(浙江選考)2020版高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第3講 元素化學(xué) 考點(diǎn)11 鎂的提取及應(yīng)用學(xué)案.docx
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(浙江選考)2020版高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 第3講 元素化學(xué) 考點(diǎn)11 鎂的提取及應(yīng)用學(xué)案.docx
考點(diǎn)11 鎂的提取及應(yīng)用
知識(shí)條目
必考要求
加試要求
鎂的物理性質(zhì)及用途
a
a
鎂的化學(xué)性質(zhì)(跟非金屬、酸、某些氧化物的反應(yīng))
b
c
鎂的生產(chǎn)原理
a
b
一、鎂的性質(zhì)
1.物理性質(zhì):具有銀白色金屬光澤的固體,密度、硬度均較小,熔點(diǎn)較低,有良好的導(dǎo)電、傳熱和延展性。
2.化學(xué)性質(zhì)
(1)與非金屬反應(yīng)
(2)與CO2反應(yīng):2Mg+CO22MgO+C(劇烈燃燒,生成白色粉末和黑色固體)
(3)與H2O反應(yīng):Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
(4)與H+反應(yīng):Mg+2H+===Mg2++H2↑
(5)與CuSO4反應(yīng):Mg+CuSO4===Cu+MgSO4
(6)與NH4Cl溶液反應(yīng):Mg+2NH4Cl===MgCl2+2NH3↑+H2↑
二、從海水中提取鎂的原理與方法
1.鎂的存在: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,海水中鎂的總儲(chǔ)量約為1.81015t。
2.流程
3.提取過(guò)程中有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式
(1)貝殼煅燒成生石灰:CaCO3CaO+CO2↑;
(2)生石灰制成石灰乳:CaO+H2O===Ca(OH)2;
(3)石灰乳加入海水沉淀池中得到氫氧化鎂沉淀(寫(xiě)離子方程式):
Ca(OH)2+Mg2+===Mg(OH)2↓+Ca2+;
(4)氫氧化鎂與鹽酸反應(yīng)(寫(xiě)離子方程式):Mg(OH)2+2H+===Mg2++2H2O;
(5)六水合氯化鎂晶體在氯化氫氣流中加熱生成無(wú)水氯化鎂:
MgCl26H2OMgCl2+6H2O↑;
(6)電解熔融的氯化鎂得到金屬鎂:MgCl2Mg+Cl2↑。
三、鎂的用途
1.鎂是一種重要的金屬材料。許多密度只有1.8gcm-3左右的鎂合金,其硬度和強(qiáng)度都較大,大量用于制造火箭、導(dǎo)彈和飛機(jī)的部件等。
2.由于鎂燃燒時(shí)發(fā)出耀眼的白光,因此常用來(lái)制造信號(hào)彈和焰火。
3.氧化鎂的熔點(diǎn)高達(dá)2800℃,是優(yōu)質(zhì)的耐高溫材料。
【例1】 下列有關(guān)鎂的敘述正確的是( )
A.鎂條燃燒引起的火災(zāi)可用干粉滅火器撲滅B.鎂不能與濃硝酸反應(yīng)
C.鎂制容器可以貯存、運(yùn)輸濃硫酸D.鎂在CO2中燃燒的產(chǎn)物中含有單質(zhì)
【解析】 A.干粉滅火器利用壓縮的二氧化碳吹出白色干粉來(lái)滅火,而鎂能與二氧化碳反應(yīng),故不能用來(lái)滅火;B.鎂是活潑金屬,可以與濃硝酸反應(yīng);C.濃硫酸不能使鎂鈍化,故鎂制容器不可以貯存、運(yùn)輸濃硫酸;D.鎂與CO2反應(yīng)生成氧化鎂和碳,產(chǎn)物有單質(zhì)。
【答案】 D
【提煉】 鎂的化學(xué)性質(zhì):能與酸反應(yīng),能和二氧化碳反應(yīng)。
【例2】 從海水中提取鎂,可按如下步驟進(jìn)行:①把貝殼制成石灰乳;②在引入的海水中加入石灰乳,沉降、過(guò)濾、洗滌沉淀物;③將沉淀物與鹽酸反應(yīng),結(jié)晶、過(guò)濾、干燥產(chǎn)物;④將產(chǎn)物熔融后電解。關(guān)于提取鎂的下列說(shuō)法中,不正確的是( )
A.此法的優(yōu)點(diǎn)之一是原料來(lái)源豐富B.進(jìn)行①②③步驟的目的是從海水中提取MgCl2
C.以上提取鎂的過(guò)程中沒(méi)有涉及氧化還原反應(yīng)D.步驟④電解時(shí),產(chǎn)生的氯氣可用于制取鹽酸,循環(huán)利用
【解析】 海水資源豐富,海水中含有大量的鎂元素,故A正確;經(jīng)過(guò)①②③步驟可得到MgCl2,故B正確;第④步電解熔融氯化鎂,產(chǎn)物為鎂和氯氣,MgCl2Mg+Cl2↑,是氧化還原反應(yīng),故C錯(cuò)誤;電解產(chǎn)生的氯氣循環(huán)利用,可用于制取鹽酸,正確。
【答案】 C
【提煉】 本題主要考查了從海水中提取鎂的過(guò)程中所涉及的化學(xué)反應(yīng)原理。貝殼的主要成分為CaCO3,加熱分解生成CaO,CaO和水發(fā)生化合反應(yīng)生成Ca(OH)2,與MgCl2發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成Mg(OH)2,再與鹽酸反應(yīng)生成MgCl2,電解熔融氯化鎂得到金屬鎂。涉及分解、化合、復(fù)分解反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)。
【例3】 2.4g金屬鎂在盛有bLCO2和O2的混合氣體的密閉容器中燃燒。反應(yīng)后容器內(nèi)固體物質(zhì)的質(zhì)量不可能為( )
A.3.2gB.4.0gC.4.2gD.4.6g
【解析】 如果0.1molMg全部與O2反應(yīng),質(zhì)量為4.0g,如果0.1molMg全部與CO2反應(yīng),生成0.1molMgO和0.05molC,其總質(zhì)量為4.6g。由于Mg不可能全部只與CO2反應(yīng),所以固體物質(zhì)的質(zhì)量一定小于4.6g,而鎂條并不一定完全燃燒,所以質(zhì)量可能小于4.0g。
【答案】 D
【提煉】 鎂條燃燒的增重規(guī)律和計(jì)算方法
鎂條可以在氧氣、空氣、氮?dú)?、二氧化碳、氯氣等多種氣體中燃燒。依據(jù)化學(xué)方程式分析鎂條燃燒后的質(zhì)量增加問(wèn)題,以0.1molMg完全燃燒為例:
氣體
質(zhì)量增重
O2
1.6
N2
0.93
空氣
0.93<Δm<1.6
CO2
2.2
Cl2
7.1
鎂條在混合氣體中燃燒的質(zhì)量增加問(wèn)題,用極端假設(shè)法分析:假設(shè)鎂全部與氣體A或氣體B反應(yīng),或假設(shè)氣體全部是A或全部是B,得出兩個(gè)質(zhì)量增量Δm1和Δm2,則實(shí)際增量介于兩者之間。
【例4】 目前世界上60%的鎂是從海水中提取的,如圖是某工廠(chǎng)從海水中提取鎂的主要步驟。學(xué)生就這個(gè)課題展開(kāi)了討論。
(一)在海水提取鎂的過(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(guān)點(diǎn)。
學(xué)生甲的觀(guān)點(diǎn):直接往海水中加入沉淀劑。
學(xué)生乙的觀(guān)點(diǎn):高溫加熱蒸發(fā)海水后,再加入沉淀劑。
學(xué)生丙的觀(guān)點(diǎn):利用曬鹽后的苦鹵水,再加入沉淀劑。
通過(guò)分析比較你認(rèn)為學(xué)生________的觀(guān)點(diǎn)正確(填學(xué)生序號(hào)),簡(jiǎn)述理由:________________________________________________________________________。
(二)在海水提取鎂的過(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),并充分利用當(dāng)?shù)氐呢悮?主要成分為碳酸鈣)資源,加入的足量試劑①是________(填化學(xué)式)。
(2)加入試劑①后,能夠分離得到Mg(OH)2沉淀的方法是________(填標(biāo)號(hào)字母)。
A.蒸餾B.過(guò)濾C.萃取D.分液
(3)加入的足量試劑②是________(填化學(xué)式)。
(4)寫(xiě)出由無(wú)水MgCl2制取金屬鎂的化學(xué)方程式:________________________________________________________________________。
【解析】 (一)學(xué)生甲與其他觀(guān)點(diǎn)相比,海水中鎂離子濃度小,使用沉淀劑的量較大,且不利于收集氫氧化鎂,因此學(xué)生甲的觀(guān)點(diǎn)不正確,學(xué)生乙與其他觀(guān)點(diǎn)相比,高溫蒸發(fā)海水,消耗的能源多,成本太高;學(xué)生丙與學(xué)生乙相比,利用曬鹽后的苦鹵,節(jié)約能源,成本低;與學(xué)生甲相比鎂離子濃度高,有利于鎂元素的富集,因此學(xué)生丙的觀(guān)點(diǎn)正確。
(二)(1)因碳酸鈣高溫分解得到氧化鈣,氧化鈣與水反應(yīng)生成氫氧化鈣,氫氧化鈣能與氯化鎂反應(yīng)生成氫氧化鎂;(2)因Mg(OH)2不溶于水,可用過(guò)濾的方法進(jìn)行分離;(3)要使氫氧化鎂轉(zhuǎn)化為氯化鎂,則需要加入鹽酸反應(yīng),即試劑②是鹽酸;
(3)工業(yè)制取鎂時(shí),電解熔融狀態(tài)的氯化鎂,生成鎂和氯氣。
【答案】 (一)丙 鎂離子富集濃度高;能源消耗小,成本低
(二)(1)Ca(OH)2(或CaO) (2)B (3)HCl (4)MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑
【提煉】 實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中,除了要考慮反應(yīng)原理外,能源消耗、經(jīng)濟(jì)成本也是要重點(diǎn)考慮的一個(gè)問(wèn)題。綜合各方面,選擇最佳方案。
【例5】 取鈉-鎂合金7.0g進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):
(1)寫(xiě)出Mg在CO2中燃燒的化學(xué)方程式:________________________________________________________________________。
(2)向溶液1中加過(guò)量的NaOH溶液,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_______________________________________________________________________。
(3)寫(xiě)出合金的化學(xué)組成為_(kāi)_______。
【解析】 (1)Mg在CO2中燃燒生成氧化鎂和單質(zhì)碳。
(2)向溶液1中加過(guò)量的NaOH溶液,首先發(fā)生氫離子與氫氧根離子的反應(yīng),再發(fā)生鎂離子與氫氧根離子的反應(yīng)生成氫氧化鎂,離子方程式分別為H++OH-===H2O、Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓;
(3)設(shè)鈉的物質(zhì)的量為xmol,鎂的物質(zhì)的量為ymol,23x+24y=7,1/2x+y=0.2,解得x=0.2,y=0.1。則合金的化學(xué)組成為Na2Mg。
【答案】 (1)2Mg+CO22MgO+C (2)H++OH-===H2O、Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓ (3)Na2Mg
【提煉】 本題考查了金屬的化學(xué)性質(zhì)、質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用。在化學(xué)計(jì)算中,要善于用列方程的方法來(lái)解決問(wèn)題。