2020-2021高中化学苏教版1学案：专题2 第二单元 第4课时镁的提取和应用含解析

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精2020-2021学年高中化学苏教版必修1学案：专题2第二单元第4课时镁的提取和应用含解析第4课时镁的提取和应用一、镁的提取自然界中的镁主要以化合态的形式存在于地壳和海水中.1．先将海边大量存在的贝壳煅烧成石灰，并将石灰制成石灰乳。写出上述反应的有关化学方程式：CaCO3eq\o（=,\s\up15（高温)）CaO＋CO2↑；CaO＋H2O=Ca(OH）2。2．将石灰乳加入海水沉淀池中，得到氢氧化镁沉淀，反应的化学方程式为Ca(OH）2＋MgCl2＝Mg(OH）2↓＋CaCl2。3．过滤,向氢氧化镁沉淀中加入盐酸发生中和反应，蒸发、结晶、过滤得到六水合氯化镁晶体。写出上述中和反应的化学方程式：Mg（OH）2＋2HCl=MgCl2＋2H2O。4．将六水合氯化镁在一定条件下加热生成无水氯化镁,电解熔融的氯化镁可以得到金属镁。电解氯化镁的化学方程式为MgCl2(熔融)eq\o（=,\s\up15(通电)）Mg＋Cl2↑。二、镁的结构特点和化学性质1．结构：Mg的原子结构示意图为,易失去最外层的2个电子，Mg－2e－→Mg2＋，显＋2价。2．化学性质（1)与非金属单质的反应：2Mg＋O2eq\o（=，\s\up15(点燃））2MgO，Mg＋Cl2eq\o（=,\s\up15（点燃)）MgCl2，3Mg＋N2eq\o(=,\s\up15(点燃））Mg3N2.(2）与氧化物反应：2Mg＋CO2eq\o(=,\s\up15(点燃）)2MgO＋C，Mg＋2H2Oeq\o(=,\s\up15（△))Mg（OH)2＋H2↑（反应缓慢）.（3）与酸反应：Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑（写离子方程式)。（4)反应现象：三、镁及其化合物的重要物理性质和用途1．金属镁及镁合金：镁是银白色固体,密度较小(1.74g·cm－3)，熔点645℃，沸点1090℃，是电和热的良导体；镁与铜、铝、锡、锰、钛等形成的许多合金(约含镁80％）的密度只有1。8g·cm－3左右，但硬度和强度都2．氧化镁的熔点很高(2800℃),是优质的耐高温探究点一从海水中提取镁1．从海水中提取镁的工艺流程2．有关步骤及化学方程式步骤化学方程式贝壳煅烧成石灰，并将石灰制成石灰乳CaCO3eq\o（=，\s\up15(高温））CaO＋CO2↑CaO＋H2O=Ca(OH）2石灰乳加入到海水沉淀池中，得到氢氧化镁沉淀Ca(OH)2＋MgCl2=Mg(OH）2↓＋CaCl2氢氧化镁与盐酸反应，蒸发结晶获得六水合氯化镁晶体(MgCl2·6H2O)Mg（OH）2＋2HCl＋6H2O=MgCl2·6H2O＋2H2O六水合氯化镁晶体在氯化氢气流中加热生成无水氯化镁MgCl2·6H2Oeq\o(=,\s\up15（HCl），\s\do15(△）)MgCl2＋6H2O↑电解熔融的氯化镁得到金属镁MgCl2(熔融）eq\o（=，\s\up15(通电)）Mg＋Cl2↑拓展：(1)氯化镁溶液中存在着可逆(水解)反应:MgCl2＋2H2OMg（OH)2＋2HCl（2)若在空气中加热MgCl2·6H2O,生成的是Mg（OH）Cl或MgO:MgCl2·6H2Oeq\o（=,\s\up15（△)）Mg(OH)Cl＋HCl↑＋5H2O↑MgCl2·6H2Oeq\o(=，\s\up15（△))MgO＋2HCl↑＋5H2O↑(3）在HCl气流中，抑制了MgCl2水解,且带走MgCl2·6H2O受热产生的水蒸气，故能得到无水MgCl2。在以海水为原料提取镁的过程中,采取哪些措施可以提高经济效益？提示：海水提取镁的工厂设在海边，需要的碱取自海边丰富的贝壳（CaCO3)，CaCO3分解后产生的CaO再与水反应即得碱［Ca（OH）2］。电解MgCl2制镁时产生的氯气又可作为制盐酸的原料。制得的盐酸再跟Mg（OH）2反应而进入循环,提高了综合经济效益.【例1】工业中“从海水中提取镁"的流程如下图所示：其步骤为:①将海边大量的贝壳煅烧成石灰，并将石灰制成石灰乳；②将石灰乳加入海水沉淀池中经过滤得到Mg（OH)2沉淀；③在Mg（OH)2沉淀中加入盐酸得到MgCl2溶液，再经蒸发结晶得到MgCl2·6H2O；④将MgCl2·6H2O在一定条件下加热得到无水MgCl2；⑤电解熔融的氯化镁可得到Mg。请回答以下问题:(1）步骤③中的蒸发是利用风吹日晒来完成的，而实验室中进行蒸发操作需要的主要仪器有________、________、酒精灯、铁架台等。(2)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：_____________.(3）有同学认为：步骤②后可加热Mg（OH)2得到MgO，再电解熔融的MgO制取金属镁，这样可简化实验步骤.你同意该同学的想法吗？为什么？你的观点是________,理由是_____________。【思路分析】解答此类流程图题,首先应理清流程中各步的作用，在此基础上，以所学化学基础知识为依托,对所设置的问题进行分析。【解析】(1)蒸发操作中用的仪器主要有铁架台、蒸发皿、玻璃棒、酒精灯。(2)电解过程中产生的Cl2对环境有污染，而生产过程中需用到盐酸，因此工业上将电解产生的Cl2用于制取HCl气体.(3)因为MgO熔点很高，熔融时需耗费大量的能量而增加生产成本，综合经济效益较差,因此工业上不采取电解熔融的MgO来制取Mg。【答案】(1）蒸发皿玻璃棒(2）电解产生的Cl2用于制取HCl气体(3)不同意因为MgO熔点很高，熔融时因耗费大量的能量而增加生产成本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(B)A．海水eq\o（→，\s\up15(NaOH））Mg（OH）2eq\o（→，\s\up15(通电)）MgB．海水eq\o(→，\s\up15(石灰乳)）Mg(OH）2eq\o（→,\s\up15(HCl））MgCl2溶液→MgCl2(熔融)eq\o（→,\s\up15(通电)）MgC．海水eq\o（→,\s\up15(HCl))MgCl2溶液→MgCl2晶体eq\o（→，\s\up15(通电））MgD．海水eq\o（→,\s\up15（石灰乳))Mg(OH）2eq\o(→，\s\up15(灼烧）)MgOeq\o（→,\s\up15(通电））Mg解析：海水中含有Mg2＋，加入盐酸不能使MgCl2分离出来，C项不合理；加入碱可生成Mg（OH)2沉淀：Mg2＋＋2OH－=Mg（OH)2↓,因为Ca（OH）2比NaOH廉价得多，考虑经济效益，A项不合理；而D项是通过加热Mg(OH）2生成MgO,由于MgO熔点很高，很难熔融，考虑经济效益，B项更合理。探究点二镁的性质与应用1．镁的物理性质银白色轻金属，密度为1。74g·cm－3，熔点为648。8℃，沸点为10902．镁的原子结构镁原子最外层有2个电子,在化学反应中镁原子容易失去最外层的2个电子形成镁离子。因此，镁是活泼的金属，可与活泼的非金属、酸等物质发生反应。3．镁的化学性质（1)常温下与O2反应生成氧化膜，点燃燃烧：2Mg＋O2eq\o（=,\s\up15（点燃）)2MgO反应现象：剧烈燃烧，发出耀眼的白光,生成白色固体(MgO,熔点高可作耐火材料).注意：Ⅰ。镁、铝等金属在常温下露置于空气中，表面生成了致密的氧化物保护膜，阻止了金属被进一步氧化。Ⅱ。做镁的性质实验时，应首先擦去金属表面的氧化膜.（2）与其他非金属反应：Mg＋Cl2eq\o(=，\s\up15（△))MgCl2Mg＋Seq\o（=,\s\up15(△））MgS3Mg＋N2eq\o(=,\s\up15(点燃))Mg3N2［Mg3N2＋6H2O=3Mg（OH)2＋2NH3↑］镁在常温下可与溴水反应，可使溴水褪色。(3)与H2O的反应：Mg＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(△)）Mg（OH）2＋H2↑(反应较慢）Mg（OH）2难溶于水，受热易分解。(4）与氧化物反应：2Mg＋CO2eq\o（=，\s\up15(点燃))C＋2MgO注意：Mg、Na等活泼金属能在CO2中燃烧，故活泼金属失火不能用干粉（CO2)灭火器灭火.(5)与非氧化性酸反应放出氢气：Mg＋2HCl=MgCl2＋H2↑Mg＋H2SO4（稀)=MgSO4＋H2↑(6）与盐溶液反应：Mg＋CuCl2=MgCl2＋CuMg＋2NH4Cl=MgCl2＋2NH3↑＋H2↑4．镁的用途镁的合金用于火箭、导弹和飞机制造业等,镁常用来制耐火材料MgO（熔点高达2800℃5．与镁的结构和性质相似的有铍（Be）、钙（Ca）、锶（Sr）、钡（Ba）、镭（Ra）等元素。原子结构中，最外层皆为2个电子，易失电子形成＋2价离子.按铍、镁、钙、锶、钡、镭的顺序,还原性逐渐增强,对应离子的氧化性逐渐减弱,氧化物对应的水化物的碱性逐渐增强。1．镁是活泼金属，故不具有抗腐蚀性，这句话正确吗?提示:不正确。镁是活泼的金属,易被氧化，但镁具有抗腐蚀性能。这是因为在常温下，镁在空气中与氧气反应,生成一层致密的氧化物薄膜，这层氧化物薄膜能够阻止金属继续被氧化，故镁有抗腐蚀性能。2．CO2真的是不能助燃吗？提示:CO2对绝大多数可燃物是良好的灭火剂,但对具有强还原性的可燃物如K、Ca、Na、Mg等却是助燃剂。3．镁条着火时，如何灭火？提示：在加热条件下，镁与水反应较快，反应方程式为Mg＋2H2Oeq\o（=，\s\up15（△)）Mg（OH）2＋H2↑.镁也能与二氧化碳反应生成氧化镁和碳,故镁条着火后,既不能用水也不能用二氧化碳灭火，而应用细沙来灭火。4．镁在空气中燃烧,生成物为纯净物吗？提示:镁在空气中燃烧，除了可与空气中的O2反应生成MgO外，还能与N2、CO2反应，生成Mg3N2和C，为混合物。下表为镁在O2、N2、CO2中分别燃烧的现象：化学方程式现象2Mg＋O2eq\o(=，\s\up15（点燃))2MgO剧烈燃烧，伴有明亮的火焰，耀眼的白光和白烟，瓶底有白色固体生成3Mg＋N2eq\o(=,\s\up15(点燃））Mg3N2剧烈燃烧,发出暗红色火焰，耀眼的白光和白烟，瓶底有淡黄色固体生成2Mg＋CO2eq\o(=，\s\up15(点燃)）2MgO＋C剧烈燃烧,有明亮的火焰、耀眼的白光，伴有白烟,生成白色粉末，瓶壁上还有黑色的固体附着【例2】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2Mg＋O2eq\o（=,\s\up15(点燃）)2MgO外，还能发生其他反应，写出反应的化学方程式______________________________________。（2）镁条在氧气中燃烧的现象是______________________________________。（3）有同学认为空气中N2的质量分数最大,所以产物中氮化镁的质量分数最大。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？___________________________________。（5)若等质量的镁分别在足量O2、N2、CO2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________。【思路分析】物质的性质、浓度影响着反应的现象、产物及产物的量。本题应从O2、N2、CO2的性质及浓度来分析它们与Mg反应的产物及现象。【解析】镁是较活泼的金属，镁在空气中燃烧,产物较复杂。但产物中MgO最多，这是因为氧气最活泼。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。假设参加反应的镁都是24g,由Mg与O2、N2、CO2反应的化学方程式可知,镁在三种气体中燃烧所得固体的质量分别为40g、eq\f(100，3)g、46g,故有m3〉m1>m2。【答案】(1）N2＋3Mgeq\o(=，\s\up15(点燃）)Mg3N2,2Mg＋CO2eq\o（=，\s\up15(点燃））2MgO＋C(2）剧烈燃烧，发出耀眼的白光，生成白色固体(3)不是，因为N2比O2稳定（4）燃烧不一定有氧气参加(5)m3〉m1〉m2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，镁还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有下面一系列变化：（1)写出A、C、D的化学式：AMg3N2、CNH3、DMg（OH）2.（2）写出下列反应的化学方程式：①Mg3N2＋8HCl=3MgCl2＋2NH4Cl；②MgCl2＋2NaOH=Mg（OH）2↓＋2NaCl，NH4Cl＋NaOHeq\o(=,\s\up15（△）)NaCl＋H2O＋NH3↑.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NH3，NHeq\o\al(＋，4)能够和NaOH溶液反应放出NH3，所以溶液B中还含有NHeq\o\al（＋,4），即它为MgCl2和NH4Cl的混合物.1．下列关于镁元素及其单质的说法中，不正确的是（D）A．镁在常温下能与氧气反应，生成氧化镁保护膜B．镁在自然界中只有化合态，没有游离态C．镁能在氯气、二氧化碳中燃烧，这说明不只是氧气才有助燃性D．镁的化学性质很活泼,能与O2、Cl2、N2及酸、碱发生反应解析:镁、铝在常温下能与O2反应生成氧化物薄膜，阻止金属进一步与O2反应；镁的化学性质比较活泼，在自然界中以化合态存在；Mg不能与碱发生反应，故D错误.2．镁粉是焰火、闪光粉中不可缺少的原料，工业制造镁粉是将镁蒸气在气体中冷却，下列可作为冷却气的是(C）①空气②CO2③Ar④H2⑤N2A．①② B．②③C．③④ D．④⑤解析：由于镁很活泼,是还原性很强的金属,加热时能与许多气体物质反应，如空气中的氧气、二氧化碳、氮气等，但不与氢气和稀有气体反应。3．（双选)下列有关镁的说法正确的是(AC）A．镁被誉为国防金属，其原因是质轻，镁合金强度高、机械性能好B．金属镁在CO2中燃烧，表现了镁的强氧化性C．镁是制造焰火、闪光粉的材料D．镁易与冷水反应，生成氢气解析：金属镁在CO2中燃烧，表现了镁的强还原性;镁与冷水不反应，镁可与热水反应生成氢气.4．下列化学反应,在从海水中提取镁的过程中不会涉及的是(C）A．MgCl2＋Ca（OH）2=Mg(OH）2↓＋CaCl2B．Mg（OH）2＋2HCl=MgCl2＋2H2OC．Mg（OH)2eq\o（=,\s\up15(△))MgO＋H2OD．MgCl2（熔融)eq\o（=，\s\up15(通电)）Mg＋Cl2↑解析:由海水提取金属镁涉及的反应按先后顺序为：CaCO3eq\o（=，\s\up15(高温））CaO＋CO2↑、CaO＋H2O=Ca(OH）2、MgCl2＋Ca（OH）2=Mg(OH）2↓＋CaCl2、Mg(OH）2