高中化学专题2从海水中获得的化学物质第二单元钠镁及其化合物第4课时镁的提取及应用学案苏教版必修1.docx
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高中化学专题2从海水中获得的化学物质第二单元钠镁及其化合物第4课时镁的提取及应用学案苏教版必修1
第4课时 镁的提取及应用
[学习目标定位] 1.了解从海水中提取镁的原理和过程。
2.掌握镁及其化合物的性质和用途。
一、从海水中提取镁
1．工艺流程
2．相关反应的方程式
（1）分解贝壳制取氢氧化钙：
①CaCO3
CaO＋CO2↑；
②CaO＋H2O===Ca（OH）2。
（2）沉淀镁离子：
Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓。
（3）制备氯化镁：
Mg（OH）2＋2HCl===MgCl2＋2H2O。
（4）制取金属镁：
MgCl2（熔融）
Mg＋Cl2↑。
由MgCl2·6H2O加热制取无水MgCl2时，要不断通入干燥的HCl气体，防止MgCl2水解生成MgOH2。
例1
镁及其合金是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁是从海水中提取的。
某学校课外兴趣小组从海水晒盐后的盐卤（主要含Na＋、Mg2＋、Cl－、Br－等）中模拟工业生产来提取镁，主要过程如下：
回答下列问题：
（1）工业上从盐卤中获取Mg（OH）2用石灰乳而不用NaOH溶液的原因是_________________。
（2）从过程①得到的Mg（OH）2沉淀中混有少量的Ca（OH）2，除去少量Ca（OH）2的方法是先将沉淀加入到盛有__________溶液的烧杯中，充分搅拌后经________、________（填操作方法）可得纯净的Mg（OH）2。
（3）下图是该兴趣小组设计进行过程③的实验装置图：
其中装置A的作用是____________________________________________________________。
（4）写出过程④中发生反应的化学方程式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）石灰乳原料丰富，成本低
（2）MgCl2（或氯化镁） 过滤 洗涤 （3）制备干燥的HCl气体
（4）MgCl2（熔融）
Mg＋Cl2↑
解析
（1）工业原料要廉价易得。
（2）加入MgCl2，电离出Mg2＋抑制Mg（OH）2溶解，使Ca（OH）2溶解，然后过滤、洗涤得纯净的Mg（OH）2。
（3）浓硫酸具有吸水性，浓盐酸具有挥发性，则装置A的作用是制备干燥的HCl气体。
知识拓展
（1）使MgCl2·6H2O失去结晶水应在HCl气流中加热，所以最后应接吸收HCl气体的装置，如图所示：
（2）电解熔融MgCl2产生的Cl2可以用来制取盐酸，以达到废物循环利用的目的。
例2
某中学化学兴趣小组设计了四种从海水中提取镁的工艺流程，你认为合理的是（ ）
A．海水
Mg（OH）2
Mg
B．海水
Mg（OH）2
MgCl2
Mg
C．海水
MgCl2
Mg
D．海水
MgCl2
Mg
答案 B
解析 沉淀海水中的Mg2＋宜选廉价的熟石灰，电解Mg（OH）2不能得到Mg，A项错误；海水中加入HCl（或盐酸）或Cl2不能得到MgCl2，C、D项错误。
二、镁的性质及其应用
1．镁的原子结构
镁的原子结构示意图为
，原子最外层有2个电子，在化学反应中容易失去最外层电子，形成镁离子。
2．镁的物理性质
镁是银白色金属，密度较小，熔点高，硬度大，易传热，导电。
3．镁的化学性质
（1）镁与酸反应
①把一小段擦去氧化膜的镁条放入一定量的稀硫酸中，现象是镁条上有气泡产生。
②反应的化学方程式为Mg＋H2SO4===MgSO4＋H2↑。
③离子方程式为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑。
（2）镁与二氧化碳反应
把点燃的镁条放入盛有二氧化碳气体的集气瓶里（集气瓶底部要放一些细沙，如图），观察现象。
①实验现象：
镁条继续剧烈燃烧，发出耀眼的白光，伴有白烟，生成白色粉末，在瓶的内壁还有黑色的物质附着。
②实验结论：
在点燃（或高温）条件下，镁与二氧化碳反应，化学方程式：
2Mg＋CO2
2MgO＋C。
③问题讨论：
集气瓶底部要放一些细沙的作用是防止反应产生的高温固体落下使集气瓶炸裂。
（3）镁与非金属单质反应
①与氧气反应的方程式：
2Mg＋O2
2MgO；
②与氮气反应的方程式：
3Mg＋N2
Mg3N2。
4．镁的用途
（1）镁合金制造火箭、导弹和飞机的部件。
（2）制造信号弹和焰火。
（3）氧化镁是优质的耐高温材料。
镁是一种较活泼的金属，具有较强的还原性。
可以与非金属单质、水、酸、盐以及某些氧化物反应。
例3
已知镁能在O2、N2、CO2中燃烧生成相应的化合物。
试回答下列问题：
（1）镁在空气中燃烧，除发生反应N2＋3Mg
Mg3N2外，还能发生其他反应，写出反应的化学方程式：
___________________________________________________________________。
（2）镁条在氧气中燃烧时看到的现象是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）有同学认为空气中氮气含量最大，所以产物中氮化镁含量最大。
事实上是这样吗？
为什么？
（4）通过镁在空气中燃烧这一事实，你对燃烧这一概念有何新的认识？
答案
（1）2Mg＋O2
2MgO,2Mg＋CO2
2MgO＋C
（2）剧烈燃烧，发出耀眼的白光，生成大量白烟
（3）不是，因为氧气比氮气活泼。
（4）燃烧不一定有氧气参加。
解析 镁是较活泼金属，镁在空气中燃烧，产物较复杂。
但产物中MgO最多，这是由于氧气比N2、CO2活泼所致。
燃烧是剧烈的发光发热的氧化还原反应，不一定有氧气参加。
镁及其化合物间的转化关系
1．镁被誉为“国防金属”。
金属镁的下列性质不属于物理性质的是（ ）
A．良好的可塑性B．良好的延展性
C．良好的导电性、传热性D．反应中易失去电子
答案 D
2．（2018·定海一中期中）镁在CO2含量较多的空气里燃烧的产物是（ ）
A．MgOB．MgO和C
C．MgO、Mg3N2D．MgO、Mg3N2和C
答案 D
解析 镁能与氧气反应生成氧化镁，与氮气反应生成氮化镁，与CO2反应生成碳和氧化镁，因此镁在CO2含量较多的空气里燃烧的产物是MgO、Mg3N2和C。
3．0.1mol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>m3
C．m1＝m2＝m3D．m3>m2>m1
答案 A
解析 有关反应的化学方程式依次为2Mg＋O2
2MgO；2Mg＋CO2
2MgO＋C；3Mg＋N2
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。
4．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MgCl2
C．第④步电解会产生Cl2
D．以上提取镁的过程中涉及到的反应有分解反应、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。
5．下列化学反应，在从海水中提取金属镁的过程中，不会涉及的是（ ）
A．Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓
B．Mg（OH）2＋2HCl===MgCl2＋2H2O
C．Mg（OH）2
MgO＋H2O
D．MgCl2
Mg＋Cl2↑
答案 C
6．海水提镁的主要流程如下：
下列说法正确的是（ ）
①试剂M是盐酸 ②流程中的反应全部都是非氧化还原反应 ③操作b只是过滤 ④用海水晒盐后的饱和溶液加石灰乳制Mg（OH）2 ⑤电解熔融MgCl2比电解熔融的MgO制金属镁更节约能量
A．①②③④⑤B．②③
C．④⑤D．①④⑤
答案 D
解析 电解无水氯化镁的反应属于氧化还原反应，因此②是错误的。
③操作b应是结晶、过滤、干燥，因此③是错误的。
[对点训练]
题组一 镁的提取
1．用电解熔融氯化镁而不用电解氧化镁制金属镁，可能的原因是（ ）
A．易制得MgCl2，不易制得氧化镁
B．熔融氧化镁不能被电解
C．氧化镁熔点比氯化镁熔点高得多
D．电解熔融氧化镁耗电少
答案 C
2．工业上制取镁粉是将镁蒸气在某气体中冷却，下列可作冷却剂的是（ ）
A．CO2B．空气
C．H2OD．H2
答案 D
解析 Mg具有强还原性，可与CO2、O2、H2O（g）、N2反应。
3．舟山群岛新区是中国首个以海洋经济为主题的国家级新区。
下列说法正确的是（ ）
A．从海水中提取溴单质的过程中涉及氧化还原反应
B．从海带中提取碘单质的过程中只涉及复分解反应
C．从海水中提取镁单质的过程中涉及置换反应
D．从海水中提取氯化钠的过程中涉及化学反应
答案 A
解析 从海水中提取单质溴，通常是用氯气氧化溴离子生成溴单质，然后鼓入热空气或水蒸气，使溴从溶液中挥发出来，冷凝后得到粗溴，涉及氧化还原反应，A项正确；从海带中提取单质碘，主要反应过程是I－
I2，涉及氧化还原反应，不涉及复分解反应，B项错误；从海水中提取镁单质，通常将熟石灰加入海水或卤水中，沉淀出氢氧化镁，氢氧化镁与盐酸反应生成氯化镁，电解熔融状态的氯化镁，就能制得金属镁，没有涉及置换反应，C项错误；海水蒸发制氯化钠的过程是利用氯化钠的溶解度随温度变化不大，蒸发水得到氯化钠晶体，是物理变化，D项错误。
4．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．直接电解MgCl2溶液也可以得到镁单质
C．步骤④用到的实验仪器有蒸发皿、酒精灯、玻璃棒、三脚架等
D．上述工艺流程中涉及化合、分解和复分解反应
答案 B
5．海洋约占地球表面积的71%，对其进行开发利用的部分流程如图所示。
下列说法错误的是（ ）
A．试剂1可以选用石灰乳
B．从苦卤中提取Br2反应的离子方程式为2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2
C．工业上，电解熔融MgO冶炼金属镁可减小能耗
D．可用BaCl2溶液除去粗盐中的SO
答案 C
解析 A项，煅烧贝壳得到CaO，将CaO溶于水得到石灰乳，石灰乳和镁离子反应生成氢氧化镁沉淀，试剂1可选用石灰乳，正确；B项，氯气能将溴离子氧化为溴单质，反应的离子方程式为2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2，正确；C项，氧化镁熔点很高，氯化镁熔点较氧化镁低，电解氧化镁冶炼镁成本增加，不正确；D项，氯化钡和硫酸根离子反应生成难溶性的硫酸钡，且氯离子不是杂质离子，正确。
题组二 镁的性质和用途
6．镁在生产生活中应用广泛，下列用途与镁的还原性无关的是（ ）
A．制作闪光粉
B．镁合金用来制造火箭的部件
C．用镁从熔融的四氯化钛中提取钛
D．制作焰火
答案 B
7．分析镁在空气中的燃烧产物，肯定不存在的物质是（ ）
A．CB．MgO
C．MgCO3D．Mg3N2
答案 C
解析 空气中有N2、O2、CO2等，而金属镁可以和上述物质反应，故产物中可能有碳、氧化镁、氮化镁，而不可能有MgCO3。
8．等质量的镁分别在足量的CO2、O2中燃烧，有关叙述正确的是（ ）
A．在CO2中固体产物质量大
B．在O2中产生的MgO多
C．氧化剂与还原剂物质的量之比都是2∶1
D．反应中都是氧元素被还原
答案 A
解析 1molMg分别在足量CO2、O2中燃烧，固体产物质量分别为46g、40g，均消耗0.5mol气体。
9．1.0g镁在氧气中燃烧后增重0.64g，但在空气中燃烧时增重不足0.64g，其原因可能是（ ）
A．空气中镁燃烧肯定不完全
B．空气中部分镁与CO2反应
C．空气中部分镁与N2反应
D．空气中部分镁与水蒸气反应
答案 C
解析 相同质量的Mg在O2、N2、CO2中燃烧所得固体的质量由少到多的顺序为N210．根据海水提取镁的过程及镁的相关性质分析，以下说法正确的是（ ）
A．Mg在CO2中的燃烧是置换反应
B．将Mg（OH）2沉淀转化为MgCl2的过程，镁原子失电子转化为Mg2＋
C．电解得到镁的过程可以写出离子方程式，但不是氧化还原反应
D．Mg在CO2中燃烧的反应，CO2既是氧化剂又是还原剂
答案 A
解析 Mg在CO2中燃烧的化学方程式为2Mg＋CO2
2MgO＋C，是一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应，为置换反应，A项正确；将Mg（OH）2沉淀转化为MgCl2的过程是复分解反应，不是氧化还原反应，没有电子的转移，B项错误；电解得到镁的过程有化合价的变化，是氧化还原反应，C项错误；2
g＋
O2
2
gO＋
中，Mg元素化合价升高，Mg是还原剂，CO2中C元素化合价降低，CO2是氧化剂，D项错误。
11．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，观察到只是开始时产生极少量的气泡，但溴水的颜色逐渐褪去；
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．镁粉只直接与溴水中的溴反应
B．镁粉只与溴水中的酸反应
C．产生极少量的气泡是由镁粉与水反应得到
D．镁粉在水的催化下与溴发生反应
答案 D
12．把0.5molNa和0.5molMg分别投入到足量的m1g水中和m2g盐酸中，分别得到溶液a和b。
若m1＝m2，则a与b的质量关系为（ ）
A．a>bB．aC．a＝bD．无法确定
答案 C
解析 2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑ 溶液增重
2mol 44g
Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑ 溶液增重
1mol 22g
可见，消耗0.5molNa和0.5molMg，
两溶液增重各11g，因m1＝m2，故a＝b。
[综合强化]
13．海水是一个巨大的资源宝库，下图是从海水中提取镁的流程图。
（1）①～⑤中，属于氧化还原反应的是________（填序号）。
（2）请写出反应②的离子方程式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）在用上述方法提镁的过程中，采取了哪些措施来提高经济效益？
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________。
答案
（1）⑤
（2）Mg（OH）2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O
（3）①氯气等原料循环再利用 ②就地取材，利用贝壳制氧化钙
解析
（1）从图上可以看出，反应③④均无化合价变化，另外，反应①为氢氧化钙与氯化镁反应，②为氢氧化镁与稀盐酸反应，⑤为电解熔融状态的氯化镁制镁，只有⑤有化合价变化。
（2）离子方程式为Mg（OH）2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O。
（3）为了充分利用原料，上述电解氯化镁得到的氯气循环到盐酸厂用于制盐酸；另外，利用贝壳为原料制取氧化钙，既节约了原料，又节约了运输成本。
14．镁及其合金是一种用途很广的金属材料，海水中富含Mg2＋的化合物，目前世界上60%的镁是从海水中提取的。
主要步骤如下：
（1）为了使MgCl2完全转化为Mg（OH）2，可以加入过量试剂①，试剂①最好选用____________（填化学式）。
（2）加入试剂①后，能够分离得到Mg（OH）2沉淀的方法是________。
（3）试剂②可以选用________，其反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。
（4）无水MgCl2在熔融状态下，通电后会产生Cl2和Mg，写出该反应的化学方程式：
________________________________________________________________________。
答案
（1）Ca（OH）2
（2）过滤
（3）盐酸 Mg（OH）2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O
（4）MgCl2（熔融）
Mg＋Cl2↑
解析
（1）使MgCl2完全转化为Mg（OH）2，可以加入Ca（OH）2、KOH、NaOH和Ba（OH）2等碱，由于Ca（OH）2可以用海边大量的贝壳制得而且价廉，所以试剂①最好选用Ca（OH）2。
（2）从溶液中分离出固体可以采用过滤的方法。
（3）将Mg（OH）2沉淀转化为MgCl2溶液，可以加入盐酸，其反应的离子方程式为Mg（OH）2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O。
15．（2018·诸暨中学段考）在标准状况下进行甲、乙、丙三组实验，三组实验均各取30mL同浓度的盐酸溶液，加入同一种镁铝合金粉末，产生气体，有关数据如表：
实验序号
甲
乙
丙
合金质量/mg
255
385
459
生成气体体积/mL
280
336
336
（1）乙组实验中，盐酸________（填“过量”“适量”或“不足量”）。
（2）盐酸的物质的量浓度为________。
（3）要计算合金中镁、铝的物质的量之比，题中可作为计算依据的数据是________（填“甲组”“乙组”或“丙组”），求得的镁、铝的物质的量之比是________。
答案
（1）不足量
（2）1mol·L－1 （3）甲组 1∶1
解析
（1）盐酸体积一定，乙中合金质量小于丙中合金质量，且乙、丙生成气体体积相等，说明乙、丙中盐酸完全反应，生成336mL氢气需要金属的质量为0.255g×
＝0.306g，故乙中金属过量，盐酸不足量。
（2）盐酸完全反应生成氢气336mL，氢气的物质的量为
＝0.015mol，根据氢元素守恒可知n（HCl）＝2n（H2）＝2×0.015mol＝0.03mol，故盐酸的物质的量浓度为
＝1mol·L－1。
（3）甲中盐酸有剩余，金属完全反应，此时生成氢气280mL，故可以根据甲组数据计算金属的物质的量之比，令镁、铝的物质的量分别为xmol、ymol，根据二者质量可知24x＋27y＝0.255，根据电子转移守恒有2x＋3y＝
×2，联立方程解得：
x＝0.005、y＝0.005，故合金中镁与铝的物质的量之比为0.005mol∶0.005mol＝1∶1。
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