镁及其化合物的制备与实验探究(含解析)

2020届高考化学第二轮专题复习课时提升训练镁及其化合物的制备与实验探究一、选择题1、某研究性学习小组为了探索镁粉与溴水反应的机理，做了如下四组实验：①将镁粉投入冷水中，未见任何现象；②将镁粉放入溴水中，观察到的只是开始时产生极少量的气泡，但溴水的颜色会逐渐褪去；③将镁粉放入液溴中，未观察到任何明显现象；④向含足量镁粉的液溴中滴加几滴水，观察到溴的红棕色很快褪去。则下列关于镁与溴水的反应机理的论述中正确的是()A．镁粉与液溴反应B．镁粉在水的催化下与溴发生反应C．产生极少量的气泡是由于镁粉与水反应得到的D．镁粉只与溴水中的酸反应答案：B解析：由①知镁粉与水不反应，故C项错误；由③知镁粉与液溴不反应，故A项错误；由②知开始时产生极少量的气泡，溴水的颜色会逐渐褪去，镁粉与溴水中的酸反应，但主要与溴水中的溴反应，同时结合④知水在反应中作催化剂，故D项错误、B项正确。2、现有100mLMgCl2和AlCl3的混合溶液，其中c(Mg2＋)＝2mol·L－1，c(Cl－)＝7mol·L－1，要使Mg2＋转化成Mg(OH)2并使Mg2＋和Al3＋分离开来，至少需要4mol·L－1的NaOH溶液()A．140mLB．120mLC．200mLD．80mL答案：C解析：溶液中，n(Cl－)＝0.1L×7mol·L－1＝0.7mol，n(Mg2＋)＝0.1L×2mol·L－1＝0.2mol，所以n(Al3＋)＝0.1mol，将100mL此溶液中的Mg2＋转化为Mg(OH)2沉淀并分离出来，反应后为NaCl、NaAlO2的混合液，由原子守恒可知，n(NaOH)＝n(Na)＝n(Cl)＋n(Al)＝0.7mol＋0.1mol＝0.8mol，至少需要NaOH溶液的体积为eq\f(0.8mol,4mol·L－1)＝0.2L＝200mL。3、从海水中提取镁的工艺流程可表示如下：下列说法不正确的是()A．用此法提取镁的优点之一是原料来源丰富B．步骤⑥电解MgCl2时阴极产生氯气C．步骤⑤可将晶体置于HCl气体氛围中脱水D．上述工艺流程中涉及化合、分解和复分解反应答案：B解析：电解MgCl2时阳极产生氯气，阴极产生Mg。4、Mg、Al组成的混合物与足量盐酸反应，产生标准状况下的氢气4.48L，下列推断中不正确的是（）A．参加反应的Mg、Al共0.2molB．参加反应的HCl为0.4molC．Mg、Al在反应中共失去0.4mol电子D．若与足量的稀硫酸反应能产生0.2molH2答案：A解析：反应的实质为：Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑，2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑。n(H2)＝eq\f(4.48L,22.4L·mol－1)＝0.2mol，则参加反应的n(H＋)＝0.4mol。若换成稀H2SO4，同样产生0.2molH2。依据得失电子守恒，由2H＋→H2得电子总数为0.2mol×2＝0.4mol，故C正确。0.2molMg提供0.4mol电子，0.2molAl则提供0.6mol电子，0.2molMg、Al混合物提供的电子数大于0.4mol小于0.6mol，A不正确。5、海水中含有MgCl2，是镁的重要来源之一。从海水中提取镁，可以按照如下步骤：①把贝壳制成石灰乳；②在引入的海水中加入石灰乳，沉降、过滤、洗涤沉淀物；③将沉淀物与盐酸反应，结晶、过滤、干燥产物；④将所得产物熔融后电解。关于提取镁，下列说法不正确的是()A．此法的优点之一是原料来源丰富B．进行①②③步操作的目的是从海水中提取MgCl2C．第④步电解会产生Cl2D．以上提取镁的过程中涉及的反应有分解反应、化合反应和置换反应答案：D解析：利用海水和贝壳原料来源丰富。①步用于生成Ca(OH)2，包括分解和化合两个反应，②步用于生成Mg(OH)2，为复分解反应，③步用于制备MgCl2，也是复分解反应，④步为电解熔融MgCl2得到镁，为分解反应。6、在托盘天平的两盘上各放上一个盛有36.5g质量分数为20%的盐酸的烧杯，调节天平至平衡。现将物质的量相同的两种物质分别放入两烧杯中，都恰好完全反应，此时天平仍保持平衡。则加入的物质可能是()A．MgO和MgCO3 B．Mg和MgCO3C．MgO和Mg(OH)2 D．MgO和Mg答案：A解析：两托盘中盐酸的质量相等，两者恰好完全反应，消耗的Mg、MgO、MgCO3、Mg(OH)2的物质的量相等。A项，虽然等物质的量MgCO3的质量大于MgO的质量，但是MgCO3反应后放出CO2，也可以从化学式比较，MgCO3也可以写成MgO·CO2，反应后CO2放出，剩余的都是MgO跟盐酸反应，所以两托盘保持平衡；B项，MgCO3的质量大于Mg的质量，两者放出气体后MgCO3的质量大于Mg的质量，天平不平衡；C项，Mg(OH)2的质量大于MgO的质量，反应不放出气体，天平不平衡；D项，Mg的质量小于MgO的质量，反应时Mg放出H2，质量更小，天平不平衡。7、0.1mol镁粉分别在足量的O2、CO2、N2中燃烧，生成的固体的质量依次为m1、m2、m3，下列关系式正确的是()A．m2>m1>m3B．m1＝m2>m3C．m1＝m2＝m3 D．m3>m2>m1答案：A解析：有关反应的化学方程式依次为2Mg＋O2eq\o(=,\s\up14(点燃))2MgO；2Mg＋CO2eq\o(=,\s\up14(点燃))2MgO＋C；3Mg＋N2eq\o(=,\s\up14(点燃))Mg3N2，根据反应方程式易知0.1molMg分别在足量的O2、CO2、N2中燃烧后，固体的质量分别增加1.6g、2.2g、0.93g。二、非选择题8、Mg(OH)2可用于制造防火材料。工业上，以蛇纹石为原料制备氢氧化镁的工艺流程如下：已知：①蛇纹石的主要成分为3MgO·2SiO2·2H2O，还有少量Fe2O3、FeO、CaO和Al2O3。②几种金属氢氧化物沉淀的pH如下：M(OH)nFe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Mg(OH)2开始沉淀的pH7.01.93.49.1完全沉淀的pH9.03.24.711.1(1)酸A宜选择________(填字母)；加入酸A适当过量，但不宜过多，其原因是_________________。a．硝酸b．稀硫酸c．盐酸d．氢碘酸(2)试剂B可选择NaClO。用离子方程式表示加NaClO的目的：______。(3)试剂C可能是MgCO3或MgO，加入过量试剂C的目的是_____________。滤液A中含有的阳离子主要是________________(填离子符号)。(4)向过滤Ⅱ所得滤液中加入一定量氨水，镁离子的转化率与温度的关系如图所示。写出镁离子沉淀的离子方程式：__________________。温度高于50℃时，Mg2＋的转化率降低，其主要原因是______________。(5)若滤渣B只含两种物质，且滤渣B的总物质的量为bmol；试剂C为MgCO3或MgO。原矿石中镁元素质量分数为a%，现有100t这种矿石，按上述流程制备氢氧化镁，理论上制得Mg(OH)2的质量为________kg(用含a、b的代数式表示)。答案：(1)b加入过多酸A，消耗试剂C和氨水增多，成本增大(2)2Fe2＋＋ClO－＋2H＋=2Fe3＋＋Cl－＋H2O(3)使Al3＋、Fe3＋完全转化成Al(OH)3、Fe(OH)3NHeq\o\al(＋,4)(4)Mg2＋＋2NH3·H2O=Mg(OH)2↓＋2NHeq\o\al(＋,4)温度高于50℃，氨水挥发和NH3·H2O分解的速率增大(5)58×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3b,2000)＋\f(1000a,24)))解析分析矿石成分知，加入酸A的目的是溶解金属氧化物，同时将钙离子沉淀。沉淀时将亚铁离子转化成氢氧化铁沉淀。(1)酸A宜选择稀硫酸，将杂质钙离子转化成硫酸钙，故选b。加入试剂C、氨水是调节溶液的pH，若酸溶时加入过多的硫酸，会消耗大量的试剂C、氨水等，增大生产成本。(2)滤液呈酸性，其离子方程式为2Fe2＋＋ClO－＋2H＋=2Fe3＋＋Cl－＋H2O。(3)加入碳酸镁或氧化镁，使铁离子、铝离子完全转化成氢氧化铁、氢氧化铝沉淀。滤液A中主要的阳离子是铵根离子。(4)硫酸镁与氨水反应的离子方程式为Mg2＋＋2NH3·H2O=Mg(OH)2↓＋2NHeq\o\al(＋,4)。50℃之前，随着温度升高，反应速率加快，镁离子转化率增大；在50℃之后，随着温度升高，氨水挥发和NH3·H2O分解的速率增大，氨水浓度是影响Mg2＋转化率的主要因素，反应物浓度减小，故镁离子转化率降低。(5)根据电荷守恒知，3MgO＋2Fe3＋＋3H2O=3Mg2＋＋2Fe(OH)3,3MgO＋2Al3＋＋3H2O=2Al(OH)3＋3Mg2＋。加入试剂C的物质的量：2n(C)＝3n(Al3＋)＋3n(Fe3＋)，n(Mg2＋)＝eq\f(3nAl3＋＋3nFe3＋,2)。根据镁元素质量守恒知，m[Mg(OH)2]＝(eq\f(3b,2)mol＋eq\f(100×106g×a%,24g·mol－1))×58g·mol－1＝58×(eq\f(3b,2000)＋eq\f(1000a,24))kg。9、目前世界上60%的镁是从海水中提取的。已知海水提取镁的主要步骤如下：(1)关于加入试剂①作沉淀剂，有以下几种不同方法，请完成下列问题。方法是否正确简述理由方法1：直接往海水中加入沉淀剂不正确(Ⅰ)方法2：高温加热蒸发海水后，再加入沉淀剂(Ⅱ)(Ⅲ)你认为最合理的其他方法是：(Ⅳ)(Ⅰ)_________________________________________________；(Ⅱ)_________________________________________________；(Ⅲ)_________________________________________________；(Ⅳ)_________________________________________________。(2)框图中加入的试剂①应该是________________(填化学式)；加入的试剂②是________________(填化学式)；工业上由无水MgCl2制取镁的化学方程式为________________。解析：本题考查的是从海水中提取镁的流程。试剂①应是石灰乳，发生的反应是MgCl2＋Ca(OH)2=Mg(OH)2↓＋CaCl2；试剂②应是盐酸，反应是Mg(OH)2＋2HCl=MgCl2＋2H2O，然后浓缩、结晶、脱水得无水MgCl2，再电解熔融的MgCl2便可制得Mg：MgCl(熔融)eq\o(=,\s\up14(通电))Mg＋Cl2↑。答案：(1)(Ⅰ)海水中镁离子浓度小，沉淀剂用量大，不经济(Ⅱ)不正确(Ⅲ)能源消耗大，不经济(Ⅳ)海滩晒盐后得到的苦卤水中，加入沉淀剂(2)Ca(OH)2HClMgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up14(通电))Mg＋Cl2↑10、硼及其化合物具有重要的工业用途。某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料，主要含有MgCO3、MgSiO3、CaMg(CO3)2、Al2O3和Fe2O3等，回收镁和其中另一种金属单质A的工艺流程如图：部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如表：沉淀物Fe(OH)3Al(OH)3Mg(OH)2pH3.25.212.4请回答下列问题：(1)滤液Ⅰ中所含阴离子主要是________；可回收到的金属A的原子结构示意图为_____________________。(2)试剂B为________；“浸出”步骤中，为提高镁的浸出率，可采取的措施有_____________________(要求写出两条措施)。(3)滤液Ⅱ所含金属离子为________________，调pH时需要调多次，第一次调pH主要是为了除去_____________。(4)Mg(ClO3)2在农业上有广泛的用途，可用NaClO3与MgCl2制备，已知四种化合物的溶解度(S)随温度(T)的变化曲线如图所示。①写出反应的化学方程式：_____________________________。②将反应物按化学反应方程式计量数之比混合制备Mg(ClO3)2，简述可制备Mg(ClO3)2的原因：_______________________。答案：(1)AlOeq\o\al(－,2)、OH－(2)盐酸升温、搅拌或适当增大酸的浓度(任写两种即可)(3