Дайте характеристику химического элемента магния, исходя из его положения в Периодической системе.
Магний (Mg) — это химический элемент, который находится в 2 группе и 3 периоде Периодической таблицы. Он относится к щелочноземельным металлам. Магний имеет атомный номер 12, что означает, что его атом содержит 12 электронов. Магний является легким металлом с высокой тепло- и электропроводностью.
Опишите свойства магния как простого вещества.
Магний — это серебристо-белый, легкий и достаточно мягкий металл. Он не изменяется при обычных условиях, но легко окисляется при нагревании, образуя защитную оксидную пленку. Магний имеет высокую температуру плавления и кипения, устойчив в воздухе, если его поверхность защищена оксидом. Магний активно реагирует с кислородом, образуя магниевый оксид (MgO), а также с кислотами, образуя водород и соли.
В промышленности магний получают электролизом расплава хлорида магния. Напишите уравнение реакции. Рассчитайте массу металла, который можно получить из 285 кг соли.
Процесс получения магния в промышленности осуществляется методом электролиза расплава хлорида магния (MgCl₂). Уравнение реакции электролиза:
MgCl₂ (расплав) → Mg (металл) + Cl₂ (газ)
Теперь рассчитаем массу магния, которую можно получить из 285 кг соли (MgCl₂). Сначала находим молекулярную массу MgCl₂:
Молекулярная масса MgCl₂ = 24 (Mg) + 2 × 35.5 (Cl) = 95 г/моль.
Молекулы магния и хлора в MgCl₂ находятся в соотношении 1:2, следовательно, из 1 молекулы MgCl₂ можно получить 1 моль магния. Для 285 кг соли (285 000 г) нужно посчитать количество молей:
285 000 г / 95 г/моль = 3000 моль MgCl₂.
Так как каждый моль MgCl₂ дает 1 моль Mg, мы получаем 3000 моль магния. Масса магния:
3000 моль × 24 г/моль = 72 000 г, или 72 кг.
Итак, из 285 кг хлорида магния можно получить 72 кг магния.
При нагревании с пероксидом бария ВаО2 магний даёт яркую вспышку. Напишите уравнение реакции, если известно, что её продуктами являются два оксида. Укажите окислитель и восстановитель.
При нагревании магний реагирует с пероксидом бария (BaO₂), образуя два оксида: оксид магния (MgO) и оксид бария (BaO). Уравнение реакции:
Mg + BaO₂ → MgO + BaO.
В этой реакции магний является восстановителем, потому что он теряет электроны, а барий в пероксиде (Ba²⁺) — окислителем, так как он принимает электроны.
Вспомните, на чём основано использование магния и его сплавов для защиты стальных изделий от коррозии.
Магний и его сплавы используют для защиты стали от коррозии в качестве жертвенных анодов. Когда магний вступает в контакт с железом, он реагирует с кислородом из воздуха и создаёт магниевый оксид, который защищает металл от воздействия влаги и кислорода. Также магний более активен, чем железо, и подвергается коррозии первым, предотвращая коррозию самого стального изделия.
В металлургии магний используют в качестве восстановителя. Напишите уравнение реакции восстановления магнием хлорида титана(IV). Рассмотрите реакцию как окислительно-восстановительную.
Магний используется для восстановления хлорида титана(IV) (TiCl₄) в металлургии. Уравнение реакции восстановления:
TiCl₄ + 2Mg → Ti + 2MgCl₂.
В этой реакции магний (Mg) восстанавливает титановый ион (Ti⁴⁺) до титана (Ti), а сам магний окисляется до магниевого иона (Mg²⁺).
Эта реакция является окислительно-восстановительной, где магний является восстановителем (он теряет электроны), а титан — окислителем (он принимает электроны).
Как доказать, что гидроксид магния как основание: а) слабее гидроксида натрия; б) сильнее водного раствора аммиака?
а) Чтобы доказать, что гидроксид магния слабее гидроксида натрия, можно провести тест с индикатором (лакмусом). Гидроксид натрия — это сильное основание, которое полностью диссоциирует в воде, увеличивая концентрацию OH⁻ и делая раствор сильно щелочным. Гидроксид магния — слабое основание, которое плохо растворяется в воде и диссоциирует частично, поэтому его раствор менее щелочной. Лакмус в растворе гидроксида натрия будет синего цвета (очень щелочной), а в растворе гидроксида магния — слабо синим (слабая щелочность).
б) Гидроксид магния сильнее водного раствора аммиака, так как аммиак является слабым основанием. Аммиак, в отличие от гидроксида магния, не диссоциирует полностью и в растворе имеет меньшую концентрацию гидроксид-ионов. Это можно продемонстрировать с помощью индикатора. В растворе гидроксида магния лакмус будет окрашен в синий цвет, а в растворе аммиака — слабое изменение в сторону зелёного или синего, что подтверждает более слабое основание аммиака по сравнению с гидроксидом магния.
Напишите уравнения реакций, соответствующие следующей схеме превращений:
Mg----> MgSO4-----> MgCO3-----> MgO----> Mg(OH)2---> Mg(NO3)2
Mg → MgSO₄: Магний реагирует с серной кислотой, образуя сульфат магния. Уравнение реакции: Mg + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂↑ (выделяется водород).
MgSO₄ → MgCO₃: Сульфат магния реагирует с углекислым газом, образуя карбонат магния. Уравнение реакции: MgSO₄ + CO₂ + H₂O → MgCO₃ + H₂SO₄ (по сути, образуется магниевый карбонат и вода).
MgCO₃ → MgO: Карбонат магния разлагается при нагревании, образуя оксид магния и углекислый газ. Уравнение реакции: MgCO₃ → MgO + CO₂↑.
MgO → Mg(OH)₂: Оксид магния реагирует с водой, образуя гидроксид магния. Уравнение реакции: MgO + H₂O → Mg(OH)₂.
Mg(OH)₂ → Mg(NO₃)₂: Гидроксид магния реагирует с азотной кислотой, образуя нитрат магния. Уравнение реакции: Mg(OH)₂ + 2HNO₃ → Mg(NO₃)₂ + 2H₂O.
Можно ли получить магний электролизом водного раствора хлорида магния? Почему? Напишите уравнение реакции.
Нет, магний нельзя получить электролизом водного раствора хлорида магния, потому что в водном растворе хлорида магния воды (H₂O) являются более сильным окислителем, чем магний (Mg). Вода при электролизе разлагается на водород (H₂) и кислород (O₂), что приводит к тому, что на катоде будет выделяться водород, а не магний.
Электролиз водного раствора магния вызывает следующие реакции:
На катоде: 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻
На аноде: 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻.
Для получения магния из раствора хлорида магния необходимо использовать расплав хлорида магния (без воды), где магний может быть осажден на катоде.
Объясните, почему магний взаимодействует с водным раствором сульфата меди с выделением газа. Какими свойствами обладает этот газ?
Магний более активен, чем медь, и вытесняет медь из раствора сульфата меди (CuSO₄), образуя сульфат магния (MgSO₄) и выделяя водород (H₂) из воды. Уравнение реакции: Mg + CuSO₄ → MgSO₄ + Cu Газ, который выделяется в процессе, — это водород (H₂).
Свойства водорода: Водород — это бесцветный, безвкусный, без запаха газ, который является горючим. Он горит с образованием воды (H₂O) при взаимодействии с кислородом.
Серебристо-белое лёгкое простое вещество А горит в водяных парах, образуя простое вещество В и сложное С. Вещество С реагирует с кислотой П, давая соль. Водный раствор этой соли при действии хлорида бария образует белый осадок, нерастворимый в кислотах и щелочах. Назовите неизвестные вещества и напишите уравнения реакций.
Серебристо-белое лёгкое простое вещество А — это магний (Mg), так как он является легким металлом с серебристо-белым цветом.
Водяной пар (H₂O) реагирует с магнием, образуя оксид магния (MgO) и водород (H₂). Уравнение реакции: 2Mg + O₂ + 2H₂O → 2MgO + H₂.
Сложное вещество С — это магниевый гидроксид (Mg(OH)₂), который образуется, когда оксид магния реагирует с водой.
Вещество С реагирует с кислотой П (скорее всего, сульфатной кислотой H₂SO₄), давая магниевую соль — сульфат магния (MgSO₄). Уравнение реакции: Mg(OH)₂ + H₂SO₄ → MgSO₄ + 2H₂O.
Водный раствор сульфата магния при добавлении хлорида бария (BaCl₂) даёт белый осадок сульфата бария (BaSO₄), нерастворимый в кислотах и щелочах. Уравнение реакции: MgSO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + MgCl₂.