高一化学镁的提取及应用

【典例】目前世界上60%的镁是从海水中提取的。学生就这个课题展开了讨论。已知海水提镁的主要步骤如下：学生就这个课题提出了以下问题：（一）在海水提镁的过程中如何实现对镁离子的富集？有三个学生提出自己的观点。学生1的观点：直接往海水中加入沉淀剂。学生2的观点：高温加热蒸发海水后，再加入沉淀剂。学生3的观点：利用晒盐后的苦卤水，再加入沉淀剂。请你评价三个学生提出的观点是否正确（填“是”或“否”），并简述理由。（二）在海水提镁的过程中如何实现对镁离子的分离？（1）为了使镁离子沉淀下来，加入的足量试剂①是______（填化学式）。（2）加入的足量试剂②是______（填化学式）。（3）试从节约能源，提高金属镁的纯度分析，以下适宜的冶炼镁的方法是_____。【思路点拨】设计制备物质的流程时，应该注意：①反应原理正确；②实验操作简单易行，反应流程尽可能短。【自主解答】（一）海水中镁的总量虽然多，但是镁离子浓度却很小，若直接往海水中加入沉淀剂，则所需要的沉淀剂用量大，不经济。高温加热蒸发海水，固然可以提高镁离子浓度，降低使用沉淀剂的成本，却消耗了大量能源，大大增加了能耗的成本。海水晒盐时，利用了太阳能，在得到食盐的同时，增大了镁离子浓度，剩余苦卤水得到了合理利用，降低了成本。（二）（1）为了使镁离子沉淀下来，应该加入碱，若加入石灰乳，则还会得到CaSO4沉淀，所以在该题中应该选择加入NaOH溶液。（2）将氢氧化镁沉淀变成MgCl2溶液，可以加入盐酸。（3）氢氧化镁灼烧分解需要吸收热量，电解熔融的MgO需要2800℃的高温，这些因素都需要消耗大量的能量，用C或活泼金属还原MgO或MgCl2时，可能会带入C或金属还原剂等杂质，会降低镁的纯度，所以最好用电解熔融的MgCl2制取金属镁。答案：

知识点一：镁的提取1.（2010·三明高一检测）我国现在十分重视海水资源的综合利用。被称为“国防金属”的镁，60%来自于海洋，从海水中提取镁的正确方法是（）【解析】选D。从海水中提取金属镁，应该先加碱将镁离子富集，但是使用NaOH溶液成本高，而且Mg（OH）2加热时会分解，所以A和B选项都错误。MgO的熔点远高于MgCl2的熔点，电解熔融的MgO耗能大，经济效益差，所以应该用电解熔融的MgCl2制金属镁。2.从海水中提镁，最基本的方法是往海水里加碱，得到Mg（OH）2沉淀，将沉淀分离出来后再加入盐酸把它变成MgCl2；之后，经过滤、干燥、电解，即可得到金属镁。下列对从海水中提镁的有关说法中，正确的是

()A.整个过程中没有涉及置换反应B.往海水里加碱是指直接加入纯碱C.电解MgCl2溶液即可得到金属镁D.电解时得到的镁蒸气应在CO2氛围中冷却【解析】选A。从海水中提取金属镁的过程如下：①MgCl2+Ca（OH）2====CaCl2+Mg（OH）2↓(复分解反应）；②Mg（OH）2+2HCl====MgCl2+2H2O(复分解反应)；③MgCl2+6H2OMgCl2·6H2O(化合反应)；④MgCl2·6H2OMgCl2+6H2O↑(分解反应)；⑤MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑(分解反应)，所以没有涉及置换反应，A选项正确。加入的碱是指Ca(OH)2，电解====而不是纯碱，B选项错误。制金属镁时，电解的是熔融的MgCl2，而不是MgCl2溶液，所以C选项错误。因为镁能够在CO2中燃烧，所以不能将镁蒸气在CO2氛围中冷却，D选项错误。知识点二：镁的性质及应用3.下列有关镁及其化合物的离子方程式书写正确的是（）A.MgCO3与盐酸反应：CO32-+2H+====CO2↑+2H2OB.Mg（OH）2与H2SO4反应：Mg2++2OH-+2H++SO42-====MgSO4↓+2H2OC.镁与醋酸反应：Mg+2H+====Mg2++H2↑D.工业上以海水为原料制取Mg（OH）2：Ca（OH）2+Mg2+====Mg（OH）2↓+Ca2+【解析】选D。MgCO3和Mg（OH）2都是难溶性物质，醋酸为弱电解质，在写离子方程式时不能拆成离子形式，MgSO4是可溶性盐，在写离子方程式时要拆成Mg2+和SO42-的形式，A、B、C选项中的方程式都错误；工业上以海水为原料制取Mg（OH）2时，要在海水中加入石灰乳，而不是石灰水，所以Ca（OH）2不能拆成离子的形式。4.镁及其化合物在生产和生活中有广泛的应用，试回答下列问题：（1）常用作耐火材料的镁的化合物的化学式是_____。（2）在军事上金属镁可以用于制造信号弹和焰火，其反应原理用化学方程式可以表示为____。（3）Mg（OH）2是治疗胃酸过多药品的重要成分之一，其反应原理用离子方程式可以表示为______。【解析】本题考查了镁及其化合物的用途、性质、化学方程式及离子方程式的书写等知识。（1）MgO的熔点高达2800℃，是优质的耐高温材料；（2）镁燃烧时会发出耀眼的白光，所以可以用于制造信号弹和焰火；（3）Mg（OH）2是一种弱碱，可以用于中和过多的胃酸。答案：（1）MgO（2）2Mg+O22MgO（3）Mg（OH）2+2H+====Mg2++2H2O点燃====5.（2010·玉溪高一检测）镁在空气里点燃可以燃烧，放出大量的热并发出耀眼的白光，生成白色的氧化镁，同时，镁在这样的高温条件下，还可与空气中的另一种主要成分反应，生成少量的物质A，气体C能够使湿润的红色石蕊试纸变蓝。已知A有下列一系列变化：（1）写出A、C、D的化学式：A____、C_____、D_____。（2）写出下列变化的化学方程式：①_________________________，②_________________________。【解析】Mg3N2和水或酸的反应：本质上是阴阳离子相互结合生成电中性的物质。（1）和水反应：Mg3N2+6H2O===3Mg（OH）2↓+2NH3↑（2）和盐酸反应Mg3N2+8HCl====3MgCl2+2NH4Cl镁在空气里燃烧时，主要和氧气反应生成MgO，还可以和氮气反应生成Mg3N2，所以A为Mg3N2。Mg3N2和盐酸反应得到的溶液B中一定含有Mg2+和Cl-，所以沉淀D一定是Mg（OH）2，能够使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体是氨气，NH4+能够和NaOH溶液反应放出NH3，所以溶液B中还含有NH4+，即它为MgCl2和NH4Cl的混合物。答案：（1）Mg3N2NH3Mg（OH）2（2）①Mg3N2+8HCl====3MgCl2+2NH4Cl②MgCl2+2NaOH====Mg（OH）2↓+2NaCl,NH4Cl+NaOHNaCl+H2O+NH3↑△====一、选择题(本题包括5个小题，每小题4分，共20分)1.镁粉可用来制取焰火，工业上制取镁粉的方法是将镁的蒸气进行冷却，其中最适宜的方法是（）A.在氮气的容器内冷却B.在水中冷却C.在氢气的环境里冷却D.在二氧化碳气体里冷却【解析】选C。镁性质活泼且镁蒸气温度较高易与氮气、二氧化碳、冷水发生反应，故选C。2.由海水制备无水氯化镁，主要有以下步骤：①在一定条件下脱水干燥；②加熟石灰；③加盐酸；④过滤；⑤浓缩结晶。其先后顺序正确的是（）A.②④⑤③①B.③②④①⑤C.③④②⑤①D.②④③⑤①【解析】3.下列有关镁的叙述正确的是()A.镁不能与水反应放出H2B.镁条燃烧引起的火灾可用CO2进行扑灭C.镁制容器可用来装浓HNO3D.镁在空气中燃烧产物并不全是MgO【解析】选D。镁是很活泼的金属，具有强还原性，燃着的镁条能够夺取CO2中的氧而继续燃烧。镁条也能与水反应放出H2，温度低时反应较慢，加热时反应可以加快。镁条在空气中燃烧不仅与氧气化合生成MgO，还能与少量氮气化合生成Mg3N2。常温时，铝铁在浓HNO3中钝化，而镁则不能。4.（2010·扬州高一检测）已知锂和镁的单质及其化合物在很多性质上具有相似性，由此可以推断下列关于锂及其化合物的叙述中，正确的是()A.LiOH加热时，不会分解B.Li2CO3加热时，不会分解C.Li在氧气中燃烧生成Li2O2D.Li与稀硫酸反应生成Li2SO4【解析】选D。类比镁及其化合物的性质：Mg（OH）2和MgCO3受热都容易分解，LiOH与Li2CO3受热也容易分解，A和B选项错误。Mg在氧气中燃烧生成普通的氧化物MgO，所以Li在氧气中燃烧生成Li2O，C选项错误；Mg与稀硫酸反应生成MgSO4和氢气，Li与稀硫酸反应生成Li2SO4和氢气，D选项正确。5.（2010·嘉兴高一检测）为了除去MgCl2酸性溶液中的Fe3+，可在加热搅拌的条件下加入一种试剂，过滤后再加入适量盐酸。这种试剂不能是()A.NH3·H2OB.Mg（OH）2C.MgOD.MgCO3【解析】选A。加入氨水能够和MgCl2反应生成Mg（OH）2沉淀，并且引入新的杂质NH4Cl。6.某工厂的废水中只含硫酸镁和少量硫酸，某课外活动小组以此作为课题，探讨如何从中回收纯净的硫酸镁固体。他们设计了两种不同的方案，请你参加讨论：（1）方案一：选用镁粉作试剂。①往废水中逐渐加入镁粉，当观察到______时，说明加入镁粉的量已经足够。②接下来的操作方法依次是______和蒸发。（2）方案二：选用氢氧化钠溶液作试剂。①向废水中逐滴加入氢氧化钠溶液，当____时，停止滴入氢氧化钠溶液。②为了得到纯净的硫酸镁溶液，接着应进行的实验操作是过滤、洗涤沉淀。其中洗涤沉淀的操作是_____。③往洗涤过的沉淀中加入硫酸到沉淀恰好完全溶解时停止滴加，蒸发溶剂得到硫酸镁固体。（3）比较两个方案，假设实验中都没有损耗，那么，最后得到的硫酸镁固体的质量是否相同？_____；原因是_____。【解析】方案一：往废水中逐渐加入镁粉时，镁粉和硫酸反应生成氢气，当镁粉过量时，硫酸反应完全，镁粉不再溶解，也无气泡产生；方案二：①向废水中逐滴加入氢氧化钠溶液时，NaOH先和硫酸反应，再和硫酸镁反应生成Mg（OH）2沉淀，当不再产生沉淀时，说明滴入的氢氧化钠溶液足量。方案一和方案二相比较，方案一中加入的镁粉和硫酸反应生成硫酸镁，增加了硫酸镁的质量，所以方案一得到的硫酸镁的质量大。答案：（1）①镁粉有剩余（或溶液中不再有气泡产生）②过滤（2）①不再产生沉淀（或沉淀不再增加）②向漏斗的沉淀中注入蒸馏水，使水浸没沉淀物，等水流完后，重复操作数次（3）不同方案一中加入镁粉，增加了硫酸镁的质量1.（5分）（2010·黄山高一检测）一定量的Mg和MgO的混合物投入100mL2mol/L的稀HCl中完全溶解后，再向反应后的溶液中加入4mol/L的NaOH溶液，要使Mg元素全部沉淀出来，所加入的NaOH溶液的体积最小是（）A.100mLB.50mLC.25mLD.由于Mg、MgO的质量未知无法判断【解析】选B。Mg元素全部沉淀后，溶液中只有NaCl，其中Na+全部来自于NaOH溶液，Cl-全部来自于稀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）镁是银白色、有金属光泽的活泼金属，但镁带表面呈现灰黑色。用砂纸磨下镁条表面固体粉末，在空气中加强热，有水蒸气生成；另取粉末，加入稀酸，产生气体导入澄清石灰水中，产生浑浊。如果将灰黑色的镁条在纯氧中点燃，燃烧产物中有黑色物质生成。（1）预测：镁条表面的灰黑色物质的组成是_____；黑色燃烧产物是_____。（填名称）（2）设计实验确定灰黑色物质的具体组成_____。（3）试用必要的文字及化学方程式说明产生黑色燃烧产物的原因：_____。【解析】镁条表面的灰黑色物质在加热时有水蒸气和二氧化碳生成，类比碱式碳酸铜的受热分解，所以该物质可能为碱式碳酸镁，其分解的化学方程式为：Mg2（OH）2CO32MgO+H2O+CO2↑，可以通过测定其热分解产物的质量来确定其组成。灰黑色的镁条在纯氧中点燃时，必定会产生一部分CO2，镁和CO2反应生成黑色燃烧产物C。△====答案：（1）碱式碳酸镁碳（2）将镁带表面固体粉末隔绝空气加强热，产物先用浓硫酸吸收，再用碱石灰吸收，确定增重质量的比值（3）镁与热分解产生的CO2反应，2Mg+CO22MgO+C点燃====专题复习一(基本概念、理论）1、在标准状况下，5.6LNH3

溶解于1L水后得密度为0.9g/mL的氨水请计算：（1）氨气的物质的量

（2）氨气的质量

（3）氨气中氢原子数

（4）氨水的物质的量浓度

2、相同质量的SO2

和O2

二种气体中（1）分子的物质的量之比（2）氧原子数之比

（3）标准状况下密度之比

（4）在同温同压下的体积之比（5）质子数之比3、将100mL浓度为0.1mol/L的AlCl3

和200mL浓度0.1mol/L的MgCl2

混合后，当加入70mL的NaOH溶液时，沉淀的物质的量最大，求（1）氯化铝和氯化镁混合后溶液中氯离子的浓度（2）氢氧化钠的物质的量浓度

4、下列微粒中（1）互为同位素的是：（2）有相同中子数的是：（3）有相同质量数的是：（4）写出和具有相同电子数的所有微粒：

5、在反应8NH3+3Cl2=N2+6NH4Cl（1）该反应属于哪一种反应类型？（2）指出反应中的还原剂和还原产物（3）分别用双线桥、单线桥法标出