兰尼镍(Rancy-Ni)是一种带有多孔结构的细小晶粒组成的镍铝合金,广泛用作烯烃、氢化反应的催化剂。其高催化活性源于镍本身的催化性质和其多孔结构对氢气的强吸附性。以镍、铝为原料制备兰尼镍的工艺流程如下:
(1)“熔融”时通入氩气的目的是_____________________________________。
(2)“浸出”是整个流程的核心步骤,该步骤的目的是_____________________,发生反应的离子方程式为____________________________________。浸出反应所用NaOH溶液的浓度需达5mol·L-1以上,若用NaOH稀溶液浸出时,则会产生Al(OH)3沉淀阻止浸出反应持续进行,产生Al(OH)3的化学方程式为___________________________。
(3)滤液的主要成分与过量CO2反应的离子方程式为__________________。
(4)使用新制的兰尼镍进行氢化反应有时不需要加入氢气即可完成反应得到氢化产物,原因是________________________。
【知识点】物质的分离和提纯,物质的基本性质 C2 C5
【答案解析】(1)防止Ni、Al被空气氧化(1分)
(2)除去合金中大部分的铝,形成多孔结构便于吸附氢气(1分);
2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑(2分);2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑(2分)
(3)AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-(2分)
(4)新制兰尼镍的多孔结构中吸附大量浸出时产生的氢气(1分)
解析:(1)铝和镍在加热进行熔融时防止和空气中的氧气发生反应,必须通入惰性气体进行保护。
(2)在“浸出”时加入的氢氧化钠与原料中的铝发生反应而除去铝,发生的反应为2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑;当碱液浓度比较小时,铝即可以和水发生反应生成氢氧化铝而阻止浸出反应持续进行。
(3)滤液中含有NaAlO2,故与过量CO2反应时生成Al(OH)3↓和NaHCO3。
(4)题目中提示镍的多孔结构对氢气具有强吸附性,在制取过程中产生的氢气被镍吸附,故在氢化时不需要加入氢气即可完成。
【思路点拨】本题考查了金属铝的性质,以信息的形式得到金属镍的强吸附性能,难度不大。
镁:
化学式Mg,它是一种银白色的轻质碱土金属,化学性质活泼,能与酸反应生成氢气,具有一定的延展性和热消散性。镁元素在自然界广泛分布,是人体的必需元素之一,原子结构示意图:。
氧化镁:
化学式MgO是镁的氧化物,一种离子化合物。常温下为一种白色固体。氧化镁以方镁石形式存在于自然界中,是冶镁的原料。
氢氧化镁:
化学式Mg(OH)2,式量58.32。白色无定形粉末。难溶于水,易溶于稀酸和铵盐溶液。饱和水溶液的浓度为1.9毫克/升(18℃),呈碱性。加热到350℃失去水生成氧化镁。用做分析试剂,还用于制药工业。氧化镁跟水反应可得氢氧化镁。
镁及其化合物的物理性质和化学性质:
物理性质 | 化学性质 | |
Mg | 银白色固体,密度1.738g﹒cm3-,熔点645℃,沸点1090℃,导电导热性较好,延展性较好 | ①镁和铝两元素的原子最外层分别有2个和3个电子。在参加化学反应时,容易失去最外层电子成为阳离子,表现还原性。 Mg-2e-==Mg2+ ②镁与非金属反应 O2+2Mg2MgO Cl2+MgMgCl2 S+MgMgS 3Mg+N2Mg3N2 说明在常温下,镁能与空气里的氧气发生反应,生成一层致密的氧化物薄膜,从而使金属失去光泽。由于这层氧化物薄膜能阻止金属的继续氧化,所以镁有抗腐蚀性。 ③镁与酸反应 2HCl+Mg==MgCl2+H2↑ 2H++Mg==Mg2++H2↑ 镁跟硝酸、浓硫酸反应时,硝酸中的氮元素、硫酸中的硫元素被还原,不生成氢气。 ④镁跟某些氧化物反应 2Mg+CO2C+2MgO ⑤镁跟水反应 Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑ 说明:镁跟冷水反应非常缓慢. |
MgO | 白色固体,离子化合物,熔点为3073K,硬度(莫氏)为6.5,难溶于水的固体,熔点很高,是很好的耐火材料 | 典型的碱性氧化物,不能与水反应 |
Mg(OH)2 | 白色难溶于水的固体,其水溶液中c(OH-)很小,可以使酚酞溶液变成浅红色 Mg(OH)2(s)Mg2+(aq)+2OH-(aq) |
①可与酸反应生成盐和水,如Mg(OH)2+2HCl==MgCl2+2H2O ②热稳定性差,受热容易分解 Mg(OH)2MgO+H2O |
工业制备镁:
电解熔融状态的氯化镁制取镁
阳极反应:2Cl--2e-==Cl2↑
阴极反应:Mg2++2e-==Mg
总反应:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑
Mg2++2Cl-==Mg+Cl2↑
说明氧化镁比氯化镁熔点高,为了降低能耗,工业电解制取镁采用的原料是氯化镁而不是氧化镁。
氧化镁的应用:
氧化镁可用于染料,油漆,玻璃,化学试剂,医药,食品添加剂等方面,工业上利用MgO熔点高的特点,制造耐火材料。
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