高中化學(xué)必修1學(xué)案專題2第二單元第4課時鎂的提取和應(yīng)用

第4課時鎂的提取和應(yīng)用一、鎂的提取自然界中的鎂主要以化合態(tài)的形式存在于地殼和海水中。1．先將海邊大量存在的貝殼煅燒成石灰，并將石灰制成石灰乳。寫出上述反應(yīng)的有關(guān)化學(xué)方程式：CaCO3eq\o(=,\s\up15(高溫))CaO＋CO2↑；CaO＋H2O=Ca(OH)2。2．將石灰乳加入海水沉淀池中，得到氫氧化鎂沉淀，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Ca(OH)2＋MgCl2＝Mg(OH)2↓＋CaCl2。3．過濾，向氫氧化鎂沉淀中加入鹽酸發(fā)生中和反應(yīng)，蒸發(fā)、結(jié)晶、過濾得到六水合氯化鎂晶體。寫出上述中和反應(yīng)的化學(xué)方程式：Mg(OH)2＋2HCl=MgCl2＋2H2O。4．將六水合氯化鎂在一定條件下加熱生成無水氯化鎂，電解熔融的氯化鎂可以得到金屬鎂。電解氯化鎂的化學(xué)方程式為MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up15(通電))Mg＋Cl2↑。二、鎂的結(jié)構(gòu)特點和化學(xué)性質(zhì)1．結(jié)構(gòu)：Mg的原子結(jié)構(gòu)示意圖為，易失去最外層的2個電子，Mg－2e－→Mg2＋，顯＋2價。2．化學(xué)性質(zhì)(1)與非金屬單質(zhì)的反應(yīng)：2Mg＋O2eq\o(=,\s\up15(點燃))2MgO，Mg＋Cl2eq\o(=,\s\up15(點燃))MgCl2,3Mg＋N2eq\o(=,\s\up15(點燃))Mg3N2。(2)與氧化物反應(yīng)：2Mg＋CO2eq\o(=,\s\up15(點燃))2MgO＋C，Mg＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(△))Mg(OH)2＋H2↑(反應(yīng)緩慢)。(3)與酸反應(yīng)：Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑(寫離子方程式)。(4)反應(yīng)現(xiàn)象：三、鎂及其化合物的重要物理性質(zhì)和用途1．金屬鎂及鎂合金：鎂是銀白色固體，密度較小(1.74g·cm－3)，熔點645℃，沸點1090℃，是電和熱的良導(dǎo)體；鎂與銅、鋁、錫、錳、鈦等形成的許多合金(約含鎂80%)的密度只有1.8g·cm－3左右，但硬度和強度都2．氧化鎂的熔點很高(2800℃)，是優(yōu)質(zhì)的耐高溫探究點一從海水中提取鎂1．從海水中提取鎂的工藝流程2．有關(guān)步驟及化學(xué)方程式步驟化學(xué)方程式貝殼煅燒成石灰，并將石灰制成石灰乳CaCO3eq\o(=,\s\up15(高溫))CaO＋CO2↑CaO＋H2O=Ca(OH)2石灰乳加入到海水沉淀池中，得到氫氧化鎂沉淀Ca(OH)2＋MgCl2=Mg(OH)2↓＋CaCl2氫氧化鎂與鹽酸反應(yīng)，蒸發(fā)結(jié)晶獲得六水合氯化鎂晶體(MgCl2·6H2O)Mg(OH)2＋2HCl＋6H2O=MgCl2·6H2O＋2H2O六水合氯化鎂晶體在氯化氫氣流中加熱生成無水氯化鎂MgCl2·6H2Oeq\o(=,\s\up15(HCl),\s\do15(△))MgCl2＋6H2O↑電解熔融的氯化鎂得到金屬鎂MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up15(通電))Mg＋Cl2↑拓展：(1)氯化鎂溶液中存在著可逆(水解)反應(yīng)：MgCl2＋2H2OMg(OH)2＋2HCl(2)若在空氣中加熱MgCl2·6H2O，生成的是Mg(OH)Cl或MgO：MgCl2·6H2Oeq\o(=,\s\up15(△))Mg(OH)Cl＋HCl↑＋5H2O↑MgCl2·6H2Oeq\o(=,\s\up15(△))MgO＋2HCl↑＋5H2O↑(3)在HCl氣流中，抑制了MgCl2水解，且?guī)ё進gCl2·6H2O受熱產(chǎn)生的水蒸氣，故能得到無水MgCl2。在以海水為原料提取鎂的過程中，采取哪些措施可以提高經(jīng)濟效益？提示：海水提取鎂的工廠設(shè)在海邊，需要的堿取自海邊豐富的貝殼(CaCO3)，CaCO3分解后產(chǎn)生的CaO再與水反應(yīng)即得堿[Ca(OH)2]。電解MgCl2制鎂時產(chǎn)生的氯氣又可作為制鹽酸的原料。制得的鹽酸再跟Mg(OH)2反應(yīng)而進入循環(huán)，提高了綜合經(jīng)濟效益?！纠?】工業(yè)中“從海水中提取鎂”的流程如下圖所示：其步驟為：①將海邊大量的貝殼煅燒成石灰，并將石灰制成石灰乳；②將石灰乳加入海水沉淀池中經(jīng)過濾得到Mg(OH)2沉淀；③在Mg(OH)2沉淀中加入鹽酸得到MgCl2溶液，再經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶得到MgCl2·6H2O；④將MgCl2·6H2O在一定條件下加熱得到無水MgCl2；⑤電解熔融的氯化鎂可得到Mg。請回答以下問題：(1)步驟③中的蒸發(fā)是利用風(fēng)吹日曬來完成的，而實驗室中進行蒸發(fā)操作需要的主要儀器有________、________、酒精燈、鐵架臺等。(2)上述提取鎂的流程中，在降低成本、減少污染方面做了一些工作，請寫出其中一點：_____________。(3)有同學(xué)認為：步驟②后可加熱Mg(OH)2得到MgO，再電解熔融的MgO制取金屬鎂，這樣可簡化實驗步驟。你同意該同學(xué)的想法嗎？為什么？你的觀點是________，理由是_____________。【思路分析】解答此類流程圖題，首先應(yīng)理清流程中各步的作用，在此基礎(chǔ)上，以所學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)知識為依托，對所設(shè)置的問題進行分析。【解析】(1)蒸發(fā)操作中用的儀器主要有鐵架臺、蒸發(fā)皿、玻璃棒、酒精燈。(2)電解過程中產(chǎn)生的Cl2對環(huán)境有污染，而生產(chǎn)過程中需用到鹽酸，因此工業(yè)上將電解產(chǎn)生的Cl2用于制取HCl氣體。(3)因為MgO熔點很高，熔融時需耗費大量的能量而增加生產(chǎn)成本，綜合經(jīng)濟效益較差，因此工業(yè)上不采取電解熔融的MgO來制取Mg?！敬鸢浮?1)蒸發(fā)皿玻璃棒(2)電解產(chǎn)生的Cl2用于制取HCl氣體(3)不同意因為MgO熔點很高，熔融時因耗費大量的能量而增加生產(chǎn)成本某中學(xué)化學(xué)興趣小組設(shè)計了四種從海水中提取鎂的工藝流程，你認為合理的是(B)A．海水eq\o(→,\s\up15(NaOH))Mg(OH)2eq\o(→,\s\up15(通電))MgB．海水eq\o(→,\s\up15(石灰乳))Mg(OH)2eq\o(→,\s\up15(HCl))MgCl2溶液→MgCl2(熔融)eq\o(→,\s\up15(通電))MgC．海水eq\o(→,\s\up15(HCl))MgCl2溶液→MgCl2晶體eq\o(→,\s\up15(通電))MgD．海水eq\o(→,\s\up15(石灰乳))Mg(OH)2eq\o(→,\s\up15(灼燒))MgOeq\o(→,\s\up15(通電))Mg解析：海水中含有Mg2＋，加入鹽酸不能使MgCl2分離出來，C項不合理；加入堿可生成Mg(OH)2沉淀：Mg2＋＋2OH－=Mg(OH)2↓，因為Ca(OH)2比NaOH廉價得多，考慮經(jīng)濟效益，A項不合理；而D項是通過加熱Mg(OH)2生成MgO，由于MgO熔點很高，很難熔融，考慮經(jīng)濟效益，B項更合理。探究點二鎂的性質(zhì)與應(yīng)用1．鎂的物理性質(zhì)銀白色輕金屬，密度為1.74g·cm－3，熔點為648.8℃，沸點為10902．鎂的原子結(jié)構(gòu)鎂原子最外層有2個電子，在化學(xué)反應(yīng)中鎂原子容易失去最外層的2個電子形成鎂離子。因此，鎂是活潑的金屬，可與活潑的非金屬、酸等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。3．鎂的化學(xué)性質(zhì)(1)常溫下與O2反應(yīng)生成氧化膜，點燃燃燒：2Mg＋O2eq\o(=,\s\up15(點燃))2MgO反應(yīng)現(xiàn)象：劇烈燃燒，發(fā)出耀眼的白光，生成白色固體(MgO，熔點高可作耐火材料)。注意：Ⅰ.鎂、鋁等金屬在常溫下露置于空氣中，表面生成了致密的氧化物保護膜，阻止了金屬被進一步氧化。Ⅱ.做鎂的性質(zhì)實驗時，應(yīng)首先擦去金屬表面的氧化膜。(2)與其他非金屬反應(yīng)：Mg＋Cl2eq\o(=,\s\up15(△))MgCl2Mg＋Seq\o(=,\s\up15(△))MgS3Mg＋N2eq\o(=,\s\up15(點燃))Mg3N2[Mg3N2＋6H2O=3Mg(OH)2＋2NH3↑]鎂在常溫下可與溴水反應(yīng)，可使溴水褪色。(3)與H2O的反應(yīng)：Mg＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(△))Mg(OH)2＋H2↑(反應(yīng)較慢)Mg(OH)2難溶于水，受熱易分解。(4)與氧化物反應(yīng)：2Mg＋CO2eq\o(=,\s\up15(點燃))C＋2MgO注意：Mg、Na等活潑金屬能在CO2中燃燒，故活潑金屬失火不能用干粉(CO2)滅火器滅火。(5)與非氧化性酸反應(yīng)放出氫氣：Mg＋2HCl=MgCl2＋H2↑Mg＋H2SO4(稀)=MgSO4＋H2↑(6)與鹽溶液反應(yīng)：Mg＋CuCl2=MgCl2＋CuMg＋2NH4Cl=MgCl2＋2NH3↑＋H2↑4．鎂的用途鎂的合金用于火箭、導(dǎo)彈和飛機制造業(yè)等，鎂常用來制耐火材料MgO(熔點高達2800℃5．與鎂的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相似的有鈹(Be)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、鐳(Ra)等元素。原子結(jié)構(gòu)中，最外層皆為2個電子，易失電子形成＋2價離子。按鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鐳的順序，還原性逐漸增強，對應(yīng)離子的氧化性逐漸減弱，氧化物對應(yīng)的水化物的堿性逐漸增強。1．鎂是活潑金屬，故不具有抗腐蝕性，這句話正確嗎？提示：不正確。鎂是活潑的金屬，易被氧化，但鎂具有抗腐蝕性能。這是因為在常溫下，鎂在空氣中與氧氣反應(yīng)，生成一層致密的氧化物薄膜，這層氧化物薄膜能夠阻止金屬繼續(xù)被氧化，故鎂有抗腐蝕性能。2．CO2真的是不能助燃嗎？提示：CO2對絕大多數(shù)可燃物是良好的滅火劑，但對具有強還原性的可燃物如K、Ca、Na、Mg等卻是助燃劑。3．鎂條著火時，如何滅火？提示：在加熱條件下，鎂與水反應(yīng)較快，反應(yīng)方程式為Mg＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(△))Mg(OH)2＋H2↑。鎂也能與二氧化碳反應(yīng)生成氧化鎂和碳，故鎂條著火后，既不能用水也不能用二氧化碳滅火，而應(yīng)用細沙來滅火。4．鎂在空氣中燃燒，生成物為純凈物嗎？提示：鎂在空氣中燃燒，除了可與空氣中的O2反應(yīng)生成MgO外，還能與N2、CO2反應(yīng)，生成Mg3N2和C，為混合物。下表為鎂在O2、N2、CO2中分別燃燒的現(xiàn)象：化學(xué)方程式現(xiàn)象2Mg＋O2eq\o(=,\s\up15(點燃))2MgO劇烈燃燒，伴有明亮的火焰，耀眼的白光和白煙，瓶底有白色固體生成3Mg＋N2eq\o(=,\s\up15(點燃))Mg3N2劇烈燃燒，發(fā)出暗紅色火焰，耀眼的白光和白煙，瓶底有淡黃色固體生成2Mg＋CO2eq\o(=,\s\up15(點燃))2MgO＋C劇烈燃燒，有明亮的火焰、耀眼的白光，伴有白煙，生成白色粉末，瓶壁上還有黑色的固體附著【例2】已知鎂能在O2、N2、CO2中燃燒生成相應(yīng)的化合物，試回答下列問題：(1)鎂在空氣中燃燒，除發(fā)生反應(yīng)2Mg＋O2eq\o(=,\s\up15(點燃))2MgO外，還能發(fā)生其他反應(yīng)，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式______________________________________。(2)鎂條在氧氣中燃燒的現(xiàn)象是______________________________________。(3)有同學(xué)認為空氣中N2的質(zhì)量分數(shù)最大，所以產(chǎn)物中氮化鎂的質(zhì)量分數(shù)最大。事實上是這樣嗎？為什么？___________________________________。(4)通過鎂在空氣中燃燒這一事實，你對燃燒這一概念有何新的認識？___________________________________。(5)若等質(zhì)量的鎂分別在足量O2、N2、CO2中燃燒，燃燒后固體的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，則它們的大小順序為________?！舅悸贩治觥课镔|(zhì)的性質(zhì)、濃度影響著反應(yīng)的現(xiàn)象、產(chǎn)物及產(chǎn)物的量。本題應(yīng)從O2、N2、CO2的性質(zhì)及濃度來分析它們與Mg反應(yīng)的產(chǎn)物及現(xiàn)象?！窘馕觥挎V是較活潑的金屬，鎂在空氣中燃燒，產(chǎn)物較復(fù)雜。但產(chǎn)物中MgO最多，這是因為氧氣最活潑。燃燒是劇烈的發(fā)光、發(fā)熱的氧化還原反應(yīng)，不一定有氧氣參加。假設(shè)參加反應(yīng)的鎂都是24g，由Mg與O2、N2、CO2反應(yīng)的化學(xué)方程式可知，鎂在三種氣體中燃燒所得固體的質(zhì)量分別為40g、eq\f(100,3)g、46g，故有m3>m1>m2。【答案】(1)N2＋3Mgeq\o(=,\s\up15(點燃))Mg3N2,2Mg＋CO2eq\o(=,\s\up15(點燃))2MgO＋C(2)劇烈燃燒，發(fā)出耀眼的白光，生成白色固體(3)不是，因為N2比O2穩(wěn)定(4)燃燒不一定有氧氣參加(5)m3>m1>m2鎂在空氣里點燃可以燃燒，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，鎂還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)駶櫟募t色石蕊試紙變藍。已知A有下面一系列變化：(1)寫出A、C、D的化學(xué)式：AMg3N2、CNH3、DMg(OH)2。(2)寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式：①Mg3N2＋8HCl=3MgCl2＋2NH4Cl；②MgCl2＋2NaOH=Mg(OH)2↓＋2NaCl，NH4Cl＋NaOHeq\o(=,\s\up15(△))NaCl＋H2O＋NH3↑。解析：鎂在空氣里燃燒時，主要和氧氣反應(yīng)生成MgO，還可以和氮氣反應(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)駶櫟募t色石蕊試紙變藍的氣體是NH3，NHeq\o\al(＋,4)能夠和NaOH溶液反應(yīng)放出NH3，所以溶液B中還含有NHeq\o\al(＋,4)，即它為MgCl2和NH4Cl的混合物。1．下列關(guān)于鎂元素及其單質(zhì)的說法中，不正確的是(D)A．鎂在常溫下能與氧氣反應(yīng)，生成氧化鎂保護膜B．鎂在自然界中只有化合態(tài)，沒有游離態(tài)C．鎂能在氯氣、二氧化碳中燃燒，這說明不只是氧氣才有助燃性D．鎂的化學(xué)性質(zhì)很活潑，能與O2、Cl2、N2及酸、堿發(fā)生反應(yīng)解析：鎂、鋁在常溫下能與O2反應(yīng)生成氧化物薄膜，阻止金屬進一步與O2反應(yīng)；鎂的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，在自然界中以化合態(tài)存在；Mg不能與堿發(fā)生反應(yīng)，故D錯誤。2．鎂粉是焰火、閃光粉中不可缺少的原料，工業(yè)制造鎂粉是將鎂蒸氣在氣體中冷卻，下列可作為冷卻氣的是(C)①空氣②CO2③Ar④H2⑤N2A．①② B．②③C．③④ D．④⑤解析：由于鎂很活潑，是還原性很強的金屬，加熱時能與許多氣體物質(zhì)反應(yīng)，如空氣中的氧氣、二氧化碳、氮氣等，但不與氫氣和稀有氣體反應(yīng)。3．(雙選)下列有關(guān)鎂的說法正確的是(AC)A．鎂被譽為國防金屬，其原因是質(zhì)輕，鎂合金強度高、機械性能好B．金屬鎂在CO2中燃燒，表現(xiàn)了鎂的強氧化性C．鎂是制造焰火、閃光粉的材料D．鎂易與冷水反應(yīng)，生成氫氣解析：金屬鎂在CO2中燃燒，表現(xiàn)了鎂的強還原性；鎂與冷水不反應(yīng)，鎂可與熱水反應(yīng)生成氫氣。4．下列化學(xué)反應(yīng)，在從海水中提取鎂的過程中不會涉及的是(C)A．MgCl2＋Ca(OH)2=Mg(OH)2↓＋CaCl2B．Mg(OH)2＋2HCl=MgCl2＋2H2OC．Mg(OH)2eq\o(=,\s\up15(△))MgO＋H2OD．MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up15(通電))Mg＋Cl2↑解析：由海水提取金屬鎂涉及的反應(yīng)按先后順序為：CaCO3eq\o(=,\s\up