Вятский государственный гуманитарный университет

Кафедра химии

Контрольный синтез

Mg(NO₃)₂ – MgO – MgCl₂

Киров 2007

Цель работы: Изучить цепочку синтеза Mg(NO₃)₂ - MgO - MgCl₂, и осуществить ее на практике. Рассмотреть физико-химические характеристики веществ, участвующих в химических реакциях при синтезе MgCl₂ из Mg(NO₃)_{2 ,} их химические свойства, и методы качественного и количественного анализа соединений магния.

1). Химический синтез оксида магния (MgO) из нитрата магния Mg(NO₃)₂

Mg(NO₃)₂ → MgO

Физико – химическая характеристика Mg(NO₃)₂ :

1. Встречается в природе в небольших количествах в виде нитромагнезита (гидрат), или магнезиевой селитры.

2. Нитрат магния при обычных условиях кристаллогидрат состава Mg(NO₃)₂·nH₂O, где n- 2, 6, 9, n зависит от способа выделения нитрата магния и температурного режима.

3. Соединение Mg(NO₃)₂ · 2H₂O представляет собой бесцветные кристаллы с плотностью 2,025 г/см³, плавятся при 129,5 °С, растворимы в воде, спирте и концентрированной азотной кислоте.

4. Mg(NO₃)₂ · 6H₂O – бесцветные призматические кристаллы моноклинной формы с плотностью 1,464 г/см³; они плавятся при температуре 95°С, кипят при 143°С, также растворимы в воде, спирте и концентрированной азотной кислоте.

5. Mg(NO₃)₂ · 9H₂O бесцветные кристаллы с плотностью 1,356 г/см³ плавятся при 74°С, плотность 1,302 г/см³

6. Растворимость безводной соли в воде (на 100 г) при 20°С 73,3 г (42,3 %), при повышении температуры растворимость повышается и при 80°С она составляет 110,1 г (52,4 %).

7. Выделен также неустойчивый кристаллогидрат состава Mg(NO₃)₂ · 4H₂O плавящийся при температуре 52 °С.

8. Легко теряет кристаллизационную воду по следующей схеме:

При температуре выше 380° разлагается.

1. При неполном разложении кристаллогидратов получаются продукты различного состава 2Mg(NO₃)₂· MgO, Mg(NO₃)₂· Mg(OН)₂, Mg(NO₃)₂·3Mg(OН)₂·8H₂O, Mg(NO₃)₂·2Mg(OН)₂·4H₂O и т. д.

2. Растворяется в безводном жидком аммиаке и абсолютизированном спирте, образуя аддукты различного состава:

Mg(NO₃)₂ + nNH₃ = Mg(NO₃)₂ · nNH₃ (n=1, 2, 4, 6)

Mg(NO₃)₂ + 6CH₃OH = Mg(NO₃)₂ · 6CH₃OH

Mg(NO₃)₂ + 6C₂H₅OH = Mg(NO₃)₂ · 6C₂H₅OH.

1. Водный раствор Mg(NO₃)₂ имеет кислую среду раствора вследствие гидролиза по катиону: Mg(NO₃)₂ + H₂O ↔MgOHNO₃ + 2HNO₃

Mg²⁺ + H₂O ↔ MgOH⁺ + H⁺ (гидролиз по первой ступени)

MgOHNO₃ + H₂O ↔ Mg(OH)₂↓+ HNO₃

MgOH⁺ + H₂O ↔ Mg(OH)₂↓+ H⁺ (гидролиз по второй ступени)

1. При взаимодействии с растворами щелочей выпадает белый осадок гидроксида магния Mg(OH)_2.

Mg(NO₃)₂ +2NaOH = Mg(OH)₂↓+ 2Na NO₃.

1. Не растворяется в растворах плавиковой, фосфорной, угольной, кремниевой кислот, химически взаимодействует с ними с образованием нерастворимых в воде солей:

Mg(NO₃)₂ + 2HF = MgF₂↓+ 2HNO₃;

3Mg(NO₃)₂ + 2H₃PO₄ = Mg₃(PO₄)₂↓+ 6HNO₃;

Mg(NO₃)₂ + CO₂ + H₂O = MgCO₃↓+2HNO₃^;

Mg(NO₃)₂ + H₂SiO₃ = MgSiO₃↓+2HNO₃

Сильно (все выпавшие осадки белого цвета). разбавленная

Физико – химическая характеристика MgO

1. Белая или жженая магнезия - MgO белый рыхлый порошок (кристаллы октаэдрической формы) плавится при температуре 2800°С, кипит при t = 3600°С;

2. В электрической печи сублимируется при температуре 1600 - 1800°С, а затем вновь осаждается в виде кристаллов уже кубической формы с кристаллической решеткой подобной NaCl с межионным расстоянием 2,11А, плотностью 3,58 г/см³ и твердостью 4 по шкале Мооса. ;

3. Плотность 3,67 г/см³, твердость по шкале Мооса равна 6.

4. MgO плохо проводит тепло и электричество, трудно растворим в воде, но легко в метиловом спирте, разбавленных кислотах, расплавленном криолите Na₃[AlF₆];

5. MgO очень медленно взаимодействует с водой при нагревании:

MgO + H₂O Mg(OH)₂↓ ,

(Белый порошок)

1. Хорошо растворяется в кислотах и метиловом спирте:

MgO + 2HCl = MgCl₂ + H₂O,

MgO + 2CH₃OH = (CH₃O)₂Mg + H₂O.

Метилат магния

1. На воздухе при действии углекислого газа и влаги легко переходит в основной карбонат магния:

2MgO + CO₂ + H₂O = (MgOH)₂CO₃.

1. При высоких температурах восстанавливается калием, кальцием, кремнием, карбидом калия и др:

MgO + 2K = K₂O + Mg,

MgO + Сa = CaO + Mg,

2MgO + K₄C = 2K₂O + Mg +C.

Физико – химическая характеристика MgCl₂

1. Безводная соль MgCl₂ кристаллизуется в виде бесцветных очень гигроскопичных гексагональных кристаллов со слоистой структурой и горьким вкусом;

2. Плотность кристаллов безводного MgCl₂ 2,32 г/см³_, плавится при температуре 715°С, кипит при 1412°С;

3. MgCl₂ хорошо растворима в воде (54,5 г на 100 г воды) и ацетоне;

4. При выделения из раствора в зависимости от температуры кристаллизуется стабильный при обычных условиях гексагидрат MgCl₂·6H₂O или при быст­ром выпаривании — продукт, содержащий меньшее количество молекул воды (1, 2, 4); известны также кристаллогидраты хлорида магния с 8 и 12 молекулами воды;

5. MgCl₂·6H₂O существует в интервале температур от —3,4 до 116,7°. Он образует расплывающиеся на воздухе моноклинные кристаллы с плотностью 1,56 г/см³;

6. Воду из хлорида магния нельзя пол­ностью удалить без разложения соли, так как при нагревании отщепляется хлористый водород и образуется основной хлорид (оксохлорид) переменного состава

2MgCl₂ + Н₂О = Mg₂OCI₂ + 2HC1.

1. Водный раствор MgCl₂ имеет слабокислую реакцию:

MgСl₂ + H₂O ↔MgOHCl + 2HCl

Mg²⁺ + H₂O ↔ MgOH⁺ + H⁺ (гидролиз по первой ступени)

MgOHCl + H₂O ↔ Mg(OH)₂↓+ HCl

MgOH⁺ + H₂O ↔ Mg(OH)₂↓+ H⁺ (гидролиз по второй ступени)

1. Если в концентри­рованный раствор MgCl₂ внести сильно прокаленный оксид магния, то полу­чившееся тесто через несколько часов застывает в твердую массу, образуя так называемый магнезиальный цемент (цемент Сореля), причем происхо­дит соединение окисла с хлоридом с образованием основных хлоридов MgCl₂·5Mg(OH)₂·8H₂O, MgCl₂·3Mg(OH)₂·8H₂O, MgCl₂·2Mg(OH)₂·4H₂O и т.д.

2. При действии паров воды на нагретый безводный хлорид магния может образоваться основной хлорид магния или оксид магния:

MgCl₂ + H₂O Mg(OH)Cl + 2HCl,

MgCl₂ + H₂O MgO + 2HCl.

1. Растворяется в спиртах с образованием аддуктов:

MgCl₂ + 6C₂H₅OH = MgCl₂·6C₂H₅OH,

1. При нагревании кристаллогидраты теряют воду по следующей схеме:

MgCl₂·12 H₂O MgCl₂·8H₂O MgCl₂·6H₂O MgCl₂·4H₂O MgCl₂·2H₂O MgCl₂·H₂O MgO + 2HCl.

Физико – химическая характеристика HCl

1. Хлористый водород — бесцветный газ с резким запахом и вкусом.

2. Плотность газа относительно кислорода равна 1,1471, что соответствует молекулярному весу 36,71, в то время как рассчитанный по формуле НС1 молекулярный вес оказывается равным 36,47. Следовательно, хлористый водород при обычной температуре состоит из про­стых молекул HС1. Его можно достаточно легко перевести в жидкое состояние. Даже вблизи температуры сжижения плотность газа все еще близка к нор­мальной.

3. Хлористый водород жадно поглощается водой в больших количествах и с сильным выделением тепла. При атмосферном давлении 1 об. воды при комнатной температуре может растворить около 450 об. хло­ристого водорода.

4. При сильном охлаждении в зависимости от состава раствора из растворов кристал­лизуются различные гидраты: НС1·ЗН₂О (т. пл. —24,9°), НС1·2Н₂О (т. пл. —17,6°) и НС1·Н₂О (т. пл. —15,3°). Правда, из раствора, насыщенного при 0° хлористым водо­родом под давлением 1 атм, может выделиться только тригидрат (с содержанием 40,3% НС1). Остальные гидраты выделяются из растворов, насыщенных хлористым водородом под давлением выше атмосферного. Раствор, насыщенный хлористым водородом при атмосферном давлении, при 0° содержит 45,4 вес.% НС1, а при 15° — 42,7 вес.%. Если такой раствор нагреть, то сначала выделяется хлористый водород, а затем при темпера­туре около 110° перегоняется смесь постоянного состава с содержанием хлористого водо­рода 20,24%. Смесь того же состава можно получить, если исходить из более разбавлен­ных растворов. Однако состав смеси, кипящей при постоян­ной температуре, зависит от давления, при котором производится перегонка.

5. Водные растворы хлористого водорода обычно называют соляной кис­лотой. Содержание в ней хлористого водорода устанавливают чаще всего посредством ареометра.

Соляная кислота плотностью 1,060 1,124 1,16 1,19

при 15° содержит, 12,2 24,8 31,5 37,2% НС1

1. Помимо воды, хлористый водород сильно растворим также в спирте, в эфире и еще во многих других жидкостях. Наоборот, жидкий хлористый водород может служить рас­творителем для спирта, эфира и многих других веществ.

2. На большинство металлов жидкий хлористый водород не действует, он не реагирует в общем также с оксидами, сульфидами и карбонатами. Газообразный хлористый водород при температуре каления реагирует с выделением водорода с металлами, причем даже с такими металлами, на кото­рые водная соляная кислота без доступа воздуха не действует, например с медью и сереб­ром. (Водный раствор HCl взаимодействует только с металлами, стоящими в ряду СЭП до водорода)

Сu + 2HCl = CuCl₂ + H₂↑

CuCl₂ + 2HCl = H₂[CuCl₄],

2Ag + 4HCl = 2H[AgCl₂] + H_­2↑

1. C фтором хлористый водород взаимодействует уже при обычной температуре с образованием пламени, с кислородом воздуха он реагирует только в присутствии катализаторов:

2HCl + F₂ = Cl₂↑ + 2HF,

4HCl + O₂ 2H₂O + 2Cl₂↑.

1. В водном растворе HCl полностью диссоциирована на ионы, поэтому соляную кислоту относят к сильным кислотам.

HCl↔ H⁺ + Cl^-

1. Соляная кислота взаимодействует с основными оксидами:

2HCl + MgO = MgCl₂+ H₂O

Так же она способна при взаимодействии с сильными окислителями проявлять восстановительные свойства:

4HCl + MnO₂ = MnCl₂ + Cl₂↑+2H₂O

Физико - химическая характеристика NO₂

1. Бурый газ. Выше 135° С — мономер, при комнатной температуре — красно-бурая смесь NO₂ и его димера (тетраоксида диазота) N₂O₄. В жидком состоянии димер бесцветен, в твердом состоянии белый. Хорошо растворяется в холодной воде (насыщенный раствор — ярко-зеленый), полностью реагирует с ней. Реа­гирует со щелочами:

2NaOH + 2NO₂ = NaNO₂ + NaNO₃ + H₂O.

3NO₂ + H₂O_(горяч) = 2HNO₃ + NO↑,

2NO₂ + H₂O_(холод) = HNO₃ + HNO₂.

1. Очень сильный окислитель. Вызывает коррозию метал­лов.

2. Плотность 2,0527 г/л.

3. Температура плавления тетраоксида азота -11,2°С, растворимость в воде при 0°С – 1,491г.

4. 
   При температуре от -11,2°С до +20,7°С находится в равновесии:

5. 
   В интервале температур выше 135 °С и до температуры равной 620°С оксид азота (IV) распадается с образованием кислорода и оксида азота (II):

6. 
   При растворении в воде в присутствии кислорода воздуха окисляется до азотной кислоты:

Физико – химическая характеристика воды:

1. Чистая вода не имеет ни запаха, ни вкуса и бесцветна, однако в толстом слое она имеет голубоватый цвет. При достаточно сильном охлаж­дении она замерзает, превращаясь в лед. Температура, при которой лед и вода образуют при нормальном давлении (760 мм рт. ст.) устойчивую си­стему, принята за нулевую точку шкалы термометра Цельсия. Температура 100° определяется точкой кипения воды при нормальном давлении.

2. Температура кипения воды сильно зависит от давления, так при 760 мм рт. ст она равна 100°, при увеличении давления температура кипения воды возрастает. При росте давления на 1 мм. рт. ст. температура кипения возрастает на 0,3—0,4°.

3. Физические константы воды:

- температура замерзания воды (точка тройного равновесия) —0° (н.у.);