高一化學(xué)鎂的提取及應(yīng)用

【典例】目前世界上60%的鎂是從海水中提取的。學(xué)生就這個(gè)課題展開(kāi)了討論。已知海水提鎂的主要步驟如下：學(xué)生就這個(gè)課題提出了以下問(wèn)題：（一）在海水提鎂的過(guò)程中如何實(shí)現(xiàn)對(duì)鎂離子的富集？有三個(gè)學(xué)生提出自己的觀點(diǎn)。學(xué)生1的觀點(diǎn)：直接往海水中加入沉淀劑。學(xué)生2的觀點(diǎn)：高溫加熱蒸發(fā)海水后，再加入沉淀劑。學(xué)生3的觀點(diǎn)：利用曬鹽后的苦鹵水，再加入沉淀劑。請(qǐng)你評(píng)價(jià)三個(gè)學(xué)生提出的觀點(diǎn)是否正確（填“是”或“否”），并簡(jiǎn)述理由。（二）在海水提鎂的過(guò)程中如何實(shí)現(xiàn)對(duì)鎂離子的分離？（1）為了使鎂離子沉淀下來(lái)，加入的足量試劑①是______（填化學(xué)式）。（2）加入的足量試劑②是______（填化學(xué)式）。（3）試從節(jié)約能源，提高金屬鎂的純度分析，以下適宜的冶煉鎂的方法是_____?！舅悸伏c(diǎn)撥】設(shè)計(jì)制備物質(zhì)的流程時(shí)，應(yīng)該注意：①反應(yīng)原理正確；②實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單易行，反應(yīng)流程盡可能短。【自主解答】（一）海水中鎂的總量雖然多，但是鎂離子濃度卻很小，若直接往海水中加入沉淀劑，則所需要的沉淀劑用量大，不經(jīng)濟(jì)。高溫加熱蒸發(fā)海水，固然可以提高鎂離子濃度，降低使用沉淀劑的成本，卻消耗了大量能源，大大增加了能耗的成本。海水曬鹽時(shí)，利用了太陽(yáng)能，在得到食鹽的同時(shí)，增大了鎂離子濃度，剩余苦鹵水得到了合理利用，降低了成本。（二）（1）為了使鎂離子沉淀下來(lái)，應(yīng)該加入堿，若加入石灰乳，則還會(huì)得到CaSO4沉淀，所以在該題中應(yīng)該選擇加入NaOH溶液。（2）將氫氧化鎂沉淀變成MgCl2溶液，可以加入鹽酸。（3）氫氧化鎂灼燒分解需要吸收熱量，電解熔融的MgO需要2800℃的高溫，這些因素都需要消耗大量的能量，用C或活潑金屬還原MgO或MgCl2時(shí)，可能會(huì)帶入C或金屬還原劑等雜質(zhì)，會(huì)降低鎂的純度，所以最好用電解熔融的MgCl2制取金屬鎂。答案：

知識(shí)點(diǎn)一：鎂的提取1.（2010·三明高一檢測(cè)）我國(guó)現(xiàn)在十分重視海水資源的綜合利用。被稱為“國(guó)防金屬”的鎂，60%來(lái)自于海洋，從海水中提取鎂的正確方法是（）【解析】選D。從海水中提取金屬鎂，應(yīng)該先加堿將鎂離子富集，但是使用NaOH溶液成本高，而且Mg（OH）2加熱時(shí)會(huì)分解，所以A和B選項(xiàng)都錯(cuò)誤。MgO的熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于MgCl2的熔點(diǎn)，電解熔融的MgO耗能大，經(jīng)濟(jì)效益差，所以應(yīng)該用電解熔融的MgCl2制金屬鎂。2.從海水中提鎂，最基本的方法是往海水里加堿，得到Mg（OH）2沉淀，將沉淀分離出來(lái)后再加入鹽酸把它變成MgCl2；之后，經(jīng)過(guò)濾、干燥、電解，即可得到金屬鎂。下列對(duì)從海水中提鎂的有關(guān)說(shuō)法中，正確的是

()A.整個(gè)過(guò)程中沒(méi)有涉及置換反應(yīng)B.往海水里加堿是指直接加入純堿C.電解MgCl2溶液即可得到金屬鎂D.電解時(shí)得到的鎂蒸氣應(yīng)在CO2氛圍中冷卻【解析】選A。從海水中提取金屬鎂的過(guò)程如下：①M(fèi)gCl2+Ca（OH）2====CaCl2+Mg（OH）2↓(復(fù)分解反應(yīng)）；②Mg（OH）2+2HCl====MgCl2+2H2O(復(fù)分解反應(yīng))；③MgCl2+6H2OMgCl2·6H2O(化合反應(yīng))；④MgCl2·6H2OMgCl2+6H2O↑(分解反應(yīng))；⑤MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑(分解反應(yīng))，所以沒(méi)有涉及置換反應(yīng)，A選項(xiàng)正確。加入的堿是指Ca(OH)2，電解====而不是純堿，B選項(xiàng)錯(cuò)誤。制金屬鎂時(shí)，電解的是熔融的MgCl2，而不是MgCl2溶液，所以C選項(xiàng)錯(cuò)誤。因?yàn)殒V能夠在CO2中燃燒，所以不能將鎂蒸氣在CO2氛圍中冷卻，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。知識(shí)點(diǎn)二：鎂的性質(zhì)及應(yīng)用3.下列有關(guān)鎂及其化合物的離子方程式書(shū)寫(xiě)正確的是（）A.MgCO3與鹽酸反應(yīng)：CO32-+2H+====CO2↑+2H2OB.Mg（OH）2與H2SO4反應(yīng)：Mg2++2OH-+2H++SO42-====MgSO4↓+2H2OC.鎂與醋酸反應(yīng)：Mg+2H+====Mg2++H2↑D.工業(yè)上以海水為原料制取Mg（OH）2：Ca（OH）2+Mg2+====Mg（OH）2↓+Ca2+【解析】選D。MgCO3和Mg（OH）2都是難溶性物質(zhì)，醋酸為弱電解質(zhì)，在寫(xiě)離子方程式時(shí)不能拆成離子形式，MgSO4是可溶性鹽，在寫(xiě)離子方程式時(shí)要拆成Mg2+和SO42-的形式，A、B、C選項(xiàng)中的方程式都錯(cuò)誤；工業(yè)上以海水為原料制取Mg（OH）2時(shí)，要在海水中加入石灰乳，而不是石灰水，所以Ca（OH）2不能拆成離子的形式。4.鎂及其化合物在生產(chǎn)和生活中有廣泛的應(yīng)用，試回答下列問(wèn)題：（1）常用作耐火材料的鎂的化合物的化學(xué)式是_____。（2）在軍事上金屬鎂可以用于制造信號(hào)彈和焰火，其反應(yīng)原理用化學(xué)方程式可以表示為_(kāi)___。（3）Mg（OH）2是治療胃酸過(guò)多藥品的重要成分之一，其反應(yīng)原理用離子方程式可以表示為_(kāi)_____?！窘馕觥勘绢}考查了鎂及其化合物的用途、性質(zhì)、化學(xué)方程式及離子方程式的書(shū)寫(xiě)等知識(shí)。（1）MgO的熔點(diǎn)高達(dá)2800℃，是優(yōu)質(zhì)的耐高溫材料；（2）鎂燃燒時(shí)會(huì)發(fā)出耀眼的白光，所以可以用于制造信號(hào)彈和焰火；（3）Mg（OH）2是一種弱堿，可以用于中和過(guò)多的胃酸。答案：（1）MgO（2）2Mg+O22MgO（3）Mg（OH）2+2H+====Mg2++2H2O點(diǎn)燃====5.（2010·玉溪高一檢測(cè)）鎂在空氣里點(diǎn)燃可以燃燒，放出大量的熱并發(fā)出耀眼的白光，生成白色的氧化鎂，同時(shí)，鎂在這樣的高溫條件下，還可與空氣中的另一種主要成分反應(yīng)，生成少量的物質(zhì)A，氣體C能夠使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)。已知A有下列一系列變化：（1）寫(xiě)出A、C、D的化學(xué)式：A____、C_____、D_____。（2）寫(xiě)出下列變化的化學(xué)方程式：①_________________________，②_________________________?！窘馕觥縈g3N2和水或酸的反應(yīng)：本質(zhì)上是陰陽(yáng)離子相互結(jié)合生成電中性的物質(zhì)。（1）和水反應(yīng)：Mg3N2+6H2O===3Mg（OH）2↓+2NH3↑（2）和鹽酸反應(yīng)Mg3N2+8HCl====3MgCl2+2NH4Cl鎂在空氣里燃燒時(shí)，主要和氧氣反應(yīng)生成MgO，還可以和氮?dú)夥磻?yīng)生成Mg3N2，所以A為Mg3N2。Mg3N2和鹽酸反應(yīng)得到的溶液B中一定含有Mg2+和Cl-，所以沉淀D一定是Mg（OH）2，能夠使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)的氣體是氨氣，NH4+能夠和NaOH溶液反應(yīng)放出NH3，所以溶液B中還含有NH4+，即它為MgCl2和NH4Cl的混合物。答案：（1）Mg3N2NH3Mg（OH）2（2）①M(fèi)g3N2+8HCl====3MgCl2+2NH4Cl②MgCl2+2NaOH====Mg（OH）2↓+2NaCl,NH4Cl+NaOHNaCl+H2O+NH3↑△====一、選擇題(本題包括5個(gè)小題，每小題4分，共20分)1.鎂粉可用來(lái)制取焰火，工業(yè)上制取鎂粉的方法是將鎂的蒸氣進(jìn)行冷卻，其中最適宜的方法是（）A.在氮?dú)獾娜萜鲀?nèi)冷卻B.在水中冷卻C.在氫氣的環(huán)境里冷卻D.在二氧化碳?xì)怏w里冷卻【解析】選C。鎂性質(zhì)活潑且鎂蒸氣溫度較高易與氮?dú)狻⒍趸?、冷水發(fā)生反應(yīng)，故選C。2.由海水制備無(wú)水氯化鎂，主要有以下步驟：①在一定條件下脫水干燥；②加熟石灰；③加鹽酸；④過(guò)濾；⑤濃縮結(jié)晶。其先后順序正確的是（）A.②④⑤③①B.③②④①⑤C.③④②⑤①D.②④③⑤①【解析】3.下列有關(guān)鎂的敘述正確的是()A.鎂不能與水反應(yīng)放出H2B.鎂條燃燒引起的火災(zāi)可用CO2進(jìn)行撲滅C.鎂制容器可用來(lái)裝濃HNO3D.鎂在空氣中燃燒產(chǎn)物并不全是MgO【解析】選D。鎂是很活潑的金屬，具有強(qiáng)還原性，燃著的鎂條能夠奪取CO2中的氧而繼續(xù)燃燒。鎂條也能與水反應(yīng)放出H2，溫度低時(shí)反應(yīng)較慢，加熱時(shí)反應(yīng)可以加快。鎂條在空氣中燃燒不僅與氧氣化合生成MgO，還能與少量氮?dú)饣仙蒑g3N2。常溫時(shí)，鋁鐵在濃HNO3中鈍化，而鎂則不能。4.（2010·揚(yáng)州高一檢測(cè)）已知鋰和鎂的單質(zhì)及其化合物在很多性質(zhì)上具有相似性，由此可以推斷下列關(guān)于鋰及其化合物的敘述中，正確的是()A.LiOH加熱時(shí)，不會(huì)分解B.Li2CO3加熱時(shí)，不會(huì)分解C.Li在氧氣中燃燒生成Li2O2D.Li與稀硫酸反應(yīng)生成Li2SO4【解析】選D。類比鎂及其化合物的性質(zhì)：Mg（OH）2和MgCO3受熱都容易分解，LiOH與Li2CO3受熱也容易分解，A和B選項(xiàng)錯(cuò)誤。Mg在氧氣中燃燒生成普通的氧化物MgO，所以Li在氧氣中燃燒生成Li2O，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；Mg與稀硫酸反應(yīng)生成MgSO4和氫氣，Li與稀硫酸反應(yīng)生成Li2SO4和氫氣，D選項(xiàng)正確。5.（2010·嘉興高一檢測(cè)）為了除去MgCl2酸性溶液中的Fe3+，可在加熱攪拌的條件下加入一種試劑，過(guò)濾后再加入適量鹽酸。這種試劑不能是()A.NH3·H2OB.Mg（OH）2C.MgOD.MgCO3【解析】選A。加入氨水能夠和MgCl2反應(yīng)生成Mg（OH）2沉淀，并且引入新的雜質(zhì)NH4Cl。6.某工廠的廢水中只含硫酸鎂和少量硫酸，某課外活動(dòng)小組以此作為課題，探討如何從中回收純凈的硫酸鎂固體。他們?cè)O(shè)計(jì)了兩種不同的方案，請(qǐng)你參加討論：（1）方案一：選用鎂粉作試劑。①往廢水中逐漸加入鎂粉，當(dāng)觀察到______時(shí)，說(shuō)明加入鎂粉的量已經(jīng)足夠。②接下來(lái)的操作方法依次是______和蒸發(fā)。（2）方案二：選用氫氧化鈉溶液作試劑。①向廢水中逐滴加入氫氧化鈉溶液，當(dāng)____時(shí)，停止滴入氫氧化鈉溶液。②為了得到純凈的硫酸鎂溶液，接著應(yīng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作是過(guò)濾、洗滌沉淀。其中洗滌沉淀的操作是_____。③往洗滌過(guò)的沉淀中加入硫酸到沉淀恰好完全溶解時(shí)停止滴加，蒸發(fā)溶劑得到硫酸鎂固體。（3）比較兩個(gè)方案，假設(shè)實(shí)驗(yàn)中都沒(méi)有損耗，那么，最后得到的硫酸鎂固體的質(zhì)量是否相同？_____；原因是_____?！窘馕觥糠桨敢唬和鶑U水中逐漸加入鎂粉時(shí)，鎂粉和硫酸反應(yīng)生成氫氣，當(dāng)鎂粉過(guò)量時(shí)，硫酸反應(yīng)完全，鎂粉不再溶解，也無(wú)氣泡產(chǎn)生；方案二：①向廢水中逐滴加入氫氧化鈉溶液時(shí)，NaOH先和硫酸反應(yīng)，再和硫酸鎂反應(yīng)生成Mg（OH）2沉淀，當(dāng)不再產(chǎn)生沉淀時(shí)，說(shuō)明滴入的氫氧化鈉溶液足量。方案一和方案二相比較，方案一中加入的鎂粉和硫酸反應(yīng)生成硫酸鎂，增加了硫酸鎂的質(zhì)量，所以方案一得到的硫酸鎂的質(zhì)量大。答案：（1）①鎂粉有剩余（或溶液中不再有氣泡產(chǎn)生）②過(guò)濾（2）①不再產(chǎn)生沉淀（或沉淀不再增加）②向漏斗的沉淀中注入蒸餾水，使水浸沒(méi)沉淀物，等水流完后，重復(fù)操作數(shù)次（3）不同方案一中加入鎂粉，增加了硫酸鎂的質(zhì)量1.（5分）（2010·黃山高一檢測(cè)）一定量的Mg和MgO的混合物投入100mL2mol/L的稀HCl中完全溶解后，再向反應(yīng)后的溶液中加入4mol/L的NaOH溶液，要使Mg元素全部沉淀出來(lái)，所加入的NaOH溶液的體積最小是（）A.100mLB.50mLC.25mLD.由于Mg、MgO的質(zhì)量未知無(wú)法判斷【解析】選B。Mg元素全部沉淀后，溶液中只有NaCl，其中Na+全部來(lái)自于NaOH溶液，Cl-全部來(lái)自于稀HCl，且有n（NaOH）＝n（HCl）＝0.100L×2mol/L＝0.2mol＝c（NaOH）·V（NaOH），所以V（NaOH）＝＝0.05L＝50mL。2.（15分）鎂是銀白色、有金屬光澤的活潑金屬，但鎂帶表面呈現(xiàn)灰黑色。用砂紙磨下鎂條表面固體粉末，在空氣中加強(qiáng)熱，有水蒸氣生成；另取粉末，加入稀酸，產(chǎn)生氣體導(dǎo)入澄清石灰水中，產(chǎn)生渾濁。如果將灰黑色的鎂條在純氧中點(diǎn)燃，燃燒產(chǎn)物中有黑色物質(zhì)生成。（1）預(yù)測(cè)：鎂條表面的灰黑色物質(zhì)的組成是_____；黑色燃燒產(chǎn)物是_____。（填名稱）（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)確定灰黑色物質(zhì)的具體組成_____。（3）試用必要的文字及化學(xué)方程式說(shuō)明產(chǎn)生黑色燃燒產(chǎn)物的原因：_____?！窘馕觥挎V條表面的灰黑色物質(zhì)在加熱時(shí)有水蒸氣和二氧化碳生成，類比堿式碳酸銅的受熱分解，所以該物質(zhì)可能為堿式碳酸鎂，其分解的化學(xué)方程式為：Mg2（OH）2CO32MgO+H2O+CO2↑，可以通過(guò)測(cè)定其熱分解產(chǎn)物的質(zhì)量來(lái)確定其組成?；液谏逆V條在純氧中點(diǎn)燃時(shí)，必定會(huì)產(chǎn)生一部分CO2，鎂和CO2反應(yīng)生成黑色燃燒產(chǎn)物C?！?===答案：（1）堿式碳酸鎂碳（2）將鎂帶表面固體粉末隔絕空氣加強(qiáng)熱，產(chǎn)物先用濃硫酸吸收，再用堿石灰吸收，確定增重質(zhì)量的比值（3）鎂與熱分解產(chǎn)生的CO2反應(yīng)，2Mg+CO22MgO+C點(diǎn)燃====專題復(fù)習(xí)一(基本概念、理論）1、在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，5.6LNH3

溶解于1L水后得密度為0.9g/mL的氨水請(qǐng)計(jì)算：（1）氨氣的物質(zhì)的量

（2）氨氣的質(zhì)量

（3）氨氣中氫原子數(shù)

（4）氨水的物質(zhì)的量濃度

2、相同質(zhì)量的SO2

和O2

二種氣體中（1）分子的物質(zhì)的量之比（2）氧原子數(shù)之比

（3）標(biāo)準(zhǔn)狀況下密度之比

（4）在同溫同壓下的體積之比（5）質(zhì)子數(shù)之比3、將100mL濃度為0.1mol/L的AlCl3

和200mL濃度0.1mol/L的MgCl2

混合后，當(dāng)加入70mL的NaOH溶液時(shí)，沉淀的物質(zhì)的量最大，求（1）氯化鋁和氯化鎂混合后溶液中氯離子的濃度（2）氫氧化鈉的物質(zhì)的量濃度

4、下列微粒中（1）互為同位素的是：（2）有相同中子數(shù)的是：（3）有相同質(zhì)量數(shù)的是：（4）寫(xiě)出和具有相同電子數(shù)的所有微粒：

5、在反應(yīng)8NH3+3Cl2=N2+6NH4Cl（1）該反應(yīng)屬于哪一種反應(yīng)類型？（2）指出反應(yīng)中的還原劑和還原產(chǎn)物（3）分別用雙線橋、單線橋法標(biāo)出