Question

資料顯示：鎂與飽和碳酸氫鈉溶液反應產生大量氣體并生成白色不溶物
（1）提出假設
猜想①：白色不溶物可能為

 

猜想②：白色不溶物可能為MgCO₃
猜想③：白色不溶物可能是堿式碳酸鎂[xMgCO₃?yMg（OH）₂]
（2）定性實驗

實驗序號	實驗	實驗現(xiàn)象	結論
實驗Ⅰ	取一小段鎂條，用砂紙擦去表面氧化膜，將其放入含有酚酞的飽和碳酸氫鈉溶液中，過濾	產生大量氣泡和白色不溶物，溶液有淺紅色變成紅色
實驗Ⅱ	將實驗Ⅰ中收集到的氣體點燃	能安靜的燃燒，產生淡藍色火焰	①氣體成分為
實驗Ⅲ	取實驗Ⅰ中白色不溶物，洗滌，加入足量稀鹽酸	②	白色不溶物中含有 MgCO3
實驗Ⅳ	③	產生白色沉淀	溶液中存在CO32-

（3）定量實驗：
稱取實驗I中所得干燥、純凈的白色不溶物14.2g，充分加熱至不在產生氣體為止，并使分解產生的氣體全部通入如圖裝置中：
①實驗測得裝置A增重1.8g，裝置B增重4.4g，則白色不溶物的化學式為

 

②裝置C的作用為

 

，若移除裝置C會導致

x

y

的值

 

（填“偏大”、“偏小”或“不變”
（4）探究原理
①請結合化學用語和化學平衡移動原理解釋Mg與飽和NaHC0₃溶液反應產生大量氣泡和白色不溶物的原因：

 

②25℃時，測得Mg與飽和NaHC0₃溶液反應所得混合體系的pH為10，則該體系中c（CO₃^2-）為（已知25℃時K_sp（MgCO₃）═6.8×10^-6，K_sp[Mg（OH）₂]═1.8×10^-11）

Answer 1

考點：性質實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：（1）依據猜測可知白色不溶物可能是Mg（OH）₂ 或MgCO₃或Mg（OH）₂ 、MgCO₃；
（2）依據實驗Ⅱ的現(xiàn)象分析，鎂條和碳酸氫鈉溶液迅速反應，產生大量氣泡和白色不溶物，可以說明鎂與飽和碳酸氫鈉溶液反應能生成一種無色氣體和一種白色不溶物；氣體安靜燃燒、產生淡藍色火焰，說明該氣體具有可燃性，再根據質量守恒定律反應前后元素種類不變分析出是氫氣；
依據實驗Ⅲ的推斷分析，加入一種試劑產生氣泡可知碳酸鹽與鹽酸反應產生二氧化碳，有氣泡產生，說明含有碳酸鎂；加入鹽酸沉淀碳酸鎂全部溶解；
依據實驗Ⅳ加入氯化鈣生成沉淀證明含有碳酸根離子；
（3）①根據B中堿石灰質量的增加量就是生成的二氧化碳的質量，根據二氧化碳的質量計算出碳酸鎂的質量，剩余的就是氫氧化鎂的質量；
②B中堿石灰可以吸收水以及二氧化碳，根據實驗原理來回答判斷；
（4）①依據碳酸氫鈉溶液中存在碳酸氫根離子電離和水的電離平衡，鎂和氫離子反應促進電離平衡正向進行，鎂離子和氫氧根離子和碳酸根離子形成沉淀分析；
②根據溶度積表達式K_sp=[Mg²⁺][CO₃^2-]、K_sp=[Mg²⁺][OH^-]²進行計算．

解答： 解：（1）依據猜測可知白色不溶物可能是Mg（OH）₂ 或MgCO₃或Mg（OH）₂ 、MgCO₃，故答案為：Mg（OH）₂ ；
（2）迅速反應，產生大量氣泡和白色不溶物，可以說明鎂與飽和碳酸氫鈉溶液反應能生成一種無色氣體和一種白色不溶物；氣體安靜燃燒、產生淡藍色火焰，說明該氣體具有可燃性，再根據質量守恒定律反應前后元素種類不變，該氣體可能是氫氣或一氧化碳，如果測定是一氧化碳時，燃燒后需要用到澄清石灰水，所以該氣體是氫氣；
依據實驗Ⅲ的推斷分析，加入一種試劑產生氣泡可知碳酸鹽與酸反應產生二氧化碳，所以加入的是酸，有氣泡產生，說明含有碳酸鎂；加入鹽酸沉淀碳酸鎂全部溶解；依據實驗Ⅳ加入氯化鈣生成沉淀證明含有碳酸根離子，
故答案為：氫氣；產生氣泡沉淀全部溶解；取實驗Ⅰ的澄清溶液，加入氯化鈣溶液；
（3）①B中堿石灰質量的增加量就是生成的二氧化碳的質量，所以生成二氧化碳的質量為4.4g，設生成4.4g二氧化碳，需要碳酸鎂的質量為X則：
MgCO₃═MgO+CO₂↑
84           44
X           4.4

84

X

=

44

4.4

，解得X=8.4g，所以含有氫氧化鎂質量為：14.2g-8.4g=5.8g；
碳酸鎂和氫氧化鎂物質的量之比為：

8.4g

84g/mol

：

5.8g

58g/mol

=0.1：0.1=2：1，白色不溶物的化學式為MgCO₃?Mg（OH）₂，
故答案為：Mg₂（OH）₂CO₃ ；
②裝置C的作用為防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進入裝置B引起實驗誤差，若移除裝置C，則B的質量增加值會偏大，則會導致

x

y

的值偏大，故答案為：防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進入裝置B引起實驗誤差；偏大；
（4）①NaHCO₃溶液中存在平衡，HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-、H₂O?H⁺+OH^-；Mg和H⁺反應生成氫氣和鎂離子，鎂離子和氫氧根離子、碳酸根離子反應生成難溶物Mg（OH）₂?2MgCO₃，則H⁺、OH^-、CO₃^2-的濃度均減小，促使上述兩平衡均向右進行，
故答案為：NaHCO₃溶液中存在平衡，HCO₃^-?H⁺+CO₃^2-、H₂O?H⁺+OH^-；Mg和H⁺反應生成氫氣和鎂離子，鎂離子和氫氧根離子、碳酸根離子反應生成難溶物Mg（OH）₂?2MgCO₃，則H⁺、OH^-、CO₃^2-的濃度均減小，促使上述兩平衡均向右進行；
②根據溶度積表達式K_sp=[Mg²⁺][OH^-]²得[Mg²⁺]=

1.8×10-11

10-8

=1.8×10^-3mol?L^-1，根據K_sp=[Mg²⁺][CO₃^2-]，故該體系中c（CO₃^2-）為

6.8×10-6

1.8×10-3

=3.8×10^-3mol?L^-1，故答案為：3.8×10^-3mol?L^-1．

點評：本題難度較大，考查全面，從定性和定量兩個方面測定物質的種類，關鍵在于知道碳酸根離子與酸反應能產生二氧化碳，鎂和氫離子反應生成氫氣，題目難度較大．