第18课镁和铝

1第18课镁和铝（建议2课时完成）[课程目标]1．了解镁单质的物理、化学性质及其用途。2．以海水中的化学资源为切入点，掌握海水提镁的工业流程和对应的化学反应。3．了解铝及其化合物的物理性质、化学性质及铝合金的广泛应用。4．理解Al2O3、Al(OH)3的两性。[要点精析]一、镁和铝在周期表中的位置、结构和性质的比较表18-1Mg、Al性质的比较MgAl原子结构周期表中的位置第三周期第ⅡA族第三周期第ⅢA族①与O2反应在空气中反应剧烈燃烧2Mg+O2==2MgO在纯O2中剧烈燃烧4Al+3O2==2Al2O3②与H2O反应沸水中快，加酚酞粉红（中强碱产生）Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑沸水中反应缓慢加酚酞无明显现象2Al+6H2O2Al(OH)3+H2↑③与酸反应较快Mg+2H+==Mg2++H2↑较镁慢2Al+6H+==2Al3++3H2↑④与碱反应有气泡，得无色溶液2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑⑤与某些氧化物反应在CO2中燃烧2Mg+CO22MgO+C与金属氧化物间铝热反应2Al+Fe2O32Fe+Al2O3+Q例1：镁粉中混进少量铝粉，将Al粉除去，可选取用的试剂是（）A．盐酸B．CuSO4C．NaOH溶液D．H2O解析：盐酸、CuSO4跟镁和铝都反应，A、B都错。H2O跟镁和铝反应都不明显，D错。NaOH溶液可以和铝反应放出氢气，铝变成Na[Al(OH)4]溶解于水，镁不反应而分离。答案：C。二、海水提镁海水中镁的含量一般为1.28g·L-1，总蕴藏量达到2×1015吨，所以从海水中提取镁自上世纪40年代开创以来发展很快，目前世界上生产的镁产量超过60%来自于海洋中。海水资源的特点是：浓度小、储量大、均以离子的形式存在。海水提镁的步骤主要有：第一步：富集。煅烧贝壳得到生石灰，生石灰加水得到石灰乳。将石灰乳加入到苦卤中就得到了氢氧化镁沉淀。第二步：提纯。在氢氧化镁中加入盐酸得到氯化镁后，再提纯氯化镁。第三步：在提纯的基础上进行电解，得到单质镁——熔融氯化镁在真空的条件下电解得到镁2和氯气。工业提取镁的流程如图18-1所示：海水（晒盐后的卤水）加入石灰乳，过滤氢氧化镁加入盐酸，浓缩氯化镁熔融，电解镁△氧化镁（制耐火材料等）主要方程式：CaCO3煅烧CaO+CO2↑CaO+H2OCa(OH)2MgCl2+Ca(OH)2→CaCl2+Mg(OH)2↓或MgSO4+Ca(OH)2→CaSO4+Mg(OH)2↓Mg(OH)2+2HCl→MgCl2+2H2OMgCl2（熔融）通电Mg+Cl2↑例2：海水是取之不尽的化工原料资源，从海水中可提取各种化工原料。下图是工业上对海水的几项综合利用的示意图：试回答下列问题：（1）粗盐中含有Ca2+、Mg2+、SO42—等杂质，精制时所用试剂为：盐酸、BaCl2溶液、NaOH溶液和Na2CO3溶液，则粗盐溶液中Ca2+、Mg2+、SO42－的沉淀形式分别是（2）由海滩上的贝壳制成石灰乳过程中，有关反应的化学方程式为：（3）写出电解饱和食盐水的离子方程式。若要保证电解后的溶液有恢复为原来的饱和食盐水，则可采取的方法是。（4）由MgCl2·6H2O晶体脱水制无水MgCl2时，MgCl2·6H2O晶体需在氯化氢气氛中加热脱水，氯化氢的作用是（5）电解无水MgCl2所得的镁蒸气可以在下列气体中冷却。A．H2B．N2C．CO2D．O2（6）将电解无水MgCl2制得到的副产品Cl2通入石灰乳中可制得漂白粉，制取漂白粉的化学方程式为解析：（1）该小题属离子除杂题。除杂原则是要将Ca2+、Mg2+、SO42—以及除杂过程中引入的其他离子全部除尽。所以，解此题的关键是把握好加入离子的顺序：①向粗盐溶液中加入过量的BaCl2溶液和NaOH溶液，充分反应后，再加入过量的Na2CO3溶液，过滤。②向滤液中加入适量的盐酸至溶液呈中性。③将溶液蒸发。所以精制过程中Ca2+、Mg2+、SO42－的沉淀形式分别是CaCO3、Mg(OH)2、BaSO4。（3）由于电解中外溢的是Cl2、H2，所以要确保原溶液浓度不变，只能向体系中通入一定量的HCl气体以补充损失的H、Cl原子。易错处是加入盐酸，使溶液浓度变小。所以答案结晶过滤海水粗盐滤液Mg(OH)2NaCl饱和溶液烧碱和盐酸MgCl2·6H2OMgCl2MgCl2加盐酸浓缩结晶石灰乳脱水电解电解精制贝壳CaO煅烧水图18-13为：（4）MgCl2·6H2O加热脱水时，MgCl2+H2O==Mg(OH)2+2HCl，在HCl蒸气中加热脱水可抑制MgCl2的水解。（5）Mg蒸气可与N2、CO2、O2反应答案：（1）CaCO3、Mg(OH)2、BaSO4（2）CaCO3煅烧CaO+CO2↑；CaO+H2O==Ca(OH)2（3）2Cl—+2H2O==Cl2↑+H2↑+2OH—；措施是向电解液中通入一定量的HCl气体。（4）抑制MgCl2的水解。（5）A。（6）2Cl2+2Ca(OH)2==CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O三、镁及化合物的用途镁是一种轻金属，它的密度只有铝的2/3；而且镁合金的强度高、机械性能好，所以镁是制造汽车、飞机、火箭的重要材料，亦有“国防金属”的美誉。用途：1、制造烟火、信号弹等；2、结构材料；3、合成试剂；4、冶炼金属；5、合成叶绿素；6、硫酸镁可作泻药；碳酸镁可作吸湿粉；氧化镁可作耐火材料。四、铝及铝合金的特点铝是银白色的轻金属，较软，密度2.7g/cm3，熔点660.4℃，沸点2467℃，铝和铝的合金具有许多优良的物理性质，得到了非常广泛的应用。铝对光的反射性能良好，反射紫外线比银还强，常用真空镀铝膜的方法来制得高质量的反射镜和便宜轻巧的太阳能电池材料。铝粉能保持银白色的光泽，常用来制作涂料，俗称银粉。纯铝的导电性很好，仅次于银、铜，在电力工业上它可以代替部分铜作导线和电缆。铝是热的良导体，在工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料和民用炊具等。铝有良好的延展性，能够抽成细丝，轧制成各种铝制品，还可制成薄于0.01mm的铝箔，广泛地用于包装香烟、糖果等。铝合金具有某些比纯铝更优良的性能，从而大大拓宽了铝的应用范围。例如，纯铝较软，当铝中加入一定量的铜、镁、锰等金属，强度可以大大提高，几乎相当于钢材，且密度较小，不易锈蚀，广泛用于飞机、汽车、火车、船舶、人造卫星、火箭的制造。当温度降到-196℃时，有的钢脆如玻璃，而有些铝合金的强度和韧性反而有所提高，所以是便宜而轻巧的低温材料，可用来贮存火箭燃料液氧和液氢。例3：硬铝合金包括Al-Cu-Mg系和Al-Cu-Mn系合金，广泛用于现代社会。下面关于硬铝的说法，错误的是（）A．强度跟铝相比有很大的提高，在某些性能上相当于钢材B．密度较小，只有钢材的三分之一左右，适用于做飞行器、火箭、卫星、导弹等C．熔点和铝相比有一定的提高，常被用于制造家庭使用的炊具D．抗腐蚀性能较强，常被建筑行业用作材料以及门窗框架解析：合金的特点是其他的机械性能一般都比原来的要好，但熔点比合金中的任何一种都要低。答案：C。五、铝的重要化合物1、氧化铝(Al2O3)(1)物性：白色、不溶、难熔固体(2)化性：典型两性氧化物Al2O3＋6H+＝2Al3+＋3H2O；Al2O3＋2OH－＋3H2O＝2[Al(OH)4]－(3)用途：冶炼铝、耐火材料4(4)存在：铝土矿2、氢氧化铝〔Al(OH)3〕(1)物性：白色，不溶于水，胶状(2)化性：①不稳定性:2Al(OH)3Al2O3+3H2O②典型两性氢氧化物Al(OH)3＋3H+＝Al3+＋3H2OAl(OH)3＋OH－＝[Al(OH)4]－Al(OH)3既能溶于酸又能溶于强碱，但不溶于H2CO3、NH3·H2O等弱酸弱碱。(3)铝盐与酸碱反应过程的数量关系①Al3+完全沉淀和使生成的沉淀完全溶解消耗OH－的物质的量之比为3:1Al3+＋3OH-＝Al(OH)3↓Al(OH)3＋OH－＝[Al(OH)4]－由Al3+完全沉淀到生成的沉淀完全溶解的总反应：Al3+＋4OH-＝[Al(OH)4]－②[Al(OH)4]－完全沉淀和使生成的沉淀完全溶解消耗H+的物质的量之比为1：3[Al(OH)4]-＋H+＝Al(OH)3↓+H2OAl(OH)3＋3H+＝Al3+＋3H2O由[Al(OH)4]－完全沉淀到生成的沉淀完全溶解的总反应：[Al(OH)4]-＋4H+＝Al3+＋4H2O例4：下列各组溶液采用相互逐滴滴入的方法就可以将二者区分开来的是（）A.烧碱和明矾B.氯化铝和碳酸钠C.硝酸钡和硫酸氢钠D.四羟基合铝酸钠和氢氧化钾解析：本题牵涉过量反应的问题，主要看加入试剂发生反应后的生成物，能不能继续和过量的物质反应，从达到区分二者的目的。A：如果在烧碱中滴入明矾，烧碱过量，Al3＋＋4OH－→[Al(OH)4]－，所以先是看不到沉淀，只有当烧碱反应完后继续滴入，加入的Al3＋和生成的AlO2－反应，3AlO2－＋Al3＋＋6H2O→4Al(OH)3↓，生成沉淀。如果在明矾中滴加烧碱，明矾过量，随着烧碱滴入时，发生如下反应：Al3＋＋3OH－→Al(OH)3↓，产生白色沉淀，继续滴入，烧碱和沉淀反应：Al(OH)3＋OH－→[Al(OH)4]－，沉淀消失，所以可以利用其现象不同而进行区分。而B、C、D，由于生成的沉淀都不再和加入的任何一种试剂反应，所以怎么加，现象都是相同的。答案；A。例5：有200mLMgCl2、AlCl3的混合溶液，其中[Mg2＋]为0.2mol·L-1，[Cl－]为1.3mol·L-1，要使Mg2＋转化为沉淀而分离，至少需要加4mol·L-1NaOH溶液的体积为（）A.40mlB.72mlC.80mlD.128ml解析：c(Mg2＋)为0.2mol·L-1，则MgCl2电离出的c(Cl－)为0.4mol·L-1，余c(Cl－)为0.9mol·L-1，应该由AlCl3电离生成，所以有c(Al3＋)为0.3mol·L-1，要使Mg2＋完全分离，必须使Al3＋与OH－反应生成[Al(OH)4]－，现在c(Al3＋)为0.3mol·L-1，需要c(OH－)为0.3×0.2×4=0.24mol，而与Mg2＋反应需c(OH－)为0.2×0.2×2=0.08mol，所以共需要NaOH0.32mol，体积：432.0=0.08L=80ml。答案：C。[强化训练]一、选择题（以下各题只有1个正确答案）1．(1995年上海)用于飞机制造业的重要材料是（）A．Mg—Al合金B．Cu—Sn合金C．Al—Si合金D．不绣钢2．下列关于镁和铝比较结论正确的是（）5A．它们都是硬度较小的银白色轻金属B．因为镁的金属性比铝强，所以镁的熔点比铝高C．它们都是电的良导体，且随着温度的升高，其导电性增强D．常温下在空气中都能与氧气反应，所以它们在空气不能稳定存在3．下列有关镁的叙述，不正确的是（）A．空气中点燃镁条，有耀眼白光，故用作照明弹材料B．镁条能在CO2中点燃C．MgO虽然密度小，但熔点很高D．纯MgCl2不易吸水4．关于氧化镁和氧化铝比较的结论中不正确的是（）A．都能溶解于浓盐酸或浓硝酸中B．都能溶解于氢氧化钠溶液中C．它们的熔点都很高，常用作耐火材料D．常温下都不能与水反应5．镁粉在焰火、闪光粉、鞭炮中是不可缺少的原料，工业制造镁粉是将镁蒸气在某冷却剂中冷却，下列可作为冷却剂的是①空气②O2③Ar④H2⑤N2⑥H2OA．①②B．③④C．③⑥D．③⑤6．1989年世界卫生组织把铝确定为食品污染源之一，加以控制使用，铝在下列应用时应加以控制的是（）①制造合金②制电线③制炊具④明矾净水⑤明矾和苏打制食品膨松剂⑥用氢氧化铝凝胶制胃舒平药品⑦银色漆颜料⑧制易拉罐⑨包装糖果和小食品A．全部B．③⑤⑧⑨C．⑥⑧⑨D．③④⑤⑥⑧⑨7．工业上用制盐剩下的苦卤（主要成分是MgCl2）来制取硝酸镁，下列方案中合理可行的是（）A．向苦卤中加入AgNO3，滤出沉淀，将溶液蒸干B．将苦卤蒸发浓缩，再加入AgNO3，把得到的溶液蒸发结晶C．给苦卤中加入熟石灰，分离出沉淀，用稀硝酸