資源簡介

2025屆高三化學一輪專題復習講義（16）
專題四 元素及其化合物
4-1 金屬及其化合物（一、鈉鎂鋁及其化合物）（1課時，共2課時）
【復習目標】
1．構建鈉、鎂、鋁及其化合物性質及用途的知識體系，形成知識網絡。
2．加強這部分知識的綜合運用，提升學生的綜合能力。
【重點突破】
鈉、鎂、鋁及其化合物性質這部分知識在工業流程圖題中的綜合運用
【真題再現】
例1．（2017·江蘇16）鋁是應用廣泛的金屬。以鋁土礦（主要成分為 Al2O3，含 SiO2和 Fe2O3等雜質）為原料制備鋁的一種工藝流程如下：
注：SiO2在“堿溶”時轉化為鋁硅酸鈉沉淀。
（1）“堿溶”時生成偏鋁酸鈉的離子方程式 。
（2）向“過濾Ⅰ”所得濾液中加入 NaHCO3 溶液，溶液的 pH 。（填“增大”、 “不變”或“減小”）
（3）“電解Ⅰ ”是電解熔融Al2O3 ，電解過程中作陽極的石墨易消耗，原因是 。
（4）“電解Ⅱ”是電解 Na2CO3溶液，原理如圖所示：
陽極的電極反應式為 ，陰極產生的物質 A的化學式為 。
（5）鋁粉在 1000℃時可與 N2 反應制備 AlN。在鋁粉中添加少量NH4Cl固體并充分混合，有利于 AlN的制備，其主要原因是 。
解析：（1）氧化鋁為兩性氧化物，可溶于強堿溶液生成偏鋁酸鹽和水，離子方程式為Al2O3+2OH ===2 AlO2-+H2O（2）為了提高鋁土礦的浸取率，氫氧化鈉溶液必須過量，所以過濾I所得濾液中含有氫氧化鈉，加入碳酸氫鈉溶液后，氫氧化鈉與碳酸氫鈉發生反應生成碳酸鈉和水，所以溶液的pH減小。（3）電解I過程中，石墨陽極上氧離子被氧化為氧氣，在高溫下，氧氣與石墨發生反應生成氣體，所以，石墨電極易消耗的原因是被陽極上產生的氧氣氧化。（4）由圖中信息可知，生成氧氣的為陽極室，溶液中水電離的OH 放電生成氧氣，破壞了水的電離平衡，碳酸根結合H+轉化為HCO3-，所以電極反應式為4CO32-+2H2O 4e ===4HCO3-+O2↑，陰極室氫氧化鈉溶液濃度變大，說明水電離的H+放電生成氫氣而破壞水的電離平衡，所以陰極產生的物質A為H2。（5）鋁在常溫下就容易與空氣中的氧氣反應生成一層致密的氧化膜。氯化銨受熱分解產生的氯化氫能夠破壞鋁表面的氧化鋁薄膜，所以加入少量的氯化銨有利于AlN的制備。
答案：（1）Al2O3+2OH =2 AlO2-+H2O
（2）減小
（3）石墨電極被陽極上產生的O2氧化
（4）4CO32-+2H2O 4e =4HCO3--+O2↑ H2
（5）NH4Cl分解產生的HCl能夠破壞Al表面的Al2O3薄膜
小結：
本題流程來源于教材，但對教材中的流程又進行了深化，更貼近工業生產實際。注重對教材中的工業流程進行二次加工，提高分析問題、解決能力的能力。例如：結合流程及題中信息可知，鋁土礦在堿溶時，氧化鋁和二氧化硅可與強堿性溶液反應，題中信息交代了SiO2的最終產物。過濾后，濾液中偏鋁酸鈉與碳酸氫鈉反應生成氫氧化鋁沉淀和碳酸鈉，氫氧化鋁經灼燒后分解為氧化鋁，最后電解熔融的氧化鋁。碳酸鈉溶液經電解后可以生成碳酸氫鈉和氫氧化鈉進行循環利用。
【知能整合】
1．鈉及其化合物
（1）理清知識主線
Na→Na2O→Na2O2→NaOH→Na2CO3→NaHCO3
（2）形成網絡構建
2．鎂及其化合物
3．鋁及其化合物
（1）理清知識主線
Al→Al2O3←Al(OH)3→NaAlO2、AlCl3、Al2(SO4)3、KAl(SO4)2·12H2O
（2）形成網絡構建
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例2．（2020·南京市第三次模擬）MgCl2·6H2O可用于醫藥、農業等領域。一種用鎂渣[含有MgCO3、Mg(OH)2、CaCO3、Fe2O3和SiO2]制備MgCl2·6H2O的實驗流程如下：
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（1）“煅燒”只有MgCO3、Mg(OH)2發生分解。“煅燒”須用到下列儀器中的 （填字母）。
A．蒸發皿 B．坩堝 C．泥三角
（2） “蒸氨”在如圖所示裝置中進行（NH4Cl溶液僅與體系中的MgO反應）。
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①三頸燒瓶中發生主要反應的離子方程式為 。
②倒扣漏斗的作用是 。
③燒杯中溶液紅色深淺不再變化可判斷“蒸氨”已完成，其原因是 。
（3）“過濾”所得濾液經鹽酸酸化、蒸發、結晶、過濾、洗滌和低溫干燥得到產品。向所得產品中加入蒸餾水，測得溶液呈堿性，其可能原因是 。
（4）請補充完整以“濾渣”為原料，制取FeSO4溶液的實驗方案：邊攪拌邊向濾渣中加入1.0 mol·L－1鹽酸， ，得FeSO4溶液(實驗中必須用的試劑：1.0 mol·L-1 NaOH溶液、1.0 mol·L-1 H2SO4溶液、鐵粉、蒸餾水)。
已知部分金屬離子形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下表：
金屬離子 開始沉淀的pH 完全沉淀的pH
Fe3＋ 1.1 3.2
Ca2＋ 11.3 —
Mg2＋ 8.4 10.9
解析：（1）“煅燒”只有MgCO3、Mg(OH)2發生分解。“煅燒”須用到的儀器主要是酒精燈，三腳架、泥三角、坩堝、玻璃棒、坩堝鉗。（2）①三頸燒瓶中NH4Cl溶液僅與體系中的MgO反應，氯化銨水溶液顯酸性，和堿性氧化物反應生成鎂離子、氨氣和水，發生主要反應的離子方程式為MgO＋2NHMg2＋＋2NH3↑＋H2O。②由于反應生成了氨氣，將氨氣蒸出，則燒杯中吸收氨氣，由于氨氣極易溶于水，因此倒扣漏斗的作用是防止倒吸。③氨氣極易溶于水，燒杯中溶液紅色深淺不再變化，說明氨氣的量不再被蒸出即說明三頸燒瓶中已無NH3逸出，“蒸氨”完成，因此燒杯中溶液pH不再變化。（3）向所得產品中加入蒸餾水，測得溶液呈堿性，低溫蒸干得到氯化鎂，如果溫度過高或過度蒸發會導致MgCl2水解，水解生成Mg(OH)2，因此產品中含Mg(OH)2或Mg(OH)Cl。（4）濾渣主要是碳酸鈣、氧化鐵、二氧化硅及少量含鎂的物質，邊攪拌邊向濾渣中加入1.0mol·L－1鹽酸，當溶液中不再產生氣泡時，過濾，得到濾渣為二氧化硅，濾液主要是氯化鐵、氯化鈣，向濾液中分批加入1.0 mol·L－1 NaOH溶液至pH介于3.2～8.4，過濾，得到濾渣氫氧化鐵，用蒸餾水洗滌濾渣2～3次后，加入1.0 mol·L－1 H2SO4溶液直至濾渣完全溶解，邊攪拌邊向所得溶液分批加入鐵粉，當有固體不能溶解時，過濾。
答案：（1）BC　
（2）① MgO＋2NHMg2＋＋2NH3↑＋H2O　② 防止倒吸　③此時燒杯中溶液pH不再變化，說明三頸燒瓶中已無NH3逸出，即“蒸氨”完成
（3）過度蒸發導致MgCl2水解，產品中含Mg(OH)2或Mg(OH)Cl　(4)當溶液中不再產生氣泡時，過濾；向濾液中分批加入1.0 mol·L-1NaOH溶液至pH介于3.2～8.4，過濾；用蒸餾水洗滌濾渣2～3次后，加入1.0 mol·L-1H2SO4溶液直至濾渣完全溶解，邊攪拌邊向所得溶液分批加入鐵粉，當有固體不能溶解時，過濾
小結：
注重設計新的情境，提高學生分析問題、解決能力的能力。例如：結合流程及題中信息可知，氯化銨水溶液顯酸性，和堿性氧化物反應生成鎂離子、氨氣和水。低溫蒸干得到氯化鎂，如果溫度過高或過度蒸發會導致MgCl2水解，水解生成Mg(OH)2，因此產品中含Mg(OH)2或Mg(OH)Cl。將書本上的知識進行升華與提高。
【體系再構】
【隨堂反饋】
基礎訓練
1．下列指定反應的離子方程式正確的是
A．Na與水反應：Na＋2H2O===Na＋＋2OH－＋H2↑
B．用NaOH溶液吸收NO2：2NO2＋Na＋＋2OH－===NaNO3＋NO＋H2O
C．用MnO2和濃鹽酸反應制備Cl2：MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O
D．NaHCO3溶液中加足量Ba(OH)2溶液：2HCO＋Ba2＋＋2OH－===BaCO3↓＋CO＋2H2O
2．下列實驗操作能達到實驗目的的是
A．用經水濕潤的pH試紙測量溶液的pH
B．將4.0 g NaOH固體置于100 mL容量瓶中，加水至刻度，配制1.0mol·L－1 NaOH溶液
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C．用裝置甲蒸干AlCl3溶液制無水AlCl3固體
D．用裝置乙除去實驗室所制乙烯中的少量SO2
3．下列有關物質的性質與用途具有對應關系的是
A．鋁的金屬活潑性強,可用于制作鋁金屬制品
B．氧化鋁熔點高,可用作電解冶煉鋁的原料
C．明礬溶于水并水解形成膠體,可用于凈水
D．氫氧化鋁受熱分解,可用于中和過多的胃酸
（2021·蘇州市高三調研）閱讀下列材料，回答4～6題：侯氏制堿法以氯化鈉、二氧化碳、氨和水為原料，發生反應NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。將析出的固體灼燒獲取純堿，向析出固體后的母液中加入食鹽可獲得副產品氯化銨。
4．下列說法正確的是
A．CO中C原子的軌道雜化類型為sp3
B．NaHCO3的熱穩定性比Na2CO3強
C．用澄清石灰水可以鑒別Na2CO3與NaHCO3
D．相同溫度下，NH4Cl在水中的溶解度大于在NaCl溶液中的溶解度
5．下列有關模擬侯氏制堿法的實驗原理和裝置能達到實驗目的的是(　 　)
　　　　 　　 　　
A．制取氨氣　　　B．制NaHCO3　　　 C．分離NaHCO3　　 D．制Na2CO3
6．通過以下兩步反應可實現NH4Cl分解產物的分離。
NH4Cl(s)＋MgO(s)NH3(g)＋Mg(OH)Cl(s)　ΔH＝＋61.34 kJ·mol－1
Mg(OH)Cl(s)HCl(g)＋MgO(s)　ΔH＝＋97.50 kJ·mol－1
下列說法不正確的是
A．反應NH4Cl(s)===NH3(g)＋HCl(g)的ΔH＝＋158.84 kJ·mol－1
B．兩步反應的ΔS均大于0
C．5.35 g NH4Cl完全分解理論上可獲得標準狀況下的HCl約2.24 L
D．MgO是NH4Cl分解反應的催化劑
7．以菱鎂礦（主要成分為MgCO3，含少量SiO2，Fe2O3和A12O3）為原料制備高純鎂砂的工藝流程如下：
已知浸出時產生的廢渣中有SiO2、 Fe(OH)3和Al(OH)3。下列說法錯誤的是
A．浸出鎂的反應為MgO＋2NH4Cl＝MgCl2＋2NH3↑＋H2O
B．浸出和沉鎂的操作均應在較高溫度下進行
C．流程中可循環使用的物質有NH3、NH4Cl
D．分離Mg2+與Al3+、Fe3+是利用了它們氫氧化物Ksp的不同
拓展訓練
8．KAl(SO4)2·12H2O（明礬）是一種復鹽，在造紙等方面應用廣泛。實驗室中，采用廢易拉罐（主要成分為Al，含有少量的Fe、Mg雜質）制備明礬的過程如下圖所示。回答下列問題：
（1）為盡量少引入雜質，試劑①應選用______（填標號）。
A．HCl溶液 B．H2SO4溶液 C．氨水 D．NaOH溶液
（2）易拉罐溶解過程中主要反應的化學方程式為__________________。
（3）沉淀B的化學式為_____；將少量明礬溶于水，溶液呈弱酸性，其原因是______。
（4）已知：常溫下Kw=1.0×10-14，Al(OH)3 AlO2－+H++H2O K=2.0×10-13。Al(OH)3溶于NaOH溶液反應的平衡常數等于_______________。
9．堿式硫酸鎂晶須［化學式為xMgSO4·yMg(OH)2·zH2O]是一種無機阻燃材料，其一種制備流程如下：
（1）“沉淀”是在50~60℃條件下進行，適合的加熱方式為 .
（2）“抽濾”在題17圖所示的裝置中進行，裝置X的作用是 .
（3）“洗滌”步驟中用無水乙醇洗滌的目的是 。
（4）以蛇紋石粉末（主要含MgO、FeO、Fe2O3、SiO2等）為原料制備實驗所需的MgSO4溶液。請補充完整相應的實驗方案：取一定量蛇紋石粉末， ，得到MgSO4溶液。
已知：①該實驗中pH=3.2時，Fe3+完全沉淀；pH=8.5時，Mg2+開始沉淀。
②Fe2+與K3[Fe(CN)6]溶液反應產生藍色沉淀。
實驗中可選用的試劑：1.0 mol·L-1H2SO4、1.0mol·L-1NaOH,3%H2O2、MgCO3粉末、
K3[Fe(CN)6]溶液。
（5）通過下列方法測定堿式硫酸鎂晶須化學式：
I．準確稱取1.8560g產品，溶于100.00mL 0.5600 mol·L-1HC1,將所得溶液配成250.00mL溶液A；
II．取25.00mL溶液A,調節溶液pH=10,用0.1000 mol·L-1的EDTA(Na2H2Y)標準溶液滴定其中的Mg2+（離子方程式為Mg2++H2Y2-===MgY2-+2H+）,消耗EDTA標準溶液24.00mL；
III.另取25.00mL溶液A,用0.0800 mol·L-1NaOH標準溶液滴定至終點，消耗NaOH標準溶液20.00mL.計算堿式硫酸鎂晶須的化學式（寫出計算過程）。
【鞏固練習】答案
1．C 2．D 3．C 4．D 5．C 6．D 7．B
8．（1）D　
（2）2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑
（3）Al(OH)3 Al3+水解,使溶液中H+濃度增大
（4）20
9．（1）50～60℃水浴加熱（或水浴加熱）
（2）作安全瓶或防倒吸
（3）洗去晶體表面的水分，有利于后期快速干燥
（4）邊攪拌邊向其中加入一定量1.0 mol·L-1H2SO4，直至固體不再溶解，過濾；向濾液中滴加3%H2O2，直至向取出的少量溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液不再出現藍色沉淀時，向原濾液中分批加入MgCO3粉末，攪拌并測定溶液pH，當測得pH介于3.2～8.5時，過濾
（5） MgSO4 5Mg(OH)2 3H2O
【課后作業】
1．（2023·揚州模擬）從鋁土礦（主要成分為Al2O3）中提取鋁的工藝流程如圖。下列說法不正確的是
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A．從NaAlO2→Al(OH)3→Al2O3的轉化過程中涉及的反應均為非氧化還原反應
B．Al2O3與NaOH溶液反應的化學方程式：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O
C．NaAlO2生成Al(OH)3的離子方程式：AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO
D．電解熔融Al2O3陽極的電極反應式：Al3＋＋3e－===Al
2．（2022·蘇州高三開學考試）由工業廢渣（主要含Fe、Si、Al等的氧化物）制取聚合硫酸鐵鋁凈水劑的流程如下：
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下列有關說法不正確的是
A．“浸取”時先將廢渣粉碎并不斷攪拌，有利于提高鐵、鋁元素的浸取率
B．Al2O3與稀硫酸反應的離子方程式為Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O
C．“過濾”前用K3[Fe(CN)6]檢驗浸取液中是否存在Fe2＋的反應是氧化還原反應
D．聚合硫酸鐵鋁水解形成的膠體具有吸附作用
3．（2020·江蘇）下列選項所示的物質間轉化均能實現的是
A．NaCl(aq)Cl2(g)漂白粉(s)
B．NaCl(aq)NaHCO3(s)Na2CO3(s)
C．NaBr(aq)Br2(aq)I2(aq)
D．Mg(OH)2(s)MgCl2(aq)Mg(s)
4．從海水中提取鎂的工藝流程如圖所示：
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下列說法錯誤的是
A．用此法提取鎂的優點之一是原料來源豐富
B．步驟⑥電解MgCl2時陰極產生氯氣
C．步驟⑤可將晶體置于HCl氣體氛圍中脫水
D．上述工藝流程中涉及化合、分解和復分解反應
5．硼酸（H3BO3）是一種重要的化工原料，廣泛應用于玻璃、醫藥、肥料等工藝。一種以硼鎂礦（含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3）為原料生產硼酸及輕質氧化鎂的工藝流程如下：
回答下列問題：
（1）在95 ℃“溶浸”硼鎂礦粉，產生的氣體在“吸收”中反應的化學方程式 。
（2）“濾渣1”的主要成分有 。為檢驗“過濾1”后的濾液中是否含有Fe3+離子，可選用的化學試劑是 。
（3）根據H3BO3的解離反應：H3BO3+H2OH++B(OH) 4 Ka=5.81×10 10，可判斷H3BO3是 酸；在“過濾2”前，將溶液pH調節至3.5，目的是 。
（4）在“沉鎂”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的離子方程式為 ，母液經加熱后可返回 工序循環使用。由堿式碳酸鎂制備輕質氧化鎂的方法是 。
6．（2020·蘇錫常鎮四市高三第二次模擬）實驗室以NaClO3、H2SO4、SO2、H2O2和NaOH為原料，制備NaClO2和無水Na2SO4，其主要流程如下：
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已知：① 2ClO2＋H2O2＋2NaOH===2NaClO2＋O2＋2H2O；
② 2ClO2＋2NaOH===NaClO2＋NaClO3＋H2O；
③溫度高于60 ℃時，NaClO2發生分解生成NaClO3和NaCl。
（1）反應1中SO2與NaClO3反應制得ClO2氣體，該反應的化學方程式為 。
（2）在圖1所示裝置中發生反應2生成NaClO2，反應過程中放出大量的熱。
①研究表明，實驗時吸收液中H2O2與NaOH的物料比需要控制在0.8左右，原因可能是 。
②在吸收液中H2O2和NaOH的物料比、濃度和體積不變的條件下，控制反應在0～3 ℃進行，實驗中可采取的措施是 。
③裝置Ⅱ的作用是 。
INCLUDEPICTURE "E:\\徐圣哲\\2020\\二輪\\化學 江蘇\\WORD\\D55.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\徐圣哲\\2020\\二輪\\化學 江蘇\\WORD\\D55.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\徐圣哲\\2020\\二輪\\化學 江蘇\\WORD\\D55.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\徐圣哲\\2020\\二輪\\化學 江蘇\\WORD\\第二篇\\題型一\\D55.TIF" \* MERGEFORMATINET
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（3）母液2經過減壓蒸發、冷卻結晶等操作獲得NaClO2粗產品。實驗中采用減壓蒸發的原因是 。
（4）Na2SO4的溶解度曲線如圖2所示。請補充完整由母液1制備無水Na2SO4的實驗方案： ，用無水乙醇洗滌，干燥得到產品。
【課后作業】答案
1．D 2．C 3．C 4．B
5．（1）NH4HCO3+NH3===(NH4)2CO3
（2）SiO2、Fe2O3、Al2O3 KSCN
（3）一元弱 轉化為H3BO3，促進析出
（4）2Mg2++3 CO32-+2H2O==Mg(OH)2·MgCO3↓+2 HCO3-
（或2Mg2++2 CO32-+H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓+CO2↑） 溶浸 高溫焙燒
6．（1）SO2＋2NaClO3＋H2SO4===2ClO2＋2NaHSO4　
（2）①H2O2受熱易分解，配料時應略過量，同時防止ClO2和NaOH反應生成雜質　②使用冰水浴且緩慢通入ClO2　③吸收ClO2，防止污染環境　
（3）可在較低溫度下使溶劑蒸發，防止NaClO2受熱分解　
（4）邊攪拌邊向母液1中滴加NaOH溶液至pH約為7時，停止滴加NaOH溶液，加熱濃縮溶液至有大量晶體析出，在高于32 ℃條件下趁熱過濾

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