2019_2020学年高中化学第3章自然界中的元素第4节第1课时海水中的元素镁与海水提镁学案鲁科版必修.docx

海水中的元素镁与海水提镁核心素养发展目标1.了解海水中元素的存在和用途，认识综合开发利用海水资源的重要意义。2.了解海水提镁的过程及化学原理，认识镁单质的还原性和重要用途。一、海水元素宝库1.海水中的元素可分为常量元素和微量元素常量元素(即每升海水中的含量均大于1mg的元素)有：氯、钠、镁、硫、钙、钾、碳、锶、溴、硼、氟共11种；微量元素(即每升海水中含量低于1mg的元素)如：锂、碘、铀等元素。2.海水元素对人体的重要性或主要用途食盐是人体的必需物质，并对人体的血液循环和新陈代谢都有着重要作用；碘用于制药，人体缺碘会导致大脖子病，一般加碘食盐中添加的是KIO3；锂可作为热核反应的重要材料之一，制造锂电池，特种合金的原料；铀可作为核燃料。海水中的多种元素均是以化合态形式存在，若元素由化合态转化成游离态，元素化合价一定发生变化，即一定发生氧化还原反应。例1不需要化学变化就能够从海水中获得的物质是()A.氯、溴、碘B.钠、镁、铝C.烧碱、氢气D.食盐、淡水答案D解析获得Cl2、NaOH、H2需要电解饱和食盐水；获得Na、Mg、Al需电解相应熔融物，Br2、I2需由Br、I氧化得到；食盐、淡水分别通过海水蒸发、蒸馏即可得到，为物理变化。方法规律从海水提取化学物质不一定发生化学变化。如海水提取氯化钠和淡水等。二、镁与海水提镁1.从海水中提取镁，步骤如下：(1)煅烧海边贝壳(石灰石)，制成石灰乳。反应的化学方程式为CaCO3CaOCO2，CaOH2O=Ca(OH)2。(2)将石灰乳加入到海水沉淀池中，得到氢氧化镁沉淀。反应的化学方程式为MgCl2Ca(OH)2=Mg(OH)2CaCl2。(3)将氢氧化镁与盐酸反应，化学方程式为Mg(OH)22HCl=MgCl22H2O，离子方程式为Mg(OH)22H=Mg22H2O。所得溶液蒸发结晶可获得六水合氯化镁晶体(MgCl26H2O)，然后在HCl气流中加热，转化成氯化镁。反应的化学方程式为MgCl26H2OMgCl26H2O。(4)电解熔融氯化镁制得金属镁。反应的化学方程式为MgCl2MgCl2。2.根据下列镁的化学性质实验填写表格实验内容实验操作实验现象反应化学方程式或离子方程式镁在O2中燃烧取一段镁条，观察它的颜色。用砂纸把表面的氧化膜擦净，观察金属镁的颜色和光泽，用坩埚钳夹住镁条，点燃镁条剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出大量的热，生成白色粉末2MgO22MgO镁在CO2中燃烧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或少量水)镁条燃烧，发出耀眼的白光，生成白色固体，在集气瓶的内壁有黑色固体附着2MgCO22MgOC镁与稀盐酸反应把一小段擦去氧化膜的镁条放入一定量的稀盐酸中镁条表面有大量气泡产生，镁条逐渐溶解Mg2H=Mg2H2(1)海水提镁海水提镁的方法向海水中加碱，得到氢氧化镁沉淀，将沉淀分离出来后再加入盐酸使它转变成氯化镁；之后，经过结晶、过滤、干燥、电解，就可得到金属镁。海水提镁的流程提高“海水提镁”经济效益的措施以海边的贝壳等为原料，价格低廉且取之不竭；电解产生的Cl2用于制盐酸，循环使用。(2)镁的性质镁是一种银白色金属，密度比较小，硬度较小，熔、沸点较低，具有良好的导电和导热性。镁原子最外层有2个电子，在化学反应中容易失去最外层的2个电子形成Mg2，因此Mg是活泼的金属，具有强还原性，可与活泼非金属单质(如O2、Cl2、N2)、酸等反应。镁易与空气中的氧气反应形成致密的氧化膜，阻止镁继续被氧化，故镁不必特殊保存。镁与二氧化碳反应实质是镁置换出碳的反应，也是金属置换非金属单质的典型例子。“二氧化碳不能助燃”不是绝对的，二氧化碳对绝大多数可燃物是良好的灭火剂，而对K、Ca、Na(失电子能力比Mg强)等可燃物则是助燃剂。例2从海水中提取镁，正确的方法是()A.海水Mg(OH)2MgB.海水MgCl2溶液MgCl2晶体MgC.海水Mg(OH)2MgOMgD.海水Mg(OH)2MgCl2溶液MgCl2(熔融)Mg答案D解析A项，Mg(OH)2难溶不易电解，且使用NaOH做沉淀剂不经济，不可行；B项，在海水中直接加盐酸，海水中的MgCl2无法分离出来，不可行；C项，MgO熔点高，熔融时电解消耗的能量大，不可行；只有D项经济可行。易错警示(1)镁的还原性很强，不能用还原剂还原法制取镁。因MgO的熔点比MgCl2高得多，应用电解熔融的MgCl2制取镁，不能用电解熔融的MgO制取镁。(2)往海水中加入的碱应是石灰乳Ca(OH)2而不是NaOH，因石灰乳可由海边贝壳来制取，比NaOH廉价易得。例3下列有关镁的叙述中正确的是()A.镁条燃烧引起的火灾可用CO2扑灭B.镁与稀硝酸反应放出氢气C.镁质容器可以贮存、运输浓硫酸D.镁在二氧化碳中的燃烧产物不只有氧化镁答案D解析镁与二氧化碳在点燃条件下剧烈反应，镁与稀硝酸和浓硫酸在常温下能剧烈反应，且不能放出氢气，故A、B、C项错误；Mg在CO2中燃烧的产物中还有碳，D项正确。易错警示钾、钙、钠、镁等活泼金属着火时，不能用泡沫灭火器(产生CO2)灭火；镁与氧化性酸(硝酸和浓硫酸)反应不生成氢气；镁在高温条件也可与水蒸气反应；镁在空气中燃烧除与氧气反应外，还发生反应N23MgMg3N2(微量)，2MgCO22MgOC(微量)。例4某工厂采用如下步骤从海水中提取镁：把贝壳制成石灰乳；在引入的海水中加入石灰乳，沉降，过滤，洗涤；将沉淀物与盐酸反应，结晶，过滤，得到含结晶水的晶体；将所得晶体在一定条件下加热得到无水氯化镁；电解熔融氯化镁，得到金属镁。(1)请写出步骤中发生反应的化学方程式：_、_。(2)请写出步骤中发生反应的离子方程式：_。(3)在以上提取镁的过程中，没有涉及的化学反应类型是_(填字母)。A.分解反应B.化合反应C.复分解反应D.置换反应(4)上述提取镁的流程中，在降低成本、减少污染方面做了一些工作，请写出其中一点：_。答案(1)CaCO3CaOCO2，CaOH2O=Ca(OH)2MgCl2(熔融)MgCl2(2)Mg(OH)22H=Mg22H2O(3)D(4)电解产生的Cl2用于制HCl；利用贝壳分解生成的CaO制石灰乳，降低成本(任写一种，合理均可)解析根据海水提镁步骤可知涉及的反应有：CaCO3CaOCO2、CaOH2O=Ca(OH)2，MgCl2Ca(OH)2=Mg(OH)2CaCl2，Mg(OH)22HCl=MgCl22H2O，MgCl26H2OMgCl26H2O；MgCl2(熔融)MgCl2。为分解反应、化合反应，为复分解反应，为复分解反应，为分解反应，为分解反应。没有涉及到置换反应。规律总结海水提镁为提高经济效益采用的措施：(1)就地取材。海水提镁厂设在海边，利用贝壳生产氢氧化钙；(2)循环利用，提高原料的利用率。电解MgCl2可得Cl2，Cl2用于制取盐酸，盐酸再与Mg(OH)2反应。1.下列元素ClNaBrIMgU属于海水中的微量元素的是()A.B.C.D.答案B解析在每升海水中含量低于1mg的元素称为海水中的微量元素。2.关于2MgCO22MgOC的叙述正确的是() A.CO2做还原剂B.Mg被还原C.Mg发生氧化反应D.1molMg参加反应时转移NA个电子答案C解析Mg元素化合价由02，化合价升高发生氧化反应，Mg做还原剂，1molMg参加反应时转移2mol电子，即2NA个电子；C元素化合价由40，发生还原反应，CO2做氧化剂。3.镁粉在焰火、闪光弹、鞭炮中是不可缺少的原料，工业制造镁粉是将镁蒸气在某气体中冷却，下列可作为冷却气体的是()空气CO2ArH2N2A.和B.和C.和D.和答案C解析镁蒸气在某气体中冷却，则该气体必须在高温下不与镁反应，而在高温下镁蒸气与N2、O2、CO2均能反应，与Ar和H2不反应。4.由海水制取无水氯化镁，主要有以下步骤：在一定条件下脱水干燥；加熟石灰；加盐酸；过滤；浓缩结晶。其先后顺序正确的是()A.B.C.D.答案D解析由海水制取无水氯化镁需先制得Mg(OH)2，后加盐酸。5.已知镁能分别与O2、N2、CO2反应，反应的化学方程式分别是2MgO22MgO、3MgN2Mg3N2、2MgCO22MgOC。把等质量的金属镁分别放在：足量纯氧气中；足量二氧化碳气体中；足量空气中，完全燃烧后，得到的固体物质的质量分别对应的是W1g、W2g和W3g。以下三者的关系正确的是()A.W1W2W3B.W3W1W2C.W3W2W1D.W2W1W3答案D解析由于镁在氧气中燃烧只生成MgO，而镁在二氧化碳气体中燃烧生成MgO和C；所以W2W1。镁在空气中燃烧，除生成MgO外，还有少量Mg3N2，设1mol镁完全与O2反应生成1molMgO，其固体质量为40g；1molMg与氮气完全反应，生成molMg3N2，固体质量为33.3g，故在空气中生成的固体质量应在40g与33.3g之间，所以有W1W3。综合上述分析，得关系式为W2W1W3。6.海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下所示：(1)海水提镁要用到海滩上的贝壳。贝壳的作用是_，贝壳所经历变化的化学方程式为_。(2)Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2应怎样除去？写出实验步骤：_。(3)实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的。溶解时：_。过滤时：_。蒸发时：_。答案(1)提供反应所需的碱Ca(OH)2CaCO3CaOCO2、CaOH2O=Ca(OH)2(2)加入过量MgCl2溶液，充分搅拌，过滤，沉淀用水洗涤(3)搅拌，加速溶解引流，使待滤液流入漏斗，防止外洒搅拌，防止液体飞溅解析(1)其成分是CaCO3，能转化为Ca(OH)2可以提供反应所需的碱。CaCO3CaOCO2、CaOH2O=Ca(OH)2。(2)根据复分解反应MgCl2Ca(OH)2=CaCl2Mg(OH)2分析可知，向Mg(OH)2沉淀中加入过量MgCl2溶液，充分搅拌，过滤，沉淀用水洗涤可除去Ca(OH)2。(3)溶解操作时，玻璃棒起搅拌、加速溶解作用；过滤时起引流作用，防止漏液外洒；蒸发时，玻璃棒起搅拌作用，防止液体飞溅。题组1海水中的元素1.从海水中提取下列物质，不需通过化学变化就可得到的是()A.NaClB.金属钠C.金属镁D.Cl2答案A解析海水中的钠、镁、氯元素均以化合态存在，要获得其单质，必定发生化学变化。题组2镁及其化合物的性质2.下列物质的转化不能通过一步反应实现的是()A.MgMgOB.MgOMg(OH)2C.MgOMgCl2D.MgCl2Mg(OH)2答案B解析A项，2MgO22MgO；B项，MgO不溶于水；C项，MgO2HCl=MgCl2H2O；D项，MgCl22NaOH=Mg(OH)22NaCl。3.下列有关镁及其化合物的说法不正确的是()A.通过电解熔融的无水MgCl2可以制得金属镁B.镁着火时不能用二氧化碳灭火器灭火C.氧化镁是优质的耐火材料D.镁条在空气中燃烧所得的固体物质是纯净物答案D解析镁条在空气中燃烧时主要的反应为2MgO22MgO、3MgN2Mg3N2。4.等质量的镁分别在足量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21D.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，固体产物量分别为46g、40g，都消耗0.5mol气体。5.下列离子方程式不正确的是()A.MgH2SO4(浓)：Mg2H=Mg2H2B.MgCl2AgNO3(溶液)：AgCl=AgClC.MgO盐酸：MgO2H=Mg2H2OD.MgFeCl2溶液：MgFe2=Mg2Fe答案A解析A项，浓H2SO4具有强氧化性，不能产生H2，离子方程式应为Mg2H2SO4(浓)=Mg2SOSO22H2O。6.下列物质与镁反应能产生H2的是()A.稀硝酸B.浓硫酸C.烧碱溶液D.醋酸溶液答案D解析稀硝酸、浓硫酸均为强氧化剂，与Mg反应不产生H2；烧碱溶液与Mg不反应。7.由单质镁制硝酸镁的下列4个方案中，你认为可行而且符合“绿色化学”要求的方案是()A.MgMg(NO3)2B.MgMgCl2Mg(OH)2Mg(NO3)2C.MgMgOMg(NO3)2D.MgMgSO4Mg(NO3)2答案C解析A中会产生NO2或NO气体；D中镁与浓H2SO4反应时会产生SO2气体；B操作步骤多，成本高，并且还使用了有毒的Cl2。8.1.0g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.空气有部分镁与CO2反应C.空气中镁部分与N2反应D.空气中镁部分与水蒸气反应答案C解析相同质量的Mg在O2、N2、CO2中燃烧所得固体质量由少到多的顺序为N2O2CO2，Mg在空气中燃烧主要是与O2反应，少量可与N2反应，使增重小于在O2中反应的增重。题组3海水提镁9.从海水中提取镁时涉及不到的化学反应是()A.MgCl2Ca(OH)2=CaCl2Mg(OH)2B.Mg(OH)22HCl=MgCl22H2OC.Mg(OH)2H2SO4=MgSO42H2OD.MgCl2MgCl2答案C解析海水中镁元素的主要存在形态为MgCl2，工业制备Mg的步骤：用熟石灰将Mg2变成Mg(OH)2沉淀，将镁元素进一步富集，发生的反应为MgCl2Ca(OH)2=CaCl2Mg(OH)2；用盐酸将Mg(OH)2溶解，发生的反应为Mg(OH)22HCl=MgCl22H2O；将溶液蒸发结晶变成MgCl26H2O晶体，电解无水MgCl2得到Mg单质：MgCl2MgCl2，涉及不到的化学反应为C项。10.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：把贝壳制成石灰乳；在引入的海水中加入石灰乳，沉降、过滤、洗涤沉淀物；将沉淀物与盐酸反应，结晶、过滤、干燥产物；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.进行步操作的目的是从海水中提取MgCl2C.第步电解会产生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符合原料来源丰富。步用于生成Ca(OH)2，包括分解和化合两个反应，步用于生成Mg(OH)2，为复分解反应，步用于制备MgCl2，也是复分解反应，步为电解熔融MgCl2得到镁，为分解反应。11.点燃的镁条在SO2中像在CO2中那样继续燃烧，但反应较镁和CO2反应更为剧烈，反应结束后，在盛有SO2的广口瓶中可能存在的反应产物是_(写化学式)，反应的化学方程式为_。答案MgO、MgS2MgSO22MgOS、MgSMgS解析根据Mg与CO2反应：2MgCO22MgOC，迁移类比得出Mg与SO2可发生反应：2MgSO22MgOS，而S又易与Mg反应生成MgS：MgSMgS，故广口瓶中可能的反应产物有MgO和MgS。12.已知镁能在O2、N2、CO2中燃烧生成相应的化合物。试回答：(1)镁在空气中燃烧，除发生反应N23MgMg3N2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)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？(4)如果等质量的镁分别在足量氧气、氮气、二氧化碳中燃烧，燃烧后固体的质量分别为m1、m2、m3，则它们的大小顺序为_。答案(1)2MgO22MgO,2MgCO22MgOC(2)剧烈燃烧，发出耀眼的白光，生成大量白烟(3)燃烧不一定有氧气参加。(4)m3m1m2解析镁是较活泼金属，镁在空气中燃烧，产物较复杂。燃烧是剧烈的发热发光的氧化还原反应，不一定有氧气参加。由(1)、(2)题可知，24g镁与O2反应，质量增加16g，与N2反应，质量增加g，与CO2反应，质量增加22g，故有m3m1m2。13.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。已知A有如下一系列变化，气体C能够使湿润的红色石蕊试纸变蓝：(1)写出A、C、D的化学式：A._，C._，D._。(2)写出下列反应的化学方程式：_；_。答案(1)Mg3N2NH3Mg(OH)2(2)Mg3N28HCl=3MgCl22NH4ClMgCl22NaOH=Mg(OH)22NaCl, NH4ClNaOHNaClH2ONH3解析镁在空气里燃烧时，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与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，NH能够与NaOH溶液反应放出NH3，所以溶液B中还含有NH，即它为MgCl2和NH4Cl的混合物。14.从海水中可提取多种化工原料，下面是工业上对海水的几项综合利用的示意图。试回答下列问题：(1)海水所得粗盐中含有Ca2、Mg2、Fe3、SO等杂质，为了有效除去它们，加入试剂的合理顺序为_ (填字母)。A.先加NaOH，后加Na2CO3，再加Ba2试剂B.先加NaOH，后加Ba2试剂，再加Na2CO3C.先加Ba2试剂，后加NaOH，再加Na2CO3其中涉及到的离子反应方程式有哪些？_，要除去SO，必须添加的钡试剂可以是_(填字母)。A.Ba(OH)2B.Ba(NO3)2C.BaCl2(2)写出电解饱和NaCl溶液的化学方程式