备考2024届高考化学一轮复习分层练习第三章金属及其化合物第4讲镁铝及其化合物

第4讲镁、铝及其化合物1.下列关于镁的性质的叙述正确的是（　C　）A.在氮气中不能燃烧B.与水不能反应释放出氢气C.在氯气中燃烧会产生白烟D.镁条在二氧化碳气体中燃烧只生成白色固体解析　Mg在N2、O2、Cl2、CO2中均能燃烧；在加热时，Mg与H2O反应生成H2；Mg与CO2反应生成固体MgO和C。2.[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（　C　）A.用装置甲配制稀H2SO4B.用装置乙测溶液的pHC.用装置丙过滤悬浊液D.用装置丁灼烧Mg（OH）2固体解析　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。3.[高考组合]下列说法错误的是（　B　）①[2023全国乙改编]使用明矾对水进行净化不涉及氧化还原反应②[2023浙江改编]铝具有强还原性，故可用于制作门窗框架③[2023湖南改编]取浓度均为0.1mol·L－1的一定体积的NaOH溶液和Al2（SO4）3溶液进行反应，改变两种溶液的滴加顺序，反应现象没有明显差别④[2023辽宁]冶炼镁：2MgO电解2Mg＋O2↑⑤[2022海南改编]MgCl2溶液中滴加NaOH溶液至过量，产生白色沉淀后沉淀消失A.①②③④B.②③④⑤C.①③④⑤D.①②③⑤解析　明矾水解产生的Al（OH）3胶体能吸附水中的悬浮物，从而达到净水的目的，与氧化还原反应无关，①正确；铝可用于制作门窗框架是因为铝的质量轻、耐腐蚀，与铝具有强还原性无关，②错误；NaOH溶液加入Al2（SO4）3 溶液中先产生白色沉淀，后白色沉淀溶解，Al2（SO4）3溶液加入NaOH溶液中先无明显现象，后产生白色沉淀，③错误；工业冶炼镁为电解熔融氯化镁生成镁和氯气，④错误；MgCl2溶液中滴加NaOH溶液，产生Mg（OH）2白色沉淀，Mg（OH）2不能溶于NaOH溶液，⑤错误。4.甲、乙两烧杯中分别盛有100mL浓度均为3mol·L－1的盐酸与NaOH溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后测得同温同压下生成气体的体积之比为1∶2，则加入铝粉的质量为（　A　）A.5.4gB.3.6gC.2.7gD.1.8g解析　由2Al＋6HCl2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al（OH）4]＋3H2↑可知，若甲、乙两烧杯中铝粉完全反应，两烧杯中产生H2的体积相等。因为甲、乙两烧杯中反应产生H2的体积（同温同压下）之比为1∶2，所以甲、乙两烧杯中反应消耗的Al的质量之比为1∶2。综合上述分析可得，甲烧杯中盐酸不足，反应产生H2的物质的量n（H2）＝12n（HCl）＝0.15mol；乙烧杯中反应产生H2的物质的量n（H2）＝0.3mol，则乙烧杯中反应消耗的n（Al）＝n（NaOH）＝0.2mol，可知乙烧杯中NaOH过量，Al不足，所以m（Al）＝0.2mol×27g·mol－1＝5.4g。5.[2021上海]在稀的NH4Al（SO4）2溶液中加入适量Ba（OH）2溶液至SO42－恰好完全沉淀，此时铝元素的存在形式为（　B　）A.Al3＋B.Al（OH）3C.[Al（OH）4]－D.Al3＋和Al（OH）3解析　正确解答本题的关键是知道OH－反应顺序：OH－先与Al3＋反应生成Al（OH）3，再与NH4＋反应生成NH3·H2O，最后Al（OH）3再与OH－反应生成[Al（OH）4]－。要使SO42－恰好完全沉淀，1molNH4Al（SO4）2需要2molBa（OH）2，此时反应的离子方程式为Al3＋＋4OH－＋NH4＋＋2SO42－＋2Ba2＋NH3·H2O＋Al（OH）3↓＋2BaSO4↓，铝元素的存在形式为Al（OH）3，B项正确。6.下列各组物质中，不能按（“→”表示反应一步完成）关系转化的是（　D　）选项abcAAl2O3Na[Al（OH）4]Al（OH）3BMgCl2Mg（OH）2MgOCNa2CO3NaClNaOHDAlAl（OH）3Al2O3解析　Al2O3与足量的氢氧化钠溶液反应，可生成Na[Al（OH）4]，向Na[Al（OH）4]溶液中通入CO2或加入适量的盐酸，可生成Al（OH）3沉淀，加热Al（OH）3可得到Al2O3，A项可实现图示转化关系；向MgCl2溶液中加入氢氧化钠溶液，可生成Mg（OH）2 沉淀，加热Mg（OH）2可生成MgO，MgO与盐酸反应可生成MgCl2，B项可实现图示转化关系；向碳酸钠中加入盐酸，可生成NaCl，电解氯化钠溶液可生成NaOH，向NaOH溶液中通入适量CO2，可生成Na2CO3，C项可实现图示转化关系；Al不能一步转化为Al（OH）3，D项不能实现图示转化关系。7.[海水提镁][2024广东惠州模拟]海洋是一个巨大的资源宝库，实验室中模拟海水开发利用的部分过程如图所示，下列说法错误的是（　C　）A.物质X可以选用CaOB.操作1中玻璃棒的作用是引流C.第①步中，蒸发结晶、高温烘干可以得到干燥的MgCl2·6H2O固体D.第②步反应的离子方程式为Br2＋SO2＋2H2OSO42－＋2Br－＋4H＋解析苦卤中加入物质X生成Mg（OH）2，物质X常选用CaO，氧化钙便宜、易得，和水反应生成Ca（OH）2，且氢氧化镁比氢氧化钙更难溶，A项正确；操作1是过滤，过滤中玻璃棒的作用是引流，B项正确；高温烘干会使结晶水合物失水，且氯化镁属于强酸弱碱盐，在水溶液中会发生水解，加热促进其水解，生成的HCl受热挥发，最终得不到MgCl2·6H2O，C项错误；第②步中二氧化硫作还原剂，溴单质作氧化剂，发生氧化还原反应生成氢溴酸和硫酸，离子方程式为SO2＋Br2＋2H2O4H＋＋SO42－＋2Br－，D项正确。8.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　）A.酸浸的离子方程式为CO32－＋2H＋CO2↑＋H2OB.浸出渣的成分是SiO2C.母液的主要溶质是NH4ClD.固体X是Mg（OH）2 解析　MgCO3是微溶物，书写离子方程式时不可拆成离子，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，发生反应MgCl2＋2NH3·H2OMg（OH）2↓＋2NH4Cl，母液的主要溶质是NH4Cl，固体X是Mg（OH）2，故C、D正确。9.工业上用铝土矿（主要成分为Al2O3，含SiO2、Fe2O3等杂质）冶炼铝的主要流程如下：（注：SiO2碱溶时转化为铝硅酸钠沉淀）下列叙述错误的是（　D　）A.操作Ⅰ增大NaOH溶液的用量可以提高Al2O3的浸取率B.操作Ⅱ、Ⅲ为过滤，操作Ⅳ为灼烧C.加入冰晶石的目的是降低Al2O3的熔融温度D.如果操作Ⅰ换成H2SO4溶液来溶解铝土矿，后面的操作不变也可以冶炼出铝解析　向铝土矿中加入氢氧化钠溶液，Al2O3转化为Na[Al（OH）4]、SiO2转化为铝硅酸钠沉淀、Fe2O3不溶，过滤，滤液中含Na[Al（OH）4]，向滤液中通入足量的二氧化碳后，Na[Al（OH）4]转化为氢氧化铝沉淀，过滤、洗涤、干燥后，灼烧氢氧化铝使之分解生成氧化铝，加冰晶石可降低氧化铝的熔融温度，电解时节约能源。操作Ⅰ增大NaOH溶液的用量可以使浸取更充分，可提高Al2O3的浸取率，A项正确。操作Ⅱ、Ⅲ用于分离固体和液体，为过滤，操作Ⅳ使氢氧化铝分解，则为灼烧，B项正确。Al2O3熔点在2000℃以上，加入冰晶石能使之在1000℃左右熔融，则加入冰晶石的目的是降低Al2O3的熔融温度，C项正确。如果操作Ⅰ换成H2SO4溶液来溶解铝土矿，氧化铁和氧化铝均会溶解、二氧化硅不溶，则过滤后，需向滤液中加过量氢氧化钠溶液再过滤才能得到Na[Al（OH）4]溶液，即后面的操作要跟着改变才可以冶炼出铝，D项错误。10.室温下用砂纸打磨过的镁条与蒸馏水反应的探究实验如图所示。实验2中的镁条放在尖嘴玻璃导管内并浸于蒸馏水中，实验3中产生的浑浊物主要为碱式碳酸镁[mMg（OH）2·nMgCO3]。下列说法错误的是（　C　）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现象明显，可能是由于尖嘴玻璃导管空间狭小，热量不易散失C.由实验1和实验3可得出“碱性增强有利于增大镁与水的反应速率”的结论D.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 解析　镁与蒸馏水反应的化学方程式为Mg＋2H2OMg（OH）2＋H2↑，生成的Mg（OH）2覆盖在镁条表面阻止反应继续进行，故实验1现象不明显，A正确。实验2比实验1现象明显，可能是由于尖嘴玻璃导管空间狭小，热量不易散失，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，不再阻止反应继续进行，B正确。由题干可知，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得出“碱性增强有利于增大镁与水的反应速率”的结论，C错误。实验3中，反应快，且产生了碱式碳酸镁，则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正确。11.某研究小组利用BaS的还原性以HBr溶液（含Br2）和Mg（OH）2为原料制取MgBr2的工艺流程如图所示。下列说法正确的是（　C　）A.“沉淀”步骤中可使用Na2SO4溶液代替H2SO4溶液B.滤渣中只有BaSO4C.“转化”步骤中发生反应的化学方程式为Mg（OH）2＋2HBrMgBr2＋2H2OD.将MgBr2·6H2O直接加热得到MgBr2固体解析“沉淀”步骤中若使用Na2SO4溶液代替H2SO4溶液，则得到的滤液中将引入Na＋杂质，导致MgBr2的产率降低，A错误。由于MgBr2水解生成的HBr易挥发，加热促进其水解，故将MgBr2·6H2O直接加热得不到MgBr2固体，需要在HBr的气流中加热脱水才能得到MgBr2固体，D错误。12.实验室为测定镁铝合金中镁、铝含量，设计如下流程： 下列说法错误的是（　B　）A.所加盐酸体积不少于100mLB.沉淀1的质量为（m＋4.25）gC.沉淀1与足量NaOH溶液反应的离子方程式为Al（OH）3＋OH－[Al（OH）4]－D.镁铝合金中镁、铝质量之比为8∶9解析　镁铝合金与盐酸反应得到AlCl3、MgCl2和H2，向溶液中加入足量氨水并过滤，沉淀1为Mg（OH）2、Al（OH）3，滤液1为NH4Cl、NH3·H2O的混合溶液；向沉淀1中加入足量NaOH溶液并过滤，由于Al（OH）3会转化为[Al（OH）4]－，而Mg（OH）2与NaOH不反应，则沉淀2为Mg（OH）2，滤液2为Na[Al（OH）4]、NaOH的混合溶液；向滤液2中通入过量CO2，发生反应Na[Al（OH）4]＋CO2NaHCO3＋Al（OH）3↓，过滤、洗涤得到Al（OH）3沉淀，灼烧得到的固体为Al2O3。由题给流程图中数据知，溶解镁铝合金所需要的HCl的物质的量至少为n（HCl）＝2n（H2）＝2×5.6L22.4L·mol－1＝0.5mol，则所加盐酸体积不少于0.5mol÷5mol·L－1＝0.1L＝100mL，A正确。镁铝合金溶解时消耗的HCl的物质的量就是Mg2＋、Al3＋形成沉淀1消耗的OH－的物质的量，则n（OH－）＝n（HCl）＝0.5mol，沉淀1为Mg（OH）2、Al（OH）3，则沉淀1的质量为Mg、Al的质量之和加上OH－的质量，即质量为mg＋0.5mol×17g·mol－1＝（m＋8.5）g，B错误。沉淀1与足量NaOH溶液反应的离子方程式为Al（OH）3＋OH－[Al（OH）4]－，C正确。由题意知，镁铝合金和氧化铝的质量都为mg，氧化铝中氧原子的质量与镁铝合金中镁的质量相同，则合金中镁、铝质量之比为48∶54＝8∶9，D正确。13.[2022福建]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　提高浸出率（或提高浸出速率）　，Al2O3发生反应的离子方程式为　Al2O3＋6H＋2Al3＋＋3H2O　。 （2）“浸渣”的主要成分除残余Al2O3外，还有　SiO2和CaSO4　。实验测得，5.0g粉煤灰（Al2O3的质量分数为30％）经浸出、干燥后得到3.0g“浸渣”（Al2O3的质量分数为8％），Al2O3的浸出率为　84％　。（3）“沉铝”时，体系中三种物质的溶解度曲线如图所示，加入K2SO4沉铝的目的是　使更多的铝元素转化为晶体析出，同时保证晶体纯度　，“沉铝”的最佳方案为　高温溶解再冷却结晶　。（4）“焙烧”时，主要反应的化学方程式为　2KAl（SO4）2高温K2SO4＋Al2O3＋3SO3↑或[4KAl（SO4）2高温2K2SO4＋2Al2O3＋6SO2↑＋3O2↑]　。（5）“水浸”后得到的“滤液2”可返回沉铝工序循环使用。解析（1）升高温度，化学反应速率加快，从而提高“浸出”时的浸出率，Al2O3与硫酸反应的离子方程式为Al2O3＋6H＋2Al3＋＋3H2O。（2）由于SiO2与硫酸不反应，CaSO4微溶，因此“浸渣”的主要成分除残余Al2O3外，还有SiO2和CaSO4；5.0g粉煤灰（Al2O3的质量分数为30％）中m（Al2O3）＝5.0g×30％＝1.5g，“浸渣”（Al2O3的质量分数为8％）中m（Al2O3）＝3.0g×8％＝0.24g，则Al2O3的浸出率为1.5g－0.24g1.5g×100％＝84％。（3）由同离子效应和题图知，“沉铝”时，向Al2（SO4）3溶液中加入K2SO4，可以使更多的铝元素转化为KAl（SO4）2·12H2O析出，同时保证纯度，由图像可以看出，KAl（SO4）2·12H2O的溶解度受温度影响最大，因此“沉铝”的最佳方案为高温溶解、冷却结晶。（4）由流程图可以看出，“焙烧”时生成气体，所得固体产物经“水浸”得到Al2O3，则根据元素守恒可得到KAl（SO4）2高温分解的化学方程式为2KAl（SO4）2高温K2SO4＋ Al2O3＋3SO3↑或4KAl（SO4）2高温2K2SO4＋2Al2O3＋6SO2↑＋3O2↑。（5）“水浸”后得到的“滤液2”的主要成分为K2SO4，可返回“沉铝”工序循环使用。14.[2023江苏改编]实验室模拟“镁法工业烟气脱硫”并制备MgSO4·H2O，其实验过程如图1：图1（1）下列实验操作一定能提高氧化镁浆料吸收SO2效率的有　BD　（填序号）。A.水浴加热氧化镁浆料B.加快搅拌速率C.降低通入SO2气体的速率D.通过多孔球泡向氧化镁浆料中通SO2（2）在搅拌下向氧化镁浆料中匀速缓慢通入SO2气体，生成MgSO3，在催化剂作用下MgSO3被O2氧化为MgSO4。已知MgSO3的溶解度为0.57g（20℃），O2氧化溶液中SO32－的离子方程式为　2SO32－＋O2催化剂2SO42－　；在其他条件相同时，以负载钴的分子筛为催化剂，浆料中MgSO3被O2氧化的速率随pH的变化如图2所示。在pH＝6.0～8.0范围内，pH增大，浆料中MgSO3的氧化速率增大，其主要原因是　pH增大，c（SO32－）增大，氧化速率加快　。（3）制取MgSO4·H2O晶体。在如图3所示的实验装置中，搅拌下，使一定量的MgSO3浆料与H2SO4溶液充分反应。MgSO3浆料与H2SO4溶液的加料方式是　用滴液漏斗向盛有MgSO3浆料的三颈瓶中缓慢滴加H2SO4溶液　；补充完整制取MgSO4·H2O晶体的实验方案：向含有少量Fe3＋、Al3＋的MgSO4溶液中　分批加入少量MgO粉末，搅拌，至用pH试纸测得溶液pH≥5，过滤；将滤液蒸发浓缩、降温至室温结晶，过滤，所得晶体在150～170℃干燥　。（已知：Fe3＋、Al3＋在pH≥5时完全转化为氢氧化物沉淀；室温下从MgSO4饱和溶液中结晶出MgSO4·7H2O，MgSO4·7H2O在150～170℃下干燥得到MgSO4·H2O，实验中需要使用MgO粉末） 解析　（1）水浴加热氧化镁浆料，SO2气体溶解度减小，不能提高氧化镁浆料吸收SO2效率，A错误；加快搅拌速率，可以提高反应速率，有利于提高氧化镁浆料吸收SO2效率，B正确；降低通入SO2气体的速率，反应速率减慢，不能提高氧化镁浆料吸收SO2效率，C错误；通过多孔球泡向氧化镁浆料中通SO2，可以增大反应物的接触面积，提高反应速率，有利于提高氧化镁浆料吸收SO2效率，D正确。（2）在催化剂作用下SO32－可以被O2氧化为SO42－，其离子方程式为2SO32－＋O2催化剂2SO42－；溶液pH增大时，SO32－的水解反应SO32－＋H2O⇌HSO3－＋OH－平衡逆向移动，c（SO32－）增大，氧化速率加快。（3）MgSO3浆料不易通过滴液漏斗滴下，为使MgSO3充分反应并充分利用原料，应用滴液漏斗向盛有MgSO3浆料的三颈瓶中缓慢滴加H2SO4溶液；为制得MgSO4·H2O晶体，需先除去溶液中少量的Fe3＋、Al3＋，由于Fe3＋、Al3＋在pH≥5时完全转化为Fe（OH）3、Al（OH）3沉淀，因此可先加入MgO调节溶液pH使Fe3＋、Al3＋转化为沉淀并过滤除去，然后将滤液蒸发浓缩、降温至室温结晶出MgSO4·7H2O，再将所得晶体在150～170℃干燥即可得到MgSO4·H2O。15.[碳中和][原创]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）高温CaO·MgO（s）＋2CO2（g）2CaO·MgO（s）＋Si（s）高温2CaO（s）＋SiO2（s）＋2Mg（g）方法2：无水氯化镁熔盐电解法MgCl2（l）电解Mg（s）＋Cl2（g）下列有关叙述错误的是（　D　）A.采用皮江法制镁不利于促进碳中和B.采用皮江法制得2.4t金属镁，排放8.8tCO2C.可用Al代替Si还原CaO·MgO（沸点：Mg为1107℃、Al为2327℃）D.直接加热MgCl2·6H2O可获得方法2制镁的原料无水MgCl2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2.4t（105mol）金属镁，则排放2×105mol（8.8t）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。