第六節(jié) 鎂和鋁
【易錯(cuò)指津】
1．鎂是活潑金屬，雖不跟堿性溶液反應(yīng)，但能置換出酸中的氫，也能與水解呈酸性的鹽溶液反應(yīng)產(chǎn)生H2。
2．注意對(duì)Al2O3、Al(OH)3兩性的理解，以及對(duì)Al3+、AlO2-存在條件的認(rèn)識(shí)。
Al2O3、Al(OH)3僅能溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)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?yàn)橹苯臃磻?yīng)，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?yàn)橹苯臃磻?yīng)（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(gè)曲線或每條曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)（拐點(diǎn)），都反映了特定的反應(yīng)，若沒有找對(duì)，或?qū)ι沙恋砗统恋砣芙馑杓尤耄ɑ蛲ㄈ耄┤芤海ɑ驓怏w）的量之比沒搞清，易導(dǎo)致錯(cuò)誤。
注意研究以下幾個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及產(chǎn)生沉淀的量與加入物質(zhì)的量的數(shù)量關(guān)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(xué)知識(shí)為載體考查學(xué)生的綜合能力的重要的命題內(nèi)容，認(rèn)真研究一定會(huì)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(zhuǎn)化為Mg(OH)2沉淀，產(chǎn)生的MgCO3也會(huì)在加熱的條件下逐漸轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2[MgCO3+H2O(沸水)=Mg(OH)2+CO2↑]。
【典型例題評(píng)析】
例1 在下列各物質(zhì)中，加入過量鹽酸后，最終不產(chǎn)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(xiàng)中產(chǎn)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(lǐng)：注意鹽酸的量，氫氧化鋁溶于強(qiáng)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(fù)習(xí)中注意歸納物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，搞清反應(yīng)物用量不同時(shí)的有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
例2 將等物質(zhì)的量的鎂和鋁相混合,取等質(zhì)量該混合物四份,分別加到足量的下列溶液中,充分反應(yīng)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(zhì)均具有強(qiáng)氧化性）都不能產(chǎn)生H2，加入NaOH溶液只有Al與NaOH溶液反應(yīng)生成H2而與Mg不反應(yīng)。而加入HCl，Mg和Al都與鹽酸反應(yīng)生成H2，所以H2量最多。
答案：A
方法要領(lǐng)：該題溶液的濃度不是計(jì)算的數(shù)據(jù)，而是判斷溶液屬于“濃”或是“稀”。8mol/L以上的HCl、H2SO4、HNO3通常認(rèn)為是濃酸。
解答時(shí)要注意：①等物質(zhì)的量的鋁和足量酸（非氧化性的酸）和堿反應(yīng)放出的氣體相同；②鎂、鋁與硝酸反應(yīng)不能生成氫氣；③鎂與濃硫酸（18mol/LH2SO4）反應(yīng)生成SO2氣體，鋁與濃硫酸發(fā)生鈍化（常溫）；④鎂與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，與NaOH溶液不發(fā)生反應(yīng)。
記住Al與H+反應(yīng)產(chǎn)生H2之間的物質(zhì)的量的關(guān)系：
n(Al)～3n(H+)～n(OH-)～3/2n(H2)
例3 下列物質(zhì)能跟鎂反應(yīng)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(yīng)而產(chǎn)生氫氣：Mg+2H+=Mg2++H2↑。
答案：A、C
方法要領(lǐng)：酸中的有機(jī)酸也可與較活潑金屬反應(yīng)。解題中防漏選C，氯化銨水解其溶液呈酸性，產(chǎn)生的H+可與Mg反應(yīng)產(chǎn)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(zhì)量的鋁粉，反應(yīng)結(jié)束后測(cè)得生成的氣體體積比為甲:乙=1:2，則加入鋁粉的質(zhì)量為
A.5.4g B.3.6g C.2.7g D.1.6g
思路分析：根據(jù)鋁與鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)的方程式判斷，若在含等物質(zhì)的量的HCl和NaOH溶液中分別加入足量的鋁粉，產(chǎn)生的H2之比為1:3。而題中為1:2，說明鋁粉的量相對(duì)鹽酸是過量的，而對(duì)NaOH是不足的。與前者反應(yīng)的鋁粉是2.7g，則與后者反應(yīng)的鋁粉應(yīng)為5.4g。
答案：A
一題多解：解題關(guān)鍵是判斷Al在哪種溶液中是完全反應(yīng)的，并以它作為計(jì)算的依據(jù)。
根據(jù)化學(xué)反應(yīng)：2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑ 2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2↑
可見相同質(zhì)量的鋁分別與足量鹽酸、氫氧化鈉溶液反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生氫氣的量相同；但相同質(zhì)量的鋁分別與不足量的鹽酸、氫氧化鈉溶液反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生氫氣的量不相同，需要鹽酸的物質(zhì)的量比氫氧化鈉多�，F(xiàn)產(chǎn)生H2的質(zhì)量比為1:2，說明鹽酸的量不足，于是根據(jù)0.3mol鹽酸產(chǎn)生H2為0.15mol，可知與NaOH反應(yīng)產(chǎn)生的H2為0.3mol，再推得放入相同質(zhì)量的鋁片應(yīng)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(qiáng)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(yīng)又能與OH-反應(yīng)；C、D在強(qiáng)堿條件下可以共存。
答案：C、D
方法要領(lǐng)：解該題要把題干中“加入鋁粉能放出氫氣的溶液中”的題設(shè)要求遷移為在酸性溶液或強(qiáng)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(chǎn)生沉淀的量與加入
復(fù)習(xí)講義之常見元素的單質(zhì)及其重要化合物[整理七套]/高三成套優(yōu)秀復(fù)習(xí)講義-鎂和鋁.files/image001.png)
X物質(zhì)的量的關(guān)系如圖，符合圖中情況的一組物質(zhì)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(yīng)生成S，繼續(xù)通入不溶解；C中通入NH3生成沉淀，繼續(xù)通入也不溶；而D中AgNO3AgOH↓[Ag(NH3)2]++OH-。
答案：B
方法要領(lǐng)：有關(guān)圖像的問題，通常的解法是“三看”：
一看起點(diǎn)：即加入極少量X物質(zhì)時(shí)，看能否產(chǎn)生沉淀。
二看終點(diǎn)：即加入過量的X物質(zhì)時(shí)，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(diǎn)”：即圖像中拐彎的點(diǎn)在X軸上的坐標(biāo)。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(diǎn)前后比為1:3，在D組中，拐點(diǎn)前后比為1:2。
前二“看”直觀，難度較小，所以應(yīng)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(yīng)方程式，尤其是方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)。
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(shí)驗(yàn)操作步驟和有關(guān)離子方程式）（1994年上海高考題）
思路分析：本題屬于物質(zhì)的分離題，題中文字雖少，但它考查的知識(shí)面卻比較廣，要答好這道題，必須對(duì)Al3+、Fe3+性質(zhì)的差異及各自相互轉(zhuǎn)化條件和關(guān)系有清楚的認(rèn)識(shí)。答好這類題要注意當(dāng)步驟較多時(shí)，應(yīng)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，F(xiàn)e3++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(jīng)洗滌后，再用鹽酸溶解，得AlCl3溶液：Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O
方法要領(lǐng)：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(shí)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(zhì)離子，這屬較高層次要求，答題時(shí)洗滌操作不寫會(huì)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(cuò)誤。
NH2
都能反應(yīng)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(duì)氨基酸中羧基和氨基的酸堿性的認(rèn)識(shí)，并聯(lián)系無機(jī)化學(xué)中的有關(guān)物質(zhì)，歸納“既能與酸反應(yīng)，又能和堿反應(yīng)”的物質(zhì)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(yīng)，又能跟堿反應(yīng)。氨基酸反應(yīng)方程式為：
NH2 NH3+Cl- NH2 NH2
NaHCO3是弱酸酸式鹽，HCO3-能跟H+結(jié)合生成H2O和CO2，又能跟OH-結(jié)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(yīng)。
答案：D
引申發(fā)散：既能與強(qiáng)酸反應(yīng)又能與強(qiáng)堿反應(yīng)的物質(zhì)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(jī)物：氨基酸、蛋白質(zhì)。
例9 在一定條件下可實(shí)現(xiàn)下圖所示物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)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(yīng)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(fā)生反應(yīng)，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：______________________。 （4）每生成1molD，同時(shí)生成____molE。 思路分析：A為NaAlO2，反應(yīng)式Al3++4OH-=AlO2-+2H2O。孔石分解的反應(yīng)式：CuCO3.Cu(OH)2=2CuO+CO2↑+H2O F是CO2，A、F發(fā)生的反應(yīng)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(yīng)，類似于鋁熱反應(yīng)。 第四問可根據(jù)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(lǐng)：本題難度不大，著重考查基礎(chǔ)知識(shí)。此框圖題已給出的起始物質(zhì)，可順向推導(dǎo)。 例10 我國規(guī)定飲用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)必須符合下列要求：（2000年上海高考題）
pH 6.5～6.8 Ca2+、Mg2+總濃度 <0.0045mol/L 細(xì)菌總數(shù) <100個(gè)/L 源水→曝氣池
一級(jí)沉降池
二級(jí)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(jìn)而發(fā)生若干復(fù)分解反應(yīng)，寫出其中一個(gè)離子方程式
。 (2)凝聚劑除去懸浮固體顆粒的過程
(填寫編號(hào)，多選倒扣分) ①只是物理過程
②只是化學(xué)過程
③是物理和化學(xué)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(yīng)的產(chǎn)物具有 性. (5)下列物質(zhì)中， 可以作為氣體A的代用品。(填寫編號(hào),多選倒扣分) ①Ca(ClO)2 ②NH3 (液) ③K2FeO4 ④SO2 思路分析：自來水的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)從酸度、硬度、細(xì)菌總數(shù)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(shí)調(diào)pH。 降低細(xì)菌總數(shù)：靠強(qiáng)氧化劑的氧化性殺死細(xì)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(qiáng)，而吸附懸浮物沉降，達(dá)到凈水的目的。 （1）由題給信息，水中含有暫時(shí)硬度和永久硬度，加石灰后分發(fā)生如下離子反應(yīng)： Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓；HCO3-+OH-=CO32-+H2O；Ca2++HCO3-+OH-=CaCO3↓+H2O； （3）通入CO2能將Ca2+除去，同時(shí)調(diào)整溶液中的pH達(dá)到飲用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)： (1)單質(zhì)F是_____________________。 (2)寫出由E生成G的離子反應(yīng)方程式（或化學(xué)方程式）________________________。 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F(xiàn)e2+，單質(zhì)C為Fe，F(xiàn)是H2。 由“化合物A+單質(zhì)B單質(zhì)C+化合物D”，且單質(zhì)C為Fe，從記憶中搜尋典型反應(yīng)：3Fe3O4+8Al9Fe+4Al2O3 Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3，則知單質(zhì)B為Al，化合物D為Al2O3。 由B 為Al，推知單質(zhì)F為H2，溶液K為含AlO2-的溶液，其反應(yīng)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(jié)合題干信息推出：Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2O。 由H為NaAlO2推知溶液I中含Al3+，發(fā)生的反應(yīng)是：AlO2-+4H+=Al3++2H2O。 繼續(xù)往下推知沉淀J是Al(OH)3，因?yàn)椋篈l3++3NH3.H2O=Al(OH)3↓+3NH4+，Al(OH)3溶于強(qiáng)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(lǐng)：題中框圖看起來很復(fù)雜，似乎無從下手，實(shí)際上圖中有很多有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)的特征信息，如紅褐色沉淀G（是氫氧化鐵的特征），溶于強(qiáng)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。 百度致信 - 練習(xí)冊(cè)列表 - 試題列表 湖北省互聯(lián)網(wǎng)違法和不良信息舉報(bào)平臺(tái) | 網(wǎng)上有害信息舉報(bào)專區(qū) | 電信詐騙舉報(bào)專區(qū) | 涉歷史虛無主義有害信息舉報(bào)專區(qū) | 涉企侵權(quán)舉報(bào)專區(qū)
(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）_______________。
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