镁和铝及硬水软化 （一）网上课堂 [本讲主要内容] 简单介绍金属，镁和铝的物理性质，镁和铝的化学性质，铝的重要化合物，合金，硬水和软水，硬水的软化。 [学习指导] 1．简单介绍金属 在元素周期表中五分之四的元素属于金属元素。常温下，除汞是液体以外，其它金属都是固体。金是黄色，铜是红色，铋是银白色或微显红色金属。少数金属有特殊颜色，大多数金属呈银白色，不透明，整块金属有光泽，但金属处于粉末状态时，常显不同颜色。 密度最大的金属是铂，ρ=21.45g·cm-3。熔点最高的金属是钨，其熔点是3410℃。硬度最大金属是铬，其硬度是9。延性和展性最好的是金，锑（Sb），铋（Bi），锰延性展性最差，受到敲打就碎。银和铜导电性最好。 2．镁和铝的原子结构和单质的物理性质 镁和铝的原子结构和物理性质 元素 符号 相对原子质量 原子结构 示意图 原子半径 （nm） 单质的物理性质      颜色和状态 硬度 密度(g·cm-3) 熔点(℃) 沸点(℃)  12Mg 24.31  0.160 银白色固体 很软 1.738 645 1090  13Al 26.93  0.143 银白色固体 较软 2.70 660.4 2467  铝的原子半径比镁的小，铝的硬度、熔点、沸点比镁高。 3．镁和铝的化学性质 镁和铝的化学性质 Mg-2e-→Mg2+ Al-3e-→Al3+  与非金属反应 2Mg+O2
2MgO 3Mg+N2
Mg3N2 Mg+Cl2
MgCl2 2Al+3O2
Al2O3 2Al+3S
Al2S3(固相反应) 2Al+3Cl2
2AlCl3  与酸作用 Mg+2H+==Mg2++H2↑ (HCl稀 H2SO4) 2Al+6H+(HCl，稀H2SO4)=2Al3++3H2↑常温下，浓HNO3浓H2SO使Al钝化  与碱作用 Mg不与NaOH反应 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ 2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑  与氧化物反应 2Mg+CO2
2MgO+C 不可用干冰灭火器扑灭化学实验室K、Na、Ca、Mg等试剂着火 Mg+2H2O
Mg(OH)2+H2↑ 2Al+Fe2O3
2Fe+Al2O3 (MnO2) 此类反应称铝热反应， (V2O5) 用于野外铁轨的焊接和 (CuO) 金属冶炼上。 (NiO)  4．铝的重要化合物 铝的重要的化合物 铝的化合物 与盐酸作用 与NaOH溶液作用 主要用途  氧化铝Al2O3白色，难熔 Al2O3+6H+=2Al3++3H2O Al2O3+2OH-=2AlO2+H2O 冶炼铝，做耐火材料  氢氧化铝Al(OH)3几乎不溶于水的白色胶状物质 Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O 制Al(OH)3，用铝盐与氨水反应 Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+ 明矾水解，水溶液呈酸性 Al3++3H2O?Al(OH)3+3H+，Al(OH)3吸附力强，可吸附杂质，做净水剂  明矾 KAl(SO4)2·12H2O 无色晶体，溶于水 2KAl(SO4)2+6NaOH(适量)=2Al(OH)3↓+K2SO4+3Na2SO4 KAl(SO4)2+4NaOH(过量)=KAlO2+2Na2O4+2Na2SO4+2H2O   Al2O3与盐酸，与NaOH都反应，生成盐和水，称其为两性氧化物。Al(OH)3是两性氢氧化物。在水溶液中存在两种形式的电离平衡 H2O+H++AlO2- Al(OH)3 Al3++3OH- 酸式电离 两性氢氧化物 碱式电离 向Al(OH)3悬浊液中加强酸(H+)，降低C(OH-)，平衡右移，生成铝盐(Al3+)加入碱，降低C(H+)，平衡左移，生成偏铝酸盐。 铝盐由于Al3++3H3O Al(OH)3+3H+……① 偏铝酸盐，由于偏铝酸根水解，使溶液中C(H+)ω1>ω2 3．在标准状况下进行下列实验，甲、乙、丙各取30mL相同物质的量浓度的盐酸，加入不同质量相同成分镁铝合金的粉末，产生气体，有关数据列表如下： 实验序号 甲 乙 丙  粉末质量(mg) 510 765 918  气体体积(mL) 560 672 672  （1）求盐酸的物质的量的浓度是多少？ （2）求合金中Mg、Al的质量分数？ 解析：从给的数据上分析，甲、乙、丙所用盐酸物质的量相同，甲投入的合金少，产生的H2也少，一定是盐酸过量。合金反应完全。乙、丙产生相同体积的H2，丙投入的合金质量最大，所以丙中，盐酸消耗尽，合金有剩余。 （1）计算盐酸浓度用丙的数据。（盐酸是欠量） n(HCl)=2n(H2)=
C(HCl)=
（2）计算Mg、Al的质量分数用甲的数据（合金是欠量）
解之


答：盐酸浓度为2.0mol·L-1，合金中含镁47.6%，含铝52.94%。 4．我国规定饮用水的硬度不超过25℃，硬度的表示方法是：将水中的Ca2+和Mg2+都看成是Ca2+，并将其质量折算成CaO的质量，通常把1L水中含有10mgCaO称为1°，水中的Ca2+和Mg2+可用一定浓度的Y溶液进行滴定，Y跟Ca2+和Mg2+都以等物质的量完全反应。 （1）现取某地区的地下水样25.00mL，用0.0100mol·L-1的Y溶液滴定，完全反应时消耗Y溶液15.00mL。试计算该地区地下水的硬度，并判断是否符合饮用水的标准？ （2）如果每次分析时取的水样都是25.00mL，为了便于计算，要求每消耗0.50mLY溶液即相当于水的硬度为1°，则Y溶液的物质的量浓度应为多少？ 解析： （1）取地下水样1升，含Ca2+和Mg2+的物质的量为： 0.0100mol·L-1×0.0150L×
=6×10-3mol 则此水的硬度：
硬度超过25℃，不符合饮水标准。 （2）利用（1）的计算结果，设Y溶液的物质的量浓度为C
C=8.93×10-3mol·L-1 答：Y溶液浓度为8.93×10-3mol·L-1 （二）网上能力训练题 [基础性训练题] 一．选择题： 1．用于飞机制造业的重要的材料是（ ） A．Mg、Al合金 B．Cu、Sn合金 C．Al、Si合金 D．不锈钢 2．工业上制取镁粉，是将镁蒸气里在某气体中冷却，下列气体可做冷却剂的是（ ） A．CO B．空气 C．Ar D．H2 3．称取两份铝粉，第一份加入足量的浓NaOH溶液，第二份加足量盐酸，如果放出等体积的气体（同温同压下），两份铝粉的质量之比为（ ） A．1:2 B．1:3 C．3:2 D．1:1 4．锅炉水垢的主要成分是（ ） A．CaCO3和MgCO3 B．CaCO3和Mg(OH)2 C．CaCO4和MgCO3 D．CaSO4、CaCO3和MgO 5．明矾净水的作用是（ ） A．使暂时硬水软化 B．使永久硬水软化 C．吸附水中悬浮物 D．消毒杀菌 6．在暂时硬水中加入下列适当物质，可使硬度降低的是（ ） A．CaO B．NaHCO3 C．Al2(SO4)3 D．Na3PO4 7．将相同质量的镁条分别在足量的①氧气中②空气中③二氧化碳中完全燃烧，得到固体产物的质量分别是ω1g、ω2g、ω3g，则三者大小的关系为（ ） A．ω1=ω2=ω3 B．ω1>ω2>ω3 C．ω3>ω1>ω2 D．ω2>ω1>ω3 8．向含有amolAlCl3的溶液中加入bmolKOH溶液，生成沉淀的物质的量可能是（ ） ①amol ②bmol ③
mol ④
mol ⑤0mol ⑥(4a-b)mol A．①②④⑤⑥ B．①③④⑤⑥ C．①②③⑤⑥ D．只有①③⑤ 9．向明矾溶液里滴加Ba(OH)2溶液，当SO42-沉淀完全时，铝元素的存在形式是（ ） A．一部分为Al(OH)3沉淀，一部分以Al3+的形式存在于溶液中 B．一部分为Al(OH)3沉淀，一部分以AlO2-的形式存在于溶液中 C．全部为Al(OH)3沉淀 D．几乎全部以AlO2-形式存在于溶液中 10．把X溶液逐滴滴入Y溶液中，与把Y溶液逐滴滴入X溶液中，所产生的现象不同的是 A B C D  X BaCl2 HCl NaOH FeCl3  Y H2SO4 NaAlO2 AlCl3 NaOH  11．在相同条件下，将Mg、Al、Fe分别投入质量相等且足量的稀H2SO4中，反应结束后，三种溶液的质量仍然相等，则投入的Mg、Al、Fe三种金属的质量关系正确的是（ ） A．Mg>Al>Fe B．Al>Fe>Al C．Al>Mg>Fe D．Fe>Mg>Al 12．把铝粉和Fe3O4粉末配成铝热剂并分成两等份，第一份在高温下恰好完全反应，并将生成物与足量的盐酸充分反应；第二份直接加入足量的NaOH溶液使之充分反应，前后两种情况下生成的气体在相同状况下的体积比是（ ） A．1:1 B．9:8 C．3:4 D．4:3 二．填空题： 13．有A、B、C、D、E5种化合物，其中A、B、C、D是铝元素的化合物，F是一种气体，标准状况下对空气的相对密度是1.103。且有下列反应： ①A+NaOH→D+H2O ②B
A+H2O ③C+NaOH(适量)→B+NaCl ④E+H2O→NaOH+F ⑤C+D+H2O→B，则A、B、C、D 化学式分别是A ______，B ______，C ______，D ______。 写出4molC和6molE在水溶液中发生反应的化学方程式_______________。 14．某无色透明溶液，跟金属铝反应放出H2，试判断下列离子：Mg2+、Cu2+、Ba2+、H+、Ag+、SO42-、SO32-、HCO3-、OH-、NO3-，何者能存在于此溶液中？ （1）当生成Al3+时，可能存在________。 （2）当生成AlO2-时，可能存在_______。 三．计算题： 15．取1.5mol·L-1的硫酸11.5mL，投入0.4g镁条，再滴入1mol·L-1NaOH溶液将溶液中的Mg2+全部沉淀下来，向NaOH溶液的用量至少为多少毫升？ 16．将2.7g铝屑放入200mL3mol·L-1盐酸中完全反应后，再往其溶液中加入多少毫升4mol·L-1NaOH溶液后可得到3.9g沉淀？ [提高性训练题] 一．选择题： 17．通常将1L水中含有10mgCaO称为1度，以1°表示。有一饮用水，经化验含有0.015%的CaCl2，该水的密度为1g·cm-3，则该水的硬度是（ ） A．约为4° B．约为6° C．约为8° D．大于8° 18．当燃烧镁和某金属组成的合金时，所形成氧化物的质量为反应前合金质量的2倍，另一种金属可能是（ ） A．铜 B．铍 C．钠 D．铝 19．已知部分被氧化的镁1.6g，和足量的盐酸反应，在标准状况下生成H21.12L。在跟盐酸反应前被氧化的镁是（ ） A．1.2g B．0.64g C．0.4g D．0.24g 20．将5g某金属加入100mL4mol·L-1的硫酸溶液中，当H2SO4溶液降低到原浓度的一半时（设溶液体积不变），金属还没有全部溶解，该金属可能是（ ） A．铝 B．锌 C．铁 D．镁 21．现有硫酸镁和硫酸铝的混合溶液，其中Mg2+浓度为2mol·L-1，SO42-浓度为6.5mol·L-1，若将200mL此混合溶液中的Mg2+和Al3+分离，至少应加入1.6mol·L-1的NaOH溶液的体积为（ ） A．0.5L B．1.625L C．1.8L D．2L [研究性习题] 22．有镁和铝两种金属的混合粉末1.44g，在50mL3.4mol·L-1的盐酸中全部溶解，再加入50mL4.0mol·L-1的NaOH溶液，得白色沉淀物。滤出沉淀物灼烧质量不再减少，得固体1.11g，在滤液中滴加少量稀盐酸即有沉淀产生，求原混合物中镁，铝各多少克？ [能力训练题点拨与解答] 基础训练题部分 一． 1．A 2．C 3．D 4．B 5．C 6．AD 其中CaO+H2O=Ca(OH)2 Ca(OH)2+Ca(HCO3)2=2CaCO3↓+2H2O 2Ca(OH)2+Mg(HCO3)2=Mg(OH)2↓+2CaCO3↓+2H2O 3Ca2++2PO43-=Ca3(PO4)2↓ 3Mg2++2PO43-=Mg3(PO4)2↓ 7．C 分析：ω1→2MgO ω2→
Mg3N2 ω3→2MgO+C 2×40
×100 2×40+12 所以ω3>ω1>ω2 8．B 分析：反应过程是： AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓+3NaCl ① Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O ② AlCl3+4NaOH=3NaCl+NaAlO2+2H2O ③ 生成Al(OH)3物质的可以是a，小于a，
，4a-b，0 9．D 写正确的化学方程式就可以了。 KAl(SO4)2+2Ba(OH)2=2BaSO4↓+KAlO2+2H2O 10．BC B选项把HCl滴入NaAlO2溶液中，加一滴就生成白色沉淀，振荡后也不消失，把NaAlO2滴入HCl中，局部产生白色沉淀，振荡后立即消失。发生反应的化学方程式为： HCl+NaAlO2+H2O=NaCl+Al(OH)3↓； NaAlO2+HCl+2H2O=NaCl+Al(OH)3↓Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O，也可直接写成NaAlO2+4HCl=NaCl+AlCl3+2H2O。 C选项，NaOH滴入AlCl3溶液中，立即产生白色沉淀3NaOH+AlCl3=Al(OH)3↓+3NaCl振荡白色沉淀AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓+3NaCl，振荡后白色沉淀立即消失。Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O，也可以写成。AlCl3+4NaOH=3NaCl+NaAlO2+2H2O 11．C 思路是：金属于稀酸反应放出H2，都是溶液质量增加的反应。在酸足量的条件下，等质量的金属使溶液质量增加多的金属要少加，使溶液质量增加少的金属要多加。 1gAl与足量稀H2SO4反应，溶液增加的质量=
，1gMg与足量稀H2SO4反应，溶液增加的质量=
，1gFe与足量稀H2SO4反应，溶液增加的质量=
。
<
<
，所以加入金属质量由多到少是Al>Mg>Fe。 12．C 写对方程式：8Al+3Fe3O4
4Al2O3+9Fe 9Fe
9H2↑ 8Al

=12H2↑ n(H2)前:n(H2)后=9:12=3:4 二．填空题： 13．分析：F的摩尔质量=29g·mol-1×1.103=32g·mol-1，F是O2，E是Na2O2。 结论：A：Al2O3 B：Al(OH)3 C：AlCl3 D：NaAlO2 4AlCl3+6Na2O2+6H2O=4Al(OH)3↓+12NaCl+3O2↑ 14．分析：Al→Al3+是在酸溶液中进行反应；Al→AlO2-是在强碱溶液中进行反应，两种溶液都为无色透明。 结论： （1）H+、Mg2+、SO42- （2）OH-、Ba2+、NO3- 三．计算题： 15．解：根据化合物的固定组成解此题最省力。 Mg
MgSO4
Mg(OH)2+Na2SO4 H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O n(Na2SO4)=1.5mol·L-1×0.0115L=0.01725mol n(NaOH)=0.01725mol×2=0.0345mol V[NaOH(aq)]=
=34.5mL 答：把Mg2+完全沉淀最少需1mol·L-1的NaOH溶液34.5mL。 16．解：由于Al(OH)3是典型的两性氢氧化物，适量的强碱会沉淀Al3+，形成Al(OH)3，而过量的强碱又会溶解Al(OH)3所以这类题基本都有两组答案。 3.9gAl(OH)3的物质的量是0.05mol 2.7gAl的物质的量是0.1mol Al(OH)3可以与AlCl3共存，也可以与NaAlO2共存。 0.1molAl
0.1molAlCl3 余0.3molHCl 第一个答案：AlCl3和Al(OH)3共存，各为0.05mol，加入4mol·L-1的NaOH共发生2个反应： 其一，NaOH+HCl == NaCl+H2O 0.3mol←0.3mol 其二，AlCl3+3NaOH == Al(OH)3↓+3NaCl 0.05mol→0.15mol 0.05mol 需4mol·L-1NaOH溶液的体积=
第二个答案：Al(OH)3与NaAlO2共存，各为0.05mol，加入4mol·L-1的NaOH共发生3个反应： NaOH + HCl == NaCl+H2O ① 0.3mol 0.3mol 3NaOH+AlCl3 == Al(OH)3↓+3NaCl ② 0.15mol 0.05mol 0.05mol 4NaOH+AlCl3 == NaAlO2+3NaCl+2H2O ③ 0.20mol 0.05mol 0.05mol V[NaOH(aq)]=
答：获得3.9克Al(OH)3，加入4mol·L-1的NaOH溶液可以是112.5mL，也可以是162.5mL。 [提高性训练题部分] 一． 17．C 取1L水，质量为1000g，其中m(CaCl2)=0.15g=150mg 水的硬度=150mg
=150mg
18．B Cu→CuO 64 84
ΔBe→BeO 9 25
Na→
Na2O2 23 39
Al→
Al2O3 27 51
ΔMg→MgO 24 40
用平均值方法解题，是Be和Mg的合金 19．D m(Mg+MgO)=1.6g，其中n(Mg)=n(H2)=
m(Mg)=1.2g m(MgO)=0.4g，其中Mg元素为0.24g没与盐酸反应前被氧化的镁是0.24g。 20．AD 当H2SO4消耗0.2mol时，Al消耗
。Zn消耗0.2mol，质量13g>5g；Fe消耗11.2g>5g，Mg消耗4.8g<5g。 21．D 溶液中C(MgSO4)=2mol·L-1，则C[Al2(SO4)3]=
=1.5mol·L-1 C(Al3+)=3.0mol·L-1 在200mL中n(Mg2+)=0.4mol n(Al3+)=0.6mol V[NaOH(aq)]=
[研究性习题] 22．解：本题涉及到多个反应： Mg+2HCl=MgCl2+H2↑ 2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑ HCl+NaOH=NaCl+H2O MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2↓+2NaCl AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓+3NaCl Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O Mg(OH)2
MgO+H2O 2Al(OH)3
Al2O3+3H2O 若按每个反应式逐步求解，计算就非常繁杂。为此，要采取尽可能简化的物质的量关系进行求解，可使问题大大简化。 已知HCl为3.4mol·L-1×0.05L=0.17mol； NaOH为4.0mol·L-1×0.05L=0.20mol。 设原混合物中Mg的物质的量为x，Al的物质的量为y ①因为HCl全部转化为NaCl根据Cl-守恒，则有：n(HCl)=n(NaCl)=0.17mol ②因为NaOH转化为NaCl和NaAlO2两部分根据Na+守恒，则有：n(NaCl)+n(NaAlO2)=n(NaOH)=0.20mol 故n(NaAlO2)=0.20mol-n(NaCl)=0.20mol-0.17mol=0.03mol ③根据Al元素物质的量守恒有： y=n[Al(OH)3]+n(NaAlO2) =n[Al(OH)3]+0.03mol ④根据Mg元素物质的量守恒有： x=n[Mg(OH)2]=n(MgO) 由Al(OH)3受热分解的方程式可求得：(y-0.03mol)的Al(OH)3分解后生成Al2O3的物质的量为：
那么可列出如下关系：
解之 得x=0.015mol y=0.04mol 故原混合物中Mg和Al的质量分别为 0.015mol×24g·mol-1=0.36g 0.04mol×27g·mol-1=1.08g 答：原混合物中含镁0.36g，含铝1.08g。 高考资源网 w。w-w*k&s%5￥u 高考资源网 w。w-w*k&s%5￥u

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