鎂及其化合物的制備與實(shí)驗(yàn)探究(含解析)

2020屆高考化學(xué)第二輪專題復(fù)習(xí)課時(shí)提升訓(xùn)練鎂及其化合物的制備與實(shí)驗(yàn)探究一、選擇題1、某研究性學(xué)習(xí)小組為了探索鎂粉與溴水反應(yīng)的機(jī)理，做了如下四組實(shí)驗(yàn)：①將鎂粉投入冷水中，未見任何現(xiàn)象；②將鎂粉放入溴水中，觀察到的只是開始時(shí)產(chǎn)生極少量的氣泡，但溴水的顏色會(huì)逐漸褪去；③將鎂粉放入液溴中，未觀察到任何明顯現(xiàn)象；④向含足量鎂粉的液溴中滴加幾滴水，觀察到溴的紅棕色很快褪去。則下列關(guān)于鎂與溴水的反應(yīng)機(jī)理的論述中正確的是()A．鎂粉與液溴反應(yīng)B．鎂粉在水的催化下與溴發(fā)生反應(yīng)C．產(chǎn)生極少量的氣泡是由于鎂粉與水反應(yīng)得到的D．鎂粉只與溴水中的酸反應(yīng)答案：B解析：由①知鎂粉與水不反應(yīng)，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；由③知鎂粉與液溴不反應(yīng)，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；由②知開始時(shí)產(chǎn)生極少量的氣泡，溴水的顏色會(huì)逐漸褪去，鎂粉與溴水中的酸反應(yīng)，但主要與溴水中的溴反應(yīng)，同時(shí)結(jié)合④知水在反應(yīng)中作催化劑，故D項(xiàng)錯(cuò)誤、B項(xiàng)正確。2、現(xiàn)有100mLMgCl2和AlCl3的混合溶液，其中c(Mg2＋)＝2mol·L－1，c(Cl－)＝7mol·L－1，要使Mg2＋轉(zhuǎn)化成Mg(OH)2并使Mg2＋和Al3＋分離開來(lái)，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，將100mL此溶液中的Mg2＋轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2沉淀并分離出來(lái)，反應(yīng)后為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溶液的體積為eq\f(0.8mol,4mol·L－1)＝0.2L＝200mL。3、從海水中提取鎂的工藝流程可表示如下：下列說(shuō)法不正確的是()A．用此法提取鎂的優(yōu)點(diǎn)之一是原料來(lái)源豐富B．步驟⑥電解MgCl2時(shí)陰極產(chǎn)生氯氣C．步驟⑤可將晶體置于HCl氣體氛圍中脫水D．上述工藝流程中涉及化合、分解和復(fù)分解反應(yīng)答案：B解析：電解MgCl2時(shí)陽(yáng)極產(chǎn)生氯氣，陰極產(chǎn)生Mg。4、Mg、Al組成的混合物與足量鹽酸反應(yīng)，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氫氣4.48L，下列推斷中不正確的是（）A．參加反應(yīng)的Mg、Al共0.2molB．參加反應(yīng)的HCl為0.4molC．Mg、Al在反應(yīng)中共失去0.4mol電子D．若與足量的稀硫酸反應(yīng)能產(chǎn)生0.2molH2答案：A解析：反應(yīng)的實(shí)質(zhì)為：Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑，2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑。n(H2)＝eq\f(4.48L,22.4L·mol－1)＝0.2mol，則參加反應(yīng)的n(H＋)＝0.4mol。若換成稀H2SO4，同樣產(chǎn)生0.2molH2。依據(jù)得失電子守恒，由2H＋→H2得電子總數(shù)為0.2mol×2＝0.4mol，故C正確。0.2molMg提供0.4mol電子，0.2molAl則提供0.6mol電子，0.2molMg、Al混合物提供的電子數(shù)大于0.4mol小于0.6mol，A不正確。5、海水中含有MgCl2，是鎂的重要來(lái)源之一。從海水中提取鎂，可以按照如下步驟：①把貝殼制成石灰乳；②在引入的海水中加入石灰乳，沉降、過(guò)濾、洗滌沉淀物；③將沉淀物與鹽酸反應(yīng)，結(jié)晶、過(guò)濾、干燥產(chǎn)物；④將所得產(chǎn)物熔融后電解。關(guān)于提取鎂，下列說(shuō)法不正確的是()A．此法的優(yōu)點(diǎn)之一是原料來(lái)源豐富B．進(jìn)行①②③步操作的目的是從海水中提取MgCl2C．第④步電解會(huì)產(chǎn)生Cl2D．以上提取鎂的過(guò)程中涉及的反應(yīng)有分解反應(yīng)、化合反應(yīng)和置換反應(yīng)答案：D解析：利用海水和貝殼原料來(lái)源豐富。①步用于生成Ca(OH)2，包括分解和化合兩個(gè)反應(yīng)，②步用于生成Mg(OH)2，為復(fù)分解反應(yīng)，③步用于制備MgCl2，也是復(fù)分解反應(yīng)，④步為電解熔融MgCl2得到鎂，為分解反應(yīng)。6、在托盤天平的兩盤上各放上一個(gè)盛有36.5g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的鹽酸的燒杯，調(diào)節(jié)天平至平衡?，F(xiàn)將物質(zhì)的量相同的兩種物質(zhì)分別放入兩燒杯中，都恰好完全反應(yīng)，此時(shí)天平仍保持平衡。則加入的物質(zhì)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：兩托盤中鹽酸的質(zhì)量相等，兩者恰好完全反應(yīng)，消耗的Mg、MgO、MgCO3、Mg(OH)2的物質(zhì)的量相等。A項(xiàng)，雖然等物質(zhì)的量MgCO3的質(zhì)量大于MgO的質(zhì)量，但是MgCO3反應(yīng)后放出CO2，也可以從化學(xué)式比較，MgCO3也可以寫成MgO·CO2，反應(yīng)后CO2放出，剩余的都是MgO跟鹽酸反應(yīng)，所以兩托盤保持平衡；B項(xiàng)，MgCO3的質(zhì)量大于Mg的質(zhì)量，兩者放出氣體后MgCO3的質(zhì)量大于Mg的質(zhì)量，天平不平衡；C項(xiàng)，Mg(OH)2的質(zhì)量大于MgO的質(zhì)量，反應(yīng)不放出氣體，天平不平衡；D項(xiàng)，Mg的質(zhì)量小于MgO的質(zhì)量，反應(yīng)時(shí)Mg放出H2，質(zhì)量更小，天平不平衡。7、0.1mol鎂粉分別在足量的O2、CO2、N2中燃燒，生成的固體的質(zhì)量依次為m1、m2、m3，下列關(guān)系式正確的是()A．m2>m1>m3B．m1＝m2>m3C．m1＝m2＝m3 D．m3>m2>m1答案：A解析：有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式依次為2Mg＋O2eq\o(=,\s\up14(點(diǎn)燃))2MgO；2Mg＋CO2eq\o(=,\s\up14(點(diǎn)燃))2MgO＋C；3Mg＋N2eq\o(=,\s\up14(點(diǎn)燃))Mg3N2，根據(jù)反應(yīng)方程式易知0.1molMg分別在足量的O2、CO2、N2中燃燒后，固體的質(zhì)量分別增加1.6g、2.2g、0.93g。二、非選擇題8、Mg(OH)2可用于制造防火材料。工業(yè)上，以蛇紋石為原料制備氫氧化鎂的工藝流程如下：已知：①蛇紋石的主要成分為3MgO·2SiO2·2H2O，還有少量Fe2O3、FeO、CaO和Al2O3。②幾種金屬氫氧化物沉淀的pH如下：M(OH)nFe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Mg(OH)2開始沉淀的pH7.01.93.49.1完全沉淀的pH9.03.24.711.1(1)酸A宜選擇________(填字母)；加入酸A適當(dāng)過(guò)量，但不宜過(guò)多，其原因是_________________。a．硝酸b．稀硫酸c．鹽酸d．氫碘酸(2)試劑B可選擇NaClO。用離子方程式表示加NaClO的目的：______。(3)試劑C可能是MgCO3或MgO，加入過(guò)量試劑C的目的是_____________。濾液A中含有的陽(yáng)離子主要是________________(填離子符號(hào))。(4)向過(guò)濾Ⅱ所得濾液中加入一定量氨水，鎂離子的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖所示。寫出鎂離子沉淀的離子方程式：__________________。溫度高于50℃時(shí)，Mg2＋的轉(zhuǎn)化率降低，其主要原因是______________。(5)若濾渣B只含兩種物質(zhì)，且濾渣B的總物質(zhì)的量為bmol；試劑C為MgCO3或MgO。原礦石中鎂元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為a%，現(xiàn)有100t這種礦石，按上述流程制備氫氧化鎂，理論上制得Mg(OH)2的質(zhì)量為________kg(用含a、b的代數(shù)式表示)。答案：(1)b加入過(guò)多酸A，消耗試劑C和氨水增多，成本增大(2)2Fe2＋＋ClO－＋2H＋=2Fe3＋＋Cl－＋H2O(3)使Al3＋、Fe3＋完全轉(zhuǎn)化成Al(OH)3、Fe(OH)3NHeq\o\al(＋,4)(4)Mg2＋＋2NH3·H2O=Mg(OH)2↓＋2NHeq\o\al(＋,4)溫度高于50℃，氨水揮發(fā)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)))解析分析礦石成分知，加入酸A的目的是溶解金屬氧化物，同時(shí)將鈣離子沉淀。沉淀時(shí)將亞鐵離子轉(zhuǎn)化成氫氧化鐵沉淀。(1)酸A宜選擇稀硫酸，將雜質(zhì)鈣離子轉(zhuǎn)化成硫酸鈣，故選b。加入試劑C、氨水是調(diào)節(jié)溶液的pH，若酸溶時(shí)加入過(guò)多的硫酸，會(huì)消耗大量的試劑C、氨水等，增大生產(chǎn)成本。(2)濾液呈酸性，其離子方程式為2Fe2＋＋ClO－＋2H＋=2Fe3＋＋Cl－＋H2O。(3)加入碳酸鎂或氧化鎂，使鐵離子、鋁離子完全轉(zhuǎn)化成氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀。濾液A中主要的陽(yáng)離子是銨根離子。(4)硫酸鎂與氨水反應(yīng)的離子方程式為Mg2＋＋2NH3·H2O=Mg(OH)2↓＋2NHeq\o\al(＋,4)。50℃之前，隨著溫度升高，反應(yīng)速率加快，鎂離子轉(zhuǎn)化率增大；在50℃之后，隨著溫度升高，氨水揮發(fā)和NH3·H2O分解的速率增大，氨水濃度是影響Mg2＋轉(zhuǎn)化率的主要因素，反應(yīng)物濃度減小，故鎂離子轉(zhuǎn)化率降低。(5)根據(jù)電荷守恒知，3MgO＋2Fe3＋＋3H2O=3Mg2＋＋2Fe(OH)3,3MgO＋2Al3＋＋3H2O=2Al(OH)3＋3Mg2＋。加入試劑C的物質(zhì)的量：2n(C)＝3n(Al3＋)＋3n(Fe3＋)，n(Mg2＋)＝eq\f(3nAl3＋＋3nFe3＋,2)。根據(jù)鎂元素質(zhì)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%的鎂是從海水中提取的。已知海水提取鎂的主要步驟如下：(1)關(guān)于加入試劑①作沉淀劑，有以下幾種不同方法，請(qǐng)完成下列問(wèn)題。方法是否正確簡(jiǎn)述理由方法1：直接往海水中加入沉淀劑不正確(Ⅰ)方法2：高溫加熱蒸發(fā)海水后，再加入沉淀劑(Ⅱ)(Ⅲ)你認(rèn)為最合理的其他方法是：(Ⅳ)(Ⅰ)_________________________________________________；(Ⅱ)_________________________________________________；(Ⅲ)_________________________________________________；(Ⅳ)_________________________________________________。(2)框圖中加入的試劑①應(yīng)該是________________(填化學(xué)式)；加入的試劑②是________________(填化學(xué)式)；工業(yè)上由無(wú)水MgCl2制取鎂的化學(xué)方程式為________________。解析：本題考查的是從海水中提取鎂的流程。試劑①應(yīng)是石灰乳，發(fā)生的反應(yīng)是MgCl2＋Ca(OH)2=Mg(OH)2↓＋CaCl2；試劑②應(yīng)是鹽酸，反應(yīng)是Mg(OH)2＋2HCl=MgCl2＋2H2O，然后濃縮、結(jié)晶、脫水得無(wú)水MgCl2，再電解熔融的MgCl2便可制得Mg：MgCl(熔融)eq\o(=,\s\up14(通電))Mg＋Cl2↑。答案：(1)(Ⅰ)海水中鎂離子濃度小，沉淀劑用量大，不經(jīng)濟(jì)(Ⅱ)不正確(Ⅲ)能源消耗大，不經(jīng)濟(jì)(Ⅳ)海灘曬鹽后得到的苦鹵水中，加入沉淀劑(2)Ca(OH)2HClMgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up14(通電))Mg＋Cl2↑10、硼及其化合物具有重要的工業(yè)用途。某工廠生產(chǎn)硼砂過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢料，主要含有MgCO3、MgSiO3、CaMg(CO3)2、Al2O3和Fe2O3等，回收鎂和其中另一種金屬單質(zhì)A的工藝流程如圖：部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式完全沉淀時(shí)溶液的pH如表：沉淀物Fe(OH)3Al(OH)3Mg(OH)2pH3.25.212.4請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)濾液Ⅰ中所含陰離子主要是________；可回收到的金屬A的原子結(jié)構(gòu)示意圖為_____________________。(2)試劑B為________；“浸出”步驟中，為提高鎂的浸出率，可采取的措施有_____________________(要求寫出兩條措施)。(3)濾液Ⅱ所含金屬離子為________________，調(diào)pH時(shí)需要調(diào)多次，第一次調(diào)pH主要是為了除去_____________。(4)Mg(ClO3)2在農(nóng)業(yè)上有廣泛的用途，可用NaClO3與MgCl2制備，已知四種化合物的溶解度(S)隨溫度(T)的變化曲線如圖所示。①寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：_____________________________。②將反應(yīng)物按化學(xué)反應(yīng)方程式計(jì)量數(shù)之比混合制備Mg(ClO3)2，簡(jiǎn)述可制備Mg(ClO3)2的原因：_______________________。答案：(1)AlOeq\o\al(－,2)、OH－(2)鹽酸升溫、攪拌或適當(dāng)增大酸的濃度(任寫兩種即可)(3