化学镁及其化合物的专项培优练习题含答案及答案.docx
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化学镁及其化合物的专项培优练习题含答案及答案
2020-2021化学镁及其化合物的专项培优练习题(含答案)及答案
一、镁及其化合物
1.硼镁泥是一种工业废料,主要成份是MgO(占40%),还有CaO、MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质,以此为原料制取的硫酸镁,可用于印染、造纸、医药等工业。
从硼镁泥中提取MgSO4·7H2O的流程如下:
根据题意回答下列问题:
(1)实验中需用1mol/L的硫酸80mL,若用98%的浓硫酸来配制,除量筒、玻璃棒外,还需要的玻璃仪器有_________。
(2)滤渣的主要成份除含有Fe(OH)3、Al(OH)3、MnO2外,还有_________。
(3)加入的NaClO可与Mn2+反应产生MnO2沉淀,该反应的离子方程式_________。
在调节pH=5-6之前,还有一种离子也会被NaClO氧化,该反应的离子方程式为________________。
(4)如何检验滤液中Fe3+是否被除尽,简述检验方法_________。
(5)已知MgSO4、CaSO4的溶解度如下表:
温度(℃)
40
50
60
70
MgSO4
30.9
33.4
35.6
36.9
CaSO4
0.210
0.207
0.201
0.193
“除钙”是将MgSO4和CaSO4混合溶液中的CaSO4除去,根据上表数据,简要说明操作步骤_________、_________。
(6)如果提供的硼镁泥共100g,得到的MgSO4·7H2O196.8g,则MgSO4·7H2O的产率为_________。
【答案】烧杯、100mL的容量瓶、胶头滴管SiO2Mn2++ClO-+H2O→MnO2↓+2H++Cl-2Fe2++ClO-+2H+→2Fe3++Cl-+H2O取少量滤液,向其中加入硫氰化钾溶液,如果溶液不变红色,说明滤液中不含Fe3+;如果溶液变红色,说明滤液中含Fe3+。
蒸发浓缩趁热过滤80%
【解析】
【详解】
(1)配制溶液时还需要的玻璃仪器有烧杯、100mL的容量瓶、胶头滴管,
(2)由于pH=5-6溶液呈酸性,所以滤渣中还有二氧化硅。
(3)Mn2+与ClO-反应生成了MnO2沉淀H+和Cl-。
Fe2+在酸性条件下被ClO-氧化为Fe3+、Cl-和H2O。
(4)取少量滤液,向其中加入硫氰化钾溶液,如果溶液不变红色,说明滤液中不含Fe3+;如果溶液变红色,说明滤液中含Fe3+。
(5)观察图表可以知道两种物质随着温度的升高溶解度一种增大一种减小,可以利用溶解度的不同来分离。
(6)根据元素守恒可以计算出硼镁泥中镁的质量,在计算出196.8gMgSO4·7H2O中镁的质量就可以计算出其产率了。
2.以硼镁泥(主要成分为MgSiO3、Fe2O3及少量Al2O3、FeO和MnO)为原料制备高纯Mg(OH)2的流程如下:
己知:
①常温下此体系中各氢氧化物开始沉淀与沉淀完全时的pH范围如下表所示:
pH值
Mg(OH)2
Mn(OH)2
MnO(OH)2
Fe(OH)2
Al(OH)3
Fe(OH)3
开始沉淀时
9.3
7.1
7.8
7.6
3.7
2.3
沉淀完全时
10.8
10.8
9.8
9.6
4.7
3.7
②温度高于340℃时Mg(OH)2开始分解为MgO和H2O。
(1)“浸取”时,为提高镁的浸取率可行的措施为__________。
a.将硼镁泥制成浆料b.降低浸取温度c.用盐酸多次浸取
(2)“浸取”时,MgSiO3与盐酸反应的化学方程式为_________________________。
(3)“除铁、铝”时,需调节溶液pH范围为_________________________。
(4)“除Mn2+”时发生反应的离子方程式为_________________________;
过滤3所得滤渣中含有MnO(OH)2和__________。
(5)“沉镁”时,反应温度与Mg(OH)2的产率如图所示,当温度超过60℃,随温度再升高,Mg(OH)2产率反而降低,其原因可能是________________。
【答案】acMgSiO3+2HCl+(n-l)H2O=MgCl2+SiO2·nH2O4.7 【解析】 (1)此处主要考查反应速率的影响因素,所以要想加快酸溶解速率可以从外因浓度、温度、接触面积等考虑,可以采取升温、把硼镁泥粉碎、搅拌等措施,答案选ac。 (2)根据滤渣1可知: MgSiO3与盐酸反应生成SiO2·nH2O,还有产物MgCl2、H2O方程式为MgSiO3+2HCl+(n-l)H2O=MgCl2+SiO2·nH2O (3)加入双氧水后,Fe2+转化为Fe3+,要使Fe3+、Al3+完全沉淀,pH必须大于或等于4.7,Mn2+不沉淀,pH小于或等于7.1,所以答案为4.7 (4)Mn2+在碱性下被H2O2氧化生成MnO(OH)2,H2O2被还原为H2O,离子方程式为Mn2++H2O2+2OH-=MnO(OH)2↓+H2O。 MnO(OH)2沉淀完全时pH已达9.8,该条件下,Mg2+已经沉淀,故还有Mg(OH)2沉淀生成,故过滤3所得滤渣中含有MnO(OH)2和Mg(OH)2。 (5)温度过高,氨水挥发加剧,溶液中氨水浓度减小,导致Mg(OH)2产率降低。 点睛: 解答化学工艺流程题目,可按以下步骤进行: ①粗读试题,尽量弄懂流程图。 对照原料和产品,明确核心反应和除杂任务。 ②明确流程图中箭头方向和代表的含义。 流程图中箭头进入的是反应物(投料),箭头出去的是生成物(产物、副产物),返回的箭头一般是“循环利用”的物质。 ③图中一般会出现陌生知识,要读懂流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息,并在下一步分析和解题中随时进行联系和调用。 ④带着问题去精心研究某一步或某一个物质。 ⑤注意化学语言的规范性。 3.如图中A~H都是中学化学中常见的物质,其中,常温下A能使铁或铝钝化,B是固体非金属单质,C为水,D是一种能使品红溶液褪色的无色气体,F是金属单质,G可以用作耐火材料,它们之间有如下转化关系: (1)写出下列物质的化学式: E____________,H____________; (2)写出A溶液与B反应的化学方程式: ____________; 试写出E与F的反应方程式: _______________。 【答案】CO2SO3C+2H2SO4(浓) 2SO2↑+CO2↑+2H2O2Mg+CO2 2MgO+C 【解析】 【分析】 常温下A能使铁或铝钝化,A可能为浓硝酸或浓硫酸,B是固体非金属单质,C为水,D是一种能使品红溶液褪色的无色气体,则A为浓硫酸,B为碳,D为SO2,E为CO2,SO2被氧气氧化产生SO3,所以H为SO3,SO3与H2O反应产生H2SO4,F是金属单质,能够在CO2发生燃烧反应,则F是Mg,Mg在CO2中燃烧产生C、MgO,G可以用作耐火材料,则G为MgO,据此解答。 【详解】 根据上述分析可知: A为浓H2SO4,B为C,C为H2O,D为SO2,E为CO2,F是Mg,G为MgO,H为SO3。 (1)E为CO2,H为SO3; (2)C与浓硫酸混合加热发生氧化还原反应,产生CO2、SO2、H2O,反应的化学方程式: C+2H2SO4(浓) 2SO2↑+CO2↑+2H2O;Mg在CO2中在点燃时反应产生MgO和C,反应方程式为: 2Mg+CO2 2MgO+C。 【点睛】 本题考查了无机物的推断。 常温下A能使铁或铝钝化,D是一种能使品红溶液褪色的无色气体是本题的突破口,要掌握各种物质的性质及转化关系,注意镁可以在二氧化碳气体中燃烧。 4.A、B、C、D分别是HCl、FeCl3、MgCl2、AlCl3溶液中的一种,某实验小组用另一种溶液X与它们进行了如图所示的实验,试推断A、B、C、D、X分别为: A: ____________B: ____________C: ___________D: ____________X: ______________ 【答案】HClMgCl2FeCl3AlCl3NaOH 【解析】 【分析】 Mg(OH)2、Al(OH)3、Fe(OH)3都不溶于水,Mg(OH)2、Fe(OH)3都是弱碱,只溶于强酸溶液。 Al(OH)3是两性氢氧化物,能溶于强酸、强碱溶液中。 【详解】 X+过量C→红褐色沉淀[Fe(OH)3],则C为FeCl3,X含OH-,可为NaOH等;X+过量A→无现象,则A为HCl;X+过量B→白色沉淀[溶于A(HCl)、不溶于X(OH-)],则白色沉淀为Mg(OH)2,B为MgCl2;X+过量D→白色沉淀[溶于A(HCl)、溶于X(OH-)],则白色沉淀为Al(OH)3,D为AlCl3。 5.A、B、C是中学化学中常见的三种物质,它们之间的相互转化关系如下(部分反应条件及产物略去): (1)若A是一种金属,C是淡黄色固体,则B的化学式为_______,A→C反应的化学方程式为__________________________;若将金属A与金属铝同时加入足量水中,充分反应后,发现溶液中既无沉淀生成又无残留金属剩余,经测定溶液中只含有一种溶质,则投入水中的金属A与金属Al的物质的量之比为_________。 (2)若A是一种非金属,其常见单质为黑色固体,C是最主要的温室气体,则C的分子式为______,B→C反应的化学方程式为_________________________________;金属镁可在气体C中燃烧,当有1mol气体C参与反应时,反应转移电子的物质的量为__________。 【答案】Na2O2Na+O2 Na2O21: 1CO22CO+O2 2CO24mol。 【解析】 【分析】 【详解】 (1)若A是一种金属,C是淡黄色固体,则A为Na,C为Na2O2,B为Na2O;Na在氧气中燃烧生成Na2O2,方程式为2Na+O2 Na2O2;若将Na与铝同时加入到足量的水中充分反应后无固体剩余,且所得溶液中只有一种溶质即为NaAlO2,发生的反应为Na+Al+2H2O=2NaAlO2+2H2↑,根据方程式可知金属Na与金属Al的物质的量之比为1: 1; (2)C是最主要的温室气体,则C为CO2,A为C,B为CO;CO燃烧生成CO2,方程式为2CO+O2 2CO2;金属镁可在CO2中燃烧时CO2被还原成C单质,且还原剂唯一,所以当有1molCO2参与反应时转移电子的物质的量为4mol。 6. 将3.9g的镁铝合金粉末放于过量的盐酸中,产生的气体体积在标况下是4.48L。 请计算: (1)合金中镁的质量分数; (2)合金中镁铝的物质的量之比。 【答案】 (1)30.77% (2)n(Mg)∶n(Al)=1∶2 【解析】 设合金中镁的物质的量为x,铝的物质的量为y,则: Mg+2HCl====MgCl2+H2↑ 122.4 x22.4x 2Al+6HCl=====2AlCl3+3H2↑ 23 22.4 y33.6y 24x+27y=3.9 22.4x+33.6y=4.48 解得x=0.05mol,y=0.1mol; (1)合金中镁的质量分数= =30.77%; (2))n(Mg)∶n(Al)=0.05mol: 0.1mol=1∶2。 7.根据镁与二氧化碳的反应推测,钠也能在二氧化碳中燃烧,且固体产物可能为碳酸钠、氧化钠、碳中的两种或三种。 某兴趣小组用如下装置开展两个阶段的实验探究。 I、引发CO2与Na反应。 操作步骤为: ①按图连接装置,检验气密性,并往各装置中加入试剂;②打开装置a上活塞一段时间;③点燃d处酒精灯,使CO2与Na充分反应。 停止加热,继续通气体使双通直管冷却。 回答下列问题: (1)操作①时,装置b中装入的试剂是___________; (2)步骤②时,当观察到_________时,才能进入步骤③。 Ⅱ: 探究反应产物及反应机理。 取反应后双通管中固体物质29.2g进行如下实验: ①仔细观察固体,发现有黑色颗粒; ②将固体溶于足量的水并过滤、洗涤,得到1.8g滤渣(干燥); ③将滤液加水稀释配成250mL的溶液; ④取少量③的溶液,先加足量BaCl2溶液,再加酚酞试液,观察到白色沉淀及溶液变红; ⑤取25.0mL③的溶液,用3.0mol·L-1盐酸滴定,消耗盐酸20.00mL。 回答下列问题: (3)反应后装置d中的固体物质为___________; (4)通过计算分析: 29.2g残留固体中,各组分的质量各是多少? ________; (5)该探究条件下,钠与二氧化碳反应的化学方程式为_______。 【答案】饱和NaHCO3溶液e装置中产生白色沉淀C、Na2O、Na2CO3碳的质量为1.8g;碳酸钠的质量为21.2g;氧化钠的质量为6.2g12Na+7CO2 3C+2Na2O+4Na2CO3 【解析】 分析: 由实验方案图可知,a为二氧化碳发生装置,d为二氧化碳与钠反应装置,通入d装置的二氧化碳应干燥并需除去二氧化碳中的HCl,因此b中应用饱和的碳酸氢钠溶液,c为干燥装置,吸收水蒸气。 反应需要排尽装置内的空气,当e装置中产生白色沉淀,说明空气中的二氧化碳排尽,再加热d处的酒精灯发生反应。 详解: (1)根据上述分析,装置b是除去二氧化碳气体中的HCl,应用饱和的碳酸氢钠溶液,c为干燥装置,吸收水蒸气,故答案为饱和NaHCO3溶液; (2)根据上述分析可知,反应需要排尽装置内的空气,当e装置中产生白色沉淀,说明空气中的二氧化碳排尽,再加热d处的酒精灯发生反应,故答案为e装置中产生白色沉淀; (3)步骤①将干燥得到1.8g滤渣为不溶物碳;步骤③中最终所得固体质量为3.94g为碳酸钡,说明反应生成碳酸钠,根据碳元素守恒可知,碳酸钠的物质的量= =0.02mol,故29.2g固体物质中碳酸钠的物质的量为 =0.2mol,其质量=0.2mol×106g/mol=21.2g,步骤④中盐酸滴定碳酸钠,消耗盐酸的物质的量为0.02mol×2=0.04mol,实际消耗HCl为3.0mol•L-1×0.020L=0.06mol,大于0.02mol,故溶液中含有氢氧化钠,说明反应中有氧化钠生成,故答案为C、Na2O、Na2CO3; (4)根据(3)的分析,碳的质量为1.8g;碳酸钠的质量为21.2g;步骤④中盐酸滴定碳酸钠,消耗盐酸的物质的量为0.02mol×2=0.04mol,实际消耗HCl为3.0mol•L-1×0.020L=0.06mol,大于0.02mol,故溶液中含有氢氧化钠,说明反应中有氧化钠生成,滴定中氢氧化钠消耗的HCl为0.06mol-0.04mol=0.02mol,根据钠离子守恒可知氧化钠的物质的量为 =0.01mol,故29.2g固体物质中氧化钠的物质的量为 =0.1mol,其质量为0.1mol×62g/mol=6.2g,故答案为碳的质量为1.8g;碳酸钠的质量为21.2g;氧化钠的质量为6.2g; (5)根据(4)中的计算可知产物为C、Na2O和Na2CO3,三者物质的量之比为 : 0.1mol: 0.2mol=3: 2: 4,故反应方程式为: 12Na+7CO2 3C+2Na2O+4Na2CO3,故答案为12Na+7CO2 3C+2Na2O+4Na2CO3。 点睛: 本题考查物质组成与探究,涉及对实验方案的理解、实验基本操作、化学计算与数据处理等,确定生成物的成分以发生的反应是难度,也是易错点,注意不能直接利用固体物质质量减去碳与碳酸钠的质量确定氧化钠的质量。 8.实验室探究金属Mg在NOx中的燃烧产物。 回答下列问题: (1)推测金属Mg在NOx中的燃烧产物为MgO、N2和Mg3N2,则反应的化学方程式为__________________________________________________________。 (2)设计下列装置完成反应且验证产物中有N2(夹持装置已略去,部分装置可重复使用)。 ①选择上图中的装置,按气流方向将其连接,用接口字母表示的顺序为______________。 安装仪器后,首先检查装置的气密性,然后进行的操作是__________________。 ②装置A中仪器名称为_______________________________________,反应的化学方程式为_____________________________________________。 ③验证产物中有N2生成的现象为_______________________________________________。 (3)检验Mg与NOx反应产物中是否存在Mg3N2的操作、现象和结论为________________________________________________________________________________________________ (4)Mg与NOx反应的产物MgO能溶于NH4Cl溶液且放出NH3,推测其可能的原因。 甲同学认为NH4Cl溶液存在水解平衡NH4++H2O NH3·H2O+H+,因MgO+2H+=Mg2++H2O导致c(H+)减小,水解平衡右移导致NH3·H2O浓度增大,分解生成NH3。 乙同学认为发生MgO+2NH4+=Mg2++H2O+2NH3↑而溶解。 请设计实验探究乙同学的推测是否合理________________________________________。 【答案】2xMg+2NOx 2xMgO+N23Mg+N2 Mg3N2abcdebcghf打开分液漏斗活塞,待红棕色气体充满整个装置后(或把装置中的空气排除后),点燃酒精灯分液漏斗、平底烧瓶Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O装置D中气体体积增大,水从广口瓶流入烧杯中取装置C中少量固体产物加入水中,若产生具有无色刺激性气味(或能使湿润的红色石蕊试纸变蓝)的气体,则证明产物存在Mg3N2,否则不存在。 向MgO固体中加入过量CH3COONH4溶液,若固体溶解且放出NH3,则证明乙同学推出合理,否则乙同学推测不合理。 【解析】 (1)金属Mg在NOx中的燃烧产物为MgO、N2,Mg在氮气中燃烧生成Mg3N2,则发生反应的化学方程式为2xMg+2NOx 2xMgO+N2、3Mg+N2 Mg3N2; (2)①装置A中Cu与浓硝酸反应生成的气体NO2,用装置B干燥剂干燥,通入硬质玻璃管C与镁粉发生反应,然后再干燥气体,用E装置除去多余的NO2,装置D排水法收集N2,则根据气流方向连接装置,其接口字母表示的顺序为abcdebcghf;安装仪器后,首先检查装置的气密性,然后进行的操作是打开分液漏斗活塞,待红棕色气体充满整个装置后(或把装置中的空气排除后),点燃酒精灯,这样做的目的是除去装置内空气; ②根据仪器的结构可知装置A中仪器有分液漏斗、平底烧瓶,铜和浓硝酸反应生成NO2,发生反应的化学方程式为Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O; ③氮气不溶于水,如果有氮气,则能通过排水法收集到气体,所以确定产物中有N2生成的实验现象为D中试剂瓶中的水被气体压入烧杯中,; (3)根据Mg3N2遇水易水解的性质,取装置C中少量固体产物加入水中,若产生具有无色刺激性气味(或能使湿润的红色石蕊试纸变蓝)的气体,则证明产物存在Mg3N2,否则不存在; (4)NH3•H2O的电离常数与CH3COOH电离常数相等,均为1.75×10-5,所以醋酸铵溶液呈中性,将①中加水后的溶液加热,赶走NH3后,再加入过量的CH3COONH4溶液,固体溶解,说明MgO和Mg(OH)2溶于铵盐溶液是与NH4+直接反应,不是与NH4+水解出来的H+反应。 9. (1)MgCl2·6H2O晶体受热水解可以生成MgOHCl,但产率较低,其化学方程式为_____________。 I.先用空气得到氮气,可供选择的装置和药品如图(还原铁粉已干燥,装置内发生的反应是完全的)。 (2)连接并检查装置的气密性。 实验开始时,打开自来水的开关,将空气从5L的储气瓶压入反应装置,则气流流经导管的顺序是(填字母代号)h→________________。 II.将得到的氮气通入如图装置参与制备碱式氯化镁并探究氨的催化氧化反应(其中CuO的质量为8.0g)。 (3)装置A中发生反应生成碱式氯化镁的化学方程为_______________。 (4)实验结束时进行正确操作是________________。 A.关闭活塞K,先熄灭A处酒精灯,后熄灭C、E处酒精灯 B.先熄灭A处酒精灯,关闭活塞K,后熄灭C、E处酒精灯 C.先熄灭A处酒精灯,再熄灭C、E处酒精灯,后关闭活塞K (5)反应完毕,装置C中的氧化铜完全反应,由黑色变为红色,甲同学设计一个实验方案,证明装置C中完全反应后的红色固体中含Cu2O。 己知: ①Cu2O+H+=Cu2++Cu;②限选试剂: 2mol/LH2SO4溶液、12mol/LH2SO4溶液、2mol/LHNO3溶液、10mol/LHNO3溶液。 ________,________, 乙同学称量C中红色物质,质量为6.8g,且生成的气体可直接排放到大气中,进一步确定红色固体是________,该反应中电子转移的物质的量为_________mol。 【答案】MgCl2·6H2O=MgOHCl+HCl↑+5H2O(加热)e→f→a→b→i→jMg(OH)2+NH4Cl MgOHCl+NH3↑+H2OC步骤2: 向试管中加入2mol/LH2SO4溶液溶液中出现蓝色,说明红色固体中含有Cu2OCu和Cu2O0.15 【解析】 (1)MgCl2·6H2O晶体受热水解可以生成MgOHCl,但产率较低,其化学方程式为MgCl2·6H2O MgOHCl+HCl↑+5H2O。 I. (2)经过C除去CO2,再经过A干燥,最后通过E除去O2,气流流经导管的顺序是h→e→f→a→b→i→j;II.(3)装置A中发生反应生成碱式氯化镁的化学方程为Mg(OH)2+NH4Cl MgOHCl+NH3↑+H2O;(4)实验结束时进行正确操作是先熄灭A处酒精灯,停止产生NH3的反应,再熄灭C、E处酒精灯,后关闭活塞K,故选C;(5)由Cu2O+H+=Cu2++Cu可知,酸条件下,+1的铜发生自身氧化还原反应,步骤2: 向试管中加入2mol/LH2SO4溶液,现象为溶液中出现蓝色,说明红色固体中含有Cu2O,乙同学称量C中红色物质,质量为6.8g,红色固体可能为Cu、Cu2O或二者混合物,固体质量减少为减少的氧元素的质量,减少的氧元素的质量为8g-6.8g=1.2g,而CuO中的氧为8.0×16/80=1.6g>1.2g,故红色固体为Cu、Cu2O的混合物;设二者物质的量分别xmol和ymol, ,x=0.05,y=0.025,转移电子数为0.05mol×2+0.025mol×2=0.15mol. 10.某研究性学习小组以一种工业废料制备高纯MgO,设计了流程如下。 请回答下列问题。 (1)步骤①中生成Mg2+的离子方程式为______________ (2)下列物
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