镁和铝
1．复习重点
1．镁和铝单质的化学性质；
2。镁和铝的重要化合物的化学性质。
3．重点是Al2O3、Al(OH)3的两性。
2．难点聚焦
一、金属的通性
项目
内容
周期表中的分布
位于从硼到砹的左下方，在已知的109种元素中有87种是金属元素
原子结构的特征（最外层电子）
最外层电子数一般少于4个（ⅣA～ⅥA的某些金属元素有4～5个，但核外电子层数较多，原子半径较大）
组成微粒
及通常状态
金属离子和自由电子
通常情况下都是金属晶体，只有汞在常温下呈液态
分类
冶金工业
黑色金属：铁、铬、锰
有色金属：除铁、铬、锰以外的金属
密度
轻金属：密度小于4.5g/cm3
重金属：密度大于4.5g/cm3
从与人的接触分
常见金属：如铁、铜、铝等
稀有金属：如锆、铪、铌等
物理性质（通性）
有金属光泽、不透明，热和电的良导体，有良好的延性和展性
1．金属的晶体结构：
金属具有一些共同性质，是由它们的原子结构和晶体结构的相似性决定的。金属的价电子较少，容易失去价电子变成金属离子，这些释出的价电子，不在属于那个或那几个指定的金属离子，而是整体金属的"集体财富"。它们在整个晶体内自由移动，人称"自由电子"。有人描述金属晶体内的实际情况是"金属离子沉浸在自由电子的海洋中"。换言之，是金属离子和自由电子之间存在着较强的电性作用，使许多金属离子和自由电子相互结合在一起形成晶体。
但是金属晶体中的"金属离子和自由电子之间存在着较强的电性作用"有相对强弱之分。一般来说，价电子数越多，原子半径越小，"作用"愈强，其熔沸点相对较高，密度、硬度也相对较大。
例如：同一主族金属元素的原子，价电子数目相同，从上到下随原子序数的递增，电子层数增多，原子半径增大，金属晶体中金属阳离子与自由电子的作用逐渐减弱，因此，它们的熔点逐渐降低，硬度逐渐减小。如：碱金属熔点钠比钾高，硬度钠比钾大。
同一周期金属元素的原子的电子层数相同，从左到右随原子序数的递增，价电子数增多，原子半径减小，金属晶体中金属阳离子与自由电子的作用逐渐增强。因此它们的熔点逐渐升高，硬度逐渐增大。如：按钠、镁、铝的顺序熔点依次升高，硬度逐渐增大。
2.金属的物理特性及解释
（1）金属都是电的良导体，通常情况下，自由电子在金属晶体内部的自由电子在金属内部作无规则的热运动，当金属的两端存在电势差的时候，在电场力的作用下，这些自由电子便作定向的移动，酷似人的定向移动就形成"人流"一样，电子的定向移动也便成了电流。
（2）在金属晶体内，自由电子运动时与金属离子相碰撞，引起两者的能量交换，致使整块金属达到了同样的温度，这是金属导热的原因。
大多数金属有良好的导电性和导热性，是由于这两种性质都与自由电子有关，所以善于导电的金属也善于导热。常见的几种金属的导电、导热能力由大到小的顺序为：
Ag、Cu、Au、Al、Zn、Pt、Sn、Fe、Pb、Hg。
（3）金属受外力作用晶体中各层之间发生相对滑动，但金属离子与自由电子间的较强的相互作用仍然存在，也就金属虽发生变形而不致破碎。
金属的延性，是指金属可以抽成丝。例如：最细的白金丝直径不过1/5000mm；金属又有展性，指的是可以压成薄片，最薄的金箔，只有1/10000mm厚。延展性最好的金属是金。但也有少数金属，如锑、铋、锰等，性质较脆，没有延展性。
3.金属晶体与其它常见晶体的比较
晶体类型
离子晶体
原子晶体
分子晶体
金属晶体
实例
NaCl晶体
金刚石
干冰
镁
构成晶体的微粒
阴、阳离子
原子
分子
金属离子、自由电子
微粒间的相互作用
离子键
共价键
范得华力
金属键
物理性质
硬度
较大
很大
很小
较小
熔沸点
较高
很高
低、很低
多数较高
导电性
晶体不导电（熔化时或水溶液中导电）
一般为非导体
非导体（有的水溶液能导电）
良导体
4.为什么整块金属会具有金属光泽而金属粉末常呈暗灰色或黑色？
由于金属原子以最紧密状态堆积排列，内部存在自由电子，所以当光线投射到它的表面时，自由电子可以吸收所有频率的光，然后很快放出各种频率的光，这就使绝大多数金属呈现钢灰色以至银白色光泽。而金显黄色，铜显赤红色，铋为淡红色，铯为淡黄色，铅为灰蓝色，是由于它们较易吸收某些频率的光。
在粉末状态时，金属的晶面取向杂乱，晶格排列的不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以为黑色。
二、镁和铝的性质
金属
项目
镁（Mg）
铝（Al）
原子结构
原子半径
1.60×10－10m
1.43×10－10m
化合价
2
3
晶体结构
金属晶体
金属晶体
单质
物理
性质
镁和铝都是密度较小、熔点较低、硬度较小的银白色金属，但镁和铝相比较，铝的硬度比镁的稍大，熔点和沸点都是铝比镁的高
活泼性
较活泼：Mg－2e=Mg2
较活泼：Al－3e=Al3
抗腐
蚀性
在空气中都能跟氧气反应，表面覆盖一层致密而坚硬的氧化物薄膜，都具有搞腐蚀性能
与O2反应
点燃
2Mg O2 = 2MgO
△
4Al 3O2 = 2Al2O3
与酸
反应
Mg 2H =Mg2 H2↑
2Al 6H =Al3 3H2↑
与碱
反应
不反应
2Al 2OH- 2H2O=2AlO2- 3H2↑
与氧化物反应
点燃
2Mg CO2 = 2MgO C
△
2Al Fe2O3=Al2O3 2Fe
结论
镁、铝均为较活泼的金属，但镁的金属性强于铝
解释
核电荷数镁小于铝，而原子半径镁大于铝，故核对最外层的电子引力镁小于铝，即Al比Mg难失电子，金属性弱于Mg
主要
用途
镁合金汽车、飞机制造、照明弹等
铝合金汽车、船舶、飞机制造、防锈油漆、导线、电缆等
1．我们要善于从镁和铝的原子结构、晶体结构的相同和相似的一面认识它们性质的相似性；从结构上不同的一面提示和把握它的性质上相异性以及递变。
镁和铝都是较活泼的金属。在一定条件下，它们都可以和水反应，置换出水中的氢。镁跟冷水便缓慢地反应，加热时反应更为显著。铝和沸水也能微弱的反应，但现象不明显。这一方面是因为镁的金属活动性较铝相对较强，另一个不可忽视的原因是它们的氢氧化物虽然都难溶于水，但Mg(OH)2较Al(OH)3的溶解性相对较大，所以与水反应时生成的Mg(OH)2在镁条表面的覆盖要小，尤其是在加热的条件下（加热时水中的氢离子浓度也相对较大）。但在像在NaOH溶液的强碱性条件下，情况就不一样了。在强碱溶液中，Mg(OH)2的溶解度大为减小，水中的氢离子浓度也减小了，事实证明，镁和强碱溶液不反应，而铝则不然，由于Al(OH)3是典型的两性氢氧化物，它可溶于强碱溶液。即：
Al(OH)3 OH-=AlO2- 2H2O
由上分析可知：铝是一种较活泼的金属，它并不能直接与碱反应，而是先与水反应，2Al 6H2O=2Al(OH)3 3H2↑......①
生成的Al(OH)3是典型的两性氢氧化物，它溶于强碱
Al(OH)3 NaOH=NaAlO2 2H2O......②
将两反应按① ②×2合并，即得总反应方程式：
2Al 2NaOH 2H2O=2NaAlO2 3H2↑
所以在上述反应中铝是还原剂，而氧化剂是H2O，不是NaOH。
2.铝热剂、铝热反应
某些金属氧化物粉末，与铝粉混合后在较高温度下剧烈反应生成Al2O3和其它金属并放出大量的热的反应，叫铝热反应。
能作铝热剂的不只是Fe2O3,还可以是V2O5、Cr2O3、MnO2等与Al粉形成铝热剂，铝热反应较多的应用于生产上，如：焊接钢轨，熔炼难熔金属V、Cr等。
3.镁、铝在自然界中均以化合态存在，铝是地壳里存在最多的金属元素。工业上用电解熔融的MgCl2制取Mg,用电解熔融的Al2O3制取Al。
三、镁和铝的重要化合物
1.镁及其化合物转化关系
2.铝及其化合物转化关系
3.MgO与Al2O3的比较
MgO
Al2O3
物理
性质
均为白色粉末，不溶于水，
熔点高（MgO>Al2O3），是优良的耐火材料
化
学
性
质
与热水反应
MgO H2O=Mg(OH)2
与水不反应
碱性氧化物
MgO 2H =Mg2 H2O
两性氧化物
Al2O3 6H =2Al3 3H2O
Al2O3 2OH-=2AlO2- H2O
4.Mg(OH)2与Al(OH)3的比较
Mg(OH)2
Al(OH)3
物理
性质
均为白色固体，不溶于水
化
学
性
质
不稳定性
Mg(OH)2=MgO H2O
不稳定性
2Al(OH)3=Al2O3 3H2O
碱性
Mg(OH)2 2H =Mg2 H2O
两性Al(OH)3 3H =Al3 3H2O
Al(OH)3 OH-=AlO2- 2H2O 制
备
Mg2 2OH-= Mg(OH)2↓
Mg2 2NH3·H2O =Mg(OH)2↓ 2NH4
Al3 3NH3·H2O=Al(OH)3↓ 3NH4
不用强碱
AlO2- CO2 2H2O= Al(OH)3↓ HCO3-
不用强酸
1．在学习过程中一定要注意以下几点：
（1）注重理论知识的指导作用，培养思维能力.如学习镁、铝性质时，可用元素周期表及周期律的理论为指导；在学习Al(OH)3两性时，可运用电离理论和化学平衡理论进行分析.这样不仅可以巩固所学的理论知识，还可以培养自己分析问题解决问题的能力.
（2）温故知新，培养自己归纳总结的能力.如铝的一些性质在初三和高一曾学习过.要在复习有关知识的基础上学完本节后学会总结、归纳的方法，使所学的知识系统化、网络化.
（3）充分发挥主体作用，培养自学能力.如金属的通性、合金等内容通过自学，不仅可以获得知识，更重要的是学会读书的方法，培养自学能力.
（4）掌握图像题的解题技巧，如Al(OH)3两性的计算.
2.两性物质与物质的两性
两性物质指即能与酸反应，又能与碱作用生成盐和水的化合物，如Al2O3、ZnO、Zn（OH）2、Al(OH)3、氨基酸、蛋白质等。
物质的两性，如强碱弱酸盐（NaHCO3、KHS、Na2HPO4等）弱酸弱碱盐（CH3COONH4、NH4HS）等，既能与强酸反应，又能与强碱作用，但只能说这种物质的性质有两性，不能将它们称为两性物质，因为这些化合物不是由本身直接电离出的H 和OH-参加反应，并且生成物不全是盐和水。
Al既能与酸作用，又能与强碱溶液反应，但不属于两性物质，也不能说它具有两性，因为Al与强碱溶液反应的本质是：2Al 6H2O=2Al(OH)3 3H2↑，Al(OH)3 NaOH=NaAlO2 2H2O，两式相加为：2Al 2NaOH 2H2O=2NaAlO2 3H2↑，由以上反应可知：Al不直接与NaOH溶液反应，Al仍然为金属元素。
Al(OH)3具有两性，是两性物质，可用电离平衡移动的原理来解释：Al(OH)3的电离方程式可表示如下：
AlO2- H H2O≒Al(OH)3≒Al3 3OH-
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Al(OH)3的电离平衡，使平衡向右（或左）移动，生成铝盐（或偏铝酸盐），所以Al(OH)3即具有碱性，又具有酸性。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（如碳酸、氨水）。
Al3 只能在酸性溶液中大量存在，如AlCl3、Al2(SO4)3溶液均是酸性溶液；铝元素在碱性溶液中能以AlO2-离子大量存在，所以AlO2-与OH-、Al3 与H 不能大量共存，AlO2-与Al3 也不能大量共存，其离子方程式是：Al3 3AlO2- 6H2O=4Al(OH)3↓。
3．试剂的滴加顺序不同产生的现象不同
（1）NaOH和AlCl3
向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液，先出现白色沉淀后消失：
Al3 3OH-=Al(OH)3 ↓ Al(OH)3 OH-=AlO2- 2H2O
向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液，开始无现象后出现白色沉淀：
Al3 4OH-= AlO2- 2H2O Al3 3AlO2- 6H2O=4Al(OH)3↓
（2）NaAlO2和盐酸
向NaAlO2溶液中滴加盐酸，先出现白色沉淀后消失：
NaAlO2 HCl H2O= Al(OH)3↓ NaCl Al(OH)3 3H =Al3 3H2O
向盐酸中滴加NaAlO2溶液，开始无现象后出现白色沉淀：
4HCl NaAlO2= NaCl AlCl3 2H2O AlCl3 3NaAlO2 6H2O=4Al(OH)3↓ 3NaCl
(3)Na2CO3和盐酸
向Na2CO3溶液中滴加盐酸，开始无现象，后产生气泡
Na2CO3 HCl=NaCl NaHCO3 NaHCO3 HCl=NaCl H2O CO2↑
向盐酸中滴加Na2CO3溶液，立即产生气泡
Na2CO3 2HCl=2NaCl H2O CO2↑
四、合金与复盐
1．合金的组成成份，可以是不同的金属，也可以是金属和非金属，不要望文生义，把合金理解为只是金属与金属的熔合，从而使合金的外延变窄。一般来说，合金的硬度一般比它的各成份金属的大，如硬铝（含少量的Cu、Mg、Mn、Si等）；合金的熔点比它的各成份金属的熔点都低，如K～Na合金可以作原子反应堆的导热剂；又如做保险丝材料的"伍德合金"，是锡、铋、镉、铅按1：4：1：2质量比组成的合金，熔点仅为67℃，比水的沸点还低，因此，当电路上电流过大，电线发热到70℃左右，保除丝即可熔化，自动切断电路，保证电路安全。
合金可以分为三种类型：
（1）金属固熔体：这是一种金属均匀地分布在另一种金属内形成的复合体，是固态溶液。如黄铜（67％Cu、33%Zn），银与金的合金都是金属固溶体。
（2）金属互化物：金属与金属之间形成的化合物。其组成有的是固定不变的，如铜化锌（ZnCu）、碳化铁（Fe3C）等，有的是可变的，如铜锡合金就有Cu5Sn、Cu31Sn8、Cu3Sn等多种不同组成。金属互化物不能用通常的化合价来解释。
（3）机械混合物：其晶体由两种或两种以上的晶体结构混合而成的，每一小晶体中只有一种金属。同前两类合金不同，机械混合物的组成是非均一的。钢、生铁、青铜等属于这一类合金。
从以上介绍可以看出笼统的说合金是混合物还是化合物都是不合适的。
2.复盐可以看作是两种简单的盐复合而成的，但复盐属于纯净物，复盐与普通正盐或酸式盐的区别在于复盐电离时，可以电离出两种不同的金属离子（或一种是铵根离子）。
例如：KAl(SO4)2=K Al3 2SO42- (两种金属离子)
明矾〖KAl(SO4)2·12H2O〗、光卤石〖KCl·MgCl2·6H2O〗等均为复盐。
络盐：指含有络离子的盐类，象Na3AlF6，[Ag(NH3)2]OH等，络盐中络离子在溶液中十分稳定，很难电离。如：Na3AlF6=3Na AlF6-,这是络盐与复盐的明显区别。
3.明矾是一种净水剂，明矾溶于水后Al3 能与水反应：
Al3 3H2O≒Al(OH)3 3H
有胶状Al(OH)3沉淀生成，可以吸附水中悬浮的杂质，而不能除去溶解在水中的物质。
矾是一价金属（M ）或铵根离子（NH4 ）和三价金属（M3 ）硫酸盐的含水复盐的总称。它的种类很多，其通式为（M2SO4·M2(SO4)3·24H2O）,例如：明矾K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O,铁铵矾（NH4）2SO4·Fe2(SO4)3·24H2O等。习惯上把某些含有结晶水的硫酸盐也称为矾，如胆矾（CuSO4·5H2O），绿矾（FeSO4·7H2O）等，它们不属于真正的矾，完全是人们的习惯称呼。
