铝、镁及其重要化合物
本讲内容在近五年高考新课标卷中共计考查6次，高考中一方面考查铝及其化合物的性质在日常生活、生产中的应用，另一方面以“铝三角”转化关系为载体，考查图像分析和计算能力等。
【核心素养分析】
1.宏观辨识与微观探析：从微观的角度认识铝、镁的原子结构理解其性质，从宏观辨识铝、镁及其化合物的性质和应用，领悟结构决定性质。
2.科学态度与社会责任：通过观察铝、镁及其化合物的反应和反应事实，了解研究事物从个别带一般的思想方法，体验研究问题寻规律的方法，领悟可持续发展意识和绿化学理念。 3.科学探究与创新意识：通过比较、分析铝、镁及其化合物的性质和应用，培养归纳总结能力、分析问题能力、解决问题的能力，知道两性氧化物和两性氢氧化物的特征反应。
【网络构建】
【知识梳理】
知能点一 铝的性质及应用
1．铝的结构和存在
铝位于元素周期表第3周期ⅢA族，原子结构示意图为。铝是地壳中含量最多的金属元素。自然界中的铝全部以化合态的形式存在。
2．金属铝的物理性质
银白有金属光泽的固体，有良好的延展性、导电性和导热性等，密度较小，质地柔软。
3．金属铝的化学性质
①4Al＋3O22Al2O3
②2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3
③2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
④2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
4．铝热反应
实验装置 | |
实验现象 | ①镁带剧烈燃烧，放出大量的热，并发出耀眼的白光，氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；②纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中 |
实验结论 | 高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热：Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3 |
原理应用 | ①制取熔点较高、活动性弱于Al的金属，如铁、铬、锰、钨等， 3MnO2＋4Al3Mn＋2Al2O3； ②金属焊接，如野外焊接钢轨等 |
| |
5.铝的制备和用途
(1)制备原理
电解熔融Al2O3：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。
【特别提醒】工业上冶炼Al用电解熔融Al2O3而不用AlCl3的原因是AlCl3是共价化合物，熔融态不导电。
(2)铝的用途
纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活用品等。
【特别提醒】铝与酸或碱反应生成H2的量的关系
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑
(1)等质量的铝与足量的盐酸、氢氧化钠溶液分别反应： ①产生H2的物质的量相等。
②消耗H＋、OH－的物质的量之比为n(H＋)∶n(OH－)＝3∶1。
(2)足量的铝分别与等物质的量的HCl和NaOH反应：
①消耗Al的物质的量之比为1∶3。
②生成H2的物质的量之比为1∶3。
(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸、氢氧化钠溶液反应：
若产生氢气的体积比为＜＜1，则必定
①铝与盐酸反应时，铝过量而HCl不足。
②铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而NaOH过量。
【易错警示】(1)常温下，能用铝制容器盛放浓硫酸、浓硝酸的原因是二者能使铝发生“钝化
”，而不是铝与浓硫酸、浓硝酸不反应。
(2)铝与稀硝酸反应时生成的气体是NO而不是H2。
(3)铝不但能与酸(H＋)反应，还能够与碱溶液反应，表现为特殊性。2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑。其反应机理应为：铝先与强碱溶液中的水反应生成H2和Al(OH)3，然后Al(OH)3再与NaOH反应生成H2O和NaAlO2，反应中铝作还原剂，水作氧化剂，NaOH无电子得失。
(4)铝热反应是在高温状态下进行的置换反应，铝只能与排在金属活动性顺序其后的金属氧化物反应。铝不能与MgO反应，铝热反应不能用来冶炼大量的金属铁、铜等(要考虑冶炼成本)。
(5)Mg在CO2中能够燃烧，所以活泼金属镁着火不能用干粉灭火器和泡沫灭火器灭火。同时镁与氮气反应生成Mg3N2。
知能点二 铝的重要化合物
1．氧化铝
(1)物理性质：白固体，难溶于水，熔点很高。
(2)化学性质
2．氢氧化铝
(1)物理性质：白胶状不溶于水的固体，有较强的吸附性。
Al(OH)3的电离方程式为
酸式电离：Al(OH)3＋H2O [Al(OH)4]－＋H＋
碱式电离：Al(OH)3Al3＋＋3OH－
①Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。
②Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－。
③2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。
(3)制备
①向铝盐中加入氨水，离子方程式为Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH。
②NaAlO2溶液中通入足量CO2，离子方程式为AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO。
③NaAlO2溶液与AlCl3溶液混合：3AlO＋Al3＋＋6H2O===4Al(OH)3↓。
3．常见的铝盐
(1)硫酸铝钾是由两种不同的金属离子和一种酸根离子组成的复盐。
(2)明矾的化学式为KAl(SO4)2·12H2O，它是无晶体，可溶于水，水溶液pH＜(填“＜”“>”或“＝”)7。明矾可以净水，其净水的原理是Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋，Al(OH)3胶体吸附水中的杂质形成沉淀而净水。
【易错警示】(1)Al2O3、Al(OH)3是中学阶段接触的唯一与碱反应的金属氧化物和氢氧化物，经常应用到除杂、计算题中，所以一定要熟记这两个反应的离子方程式。
(2)Al(OH)3具有两性，能溶于强酸(如盐酸)、强碱(如NaOH溶液)，但不溶于弱酸(如H2CO3)、弱碱溶液(如氨水)。
(3)由Al(OH)3的两式电离以及与酸和碱反应的离子方程式可知：与酸反应时相当于三元碱，与碱反应时相当于一元酸。
(4)明矾净水只能除去水中的悬浮杂质，不能杀菌消毒，与消毒原理不同。
【方法拓展】数形结合与“铝三角”
1．Al3＋、Al(OH)3、[Al(OH)4]－之间的转化关系
(1)①Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH
②Al3＋＋3[Al(OH)4]－===4Al(OH)3↓
③Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
(2)Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
(3)Al3＋＋4OH－===[Al(OH)4]－
(4)[Al(OH)4]－＋4H＋===Al3＋＋4H2O
(5)①[Al(OH)4]－＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO
②[Al(OH)4]－＋H＋===Al(OH)3↓＋H2O
(6)Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－
2．与Al(OH)3沉淀生成有关的图像分析
(1)可溶性铝盐溶液与NaOH溶液反应的图像(从上述转化关系中选择符合图像变化的离子方程式，下同)
操作 | 可溶性铝盐溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量 | NaOH溶液中逐滴加入可溶性铝盐溶液至过量 |
现象 | 立即产生白沉淀→渐多→最多→渐少→消失 | 无沉淀(有但即溶)→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失 |
图像 | | |
方程式 序号 | AB：(1)③ BD：(6) | AB：(3) BC：(1)② |
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(2)偏铝酸盐溶液与盐酸反应的图像
操作 | 偏铝酸盐溶液中逐滴加入稀盐酸至过量 | 稀盐酸中逐滴加入偏铝酸盐溶液至过量 |
现象 | 立即产生白沉淀→渐多→最多→渐少→消失 | 无沉淀→出现沉淀→渐多→最多→沉淀不消失 |
图像 | | |
方程式 序号 | AB：(5)② BC：(2) | AB：(4) BC：(1)② |
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(2)突破Al(OH)3沉淀图像三个秘诀
①明晰横、纵坐标含义，然后通过曲线变化特点分析反应原理。
②掌握Al3＋、Al(OH)3、AlO三者之间的转化比例：
③明晰Al3＋溶液中加碱(OH－)的几种常见变形图像，如：
图A中，n(H＋)∶n(Al3＋)＝2∶1。
图B中，若已知原溶液中含有Mg2＋。则可推出：
n(Mg2＋)∶n(Al3＋)＝1∶1。
图C中，若已知原溶液中含有H＋和Mg2＋，则可推导出：n(H＋)∶n(Al3＋)∶n(Mg2＋)＝2∶1∶1。
3.铝三角的应用
(1)选择制备Al(OH)3的最佳途径
①由Al3＋制备Al(OH)3，宜用Al3＋与氨水反应：
Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH
②由NaAlO2制备Al(OH)3宜用CO2与AlO反应：
2H2O＋AlO＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO
③从节约原料角度，由Al制备Al(OH)3，宜用Al制备Al3＋，Al制备AlO，然后将二者混合：
Al3＋＋3AlO＋6H2O===4Al(OH)3↓
(2)有关离子共存问题
①与Al3＋不能大量共存的(阴)离子有：OH－、AlO、HS－、SiO、CO、HCO、SO等。
②与AlO不能大量共存的(阳)离子有：H＋、Al3＋、NH、Fe2＋、Fe3＋等。
③AlO与HCO因发生(相对)强酸制弱酸的反应而不能共存。
(3)分析离子反应顺序
①向含有Al3＋、NH、H＋的混合溶液中逐滴加入NaOH溶液，反应顺序是：Ⅰ.H＋＋OH－===H2O；Ⅱ.Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓(若先与NH反应，则生成的NH3·H2O又使Al3＋沉淀且生成NH)；Ⅲ.NH＋OH－===NH3·H2O[若先溶解Al(OH)3，则产生的AlO又与NH反应生成沉淀]；Ⅳ.Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。
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