8．Al3+和AlO2-

Al3+ +3AlO2-+6H2O===4Al(0H)3↓

新增离子共存问题

Al3+不能和AlO2-，OH-共存；AlO2-不能和Al3+，H+共存

9．Al(OH)3的应用

Al(OH)3（胶体）具有很强的吸附能力，能凝聚水中的悬浮物并使之沉降，从而达到净水目的。

明矾（KAl(SO4)2·12H2O）的净水作用是因为明矾溶于水可生成Al(OH)3（胶体）。

KAl(SO4)2 ===K++Al3++2SO42-

Al3++3H2O===Al(OH)3（胶体） +3H+

【典例精析】

1.在MgO中混有少量的Al2O3杂质，欲将杂质除去，可选用的试剂是( )

A．稀硫酸 B．浓氨水 C．稀盐酸 D．氢氧化钠溶液

【解析】除杂问题所选试剂的基本原则是只与杂质发生化学反应而不影响主要存在的物质。此题利用Al2O3的两性为突破口。

【答案】 D

2.从铝土矿制备铝所涉及的下列有关反应中，属于氧化还原反应的是( )

A．铝土矿溶于NaOH溶液中 B．NaAlO2溶液的酸化

C．灼烧氢氧化铝固体 D．电解熔融的氧化铝

【解析】氧化还原反应的特征是元素化合价的变化。熟悉从铝土矿石中提取铝所涉及的反应，然后分析反应中是否有元素化合价的变化。只有D选项中元素的化合价在反应前后发生了变化。

【答案】 D

【课堂练习】

1、列物质中，既能与NaOH溶液反应，又能与盐酸反应的是( )

A．MgO B．Al2O3

C．NaHSO4 D．NaHCO3

2、有关Al与NaOH溶液反应的说法正确的是( )

A．Al是还原剂，NaOH及H2O均是氧化剂

B．还原产物是H2，且由H2O还原所得的H2与NaOH还原所得的H2物质的量之比为2∶1

C．此反应说明铝具有两性，铝的活泼性比只具有金属性的金属弱

D．此反应中，只有水是氧化剂，NaOH既不是氧化剂也不是还原剂

3、甲、乙两烧杯中各盛有100mL3mol·L－1的盐酸和NaOH溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后测得生成的气体体积比为甲∶乙＝1∶2，则加入铝粉的质量为。

讲义说明

【教学重点】

1.镁的性质和提取

2.铝单质及其化合物

3.铝的化合物之间的相互转化

【教学难点】

1.两性氧化物Al2O3与酸碱之间的反应

2.水溶液中含Al离子的互相反应和转化

【天才表现】

1.在溶液中的离子方程式掌握有提高

2.听课专注度有提升

【学生困惑点及解决方案】

困惑1：Al3+的在酸性和碱性溶液中怎么反应？

解决方案：在酸性溶液中不反应；在碱溶液中要看OH-有没有过量，不过量的话生成Al(OH)3沉淀，过量的话生成的沉淀会继续反应变为AlO2-

教师签名：