神马作文网怎样由碳酸镁制取镁单质?
来源：学生作业帮 编辑：神马作文网作业帮 分类：化学作业 时间：2024/11/19 09:46:50
怎样由碳酸镁制取镁单质?
高中化学毕业后都还给老师了,找到一个比较具体,
海水中镁的含量是1.29g/L,仅次于氯和钠,总蕴藏量估计有2×1015t.
在陆地上,镁的矿物主要是菱镁矿（主要成分是MgCO3）.煅烧菱镁矿可以得到氧化镁,再加工成镁.用这种方法制得的氧化镁,纯度不高,还要消耗大量的能源,并且污染环境.如果能从海水中提取镁,不仅可以得到高纯度的镁,而且能耗低、没有污染.所以海水提镁在本世纪40年代开创以来,发展极快.目前世界上生产的镁已有60％取自海水中.
那么,镁是怎样的一种金属呢?怎样从海水中提取镁?从海水中提镁的化学原理和方法对我们有什么启示呢?
镁和海水提镁
镁和镁的化合物 镁是现有最轻的结构金属.它在制取高强度的轻合金中有重要的地位.例如,一种含镁80％（还含有铝、铜、锡、锰、钛等元素）的合金,密度只有1.8g/cm3,不足钢铁的1/4,却有钢铁的强度,是制造汽车、飞机、火箭的重要材料.
镁原子容易失去最外层的两个电子,变成镁离子（Mg2+）.因此,镁的还原性较强,可以用作冶炼一些金属的还原剂.例如,四氯化钛就是用镁来还原成钛的.镁在空气里点燃,放出大量的热,产生耀眼的白光.利用这个性质,镁可以用来制造照明弹等.
氧化镁是白色粉末,味苦,俗称苦土.土壤里含有少量氧化镁,因此它有苦味.氧化镁是离子化合物,熔点高达2800℃,在高温下仍十分稳定,因此是优良的耐火材料.上海宝山钢铁厂所用的耐火材料,要求氧化镁的纯度在98％以上.氧化镁在制造水泥、纸浆、医药、精炼石油和橡胶工业中也有许多用途.
镁盐的种类很多,有的很有实用价值.例如,运动员用来擦手的白色粉末,就是有很强吸湿能力的碳酸镁.硫酸镁是泻盐,可以医治便秘和驱除蛔虫.
海水提镁 海水是含有多种离子的混合溶液,其中阳离子有钠离子、钾离子和镁离子等.海水提镁,就是要把镁离子跟其他阳离子分离开来.利用离子反应生成难溶物质,可以使某些离子从溶液中析出.那么,能不能向海水中加入一种离子,使镁离子变成沉淀析出,而其他的阳离子仍留在海水中呢?
【实验3－1】氯化镁、氯化钠跟碱溶液的反应
在两支试管里分别加入3mL氯化镁溶液和氯化钠溶液.再分别加入1mL氢氧化钠溶液,观察发生的现象.用澄清石灰水代替氢氧化钠溶液,重复做上述实验.
由实验知道,在氯化钠溶液中加入氢氧化钠溶液或石灰水,都不发生明显的变化.而在氯化镁溶液中加入氢氧化钠溶液或石灰水,都生成白色沉淀,这种沉淀是氢氧化镁.反应的化学方程式是
MgCl2＋2NaOH=Mg(OH)2↓+2NaCl
MgCl2＋Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaCl2
氯化钠和氯化镁都是电解质,它们的溶液中分别有钠离子和镁离子,这跟在海水中存在的形式一样.因此,向海水中加入碱溶液,镁离子也能转变成氢氧化镁,从而跟其他阳离子分离.海水提镁用的碱是廉价的石灰乳,它是利用海滩大量沉积的贝壳资源（主要成分是CaCO3）,经煅烧成生石灰再溶于水制成的.
用海水提镁时,先把海水抽入特大的池中,倒入石灰乳,便生成氢氧化镁的悬浊液.待沉淀沉降后取出沉淀,经洗涤后得到纯度很高的氢氧化镁.它没有多大用途,必须使它变成有用的氧化镁和金属镁.
氢氧化镁不稳定,受热后分解成氧化镁和水.
Mg(OH)2MgO+H2O
要使+2价的镁离子得到电子而还原成单质镁,是比较困难的.如果用类似炼铁的方法冶炼镁,需要很高的温度.例如在2000℃下用焦炭还原氧化镁,才能制得单质镁.这样得到的镁常含有较多的杂质.
MgO＋CMg＋CO↑
因此,工业上常用电解法使镁离子在阴极得到电子,还原成单质镁.用电解的方法冶炼镁,先要获得含有镁离子的熔融液.在镁的化合物中,典型的离子化合物有氧化镁和氯化镁.氧化镁的熔点太高（2800℃）,而氯化镁的熔点要低得多（714℃）.所以人们选择氯化镁作为电解制取镁的原料.
用盐酸溶解氢氧化镁（或氧化镁）,再使溶液浓缩,就得到氯化镁.
Mg(OH)2＋2HCl=MgCl2＋2H2O
图3－2是电解熔融氯化镁的示意图.在熔融的氯化镁中有能自由移动的镁离子.通入直流电后,氯离子向阳极移动,在阳极上失去电子,氧化成氯原子,两个氯原子结合成1个氯分子；镁离子向阴极移动,在阴极上得到电子,还原成单质镁.两个电极上发生的反应是
阳极：2Cl--2e＝Cl2↑
阴极：Mg2+＋2e=Mg
总的电解反应方程式可以表示如下：
MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑
为了防止生成的镁在高温下被空气中的氧气氧化,电解时需要在特殊的真空环境下进行.
海水中镁的含量是1.29g/L,仅次于氯和钠,总蕴藏量估计有2×1015t.
在陆地上,镁的矿物主要是菱镁矿（主要成分是MgCO3）.煅烧菱镁矿可以得到氧化镁,再加工成镁.用这种方法制得的氧化镁,纯度不高,还要消耗大量的能源,并且污染环境.如果能从海水中提取镁,不仅可以得到高纯度的镁,而且能耗低、没有污染.所以海水提镁在本世纪40年代开创以来,发展极快.目前世界上生产的镁已有60％取自海水中.
那么,镁是怎样的一种金属呢?怎样从海水中提取镁?从海水中提镁的化学原理和方法对我们有什么启示呢?
镁和海水提镁
镁和镁的化合物 镁是现有最轻的结构金属.它在制取高强度的轻合金中有重要的地位.例如,一种含镁80％（还含有铝、铜、锡、锰、钛等元素）的合金,密度只有1.8g/cm3,不足钢铁的1/4,却有钢铁的强度,是制造汽车、飞机、火箭的重要材料.
镁原子容易失去最外层的两个电子,变成镁离子（Mg2+）.因此,镁的还原性较强,可以用作冶炼一些金属的还原剂.例如,四氯化钛就是用镁来还原成钛的.镁在空气里点燃,放出大量的热,产生耀眼的白光.利用这个性质,镁可以用来制造照明弹等.
氧化镁是白色粉末,味苦,俗称苦土.土壤里含有少量氧化镁,因此它有苦味.氧化镁是离子化合物,熔点高达2800℃,在高温下仍十分稳定,因此是优良的耐火材料.上海宝山钢铁厂所用的耐火材料,要求氧化镁的纯度在98％以上.氧化镁在制造水泥、纸浆、医药、精炼石油和橡胶工业中也有许多用途.
镁盐的种类很多,有的很有实用价值.例如,运动员用来擦手的白色粉末,就是有很强吸湿能力的碳酸镁.硫酸镁是泻盐,可以医治便秘和驱除蛔虫.
海水提镁 海水是含有多种离子的混合溶液,其中阳离子有钠离子、钾离子和镁离子等.海水提镁,就是要把镁离子跟其他阳离子分离开来.利用离子反应生成难溶物质,可以使某些离子从溶液中析出.那么,能不能向海水中加入一种离子,使镁离子变成沉淀析出,而其他的阳离子仍留在海水中呢?
【实验3－1】氯化镁、氯化钠跟碱溶液的反应
在两支试管里分别加入3mL氯化镁溶液和氯化钠溶液.再分别加入1mL氢氧化钠溶液,观察发生的现象.用澄清石灰水代替氢氧化钠溶液,重复做上述实验.
由实验知道,在氯化钠溶液中加入氢氧化钠溶液或石灰水,都不发生明显的变化.而在氯化镁溶液中加入氢氧化钠溶液或石灰水,都生成白色沉淀,这种沉淀是氢氧化镁.反应的化学方程式是
MgCl2＋2NaOH=Mg(OH)2↓+2NaCl
MgCl2＋Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaCl2
氯化钠和氯化镁都是电解质,它们的溶液中分别有钠离子和镁离子,这跟在海水中存在的形式一样.因此,向海水中加入碱溶液,镁离子也能转变成氢氧化镁,从而跟其他阳离子分离.海水提镁用的碱是廉价的石灰乳,它是利用海滩大量沉积的贝壳资源（主要成分是CaCO3）,经煅烧成生石灰再溶于水制成的.
用海水提镁时,先把海水抽入特大的池中,倒入石灰乳,便生成氢氧化镁的悬浊液.待沉淀沉降后取出沉淀,经洗涤后得到纯度很高的氢氧化镁.它没有多大用途,必须使它变成有用的氧化镁和金属镁.
氢氧化镁不稳定,受热后分解成氧化镁和水.
Mg(OH)2MgO+H2O
要使+2价的镁离子得到电子而还原成单质镁,是比较困难的.如果用类似炼铁的方法冶炼镁,需要很高的温度.例如在2000℃下用焦炭还原氧化镁,才能制得单质镁.这样得到的镁常含有较多的杂质.
MgO＋CMg＋CO↑
因此,工业上常用电解法使镁离子在阴极得到电子,还原成单质镁.用电解的方法冶炼镁,先要获得含有镁离子的熔融液.在镁的化合物中,典型的离子化合物有氧化镁和氯化镁.氧化镁的熔点太高（2800℃）,而氯化镁的熔点要低得多（714℃）.所以人们选择氯化镁作为电解制取镁的原料.
用盐酸溶解氢氧化镁（或氧化镁）,再使溶液浓缩,就得到氯化镁.
Mg(OH)2＋2HCl=MgCl2＋2H2O
图3－2是电解熔融氯化镁的示意图.在熔融的氯化镁中有能自由移动的镁离子.通入直流电后,氯离子向阳极移动,在阳极上失去电子,氧化成氯原子,两个氯原子结合成1个氯分子；镁离子向阴极移动,在阴极上得到电子,还原成单质镁.两个电极上发生的反应是
阳极：2Cl--2e＝Cl2↑
阴极：Mg2+＋2e=Mg
总的电解反应方程式可以表示如下：
MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑
为了防止生成的镁在高温下被空气中的氧气氧化,电解时需要在特殊的真空环境下进行.