第5 讲 镁、铝及其化合物 金属材料
考点一 镁及其化合物 海水提镁
1.镁及其重要化合物的物理性质及用途
镁单质
具有银白色金属光泽的固体,密度、硬度均较小,熔点较低,有良好的
导电、传热和延展性。
用途:镁单质用于制造信号弹和焰火,镁合金用于制造火箭、导弹和飞
机的部件,被誉为“国防金属”
氧化镁(MgO)
白色固体,熔点为2 825 ℃,常用于制耐高温材料
氢氧化镁Mg(OH)2
白色固体,难溶于水,可用做阻燃剂
2.镁及其重要化合物的化学性质
(1)单质镁
主要性质
反应方程式
与O2、N2反应
2Mg+O2
2MgO(发出耀眼白光)
3Mg+N2
Mg3N2
与CO2反应
化学方程式为2Mg+CO2
2MgO+C(镁着火不能用CO2灭火)
与H+的反应
离子方程式为Mg+2H+===Mg2++H2↑
与沸水反应
化学方程式为Mg+2H2O
Mg(OH)2+H2↑
(2)氧化镁:属于碱性氧化物,与盐酸反应的离子方程式为MgO+2H
+ ===Mg
2+ +H
2O。
(3)氢氧化镁:中强碱,与盐酸反应的离子方程式为Mg
( OH
) 2+2H
+ ===Mg
2+ +2H
2O。
特别提醒 氢氧化镁的溶解度小于碳酸镁,能发生反应MgCO3+H2O
Mg(OH)2+CO2↑,镁元素在水
垢中的存在形式是Mg(OH)2。
小题对点过
(1)空气的主要成分有N2、O2和少量CO2,预测镁在空气中充分燃烧的可能的固体产物有 。
(2)向0.5 g 镁粉中加入足量的1.0 mol·L-1的NH4Cl 溶液,观察到镁粉剧烈反应,放出两种气体和灰白色
难溶固体。
①两种气体可能是 。
②经分析灰白色难溶固体是Mg(OH)Cl,灰白色固体应属于 (填“复盐”或“碱式盐”),生
成固体的化学方程式 。
答案 (1)MgO、Mg3N2、C
(2)①氢气和氨气 ②碱式盐 Mg+NH4Cl+H2O===NH3↑+H2↑+Mg(OH)Cl
3.从海水中提取镁的流程如图所示:
小题对点过
写出上述过程中的主要化学方程式:
(1)制石灰乳: 。
(2)沉淀Mg2+: 。
(3)制备MgCl2: 、
。
(4)电解熔融MgCl2: 。
答案 (1)CaCO3
CaO+CO2↑、CaO+H2O===Ca(OH)2
(2)Mg2++Ca(OH)2===Mg(OH)2+Ca2+
(3)Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O MgCl2·6H2O
MgCl2+6H2O↑
(4)MgCl2(熔融)
Mg+Cl2↑
1.以混有SiO2的MgCO3为原料制备氧化镁的实验流程如图:
下列说法错误的是( )
A.酸浸的离子方程式为CO3
2−+2H+===CO2↑+H2O
B.浸出渣的成分是SiO2
C.母液的主要溶质是NH4Cl
D.固体X 是Mg(OH)2
答案 A
解析 MgCO3是微溶物,不可拆成离子,故A 错误;SiO2不溶于盐酸,浸出渣为SiO2,故B 正确;加入氨
水沉镁:MgCl 2+2NH3·H2O ===Mg(OH)2↓+2NH4Cl,母液的主要溶质是NH4Cl,故C、D 正确。
2.某同学通过系列实验探究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
答案 B
解析 稀释浓硫酸应将浓硫酸加到水中,而不能将水加入浓硫酸中得到稀硫酸,A 错误;过滤时应该
用玻璃棒引流,C 错误;由于氯化镁水解生成氢氧化镁和氯化氢,水解吸热,且氯化氢易挥发,所以加热
促进镁离子水解,蒸干得不到无水MgCl2固体,得到的是氢氧化镁固体,D 错误。
3.室温下,用质量和表面积相同的镁条各一片(已用砂纸打磨),分别探究不同条件下与水反应的实验
(装置图如下),实验2 的镁条放在尖嘴玻璃导管内并浸于蒸馏水中,实验3 产生的浑浊物主要为碱式
碳酸镁[mMg(OH)2·nMgCO3]。下列说法不正确的是( )
实验1
实验2
实验3
镁条表面有微小气泡,且溶
液较长时间无明显变化
镁条表面有较多气泡且产生气泡速
率逐渐加快,溶液中无明显现象
镁条表面有大量气泡,溶液逐
渐变浑浊
A.实验1 现象不明显,可能与Mg 表面生成了难溶的Mg(OH)2有关
B.实验2 比实验1 现象更明显,可能是由于玻璃管空间狭小热量不易散失
C.实验3 中HCO3
−破坏了Mg(OH)2在镁条表面的沉积,增大了镁与水的接触面积
D.由实验1 和实验3 可得出“碱性增强有利于加快镁与水反应速率”的结论
答案 D
解析 金属镁与水反应生成Mg(OH)2,Mg(OH)2会覆盖在镁条的表面阻止反应的继续进行,故实验1
现象不明显,A 正确;实验2 比实验1 现象更明显,可能是由于玻璃管空间狭小热量不易散失,从而导
致温度升高,Mg(OH)2的溶解度增大,覆盖在镁条表面的Mg(OH)2溶解,不再阻止Mg 与水的反应,B 正
确;由于HCO3
−可电离产生H+,从而破坏Mg(OH)2的生成,故实验3 中HCO3
−破坏了Mg(OH)2在镁条表
面的沉积,增大了镁与水的接触面积,C 正确;实验1 和实验3 所得到的产物不同,故变量不唯一,不能
由实验1 和实验3 对比得出“碱性增强有利于加快镁与水反应速率”的结论,D 错误。
考点二 铝及其化合物
1.铝元素的存在
铝是地壳中含量最多的金属元素,全部以化合态的形式存在。
2.铝单质
(1)物理性质
铝单质是银白色、有金属光泽的固体,硬度、密度较小,具有良好的导电、导热和延展性。
(2)化学性质
小题对点过
写出上图中有关反应的化学方程式或离子方程式或现象
①
② 。
③
④ 。
⑤ (铝热反应)。
答案 ①4Al+3O2
2Al2O3
②2Al+3Cl2
2AlCl3
③钝化 2Al+6H+===2Al3++3H2↑
④2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑
⑤2Al+Fe2O3
2Fe+Al2O3
3.氧化铝——两性氧化物
4.氢氧化铝
(1)物理性质:白色胶状不溶于水的固体,有较强的吸附性。
(2)化学性质
小题对点过
写出上图中有关反应的化学方程式或离子方程式:
① 。
② 。
③ 。
答案 ①2Al(OH)3
Al2O3+3H2O
②Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O
③Al(OH)3+OH-===[Al(OH)4]-
(3)Al(OH)3的制备
小题对点过
写出下列反应的离子方程式:
①Al3+与氨水反应:
。
②向含[Al(OH)4]-的溶液中通入过量的CO2:
。
③Al3+与[Al(OH)4]-发生相互促进的水解反应:
。
答案 ①Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH 4
+
②[Al(OH)4]-+CO2===Al(OH)3↓+HCO3
−
③Al3++3[Al(OH)4]-===4Al(OH)3↓。
5.明矾
(1)明矾的化学式为KAl
( SO
4)2·12H2O,属于复盐。
(2)明矾净水的原理:明矾溶于水时发生电离,电离方程式为KAl(SO4)2===K++Al3++2SO4
2−,其中Al3+发
生水解反应,产生Al
( OH
) 3 胶体,其吸附能力很强,可以吸附水中的悬浮杂质并形成沉淀,使水变澄清。
小题对点过
(1)下列有关铝及其化合物的性质、用途说法不正确的有 (填序号)。
①MgO 与Al 粉的混合物也可称为铝热剂
②明矾可作净水剂,起到杀菌消毒的作用
③铝制餐具不能长时间存放酸性、碱性食物
④两份相同质量的铝粉,分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,产生的氢气的质量前者多
⑤用氢氧化钠溶液去除铝条表面的氧化膜:Al2O3+2OH-===2Al3++H2O
⑥向Al2(SO4)3溶液中加入过量氨水的离子方程式:Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH 4
+
⑦常温下,由于铝与浓硫酸不反应,所以可用铝制槽车运送浓硫酸
⑧与Al 反应能放出H2的溶液中可能大量存在:Fe2+、K+、NO3
−、SO4
2−
(2)写出铝与氢氧化钠溶液反应的化学方程式,分析反应的本质,指出该反应的氧化剂和还原剂,并用
单线桥法标出该反应电子转移的方向与数目。
答案 (1)①②④⑤⑦⑧
(2)
===2Na[Al(OH)4]+3H2↑
铝先与强碱溶液中的水反应生成H2和Al(OH)3,Al(OH)3再与NaOH 反应生成Na[Al(OH)4],反应中Al
为还原剂,水为氧化剂。
6.从铝土矿中提取金属铝
铝土矿的主要成分是Al2O3,还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质。
资料表明,SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
小题对点过
(1)上述转化流程①中不用氨水沉淀Fe3+的原因是
。
(2) 上述流程②中, 不用盐酸( 或H2SO4) 酸化, 而通入CO2 的原因是
。
(3)
采
用
电
解
熔
融
Al2O3
制
备
铝
而
不
用
氯
化
铝
的
原
因
是
。
(4)电解时加入冰晶石的目的是 。
答案 (1)Al(OH)3只能溶于强碱,不能溶于氨水,用氨水不能将Fe(OH)3和Al(OH)3分离
(2)[Al(OH)4]-与酸反应生成的Al(OH)3具有两性,可溶于强酸,不易控制酸的量;CO2廉价而且生成的副
产物NaHCO3用途广泛,经济效益好
(3)氯化铝是共价化合物,熔融氯化铝以分子的形式存在
(4)降低Al2O3熔化的温度
1.生活中处处有化学。下列生活中Al 及其化合物相关反应的离子方程式书写不正确的是( )
A.胃舒平[主要成分为Al(OH)3]治疗胃酸过多:Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O
B.泡沫灭火器灭火原理:2Al3++3CO3
2−+3H2O===3CO2↑+2Al(OH)3↓
C.某主要成分为苛性钠、铝粉的管道疏通剂:2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑
D.明矾净水原理:Al3++3H2O
Al(OH)3(胶体)+3H+
答案 B
解析 A.胃酸的主要成分为盐酸,胃舒平治疗胃酸过多的离子方程式为Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O,
故A 正确;B. 泡沫灭火器中碳酸氢钠与硫酸铝溶液反应的离子方程式为Al3++3HCO3
−
===3CO2↑+Al(OH)3↓, 故B 错误;C. 苛性钠与铝粉反应的离子方程式为2Al+2OH-
+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑,故C 正确;D.明矾能净水是因为Al3+水解:Al3++3H2O
Al(OH)3(胶体)
+3H+,产生的氢氧化铝胶体能吸附水中悬浮的杂质,故D 正确。
2.称取两份铝粉,第一份加入足量氢氧化钠溶液,第二份加入足量盐酸,若要放出等量的气体,两份铝
粉的质量之比为( )
A.1∶3
B.3∶1
C.1∶1
D.4∶3
答案 C
解析 由反应:2Al+6H+===2Al3++3H2↑和2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑可知,等量的铝分别与
足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应,生成的氢气的量相等。
3.(2024·河北唐山模拟预测)铝土矿是生产金属铝的最佳原料,其用量占世界铝土矿总产量的90%以
上。以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备有机合成中的重要还原剂铝氢
化钠(NaAlH4)的一种工业流程如图(已知二氧化硅在“碱溶”时生成硅酸钠沉淀):
下列说法中错误的是( )
A.为了提高“碱溶”效率,在“碱溶”前对铝土矿进行粉碎
B.“反应Ⅰ”的部分化学原理与泡沫灭火器的原理相同
C.“电解Ⅱ”中阳极的电极反应式为2H2O-4e-+4CO3
2−===O2↑+ 4 HC O3
−
D.“反应Ⅲ”的化学方程式为4NaH+AlCl3===NaAlH4+3NaCl
答案 B
解析 A.在“碱溶”前对铝土矿进行粉碎,可以增大接触面积,提高“碱溶”效率,故A 正确;B.“反应
Ⅰ”是[Al(OH)4]-+HCO3
−===Al(OH)3↓+CO3
2−+H2O,与泡沫灭火器的原理不相同,故B 错误;C.“电解
Ⅱ”是电解碳酸钠溶液,阳极的电极反应式为2H2O-4e-+4CO3
2−===O2↑+ 4 HC O3
−,故C 正确;D.“反应
Ⅲ”是氯化铝和NaH 反应生成NaAlH4和NaCl,化学方程式为4NaH+AlCl3===NaAlH4+3NaCl,故D
正确。
4.向含有HCl、MgCl2、AlCl3、NH4Cl 的混合溶液中(假设各1 mol),逐滴加入NaOH 溶液,沉淀的物
质的量随NaOH 溶液体积变化的图像如图。(假设Mg2+、Al3+结合OH-能力相同)
分析图像的变化情况,回答下列问题:
(1)H+ 、Al3+ 、Al(OH)3 、NH 4
+四种微粒与OH- 反应的先后顺序依次为
。
(2)依次写出各阶段的离子方程式:
①OA: 。
②AB: 。
③BC: 。
④CD: 。
答案 (1)H+、Al3+、NH 4
+、Al(OH)3
(2)①H++OH-===H2O
②Al3++3OH-===Al(OH)3↓,Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
③NH 4
++OH-===NH3·H2O
④Al(OH)3+OH-===[Al(OH)4]-
考点三 金属材料 合金
1.金属材料分类
2.合金
(1)由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)合金具有优良的物理、化学或机械性能;一般来说,合金的硬度大于各成分金属,熔点低于各成分
金属。
小题对点过
(1) 根据纯金属与合金的结构比较, 说明合金的硬度比其成分金属大的原因
。
(2) 已知铜的熔点为1 083 ℃, 钠的沸点为883 ℃, 试问铜与钠能否形成合金
。
答案 (1)纯金属内所有原子的大小和形状相同,原子排列十分规整;加入或大或小的其他元素的原
子后,改变了金属原子有规则的层状排列,使原子层之间的相对滑动变得困难,导致合金的硬度变大
(2)不能。当铜开始熔化时,钠已经气化,所以二者不能形成合金
3.几种常见的合金
(1)
(2)
(3)
小题对点过
下列说法中正确的是 。
(1)铁是人类最早使用的金属,钢铁属于铁碳合金
(2)铝合金的熔点比纯铝的低
(3)黑色金属材料及它们的合金是应用最广泛的金属材料
(4)金属镁有“国防金属”的美誉,也被誉为“21 世纪的金属”
答案 (2)(3)
1.(2024·山东模拟预测)镧镍合金是一种具有实用价值的新型储氢合金材料。下列说法不正确的是(
)
A.镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物
B.镍属于过渡元素,位于元素周期表d 区
C.氢能是理想能源,具有来源广、热值高、无污染等优点
D.合金的熔点一定比各成分金属的熔点低
答案 D
解析 A.镧镍合金能大量吸收H2,并与H2结合成金属氢化物,金属氢化物稍稍加热又容易分解,所以
可用作储氢材料,A 正确;B.镍是28 号元素,属于过渡元素,位于元素周期表d 区,B 正确;C.氢能是理想
能源,具有来源广、热值高、无污染等优点,C 正确;D.合金的熔点一般比各成分金属的熔点低,但不
是一定低,比如汞合金的熔点比汞高,D 错误。
2.合金是一类用途广泛的金属材料,下列关于合金的说法正确的是( )
A.铜铝合金的硬度比铜和铝的都大,熔点比铜和铝的都低
B.合金只能由两种或两种以上的金属组成
C.合金的制备过程发生的是化学变化
D.铁合金不能与酸反应
答案 A
解析 合金是一种金属熔合其他金属或非金属形成的具有金属特性的混合物,合金中可以含有非金
属元素,如生铁为铁与碳的合金,故B 不符合题意;合金的制备过程没有新物质生成,是物理变化,故C
不符合题意;铁合金中含有铁,能够与盐酸等反应生成盐和氢气,故D 不符合题意。
3.下列关于新型合金材料说法不正确的是( )
A.镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物,可作储氢材料
B.钛合金生物相容性好,强度大,可作人造骨骼
C.形状记忆合金可在使合金发生形变的作用力消失后恢复原状
D.利用合金的熔点低于成分金属这一特点可制得耐热合金
答案 D
解析 储氢材料是一类能可逆地吸收和释放氢气的材料,镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物,
是目前解决氢气的储存和运输问题的材料,故A 正确;钛合金与人体有很好的相容性,且性质稳定,抗
腐蚀性强,所以可用来制造人造骨骼,故B 正确。
1.(2022·湖南卷)铝电解厂烟气净化的一种简单流程如下:
下列说法错误的是( )
A.不宜用陶瓷作吸收塔内衬材料
B.采用溶液喷淋法可提高吸收塔内烟气吸收效率
C.合成槽中产物主要有Na3AlF6和CO2
D.滤液可回收进入吸收塔循环利用
答案 C
解析 烟气(含HF)通入吸收塔,加入过量的碳酸钠,发生反应:Na2CO3+2HF===2NaF+H2O+CO2↑,向合
成槽中通入Na[Al(OH)4],发生反应:6NaF+Na[Al(OH)4]+2CO2===Na3AlF6+2Na2CO3+2H2O,过滤得到
Na3AlF6和含有Na2CO3的滤液。陶瓷的成分中含有SiO2,SiO2能与氢氟酸发生反应,因此不宜用陶瓷
作吸收塔内衬材料,故A 正确;采用溶液喷淋法可增大反应物的接触面积,提高吸收塔内烟气吸收效
率,故B 正确;由分析可知,合成槽中产物是Na3AlF6和Na2CO3,故C 错误;滤液的主要成分为Na2CO3,
可进入吸收塔循环利用,故D 正确。
2.(2020·山东卷)以菱镁矿(主要成分为MgCO3,含少量SiO2、Fe2O3和Al2O3)为原料制备高纯镁砂的
工艺流程如下:
已知浸出时产生的废渣中有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3。下列说法错误的是( )
A.浸出镁的反应为MgO+2NH4Cl===MgCl2+2NH3↑+H2O
B.浸出和沉镁的操作均应在较高温度下进行
C.流程中可循环使用的物质有NH3、NH4Cl
D.分离Mg2+与Al3+、Fe3+是利用了它们氢氧化物Ksp的不同
答案 B
解析 结合工艺流程可知煅烧后得到的轻烧粉的成分为MgO 和少量SiO2、Fe2O3、Al2O3,NH4Cl 溶
液呈酸性,浸出时使MgO 及Fe2O3、Al2O3溶解,浸出后得到的废渣中含有SiO2、Fe(OH)3和Al(OH)3,
所得浸出液中含有Mg2+及过量的NH4Cl,加入氨水时Mg2+转化为Mg(OH)2,经煅烧得到高纯镁砂
(MgO)。结合流程图和上述分析可知浸出镁的反应为MgO+2NH4Cl===MgCl2+2NH3↑+H2O,A 项正
确;浸出可以在较高温度下进行,促进NH4Cl 水解和NH3的逸出,但沉镁时应在低温下进行,以减弱氨
水分解,B 项错误;结合流程图可知浸出得到的NH3 可转化为氨水,用于沉镁,滤液中含有过量的
NH4Cl,可用于浸出时的反应液,故该流程中NH3 和NH4Cl 可循环使用,C 项正确;本流程中分离
Mg2+时,Al3+、Fe3+转化为沉淀,是利用了它们氢氧化物的Ksp不同,D 项正确。
3.(2022·福建卷)粉煤灰是火电厂的大宗固废。以某电厂的粉煤灰为原料(主要含SiO2、Al2O3和CaO
等)提铝的工艺流程如下:
回答下列问题:
(1)“浸出”时适当升温的主要目的是 ,
Al2O3发生反应的离子方程式为
。
(2)“浸渣”的主要成分除残余Al2O3外,还有 。实验测得,5.0 g 粉煤灰(Al2O3的质量分数为
30%)经浸出、干燥后得到3.0 g“浸渣”(Al2O3的质量分数为8%),Al2O3的浸出率为 。
(3)“ 沉铝” 时, 体系中三种物质的溶解度曲线如下图所示, 加入K2SO4 沉铝的目的是
,
“沉铝”的最佳方案为
。
(4)“焙烧”时,主要反应的化学方程式为
。
(5)“水浸”后得到的“滤液2”可返回 工序循环使用。
答案 (1)提高浸出率(或提高浸出速率) Al2O3+6H+===2Al3++3H2O
(2)SiO2和CaSO4 84%
(3)使更多的铝元素转化为晶体析出,同时保证晶体纯度 高温溶解再冷却结晶
(4)2KAl(SO4)2
K2SO4+Al2O3+3SO3↑或4KAl(SO4)2
2K2SO4+2Al2O3+6SO2↑+3O2↑
(5)沉铝
解析 (1)温度高速率大,“浸出”时适当升温的主要目的是提高反应速率,提高浸出率;Al2O3和H2SO4
发生反应生成Al2(SO4)3和H2O,离子反应方程式为Al2O3+6H+===2Al3++3H2O;(2)“浸渣”的主要成分
除残余Al2O3外,还有二氧化硅、硫酸钙;5.0 g 粉煤灰中Al2O3的质量为5.0 g×30%=1.5 g,3.0 g“浸
渣”Al2O3的质量为3.0 g×8%=0.24 g,则Al2O3的浸出率为1.5 g−0.24 g
1.5 g
×100%=84%;(3)根据沉铝
体系中,较低温度时Al2(SO4)3·18H2O 溶解度最大,KAl(SO4)2·12H2O 溶解度最小,更容易析出,加入
K2SO4沉铝的目的是更多的使Al2(SO4)3转化为KAl(SO4)2·12H2O,使更多的铝元素转化为晶体析出,同
时保证晶体纯度;KAl(SO4)2·12H2O 溶解度受温度影响较大,“沉铝”的最佳方案为高温溶解再冷却结
晶;(4)“焙烧”时,KAl(SO4)2分解为K2SO4、Al2O3和SO3或K2SO4、Al2O3、SO2和O2,反应方程式为
2KAl(SO4)2
K2SO4+Al2O3+3SO3↑或4KAl(SO4)2
2K2SO4+2Al2O3+6SO2↑+3O2↑;(5)“水浸”后得
到的“滤液2”成分为K2SO4,可在沉铝工序循环使用。
基础落实
选择题只有1 个选项符合题意
1.(2024·北京大兴一中月考)我国“天问一号”探测器使用了大量新材料,其中属于金属材料的是(
)
A.探测器结构材料——镁铝合金
B.深空太阳能电池材料——砷化镓
C.隔热组件材料——二氧化硅纳米气凝胶
D.柔性可伸缩材料——形状记忆聚合物
答案 A
解析 镁铝合金属于金属材料,A 正确;砷化镓为半导体材料而不是金属材料,B 错误;纳米二氧化硅
气凝胶不属于金属材料,C 错误;形状记忆聚合物是指具有初始形状的制品在一定的条件下改变其初
始条件并固定后,通过外界条件(如热、电、光、化学感应等)的刺激又可恢复其初始形状的高分子
材料,不属于金属材料,D 错误。
2.下列说法不正确的是( )
A.硬铝密度小、强度高,具有较强的抗腐蚀能力,是制造飞机的理想材料
B.贮氢合金的发现和应用,开辟了氢气贮存、运输的新途径
C.“山东舰”上用于舰载机降落拦阻索的是一种特种钢缆,属于新型无机非金属材料
D.不锈钢是一种主要含Fe、Cr、Ni 且不易生锈的合金钢
答案 C
解析 硬铝是合金,合金的硬度比纯金属大,硬铝密度小,硬度大,抗腐蚀能力强,是制造飞机的理想材
料,故A 正确;贮氢合金是高效、安全的储氢载体,其发现和应用,开辟了氢气贮存、运输的新途径,故
B 正确;“山东舰”上用于舰载机降落拦阻索的是一种特种钢缆,属于金属材料,故C 错误;不锈钢不易
生锈,主要含有Fe、Cr、Ni 和少量的碳,故D 正确。
3.关于镁的性质,下列说法错误的是( )
A.金属镁着火,可以用CO2灭火
B.镁是一种具有银白色光泽的金属
C.镁可以与热水反应生成氢气
D.镁可以与盐酸剧烈反应生成氢气
答案 A
解析 A.镁能够在CO2中燃烧,生成MgO 和C,所以镁条着火不可以用CO2灭火,A 错误;B.镁是一种
银白色、有光泽、质软能导电的金属,B 正确;C.镁与热水反应,生成氢气和氢氧化镁,C 正确;D.镁的
活泼性很强,与盐酸剧烈反应生成氯化镁和氢气,D 正确。
4.下列物质的性质和用途具有对应关系的是( )
A.Al2O3熔点高,可用作电解制铝
B.Al(OH)3不稳定,可用于治疗胃酸过多
C.明矾水解生成胶体,可用作絮凝剂
D.铝具有导热性,可用于制备铝热剂
答案 C
解析 熔融Al2O3可以电解生成铝单质,可用作电解制铝,而不是因为其熔点高,物质的性质和用途不
具有对应关系,A 不符合题意;Al(OH)3能和胃酸(盐酸)反应,可用于治疗胃酸过多,物质的性质和用途
不具有对应关系,B 不符合题意;明矾水解生成胶体从而吸附水中悬浮物加速沉降,可用作絮凝剂,物
质的性质和用途具有对应关系,C 符合题意;铝具有还原性,能还原一些金属氧化物,可用于制备铝热
剂,物质的性质和用途不具有对应关系,D 不符合题意。
5.下列有关叙述错误的是( )
A.Mg 表面易被氧化生成氧化膜,保存时一般直接放在塑料袋中或试剂瓶中
B.镁合金具有密度小、强度高的性质,可用于航空材料
C.工业上一般通过电解MgO 制单质镁
D.Mg(OH)2是弱碱,氢氧化镁悬浮剂可用作防酸助消化药
答案 C
解析 MgO 熔点高,工业上一般通过电解无水MgCl2制Mg,C 项错误。
6.(上海卷改编)铝元素之间的相互转化如图所示,下列叙述正确的是( )
A.实现①的转化,可通入过量CO2
B.实现②的转化,可加入过量NaOH 溶液
C.实现③的转化,可加入过量NaOH 溶液
D.实现④的转化,可通入过量NH3
答案 C
解析 氢氧化铝不能溶于碳酸,通入过量的CO2不能实现①的转化,A 项错误;铝盐与过量NaOH 溶
液发生反应:Al3++4OH-===[Al(OH)4]-,不能实现②的转化,B 项错误;氢氧化铝与过量的NaOH 溶液反
应Al(OH)3+OH-===[Al(OH)4]-,可以实现③的转化,C 项正确;铝盐溶液中通入过量NH3发生反应Al3+
+3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH 4
+,不能实现④的转化,D 项错误。
7.(2024·江苏南京六校调研)以菱镁矿(主要成分是MgCO3,含少量FeCO3)为原料制取高纯氧化镁需
要经历酸浸、调pH、过滤、灼烧等操作。下列实验装置和原理能达到实验目的的是( )
A.用装置甲配制稀H2SO4
B.用装置乙测溶液的pH
C.用装置丙过滤悬浊液
D.用装置丁灼烧Mg(OH)2固体
答案 C
解析 不能用容量瓶稀释浓硫酸,应用烧杯稀释,然后转移到容量瓶中,A 错误;不能直接将pH 试纸伸
入溶液中,应用玻璃棒蘸取少量溶液滴到pH 试纸上,B 错误;应用坩埚灼烧氢氧化镁固体,D 错误。
8.(2024·广州模拟)下图所示为铝的生产原理示意图。下列相关说法不正确的是( )
A.冰晶石作助熔剂
B.氧化铝属于过渡晶体
C.金属铁、铜的冶炼方法与铝类似
D.铝在工业上是一种很好的还原剂
答案 C
解析 冰晶石在电解铝工业中常用作助熔剂,A 正确;氧化铝属于过渡晶体,B 正确;工业上电解熔融
的氧化铝得到金属铝和氧气,而用热还原法来冶炼金属铁、铜,C 错误;铝为活泼金属,在冶金工业中
常作还原剂,D 正确。
9.(2024·湖南常德月考)铝是一种重要的金属,在生产、生活中具有许多重要的用途,如图是从铝土矿
中制备铝的工艺流程:
已知:①铝土矿的主要成分是Al2O3,此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质;
②溶液中的硅酸钠和四羟基合铝酸钠反应, 能生成硅铝酸盐沉淀, 化学方程式为
2Na2SiO3+2Na[Al(OH)4]===Na2Al2Si2O8↓+4NaOH+2H2O。
回答下列问题:
(1) 溶解铝土矿时,Al2O3 与
NaOH
溶液发生反应的离子方程式为
。
(2)滤渣A 的主要成分为 ;硅铝酸盐沉淀写成氧化物的形式是 。
(3) 在工艺流程第三步中, 选用二氧化碳作酸化剂而不使用盐酸的原因是
。
(4)若该工厂用m kg 铝土矿共制得n kg Al(假设每步反应进行完全),则铝土矿中Al2O3的质量分数
为 。
(5)若将铝用酸溶解,下列试剂中最好选用 (填序号)。
A.浓硫酸
B.稀硫酸
C.稀硝酸
D.浓硝酸
答案 (1)Al2O3+2OH-+3H2O===2[Al(OH)4]-
(2)Fe2O3、Na2Al2Si2O8 Na2O·Al2O3·2SiO2
(3)Al(OH)3溶于强酸而不溶于弱酸
(4)17n
9m ×100%
(5)B
解析 (4)设铝土矿中氧化铝为x kg,根据2Al~Al2O3可知x=102×n
54
,铝土矿中Al2O3的质量分数为
102×nkg
54
mkg
×100 % = 17n
9m
×100%。
能力提升
10.实验室中,采用废易拉罐(主要成分为Al,含有少量Fe、Mg 杂质)制备明矾的过程如图所示:
下列叙述错误的是( )
A.回收处理废易拉罐有利于保护环境和资源再利用
B.沉淀为Al2(CO3)3
C.操作a 包含蒸发浓缩、冷却结晶等
D.上述流程中可用过量CO2代替NH4HCO3
答案 B
解析 回收处理废易拉罐有利于保护环境和资源再利用,A 项正确;Na[Al(OH)4]与碳酸氢铵发生反应
可生成氢氧化铝,故沉淀为Al(OH)3,B 项错误;操作a 包含蒸发浓缩、冷却结晶等,C 项正确;过量二氧
化碳与Na[Al(OH)4]溶液反应也可得到氢氧化铝沉淀,D 项正确。
11.目前,世界上金属镁的主要生产方法有以下两种。
方法1:皮江法
CaCO3·MgCO3(s)
CaO·MgO(s)+2CO2(g)
2CaO·MgO(s)+Si(s)
2CaO(s)+SiO2(s)+2Mg(g)
方法2:无水氯化镁熔盐电解法
MgCl2(l)
Mg(s)+Cl2(g)
下列有关叙述错误的是( )
A.采用皮江法制镁不利于促进碳中和
B.采用皮江法制得2.4 t 金属镁,排放8.8 t CO2
C.可用Al 代替Si 还原CaO·MgO(沸点:Mg 为1 107 ℃、Al 为2 327 ℃)
D.直接加热MgCl2·6H2O 可获得方法2 制镁的原料无水MgCl2
答案 D
解析 采用皮江法制镁时,第一步反应产生大量的CO2,不利于促进碳中和,A 项正确;根据皮江法制
镁的化学方程式可得关系式:Mg~CaO·MgO~2CO2,若制得2.4 t (105 mol)金属镁,则排放 2×105 mol
(8.8 t) CO2,B 项正确;在金属活动性顺序表中Mg 在Al 前,Al 不能置换出Mg,但由于Mg 的沸点低于
Al 的沸点,Mg 蒸气脱离反应体系,使反应正向进行,故可以用Al 代替Si 还原CaO·MgO,C 项正确;
MgCl2·6H2O 在直接加热时会发生水解,故应在HCl 氛围中加热制取无水MgCl2,D 项错误。
12.(2024·山东青岛一模)锂辉矿(主要成分为LiAlSi2O6)可用低温重构-直接浸出技术制备碳酸锂,同
时得到氧化铝,工艺流程如图。下列说法错误的是( )
A.“水热反应”为2LiAlSi2O6+8NaOH
Li2SiO3↓+3Na2SiO3+2Na[Al(OH)4]
B.“滤渣1”和“滤渣2”主要成分相同
C.冶炼金属锂和金属铝均可用电解其熔融氯化物的方法
D.流程中不涉及氧化还原反应
答案 C
解析 A.“水热反应”中LiAlSi2O6 与NaOH 反应生成相应的盐,反应为2LiAlSi2O6+8NaOH
Li2SiO3↓+3Na2SiO3+2Na[Al(OH)4],故A 正确;B.“滤渣1”和“滤渣2”主要成分均为硅酸,故B 正确;
C.AlCl3为共价化合物,冶炼金属铝采用电解熔融氧化铝,故C 错误;D.流程中各步转化过程中均不存
在化合价变化,不涉及氧化还原反应,故D 正确。
13.氮化铝(AlN)是一种新型无机非金属材料。为了分析某AlN 样品(样品中的杂质不与氢氧化钠溶
液反应)中AlN 的含量,某实验小组设计了如下两种实验方案。
已知:AlN+NaOH+3H2O===Na[Al(OH)4]+NH3↑
方案1 取一定量的样品,用以下装置测定样品中AlN 的纯度(夹持装置已略去)。
(1)上图装置C 中球形干燥管的作用是
。
(2)完成以下实验步骤:组装好实验装置,首先
,
再加入实验药品。接下来的实验操作是 。
打开分液漏斗活塞,加入NaOH 浓溶液,至不再产生气体。打开K1,通入氮气一段时间,测定装置C 反
应前后的质量变化。通入氮气的目的是
。
(3)若去掉装置B,则导致测定结果 (填“偏高”“偏低”或“无影响”)。由于上述装置还
存在缺陷,导致测定结果偏高,请提出改进意见:
。
方案2 按以下步骤测定样品中AlN 的纯度:
(4)步骤②生成沉淀的离子方程式为
。
(5)步骤③的操作是 。
AlN 的纯度是 (用含m1、m2的代数式表示)。
答案 (1)防止倒吸
(2)检查装置的气密性 关闭K1,打开K2 把装置中残留的氨气全部赶入装置C
(3)偏高 在装置C 的出口处连接一个干燥装置
(4)CO2+[Al(OH)4]-===HCO3
−+Al(OH)3↓
(5)过滤、洗涤
4 100m2
51m1
%
解析 (2)实验步骤如下:组装好实验装置,首先检查装置的气密性,再加入实验药品;接下来的实验操
作是关闭K1,打开K2,并打开分液漏斗活塞,加入NaOH 浓溶液,至不再产生气体;打开K1,通入氮气一
段时间,测定装置C 反应前后的质量变化。由于反应中产生的氨气会残留在装置中,因此通入氮气的
目的是把装置中残留的氨气全部赶入装置C。(3)生成的氨气中含有水蒸气,若去掉装置B,则装置C
的质量增加,导致测定结果偏高。由于空气中含有的水蒸气也会进入装置C,导致测定结果偏高,因此
改进的措施是在装置C 的出口处连接一个干燥装置。(4)滤液中含有Na[Al(OH)4],则步骤②生成沉
淀的离子方程式为CO2+[Al(OH)4]-===HCO3
−+Al(OH)3↓。(5)m2 g 固体的成分是氧化铝,根据铝原子守
恒可知AlN 的纯度为
m2
102 ×2×41
m1
×100 % = 4 100m2
51m1
%。
14.(2024·贵州黔南二模)草酸钴是制作氧化钴和金属钴的原料。一种利用含钴废料(主要成分为
Co2O3,含少量Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、碳及有机物)制取CoC2O4的工艺流程如图所示:
已知:酸性条件下氧化能力:Co2O3>Cl2>Fe3+。
(1)“550 ℃焙烧”的目的是 ,
提高焙烧速率的措施有 。
(2)“碱浸”过程中发生反应的离子方程式是
。
(3)基态Co 原子的价电子排布式是 ;
“钴浸出”过程中,不能用盐酸代替硫酸,原因是
。
(4)“ 净化除杂
1” 过程中, 先在
40~50 ℃加入
H2O2,H2O2
的作用是
;
再升温至80~85 ℃, 加入Na2CO3 溶液, 调pH 至4.5 沉铁, 该反应的离子方程式为
。
答案 (1)除去碳和有机物 含钴废料粉碎、含钴废料与空气逆流混合、鼓入富氧空气
(2)Al2O3+2OH-+3H2O===2[Al(OH)4]-
(3)3d74s2 Co2O3能把盐酸氧化为氯气
(4)把Fe2+氧化为Fe3+ 2Fe3++3CO3
2−+3H2O===2Fe(OH)3↓+3CO2↑
解析 (1)含钴废料主要成分为Co2O3,含少量Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、碳及有机物,550 ℃焙烧
除去碳和有机物;根据影响反应速率的因素,提高焙烧速率的措施有含钴废料粉碎、含钴废料与空气
逆流混合、鼓入富氧空气等。(2)“碱浸”时,Al2O3和氢氧化钠反应生成Na[Al(OH)4],发生反应的离
子方程式是Al2O3+2OH-+3H2O===2[Al(OH)4]-。(3)Co 是27 号元素,基态Co 原子的价电子排布式是
3d74s2;酸性条件下氧化能力Co2O3>Cl2>Fe3+,Co2O3能把盐酸氧化为氯气,所以“钴浸出”过程中,不
能用盐酸代替硫酸。(4)“净化除杂1”过程中,先在40~50 ℃加入H2O2,H2O2的作用是把Fe2+氧化为
Fe3+;再升温至80~85 ℃,加入Na2CO3溶液,调pH 至4.5 生成氢氧化铁沉淀,该反应的离子方程式为
2Fe3++3CO3
2−+3H2O===2Fe(OH)3↓+3CO2↑。
