第12讲 镁和铝 （建议2课时完成） ［考试目标］ 1．掌握金属Al及其重要化合物的主要性质、应用及其计算。 2．了解海水提镁、硬水软化的方法。 3．了解金属Mg、Al的冶炼原理。 ［要点精析］ 一、镁及其化合物 镁是一种轻金属，它的密度只有铝的密度的2／3；另外，镁合金的强度高、机械性能好。这些特性使镁成为制造汽车、飞机、火箭的重要材料，从而获得“国防金属”的美誉。在冶金工业上，镁常用作还原剂和脱氧剂。 1．镁跟非金属或氧化物反应 (1( 常温下氧化生成氧化物保护层，具有抗腐蚀的性质。 (2( 镁可以在O2、N2、CO2等气体中燃烧。 2Mg+O2
2MgO CO2+2Mg
2MgO+C 3Mg+N2
Mg3N2 (3( 镁也能跟SiO2反应：2Mg＋SiO2＝2MgO＋Si (4( 镁与冷水反应很慢，在加热时反应加快。 Mg＋2H2O＝Mg(OH)2＋H2↑ 2．镁跟酸的反应 与稀盐酸、稀硫酸等非氧化性酸发生置换反应。 Mg＋2HCl＝MgCl2＋H2↑ 3．镁与水解显酸性的盐溶液的反应 Mg＋2NH4Cl ＝MgCl2＋2NH3(＋H2↑ 4．镁盐与氨水反应产生Mg(OH)2沉淀，Mg(OH)2又能溶解在NH4Cl溶液中。 前者是由Mg(OH)2的特殊溶解性决定。在常见的难溶性氢氧化物中，Mg(OH)2的溶解度最大。故产生Mg(OH)2的条件是：浓的Mg2+ 盐溶液与浓氨水反应。 后者是由Mg(OH)2的电离性质和
的水解性质决定。通常简单认为Mg(OH)2完全电离，故能溶解在饱和NH4Cl溶液中。 MgCl2＋2NH3·H2O
Mg(OH(2＋2NH4Cl 5．海水提镁：海水提镁，最基本的方法是往海水里加碱，得到氢氧化镁沉淀，将沉淀分离出来后再加入盐酸把它变成氯化镁；之后经过滤、干燥、电解，就可得到镁。反应原理是 Mg2++2OH－==Mg(OH)2↓， Mg(OH)2＋2HCl=MgCl2＋2H2O ， MgCl2
Mg+Cl2↑ 或把从海水提取出食盐、KCl、Br2以后留下的母液浓缩，就得到卤块，主要成分是MgCl2·6H2O，然后脱水 MgCl2·6H2O
MgCl2＋6H2O，最后电解熔融的氯化镁得到镁。 6．镁的化合物 (1( 氧化镁 白色粉末，高熔点(2800℃)，碱性氧化物，能与水缓慢作用，与酸反应。 MgO＋2HCl＝MgCl2＋H2O MgO＋H2O
Mg(OH)2 (2( 氢氧化镁 白色粉末，难溶于水，与H+作用，与NH4Cl溶液作用，对热不稳定。 Mg(OH)2＋2HCl＝MgCl2＋2H2O Mg(OH)2
MgO＋H2O↑ 二、铝及其化合物 1．铝 铝为银白色金属，熔点为660.40C，沸点为24670C密度为2.7g·cm-3,导电性仅次于银、铜和金。 （1）铝跟非金属反应 常温下，铝被空气里的氧气氧化，在表面生成一层致密的氧化物薄膜，阻止内部的金属继续与氧气反应。铝在空气中强热：4Al＋3O2
2Al2O3（反应放出大量的热和耀眼的白光，因此铝可用于制造燃烧弹、信号弹、火箭推进剂等。铝与氮气在高温下反应：2Al＋N2
2AlN ，铝容易和卤素反应，常温下和氯气激烈化合生成三氯化铝；在溴中燃烧铝粉生成三溴化铝。在高温下也能和硫、氮气、碳直接化合成Al2S3、AlN、Al4C3(2000℃)。 （2）铝跟水反应 铝与沸水反应2Al＋6H2O
2Al(OH)3↓＋3H2↑ （3）铝与酸反应 ① 与非氧化性强酸(稀硫酸、盐酸)反应 2Al＋3H2SO4＝Al2(SO4)3＋3H2↑ 2Al＋6H+ ＝2Al3+＋3H2↑ ② 常温下，铝、铁遇浓硫酸、浓硝酸发生钝化。 ③ 加热时，铝与热浓硫酸、浓硝酸反应： 2Al＋6H2SO4(浓)
Al2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O ④铝与稀硝酸反应不产生H2 （4）铝与强碱溶液反应 2Al＋6H2O＝Al(OH)3↓＋3H2↑，Al(OH)3＋NaOH＝Na[Al(OH)4]。上述两个反应叠加得：2Al＋2NaOH＋6H2O ＝ 2 Na[Al(OH)4]＋3H2↑ （5）铝与某些金属氧化物反应 2Al＋Fe2O3
Al2O3＋2Fe这个反应称为铝热反应、铝粉和氧化铁粉末的混合物称为铝热剂，铝热反应可用于焊接钢轨，可用于冶炼Ni、Mn、V等难熔金属。如10Al＋3V2O5
5Al2O3＋6V ，8Al＋3Co3O4
4Al2O3＋9Co，8Al＋3Fe3O4
4Al2O3＋9Fe等。 2．氧化铝 氧化铝白色固体，高熔点(2045℃)，难溶于水，是两性氧化物（既能与酸反应生成盐和水，又能和碱反应时生成盐和水的氧化物），反应为Al2O3＋6H+＝2Al3+＋3H2O，Al2O3＋2OH(+3 H2O＝2[Al（OH）4]－ 3．氢氧化铝 （1）氢氧化铝是几乎不溶于水的白色胶状物质，能凝聚水中的悬浮物，又能吸附色素，因此可用于水的净化。 （2）氢氧化铝是两性氢氧化物（既能与酸反应生成盐和水，又能和碱反应时生成盐和水的氢氧化物），氢氧化铝具有两性，可用电离平衡移动的原理来解释：氢氧化铝的电离方程式可表示如下： Al(OH(3
Al3+＋3OH( Al(OH(3＋H2O
[Al（OH）4]－＋H+ (碱式电离) (酸式电离) 其电离程度相当微弱，只有加入强酸(或强碱)时，大量的H+(或OH－)才能破坏氢氧化铝的电离平衡，使平衡向右(或左)移动，生成铝盐(或四羟基合铝酸盐)，所以氢氧化铝既能与酸反应，又能与碱反应.当加入弱酸或弱碱时，因H+或OH－浓度太小，不能使上述平衡移动，因此Al(OH)3只溶于强酸或强碱，而不溶于弱酸或弱碱。反应为Al(OH(3＋3H+＝Al3+＋3H2O ，Al(OH(3＋OH(＝[Al（OH）4]－ （3）氢氧化铝受热分解2Al(OH(3
Al2O3＋3H2O （4）Al(OH)3的制备： ①用弱碱氨水与可溶性铝盐反应.Al3++3NH3·H2O
Al(OH)3↓+3NH4＋ ②用可溶性四羟基合铝酸盐与CO2反应 [Al（OH）4]－+CO2
Al(OH)3↓+HCO3－（CO2过量） 2[Al（OH）4]－+CO2
2Al(OH)3↓+CO32－＋H2O（CO2少量） 4．硫酸铝 （1）硫酸铝溶液呈酸性，硫酸铝的水解 Al3+＋3H2O
Al(OH(3＋3H+ （2）硫酸铝溶液与碳酸钠溶液混合，2Al3＋＋3CO32－＋3H2O＝2Al(OH)3↓＋3CO2↑ （3）泡沫灭火器，一般呈有1mol/LAl2(SO4)3和1mol/L NaHCO3 溶液，反应原理为 Al3＋＋3HCO3－＝Al(OH)3↓＋3CO2↑ 5．明矾 明矾是含有结晶水的硫酸钾和硫酸铝的复盐。化学式KAl(SO4)2·12H2O KAl(SO4)2·12H2O=K+＋Al3＋＋2SO42－＋12H2O，Al3＋容易水解，生成胶状的氢氧化铝Al(OH)3 Al3++3H2O
Al(OH)3（胶体）+3H+，氢氧化铝胶体的吸附能力很强，可以吸附水里悬浮的杂质，并形成沉淀，使水澄清。所以，明矾是一种较好的净水剂。 6．铝土矿 工业上用铝土矿(主要成分是Al2O3·H2O、Al2O3·3H2O以及少量Fe2O3、SiO2等)提取纯Al2O3作冶炼铝的原料，提取的操作过程可用以下流程图表示
? 三．“铝元素的化合物之间的转化关系”及其应用

应用 ①制取Al(OH)3：A13++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+ 3[Al（OH）4]－+Al3+ =4Al(OH)3↓ [Al（OH）4]－+CO2 = Al(OH)3↓+HCO3－ ②离子共存问题：Al3+与OH－、S2－、HS－、[Al（OH）4]－、CO32－、HCO3－因双水解反应或生成沉淀而不能大量共存；[Al（OH）4]－与H+、NH4+、Al3+、Fe3+等不能大量共存。 四．镁、铝氢氧化物沉淀的图象 氢氧化铝沉淀量图象大致可以分为如图六类。[图中纵坐标均为Al(OH)3沉淀量，横坐标 为加入试剂的体积]

(1)图为向AlCl3溶液中滴人NaOH溶液 反应：A～B段：Al3++3OH－ = Al(OH)3↓ ， B～C段：Al(OH)3+OH－ =[Al（OH）4]－ (2)图为向NaOH溶液中滴入AlCl3溶液 反应A～B段Al3+ +4OH－ = [Al（OH）4]－ B～C段3[Al（OH）4]－ +Al3+ =4Al(OH)3↓ (3)图为向盐酸酸化了的AlCl3溶液中滴入NaOH溶液 A～B段： OH－ +H+ = H2O B～C段：Al3++3OH－ = Al(OH)3↓ C～D段：Al(OH)3+OH－ =[Al（OH）4]－ (4)图为向盐酸中加入N[Al（OH）4]溶液 A～B段：[Al（OH）4]－+4H+= Al3+ +4H2O B～C段：3[Al（OH）4]－+Al3+=4Al(OH)3↓ (5)图为向Na[Al（OH）4]溶液中加入盐酸 A～B段：[Al（OH）4]－ +H+ = Al(OH)3↓+H2O B～C段： Al(OH)3+3H+ = Al3+ +3H2O (6)图为向AlCl3溶液中滴入Na[Al（OH）4]溶液 A～B段：3[Al（OH）4] －+Al3+ =4Al(OH)3↓ 五．硬水软化方法 1．基本概念 ①硬水和软水： 硬水：含有较多的Ca2＋和Mg2＋的水。 软水：不含或只含少量Ca2＋和Mg2＋的水。 ②暂时硬度和永久硬度 暂时硬度：由碳酸氢钙或碳酸氢镁所引起的水的硬度。 永久硬度：由钙和镁的硫酸盐或氯化物等引起的水的硬度。 ③暂时硬水和永久硬水 暂时硬水：含有暂时硬度的水。 永久硬水：含有永久硬度的水。 2．硬水的软化方法 ①加热法 通过加热煮沸使暂时硬水所含钙、镁的酸式碳酸盐发生分解，生成难溶的碳酸钙、碳酸镁的方法。反应原理：Ca(HCO3)2
CaCO3↓+H2O+CO2↑ Mg(HCO3)2
MgCO3↓+H2O+CO2↑ 生成的碳酸镁在加热条件下可与水进一步反应生成更难溶的氢氧化镁。反应为MgCO3 + H2O
Mg(OH)2↓+CO2↑，这种方法只适用于除去暂时硬度。 ②药剂法 即向水中加入适当的化学药剂，促使溶解在水中的Ca2+、Mg2＋以沉淀的形式从水中分离出来达到软化的方法。常用的药剂法有石灰——纯碱法等。 反应原理为：Ca(HCO3)2+Ca(OH)2=2CaCO3↓+2H2O Mg(HCO3)2+2Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+2CaCO3↓+2H2O MgCl2+ Ca(OH)2= Mg(OH)2↓+CaCl2（将由镁离子引起的硬度转化为由钙离子形成的硬度） CaCl2 +Na2CO3= CaCO3↓+2NaCl ③离子交换法 采用离子交换剂软化水的一种方法。离子交换剂分阳离子交换剂和阴离子交换剂两类。它们能与水溶液交换具有同性电荷的离子，从而除去或减少不需要的离子。这种方法可同时除去暂时硬度和永久硬度，工业锅炉用水的软化常用磺化煤等阳离子交换剂（NaR），发生如下离子交换作用：2NaR+Ca2+=CaR2+2Na+　 2NaR+Mg2+=MgR2+2Na+

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